麻疯树饼粕中的蛋白研究

麻疯树饼粕中的蛋白研究

蛋白质缺陷是世界的一个主要问题。中国人多吃水，粮食产量低，蛋白质和养分食物不足。根据中国国家饲料工业办公室的估算,我国蛋白质饲料资源年缺口达到3000万t以上,到2020年缺口将达4000万t,成为制约畜牧业发展的重要因素。最大限度地开发和合理应用蛋白质饲料资源,是促进畜牧业发展和提高养殖业经济效益的重要措施。目前,由于疯牛病、口蹄疫、禽流感等在世界不同地区发生,肉骨粉的使用受到很大限制,加之鱼粉资源日渐紧缺等原因,饲料界人士都在寻找新的蛋白质饲料资源。但当一种新蛋白质饲料资源出现时,我们应该对它进行全面认识。首先要测定其主要营养价值,然后测定其有毒因子和抗营养因子,最后研究其在饲养试验中对动物生长代谢的作用等。本文针对新型蛋白质饲料资源——麻疯树籽实,就以上几个方面进行逐一综述。1麻狂树属que麻疯树出现在约7000万年前的地球中生代。1753年,瑞典植物家林奈首次将麻疯树分类,拉丁学名是JatrophacurcasL.。麻疯树为大戟科(Euphorbiacea)麻疯树属(Jatropha)植物,约有175个种。麻疯树(Jatrophacurcas)又名黄仲树、黑皂树、木花生、老胖果、桐油树等,原产热带美洲、非洲、中南美洲、澳大利亚、东南亚、印度和我国热带、亚热带及干热河谷地区,是一种抗旱耐瘠的速生、具有很高经济价值的多功能用途的生态型经济林树种。目前,我国四川、广东、广西和云南等地正在积极组织种植麻疯树,以开发生物能源。1.1麻蜂树子油替代柴油的研究麻疯树种子含油率为30%~60%,可加工生产提取生物柴油,同石化柴油相比,麻疯树油是一种可再生、环保型燃料,是典型的绿色柴油。麻疯树作为国际上研究最多的能生产生物柴油的能源植物之一,是世界公认的最有可能成为未来替代石化能源的具有巨大开发潜力的树种。用麻疯树种子油替代发动机柴油的技术正受到世界各国的普遍重视,生物柴油成为开发麻疯树的最主要原因。麻疯树每hm2产种子0.5~12.0t,产油量为30%~60%,而且有长约30年的生产能力。目前,全球将近3000万hm2的种植量,预计到2015年我国麻疯树栽培面积将达到800万hm2,这将是一个巨大的财富。1.2麻狂树有机肥料,油饼好麻疯树是一种保持水土、防风固沙、改善生态环境的绿化树种。麻疯树喜光、喜暖热气候,耐干旱贫瘠,在石砾质土、粗质土、石灰岩裸露地均能生长,可以作为良好的生物防火隔离带,减少温室气体的排放。麻疯树种子榨油后的油饼是很有价值的有机肥料,比鸡粪和牛粪更有营养,其中,麻疯树饼粕含:氮5.7%~6.5%、磷2.6%~3.0%、钾0.9%~1.0%、钙0.6%~0.7%、镁1.3%~1.4%;家畜粪含:氮0.4%~0.8%、磷0.2%~0.3%、钾0.5%~0.9%;家禽粪含:氮0.55%~1.76%、磷酸0.5%~1.78%、氧化钾0.62%~1.00%。麻疯树油脂可以生产精制甘油、润滑剂、肥皂和化妆品等生活和化工用品。另外麻疯树含有大量木质素的种壳,可以作为一种很好的燃料(燃烧能19MJ/kg)。1.3麻狂树的应用国外近年陆续报道了麻疯树提取物的药用价值,在抗肿瘤、抗寄生虫、治疗创伤、糖尿病等方面的药理试验研究已有成果。