东北农业大学动物科学技术学院 王裕玉 杨雨虹＊刘大森

棉籽饼粕作为畜禽和水产动物的蛋白源之一，不仅可缓解我国蛋白质资源缺乏的现状，而且还可降低饲料成本，提高经济效益。然而，棉籽饼粕中含有很多限制其应用的抗营养因子，尤其是游离棉酚，它们通过对肝脏和甲状腺的影响进而影响养殖动物的生长，因此棉酚脱毒已成为开发棉籽饼粕饲料的首要问题。棉籽饼粕经过脱毒处理后，可以作为蛋白质原料添加到饲料中。本文对棉籽饼粕的营养价值及其在水产饲料中的应用、影响因素和改善措施等方面作一综述，为棉籽粕在水生动物上的合理使用提供指导。

1 棉籽饼粕的营养价值

棉籽饼粕是棉籽经压榨或浸提法去油加工后的副产品，经压榨后的副产品为棉籽饼，浸提法加工后的副产品为棉籽粕。棉籽饼粕的营养成分因棉籽质量、加工方式和脱壳程度不同而异，其粗蛋白质含量高且变化大，通常含粗蛋白质40%～46%，其含有丰富的蛋氨酸、胱氨酸，但是赖氨酸含量较低（1.97%～2.13%），精氨酸过高（4.65%～4.98%）；与豆粕相比，粗纤维含量较高（＞13%），而能值仅为豆粕的65%；棉籽饼粕维生素E和B族维生素含量丰富，磷的含量也在1.0%以上，钙的含量则低于0.03%。

2 棉籽饼粕在水产养殖中的应用

2.1 对水生动物生长性能及饲料利用率的影响目前，广大研究者在斑点叉尾 （Barros等，2002；Robinson，1991）、 尼罗罗非鱼 （Mbahinzireki等，2001）、日本鲈（罗琳等，2005）、虹鳟（Rinchard 等，2003）等上进行了棉籽粕的研究，这些研究结果显示，用棉籽蛋白部分替代其他蛋白源饲喂水生动物是可行的，但其适宜替代水平因棉籽饼粕的品质、饲料加工方法、试验鱼的种类、大小和养殖条件而存在较大差异。林仕梅等（2007）用菜籽粕、棉籽粕（1∶2）等量替代 6%、12%和 18%的豆粕，8周的生长试验结果表明，随菜籽粕、棉籽粕替代水平的增加，罗非鱼的生长和饲料利用均显著下降；Cheng和Hardy（2002）对虹鳟幼鱼的研究发现，当高温压榨棉籽粕鱼粉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；Robinson和Brent（1989）研究指出，斑点叉尾 饲料中添加15%棉籽粕是可行的；Robinson（1991）报道，在没有添加赖氨酸的情况下，预压榨的浸提棉籽粕能够替代斑点叉尾 幼鱼饲料中50%的豆粕，不会对斑点叉尾 的生长性能产生影响，而在补充赖氨酸的条件下，可100%替代鱼粉；Barros等（2002）研究指出，无鱼粉的豆粕日粮中补充铁，棉籽粕替代50%豆粕会提高斑点叉尾 的增重和改善饲料利用率；Blom等（2001）发现，饲料中棉籽粕完全替代鱼粉饲养虹鳟6个月，不影响鱼生长和成活率，但会降低雌性亲本的繁殖性能；沈维华等（1995a）以棉籽粕代替饲料中70%的大豆粕喂养团头鲂鱼种，结果表明，在不添加赖氨酸的情况下，以棉籽粕替代豆粕，用量过高会导致鱼的生长和饲料转化率显著下降；罗琳等（2005）用含0%、15.2%、30.5%和46%脱酚棉籽蛋白的饲料喂养日本鲈，结果显示，在鲈鱼饲料中用棉籽蛋白替代50%以下的鱼粉蛋白 （对照鱼粉为45%）时，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，当脱酚棉籽蛋白的添加量增加到46%时，各项生长指标与对照组有显著差异；Lim （1996）对凡纳滨对虾的研究发现，当26.5%浸提棉籽粕等氮替代40%的复合海洋蛋白源，对虾的生长、饲料利用和成活率均无显著影响，比例增加会导致其生长性能降低，这可能是因为少量添加时，不会显著影响饲料的适口性和氨基酸组成，不会抑制鱼类的生长；但是添加量较高时，则会显著降低饲料的适口性，改变饲料的氨基酸组成，从而严重抑制鱼类的生长。由此可见，用棉籽蛋白部分替代其他蛋白源是可行的。

