菜籽粕中抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的研究

菜籽粕中抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的研究

油是世界上最重要的石油產(chǎn)品之一。1978年以來(lái),我國(guó)的油菜種植面積和產(chǎn)量都居世界第一位,單產(chǎn)也已超過(guò)世界平均水平,2000年油菜種植面積達(dá)667萬(wàn)hm2,產(chǎn)量1059萬(wàn)t。菜籽油已占到我國(guó)食用油的50%以上,且比例還在不斷上升。油菜籽加工副產(chǎn)物菜籽粕每年約產(chǎn)500萬(wàn)t,由于其價(jià)格便宜,蛋白含量高,是一種潛在的植物蛋白來(lái)源,極具研究開(kāi)發(fā)價(jià)值。油菜籽中含有21%～24%的蛋白質(zhì),脫脂菜籽粕中含有33%～39%的蛋白質(zhì),其中80%～87%是真蛋白。菜籽蛋白主要是由高相對(duì)分子質(zhì)量的12S蛋白和低相對(duì)分子質(zhì)量2S蛋白組成,其含量隨油菜籽種類的不同而有所改變。菜籽蛋白氨基酸組成合理,富含賴氨酸,幾乎不存在限制性氨基酸,接近聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)的推薦值。劉志同對(duì)菜籽蛋白與大豆、花生、棉籽等其他植物蛋白的氨基酸組成進(jìn)行了比較,結(jié)果表明菜籽蛋白中賴氨酸含量和大豆蛋白接近,而蛋氨酸含量比大豆蛋白還高。同時(shí),菜籽蛋白的生物價(jià)和營(yíng)養(yǎng)效價(jià)也比其他植物蛋白的高,說(shuō)明了菜籽蛋白是一種理想營(yíng)養(yǎng)源。由于菜籽粕中的硫代葡萄糖甙(glucosinolates,GL)能水解生成致甲狀腺腫大和其他有毒的物質(zhì)以及一些抗?fàn)I養(yǎng)因子如植酸、多酚類物質(zhì),使其利用受到制約。本文系統(tǒng)闡述去除菜籽餅粕中有毒物質(zhì)的方法,為合理加工利用菜籽餅粕提供參考。1抗脂肪因素1.1硫呤熱分解成巖的危害大,危害干硫代葡萄糖甙簡(jiǎn)稱硫甙,以鉀鹽的形式存在于菜籽餅粕中,它有70余種,依據(jù)R基團(tuán)中是否有羥基存在,可分為帶羥基硫甙(簡(jiǎn)稱PG硫甙)和不帶羥基硫甙。硫甙一般比較穩(wěn)定,遇酸性溶液變成羧酸;在堿性溶液中,它能轉(zhuǎn)變成氨基酸和其他產(chǎn)物。硫甙自身和其分解產(chǎn)物均有毒性,其主要分解方式有2種,即酶分解和熱分解。酶分解主要有2種:一種是利用植物本身的芥子酶,在自然pH下發(fā)生的自體分解的水解反應(yīng);另一種是利用外加的芥子酶,在人工控制的最適宜pH下發(fā)生的非自體的水解作用。2種水解反應(yīng)的水解產(chǎn)物相差較大,自體分解時(shí)產(chǎn)物中氰化物多,異硫氰酸鹽(isothticyanate,ITC)少;非自體分解作用則正好相反。硫甙分解產(chǎn)物對(duì)甲狀腺、肝臟、腎臟有毒害作用,并嚴(yán)重影響飼料適口性,對(duì)動(dòng)物的繁殖機(jī)能產(chǎn)生影響。硫甙熱分解的主要產(chǎn)物是腈類物質(zhì)。硫甙的分解產(chǎn)物主要有以下幾種:(1)噁唑烷硫酮(oxazolidinethione,OZT)。OZT是一種水溶性物質(zhì),由含羥基的芥子酶酶解硫甙而成,是菜籽粕的主要毒素,對(duì)甲狀腺的毒害作用最大,被稱為甲狀腺腫素(goitrin),其毒性作用主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:一是抑制甲狀腺內(nèi)活化碘和甲狀腺結(jié)合,影響甲狀腺素的生成,從而抑制甲狀腺的生長(zhǎng);二是干擾甲狀腺球蛋白分解,抑制甲狀腺素釋放,導(dǎo)致甲狀腺腫大。在游離狀態(tài)下沒(méi)有毒性作用,但通過(guò)與酶反應(yīng)產(chǎn)生有活性的噁唑烷硫酮起到毒性作用。(2)異硫氰酸鹽。它不溶于水,易揮發(fā),有腥味。異硫氰酸鹽和硫氰酸鹽都具有強(qiáng)烈的刺激性和穿透性,長(zhǎng)期飼喂含硫氰酸鹽的飼料,易對(duì)動(dòng)物的消化道黏膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激和損傷,當(dāng)異硫氰酸鹽在動(dòng)物體內(nèi)累積到一定程度,會(huì)使動(dòng)物體重下降,耗料量增加,高濃度異硫氰酸鹽對(duì)動(dòng)物生理有明顯的影響,尤其是甲狀腺功能。