菜籽粕中抗营养因子去除方法的研究进展

孙 林，刘 平，曾作财，吴礼明，尧国荣

（1.江西农业工程职业学院，江西 樟树 331200；2.江西省上犹县犹乐养殖场，江西 赣州 341300）

我国蛋白质饲料资源严重不足，尤其豆粕、鱼粉、肉骨粉等优质蛋白质饲料缺乏，必须大量依赖进口。伴随中美贸易战的爆发，豆粕等蛋白质饲料资源不足的问题更加凸显。我国菜籽粕产量丰富，产量居世界首位，每年油菜籽榨油产生的副产物菜籽粕达700万t[1]。菜籽粕的粗蛋白质含量高达33%～38%，仅次于豆粕，蛋白质氨基酸组成合理，潜在的营养价值很高。但由于其含有大量的抗营养因子使得菜籽粕在动物生产中的应用受到了限制。菜籽粕中含有硫代葡萄糖甙，在本身芥子酶的分解下可以生成异硫氰酸酯、恶唑烷硫酮、硫氰酸酯、腈等物质，都有一定毒性，能损害动物的内脏器官，尤其异硫氰酸酯与恶唑烷硫酮能使动物的甲状腺肿大和降低动物的生长率[2]。菜籽粕中的植酸能与菜籽粕中的矿物质离子牢固地结合，形成难溶性的植酸盐络合物，降低矿物质元素的生物效能；还可以与蛋白质结合，形成不溶性的络合物，阻止蛋白质酶解，降低消化利用率。菜籽粕中的单宁可结合动物体内的脂肪酶、胰蛋白酶、淀粉酶而使之失活，影响动物的消化吸收机能，生长迟滞，同时具有涩味和辛辣味，影响菜籽粕的适口性和动物采食量[3]。

随着养殖业的快速发展，在饲料蛋白质资源日益缺乏的今天，开发利用菜籽粕蛋白质具有重要的意义。国内外对菜籽粕脱毒的研究在20世纪70年代就已经开始，随着研究的深入和科技的发展，脱毒的方法多种多样，总体可以归纳为物理脱毒、化学脱毒、生物脱毒3个方面。

1 物理脱毒方法

物理脱毒方法的原理是通过物理性的高温加热、挤压膨化或者振荡洗涤等方法杀灭菜籽饼中的微生物，灭活芥子酶与其它酶系，使菜籽粕中硫甙等抗营养因子分解并随蒸气或者水分去除掉。常用的物理脱毒方法是加热脱毒法、辐射脱毒法、挤压膨化法等。

1.1 加热脱毒法

加热脱毒法是人们进行脱毒研究时最早开始使用的方法。Jensen等（1995）对菜籽粕进行加热，100℃加热时间从为5 min到60 min，菜籽粕的硫甙去除率从24%达到70%，加热2 h，硫甙去除率甚至达到95%，但随着加热时间从5 min升到120 min，菜籽粕蛋白质的可溶性由85%降到40%，菜籽粕蛋白质的实际消化率也大幅度降低，由79%降为71%[4]，严重影响了蛋白质的营养价值。目前国内对菜籽粕的加热脱毒研究主要采用蒸汽爆破的方法。贺永惠等（2017）使用2.0 MPa蒸汽维压时间为60 s，菜籽粕的总硫甙、异硫氰酸酯的含量显著降低，营养物质消化率无显著影响[5]。高温处理的菜籽饼粕中硫代葡萄糖甙部分降解，但其它抗营养因子不会分解，如植酸钙是一种比较稳定的物质，不易受高温破坏；单宁在高温下部分水解，其降解速度较慢，无法全面脱毒。

