棉粕蛋白的脱毒与开发利用研究进展

 

我国棉粕资源丰富，研究发现，棉粕蛋白氨基酸组成好，维生素含量高，其水解多肽具有抗氧化，降血压，促进消化吸收与酶调节等作用。但游离棉酚的存在使其具有毒性而限制了棉粕利用，棉粕蛋白资源得不到充分的利用^[1]。因此，对棉粕的脱毒是亟待解决的问题。

 

1. 脱毒常用方法

 

1.1物理脱毒法

物理脱毒的方法是利用棉腺体不同于其他蛋白质的物理性质：大小、形状、密度等，在一定的介质中将其他的蛋白质与其分离而达到脱毒的效果。

 

1.11湿热法

湿热法是用蒸汽加压加热使游离棉酚在高温下与蛋白质、氨基酸结合形成结合棉酚而脱毒的方法[2]。魏二虹等人通过热处理对加热时间、温度和湿度进行了组合实验脱毒优化。优化条件为：加热时间30min、温度120℃、湿度50％并达到了良好的脱毒效果[2]。该方法工艺简单，但耗能高。

 

1.12吸附法

吸附法是利用活性物质对棉酚的吸附作用而除去棉酚的。Kamga等利用硅藻土和氧化铝吸附棉籽油中的棉酚达到了良好的效果[3]。吸附法脱毒效果较好，但是增加了工艺流程。

 

1.13旋液分离法

旋液分离法是将棉仁细粉和轻汽油加入旋液分离器，利用色腺体和棉仁组织的不同比重达到分离的目的。此方法脱毒效果较好，游离棉酚控制在0.015%~0.02%。但是对设备，对棉籽的预处理要求较高，使混合油和棉仁细粉达到完全分离是比较困难的[4]。

 

1.14挤压膨化法

挤压膨化法是将棉籽，加入入膨化机中，在高温、高压和高剪切力作用下，使棉籽内游离棉酚发生降解，或者与其他蛋白质结合成结合棉酚从而降低游离棉酚的含量达到脱毒的目的。倪海球等人对对棉粕进行了膨化研究，研究结果表明棉籽粕经膨化处理后游离棉酚含量从589.47 mg /kg 降低至71.06 mg /kg，降低了87.95%，表明挤压膨化可有效降低棉籽粕中游离棉酚的含量[5]。邓江华利用膨化棉粕作为蛋白补充（添加量6%、8%）饲养肉鸡均未产生明显毒副作用，对肉鸡肝肾功能未见影响，且在此比例下，肉鸡日粮配方中豆粕的比例有所下降[6]。表明膨化挤压法是有种有效的棉粕脱毒手段。

 

1.15超声波辅助法

利用超声波的机械破碎和空化作用是棉籽细胞破碎，加快棉酚向溶剂中扩散，以辅助提高棉酚的脱出率。杨冲[7]等人采用超声波辅助盐酸—乙醇溶液对棉籽中进行脱除进行了优化组合研究，并得出了最佳工艺：液料比为23：1，超声时间为53min，超声温度为77℃，盐酸浓度1.5moL/L，超声功率50W，棉酚的脱除量达9.5mg/g，棉酚脱除率效果明显。

 

1.2化学脱毒方法

化学脱毒主要是通过添加化学试剂使游离的棉酚破坏或者与其他蛋白质结合为结合棉酚从而使其失去毒性。

 

1.21硫酸亚铁法

通过加入硫酸亚铁使亚铁离子与棉酚螯合使棉酚的活性羟基和醛基失活。而螯合物不易被动物吸收排除体外[8]。此方法脱毒效果较好，处理后棉粕中的蛋白质有效成分没有多大变化，但是此方法只能除去游离棉酚，并不能改变棉粕中棉酚的总量。

 

1.22尿素法

棉酚可以和酰氨类化合物结合，敖维平[9]等利用尿素对棉粕进行脱毒，并与生物发酵法进行了比较。研究结果表明，尿素法处理的平均脱毒率为64．3%，与EM菌发酵法及FeSO4 法相比脱毒方法的脱毒效果差异不明显。尿素法生产工艺设备要求高，并存在适口性差、影响营养价值等问题。

 

1.23碱中和法

棉酚分子中的羟基受邻位醛基的影响而具有酸性，能与NaOH反应生成棉酚钠，溶于水不溶于有机溶剂[10]。将高浓度的碱水加热到80~90℃喷洒到翻动的棉粕中，在水分温度和碱的条件下，使棉酚与其他蛋白质结合为结合棉酚[11]。碱中和法能有效去除棉酚的含量，与脂肪酸等结合可以提高棉粕的营养价值。但也容易造成中性油损失的后果。

化学添加剂方法工艺简单，易操作，适于饲料厂与养殖厂。但是，生成的络合物或多余的添加剂仍留在棉粕中不易除去。

 

