Abstract：Cottonseed meal is a kind of high quality plant protein follows only soybean meal.The high content of protein and abundance of amino acid in cottonseed meal have attracted much attention.However, the existing of some anti-nutritional compounds in cottonseed meal limited its application in feed industry.An optional way to eliminate those negative effects is fermenting the cottonseed meal with microorganism.It has been demonstrated that after fermenting, the anti-nutritional factors in cottonseed meal decreased significantly while some beneficial ingredients increased (e.g.small peptides, digestive enzymes, organic acids and probiotics) , and eventually increase the nutritional value of the cottonseed meal.The fermented cottonseed meal has been widely used in the feeding.The authors review the nutritional value of fermented cottonseed meal and its application in animal production.Using fermented cottonseed meal instead of soybean in the diets of growing pigs by 5%to 10%, feed intake, daily gain and feed meat ratio are not significantly influenced, and the cost of feed can be reduced.Adding the fermented cottonseed meal in the diets of chicken by 5%to 15%, can improve the immunity of chickens, reduce morbidity, save the cost of medication, and improve the quality of egg and meat.The fermented cottonseed meal can also beused as ruminant animal feed supplement protein in raw materials, it can promote the growth and reproduction of microorganisms in rumen, increase the ruminant animal feed utilization rate.The fermented cottonseed meal can be used instead of fish meal and soybean meal in aquatic feed, not only can reduce the cost of feed and feed coefficient, but also improve water quality, increase the aquatic animal digestive enzyme content, so as to improve the rate of digestion and absorption of nutrients.

　　Keyword：fermented cottonseed meal; protein feed; nutritional value; animal production;

　　中国是产棉大国, 作为棉花加工副产物的棉粕资源十分丰富。棉粕作为一种高蛋白含量的植物蛋白原料, 营养价值远比谷类蛋白高, 近似豆类蛋白, 是一种极具开发潜力的植物蛋白饲料资源[1]。由于棉粕中含有游离棉酚、单宁、植酸、环丙烯脂肪酸等抗营养因子, 降低了动物对其的利用率, 还会对动物的生长繁殖造成不良影响, 从而限制了其在饲料中的应用[2-4]。目前, 应用微生物发酵技术处理棉粕是消除抗营养因子和提高营养价值的主要方法之一。经过微生物发酵不仅可降低棉粕中游离棉酚含量, 发酵过程中还能产生消化酶、有机酸、益生菌、维生素等, 极大地提高了棉粕的营养价值。因此, 在动物日粮中添加一定量的发酵棉粕可以降低饲料成本、提高动物生产性能。
 

　　1、发酵棉粕的营养价值

　　发酵棉粕是指以棉籽粕为主要原料, 利用微生物发酵技术降低棉粕中多种抗营养因子含量, 同时利用有益微生物的生长代谢活动产生如小肽、氨基酸、有机酸、维生素等营养物质而制成的饲料原料。

　　1.1、发酵棉粕中游离棉酚含量极显着降低

　　棉酚是一种多元酚类化合物, 按其在植物中的存在形式可以分为游离棉酚和结合棉酚。结合棉酚不能被动物机体吸收, 因而没有毒性;而游离棉酚可被动物少量吸收并在体内蓄积, 从而具有毒害作用。游离棉酚主要影响动物的繁殖性能, 还会造成动物消化道损伤, 引起食欲下降、体重减轻、引发肾结石、导致低血钾、影响蛋品质[5-6]。棉酚的脱毒方法包括物理化、化学法和微生物法, 其中微生物发酵法是中国科研人员创立的, 此法不仅能够降低游离棉酚的毒性作用, 还能改善棉粕的营养价值。Zhang等[7]在研究棉籽饼粕生物发酵的过程中利用筛选到的热带假丝酵母菌ZD-3和黑曲霉ZD-8对棉籽饼进行复合发酵, 可极显着地降低棉籽饼底物中游离棉酚含量, 脱毒率可达91.64%。金红春等[8]以复合芽孢杆菌为发酵剂, 通过添加酶制剂协同微生物固态发酵棉粕, 可使游离棉酚的去除率达96.52%。洪振[9]筛选了对棉粕脱毒效果最好的3株菌:酵母菌、枯草芽孢杆菌及乳酸菌, 并以1∶2∶2的接种比例固态发酵棉籽粕, 可将棉粕中游离棉酚的含量从1 173mg/kg降到175 mg/kg, 脱毒率达85.11%。以上研究结果表明, 通过微生物发酵可有效降低棉粕中游离棉酚的含量, 使得发酵棉粕中游离棉酚的含量远远低于国家标准 (GB/T 13078—91) 和FAO及世界卫生组织的规定要求, 游离棉酚已不再是影响发酵棉粕利用率的主要因素。

