棉籽餅粕生物脫毒的研究進展

摘要：根據20多年來棉籽餅粕生物脫毒的研究報道，綜述了微生物菌種、固態發酵工藝對脫毒效果的影響，以及脫毒后棉籽餅粕在畜禽飼料中的應用效果，并展望了未來的研究方向。

關鍵詞：微生物；游離棉酚；脫毒；固態發酵

中圖分類號：S816.43文獻標識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.06.030

Development of Detoxification of Cottonseed Meal

QIAO Jia-yun， CHEN Long-bin， LI ping， WANG Wen-jie

(Tianjin Animal Science Institute， Tian jin 300112， China )

Abstract：According to researches in over twenty years about detoxification of cottonseed meal by microorganism， effects of microorganism strains and solid state fermentation technology to detoxification of free gossypol were summarized， and application effects of detoxified cottonseed meal in animal feed were also discussed. At last， research areas in the future were predicted.

Key words: microorganism； free gossypol； detoxification；solid state fermentation

隨著中國畜牧業的快速發展，蛋白飼料緊缺成了畜牧業發展的瓶頸，尋找開發新的蛋白質資源和充分利用蛋白質資源已成為飼料工業和養殖業急需解決的問題。棉籽榨油副產物如棉籽粕、棉籽餅等蛋白質含量高達40%左右，是較好的蛋白質飼料資源，但其中含有大量的游離棉酚和環丙稀脂肪酸等抗營養因子，游離棉酚對畜禽有強毒害，限制了棉籽餅粕在飼料工業中的廣泛應用。對棉籽餅粕的脫毒主要是指降解其中游離棉酚的含量，這些研究多集中在理化方面，如熱處理、Fe2+法、堿處理法等，而這些方法所存在的弊端限制了其應用價值。在過去20年里，國內學者們采用微生物方法降解游離棉酚進行了大量研究，國外研究較少。

1菌種的篩選及脫毒效果

采用微生物方法處理棉籽及其副產物，最早的有兩篇報道。吳小月等[1]篩選出13個菌株，其脫毒效果差異明顯，其中N25對棉仁餅粕的脫毒效果高達96.9%，脫毒后的棉粕氨基酸含量提高3.25%。鐘英長等[2]篩選出的5株真菌，對未經榨油的棉籽仁粉的脫毒率達到60%～74%，脫毒后的棉籽仁粉、棉籽餅粉蛋白質含量提高了5.18%和5.75%，氨基酸總量分別提高7.34%和21.91%，這些菌株發酵過程中不產生黃曲霉毒素，在鼠上動物毒性試驗證明發酵產物是安全的。

上述兩項研究報道之后，該領域的研究逐漸增多。孫建義等[3]研究了假絲酵母ZAU-1菌株對游離棉酚的降解作用，降解率達90%以上，含游離棉酚368 ppm的棉仁餅經該菌株發酵后未檢出游離棉酚，經小鼠急性毒性試驗證明發酵產物為無毒產品。利用酵母菌、霉菌等7株菌，對游離棉酚的降解率最高達82.2%，中試試驗效果理想，經脫毒后的棉籽餅中17種氨基酸含量均有明顯提高，發酵產物中不含有黃曲霉毒素[4]。楊景芝等 [5]篩選出了一株脫毒菌S9606，試驗證明，該菌能將含棉酚在0.045%～0.18%的各種棉籽餅粕一次性脫毒，使游離棉酚殘留量在0.026%以下，脫毒率隨棉酚含量的升高而升高達49%～85.3%，脫毒后的棉籽蛋白中有6種必需氨基酸含量增加，精氨酸含量降低，使賴氨酸與精氨酸之比接近正常的吸收值；脫毒產品直接飼喂家兔，結果表明，菌種及代謝產物無毒。

21世紀以來，微生物降解游離棉酚研究沒有大的突破，降解率一般在90%左右。楊繼良等[6]從6個菌株中篩選出了對棉酚有高效降解能力的酵母菌JM-3，對棉籽餅的脫毒率達到80%以上，該菌種的最大優點是抗雜菌污染能力強，脫毒后棉籽餅粗蛋白含量提高3個百分點。以EM菌劑為發酵菌種對棉籽粕進行脫毒，結果表明，平均脫毒率達到84.33%，同時，粗蛋白質和總氨基酸等營養成分也有所提高[7]。顧賽紅等[8]研究了黑曲霉PES固態發酵對棉籽粕營養價值的影響，結果表明，棉籽粕脫毒率達到86.5%，發酵后棉籽粕粗蛋白提高了10.92%，必需氨基酸除精氨酸外均增加，尤其是賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸；發酵后棉籽粕的干物質、蛋白質和氨基酸等養分體外消化率也明顯提高。張文舉等[9]研究了假絲酵母ZD-3對棉籽餅脫毒效果的影響，發現棉子餅底物中加入不同的糖源，可顯著提高脫毒效率，其中淀粉效果最好，脫毒率高達91.91%。將熱帶假絲酵母、擬內孢霉、植物乳桿菌按3∶2∶1的配比對棉粕脫毒研究，最高脫毒率為85.30%，粗蛋白含量提高14.8%，總氨基酸含量提高10.54%，并能增加發酵產物中蛋白酶、淀粉酶活性和活菌數[10]。肖永友等[11]分離的酵母菌Y-619對游離棉酚的降解率達到76.24%，經馴化后達到89.77%，發酵后真蛋白質提高3.10%，小肽含量提高10.93%。

