动物营养学报 >

2026 , Vol. 38 >Issue 8: 5791 - 5803

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2026.464

研究论文

黄羽肉鸡对棉籽蛋白及其发酵和酶解产物中氨基酸标准回肠消化率的比较研究

  • 黄玉琳 , 1 ,
  • 玄玥 1, * ,
  • 吕刚 2 ,
  • 曾秋凤 1 ,
  • 丁雪梅 1 ,
  • 院江 2 ,
  • 王建萍 1 ,
  • 刘艳 1 ,
  • 穆雅东 1 ,
  • 张克英 1 ,
  • 白世平 , 1, **
展开
  • 1 四川农业大学动物营养研究所, 动物营养与饲料高效利用四川省重点实验室,农业农村部动物抗病营养与饲料重点实验室, 成都 611130
  • 2 新疆泰昆集团有限责任公司, 昌吉 831100
**白世平,教授,博士生导师,E-mail:

*同等贡献作者

黄玉琳(1997—),女,四川巴中人,硕士研究生,研究方向为家禽营养。E-mail:

Office editor: 田艳明

收稿日期: 2025-12-23

  网络出版日期: 2026-08-13

基金资助

新疆维吾尔自治区重点研发计划(2022B02057-2)

新疆黄羽肉鸡饲料降本增效关键技术研究创新团队(2023CT13)

新疆维吾尔自治区“天山英才”计划项目

收起

Comparative Study on Standardized Ileal Digestibility of Amino Acids in Cottonseed Protein and Its Fermentation and Enzymatic Hydrolysis Products in Yellow-Feathered Broilers

  • HUANG Yulin , 1 ,
  • XUAN Yue 1 ,
  • LYU Gang 2 ,
  • ZENG Qiufeng 1 ,
  • DING Xuemei 1 ,
  • YUAN Jiang 2 ,
  • WANG Jianping 1 ,
  • LIU Yan 1 ,
  • MU Yadong 1 ,
  • ZHANG Keying 1 ,
  • BAI Shiping , 1, **
Expand
  • 1 Key Laboratory of Animal Disease Resistance Nutrition and Feed, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Efficient Utilization of Sichuan Province, Institute of Animal Nutrition, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
  • 2 Xinjiang Taikun Group Co., Ltd., Changji 831100, China
**professor, E-mail:

*Contributed equally

Received date: 2025-12-23

  Online published: 2026-08-13

Fold

摘要

本试验旨在评定黄羽肉鸡对2种不同来源棉籽蛋白(CSP1和CSP2)及其发酵与酶解产物中氨基酸的标准回肠消化率(SID),并比较不同改性方法的效果。选取384只体重相近的60日龄中速型黄羽肉公鸡,随机分为8个组,每组8个重复,每个重复6只鸡。各组分别饲喂无氮饲粮,或以CSP1及其发酵产物(CSP1F)、酶解产物(CSP1E),CSP2及其发酵产物(CSP2F)、角蛋白酶酶解产物(CSP2E1)和碱性蛋白酶酶解产物(CSP2E2)为唯一蛋白质源的饲粮。所有饲粮中均添加0.50%二氧化钛(TiO2)作为外源指示剂。试验期4 d。试验结束后,采集肉鸡回肠食糜,测定所有饲粮和食糜样品中氨基酸和TiO2含量,并采用无氮饲粮法计算原料氨基酸的SID。结果表明:1)在原料化学组分方面,与CSP1相比,CSP2的粗蛋白质含量更高(61.04% vs 53.83%),粗纤维和游离棉酚含量更低。发酵处理提高了酸溶蛋白含量(CSP1F:17.02% vs 4.02%;CSP2F:6.66% vs 5.14%),并降低了游离棉酚含量(CSP1F:162 mg/kg vs 383 mg/kg;CSP2F:193 mg/kg vs 293 mg/kg);酶解处理尤其是CSP1E,提高了氢氧化钾蛋白溶解度及酸溶蛋白、水溶性蛋白质含量。2)在原料氨基酸组成方面,CSP2的总氨基酸含量(57.17% vs 45.78%)高于CSP1。发酵处理普遍降低了氨基酸含量;酶解处理后,仅CSP1E总氨基酸含量(55.05% vs 45.78%)提高,而CSP2的2种酶解产物总氨基酸含量均有所下降。3)在氨基酸SID方面,2种棉籽蛋白原料的氨基酸SID为48.34%~90.45%,仅CSP2的色氨酸SID显著高于CSP1(P<0.05)。与CSP1相比,CSP1F的色氨酸SID显著提高(P<0.05),但部分非必需氨基酸SID降低;CSP1E的赖氨酸、色氨酸和丙氨酸SID则显著提高(P<0.05)。与CSP2相比,CSP2F仅色氨酸SID显著降低(P<0.05);CSP2E1除组氨酸和精氨酸外的多数氨基酸SID显著降低(P<0.05);而CSP2E2的各氨基酸SID无显著差异(P>0.05)。综上所述,不同来源棉籽蛋白对改性工艺的响应存在差异,在实际应用中需根据原料特性选择适宜的改性方法。

关键词： 棉籽蛋白; 发酵棉籽蛋白; 酶解棉籽蛋白; 氨基酸标准回肠消化率; 肉鸡

本文引用格式

黄玉琳 , 玄玥 , 吕刚 , 曾秋凤 , 丁雪梅 , 院江 , 王建萍 , 刘艳 , 穆雅东 , 张克英 , 白世平 . 黄羽肉鸡对棉籽蛋白及其发酵和酶解产物中氨基酸标准回肠消化率的比较研究[J]. 动物营养学报, 2026 , 38(8) : 5791 -5803 . DOI: 10.12418/CJAN2026.464