中医认为麻疯树种子性寒,能起到散瘀止痛的作用,还可用来治疗跌打损伤、皮肤瘙痒和胃肠炎等。麻疯树油脂里面提取的佛波醇酯是一种有效的生物杀虫剂,广泛用于杀灭钉螺,防治血吸虫病等。麻疯树籽实毒蛋白(curcin)具有抗肿瘤、抗人体免疫缺陷病毒(HIV)及抗生育等多种生物学活性。1.4麻蜂树叶片的饼粕麻疯树种子榨油后的副产品——饼粕,因含有毒素,不能为动物饲用,一般都作为肥料或抛弃。但其饼粕蛋白质含量高达40%~60%,氨基酸组成平衡,脱毒后将是一种优质的蛋白质饲料。1hm2的麻疯树果实榨油后可产2.5t饼粕,相当于3.4t豆粕的蛋白质含量,有效利用这一资源将带来一系列的社会经济效益。另外,麻疯树叶子还可以饲养家蚕。2测定麻蜂树凝集素活性麻疯树分为有毒和无毒品种。仅墨西哥地区的麻疯树无毒,其油脂可为当地人烹饪食用。麻疯树有毒因子和抗营养因子主要包括:佛波醇酯(0.10~3.85mg/g)、胰蛋白酶抑制剂(18.4~35.0mg/g)、植物凝集素(血凝反应检测的浓度为25.6~102.0mg/mL)、苯酚(0.2%~0.4%)、皂苷(2%~3%)、苯酚(2.8%~4.4%)、单宁(2.0%~2.9%)、植酸(7.2%~10.0%)。Aderibigbe等采用加热处理方法使凝集素失活,然后使用乳胶凝集法和血凝法来评估麻疯树种仁粕凝集素活性。结果表明:凝集素不是造成动物采食未加工过的麻疯树产品、发生急剧中毒的主要原因,佛波醇酯才是这些毒素中最有效的、最致命的。麻疯树种子中的佛波醇酯有70%~75%存在于油脂中,而其余25%~30%存在于饼粕中。麻疯树种子中影响动物饲用价值的有毒物质主要有3种,分别是植物凝集素、胰蛋白酶抑制剂和佛波醇酯,其中佛波醇酯含量是区别有毒和无毒品种的依据。麻疯树籽实毒性研究广泛地在各种动物上进行,如山羊、绵羊、鸡、牛、小鼠、大鼠和鱼类等,试验都证明籽实毒性主要表现为动物食欲不振、体重减轻、饮水量减少、腹泻、脱水和一些器官出血等症状。Demjanec等通过急性毒性试验得出大鼠半致死剂量为6mL/kgBW,获得佛波醇酯的小鼠半致死剂量(LD50)为27.3mg/kg。麻疯树籽实的油和其他有毒成分在生理盐水中以0.1~2.5mg/mL的剂量都将会发生溶血症状。在饲料中添加15mg/kg水平的佛波醇酯即能引起动物中毒,而添加大于31mg/kg水平时,动物将出现平均代谢速率下降、粪便黏液增多和拒绝采食的症状。通过动物饲养试验得知:如果不去除麻疯树籽实内毒素因子和抗营养因子,将限制其在动物饲料上的使用。通过热处理可以使植物凝集素和胰蛋白酶抑制剂几乎完全消失(湿度:66%,温度:121℃,时间:30min),佛波醇酯热稳定性强,使用热处理几乎没有降低其含量,但化学处理(92%乙醇萃取)可以减少佛波醇酯在种子里的浓缩程度。但化学处理仅适合于试验研究,成本高无法用于规模生产,还需更有效、更经济的方法来去除佛波醇酯。3麻狂树种子的提取麻疯树单粒种子重约0.53~0.74g,脱壳后种仁约占其重量的61%~66%。麻疯树种子提取完油脂后的副产品是一种营养丰富的油饼,其含有大量丰富优质蛋白质。