2.2 对水生动物非特异性免疫指标的影响 谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶（GOT）广泛存在于以肝脏为主的细胞线粒体中，参与氨基酸代谢，在机体蛋白质代谢中起着重要作用，血清转氨酶活力反映了肝胰脏受损伤的程度，当组织受到损伤，细胞膜渗透增大时，细胞内的转氨酶大量释放出来进入血液中，血清中转氨酶的活性升高，血清中GPT和GOT可以作为鱼类评价肝脏损伤程度以及确定一些营养素需求量的重要指标。超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）是两种重要的抗氧化酶，SOD可以消除 O2-，CAT能够清除H2O2，减少自由基对正常细胞的损伤。林仕梅等（2007）用菜籽粕、棉籽粕（1∶2）等量替代 6%、12%和18%的豆粕，结果表明，100%替代组血清GPT、GOT酶活力显著升高，而血清SOD、溶菌酶（LZ）酶活力显著降低；伍代勇等（2009）报道，随着棉籽粕和菜籽粕使用比例的增加，对虾血清SOD活力显著上升，但是血清GOT活性和GPT活性均无显著差异。这些研究表明，饲料中不同的蛋白源能够显著影响鱼类的免疫系统，从而使其免疫应答反应出现差异。

2.3 对水生动物器官指数的影响 棉酚的毒性主要由活性醛基和活性羟基引起。棉酚可导致肝、肾细胞及血管神经受损，中枢神经活动受抑制，心脏骤停或呼吸麻痹。一旦游离棉酚溶于磷脂在神经细胞中积累，可导致神经细胞的功能发生紊乱。棉酚在机体分布不均，肝脏中含量最多，其次是胆汁、血液和肾脏，而淋巴结、脾脏、心脏、肺、胰脏中的含量较低。

3 影响棉籽饼粕在水产养殖中应用的因素

3.1 适口性的影响 鱼类的摄食率主要受其食欲及食物适口性的影响。Dias等（1997）对欧洲鲈的研究发现，欧洲鲈对富含植物蛋白的饲料的摄食量明显低于以鱼粉为主的饲料的摄食量，而在饲料中添加诱食剂后可提高摄食量；罗琳等（2005）研究发现，随着棉籽蛋白替代量的增大，日本鲈的日摄食率逐渐下降，尤其是替代鱼粉蛋白量达到75%时，其摄食率明显低于对照组。这可能是因为随着棉籽饼粕的添加量的增加，异味物质逐渐增多，抑制了鱼类的食欲，使摄食率降低，进而影响生长，因此饲料的适口性差可能是高比例棉籽饼粕替代组鱼类生长不良的原因之一。