Abstract

This experiment aimed to evaluate the standardized ileal digestibility (SID) of amino acids in two different sources of cottonseed protein (CSP1 and CSP2) and its fermentation and enzymatic hydrolysis products in yellow-feathered broilers, and to compare the effects of different modification methods. A total of 384 sixty-day-old medium-speed yellow-feathered roosters with similar body weight were randomly assigned into 8 groups with 8 replicates per group and 6 birds per replicate. Each group was fed a nitrogen-free diet or a diet containing CSP1, its fermented product (CSP1F), its enzymatic hydrolyzed product (CSP1E), CSP2, its fermented product (CSP2F), its keratinase-hydrolyzed product (CSP2E1), or its alkaline protease-hydrolyzed product (CSP2E2) as the sole protein source, respectively. All diets were supplemented with 0.50% titanium dioxide (TiO2) as an exogenous indicator. The trial lasted for 4 days. At the end of the experiment, ileal digesta samples were collected from the broilers. Amino acid and TiO2 contents in all diets and digesta samples were determined. The SID of amino acids in the ingredients was calculated using the nitrogen-free diet method. The results showed as follows: 1) in terms of the chemical composition of ingredients, compared with CSP1, CSP2 had higher crude protein content (61.04% vs 53.83%) and lower contents of crude fiber and free gossypol. Fermentation treatment increased the acid-soluble protein content (CSP1F: 17.02% vs 4.02%; CSP2F: 6.66% vs 5.14%) and decreased the free gossypol content (CSP1F: 162 mg/kg vs 383 mg/kg; CSP2F: 193 mg/kg vs 293 mg/kg). Enzymatic hydrolysis, especially for CSP1E, significantly increased the potassium hydroxide protein solubility and the contents of acid-soluble protein and water-soluble protein. 2) In terms of the amino acid composition of ingredients, CSP2 had higher total amino acid content (57.17% vs 45.78%) than CSP1. Fermentation generally decreased the amino acid contents. Among enzymatic hydrolysis treatments, only CSP1E significantly increased the total amino acid content (55.05% vs 45.78%), while the two enzymatic hydrolysates of CSP2 showed decreased the total amino acid content. 3) In terms of SID of amino acids, the SID of amino acids in the two sources of cottonseed protein ranged from 48.34% to 90.45%, with only the tryptophan SID being significantly higher in CSP2 than in CSP1 (P<0.05). Compared with CSP1, CSP1F significantly increased the SID of tryptophan (P<0.05) but decreased the SID of some non-essential amino acids; CSP1E significantly increased the SID of lysine, tryptophan, and alanine (P<0.05). Compared with CSP2, CSP2F only significantly decreased the SID of tryptophan (P<0.05); CSP2E1 significantly decreased the SID of most amino acids except histidine and arginine (P<0.05); while CSP2E2 had no significant effect on the SID of any amino acids (P>0.05). In conclusion, the cottonseed protein from different sources responds differently to modification processes, and the appropriate modification method should be selected based on ingredient characteristics in practical applications.

Key words： cottonseed protein; fermented cottonseed protein; enzymatic hydrolyzed cottonseed protein; standardized ileal digestibility (SID) of amino acids; broilers

我国蛋白质饲料资源短缺,大量进口大豆以满足畜牧业生产需求已成为制约行业可持续发展的重要因素。棉籽饼粕是重要的非常规蛋白质饲料原料,但其游离棉酚含量较高、且氨基酸组成不平衡,因此在家禽饲粮中应用受到限制[1]。近年来,随着加工工艺进步,通过剥壳、仁壳分离及有机溶剂萃取等工序可生产出粗蛋白质含量达50%以上、游离棉酚含量低于400 mg/kg的棉籽蛋白[2-3],其营养价值显著优于传统棉籽粕,已成为潜在的优质蛋白质源。然而,不同来源棉籽蛋白的粗蛋白质(50%~68%)及抗营养因子含量差异较大[4-5],且现行饲料营养价值表中尚缺乏高蛋白质棉籽蛋白的氨基酸消化率参数[6],制约了其在肉鸡饲粮中的精准应用。
微生物发酵和酶解是当前改善棉籽蛋白品质的2种主要改性技术[7-10]。研究表明,微生物(如酵母菌、曲霉菌、乳酸菌等)发酵可有效降低棉籽蛋白中游离棉酚和粗纤维含量,提高小肽等营养物质含量[11-15]。酶解(如碱性蛋白酶、风味蛋白酶)处理也能显著提高其蛋白质水解度[8-9,16]。然而,现有研究多集中于改性工艺的优化及产物理化性质的分析,关于不同改性方法对棉籽蛋白氨基酸消化率影响的系统比较研究仍较少[10,17]。尤其是针对不同来源棉籽蛋白及其发酵、酶解产物在肉鸡上的氨基酸标准回肠消化率(standardized ileal digestibility,SID)参数,目前尚缺乏系统的测定数据。这导致无法科学评估其营养价值,也难以实现饲粮配方的精准设计,可能成为不同研究饲喂效果不尽一致的重要原因[14-15,17-18]。
因此,本试验旨在测定2种不同来源棉籽蛋白及其发酵、酶解产物的氨基酸组成,并采用无氮饲粮法评定黄羽肉鸡对其氨基酸的SID,系统比较发酵和酶解前后棉籽蛋白氨基酸消化率的变化规律,为棉籽蛋白及其改性产物在肉鸡饲粮中的精准利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验原料

