菜籽粕(rapeseed meal,RSM)中粗蛋白质含量达34%～38%，RSM中有毒有害成分主要是总硫苷(total glucosinolates,TG)，TG本身无毒，其在内源酶或动物体内微生物的作用下可降解生成唑烷硫酮、异硫氰酸酯等，可引起动物甲状腺、肝脏的肿大与功能障碍等，从而影响动物的生长发育和生产性能，甚至中毒死亡，严重制约了RSM在单胃动物饲粮中的应用，从而造成我国RSM饲料资源利用率不足30%，这与我国蛋白质饲料资源严重短缺，需要大量进口的国情存在很大差距，因此，迫切需要开发一种快速去除RSM中TG的高效脱毒技术。

蒸汽爆破技术是原料经高温高压水蒸气(200～260 ℃，2.0～5.0 MPa)^[1]处理一段时间后，在毫秒级^[2]的时间范围内爆炸排出料仓。由于作用时间短、能量密度高，可引起原料中化学结构的改变^[3]，因此广泛应用于造纸、生物能源利用^[4-6]与生物活性物质的提取过程中^[7-10]。在饲料行业方面，蒸汽爆破技术主要应用于麦类秸秆^[11]、玉米秸秆^[12-13]等粗饲料资源开发利用方面，目前尚未见蒸汽爆破技术对RSM中TG的脱毒研究^[14]。本实验室发现蒸汽爆破技术可以对棉籽粕^[15-16]进行脱毒，所以假设蒸汽爆破技术也可以对RSM进行脱毒。因此，本试验旨在研究蒸汽爆破技术的水料比、蒸汽压强、维压时间3项参数对RSM中TG脱毒效果的影响，并结合体外仿生法对脱毒效果进行评价，筛选最适的蒸汽爆破技术参数。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验选用市售RSM，其中TG含量为27.52 mmol/kg，芥酸含量为4.4%，唑烷硫酮含量为0.33 mg/g，异硫氰酸酯含量为1.7 mg/g，粗蛋白质含量为38.69%。

1.2 试验设备

蒸汽爆破试验台(QBS-80B，鹤壁)。

1.3 试验设计

市售RSM过10目筛备用。按重量在RSM中加入一定量的蒸馏水调整为一定的水料比(质量百分比)，搅拌均匀后密封于自封袋中(8～10 h)至充分湿润。调节蒸汽爆破试验台至一定的蒸汽压强，加RSM入料仓，维压一定时间后泄压排出，按单因素试验设计，分别考察水料比(0、20%、25%、30%)、维压时间(30、60、90、120 s)、蒸汽压强(1.0、1.5、2.0、2.5 MPa)3个参数对RSM中TG的脱毒效果，试验设计如表 1所示。每个处理的样品重复爆破3次(n=3)，每个重复样品收集后于65 ℃的烘箱中烘至恒重，粉碎过40目筛的样品用来测定TG、唑烷硫酮、异硫氰酸酯含量；粉碎过60目筛的样品用来测定体外营养物质消化率。

1.4 测定方法

TG含量采用NY/T 1582—2007方法用安捷伦1200高效液相色谱仪(美国)检测。唑烷硫酮、异硫氰酸酯含量分别采用NY/T 1799—2009、NY/T 1596—2008法用Eppendorf Biospectrometer basic分光光度计(德国)检测。干物质、能量、粗蛋白质、氨基酸消化率采用猪体外仿生法“SDS-II单胃动物仿生消化系统”检测^[18]，其中能量采用ISO9831:1998的方法利用PARR 1281全自动氧弹式能量测定仪(美国)检测，粗蛋白质含量采用杜马斯燃烧法法利用Rapid N Ⅲ燃烧法快速定氮仪(德国)检测，氨基酸含量(6 mol/L盐酸在110 ℃水解24 h)利用Hitachi L-8800氨基酸自动分析仪(日本)检测。

1.5 计算公式

TG脱毒率(%)=[1-(汽爆后TG的质量分数/

汽爆前TG的质量分数)]×100；

仿生法营养物质消化率(%)=[1-(孵化后营养

物质的质量分数/孵化前营养物质的

质量分数)]×100 。

1.6 统计方法

数据采用SAS 9.2统计软件进行统计分析，P<0.01时为差异极显著，P<0.05时为差异显著，P>0.05时为差异不显著。

2 结 果 2.1 蒸汽爆破处理对RSM中TG脱毒率的影响

由表 2可知，蒸汽爆破处理后TG脱毒率可达73.71%～86.98%。在水料比为25%、蒸汽压强为2.0 MPa、维压时间为60 s时，TG脱毒率最高，达86.98%。

