广东饲料第２４卷第６期２０１５年６月 稿酚晒特吐生与棉籽粕膜毒方法的研奔进展 赵大伟 劳泰财 叶强ｚ查向东。车媛媛 （１．新疆希普生物科技股份有限公司，新疆昌吉８３２２０８） （２．新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐市８３００５２） （３．安徽大学生命科学学院，安徽合肥２３０６０１） 【中图分类号】Ｓ８１６，７ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００５—８６１３（２０１５）０６—００３７－０４ 我国是产棉大国，年产棉籽粕６００万ｔ，其中新 品中游离棉酚平均含量为６０８ ｍｇ／ｋｇ；２００１年棉粕 疆地区是棉籽粕主产地，占总产量６０％以上，资源 中游离棉酚含量为７６０ ｍｇ／ｋｇ；２００９年，王安平收集 丰富且蛋白质含量较高，是畜禽的主要蛋白质饲料 的中国５个不同主产区棉粕样品游离棉酚平均含 资源之一，由于新疆维吾尔自治区的面积辽阔，运 量为１０２１ ｍｇ／ｋｇ。主要原因是随着油脂提取工艺的 输成本高，造成需要从沿海地区调运的蛋白饲 改进，降低了棉油中ＦＧ含量，将更多棉酚保留棉粕 料——豆粕的价格居高不下，而当地资源棉籽粕价 副产物中，因而棉粕中棉酚含量呈上升趋势。因此 格低廉，但棉籽粕中含有游离棉酚ｆ ＦＧ）对动物有很 进一步研究我国棉籽蛋白的营养价值及棉酚特性， 强毒性，很大程度上限制了其在畜禽饲粮中的应 开发具有经济效益的棉酚降解技术，对于促进棉籽 用，显然，开发优质低毒性棉籽粕，提高棉籽粕在饲 粕及棉籽蛋白的合理利用具有重要意义。 料中用量，可降低饲料原料成本。畜禽长期采食ＦＧ １棉酚的毒副作用 易引起中毒甚至死亡，即使是对ＦＧ抗性较高的奶 １．１棉酚的化学组成与基本性质 牛，长期大量采食棉籽粕也会影响产奶量。根据不 游离棉酚又称棉毒素，存在于叶、茎、根及种子 同年度报道的数据发现棉籽粕饼中棉酚含量在呈 的色素腺体，分子式为ｃ∞Ｈ ，分子量５１８．６；２ 现一个显著的增长。上世纪８０年代国内棉花主产 个萘环通过各自的内部萘单元上的２一和２’一碳原 区棉籽浸出粕抽样检测结果游离棉酚５１８ ｍｇ／ｋｇ， 子联合而成。经证实，萘单元８一和８’一上的醛基是 ２０世纪９０年代在新疆建设兵团主产棉区所测样 棉酚产生毒性的主要原因，棉酚存在酚醛型、半缩 醛型和环状羧基型三种异构体，其结构见图１。棉 【收稿日￣１１２ｏ１５—０５－２８ 酚的结构式中含有醛基和羧基，化学性质很活泼， 【项目基金】兵团科技计划项目资助项目脱毒发酵棉粕新产 羧基具有很强的酸性，故棉酚能与碳酸钠、氢氧化 品开发与产业化示范（２０１３ＡＣ００１）。 钠反应，生成溶于水的棉酚盐；棉酚含醛基具有还 ＋“＋”＋“＋一－４－“＋”－４－“＋”＋一＋”＋”十一—－十一“十 ＋”—’一“＋一十“＋”－４－“—－卜”—卜” “—卜ｎ—・卜”—卜”＋ —卜”＋ｎ—卜”——卜ｕ十“—卜”＋一十”＋“＋”＋“十”—卜“＋”＋”＋”＋”＋ 都存在副作用。