1.2 辐射脱毒法

辐射脱毒法也是较为常见的物理脱毒法，主要通过辐射灭活菜籽粕中的芥子酶，达到硫甙分解的目的。国外最早使用微波辐射进行脱毒[6]，降低硫代葡萄糖甙含量，同时改善菜籽粕的适口性。近年来，随着新技术的发展，国内开始采用电子束辐射脱毒菜籽粕。崔龙等（2017）以 1、2、3、5、7、9 kGy剂量的电子束对菜籽粕进行辐照处理，研究辐照对硫代葡萄糖甙及其水解产物、植酸、单宁的影响，发现电子束辐照可有效降低饼粕类饲料中硫代葡萄糖甙及其水解产物、植酸、单宁等的含量，其中7 kGy下异硫氰酸酯降低17.17%，9 kGy下恶唑烷硫酮、硫代葡萄糖甙、单宁分别下降14.17%、15.83%、18.18%[7]。目前该方法脱毒作用不明显，但拓展了菜籽粕脱毒的思路。

1.3 挤压膨化法

挤压膨化法是一种通过蒸汽、电或者挤压摩擦加热后突然减压而使原料膨胀以去除其中不利成分的方法，脱毒效率较高。Mukhopadhyay等（2008）将加热筒温度设定为82.5℃、挤压速度90 r/min、水分含量41.22%时，菜籽粕中单宁去除率达到61.25%[8]。国内肖志刚等（2008）的研究也得到类似结果[9]。倪海球等（2017）采用双螺杆干法挤压膨化机对饲料级菜籽粕进行挤压膨化加工，测定菜籽粕中硫苷和植酸含量显著降低，异硫氰酸酯和恶唑烷硫酮含量低于检测限0.15 mg/g，但总氨基酸含量也随之下降了1.75%，半胱氨酸、赖氨酸和精氨酸含量显著降低[10]。因此挤压膨化法对菜籽粕的营养价值有较大影响。

2 化学脱毒法

化学脱毒法是通过添加化学试剂与菜籽粕的有毒成分发生化学反应而脱毒的方法。基本原理为根据菜籽饼粕中某些有毒成分的理化性质，进行分解、中和、溶解、结合等，以去除毒性。目前化学脱毒法主要有酸碱溶液处理法、醇类溶液处理法、盐处理法等。

2.1 酸碱溶液处理法

酸碱溶液处理法，即使用酸碱溶液对菜籽粕进行浸泡或者加热蒸煮，水解硫甙，中和游离态的植酸生成植酸盐，使植酸盐不易与动物体内的矿物质结合生成难溶物质。臧海军等（2007）将粉碎的菜籽饼粕中加入浓度为14 g/kg的氢氧化钠水溶液，加压蒸煮，可以较大程度地去除硫甙[11]。兰文菊等（2012）使用浓度4%硫酸按照固液比为1∶20（g/mL），60℃下浸提60 min，经硫酸溶液脱毒后菜籽粕中植酸、单宁、硫代葡萄糖甙、异硫氰酸酯和恶唑烷硫酮的脱除率分别为92.16%、90.45%、93.37%、90.85%和 88.97%[12]。彭胜等（2015）使用浓度3%硫酸按照料液比为1∶20（g/mL），脱毒温度90℃，振荡浸提90 min，脱毒2次，菜籽粕中单宁、植酸、硫甙的脱除率分别为68.21%、71.03%、72.46%[13]。酸碱溶液处理法的脱毒效果较理想，但增加了脱毒饼的苦味。另外研究发现使用碱处理菜籽粕营养损失达到10%，同时提高了粗纤维的百分比，降低了菜籽粕蛋白质的可溶性，不利于饲用[14]。

2.2 醇类溶液处理法

醇类溶液处理法是利用菜籽饼粕中某些有毒成分如硫代葡萄糖甙、多酚物质等均可溶于醇类水溶液的特点进行的。卜路霞等（2011）在7℃温度下采用质量分数为80%的甲醇溶液浸泡菜籽粕4 h，浸提出硫甙含量最高（45.68 μmol/g），菜籽粕硫甙含量明显降低[15]。罗仓学等（2013）使用浓度64%的乙醇，温度 62 ℃，时间 3 h，液料比 20∶1，在此条件下得到的硫甙浓度为51.825 μmol/g[16]。兰文菊等（2012）使用混合溶剂甲醇/乙醇∶硫酸∶水体积比为80∶4∶16，液固比为 8∶1，45 ℃下浸提 40 min，脱毒1次。经甲醇硫酸水体系脱毒后菜籽粕中植酸、单宁、硫甙、异硫氰酸酯和恶唑烷硫酮的脱除率分别为 88.52%、82.44%、92.01%、87.91%和 81.65%，乙醇硫酸水体系中分别为89.34%、83.57%、91.60%、88.32%和82.71%，效果较理想[17]。利用醇类溶液浸泡菜籽饼粕可以减少一定的毒性，但一些不溶于醇类溶液的有毒成分无法排除，且很多营养成分也易溶于醇类水溶液而造成营养的极大损失，配制大量的醇类水溶液脱毒成本较高，因此限制该方法的推广。