本试验分别采集了7种棉籽蛋白样品,包括2种棉籽蛋白(CSP1和CSP2)、2种发酵棉籽蛋白(CSP1F和CSP2F)和3种酶解棉籽蛋白(CSP1E、CSP2E1和CSP2E2)。其中CSP1F和CSP1E均以同批次CSP1为原料制备:CSP1F经黑曲霉、酵母菌和米曲霉厌氧湿法发酵后干燥制得;CSP1E经胰蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶三步湿法复合酶酶解后干燥制得。值得注意的是,CSP1E的生产工艺为湿法酶解后仅保留可溶性组分进行干燥,因此其粗蛋白质含量显著高于原料CSP1。CSP1、CSP1F和CSP1E由新疆希普生物科技股份有限公司提供。CSP2F、CSP2E1和CSP2E2均以同批次CSP2为原料制备:CSP2F经乳酸菌固态发酵后干燥制得;CSP2E1和CSP2E2分别经角蛋白酶和碱性蛋白酶进行固态酶解后干燥制得。CSP2、CSP2F、CSP2E1和CSP2E2由新疆泰昆集团有限责任公司提供。所有样品按四分法取1 000 g,粉碎过40目网筛后低温保存,用于常规营养成分、蛋白质特性、游离棉酚及氨基酸含量分析;剩余样品用于消化试验饲粮配制。

1.2 试验设计

本试验方案已通过四川农业大学实验动物伦理与福利委员会的审查批准(批准编号:20230101)。
试验采用单因素完全随机试验设计,选取384只健康状况良好且体重均一的60日龄中速型黄羽肉公鸡(温氏麻黄2号),随机分为8个组,每组8个重复,每个重复6只鸡。8个组分别为无氮饲粮组、棉籽蛋白1组(CSP1组)、发酵棉籽蛋白1组(CSP1F组)、酶解棉籽蛋白1组(CSP1E组)、棉籽蛋白2组(CSP2组)、发酵棉籽蛋白2组(CSP2F组)、角蛋白酶酶解棉籽蛋白2组(CSP2E1组)和碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2组(CSP2E2组)。试验按照《饲料原料营养价值评定及参数建立项目技术规程》[19]进行。试验期4 d。

1.3 试验饲粮和饲养管理

各组饲粮参考我国《黄羽肉鸡营养需要量》(NY/T 3645—2020)[20]中中速型黄羽肉鸡营养需要配制,饲粮组成及营养水平见表1。所有饲粮中均添加0.50%的二氧化钛(TiO2)作为外源指示剂。饲养试验在四川农业大学动物营养研究所教学科研试验基地肉鸡舍进行。肉鸡饲养于3层立体代谢笼(100 cm×80 cm×60 cm)中,舍内环境可控。温湿度、光照和免疫程序参照《黄羽肉鸡饲养管理技术规程》(NY/T 1871—2010)[21]执行。非试验期饲喂商品配合饲料,自由饮水。
表1 饲粮组成及营养水平(风干基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of diets (air-dry basis)

项目
Items		 无氮
饲粮
N-free diet		 棉籽
蛋白1
饲粮
CSP1
diet		 发酵棉
籽蛋白1
饲粮
CSP1F
diet		 酶解棉
籽蛋白1
饲粮
CSP1E
diet		 棉籽
蛋白2饲粮
CSP2
diet		 发酵棉
籽蛋白2
饲粮
CSP2F
diet		 角蛋白酶
酶解棉
籽蛋白2
饲粮
CSP2E1
diet		 碱性蛋白
酶酶解
棉籽蛋
白2饲粮
CSP2E2
diet
原料 Ingredients
待测原料 Test ingredient1) 34.00 32.00 23.70 23.70 23.70 23.70 23.70
玉米淀粉 Corn starch 68.53 32.13 34.13 36.93 36.93 36.93 36.93 36.93
葡萄糖 Glucose 23.09 27.49 27.49 32.99 32.99 32.99 32.99 32.99
大豆油 Soybean oil 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
石粉 Limestone 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87
磷酸氢钙 CaHPO4 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05
食盐 NaCl 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
羧甲基纤维素
Carboxymethyl cellulose		 2.00
氯化胆碱 Choline chloride 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30
碳酸氢钠 NaHCO3 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
维生素预混料
Vitamin premix2)		 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
微量元素预混料
Trace element premix3)		 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
硫酸钾 K2SO4 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
二氧化钛 TiO2 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
合计 Total 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
营养水平 Nutrient levels4)
代谢能 ME/(MJ/kg) 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82 12.82
粗蛋白质 CP 16.16 16.18 16.08 15.38 15.61 15.48 16.18
钙 Ca 0.69 0.79 0.71 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72
有效磷 AP 0.26 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
赖氨酸 Lys 0.01 0.59 0.49 0.52 0.50 0.53 0.51 0.51
蛋氨酸 Met 0.02 0.21 0.16 0.17 0.17 0.18 0.17 0.16
苏氨酸 Thr 0.01 0.60 0.47 0.53 0.53 0.47 0.48 0.50
色氨酸 Trp 0.05 0.23 0.21 0.18 0.21 0.21 0.22 0.19

1)待测原料是棉籽蛋白、发酵棉籽蛋白或酶解棉籽蛋白。The test ingredient was cottonseed protein, fermented cottonseed protein, or enzymatic hydrolyzed cottonseed protein.

4)代谢能和有效磷为计算值,其他为实测值。ME and AP were calculated values, while the others were measured values.

