任春环 , 黄桠锋 , 郭晓飞 , 张子军 *, 程建波
(1.安徽农业大学动物科技学院,安徽合肥 230036;2.安徽地方畜禽遗传资源保护与生物育种省级实验室,安徽合肥 230036)
蓖麻籽是一种经济价值很高的油料作物。蓖麻粕是蓖麻提取油后,剩余的残渣,其粗蛋白质含量为34%~36%,蓖麻粕脱皮后,粗蛋白含量可达 60%(Mottola等,1972、1968)。 蓖麻蛋白中含有球蛋白60%、谷蛋白20%、清蛋白16%(闵建华,1990),不含或含少量动物难以吸收的醇溶蛋白,所以蓖麻蛋白绝大部分可被动物消化吸收利用(史志诚,2001)。但由于蓖麻粕含有蓖麻碱、变应原、蓖麻毒蛋白、血球凝集素等毒素,所以限制了其在畜禽生产中的应用。
蓖麻粕的有毒成分为:蓖麻毒蛋白 (蓖麻毒素)、蓖麻碱、变应原和血球凝集素。蓖麻毒蛋白是蓖麻中毒性最强的毒素,一般含量为5.0%~9.0%(邵建新等,2002),具有很强的抑制蛋白质合成的功能 (李国瑞等,2009)。Raghavan等(1986)发现蓖麻毒蛋白有使红细胞发生凝集的特性,蓖麻毒蛋白可引起血液循环系统和呼吸系统的麻痹,并导致绞痛、腹泻、全身性衰竭、肌肉抽搐。蓖麻碱是一种中等毒性的生物碱,一般含0.15%~0.20%(邵建新等,2002),是导致甲状腺肿大的潜在因子(Pahuja,1978),还会引起动物呕吐,血压下降,呼吸抑制,并可损害肝和肾(史志诚,2001)。 雏鸡蓖麻碱的半数致死量 (LD50)为11.24 μg/g体重,其中毒症状为神经中枢麻痹、呼吸急促、全身痉挛、步态不稳、最终倒地死亡(闵建华,1990)。蓖麻碱对小鼠具有毒害作用,日粮300 mg/kg的添加量是其对小鼠产生毒性作用的最小剂量(郑雪莉等,2004)。变应原是由少量多糖(2%~3%)与蛋白质聚合而成的糖蛋白(金征宇和李星,1995),蓖麻粕中的含量为5.0% ~9.0%(邵建新等,2002),具有强烈的过敏活性。血球凝集素是高分子蛋白质,占蓖麻粕的0.005%~0.015%(邵建新等,2002),对糖分子有一定的特异亲合力,其结构和毒性与蓖麻毒蛋白相似,遇热不稳定,100℃加热30 min可被破坏,丧失活性(梁新宇等,1999)。
由于蓖麻毒蛋白和血球凝集素属于热敏性毒素,所以在蓖麻制油过程中,经过热处理后,已经变性失去毒性,然而需指出的是,蓖麻毒蛋白毒性的消除只能是通过湿热处理,干热处理几乎不发生任何作用(陈志慧,2005),所以蓖麻粕的脱毒主要是针对蓖麻碱和变应原。
2.1 化学方法 化学法是将水、蓖麻饼、化学试剂按比例加入到耐腐蚀并带有搅拌装置的脱毒罐中,开启搅拌,按照所需温度、压力,通(或不通)蒸汽,维持一定时间即可出料进行分离(史志诚和牟永义,1996)。化学法有氨处理法(氢氧化氨)、碱处理法(氢氧化钠、碳酸钠)、酸水解法(盐酸、硫酸)、酸碱联合水解法、盐处理法、酸醛法、石灰法等。其中去毒效果最好的是氢氧化钠法,在蓖麻饼中加入1%氢氧化钠,在100℃下湿蒸15 min,变应原减少了98.4%,用2%氢氧化钠和10%甲醛共同处理,变应原被全部去除(Jenkins,1963)。化学去毒法残毒量少,工艺较简单,易操作,但易使蓖麻饼中的营养物质受到损失,降低其营养价值,同时也污染环境。