3.2 抗营养因子的影响

3.2.1 棉酚 棉酚是棉籽饼粕中主要的有毒有害物质，直接影响棉籽饼粕的饲用价值。棉籽粕中的棉酚有结合棉酚和游离棉酚两种形式，具有毒性的是游离棉酚。游离棉酚是细胞、血管及神经毒素，其酚基或酚基氧化产物醌基与蛋白质分子中的游离氨基和赖氨酸中ε-氨基结合可生成不溶性复合物，直接降低了蛋白质和赖氨酸的利用率，还可与消化道的蛋白水解酶结合而降低其活性，进而降低蛋白质利用率 （钟国清，1999；吴波等，1996）；棉酚还可与铁等矿物质结合，使饲料的营养成分损失，从而引起动物缺铁性贫血。另外，游离棉酚能引起雄性动物的繁殖障碍，因而限制了棉籽饼粕在家禽和其他单胃动物日粮中的应用。3.2.2 环丙烯类脂肪酸 环丙烯类脂肪酸主要包括苹婆酸和锦葵酸，能使家禽形成“桃红蛋”、“海绵蛋”，影响蛋品质。棉籽在压榨或浸提法去油过程中，大量环丙烯脂肪酸被抽提出，但仍有部分环丙烯脂肪酸存在于棉籽粕残油中，其对水产动物的影响主要表现在抑制生长，肝损害和肝中糖原沉积增加等方面。棉籽粕中含有的环丙烯脂肪酸也会影响饲料的营养价值。

3.2.3 植酸 水产饲料中使用的大多数植物蛋白原料中含5～30 g/kg的植酸，其中60%～70%的总磷与植酸结合形成植酸磷，植酸磷是植物蛋白中主要的抗营养因子之一，它是一种很强的螯合剂，可以与饲料中的铁、镁、锌、钙、磷等结合形成不溶性和不易被肠道吸收的螯合物，从而降低这些必需矿物质元素的生物学有效性；植酸还可与蛋白质碱性残基结合，抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶活性，降低蛋白质的有效利用率，使饲料营养价值大大降低（Francis等，2001）。由于单胃动物缺少内源性的植酸酶系统，饲用过量的棉籽饼粕，影响鱼类的生长和饲料效率。

3.3 氨基酸组成不平衡 水生动物对蛋白质的需求实际上就是对必需氨基酸和非必需氨基酸混合物的需求，因此，饲料中氨基酸的组成在很大程度上决定了该饲料的营养价值。与鱼粉相比，植物蛋白源的必需氨基酸含量较低，且缺乏某种或某几种必需氨基酸，其中最主要的限制性氨基酸为蛋氨酸和赖氨酸。当饲料中植物蛋白源的添加量逐渐升高时，其氨基酸的不平衡性表现得越来越明显，影响蛋白质的合成，对生长的抑制作用也就越来越显著（Ai和Xie，2005）。棉籽饼粕中氨基酸不平衡，必需氨基酸含量少，特别是限制性氨基酸赖氨酸缺乏，这主要是由于棉籽在加工过程中，由于过热作用，造成赖氨酸、蛋氨酸及其他必需氨基酸被破坏，利用率很低，尤其是游离棉酚会与赖氨酸的ε-NH2结合，发生褐变反应，从而大大降低赖氨酸的有效成分，严重降低赖氨酸消化率，因此赖氨酸是棉籽粕的第一限制性氨基酸，赖氨酸含量较低 （1.97%～2.13%），另外，精氨酸过高（4.65% ～4.98%）； 远远超出了100∶120的理想值，赖氨酸和精氨酸之间存在拮抗；蛋氨酸含量较低，0.35%左右。