　　1.2、发酵棉粕中部分蛋白质转化为小分子肽

　　肽是由20种天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的, 分子结构介于氨基酸和蛋白质之间的一类化合物。现代蛋白质营养理论认为:在动物消化道中, 蛋白质以游离氨基酸和小肽两种形式被吸收。小肽是蛋白质的主要消化产物, 是肠道氨基酸的一种重要吸收形式[10]。利用微生物生长过程中产生的各种蛋白酶类, 可将棉粕大分子蛋白降解为小分子肽。贾晓锋[11]通过试验发现假丝酵母及黑曲霉固态发酵均能将棉籽粕底物中分子量在20~100ku之间的大分子蛋白质降解为小分子蛋白质和肽, 其中黑曲霉可将蛋白质降解为14ku以下的小分子蛋白质和肽。刘俊[12]筛选到可分泌酸性蛋白酶的A.niger P1和分泌丰富中、碱性蛋白酶的B.subtilis H1菌, 利用这两株菌混合发酵棉粕后, 底物中小肽含量可提高至18.36%, 平均肽链长度可降至4.23, 体外消化率可提高至88.59%, 显着改善了棉粕蛋白的营养价值。孙焕林等[13]采用枯草芽孢杆菌对高压灭菌后的棉粕底物进行发酵, 发酵后可显着提高底物中蛋白质含量, 相对分子质量为<600、600~1 000和1 000~1 800的小肽含量分别由发酵前的4.00%、0.42%和0.06%提高到发酵后的12.40%、1.45%和1.74%。以上研究结果表明, 利用微生物发酵可使棉粕大分子蛋白降解为小分子肽, 不仅提高了棉粕蛋白质的消化利用率, 并且有些棉粕肽还具有抗氧化、降血压等特殊生理活性[14-15]。

　　1.3、发酵棉粕中含有丰富的消化酶

　　微生物发酵棉粕过程中可产生多种酶类, 如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和植酸酶等。这些酶可降解棉粕中的抗营养因子, 如游离棉酚、非淀粉多糖、粗纤维、植酸等, 从而提高发酵棉粕的营养价值。金红春等[16]利用复合芽孢杆菌为发酵菌种固态发酵棉粕, 发酵产物中淀粉酶和脂肪酶活力分别提高了766和299 U/g, 均显着高于棉粕对照组。邱良伟[17]利用地衣芽孢杆菌和产朊假丝酵母菌固态发酵棉粕, 发酵后底物中含有蛋白酶和淀粉酶, 用此发酵棉粕代替豆粕饲喂肉仔鸡可显着提高肉仔鸡十二指肠和空肠的淀粉酶和脂肪酶活性。乔晓艳等[18]在利用热带假丝酵母JD-9和干酪乳杆菌MX-48发酵棉粕改善其饲用品质时发现, 经混合菌发酵后, 底物中小肽含量可提高到14.43%, 植酸含量可降低到0.29%, 无机磷含量提高到0.51%, 粗纤维含量可降低至10.2%, 说明这两株菌在发酵棉粕过程中产生了蛋白酶、植酸酶和纤维素酶。和小黑[19]研究了枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌和热带假丝酵母3株菌在发酵棉粕过程中的产酶情况, 结果表明这3株菌均能产生淀粉酶和蛋白酶, 其中枯草芽孢杆菌还能产植酸酶和纤维素酶。以上研究结果表明, 在利用微生物发酵棉粕的过程中, 微生物可代谢产生多种消化酶, 从而提高了棉粕的营养价值。同时, 由于这些外源消化酶的存在, 使得发酵棉粕在动物生产应用中可以提高动物肠道内消化酶的活性, 进而提高动物对日粮中营养物质的利用率。