黄曲霉毒素可以降低肉鸡血浆中胡 影响对色素的吸收和沉积。大肠杆菌、球虫病、梭菌 萝卜素含量以及造成脂肪吸收不良；赭曲毒素可降 性肠炎等都是家禽生产中常见疾病，它们损害机体 低血浆中类胡萝卜素含量，但对脂肪吸收不影响； 对饲料养分的吸收，同时对皮肤着色有直接的不利 Ｔ一２毒素可引起脂肪吸收不良，但不影响血浆中类 影响。据报道，肉鸡感染球虫后３天，血清中叶黄素 胡萝卜素含量。 含量减少５０％，７天后减少７０％。因此，当鸡群发生 ３ ３疾病 疾病或健康问题时，其着色效果自然变差。 鸡的疾病，特别是肠道感染或寄生虫侵袭都会 参考文献：（略） ・３７・ 广东饲料第２４卷第６划２０１５年６月 含量为参考指标，ＧＢ／Ｔ ２１２６４—２００７《饲料用棉籽 原性，能发生银镜反应和费林反应，易与蛋白质、氨 基酸、磷脂等物质作用。常温下，纯棉酚呈黄色结 晶，是血管、细胞、神经性毒素，易溶于乙醇、乙醚、 丙酮、三氯甲烷等有机溶剂，亦溶于油脂，但不溶于 粕》中规定，棉籽粕产品按游离棉酚的含量范围分 为：低酚棉籽粕ｆ／Ｊ、于３００ ｍｇ／ｋｇ）、中酚棉籽粕ｆ ３００～７５０ ｍｇ／ｋｇ）、高酚棉籽粕（７５０—１２００ ｍｇ／ｋｇ １；ＧＢ 水、己烷及低沸点的石油醚。 Ｈ。 ；： 。“—＝＝＝ｎ。 ；： ｎ 双薛甯式 取内雠式 嘲ｉ ｌ｛钰酚的晶体结掏 １．２棉酚的毒副作用 １．２．１对人的毒副作用 由于棉酚是脂溶性物质，棉籽榨油后棉酚主要 进入棉子油中，初榨棉子油中棉酚的含量通常在 １％以上。按ＧＢ ２７１６—２ｏｏ５＜＜食用植物油卫生标准》 的规定，食用植物油中的棉酚含量≤Ｏ．０２％。初榨 棉籽油中的棉酚含量远远高于食用安全标准，食用 粗制棉籽油的人群可发生慢性中毒，易患低血钾软 病和烧热病，前者以皮肤灼热但无汗为特征，可伴 有头晕、乏力、烦躁、恶心、瘙痒等，后者以肢体无 力、麻木、口渴、心悸、肢体软瘫为主。 通过大量动物试验和临床观察后证实，棉酚有 良好的抗生精功能，棉酚的抗生精的主要机制是对 睾丸生精上皮产生作用，抑制多种脱氢酶的活性， 从而导致精子畸形、死亡，这是迄今为止世界上唯 一的高效抗生精药物，但当服用剂量过大、服用时 间过久时，停药后不能恢复生育力，从而导致绝育， 据估计棉酚导致的绝育发生率为２０％～３０％；其次， 约１Ｏ％服药者发生低血钾反应，即棉酚中毒；其三， 研究还表明棉酚能抑制肝脏药物代谢酶活性，从而 抑制肝脏解毒功能。因此，１９８６年我国决定不再支 持棉酚作为避孕药的研究。２００１年，中国科学院刘 以训院士呼吁重新进行棉酚的研究，这使得棉酚作 为男性避孕药的研究又出现了转机，目前仍在研究 阶段。 １．２．２对动物的毒副作用 近年来，我国的棉籽粕主要用于动物饲料，棉 籽粕中的棉酚含量根据制油方式的不同而有较大 差异。