2)维生素预混料为每千克饲粮提供 Vitamin premix provided the following per kilogram of diets:VA 8 000 IU,VD3 2 000 IU,VE 20 IU,VK3 3.2 mg,VB1 2 mg,VB2 6.4 mg,VB6 4 mg,VB12 0.2 mg,生物素 biotin 1.11 mg,D-泛酸 D-pantothenic acid 12 mg,叶酸 folic acid 1 mg,烟酰胺 nicotinic 40 mg。

3)微量元素预混料为每千克饲粮提供 Trace element premix provided the following per kilogram of diets:Fe (FeSO4·H2O) 80 mg,Cu (CuSO4·5H2O) 8 mg,Mn (MnSO4·H2O) 100 mg,Zn (ZnSO4·H2O) 80 mg,I (KI) 0.7 mg,Se (Na2SeO3) 0.3 mg。

1.4 样品采集

试验期第1~4天(60~63日龄),肉鸡饲喂相应饲粮。第5天(64日龄)早上,所有试验鸡先空腹4 h,然后自由采食相应饲粮1 h,禁食3 h后采用二氧化碳(CO2)窒息法处死。立即分离回肠,取回肠后段(避开末端2 cm),用蒸馏水轻柔冲洗食糜。以每个重复为单位将食糜合并为1个样本,-20 ℃保存。食糜样本经冷冻干燥、室温回潮24 h、粉碎过40目筛后,置于-20 ℃冰箱保存待测。

1.5 测定指标及方法

原料总能采用氧弹量热法测定;干物质(GB/T 6435—2014)、粗脂肪(GB/T 6433—2006)、粗纤维(GB/T 6434—2022)、中性洗涤纤维(GB/T 20806—2022)、酸性洗涤纤维(NY/T 1459—2022)、粗灰分(GB/T 6438—2007)、钙(GB/T 6436—2018)、总磷(GB/T 6437—2018)、水溶性蛋白质(GB/T 46117—2025)、酸溶蛋白(NY/T 3801—2020)、氢氧化钾蛋白质溶解度(GB/T 19541—2017)和游离棉酚(GB/T 13086—2020)含量均参照相应的国家标准或行业标准测定。饲粮、原料及回肠食糜中粗蛋白质含量参照《饲料中粗蛋白的测定 凯氏定氮法》(GB/T 6432—2018)测定;除色氨酸外的17种氨基酸含量均参照《饲料中氨基酸的测定》(GB/T 18246—2019)的方法,采用全自动氨基酸分析仪(L-8900,日立,日本)测定;色氨酸含量参考《饲料中色氨酸的测定》(GB/T 15400—2018)的方法,采用高效液相色谱仪(1290 Infinity Ⅱ,安捷伦,德国)测定。饲粮和食糜中二氧化钛含量参考Short等[22]的比色法测定。饲粮代谢能和有效磷含量参考《黄羽肉鸡营养需要量》(NY/T 3645—2020)[20]中各原料数据计算。

1.6 结果计算

分别计算氨基酸表观回肠消化率(apparent ileal digestibility,AID)、无氮饲粮回肠氨基酸内源性损失量(IEAA)和SID,计算公式如下:

AID(%)=[1-(AAi×Cd)/(AAd×Ci)]×100;

IEAA(mg/kg DM)=AAi×(Cd/Ci);

SID(%)=AID+(IEAA/AAd)×100。

式中:AAi为回肠食糜中某氨基酸含量(g/kg DM);AAd为饲粮中某氨基酸含量(g/kg DM);Cd为饲粮中二氧化钛含量(g/kg DM);Ci为回肠食糜中二氧化钛含量(g/kg DM)。

1.7 数据统计分析

原料化学组分差异以百分比超过10%作为差异明显的判定标准。氨基酸SID数据采用SAS 9.4软件的一般线性模型(GLM)程序进行单因素方差分析(one-way ANOVA);差异显著者以LSD法进行多重比较。采用CONTRAST语句对棉籽蛋白与其对应的发酵或酶解产物,以及发酵产物与酶解产物之间的氨基酸SID进行两两比较。结果以平均值和均值标准误(SEM)表示,以P<0.05为差异显著性判定标准。

2 结果与分析

2.1 不同来源棉籽蛋白及其改性产物化学组分

如表2所示,2种棉籽蛋白原料的化学组成存在明显差异。与CSP1相比,CSP2的粗蛋白质(61.04% vs 53.83%)、酸溶蛋白(5.14% vs 4.02%)和水溶性蛋白质(11.03% vs 8.89%)含量较高,而粗纤维(3.50% vs 6.90%)、中性洗涤纤维(7.20% vs 11.80%)和游离棉酚(293 mg/kg vs 383 mg/kg)含量较低。
表2 不同来源棉籽蛋白、发酵棉籽蛋白和酶解棉籽蛋白化学组分(风干基础)

Table 2 Chemical composition of different sources of cottonseed protein, fermented cottonseed protein, and enzymatic hydrolyzed cottonseed protein (air-dry basis)