3.4 消化率低 消化率的高低直接影响到水生动物对植物蛋白源的利用，抗营养因子和氨基酸组成不平衡是植物蛋白源消化率低的主要影响因素。有研究指出，随着饲料中棉籽饼粕添加量的提高，鱼类对饲料中的消化吸收率将逐渐下降。Cheng和 Hardy（2002）认为，饲料中含 10%棉籽粕不会影响虹鳟的生长性能，而饲料中棉酚含量的增加会降低粗蛋白质的表观消化率。这一结果与Mbahinzireki等（2001）在尼罗罗非鱼上的研究结果一致；饲料中添加大豆蛋白降低了营养物质的表观消化率，可能归结于两方面的原因：一是大豆蛋白制品中抗营养因子；另一个原因是氨基酸不平衡。另外，饲料中其他成分也会影响营养成分的消化吸收率，如未脱壳的棉籽饼粗纤维含量很高（18% ～26%），即便是脱壳的棉仁粕，仍含有10%～14%的粗纤维，约相当于豆粕的2倍，而鱼类缺乏相应的酶类，因而往往难以消化吸收纤维素含量高的棉籽饼粕。在棉籽饼粕中，非淀粉多糖（NSP）主要包括纤维素、阿拉伯木聚糖、果胶、β-葡聚糖和甘露聚搪等。NSP是影响营养成分消化利用率的重要因素，其中，起作用的主要是可溶性NSP，它可以形成高度黏性溶液，降低消化酶和底物扩散速率，阻止它们在胃肠表面发生有效的相互作用，同时，未被消化吸收的碳水化合物快速通过肠道时也会带走部分未被消化的蛋白质，从而也影响了蛋白质的消化吸收，另外，NSP还显著增加内源性蛋白质、氨基酸和脂质的分泌。然而，罗琳等（2005）认为，在日本鲈的饲料中利用脱酚棉籽蛋白替代鱼粉对蛋白质和干物质消化率无不良影响。不同研究者测得的消化率差异较大，这可能与鱼的种类及生理状况、棉籽饼粕生产工艺、蛋白质水平及粪便收集方法不同有关。

4 改善棉籽饼粕应用效果的措施

4.1 调整适口性 在植物性蛋白质饲料中，由于气味、颜色或有毒有害物质的存在，适口性都较差，因此，生产中应该根据具体原料加以调整，如向饲料中添加一定量的着色剂或诱食剂等。

4.2 脱毒处理

4.2.1 水热处理法 其原理是根据棉籽饼粕在水中可破坏棉籽色素腺体，使游离棉酚释放出来，在高温下与蛋白质、氨基酸结合形成结合棉酚脱毒（Nagalakshmi等，2002），这是传统的处理工艺，一般采用蒸煮或蒸汽等加热加压方法脱毒。该法脱毒效果不稳定，且耗水耗能，由于加热温度高对棉籽饼粕营养成分破坏严重，目前该法较少使用。近年来，一种热喷技术（膨化法）使棉籽饼粕经热喷后，游离棉酚含量可降至400 mg/kg以下。热喷后，棉籽饼粕中的粗蛋白质、粗脂肪等有效营养成分损失较少。

4.2.2 硫酸亚铁法 硫酸亚铁（Fe2+）可以和游离棉酚结合形成螯合物，使游离棉酚的活性羟基失去作用而达到脱毒目的，从而减低棉酚的毒性。张嗣炯和顾镕（1995）在适宜的条件下，采用FeSO4·7H2O溶液对棉籽饼粕粉进行脱毒试验，结果显示脱毒率达到81.75%，但是，脱毒后棉籽饼粕中的蛋白质损失2.2%，赖氨酸损失3.6%。其原因是游离棉酚除了与Fe2+结合外，还与蛋白质和氨基酸结合，尤其与赖氨酸可发生美拉德反应。该法脱毒率相对较高，操作简便，成本低，目前普遍使用。但不足之处是会造成蛋白质和赖氨酸均有不同程度的损失，脱毒棉籽饼粕色泽较暗，难以商业化利用。因此建议，硫酸亚铁中铁对于游离棉酚的质量比为1∶1即可减低棉酚的毒性。

4.2.3 碱处理法 该法是利用游离棉酚作为酚类显酸性，能够与碱反应生成盐而脱毒。因此可以在棉籽饼粕中添加碱性化合物如氢氧化钠、纯碱或石灰水等进行脱毒。任选2%的熟石灰水溶液、1%的氢氧化钠溶液或2.5%的碳酸氢纳溶液中的一种，将粉碎的棉籽饼粕浸泡其中24 h，再用清水冲洗4～5遍，即可达到脱毒目的。该法成本低，操作简便，处理后棉籽饼粕易消化，但饼粕风味较差，大量用水冲洗，产品干燥困难，不适合工业化生产。

