菜籽粕營養價值及菜籽濃縮蛋白在水產飼料中的應用

滿銘叁+王旋+周慧慧+麥康森+何艮

摘 要：全球魚粉資源的短缺迫使水產養殖業相關從業者尋找可替代水產飼料中魚粉的優質蛋白源，菜籽粕是一種來源廣泛、蛋白含量高、氨基酸組成相對平衡、富含礦物元素和維生素的具有較高利用價值的植物蛋白源。本文總結了近年來關于菜籽粕在水產飼料中應用的研究進展，綜述了菜籽粕的營養價值和限制因素，同時介紹了菜籽粕的加工產物—菜籽濃縮蛋白的營養價值及其在水產養殖中的應用，論述了菜籽濃縮蛋白在水產飼料中應用的可行性。

關鍵詞：菜籽粕；菜籽濃縮蛋白；營養價值；替代；生長

隨著水產養殖業的迅速發展，全球魚粉資源短缺的問題日益嚴峻，致使水產養殖成本上升，嚴重制約了水產養殖業的可持續發展，因此尋找和開發可替代水產飼料中魚粉的優質蛋白源已經成為水產養殖行業迫切需要解決的關鍵問題。而植物原料可以提供高效、持續的營養供應。眾多學者研究發現，菜籽粕作為一種來源廣泛且廉價的飼料原料，具有較高的蛋白含量及適宜的氨基酸組成，在水產飼料中具有極大的發展潛力。而其加工產物——菜籽濃縮蛋白也受到了越來越多的關注，現已有諸多關于菜籽濃縮蛋白在水產飼料中應用的研究。本文結合國內外相關研究進展，對菜籽粕的營養價值和菜籽濃縮蛋白在水產飼料中的應用作一概述。

1 菜籽粕資源特征及營養價值

1.1 菜籽粕資源特征

油菜通常生長在溫帶地區，其種子——油菜籽是世界主要的產油作物之一[1]，在全球有著豐富的產量。2009年，全球油菜籽產量為6 160萬t，僅低于大豆（22 220萬t）和棉花種子（6 400萬t）[2]，是全球第三大油料種子；2011年，全球油菜籽產量上升為6 250萬t[3]。中國是油菜種植大國，油菜籽產量位居世界第一，產量達到了1 446萬t。目前，中國油菜籽產量占到了全球油菜籽產量的21.14%。

油菜籽是生產菜籽油的主要原料。油菜籽萃取過油脂后即為菜籽粕（水分10%），其含有約35%的粗脂肪、35%的粗蛋白、6%的粗灰分和12%的粗纖維。此外還含有約4%的植酸、15 mmol/g的芥子油甙[4]、多酚和多種重要的必需氨基酸（精氨酸、蛋氨酸、賴氨酸等）[3]。由于萃取過油脂后菜籽粕中的粗蛋白含量較高，被廣泛應用于動物飼料中。

1.2 菜籽粕營養價值

菜籽粕是一種重要的植物蛋白源，具有來源廣泛、蛋白含量高（干物質的粗蛋白含量為32%～45%）、氨基酸組成相對平衡[4]等優點，同時還含有豐富的微量元素（如鈣、磷、硒等）和維生素（易被人體吸收利用的煙酸、VB1、膽堿、VB2、生物素等）[1，5]。菜籽粕蛋白含量高于除豆粕外的其它油籽粕，而且相對于其他植物蛋白，菜籽粕有較為理想的氨基酸組成。菜籽粕中的氨基酸成分類似于鯡魚粉，對于大西洋鮭和虹鱒等肉食性魚類來說，其營養價值要優于豆粕[6-7]。因此，菜籽粕作為水產飼料的原料越來越受到重視。已有大量的研究表明菜籽粕是一種可部分替代水產飼料中魚粉的重要植物蛋白源[8-13]。