项目
Items		 干物质
DM/%		 粗蛋
白质
CP/%		 总能
GE/
(MJ/kg)		 粗纤维
CF/%		 中性洗
涤纤维
NDF/%		 酸性洗
涤纤维
ADF/%		 粗脂肪
EE/%		 粗灰分
Ash/%		 钙
Ca/%		 总磷
TP/%		 氢氧化钾蛋
白质溶解度
Potassium
hydroxide
protein
solubility/%		 酸溶蛋白
Acid-soluble
protein/%		 水溶性
蛋白质
Water-
soluble
protein/%		 游离棉酚
FG/
(mg/kg)
棉籽蛋白1 CSP1 90.50 53.83 17.46 6.90 11.80 5.50 0.40 7.00 0.24 1.30 62.90 4.02 8.89 383
发酵棉籽蛋白1 CSP1F 89.84 55.12 17.26 7.00 13.60 5.48 0.70 7.90 0.58 1.16 64.20 17.02 20.42 162
酶解棉籽蛋白1 CSP1E 91.23 66.52 17.37 0.20 0.50 0.01 0.04 9.10 1.17 0.52 88.90 55.02 59.57 38
棉籽蛋白2 CSP2 88.58 61.04 17.33 3.50 7.20 4.20 0.70 7.20 0.29 1.42 47.90 5.14 11.03 293
发酵棉籽蛋白2 CSP2F 92.07 61.48 18.03 4.00 7.50 4.90 0.60 7.30 0.15 1.43 27.40 6.66 10.46 193
角蛋白酶酶解棉籽蛋白2
CSP2E1		 92.23 62.23 18.37 4.10 7.60 5.00 1.69 7.60 0.20 1.46 62.50 8.84 17.65 242
碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2
CSP2E2		 91.74 61.69 17.98 4.00 7.30 5.30 1.79 7.50 0.25 1.43 55.80 16.27 22.44 429
改性处理对棉籽蛋白化学组分的影响因原料和处理方式而异。发酵处理方面,与各自原料相比,CSP1F和CSP2F的酸溶蛋白含量均提高(CSP1F:17.02% vs 4.02%;CSP2F:6.66% vs 5.14%),游离棉酚含量均降低(CSP1F:162 mg/kg vs 383 mg/kg;CSP2F:193 mg/kg vs 293 mg/kg)。值得注意的是,CSP2F的氢氧化钾蛋白质溶解度较原料明显降低(27.40% vs 47.90%)。
酶解处理方面,与各自原料相比,3种酶解产物(CSP1E、CSP2E1、CSP2E2)的蛋白质溶解度指标均明显提升。其中,CSP1E的氢氧化钾蛋白质溶解度(88.90% vs 62.90%)、酸溶蛋白(55.02% vs 4.02%)和水溶性蛋白质(59.57% vs 8.89%)提升幅度最为明显;同时,其粗纤维(0.20%)、中性洗涤纤维(0.50%)和游离棉酚(38 mg/kg)含量降至极低水平。在CSP2的2种酶解产物中,CSP2E2的酸溶蛋白(16.27% vs 5.14%)和水溶性蛋白质(22.44% vs 11.03%)提升幅度大于CSP2E1(酸溶蛋白8.84%,水溶性蛋白质17.65%),但CSP2E2的游离棉酚含量较原料升高(429 mg/kg vs 293 mg/kg)。

2.2 不同来源棉籽蛋白及其改性产物氨基酸含量

如表3所示,CSP2的18种氨基酸总含量(57.17%)及各单个氨基酸含量均高于CSP1(氨基酸总含量为45.78%),增幅为13.64%~34.11%,其中组氨酸含量增幅最大,蛋氨酸含量增幅最小。
表3 不同来源棉籽蛋白、发酵棉籽蛋白和酶解棉籽蛋白氨基酸含量(干物质基础)

Table 3 Contents of amino acids in different sources of cottonseed protein, fermented cottonseed protein, and enzymatic hydrolyzed cottonseed protein (DM basis)

项目
Items		 棉籽蛋白1
CSP1		 发酵棉籽蛋白1
CSP1F		 酶解棉籽蛋白1
CSP1E		 棉籽蛋白2
CSP2		 发酵棉籽蛋白2
CSP2F		 角蛋白酶酶
解棉籽蛋白2
CSP2E1		 碱性蛋白酶酶
解棉籽蛋白2
CSP2E2
赖氨酸 Lys 2.05 1.83 2.23 2.56 2.34 2.40 2.29
蛋氨酸 Met 0.66 0.55 0.67 0.75 0.74 0.77 0.74
苏氨酸 Thr 1.78 1.59 2.09 2.18 2.07 2.14 2.06
色氨酸 Trp 0.60 0.45 0.64 0.73 0.70 0.73 0.74
缬氨酸 Val 1.62 1.58 1.96 2.00 1.93 1.96 1.93
亮氨酸 Leu 2.56 2.40 2.92 3.19 2.95 3.09 3.01
异亮氨酸 Ile 1.27 1.18 1.46 1.58 1.51 1.54 1.52
苯丙氨酸 Phe 2.46 1.95 2.76 3.05 2.61 2.89 2.75
组氨酸 His 1.29 1.08 1.45 1.73 1.59 1.62 1.58
精氨酸 Arg 6.06 4.89 6.61 7.80 6.43 6.59 6.29
天冬氨酸 Asp 4.61 4.25 5.78 5.70 5.41 5.60 5.44
丝氨酸 Ser 2.08 1.88 2.33 2.60 2.42 2.50 2.34
谷氨酸 Glu 9.80 9.12 13.34 12.25 11.57 11.97 11.60
甘氨酸 Gly 1.94 4.47 2.32 2.40 2.29 2.34 2.27
丙氨酸 Ala 1.91 3.16 2.44 2.37 2.28 2.34 2.86
半胱氨酸 Cys 0.85 0.65 0.84 1.07 1.03 1.02 1.04
酪氨酸 Tyr 1.59 1.29 1.95 2.00 1.74 1.93 1.90
脯氨酸 Pro 2.65 3.84 3.26 3.21 3.03 3.16 3.06
总氨基酸 TAA 45.78 46.16 55.05 57.17 52.64 54.59 53.42
在发酵处理对氨基酸含量的影响方面:与CSP1相比,CSP1F的总氨基酸含量变化不大(46.16% vs 45.78%),但赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸等必需氨基酸含量下降,而甘氨酸、丙氨酸和脯氨酸含量上升;与CSP2相比,CSP2F的总氨基酸含量(52.64% vs 57.17%)及所有18种氨基酸含量均呈下降趋势,其中苯丙氨酸、精氨酸和酪氨酸含量降幅(13.00%~17.56%)较为明显。
在酶解处理对氨基酸含量的影响方面:CSP1E的总氨基酸含量(55.05%)较CSP1(45.78%)明显提高,其中苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸等多数氨基酸含量升高,增幅为12.02%~36.12%,但赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、精氨酸和半胱氨酸含量未见明显变化;与CSP2相比,CSP2E1和CSP2E2的总氨基酸含量(分别为54.59%和53.42%)均有所下降,除蛋氨酸和色氨酸(或色氨酸和丙氨酸)外,其余氨基酸含量均有不同程度降低,其中精氨酸的降幅最大;此外,除丙氨酸含量外,CSP2E1与CSP2E2之间的氨基酸含量无明显差异。