完全脱脂的麻疯树种仁粕含有40%~63%的粗蛋白质,其中90%是真蛋白质。3.1般指标指标蛋白质资源如要在饲料中应用,人们首先考虑的是其营养成分含量。麻疯树种仁营养成分为:水分3.0%~6.2%、粗蛋白质18%~23%、粗脂肪55%~58%、粗灰分4.6%~5.3%、中性洗涤纤维3.9%~4.5%、钙0.6%、磷0.9%、总能31.1~32.0MJ/kg;完全脱脂的麻疯树种仁粕营养成分为:水分5.0%~5.5%、粗蛋白质45.7%~64.7%、粗灰分10%~11%、中性洗涤纤维6.2%~11.9%、钙1.1%、磷2.4%、总能18.2~19.5MJ/kg、淀粉9%~11%和可溶性总糖7%~10%。豆粕营养成分为:粗蛋白质44.0%~47.9%、粗脂肪1.0%~1.9%、粗灰分4.9%~6.1%、中性洗涤纤维8.8%~13.6%、钙0.33%~0.34%、磷0.62%~0.65%。棉籽粕营养成分为:粗蛋白质43.5%~47.0%、粗脂肪0.5%、粗灰分6.0%~6.6%、中性洗涤纤维28.4%、钙0.25%~0.28%、磷1.04%~1.1%。综合以上指标,在不考虑其他因素的前提下,完全脱脂麻疯树种仁粕在反刍动物饲料中可作为蛋白质饲料代替豆粕与棉粕。另外,氨基酸组成平衡;其必需氨基酸含量,除赖氨酸,均超过联合国粮食与农业组织、世界卫生组织所公布的5岁儿童所需的总量。3.2脱毒棕榈酸乙酰胺钠的代谢试验3.2.1体外消化对麻狂树种蛋白质的影响体外降解率在一定程度上反映了饲料的可利用率。有关麻疯树种仁、饼粕的体外降解率,已有一些研究报道。Makkar等利用人工瘤胃方法测定脱毒麻疯树种仁粕有机物降解率在78%左右,低于豆粕、棉粕和菜籽粕,与葵花粕相当。Makkar等利用人工瘤胃方法测定麻疯树脱脂种仁粕24h蛋白质降解率是28.9%~43.3%,远远低于豆粕的80.9%,说明麻疯树蛋白质很难被瘤胃微生物降解,麻疯树蛋白质是一种重要的过瘤胃蛋白,这将更好地为反刍动物小肠吸收提供蛋白质。Carbonaro等模拟单胃动物消化过程,利用酶解法测定麻疯树蛋白质体外消化率,蛋白质降解率在80%以上,与法巴豆(83.1%)、扁豆(82.5%)相当,略高于鹰嘴豆(78.3%)、干豆(73.8%)。在人工瘤胃培养24h的过程中,用麻疯树种仁粉代替大豆粉,既不影响气体和短链脂肪酸的产生,也不影响真实降解率。Makkar等利用体外产气法对麻疯树种仁粕组合效应进行了研究:麻疯树脱脂种仁粕粗蛋白质为57.3%,当普通干草为0.1和0.2g时,产气量分别为19.5和40.1mL;组合1(麻疯树种仁0.1g+干草0.1g)、组合2(麻疯树种仁0.2g+干草0.2g)、组合3(麻疯树种仁0.3g+干草0.2g)和组合4(麻疯树种仁0.4g+干草0.1g),产气量分别为41.0、79.8、94.7和91.1mL;由结果得出麻疯树种仁和干草组合产气量等于两者单独产气量相加之和,这说明麻疯树蛋白质对干草混合发酵没有负面影响。