4.2.4 尿素处理法 该法是利用游离棉酚与尿素在一定温度和湿度下生成西佛碱类加成物，再经干燥脱水生成西佛碱，使游离棉酚转化为结合棉酚，达到脱毒目的。脱毒处理后饼粕含氮量有所增加但各种必需氨基酸有一定程度的损失，异亮氨酸和亮氨酸有所增加。

4.2.5 溶剂萃取法 利用棉酚在醇类溶剂中的溶解性，用有机溶剂将游离棉酚从棉籽饼粕中提取出来，达到脱毒目的。这些溶剂包括乙醇、丙酮、正丁醇、异丙醇、甲醇、二氯甲烷等。由于不经过高温处理，因此该法避免了蛋白质的热变性和蛋白质氨基酸与游离棉酚的结合，但具有有机溶剂与饼粕分离困难，有机溶剂消耗量大，且混合溶剂对提取油的质量造成不良影响，使油品质下降，产品具有异味等缺点。

4.2.6 液-液-固三相萃取法 将脱壳得到的棉仁，经低温软化、压胚、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，最后得到含酚量小于0.04%，蛋白质含量大于50%棉籽蛋白成品。该技术具有以下特点：（1）采用两种溶剂分步萃取油和棉酚，保证了脱酚彻底和油质量，并有一系列措施保证溶剂的分离和回收，使溶剂的消耗降低到最低程度；（2）采用直接浸出，尽可能避免了油脂制取过程中蛋白质的破坏；（3）脱毒工序是在浸出提油之后，对含溶剂的湿粕直接进行了萃取提酚，未经高温烘干处理，避免了蛋白质的热变性，保证了产品的营养价值不受损失。

4.3 添加外源性酶制剂 抗营养因子是限制棉籽饼粕利用的主要因素之一。大量研究证实，在棉籽饼粕日粮中添加NSP酶、α-半乳糖苷酶、植酸酶等酶制剂，可消除棉籽饼粕中抗营养因子，提高棉籽饼粕代谢能值和营养物质利用率，增强机体免疫力，改善动物生产性能。目前关于棉籽饼粕型饲料中添加外源酶制剂的研究主要集中在畜禽研究中，在水产动物中的研究还很少。

4.4 添加晶体氨基酸或蛋白源混合搭配提高饲料氨基酸的平衡性 蛋白质的营养实质是氨基酸的营养，氨基酸的平衡与适量尤其是赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸三大限制性氨基酸的平衡问题是影响动物生产水平的关键因素。与其他植物蛋白一样，棉籽饼粕氨基酸比例不平衡，赖氨酸含量较低（1.3% ～1.5%），只相当于大豆粕的50% ～60%；精氨酸含量高达3.67%～4.14%，是饼粕饲料中精氨酸含量较高的饲料，营养价值比鱼粉差，其限制性氨基酸赖氨酸是影响鱼类生长的主要因素。有试验表明，在棉籽粕日粮中添加赖氨酸，鱼类生产性能可达豆粕组水平；当斑点叉尾

日粮中含51%的棉籽粕时，日粮赖氨酸仅能满足需要量的68%，添加赖氨酸后，能明显地加快其生长（沈维华，1995）。Robinson（1991）研究证实，在添加赖氨酸的情况下，预压榨的浸提棉籽粕能够100%替代斑点叉尾 幼鱼饲料中鱼粉而不影响其生长性能。