2.3 黄羽肉鸡对不同来源棉籽蛋白及其改性产物氨基酸的SID

如表4和表5所示,在2种棉籽蛋白原料中,黄羽肉鸡对CSP1中18种氨基酸的SID为50.08%~89.51%,CSP2为48.34%~90.45%;两者分别以精氨酸和色氨酸SID最高,并均以赖氨酸SID最低。采用CONTRAST语句比较发现,与CSP1相比,CSP2的色氨酸SID显著升高(P<0.05),其余氨基酸SID无显著差异(P>0.05)。
表4 黄羽肉鸡对不同来源棉籽蛋白、发酵棉籽蛋白和酶解棉籽蛋白必需氨基酸的SID

Table 4 SID of essential amino acids in different sources of cottonseed protein, fermented cottonseed protein, and enzymatic hydrolyzed cottonseed protein in yellow-feathered broilers

项目
Items		 赖氨酸
Lys		 蛋氨酸
Met		 苏氨酸
Thr		 色氨酸
Trp		 缬氨酸
Val		 亮氨酸
Leu		 异亮氨酸
Ile		 苯丙氨酸
Phe		 组氨酸
His		 精氨酸
Arg
棉籽蛋白1 CSP1 50.08b 85.74a 83.20a 82.21b 87.15a 80.02a 77.80a 80.13a 76.19ab 89.51
发酵棉籽蛋白1 CSP1F 44.38bc 90.53a 83.19a 90.94a 83.29a 83.67a 79.30a 83.30a 77.44ab 86.57
酶解棉籽蛋白1 CSP1E 79.01a 91.04a 90.26a 89.75a 91.96a 88.05a 84.00a 84.92a 80.62a 91.89
棉籽蛋白2 CSP2 48.34b 87.13a 80.47a 90.45a 79.31a 74.51a 73.58a 76.42a 72.42ab 87.43
发酵棉籽蛋白2 CSP2F 52.29b 86.54a 86.09a 84.52ab 85.37a 74.49a 72.85a 76.59a 77.47ab 89.44
角蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2E1 33.48c 71.05b 65.05b 75.24c 66.81b 59.35b 54.70b 66.45b 68.20b 86.83
碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2E2 43.37bc 90.92a 80.03a 86.42ab 81.96a 77.10a 69.83a 77.48a 78.89a 88.92
均值标准误 SEM 2.823 4.073 3.441 1.072 3.359 3.256 4.010 2.317 2.352 1.468
P值 P-value
模型 Model <0.001 <0.001 0.009 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.006 0.131
棉籽蛋白1 vs棉籽蛋白2 CSP1 vs CSP2 NS NS NS 0.002 NS NS NS NS NS NS
棉籽蛋白1 vs 发酵棉籽蛋白1 CSP1 vs CSP1F NS NS NS <0.001 NS NS NS NS NS NS
棉籽蛋白1 vs 酶解棉籽蛋白1 CSP1 vs CSP1E <0.001 NS NS 0.005 NS NS NS NS NS NS
发酵棉籽蛋白1 vs 酶解棉籽蛋白1 CSP1F vs CSP1E <0.001 NS NS NS NS NS NS NS NS 0.009
棉籽蛋白2 vs 发酵棉籽蛋白2 CSP2 vs CSP2F NS NS NS 0.029 NS NS NS NS NS NS
棉籽蛋白2 vs 角蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2 vs CSP2E1 0.014 0.005 0.002 <0.001 0.009 0.001 0.001 0.002 NS NS
棉籽蛋白2 vs 碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2 vs CSP2E2 NS NS NS NS NS NS NS NS NS NS
发酵棉籽蛋白2 vs 角蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2F vs CSP2E1 0.002 0.007 <0.001 <0.001 <0.001 0.004 0.005 0.005 0.013 NS
发酵棉籽蛋白2 vs 碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2F vs CSP2E2 NS NS NS NS NS NS NS NS NS NS

同列数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05),相同字母或无字母表示差异不显著(P>0.05);NS表示无显著差异(P>0.05)。表5同。

In the same column, values with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05), while with the same letter or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). NS represented no significance difference (P>0.05). The same as Table 5.