2.2 物理方法 物理法脱毒是通过加热、加压、水洗等方式将蓖麻粕中的毒素转移到水溶液中,然后通过分离、洗涤、浸提等过程将蓖麻粕中的毒素洗净(史志诚和牟永义,1996)。物理方法有沸水洗涤法、高压蒸汽法、膨化法、膨爆法、蒸汽处理法等,其中沸水洗涤法和高压蒸汽法在水洗毒素的过程中造成了营养成分的损失,所以不常用于实际生产。膨爆法的流程为:先将去壳的粕分离通入蒸汽加温(王建民等,1992),然后通入高压气体,以0.7~3 MPa的压力突然膨爆,毒素得以与水充分接触而释放于水中,毒蛋白、凝集素由于高温变性失去毒性,经该法脱毒的蓖麻饼可达到饲喂安全水平(唐彩琴,1991)。
2.3 联合法 是将化学脱毒方法与物理脱毒方法联合使用达到最佳脱毒目的,例如,挤压膨化法:脱脂的蓖麻饼粕经粉碎、过筛后与定量的碱性化学物质(如石灰)进行混合,然后将混合物送入挤压膨化机进行高温、高压的瞬间反应,可得脱毒粗品,经干燥、冷却、粉碎过筛即得脱毒蓖麻粕成品,该方法对蓖麻毒蛋白的去除率为100%,变应原的去除率在98%以上,脱毒后的饼粕中粗蛋白质含量可达41.5%(张树军等,2011)。
2.4 生物化学法 该工艺的简单流程是:将蓖麻粕粉碎过筛,使壳粕分离,粕用水浸泡,膨松后加入生物化学脱毒剂,毒素与脱毒剂反应后无毒且溶于水,离心驱水后将湿粕干燥制成去毒蛋白质粉。经该法脱毒,将毒蛋白、凝集素完全驱除,蓖麻碱和变应原含量均为0.0024%,完全达到饲喂安全水平,去毒后蓖麻粕中粗蛋白质含量达45%以上(张树军等,2011)。
2.5 微生物法 该方法是利用有些微生物在生长繁殖过程中可以降解或转化有毒物质,从而将蓖麻饼中的毒性物质进行脱毒。其流程为:在能降解或转化有毒物质的微生物(如细菌)的液体培养基中加入蓖麻饼粕,使发酵与脱毒同步进行。当液体中细菌繁殖达到一定量时,将液体同灭菌的蓖麻粕去壳粉混合,进行固体发酵,发酵好后,将发酵物烘干粉碎制成高活性酵母蛋白饲料,蛋白质含量达45%以上(游占岐,1998)。在蓖麻饼中直接接种真菌(DT菌)、酵母菌对蓖麻饼进行脱毒,结果表明,DT菌发酵脱毒15 d后,蓖麻碱去除率为93.54%,变应原未检出,酵母菌发酵脱毒5 d后,蓖麻碱去除率为85.66%,变应原未检出(许振华等,2007)。蒋万春等(1989)用血粉发酵菌对蓖麻饼固体发酵进行去毒,设置了三个发酵组,各组血粉发酵菌种添加水平分别为5%、10%和15%,其中添加水平为15%处理组的蓖麻碱和变应原的去毒率高于其他两组,分别达到了59.14%和72.52%。该法要求条件低,设备简单,是比较有开发潜力的蓖麻粕脱毒方法。
3.1 在家禽饲料中的应用 于维军等 (2009)试验结果表明,在日粮中添加5%和10%脱毒蓖麻粕能提高4~7周龄肉鸡增重,但差异不显著,添加10%优于添加5%,若添加剂量大于15%,则对肉仔鸡的生长性能有明显的抑制作用。在饲料中添加12%的脱毒蓖麻粕,与饲料中加入12%的豆粕饲喂肉鸡,无论从死亡数、肉鸡增重速度,还是进食转换率来看均无差异(刘大川,1991)。在日粮中加入脱毒蓖麻饼后,鸡的采食量、体重、健康状况、产蛋率、蛋重、蛋品质、种蛋受精率、孵化率均与对照组无显著差异(朱云南等,1991)。日粮中蓖麻饼的比例超过5%时,将降低鸡的产蛋量,用未脱毒的蓖麻饼直接饲喂产蛋鸡,可使鸡受到慢性中毒性侵害,表现为脱毛、停产、机体消瘦、内脏器官发生病变(许光明等2006)。刘大川(1991)报道,用10%去毒蓖麻饼替代蛋鸡日粮中的豆饼,通过56 d的观察,其产蛋量、蛋重、受精率和孵化率与对照组均无显著差异。