由于赖氨酸含量较低，精氨酸过高，因而，在饲料中使用棉籽饼粕，不仅要添加赖氨酸，还要与含精氨酸少的饲料配伍。许多研究证实，菜籽饼粕和其他饼粕（棉籽饼、豆粕等）适当搭配使用，可有效地控制毒物含量，有利于氨基酸的互补，尤其是菜籽粕与棉籽饼搭配使用，可以平衡饲粮的氨基酸，动物表现良好的生产性能 （彭健和蒋思文，2001）。双低菜籽粕中氨基酸的利用率较低，尤其是赖氨酸的含量和有效性低，因此不论单独使用或与棉籽饼粕配合使用，最好在饲粮中补充适量的合成赖氨酸或添加适量的鱼粉、血粉等动物性蛋白质。

4.5 微生物发酵 微生物脱毒与其他方法相比有以下优点：（1）脱毒效率高达80% ～90%；（2）原料经发酵后产生大量有机酸，具有特殊香味，适口性好；（3）发酵可提高产品营养价值，提高棉籽饼粕蛋白质含量和利用率；（4）产生大量活性益生菌，调节动物机体胃肠道微生态平衡；（5）发酵过程中可产生多种水解酶，富含B族维生素等；（6）底物发酵过程中产生纤维素酶，其能够对底物粗纤维作用，从而降低粗纤维含量，提高棉籽粕营养品质。顾赛红等（2003）研究发现，发酵后棉籽粕的粗蛋白质提高10.92%，必需氨基酸除精氨酸外均增加，赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸分别提高12.73%、22.39%和52.00%；施安辉等（1998）报道，高效降解棉酚菌株的脱毒率可达82.2%，棉籽粕经微生物脱毒后各种氨基酸含量明显提高；张文举等（2006a）研究发现，复合发酵可极显著降低游离棉酚含量，粗蛋白质及其体外消化率分别提高27.83%和20.90%，发酵效果显著优于单菌株发酵；夏新成等（2010）探讨了发酵对棉籽粕脱毒效果及粗蛋白质含量等的影响，结果表明：与发酵前相比，底物中游离棉酚含量显著降低，降解率最高，达86.24%；且粗蛋白质含量显著提高11.43%～26.32%。张文举等（2006b）报道指出，发酵底物的灭菌处理，可使部分游离棉酚和蛋白质中游离氨基结合，形成结合棉酚，微生物分泌的酶类可降解游离棉酚，从而使棉酚含量降低。发酵处理后底物粗蛋白质含量的提高主要是由于微生物生长代谢作用引起，微生物生长代谢过程中，氧化消耗糖类物质，微生物大量生长繁殖，微生物菌体蛋白丰富，增加了粗蛋白质的含量 （张文举等，2006b；孙建义等，1995），这都说明微生物发酵对棉籽粕脱毒及营养价值改善产生了显著作用。

4.6 育种法和基因工程途径 由于棉籽中色素腺体的数量与棉酚含量有直接的关系，腺体越少，棉酚量越低，因此，通过遗传学方法，培育和推广无腺体棉花品系，这种方法可以从根本上除去棉酚，此方法有较大前景，同时也是最经济、有效的方法。大量研究证明，无毒棉的营养价值显著高于有毒棉。沈维华（1989）报道，在不同的加工条件下，无毒棉饼有效赖氨酸含量为2.07%，而普通棉饼仅含1.43%。

5 小结

棉籽饼粕是一种利用价值很高的蛋白质资源，其作为蛋白质源一方面可以节约饲料成本，降低养殖成本，另一方面可以减少鱼粉的使用量，保护海洋渔业资源，符合水产养殖业可持续发展要求，然而，由于棉籽饼粕含有棉酚、植酸等有毒物质和抗营养因子，限制了其在水产饲料中的添加量。因此，通过作物育种、改进加工技术、外源酶制剂的应用，棉籽饼粕的营养价值可望得到进一步改进和提高，棉籽饼粕替代鱼粉的研究必将会取得更大的进展，这对我国丰富的棉籽资源的开发利用具有十分重大的意义，同时对缓解我国蛋白质饲料资源短缺起到很好作用。

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