Makkar等利用等电沉淀法从脱脂麻疯树种仁粕沉淀中析出53%的粗蛋白质,进而从粗蛋白质中提取真蛋白质达到760~820g/kg(pH4~10,60℃,1h),而羽扇豆、大豆、芸豆、豌豆、蚕豆和苋菜是670~930g/kg,然后采用胃蛋白酶和胰蛋白酶酶解法使麻疯树浓缩蛋白质消化率达到91%,此结果可在单胃动物和鱼类饲料、甚至人类膳食研究中应用。体外法近似于瘤胃发酵环境,可用来研究饲料蛋白质的降解率,但不能真正反映动物消化率,所以还需动物生长代谢试验来验证麻疯树饼粕作为蛋白质饲料的可行性。3.2.2热处理对麻蜂树仁蛋白质降解的影响测定瘤胃蛋白质降解率可预测过瘤胃蛋白进入皱胃及小肠的数量和估测蛋白质利用率和需要量。热处理是用来提高蛋白质过瘤胃率,然而过度的热处理起相反的作用,使过瘤胃蛋白进入皱胃和小肠的数量减少,降低蛋白质的质量。干热对反刍动物有效利用蛋白质是有优势的,不仅可以使胰蛋白酶抑制剂活性失活,也能提高进入小肠的过瘤胃蛋白的数量。Aderibigbe等采用人工瘤胃法研究麻疯树脱脂种仁粕在不同热处理下24h的蛋白质降解率:1)经过热处理降解率为43.4%;2)湿度67%、温度100℃条件下经过20、40、60和90min,降解率分别为40.9%、54.6%、67.4%和67.1%;3)湿度80%、温度130℃条件下经过30、60、90和120min,降解率分别为73.3%、73.4%、74.3%和73.3%,热处理时间长短对种仁降解效果影响不大;4)湿度67%、温度160℃条件下经过30、60、90和120min,降解率分别为71.9%、72.1%、69.1%和52.8%,不同热处理时间下的降解率差异大;5)热处理160℃、20、40、60和120min后,降解率分别为46%、41.4%、37.3%和38.6%。采取合适的热处理方法,有利于麻疯树种仁蛋白质的有效降解,为作为蛋白质饲料合理利用提供参考。实践生产中还需要动物饲养试验来评定热处理麻疯树种仁的毒性和营养价值。Makkar等将经过热处理和未处理的麻疯树种仁饲喂大鼠和鲤鱼,研究发现添加赖氨酸的麻疯树粕生物学效价很高。在大鼠试验中,热处理的麻疯树种仁粕蛋白质利用率高,然而在鲤鱼试验中,未经处理的麻疯树种仁粕蛋白质利用率高,从而进一步说明不同试验动物对麻疯树种仁粕利用和耐毒性不尽相同。3.2.3脱毒麻蜂树饼粕和大豆对鱼粉蛋白质的影响Broderick等在锂鱼、罗非鱼和鲑鱼的试验设计5个日粮试验组,分别是鱼粉蛋白质组、脱毒麻疯树饼粕替代50%的鱼粉蛋白质组、脱毒麻疯树饼粕替代75%的鱼粉蛋白质组、豆粕替代50%的鱼粉蛋白质组和豆粕替代75%的鱼粉蛋白质组。5个试验组组体增重是542.8%~946.9%,饲料转化率是1.05~1.28。结果发现:2个脱毒麻疯树饼粕组并不影响鱼的生长性能,脱毒麻疯树饼粕替代75%的鱼粉蛋白质组体增重和饲料转化率高于豆粕替代75%的鱼粉蛋白质组;50%脱毒麻疯树饼粕替代鱼粉组体增重和饲料转化率要高于豆粕替代50%和75%的鱼粉蛋白质组略低于鱼粉蛋白质组。在鲤鱼和罗非鱼试验中,脱脂脱毒后的麻疯树种仁粕各种性能超过豆粕。4麻蜂树研究的现状和障碍在环境退化地区种植麻疯树、生产生物燃料被看作是一个非常有前途的选择,可增加农村就业,提高环境质量和向能源不足的地区提供初级能源。虽然通过政府支持和实施了相关技