棉籽粕在饲料的限量使用主要以游离棉酚的 ・３８・ １３０７８—２００１《饲料卫生标准》对相关产品中游离棉 酚的允许量规定为：棉籽饼粕≤１２００ ｍｇ／ｋｇ，肉用 仔鸡、生长鸡配合饲料≤１００ ｍｇ／ｋｇ，产蛋鸡配合饲 料≤２０ ｍｇ／ｋｇ，生长肥育猪配合饲料≤６０ ｍｇ／ｋｇ。 １．２．２．１对家禽的毒副作用 游离棉酚主要由活性醛基和活性羟基产生毒 性而引起多种危害，棉酚被动物摄入后，尽管部分 在消化道中形成结合棉酚直接经肠道粪便排出，但 其排泄比较缓慢，极易在机体内和鸡蛋中蓄积，大 量棉酚进入鸡的消化道后可刺激肠黏膜引起肠炎， 进人血液后能损害心、肝、肾等器官，心脏损害而致 的心力衰竭又会引起肺水肿和全身缺氧性变化；棉 酚的脂溶性使其易积累在神经细胞中，使神经系统 机能发生紊乱。 棉酚对家禽的毒副作用表现为食欲减退、体重 减轻、腿病、肺水肿、肝脏和心肌变性坏死等现象， 产蛋性能和种蛋孵化率降低，蛋黄变色，血清中血 红蛋白、总蛋白数量及白蛋白／球蛋白降低。２０１２ 年《新京报》刊登“鸡饲料中棉酚过量易致橡皮蛋” 的文章引起行业很大风波，可能是饲料中棉酚含量 严重超标，导致棉酚在体内的积累多，棉酚与蛋白 质发生交联反应，改变蛋白质的结构，使鸡蛋蛋白 富有弹性。此外，棉酚还会抑制胃肠中的蛋白酶活 性，从而影响家禽的生长。有研究表明，棉籽粕在蛋 鸡料中使用，饲料中ＦＧ含量分别为７５ｍｇ／ｋｇ、４０ ｍｇ／ｋｇ和３２ ｍｇ／ｋｇ，前两组显著降低鸡蛋的浓蛋白 高度，降低了鸡蛋的品质，３２ ｍｇ／ｋｇ组鸡蛋的浓蛋 白高度未出现显著性差异；方琴音（２００４）研究３８ 周龄新罗曼商品代蛋鸡饲喂添加棉籽粕（ＦＧ ３０ｍｇ／ｋｇ）的１３粮，试验７天后出现蛋黄变色现象； 王开丽和张石蕊（２０１３）等研究低棉酚棉籽蛋白代 替豆粕在肉鸡在饲养试验，用低棉酚棉籽粕（ＦＧ ３２５ ｍｇ／ｋｇ）等蛋白替代豆粕分别为０％、３０％、６０％、 １００％，试验周期４９天，试验全期鸡只表现健康和 正常，结果是日增重分别为２９．５７、２７．０３、２７．８５和 ２８．３１ ｇ／ｄ，料重比分别为２．４、２．４５、２．５５、２．５。 １．２．２．２对单胃动物的毒副作用 游离棉酚对肠胃黏膜有刺激作用，引起肠胃黏 广东饲料第２４卷第６期２０１５年６月 膜发炎和出血，并能增加动物血管壁的通透性，使 血红细胞和血浆渗透到外周组织，致受害组织发生 血浆性浸润；损害细胞血管和神经系统造成心力衰 竭和组织水肿。中毒症状表现为呼吸困难、生长减 慢、食欲减退、鼻腔有黏浆流出等，粪便干黑或带 血，不断喝水，但尿量少，出现血尿。另外，ＦＧ可与 体内蛋白质、铁等结合使酶失活引起缺铁性贫血；Ｆ Ｇ还会损害生殖系统、抑制精子生成、影响精子存 活率、扰乱雌性动物发情周期、引起子宫萎缩、影响 妊娠。钱伟（１９８８）研究了醋酸棉酚对大鼠和家兔胃 分泌和运动机能的影响，结果表明，醋酸棉酚有刺 激大鼠和家兔胃酸分泌的作用，醋酸棉酚有抑制胃 泌素释放的作用，引起腹胀、食欲下降等现象，从而 抑制体重增加。 １．２．２．３对水产品的毒副作用 研究认为，鱼虾等水生变温动物似乎对游离棉 酚的抵抗能力远比畜禽动物强，棉酚对鱼类的影响 主要表现在采食量下降、生长受抑制、肝脏脂肪沉 积增加等。不同鱼类对于游离棉酚的敏感程度不一 样，有报道表明。有研究表明饲料中的游离棉酚在 ２９０ ｍｇ／ｋｇ以上时，虹鳟表现出生长抑制：当游离棉 酚在５３１ ｍｇ，ｌ【ｇ以上时，虹鳟的血细胞比容、血红 蛋白和血浆蛋白均显著下降。以醋酸棉酚形式添加 游离棉酚，当棉酚含量在４００ ｍｇ／ｋｇ以上时，鲤鱼 的生长明显受到抑制，且肝脏中棉酚蓄积量与饲料 中棉酚含量呈正相关；鲤鱼腹腔注射醋酸棉酚０、 ７．３、５４、１００、２００、４００ ｍｇ／ｋｇ体重，９６ ｈ后，死亡率 分别是０、０、２０％、７０％、９０％、１００％；９６ｈ的半致死 剂量是６３．６ ｍｇ／ｋｇ体重。蒋明、仲维玮（２Ｏｌ１）研究 低棉酚棉粕替代１／３和２／３豆粕时对尼罗罗非鱼幼 鱼（初始体重７．２７ｇ／条）生长、体内组织游离棉酚含 量的影响，结果是各组尼罗罗非鱼幼鱼的体质量增 长率、特定生长率、成活率及鱼体粗蛋白和粗脂肪 含量均无显著差异（Ｐ＞０．０５），但未经脱毒处理棉粕 替代２／３豆粕组的饲料系数显著高于其他组（Ｐ＜ ０．０５）。低棉酚棉粕替代２／３豆粕组肌肉游离棉酚含 量较未处理棉粕替代２／３组降低了７０．２７％（Ｐ＜ ０．０５）。胡毅研究以初始平均体重为７．Ｏ１±０．０５ｇ的 青鱼为研究对象，以含４０％豆粕的饲料作为对照饲 料，含４１％棉籽粕的饲料作为高棉籽粕饲料，试验 期为８周，结果表明：与豆粕对照组相比，高棉籽粕 组青鱼的特定生长率、血液红细胞数量以及血清补 体含量和总超氧化物歧化酶、溶菌酶活力均显著降 低（１９＜０．０５）。Ｃｈｅｎｇ（２００２）对虹鳟幼鱼的研究发现， 当高温压榨棉籽粕在饲料中添加量超过１５％时，鱼 体增重率和饲料转化效率就显著降低。罗琳（２００５） 用含０％、１５．２％、３０．５％和４６％低酚棉籽蛋白的饲 料喂养日本鲈鱼，结果显示，对鲈鱼的生长、饲料消 化率及鱼体成分组成无显著不良影响。 ２棉籽粕的脱酚方法 为降解棉籽粕中ＦＧ含量，提高其在畜禽日粮 中的用量，常用的脱酚方法有物理法、化学法、微生 物发酵处理等。 ２．１物理处理 物理处理包括浸泡、干热、蒸煮和离心分离等。 浸泡法指将棉籽粕浸泡于不同比例的水中１：５ １０、浸泡时间３Ｏ～６０ ｍｉ ｎ，可降低ＦＧ含量，但会造 成棉籽粕中大量水溶蛋白质流失；棉籽粕于１３０℃ 干热处理３０和６０ ｍｉｎ，Ｆ Ｇ含量从８８０ ｍｇ／ｋｇ分别 降低到７４０和６８０ ｍｇ／ｋｇ。棉酚存在于色素腺体内， 色素腺体的外壳相当坚硬，分布在整个棉仁内，腺 体的直径在５０～４００ １ＴＩ范围内变化，其中大部分 直径为８Ｏ一１２０ ｍ，如果能在加工中保持腺体的 完整，不使棉酚逸出，再将其分散在溶剂介质中，利 用色素腺体的形状、大小及密度与其他物料间的差 异进行离心分离。