表5 黄羽肉鸡对不同来源棉籽蛋白、发酵棉籽蛋白和酶解棉籽蛋白中非必需氨基酸和总氨基酸SID

Table 5 SID of non-essential amino acids and total amino acids in different sources of cottonseed protein, fermented cottonseed protein, and enzymatic hydrolyzed cottonseed protein in yellow-feathered broilers

项目
Items		 天冬氨酸
Asp		 丝氨酸
Ser		 谷氨酸
Glu		 甘氨酸
Gly		 丙氨酸
Ala		 半胱氨酸
Cys		 酪氨酸
Tyr		 脯氨酸
Pro		 总氨基酸
TAA
棉籽蛋白1 CSP1 78.47a 83.94a 85.27ab 73.03ab 79.66b 68.09ab 85.62a 78.55a 79.13a
发酵棉籽蛋白1 CSP1F 69.72ab 80.44a 78.56bc 64.26b 76.24b 67.24ab 89.63a 67.72bc 77.58a
酶解棉籽蛋白1 CSP1E 77.19a 83.83a 87.01a 78.55a 90.25a 70.03ab 89.11a 77.47a 85.10a
棉籽蛋白2 CSP2 73.54a 80.37a 81.15abc 65.83b 77.16b 69.83ab 81.05a 67.34bc 76.16a
发酵棉籽蛋白2 CSP2F 74.54a 82.95a 82.20ab 68.64ab 77.75b 70.62ab 83.72a 70.87ab 64.42b
角蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2E1 62.08b 66.24b 74.43c 50.63c 67.36b 59.59b 67.75b 59.42c 76.15a
碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2E2 70.38ab 73.54ab 79.64bc 64.20b 74.54b 78.60a 84.39a 69.85ab 79.29a
均值标准误 SEM 2.524 3.107 1.804 3.064 2.937 3.676 2.797 2.507 2.503
P值 P-value
模型 Model <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.046 <0.001 <0.001 <0.001
棉籽蛋白1 vs棉籽蛋白2 CSP1 vs CSP2 NS NS NS NS NS NS NS NS NS
棉籽蛋白1 vs 发酵棉籽蛋白1 CSP1 vs CSP1F 0.015 NS 0.009 0.049 NS NS NS 0.003 NS
棉籽蛋白1 vs 酶解棉籽蛋白1 CSP1 vs CSP1E NS NS NS NS 0.011 NS NS NS NS
发酵棉籽蛋白1 vs 酶解棉籽蛋白1 CSP1F vs CSP1E 0.036 NS 0.001 0.002 0.002 NS NS 0.008 0.033
棉籽蛋白2 vs 发酵棉籽蛋白2 CSP2 vs CSP2F NS NS NS NS NS NS NS NS NS
棉籽蛋白2 vs 角蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2 vs CSP2E1 0.002 0.001 0.011 <0.001 0.018 0.046 <0.001 0.025 0.001
棉籽蛋白2 vs 碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2 vs CSP2E2 NS NS NS NS NS NS NS NS NS
发酵棉籽蛋白2 vs 角蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2F vs CSP2E1 0.002 <0.001 0.006 <0.001 0.020 0.047 <0.001 0.003 <0.001
发酵棉籽蛋白2 vs 碱性蛋白酶酶解棉籽蛋白2 CSP2F vs CSP2E2 NS NS NS NS NS NS NS NS NS
发酵处理对氨基酸SID的影响呈现原料依赖性:与CSP1相比,CSP1F的色氨酸SID显著提高(P<0.05),但天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和脯氨酸SID显著降低(P<0.05),其余氨基酸SID无显著变化(P>0.05)。与CSP2相比,CSP2F的色氨酸SID显著降低(P<0.05),其余17种氨基酸SID无显著变化(P>0.05)。
酶解处理对氨基酸SID的影响因酶种类和原料特性而异:与CSP1相比,CSP1E的赖氨酸、色氨酸和丙氨酸SID显著提高(P<0.05),其他氨基酸SID无显著变化(P>0.05)。与CSP2相比,CSP2E1除组氨酸和精氨酸外的16种氨基酸SID均显著降低(P<0.05);而CSP2E2的所有18种氨基酸SID均无显著变化(P>0.05)。与CSP2E1相比,CSP2E2除赖氨酸、精氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸和丙氨酸外的12种氨基酸SID显著提高(P<0.05)。
比较发酵与酶解处理的效果:对于低蛋白质棉籽蛋白(CSP1),酶解处理(CSP1E)在提升赖氨酸、色氨酸等关键氨基酸SID方面优于发酵处理(CSP1F)。与CSP1F相比,CSP1E的赖氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和脯氨酸SID均显著升高(P<0.05)。对于高蛋白质棉籽蛋白(CSP2),发酵处理(CSP2F)对大多数氨基酸SID无负面影响;而角蛋白酶酶解处理(CSP2E1)导致多数氨基酸SID显著下降(P<0.05);碱性蛋白酶酶解处理(CSP2E2)对氨基酸SID无显著影响(P>0.05),但其游离棉酚含量升高。

3 讨论

3.1 棉籽蛋白原料差异及其改性产物化学组分的变化

本试验中,高蛋白质棉籽蛋白(CSP2)的粗纤维、中性洗涤纤维和游离棉酚含量均低于低蛋白质棉籽蛋白(CSP1),而酸溶蛋白和水溶性蛋白质含量较高。这表明,CSP2的生产工艺更有效地去除了纤维组分和抗营养因子,同时使部分蛋白质适度降解[2-3]。但CSP2的氢氧化钾蛋白质溶解度低于CSP1,提示其可能经历了更强烈的热处理,导致蛋白质一定程度变性[23]。
发酵处理对2种棉籽蛋白的改性效果存在明显差异。CSP1F的酸溶蛋白含量大幅提升、游离棉酚含量显著降低,证实混合真菌发酵能有效降解大分子蛋白质和游离棉酚[13,24]。而CSP2F的氢氧化钾蛋白质溶解度明显下降,可能与乳酸菌发酵产酸导致蛋白质在低pH环境下聚集沉淀有关[25]。
酶解处理中,CSP1E的化学组分变化最为明显:粗蛋白质含量达66.52%,酸溶蛋白和水溶性蛋白质含量分别达55.02%和59.57%,而粗纤维和游离棉酚含量极低。这证实CSP1E为湿法酶解后仅保留可溶性组分的产物,本质上是一种酶解棉籽分离蛋白质。而CSP2的2种固态酶解产物蛋白质溶解度虽有提升,但幅度远低于CSP1E,且CSP2E2的游离棉酚含量升高。这提示固态酶解难以有效分离未酶解底物和释放的游离棉酚[26]。