(3)硫氰酸鹽(thiocycauate)。硫氰酸鹽的硫氰離子(SCN-)與I-的摩爾體積相似,在甲狀腺細(xì)胞聚碘過(guò)程中,SCN-與I-競(jìng)爭(zhēng),從而減少了甲狀腺對(duì)碘的濃聚,使飼料中的碘難于被甲狀腺利用,導(dǎo)致甲狀腺素生成不足,繼而發(fā)生甲狀腺腫大,引起機(jī)體代謝紊亂和生長(zhǎng)受阻等不良現(xiàn)象。(4)腈類化合物(nitrile)?？辜谞钕僮饔幂^其他分解產(chǎn)物弱,但其毒性是分解產(chǎn)物中最強(qiáng)的,易使動(dòng)物的肝臟和腎臟受到損傷,導(dǎo)致肝出血和肝壞死。1.2菜籽中磷的貯藏和利用植酸普遍存在于植物性飼料尤其是油料餅粕中,植酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)為環(huán)己六醇磷酸酯,分子式為C6H18O24P6,相對(duì)分子質(zhì)量為660.08,分子中有6個(gè)磷酸基基團(tuán),是油菜籽中磷的主要貯存形式。植酸在很寬的pH范圍內(nèi)帶有負(fù)電,是一種很強(qiáng)的金屬螯合劑,與鈣、鎂、鉀、鈉、鐵等金屬離子結(jié)合,生成植酸鹽,植酸鹽必須在消化道內(nèi)經(jīng)植酸酶水解成無(wú)機(jī)鹽形式才能被利用,非反芻動(dòng)物尤其單胃動(dòng)物消化道內(nèi)缺乏植酸酶,因而植酸降低了這些礦物質(zhì)元素的利用率從而降低了它們的效價(jià)。植酸也易與帶正電的蛋白質(zhì)結(jié)合生成不易溶解的復(fù)合物,使其不易消化和抑制胃蛋白酶、胰蛋白酶、淀粉酶和胰脂肪酶的活性,這不僅降低了營(yíng)養(yǎng)成分的利用率,而且造成后腸營(yíng)養(yǎng)物蓄積,從而為病原菌入侵提供“溫床”。1.3籽用戶含銅的化合物單寧和芥子堿都屬于酚類化合物,主要分布于油菜籽的子葉和皮殼中,總含量約為15.4～16.4g/kg,它們不是雙低菜籽粕中主要抗?fàn)I養(yǎng)因子。單寧是水溶性多酚類物質(zhì),又稱單寧酸或鞣質(zhì),是一種不含氨的酚類植物毒素。單寧通常存在于油菜籽外殼中,是使菜籽餅粕呈黑色的重要因素,含量為1.6%～3.1%,主要是縮合單寧,它能使動(dòng)物的生長(zhǎng)機(jī)能減退,大概有以下4種原因:①味苦,影響適口性,減少動(dòng)物的采食量;②在動(dòng)物的消化道中與日糧中的蛋白質(zhì)結(jié)合,生成不溶性化合物,使動(dòng)物不能消化;③單寧對(duì)蛋白質(zhì)的親合性可以引起蛋白消化酶、脂肪酶和淀粉酶的失活以致影響動(dòng)物的生長(zhǎng)和食物轉(zhuǎn)化;④可與多種金屬離子如鈣、鐵、鋅等發(fā)生沉淀作用,從而降低它們的利用率。菜籽粕中含有約1.0%～1.5%的芥子堿,芥子堿是芥子酸(sinapic)和膽堿(choline)作用生成的酯類物質(zhì),稱為4-羥基-3,5二甲氧基苯丙烯膽堿酯,分子式為C6H25O6N,能溶于水,易發(fā)生非酸催化的水解反應(yīng),生成芥子酸和膽堿,芥子堿是菜籽粕產(chǎn)生苦味的主要原因之一。2脫毒法2.1物理方法2.1.1減少抗?fàn)I養(yǎng)因子油菜籽中大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子主要集中在油菜籽的殼中,因此油菜籽經(jīng)脫殼處理后可以減少大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子,提高菜籽粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用價(jià)值。但此方法不能徹底除去抗?fàn)I養(yǎng)因子,殘留的抗?fàn)I養(yǎng)因子需進(jìn)一步處理。2.1.2互接觸及反應(yīng)以前的研究認(rèn)為硫甙本身沒(méi)有毒性,油菜籽破碎后硫甙與芥子酶相互接觸并發(fā)生反應(yīng),使硫甙被酶分解成有害物質(zhì)。如果將芥子酶鈍化,便可起到阻止硫甙分解產(chǎn)生有毒物質(zhì)的作用,但最近的研究發(fā)現(xiàn),硫甙本身也是有毒的,所以此法只能作為一種輔助的去毒方法。