菜籽蛋白（Rapeseed protein） 是從油菜籽中提取得到的蛋白質，是一種完全蛋白，含有多種不同的蛋白質，其中80% 為儲藏蛋白，其余為膜蛋白。儲藏蛋白質主要由12S球蛋白和2S清蛋白組成，兩者在菜籽蛋白中分別占到了蛋白總量的25%～65%和20%，除去球蛋白和清蛋白，菜籽蛋白還含有一些較小的蛋白質，如胰島素抑制劑和脂質轉移蛋白。菜籽蛋白具有相對合理且平衡的氨基酸組成，營養價值高，與其他谷物相比含有較多的堿性氨基酸（Lys） 和含硫氨基酸（Met），基本符合FAO與WHO的推薦模式。這使得菜籽蛋白的總體品質優于大豆蛋白，與酪蛋白或動物蛋白不相上下，在消化率、生物價、蛋白質效率、凈蛋白質利用率等方面也優于其他植物蛋白[5]。

2 菜籽粕的限制因素及提高利用性的途徑

目前菜籽粕已在水產飼料中得到了應用，但是其替代效果受到很多限制。菜籽粕作為飼料蛋白源在多種魚類上進行了研究，例如虹鱒[10，12，14-17]、斑點叉尾鮰[11]、羅非魚[18]、鯉魚[19]和大菱鲆[12，20]等。大量實驗結果表明，雖然菜籽粕氨基酸組成平衡，但其營養質量仍然低于魚粉[3]，這很大程度上是由于其蛋白水平較低和抗營養因子（Antinutritional factors，ANF）的存在[21]。

和大多數其他植物蛋白源類似，菜籽粕中含有多種抗營養因子，主要包括芥子油甙、植酸、芥子酸、酚類成分（如單寧）和難以消化的碳水化合物[6，22，23]，這些抗營養因子嚴重影響了菜籽粕的營養價值[2]，同時抑制了菜籽粕的有效利用。有研究表明纖維、低聚糖、芥子油甙、單寧和植酸等抗營養因子可降低營養物質的消化率[22，24]。在肉食性魚類中的研究表明，植物性原料中低水平的抗營養因子也會對飼料蛋白消化率產生不利影響[21]。此外，芥子油甙、芥子酸和植酸還會影響飼料風味，降低飼料的適口性，進而影響飼料攝食率。

2.1 菜籽粕中的抗營養因子

2.1.1 芥子油甙 芥子油甙會影響魚體的甲狀腺功能（引起甲狀腺腫大，血漿甲狀腺激素水平降低）、飼料吸收、肝腎功能及生長性能[4，10]。芥子油甙在遇水、芥子酶或水解酶時，會分解產生不穩定的甙元和葡萄糖，甙元進一步分解產生噁唑烷硫酮、硫氰酸酯、異硫氰酸酯和腈等有害的物質[1]，這些酶解產物都會對魚體的內臟器官造成損傷。噁唑烷硫酮、硫氰酸酯、異硫氰酸酯被稱為致甲狀腺腫素，是抗甲狀腺物質，會抑制器官與碘結合；而另一種水解產物，硫氰酸鹽，會抑制甲狀腺對碘的攝取[4]。因此，有害的物質不是芥子油甙本身，而是它們的水解產物。因此當飼料中添加菜籽粕致使芥子油甙含量上升時，補充碘不能緩解甲狀腺功能不全的癥狀。此外，芥子油甙會降低超氧化物歧化酶（SOD）的活性，并且會降低三碘甲狀腺氨酸和甲狀腺素的濃度，進而削弱生物體的免疫力[25]。

2.1.2 芥子酸 芥子酸是菜籽油的組成成分，作為工業潤滑油有很高的生產價值，但對牲畜和魚類具有毒害作用。芥子酸具有心臟毒性，會造成大鼠心肌病變。因此在利用菜籽粕時應盡量降低芥子酸的含量。目前已培育出芥子酸含量較低的油菜品種，此外，在機械榨油之后用溶劑萃取可以降低菜籽粕中芥子酸的含量以避免對魚類產生病理影響[4]。