2.3 盐处理法

盐处理法是利用硫甙的部分水解产物可以与盐中游离的阳离子起螯合作用，形成不易被动物吸收的高度稳定的络合物，从而减小了菜籽粕的毒性。朱文优等（2012）向菜籽粕中加入2.5%的FeSO4·7H2O（七水硫酸铁）、3.0%的 CuSO4·5H2O（五水硫酸铜），调节其水分含量为65.0%，在0.1 MPa下蒸煮60 min，菜籽粕的硫代葡萄糖甙脱毒率可达85.2%[18]。Das等（2005）也有过类似的报道[19]。但一些研究认为盐处理法效果不如水煮加热处理的效果好，虽然成本较低，但菜籽粕营养损失严重，同时带有一定的污染问题，且因金属盐的增加，影响脱毒饼的适口性[20]。

3 生物脱毒法

生物脱毒法是指通过添加外源酶或添加微生物菌株进行发酵产生的酶系分解去除菜籽粕中抗营养因子以达到脱毒菜籽粕的目的。生物学脱毒法主要可以分为添加酶制剂法和微生物发酵法。

3.1 添加酶制剂法

目前添加酶制剂法通常添加的酶有植酸酶、淀粉酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶等。Guggenbuhl等（2007）通过向饲喂菜籽粕的仔猪饲粮中添加植酸酶，发现植酸酶可以提高氨基酸的利用率，从而提高了菜籽粕的营养价值[21]。Shim等（2003）也得出相同的结论[22]。国内刘军等（2009）在菜籽粕中直接添加浓度2．4%（菜籽粕量）的外源植酸酶，作用于菜籽粕，温度45℃、pH 4．7、反应时间90 min，植酸酶解率可达60%[23]。朱秋华等（2013）也做过类似的研究，结论一致[24]。向菜籽粕中添加蛋白酶并结合过滤、盐处理等手段也是目前国内常用的脱毒方法。杨雪等（2017）采用碱溶酸沉法提纯菜籽粕蛋白，再用碱性蛋白酶酶解菜籽粕蛋白制备菜籽多肽，处理后菜籽多肽中的硫甙含量下降了84.32%[25]。严梅荣等（2010）使用碱性蛋白酶直接水解菜籽粕制取菜籽多肽，并添加亚硫酸钠的影响及使用膜分离技术去除产物中的硫代葡萄糖甙，产物的硫代葡萄糖甙质量比从1.36 mg/g降低到0.39 mg/g[26]。袁建等（2010）研究了淀粉酶法与碱提法结合提取蛋白质的工艺，通过添加2.5%淀粉酶，酶解时间3 h；碱提pH 10，碱提温度55℃，碱提时间2 h，料液比1∶12，菜籽粕蛋白的单宁脱除率为 56．65%，植酸脱除率为 62．77%，硫甙脱除率达93.66%[27]。目前添加酶制剂脱毒的方法主要集中在两个方向：一是直接添加植酸酶降低菜籽粕中植酸的抗营养作用，其脱毒效果有局限性，无法脱除硫甙等毒素。二是添加蛋白酶在菜籽粕蛋白提取过程中进行物理或者化学脱毒，操作复杂，不实用。