美国首先将离心分离技术应用于 棉籽蛋白粉的生产，这样得到的棉籽粉蛋白质可高 达６５％，游离棉酚含量少于０．０４５％，但该方法对 设备的要求很高，国内尚未商业生产化。物理法的 能耗较大，营养物质变性损失大，规模生产的可行 性较低。 ２．２化学处理 棉酚是一种酸性成分，能够与碱反应生成复 合盐，可选用碱性物质如纯碱、氢氧化钙、草木灰 水溶液浸泡脱毒，Ｎａｇａｌａｋｓｈｍｉ（２００３）用１％氢氧化 钙浸泡棉籽粕２４ｈ，棉籽粕经清洗脱碱后，棉籽蛋 白更易消化，营养价值提高；戴卫东（２００４）等报道 棉酚含量为０．１５％的棉籽粕原料，通过热碱法去 毒后其棉酚含量为０．０３２％。但碱处理后的棉籽粕 风味较差，需用水清洗，干燥较困难，因此不适宜 工业化生产。 棉酚是一类极活泼的酚类物质，在通常情况下 就很容易氧化变质，使用氧化性较强的氧化剂可用 来降解棉酚，常用的氧化剂是Ｈ ０ 。但氧化剂与蛋 ・３９・ Ｊ～乐饲料第２ ４卷第６ ２１｝１５年６ Ｊ】 白质反应剧烈，降低蛋白质溶解度，口感苦味重，并 降低棉粕中维生素的活性，从而降低棉籽粕的营养 价值。 ２．３溶荆萃取法 它是根据溶剂萃取法“相似相溶”的原理，采用 先萃取棉籽油后再萃取棉酚的分步萃取方法。棉仁 经低温软化、压坯、成型、烘干后，进入浸出提油系 统，经溶剂提取油脂后，湿粕进入脱酚浸出器，再经 溶剂两次萃取使棉酚含量达到工艺要求，脱去溶剂 后，进行低温烘干，得到棉酚含量小于０．０４％的棉 籽粕，蛋白质含量大于５０％。一般是利用工业己烷 （轻汽油或异己烷等）萃取棉子仁中的棉籽油，醇类 （乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇、丙酮等）萃取棉酚。此 法在油脂提取和脱酚全过程中，对物料的处理始终 是低温操作，最大程度地避免了蛋白质的热变性， 保证了蛋白营养效价。戴卫东（２００４）利用丙酮、己 烷与水混合溶剂提取棉酚，所得棉籽粕中残留的游 离棉酚＜Ｏ．０６％、总棉酚＜０．８％。 采用该技术脱酚比较彻底，所得成品的蛋白质 含量高，蛋白质和氨基酸破坏程度很低，但溶剂回 收工艺比较复杂，两种溶剂分离困难，溶剂互溶和 共沸现象严重，溶剂消耗大，成本较高。 ２．４微生物处理 目前，生物发酵法被认为是安全、脱毒效果 好、生产成本低、最有发展前途的脱毒方法。不但 能除去棉酚毒性，而且原料的营养价值也大为提 高，研究表明，发酵棉籽粕中含有大量糖类、脂类、 蛋白质等代谢途径产生的小分子代谢产物以及维 生素、消化酶等。微生物发酵脱毒中最关键的是菌 种选育，菌种的发酵代谢性能与棉籽粕脱毒效果 和营养价值密切关联。