2.1.3 植酸 植酸是菜籽粕中含量較高的抗營養因子，會影響動物的生長發育。菜籽粕中的植酸能與飼料中的微量元素相互結合[1]，進而降低了微量元素的有效性。在肉食性魚類（如鱒魚和鮭魚）和雜食動物（如鯰魚）中，植酸會降低某些二價陽離子，特別是鋅的有效性[4]。同時，植酸是磷的主要儲存形式，在菜籽粕中的總磷含量為11 g/kg，植酸磷約為8.3 g/kg，占到了菜籽粕總磷的75%，但魚類對植酸磷的利用率是非常低的，并且已有一些研究顯示植酸會降低磷和蛋白質的表觀消化率，抑制生長[10]。另有研究顯示，蛋白質和磷表觀消化率的增加會促進魚體生長并更有效地利用植物蛋白源[26]，因此如何有效地利用或除去植酸就成為了一個亟須解決的問題。植酸除了影響蛋白質的表觀消化率，還會影響某些蛋白質的功能，例如抑制淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等消化酶的活性。此外，有研究顯示植酸水平的升高會引起虹鱒白內障和幽門盲囊結構的變化[6]。

2.1.4 單寧 單寧是一種具有苦澀味和辛辣味的物質，會降低飼料的適口性和攝食率。單寧對動物的影響與植酸有很多相似之處：維生素、礦物元素和碳水化合物等都能與單寧結合，引起菜籽粕營養價值的降低。單寧可以與飼料中的蛋白質結合，形成難以被利用的螯合物，降低蛋白質的營養價值和消化利用率，同時單寧可以抑制鈣的吸收，降低鈣的利用率[1]。此外，單寧可以使消化酶（蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等）失活，進而影響動物的消化、吸收和生長。在中性和堿性條件下，單寧容易被氧化而發生聚合反應，降低菜籽粕的營養價值。

2.1.5 粗纖維 適量的纖維素能促進動物對食物的消化吸收，但過量的粗纖維會使飼料難以被消化利用，大大降低飼料的消化率，同時可能導致腹瀉，這都不利于動物的生長[1]。此外，粗纖維可能會影響飼料中礦物元素的吸收和利用。菜籽粕中粗纖維的含量約為10%，因此粗纖維也成為了限制菜籽粕利用的因素之一。

除了以上幾種物質，菜籽粕中的淀粉也必須經過一定的處理，因為對于肉食性魚類來說，飼料中的淀粉難以消化且會影響營養物質的利用。有研究顯示菜籽粕中難以消化的碳水化合物難以被鮭魚利用并會減少飼料中其他成分的營養價值[10]。

2.2 菜籽粕提升營養價值的方法

通過相應的處理技術降低菜籽粕中的抗營養因子水平，是提高菜籽粕營養價值的主要途徑。脫殼、高溫處理、有機溶劑（正己烷）萃取、超濾等方法可以降低芥子油甙、植酸、粗纖維、纖維素、半纖維素、芥子酸、單寧等抗營養因子的含量[2，27-29]并提高蛋白質水平[7]。

2.2.1 有機溶劑萃取 雖然菜籽粕的蛋白含量較高（干物質的粗蛋白含量為32%～45%），但是依然低于魚粉的粗蛋白含量（一般在60%以上），同時菜籽粕還含有多種抗營養因子。使用有機溶劑處理菜籽粕不僅可以有效降低菜籽粕中各類抗營養因子的含量，同時還會提高粗蛋白含量，進而提高菜籽粕的營養價值。有研究報道，用甲醇–氨、乙醇或正己烷處理菜籽粕可提高蛋白含量并有效地去除芥子油甙、酚類化合物、可溶性糖（如蔗糖）、寡糖（如棉子糖和水蘇糖）等抗營養因子[2，29]。