2.1.3菜籽蛋白超濾所謂超濾是指以壓力差為推動(dòng)力,利用超濾膜對(duì)分離組分選擇性截留相對(duì)分子質(zhì)量大的物質(zhì),而溶劑和小分子物質(zhì)透過(guò)。劉志強(qiáng)等人將用水相酶解法提取的菜籽蛋白在操作壓力0.20～0.30MPa,溫度50℃,料液pH9～10條件下進(jìn)行超濾,所得菜籽蛋白不含毒素,純度及回收率均在90%以上。胡志和等人利用超濾膜分離菜籽蛋白,可得到不含毒素的純度在90%以上的菜籽蛋白。目前,此方法脫毒效果最好,但由于成本較高,無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)應(yīng)用。2.1.4菜籽餅蛋白的分離和提取該法具有較高的脫毒效果,其脫毒原理是:菜籽餅粕中有毒物質(zhì)硫甙及其降解產(chǎn)物均易溶于水;芥子堿可遇水水解,生成膽堿和芥子酸,兩者均溶于水。另外,大部分單寧是水溶性物質(zhì)。陸艷等人用V(醋酸)∶V(乙醇)∶V(水)為5∶90∶5的混合溶劑,在固液比1∶10,76℃下攪拌45min對(duì)菜籽餅進(jìn)行處理,結(jié)果植酸脫除率為84.2%,硫甙含量為0.78%,殘油率為2.66%,且干物質(zhì)損失少,菜籽餅粕的營(yíng)養(yǎng)成分得到提高。另外,提取分離菜籽蛋白時(shí),由于抗?fàn)I養(yǎng)因子在不同pH時(shí)溶解度不同,也可以起到脫毒的作用。EiNockrashy等人采用NaOH溶液4級(jí)逆流萃取,可萃取出粕中94%的氮,然后相繼以pH6.0和pH3.6二段沉淀蛋白質(zhì),總收率可達(dá)原始餅粕中氮的72%,分離蛋白含粗蛋白質(zhì)90%以上,且不含硫甙。此過(guò)程經(jīng)改進(jìn)和放大,在pH為9.5和12.0下進(jìn)行二段萃取,然后再進(jìn)行二段沉淀,其結(jié)果只是植酸含量偏高,二段沉淀得到的分離蛋白中植酸含量分別為9.8%和4.3%。嚴(yán)奉偉等人用70%丙酮和其他溶劑依次提取菜籽粕中多酚和植酸后,粕中蛋白質(zhì)含量為70.23%,而有害物硫甙、抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)多酚、植酸含量分別為0.76μmol/g、1.33mg/g、3.01%,分別比處理前下降96.55%、95.88%、38.45%。2.2堿的脫毒處理常用的化學(xué)方法是在餅粕中加堿、氨和硫酸亞鐵等進(jìn)行處理。堿處理法可破壞硫甙和絕大部分芥子堿,通常采用NaOH、Ca(OH)2或Na2CO3,以Na2CO3脫毒效果最好。氨處理法通過(guò)加熱使氨與硫甙反應(yīng)生成無(wú)毒的硫脲。硫酸亞鐵處理法的原理在于鐵離子與硫甙及其降解產(chǎn)物分別形成螯合物不被畜禽吸收,從而使其失去毒性。2.3氨基酸及氨基酸外氨基酸利用外加的酵母菌,可對(duì)菜籽粕進(jìn)行發(fā)酵脫毒。有關(guān)資料表明菜籽粕經(jīng)發(fā)酵處理后,除異亮氨酸、賴氨酸外,其他氨基酸含量均有所提高,蛋白及維生素的含量也有所提高,鈣、磷易吸收,噁唑烷硫銅、異硫氰酸鹽含量顯著降低。蔣玉琴等人采用少孢子根霉菌、乳酸菌等復(fù)合菌溶液,在適宜的條件下進(jìn)行菜籽粕的發(fā)酵脫毒,結(jié)果菜籽粕中硫甙的降解率在50%～60%。2.4“雙低”柴油品種—遺傳學(xué)方法此方法是最有前景的方法,利用遺傳學(xué)方法培育出芥酸、硫甙含量均低的雙低油菜。前者改良了菜籽油的品質(zhì),后者改良了菜籽餅粕的品質(zhì)。這是一個(gè)從根本上解決油菜籽中抗?fàn)I養(yǎng)因子的方法。1974年加拿大曼尼托巴大學(xué)的保德·斯蒂芬森博士(Dr.BaldurStefansson)育成了世界上第一個(gè)低芥酸和低硫甙的“雙低”油菜品種,也產(chǎn)生了油菜新名稱——卡諾拉(canola)。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)用溫敏型波里馬細(xì)胞質(zhì)雄性不育兩用系“195A”與恢復(fù)系“7-5”配組的兩系雜交油菜品種。該品種經(jīng)農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物種子質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(武漢)測(cè)定,粗脂肪含量41.49%,芥酸含量0.27%,餅粕硫甙含量為22.41μmol/g,品質(zhì)達(dá)到“雙低”油菜