3.2 改性处理对棉籽蛋白氨基酸组成的影响

CSP2的总氨基酸含量高于CSP1,与粗蛋白质含量一致。但2种棉籽蛋白的缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸含量均低于普通棉籽粕[27],推测与其有机溶剂萃取过程中疏水性支链氨基酸的选择性损失有关[2-3]。
发酵处理对氨基酸组成的影响呈现微生物特异性。CSP1F中赖氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸含量下降,归因于黑曲霉、酵母菌等真菌在生长过程中对氨基酸的同化利用[28-29]。CSP2F中所有氨基酸含量均下降,苯丙氨酸、精氨酸和酪氨酸降幅尤为明显,这符合乳酸菌在酸胁迫环境下利用这些氨基酸进行脱羧反应的代谢特性[30]。
酶解处理方面,CSP1E总氨基酸含量较原料明显提升,这与其仅保留可溶性组分的生产工艺直接相关。CSP2E1和CSP2E2的总氨基酸含量较原料下降,可能源于固态酶解过程中添加物带来的稀释效应及检测方法的局限性[31]。

3.3 棉籽蛋白原料的氨基酸SID特征

2种棉籽蛋白的氨基酸SID(48.34%~90.45%)高于普通棉籽粕的文献值[6,27,32]。这主要归因于本试验所用棉籽蛋白较低的纤维组分和游离棉酚含量[4,33]。两者均呈现精氨酸SID较高、赖氨酸SID较低的趋势。赖氨酸SID较低可能与加工过程中其ε-氨基与游离棉酚结合有关[33]。与CSP1相比,CSP2仅色氨酸SID显著升高。这提示色氨酸因其侧链结构特殊、热稳定性强,在加工过程中得以更好地保留其可利用性。

3.4 发酵处理对棉籽蛋白氨基酸SID的影响

发酵处理对棉籽蛋白氨基酸SID的影响具有明显的原料依赖性。与CSP1相比,CSP1F的色氨酸SID显著提高,但部分非必需氨基酸SID降低。这可能与混合真菌分泌蛋白酶暴露色氨酸位点,同时自身消耗非必需氨基酸有关[12,29,34-35]。CSP2F仅色氨酸SID显著降低,可能因乳酸菌发酵产酸导致蛋白质结构改变,掩蔽了色氨酸作用位点[25]。

3.5 酶解处理对棉籽蛋白氨基酸SID的影响

酶解处理效果同样表现出原料和酶种类的依赖性。与CSP1相比,CSP1E的赖氨酸、色氨酸和丙氨酸SID显著提高。这可能与复合酶湿法酶解有效将不溶性蛋白质水解为可溶性小肽或游离氨基酸,且保留可溶性组分有关[36-38]。
与CSP2相比,CSP2E1的大多数氨基酸SID显著降低,这可能与角蛋白酶过度水解产生抑制性疏水短肽,并释放更多游离棉酚有关[26,39]。CSP2E2的所有氨基酸SID无显著变化,表明单纯提高蛋白质溶解度并不等同于改善消化率,其非特异性切割可能未能优化肽段组成,同时伴随游离棉酚含量升高,正负效应抵消[40]。

3.6 发酵与酶解处理效应比较

综合本试验结果,不同来源棉籽蛋白对发酵和酶解改性工艺的响应存在差异。对于低蛋白质棉籽蛋白(CSP1),复合酶解湿法工艺在提升关键限制性氨基酸(赖氨酸、色氨酸)消化率方面优于混合真菌发酵,是改善其营养价值的有效途径。对于高蛋白质棉籽蛋白(CSP2),乳酸菌发酵是比角蛋白酶解更安全的选择。应用中需补充蛋氨酸以平衡氨基酸组成,并关注游离棉酚含量变化。

4 结论

① 2种棉籽蛋白原料的氨基酸SID整体无显著差异,仅CSP2的色氨酸SID(90.45%)显著高于CSP1(82.21%),表明原料纤维组分和抗营养因子含量可能比粗蛋白质含量更影响氨基酸消化率。
② 发酵处理对棉籽蛋白氨基酸SID的影响具有原料特异性:混合真菌(黑曲霉+酵母菌+米曲霉)发酵可显著提高低蛋白质棉籽蛋白(CSP1)的色氨酸SID,但同时降低部分非必需氨基酸SID;而乳酸菌发酵对高蛋白质棉籽蛋白(CSP2)的多数氨基酸SID无显著影响,仅显著降低色氨酸SID。
③ 酶解处理的效果依赖于蛋白酶种类及原料特性:胰蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶组成的复合酶湿法酶解可显著提升CSP1的赖氨酸、色氨酸和丙氨酸SID;角蛋白酶固态酶解对CSP2多数氨基酸SID有抑制作用,碱性蛋白酶改性效果有限。
④ 综合比较,对于低蛋白质棉籽蛋白,复合酶解在提升关键限制性氨基酸消化率方面优于发酵处理;对于高蛋白质棉籽蛋白,乳酸菌发酵是比角蛋白酶解更适宜的改性选择。应用棉籽蛋白时均需注意补充蛋氨酸,并监测游离棉酚含量的变化。

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