2.2.2 高溫處理 高溫處理也是一種提高菜籽粕營養價值的有效途徑。研究表明高溫處理菜籽粕影響大菱鲆幼魚中營養物質和能量表觀消化率[12]。在大菱鲆中，與未經高溫處理的菜籽粕相比，經過高溫處理的菜籽粕的營養物質和能量表觀消化率提高了：干物質消化率由57%上升為65%、蛋白消化率由83%上升為92%、能量消化率由69%上升為81%，磷的消化率由49%上升為65%。研究表明蛋白質和磷表觀消化率的增加會促進生長并使生物體更有效地利用植物蛋白源[26]，而經過高溫處理后菜籽粕的蛋白消化率和磷消化率都發生了顯著的上升，由此可見高溫處理也是提高菜籽粕利用率、促進魚類生長的有效方法。

2.2.3 添加外源酶 以植酸為例，減少菜籽粕中植酸影響的有效方法就是添加植酸酶來水解菜籽粕中的植酸或尋找植酸含量較少的優良油菜品種。已有眾多研究表明添加植酸酶會提高植物蛋白飼料中磷和蛋白質的消化率[30-33]。另外在大菱鲆中的實驗表明：在投喂含有菜籽濃縮蛋白的飼料時，植酸酶添加組的攝食率和生長均顯著好于無植酸酶添加組，而且隨著植酸酶的添加，蛋白質和磷的表觀消化率同樣顯著增加了[26]。以上結果表明，向富含植酸的植物蛋白飼料中添加植酸酶促進了營養物質的消化率和利用率，這對大菱鲆的生長有積極作用。雖然植酸酶能提高磷和蛋白的消化率，但是在被利用到水產飼料中之前，還有很多問題需要解決，例如植酸酶的熱敏感性及其活性溫度等問題[4]。

除了通過技術手段提高菜籽粕的營養價值，還可以通過選育優良品種來獲得優質原料。近年來隨著品種的選育，菜籽粕的質量也有了提高，已經培育出了含有低濃度芥子油甙的油菜，例如普通菜籽粕中含有3%～8%的芥子油甙，而加拿大菜籽粕中芥子油甙的含量低于0.2%，低于對魚類造成的生理影響的水平[4]。優良品種的選育也成為一條提供優質植物蛋白源的途徑。

3 菜籽濃縮蛋白的營養價值

現已有眾多的加工工藝，如種子脫殼、高溫處理、有機試劑萃取、飼料過篩和超過濾等被用于分離純化蛋白，通過這些手段蛋白會與其它成分分開，包括抗營養因子[21]。菜籽粕經過進一步的加工生產能夠得到一種分離蛋白，稱為菜籽濃縮蛋白（Rapeseed protein concentrate，RPC）。

一般來說，給肉食性魚類投喂含有植物蛋白的飼料會由于味道而引起飼料適口性的降低和攝食困難，進而引起生長性狀的受損。但是通過純化可以將芥子油甙和其他抗營養因子從菜籽粕中移除，這使得菜籽粕中抗營養因子的含量（芥子油甙26～40 μmol/g；植酸41.5～44.3 g/kg）顯著下降（RPC中芥子油甙1.32 μmol/g；植酸17.7 g/kg）[21]。此外，菜籽濃縮蛋白的粗蛋白含量（70%左右）相比于菜籽粕（32%～45%）有了顯著的提高，蛋白含量與優質魚粉相似[4]。

通過查閱文獻，菜籽濃縮蛋白作為飼料原料的優勢有以下幾點：（1）蛋白含量高，與魚粉相似，可以滿足魚類生長對蛋白質的需求；（2）氨基酸的成分理想，符合FAO和WHO的推薦模式[5]，其富含的含硫氨基酸，具有抗氧化、拮抗致癌物質、解除蛋白抑制等生理功能；（3）抗營養因子含量低，減少了對飼料適口性、消化、吸收、利用的影響，進而避免了對生長過多的負面影響[21]；（4）菜籽蛋白消化率很高，達到了95%～100%，蛋白效價為3.0～3.5，高于大豆蛋白（2.25），也高于酪蛋白（2.5），是魚類理想的蛋白源；（5）含有豐富的微量元素（鈣、磷、硒等）及維生素（VB1、煙酸、膽堿、VB2、生物素等）[1]。