在固定蒸汽压强为2.0 MPa、维压时间为60 s时，随着水料比由0增大到30%，TG脱毒率呈先升高后降低的变化趋势(73.71%～86.92%)，其中以25%水料比的TG脱毒率最高，达86.92%，30%水料比与25%水料比间差异不显著(P>0.05)，因此确定适宜的水料比为25%。

在固定水料比为25%、蒸汽压强为2.0 MPa时，随着维压时间由30 s延长到120 s，TG脱毒率呈先升高后降低的变化趋势(76.31%～86.98%)。维压时间为60 s时，TG脱毒率最高，达86.98%，显著或极显著高于其他维压时间(P<0.05或P<0.01)，继续延长维压时间并不能提高TG脱毒率，因此确定适宜的维压时间为60 s。

在固定水料比为25%、维压时间为60 s时，随着蒸汽压强由1.0 MPa增大到2.5 MPa，TG脱毒率呈先升高后降低的变化趋势(76.02%～85.39%)。蒸汽压强为2.0 MPa时，TG脱毒率最高，达85.39%，显著或极显著高于其他蒸汽压强(P<0.05或P<0.01)，继续增加蒸汽压强并不能提高TG脱毒率，所以确定适宜的蒸汽压强为2.0 MPa。

2.2 蒸汽压强对RSM中TG及其降解产物含量的影响

表 3显示的是固定水料比为25%、维压时间为60 s时，在不同蒸汽压强下TG及其降解产物含量的变化。与未处理组相比，提高蒸汽压强可极显著降低RSM中TG、异硫氰酸酯的含量(P<0.01)，且未检测出噁唑烷硫酮。蒸汽压强为2.0 MPa时，TG脱毒率最高，达85.39%，显著或极显著高于替他蒸汽压强(P<0.05或P<0.01)。

2.3 蒸汽压强对RSM中营养物质消化率的影响

表 4显示的是固定水料比为25%、维压时间为60 s时，不同蒸汽压强对RSM中营养物质消化率的影响。不同蒸汽压强下的蒸汽爆破对RSM中苏氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、脯氨酸的消化率无显著影响(P>0.05)，但RSM中干物质、总能、粗蛋白质、天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、缬氨酸、赖氨酸、精氨酸的消化率随着蒸汽压强的增大而呈降低趋势。与未处理组相比，1.0、1.5 MPa蒸汽压强对RSM中各营养物质消化率无显著影响(P>0.05)，2.0 MPa蒸汽压强可显著或极显著降低粗蛋白质、赖氨酸、精氨酸的消化率(P<0.05或P<0.01)。

3 讨 论 3.1 蒸汽爆破处理对RSM中TG脱毒率影响

蒸汽爆破处理均可提高RSM中TG的脱毒效果。在固定蒸汽压强与维压时间时，随着水料比的提高(0~25%)，蒸汽爆破可显著提高RSM中TG的脱毒率，表明适宜的水料比有助于高温蒸汽均匀渗透入RSM内部，削弱分子间的黏结，促进蒸汽变构与降解作用的发挥，提高蒸汽爆破的处理效果，同时也能缓解高温对蛋白质或氨基酸消化率的降低作用。但水料比过高时，过高的湿度会阻碍水蒸汽对原料的渗透作用，削弱蒸汽爆破效果^{[9, 19]}。这是本研究中30%水料比的脱毒效率反而低于25%水料比的原因。

在固定水料比与蒸汽压强时，随着维压时间的延长，TG脱毒率呈先升高后降低的变化，表明适当延长维压时间有助于提高蒸汽爆破的强度，提高蒸汽爆破的脱毒效果。但随着维压时间的进一步延长，过多蒸汽在RSM上凝结的水分反过来会阻碍水蒸汽对原料的渗透作用，削弱蒸汽爆破效果^{[9, 20]}。这是本研究中维压时间大于60 s后脱毒效率反而降低的原因。

在固定水料比与维压时间时，随着蒸汽压强的增大，TG脱毒率呈先升高后降低的变化趋势，表明适当提高蒸汽压强可提高蒸汽爆破处理的脱毒效果，但是脱毒效果并不是蒸汽压强越高越好^[20]。过多的高温高压蒸汽在RSM上凝结的水分反过来会削弱蒸汽爆破处理的脱毒效果，这就是本研究中2.5 MPa蒸汽压强的脱毒效果不如2.0 MPa的原因。