3.2 微生物发酵法

微生物发酵法相对于其它方法具有成本小、操作简单、营养成分损失小等优点，引起人们的关注。目前国内外对菜籽粕发酵采用的菌种只要集中在乳酸菌、芽孢杆菌、霉菌、酵母菌等菌种，且多采用混菌固态发酵的方式。随着近年来研究的深入，乳酸菌和枯草芽孢杆菌对硫甙突出的降解能力逐渐被人们所发现。吴正可等（2018）以菜籽粕中硫甙为唯一碳源，从发酵青贮与土壤混合液中分离出54株菌株，以硫甙降解率筛选发现最优的硫甙降解菌株属于嗜酸乳杆菌，硫甙降解率达30.73%[28]。孙林等（2009）使用植酸乳酸菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、酪酸梭状芽孢杆菌进行混菌固态发酵，菜籽粕硫苷含量从107.758 mol/g降至15.959 mol/g，硫甙降解率达85.19%，同时粗蛋白质含量也有所提高，菜籽粕营养品质得到较大提高[29]。胡永娜等（2012）以选用的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、植物乳杆菌、啤酒酵母、季也蒙毕赤酵母及黑曲霉等菌种混菌株发酵，硫代葡萄糖甙（硫苷）、恶唑烷硫酮（OZT）、单宁、植酸降解率分别为 93.44%、99.99%、34.86%、18.15%[30]。朱少华等（2014）利用酿酒酵母、乳酸菌、枯草芽孢杆菌混菌发酵脱毒菜籽粕也得到类似的结果[31]。另外，人们研究发现曲霉菌等可以产生植酸酶、糖酶，利用黑曲霉发酵菜籽粕可以较好地降低菜籽粕中的植酸和硫甙含量[32]。国内也有相关的研究。陆豫等（2007）使用白地霉和米曲霉混菌发酵脱毒菜籽粕，在水料比2∶1，29℃发酵47 h，菜籽粕的硫甙去除率达到97%，取得了较好的效果[33]。陈娟等（2010）使用白地霉、产朊假丝酵母、黑曲霉和热带假丝酵母4种菌种组合发酵菜籽粕，菜籽粕中的植酸和粗纤维素含量降低，改善菜籽粕的品质，同时提高粗蛋白质含量[34]。肖翼等（2011）使用米曲霉发酵菜籽粕，菜籽粕中芥子碱与多酚的脱除率达到50.6%和67.2%[35]。在微生物脱毒菜籽粕的研究中，也有人采用添加酶制剂和微生物发酵相结合的方法，并取得了一定的进展。魏炳栋等（2014）使用乳酸菌和酸性蛋白酶复合固态发酵菜籽粕，菜籽粕的粗蛋白质含量有效提高，异硫氰酸酯和恶唑烷硫酮有效降解，植酸的降解能力有限[36]。赵娜等（2014）采用益生菌菌种和组合酶共同作用酶解发酵菜籽粕，菜籽粕经酶解发酵后硫苷降解率达83.32%，菜籽粕经酶解发酵后酸溶蛋白质含量提高234.11%，93.85%的磷以无机磷形式存在，更有利于动物机体对磷的消化吸收，粗纤维经酶解发酵处理后含量下降明显，达到32.17%。酶解发酵后菜籽粕干物质体外消化率可以提高16%以上，粗蛋白质体外消化率提高23%，菜籽粕的营养品质得到较大幅度的改善[37]。

生物脱毒法相对于物理脱毒法、化学脱毒法具有成本小、易于操作等突出优点，成为脱毒菜籽粕的首选方法。随着生物脱毒法的研究深入，菜籽粕中硫甙、植酸等抗营养因子得到大幅度降解，但其中纤维素、半纤维素、木质素等含量仍然很高且很难降解，只能在反刍动物饲养中使用，畜禽生产中只能少量应用于成年家畜或家禽。

4 小结

综合菜籽粕的脱毒方法，生物脱毒法的优势明显，也是人们研究的重点。未来的发展方向是降低菜籽粕中抗营养因子的同时，降低纤维素、木质素等难消化物质含量以提高菜籽粕的消化利用率，才能从根本上实现菜籽粕替代豆粕的目标。菜籽粕的脱毒方法也不应该仅仅局限于生物脱毒法，可以物理脱毒、化学脱毒法联用。随着饲料加工工艺的不断改进，菜籽粕脱毒技术不断更新，高营养低毒菜籽粕将在养殖行业中发挥出更大的价值，解决我国蛋白质资源缺乏的问题。