4 菜籽濃縮蛋白在水產飼料中的研究進展

現已有多項菜籽濃縮蛋白在水產飼料中應用的研究，而在不同的魚類中，菜籽濃縮蛋白的利用性也有所不同。Slawski等人[2]用菜籽濃縮蛋白分別替代了六須鯰魚飼料中0%、25%、50%和75%的魚粉蛋白。養殖實驗結束后，對照組和25%替代組的增重率、特定生長率、攝食率、飼料轉化率和蛋白質效率均無顯著差異，而更高的替代水平會影響飼料品質和適口性，導致攝食率和飼料效率的下降，進而抑制魚體的生長。而在鯉魚[34]中的研究發現，用菜籽濃縮蛋白替代33%的魚粉時，特定生長率、攝食率、飼料轉化率、蛋白質效率、能量的攝入等方面與魚粉組相比都沒有顯著差異，而66%和100%替代組的以上各指標均發生了顯著的下降。在虹鱒[35]中的實驗顯示用菜籽濃縮蛋白替代飼料中100%的魚粉也不會影響魚體的生長、攝食率和飼料效率。替代組的腸道形態沒有發現任何組織學異常。各項血液指標（紅細胞比容、血紅蛋白、葡萄糖、甘油三酯和血漿總蛋白）也沒有顯著性差異。同樣是在虹鱒的研究中，Thiessen等人得到了相似的結果：用菜籽濃縮蛋白替代飼料中75%的魚粉，魚體的生長沒有發生顯著的差異[17]。不僅是生長，在研究中發現菜籽濃縮蛋白適量的替代也不會對魚體的體組分造成顯著影響[2，34，35]。在消化率方面菜籽濃縮蛋白也表現出了極高的可利用性：在Thiessen等人的研究中[17]，菜籽濃縮蛋白和魚粉蛋白在干物質消化率和粗蛋白消化率方面無顯著差異；更有研究顯示菜籽濃縮蛋白的蛋白表觀消化率均高于魚粉[36]。這些結果均顯示菜籽濃縮蛋白作為水產飼料中的魚粉替代品具有很高的利用價值，但為了更好地利用這種飼料原料還有很多問題需要解決，例如有實驗表明在用菜籽蛋白替代魚粉后，大菱鲆的生長指標降低主要是受攝食率的影響[21]，為了解決大菱鲆及其他肉食性魚因飼料中添加了菜籽蛋白而引起的攝食降低的問題，未來的研究可集中研發高質量的誘食劑。

5 結語

上述關于菜籽粕的研究表明，菜籽粕在水產飼料中具有較高的利用價值，但是抗營養因子限制其利用效率。因此，降低菜籽粕中抗營養因子的含量可以有效提高其營養價值。我國油菜籽產量豐富，同時又是水產養殖大國，在水產養殖快速發展、魚粉短缺的現狀下，在水產飼料中合理高效地利用菜籽粕對于水產養殖業和油菜種植業都具有重大意義。因此優化、開發植物蛋白加工工藝和選育優良油菜品系是今后研究的重點。同時，關于菜籽濃縮蛋白的研究結果表明，菜籽濃縮蛋白的利用價值在不同種類的魚類中存在較大差異，因此，菜籽濃縮蛋白在水產飼料中的應用需要更深入的研究。

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Abstract：The shortage of global fishmeal resources has forced aquaculture industry practitioners to look for high-quality protein sources which can replace fishmeal in aquatic feeds.Rapeseed meal is often cited as an important source of plant protein for its high availability，high content of protein，the relative balance of amino acid profile，rich source of minerals and vitamins.This paper summarized the research on rapeseed meal in recent years and reported the nutritional value and limiting factors of rapeseed meal.At the same time，introduced the nutritional value of rapeseed protein concentrate （the processed product of rapeseed meal） and its effect on the growth of fish in aquaculture，discussed the feasibility of application of rapeseed protein concentrate in aquatic feed.

Key words：rapeseed meal； rapeseed protein concentrate； nutritional value； substitution； growth

（收稿日期：2017-03-24）