1.3溶剂提取法

由于棉仁的色腺体壁对极性溶剂极敏感易破裂释放棉酚。因此向棉粕中加入极性有机溶剂可直接萃取棉粕中的棉酚。常用的极性溶剂有甲醇、丙酮、异丙酮、乙醇等[12]。一般与浸出法提取相结合，可以避免因高温而导致的蛋白质变性。东世宏等用高沸点溶剂环己酮对棉酚进行脱除，棉酚脱除率达到81%[13]。采用多种比例的混合溶剂进行萃取已有较广泛的研究。Junfeng Qian等人用0.1moL/LNaOH与甲醇比为135：组成:1碱性甲醇溶液在40℃下反应3h有效的提取出棉酚减少了棉粕中面粉的含量[14]。另外，他研究中甲醇与石油醚体积比为60:40，提取温度30℃，提取30min下棉籽油的提取率可以达到98.3%，游离棉酚降到0.014% [15]。

溶剂提取法可避免因高温而导致的蛋白质变性，保证了棉粕的营养价值，且研究表明此方法较其他化学方法在不同pH下脱酚效果较明显。但混合溶剂提起成本高，回收体系复杂，体系中睡分的控制也是比较复杂难以解决的问题。

 

1.4生物发酵脱毒法

生物发酵法是利用微生物发酵将棉酚转化为其他物质而达到脱毒的目的。生物发酵脱毒法不仅能有效的达到脱除棉酚的效果，其脱毒后棉粕的抗营养因子明显减少，蛋白质含量增加，同时还含有一些营养因子和益生菌，进年来已经成为研究的热点。

洪振[16]筛选了对棉粕脱毒效果较好的3株菌酵母菌、枯草芽孢杆菌、乳酸菌并通过实验确定了菌种的最优体积比为乳酸菌:枯草芽孢杆菌:酵母菌=1:2:2。经过工艺优化后的将棉粕中游离棉酚的含量从1173 mg/kg降到175 mg/kg,脱毒率达85.11%。有效降低棉粕中游离棉酚的含量，并提高了蛋白质和乳酸的含量。李佳[17]等人利用枯草芽孢杆菌M－9菌株发酵棉粕粉进行脱酚处理，并将脱酚后的棉粕作为蛋白源添加于饲料中用于肉鸡养殖，研究发现试验组肉鸡的血液生化指标正常，生长发育指标、屠宰性能指标、脏器发育指标及营养物质利用率等各种指标正常，未发现棉酚中毒症状，说明制备的发酵棉粕粉脱酚效果较好，具备代替豆粕作为饲料蛋白源应用于肉鸡养殖的可能。Wen-Ju Zhang等[18]人研究发现，微生物可大大减少棉粕中的棉酚含量，并对其条件进行了探究优化。但生物发酵脱毒法也具有发酵周期长，干燥成本高等特点。

综上所述，棉酚脱毒的方法有很多种。但不同的方法又应用于不同的要求。但随着人们观念的改变及生物技术的发展，我认为，生物方法脱毒将会成为一种环保较为人们接受的一种脱毒方法。并具有极大地发展前景。

 

2.棉粕蛋白的开发与利用前景

 

2.1传统应用

由于棉粕蛋白的毒性所在，传统上棉粕蛋白主要应用在养殖，饲料行业。并且发挥着巨大的作用。

 

2.2棉粕蛋白的深入研究与利用

随着新型工艺的发展与创新及对棉粕蛋白性能研究也不断地深入。刘文斌等[18]人对棉粕蛋白及其枯草蛋白酶酶解产物的组分进行了分析，研究发现棉粕蛋白酶解后可溶性蛋白与氨基酸的比例有了较大的提高，有助于动物的消化，酶解产物中小肽的比例由原来的19.0%提高到60%，并且含有大量的其他物质：核酸、维生素、色素等。并通过进一步的研究发现棉粕蛋白酶解物能有效的促进鱼的生并能提高内源酶的活性[20]。同样Dan Gui[21]等人通过研究发现在鲫鱼饲料中添加棉粕蛋白水解物能促进锌，铁等的吸收对鱼的生长有着积极的作用。另外，Yi-Rong Yued[22]等人也做了类似的研究证明了棉粕蛋白的利用价值。闫理东，张文举[23]等人通过发酵棉粕对黄羽肉鸡生产性能和屠宰性能的研究发现在饲料中加入3%~6%的发酵棉粕能显著的提高肉鸡产肉性能。

棉粕蛋白性能研究的深入为扩大棉粕蛋白酶解产物的应用领域提供了理论依据。由此棉粕蛋白的利用逐渐延伸到食品、医药、酿造等各个领域。

 

3.总结

 

面对蛋白质资源日益紧张的趋势，棉粕蛋白的开发与利用呈现出较强劲的发展势头，有非常广阔的发展空间。而对棉粕蛋白进行最有效的脱毒方法的研究，及其分解多肽性能的研究并实现产业化，将是当前提高棉粕蛋白利用率和棉花产业经济效益最为迫切的要求。

 

参考文献

 

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