棉籽餅粕經微生物發酵后，不僅降低了游離棉酚的含量，而且脫毒后棉籽餅粕營養價值得到提高，主要表現在以下幾點：一是提高了蛋白質含量；二是提高多數必需氨基酸的含量，改善了氨基酸之間的比例；三是提高了小肽的含量；四是提高了部分酶的活性。此外，真菌發酵后還能產生香味[2，11]，食用價值得到提高。

上述多數研究僅指出所篩選的菌種具有較好的降解游離棉酚的效果，而沒有指出菌株的來源，多數單位出于對菌種的保護，微生物菌株還處于保密階段。一般來說，對菌株的要求是一方面能夠高效降解游離棉酚含量，另一方面是發酵產物中不含有或含有安全劑量以下的有毒害物質，如黃曲霉毒素等。

2固態發酵工藝的研究及影響因素

發酵溫度、水分、pH 值、時間、菌種接種量等都會影響微生物固態發酵效果。吳小月等[1]對棉仁餅粕發酵參數報道為：發酵溫度28～30℃，濕度50%，良好的通氣狀況發酵3～4 d。楊繼良等[6]采用酵母菌發酵棉餅的參數：發酵溫度25℃，料水比1∶0.8，適宜發酵時間36 h。

近幾年來，通過優化發酵工藝，游離棉酚降解率有所提高。Khalaf等 [12]采用熱帶假絲酵母進行發酵，每克底物中接種1×107菌，在pH 5.2、溫度30℃、底物水分含量55%時發酵48 h，游離棉酚降解率達到最大為92.5%。何濤等 [13]利用產阮假絲酵母CU101對棉粕中的游離棉酚進行脫毒研究，利用響應面分析法研究了麩皮量、裝料量、接種量、發酵時間和料水比等5個因素對脫毒效果的影響，確定了料水比、發酵時間呈正效應，裝料量呈負效應，最終確定了料水比1∶0.94，發酵時間62.33 h，裝料量30.96 g·mL-1時，脫毒效果最佳。朱德偉等 [14]研究用兩種酵母菌混合發酵降解游離棉酚，最優條件為熱帶假絲酵母JD-9接種量4.42%，卡氏酵母JD-13接種量0.56%，發酵時間48 h，發酵溫度30℃，料水比1∶0. 8，棉粕中的棉酚從987.5 mg·kg-1降解至85.9 mg·kg-1，脫毒率達到91.3%。

針對不同的菌種，發酵工藝不盡相同，但發酵溫度一般在25~30 ℃。上述工藝研究多數僅局限在實驗室小試規模上，沒有進行中試，而要大規模利用棉籽餅粕就要對微生物固態發酵中試工藝進行研究，工業發酵需要粉碎機、除雜篩、通氣設備、干燥裝置，以及溫度、水分自動控制裝置等。因此，需要在綜合考慮小試所提供的各項參數的基礎上，把效益放在第一位，進行中試和規模化工藝研究。

3脫毒后棉籽餅粕的應用效果

棉籽餅粕主要用在家禽飼料當中。試驗表明，將脫毒后的棉仁餅粕配合在肉仔雞日糧當中，與對照組相比，提高日增重，降低料肉比，經濟效益也增加[1]。將S9606菌發酵脫毒后的棉籽粕添加7.66%替代豆餅飼喂蛋雞，試驗組和對照組雞血清谷丙轉氨酶活性、總蛋白含量、清蛋白和球蛋白的相對含量、清蛋白和球蛋白之比均差異不顯著，說明飼喂脫毒棉粕的雞，其肝臟和其他組織的功能正常、健康。提高產蛋率，蛋的成本價降低0.173 2元·kg-1，蛋的破損率從0.61%降至0.16%，提高了飼養蛋雞的經濟效益[15]。將棉仁餅和菜籽餅經發酵脫毒游離棉酚，在蛋雞日糧中替代豆粕，綜合考慮產蛋率和飼料報酬，發現可以提高經濟效益[16]。將制取氨基酸液肥剩余的發酵棉粕飼喂蛋雞，結果表明，添加量占到日糧的9%～12%時，不影響雞的生產性能指標，對雞健康無負面影響，并且能降低生產成本，提高經濟效益[17]。

微生物處理棉籽產品在生豬生產上的應用報道較少，研究結果也不一致。將發酵脫毒棉籽餅喂豬，發現降低了平均日增重，增加了飼料成本[18]。最近的研究表明，發酵棉粕不降低豬的生長性能[19]，這可能是由于棉粕發酵程度不同，其中游離棉酚含量，以及發酵后棉籽蛋白質量變化的不同所導致。

4小結與展望

微生物降解游離棉酚的研究主要集中在兩個方面，一是高效降解棉酚菌株的篩選；二是影響棉酚脫毒效果的因素及工藝參數。綜合以上研究可以看出，微生物固態發酵所用菌種主要是需氧真菌，發酵后能提高棉籽餅粕營養價值和食用價值，在雞日糧中的應用能帶來明顯的經濟效益。

目前，在游離棉酚降解機理方面的研究還不多見，通過分析游離棉酚降解過程的中間產物和終產物，研究出發揮降解作用的酶，這必將對研究棉酚生物降解有里程碑的意義。在開發方面，根據小試工藝提供的各項參數，考慮經濟效益，摸索中試及規模化固態發酵生產工藝應該列為今后研究的重點。

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