发酵棉籽粕的生产可分为 液体发酵法和固体发酵法，液体发酵法生产中微 生物代谢旺盛，微生物与棉酚充分接触，脱毒效果 好，植酸磷被转化为可利用磷，大分子蛋白质被分 解成小分子肽类物质，提高其生物活性，但由于液 体发酵法工艺设备投资大、烘干成本高，在饲料生 产加工中难以产业化；固体发酵棉籽粕的工艺关 键参数如温度、水分、氧气浓度、ｐＨ值等，通过仪 器监控发酵全过程，所得产品的脱毒稳定性好，由 于其生产成本低，所以目前生产发酵棉籽粕主要 采用固体发酵法。 何涛（２００７）筛选白地霉、扣囊内孢霉、热带假 ・４０・ 丝酵母、产朊假丝酵母、黑曲霉和米曲霉单一菌种 发酵棉籽粕，结果表明，产朊假丝酵母对棉酚的降 解率在７０％左右；杨继良（２０００）筛选出对棉籽饼中 棉酚具有较强脱毒能力的酵母菌，在固态生料发 酵３０℃条件下培养２天，游离棉酚的含量均下降 至０．０３％以下，脱毒率平均为８４％，蛋白质含量增 加４．６４％；顾赛红（２００３）利用黑曲霉对棉籽粕进行 固体发酵，游离棉酚由４９８ｍｇ／ｋｇ降为６７ｍｇ／ｋｇ，脱 毒率高达８６．５％，蛋白质含量提高了１０．９２％；金红 春（２０１ １）采用５株芽孢杆菌和酵母菌共同发酵棉 籽粕，发酵温度４０％，物料含水量５０％，接种量 ６％，发酵后粗蛋白质含量提高６．９９个百分点，淀粉 酶活力提高７６６Ｕ／ｇ；院江等（２００６）利用由乳酸菌与 酵母菌等主要有益菌组成的复合菌发酵棉籽壳，棉 籽壳发酵后游离棉酚含量降低，脱毒率达到 ７５．４％，主要营养成分粗蛋白提高２．２９％，中性洗涤 纤维降低１８．２％，酸性洗涤纤维降低１６．０４％，微生 物细胞数量达到９．８ Ｘ １０ 个／ｇ；吴小月（１９８９）选用 多种微生物（包括真菌、细菌、酵母菌）分别进行了 单一菌种棉仁饼粕发酵实验（饼粕含水量为５０％， 在３０％发酵４—６天），游离棉酚从６０８ ｍｇ／ｋｇ下降 至２７０～１８９ ｍｇ／ｋｇ。朱德伟（２０１０）通过响应面分析 法和典型性分析得出，热带假丝酵母ＪＤ一９，接种量 ４．４％，卡氏酵母ＪＤ一１３，接种量０．５６％，发酵时间 ４８ｈ，发酵温度３０℃，料水比为１：０．８，棉籽粕中的 棉酚从９８７．５ｍｇ／ｋｇ降解至８５．９ｍｇ／ｋｇ。秦金胜 （２０１０）等研究发酵棉粕和普通棉粕替代豆粕对猪 生长性能的影响，选用（杜Ｘ长Ｘ大）三元杂交阉公 猪进行生长期（６５～１３０ｄ）和育肥期（１３ｌ～１６２ ｄ）两 个阶段，结果表明：５％普通棉粕替代豆粕降低生长 期猪只的日增重，１０％普通棉粕替代豆粕降低育肥 期猪只的日增重，１５％发酵棉粕替代豆粕对生长期 和育肥期猪只的生产性能无显著性差异。 ２．５生物技术途径 通常情况下，无腺体棉籽粕ＦＧ含量小于 １００ ｍｇ／ｋｇ，比传统棉籽粕的真赖氨酸消化率和代谢 能高，经试验表明含１５％无腺体棉籽粕饲粮饲喂 蛋鸡，所产鸡蛋在７℃条件下储存５６ｄ后，未见蛋 黄变色。但因棉酚具有对棉花中昆虫和疾病的防御 作用，无腺体棉花的病虫害多、产量低，因此基因改 良培育无腺体棉籽尚未作为去除ＦＧ的主要方法。 参考文献：（略）