3.2 在猪饲料中的应用 许光明等 (2006)以8%的脱毒蓖麻粕蛋白粉代替同量的豆粕,提高了猪的料重比和氨基酸表观消化率。也有研究人员用脱毒蓖麻饼替代日粮中大豆饼饲喂生长肥育猪,饲养试验分为前期(20~50 kg活重阶段)和后期(50~90 kg活重阶段),结果表明,前期脱毒蓖麻饼在日粮中比例控制在10%以内,后期控制在20%以内,可获得较高的日增重和饲料利用率,并且机体没有受到毒素侵害,降低了饲料成本,提高了经济效益。未脱毒蓖麻饼的毒性试验结果表明,试验开始第2天出现中毒症状,表现为呕吐、腹泻、腹痛不安、食欲废绝等,病理学检验结果为肝、肾、胃肠道出血坏死(蒋万春等,1989)。
3.3 在反刍动物饲料中的应用 反刍动物 (牛、羊)对蓖麻粕毒素的耐受力较高(闵建华,1990)。Marion等(1967)用含有3600 mg/kg蓖麻毒素的蓖麻饼饲料饲养小母牛,结果未发现异常。Reddy等(1986)在水牛日粮中加入30%的蓖麻饼,对养分的消化率和瘤胃发酵特征无显著影响。王宏(1994)在泌乳奶牛精料中分别添加10%和15%的脱毒蓖麻饼进行饲喂试验,结果表明,奶牛精料中添加脱毒蓖麻饼,对乳品质无不良影响,乳中不含蓖麻碱和变应原,但蓖麻饼添加量达到15%时,有降低泌乳量的趋势。金征宇和李星(1995)报道,蓖麻饼经高温处理后,在绵羊日粮中加入10%、20%、30%均不影响其采食量、养分消化率、氮平衡和钙平衡,只是体重随蓖麻饼添加量的提高而降低,其中以10%添加效果最好。用已处理的蓖麻饼饲喂绵羊,日增重比未脱毒对照组提高16.97%,羊毛长度增加41.08%,蛋白质利用率提高15%~20%。在肉羊精料中加入5%、10%、15%脱毒蓖麻粕以替代蛋白质饲料,进行60 d饲养试验,各组肉羊健康状况良好,各组间肉羊日采食量以及平均体重差异均不显著,但日增重有下降的趋势,添加10%脱毒蓖麻粕组饲料转化率最好,饲料成本最低。
3.4 在其他动物上的应用 程汉良和闵建华(1993)在鲤鱼日粮中分别添加10%、20%、30%、40%的脱毒蓖麻粕进行饲喂试验,结果表明,在饲料中添加10%、20%、30%均不影响鲤鱼的生长,而以20%效果最好,当添加量超过30%时(40%),鱼的死亡率明显升高。暴仁修和朱云南(1990)进行了用盐酸常压蒸汽法脱毒的蓖麻饼饲喂家兔的试验,结果证明,蓖麻饼与等量的棉籽饼,对家兔具有同等的增重效果,可以用做家兔的蛋白质补充料。国外研究人员向兔粮中依次添加0%、10%、15%、20%、25%的煮沸后蓖麻粕,结果表明血红蛋白、红细胞计数、血清总蛋白、胆红素、尿素含量差异均不显著(Adedeji等,2006)。
在蓖麻粕的脱毒方法中化学方法残毒量少,工艺较简单,易操作,但易使蓖麻饼中的营养物质受到损失,不仅会降低其营养价值,同时也污染了环境;物理法工艺相对复杂,成本高;微生物发酵法要求条件低、设备简单、无污染,但干物质损失较多。因此,需要进一步研究有效、简便实用、安全的蓖麻粕去毒方法,使之成为可利用的蛋白质饲料资源,提高其利用率,可在一定程度上弥补蛋白质饲料的不足,对于开发蓖麻粕作为畜禽蛋白质饲料,提高养殖业经济效益将有重要的意义。
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