本研究证实，适宜的蒸汽爆破水料比、蒸汽压强、维压时间均可显著提高RSM中TG的脱毒率。在水料比的各处理中，虽然蒸汽爆破强度均是3.4(表 1)，但蒸汽爆破处理的脱毒效果却随水料比增加而发生显著变化，证明水料比可显著影响蒸汽爆破处理的脱毒效果。但蒸汽爆破强度这个指标的计算公式中只反映蒸汽压强(温度)、维压时间2个指标^[11]，不能反映原料中水料比的影响，说明该公式具有一定的局限性。蒸汽爆破处理的脱毒效果受原料中的水料比(湿度)、蒸汽压强、维压时间3个因素的影响，因此，在确定蒸汽爆破参数时需要加强对包括水料比在内的3个参数的研究。

3.2 蒸汽压强对RSM中TG及其降解产物含量的影响

固定水料比与维压时间时，适当提高蒸汽压强可显著降低TG、唑烷硫酮、异硫氰酸酯的含量。在蒸汽压强为2.0 MPa时，TG、异硫氰酸酯、唑烷硫酮脱毒效果最佳。这可能是由于蒸汽爆破可破坏/降解TG、异硫氰酸酯、唑烷硫酮的化学结构。此外，蒸汽爆破能失活RSM中的芥子酶，避免在加工过程中芥子酶降解TG生成毒性更大的唑烷硫酮、异硫氰酸酯等。但是蒸汽压强过高时，过多的水分反而会削弱蒸汽爆破的变构或降解作用，这就是2.5 MPa的蒸汽压强的脱毒效果下降的原因。

与现有脱毒技术相比，本研究中蒸汽爆破技术对RSM中TG的脱毒效果低于混合优良菌种的微生物固体发酵^[21-22]与混合溶剂脱毒法^[23]的脱毒处理效果(TG脱毒率为92.01%～94.85%)，但优于酶解法与多数微生物发酵的脱毒处理效果(TG脱毒率为48.34%～60.62%)。相对而言，化学溶剂脱毒法存在着脱毒RSM适口性较差、营养物质损失较大、脱毒剂残留与废液污染等问题。微生物脱毒法存在着发酵时间较长(24～48 h)等问题。而蒸汽爆破处理技术只需要用自来水调整棉籽粕到一定的水料比，在室温进行充分的水化处理，在一定的蒸汽压强下维压几十秒的时间，即可快速、高效地去除RSM中TG、异硫氰酸酯、唑烷硫酮，处理后RSM能够达到我国饲料用菜粕的国家标准(异硫氰酸酯含量低于0.75 g/kg的限制)，具有预处理简单、脱毒时间短、脱毒效率高、对环境无污染、对设备无腐蚀等特点。

3.3 蒸汽压强对RSM中营养物质消化率的影响

本研究表明，在适当的蒸汽压强下(不大于1.5 MPa时)，蒸汽爆破在达到有效的脱毒处理的同时，对RSM中营养物质的消化率无显著不良的影响，但随着蒸汽压强的提高(大于2.0 MPa时)，蒸汽爆破可显著降低RSM中营养物质消化率。这表明过度的蒸汽压强(温度)可引发美拉德反应，损害RSM的营养特性，降低蛋白质与氨基酸的含量与消化率^[15]。损害的程度取决于蒸汽压强(温度)与维压时间。所以在研究RSM这一蛋白质饲料的蒸汽爆破脱毒条件时，除关注脱毒率外，更应特别注意加工过程对蛋白质品质与氨基酸消化率的影响。综合平衡脱毒效果与营养物质消化率2个指标，适宜的蒸汽爆破条件以水料比25%、维压时间60 s、蒸汽压强不大于2.0 MPa为宜。

对单胃动物而言，饲料蛋白质品质取决于饲料蛋白质的氨基酸的数量，取决于动物对饲料氨基酸的消化率。高温处理不当容易引发美拉德反应，降低蛋白质、氨基酸(尤其是赖氨酸)的数量与消化率。人们在评定饲料的消化率时，体内法(in vivo)是最直接而可靠的方法，但由于耗时长、费用高的原因促使人们多采用体外法(in vitro)来预测动物对饲料的消化率。“单胃动物仿生消化系统”可利用计算机模仿动物机体消化系统，在体外精确评估猪饲料能量与粗蛋白质的消化率^[24]，其数据可作为饲料加工的一个重要评价标准。但体外仿生法并不能替代动物的消化生长试验，因此需要进一步开展动物试验进行养分消化利用率的评定。

4 结 论

以TG脱毒率为评价指标，按单因素试验设计筛选出蒸汽爆破的适宜水料比为25%，适宜的维压时间为60 s，适宜的蒸汽压强为2.0 MPa。但是综合考虑TG脱毒率与营养物质消化率2项指标时，当固定水料比为25%、维压时间为60 s时，适宜的蒸汽压强以不大于2.0 MPa为宜。