　　1.4、发酵棉粕中有机酸含量高

　　作为饲用抗生素潜在的替代品, 有机酸饲料添加剂得到了越来越多的重视。有机酸可降低饲料pH, 提高饲料适口性, 提高畜禽胃液的酸度, 抑制动物肠道有害微生物的繁殖, 促进营养物质的消化吸收[20-21]。在棉粕的固态发酵研究中, 常通过添加乳酸菌来提高发酵棉粕产物中有机酸的含量。刘建成等[22]研究了6株不同乳酸菌固态发酵棉粕产有机酸的情况, 结果表明:德氏乳杆菌产酸量最高, 可达25.64g/kg。而且经乳酸菌发酵后产物具有明显的酸香味, 可以显着提高发酵棉粕的诱食性。吴妍妍等[23]研究了棉粕源发酵饲料产物中有机酸、B族维生素和游离氨基酸的变化, 发现不同嗜酸乳杆菌均可提高发酵棉粕中乳酸、戊酸、柠檬酸、琥珀酸等有机酸含量。张晓羊[24]对嗜酸乳杆菌发酵棉粕的生产工艺进行了优化, 产物中乳酸含量最高可达7.5%。发酵棉粕中有机酸含量的增加既可抑制有害微生物的增殖, 也可赋予产品酸香味, 从而增加动物采食量。

　　2、发酵棉粕在动物生产中的应用

　　2.1、发酵棉粕在猪生产中的应用

　　棉粕通过微生物发酵后, 其抗营养因子含量降低, 并富含小分子肽、消化酶、有机酸、益生菌等营养物质, 提高了其在生猪养殖中的应用。秦金胜等[25]对比了普通棉粕和发酵棉粕替代不同比例的豆粕对三元杂交阉公猪生长性能的影响, 发现在生长育肥全期 (65~162d) 用普通棉粕替代5%的豆粕时, 猪的日增重有下降趋势, 替代10%时可显着降低猪的生长性能;而用发酵棉粕替代15%的豆粕时, 对猪生长性能无显着不良影响, 同时可降低单位增重的饲料成本。朱献章等[26]用发酵棉粕、棉粕在仔猪、生长猪和育肥猪的全价饲料中替代50%的豆粕进行饲养试验, 结果表明, 发酵棉粕替代全价料中50%的豆粕对猪的增重、饲料利用率及健康状况均没有显着影响, 而且降低了饲料成本, 提高了经济效益。马丽等[27]用发酵棉粕替代生长猪 (30~60kg) 日粮中5%~10%的豆粕, 进行饲养试验后发现, 猪的采食量、日增重和料重比与豆粕组相比差异均不显着。在目前养猪行业中, 出于对棉籽粕中游离棉酚毒害作用的担忧, 在种公猪和母猪日粮中发酵棉粕的用量很低。在仔猪阶段, 由于其消化系统尚未发育健全, 使用5%的发酵棉粕可以增加饲料诱食性, 提高仔猪采食量, 有益于仔猪对饲料中营养物质的消化吸收。随着仔猪的生长, 其消化系统、肠道酶系逐渐健全, 在生长育肥阶段可用10%~50%的发酵棉粕替代豆粕, 在提高生长性能的同时, 可以降低饲料成本, 提高经济效益。

　　2.2、发酵棉粕在鸡生产中的应用

　　2.2.1、发酵棉粕在肉鸡生产中的应用

　　鸡的消化道较短, 不利于大分子蛋白的消化吸收, 而棉粕经微生物发酵后产生的小肽具有吸收速度快、耗能低、不易饱和的特点, 有利于鸡的生长和健康。汤江武[28]研究了发酵棉粕对肉鸡生长性能、血清生化指标及免疫功能的影响, 结果表明:与对照组相比, 以5%、10%和15%的发酵棉粕替代豆粕对肉鸡平均日增重、采食量和料重比无显着影响, 并且可提高肉鸡的免疫功能。聂存喜等[29]研究了不同酵母菌发酵棉粕对黄羽肉鸡表观消化率、血液生化指标、免疫指标的影响, 发现添加6%的热带假丝酵母ZD-3发酵饲料、酿酒酵母发酵饲料、热带假丝酵母和酿酒酵母复合发酵饲料均可显着提高饲料干物质、粗蛋白质的表观消化率, 同时血浆白蛋白、钙含量显着增加, IgG、IgA、IgM含量均有所提高。王朝阳等[30]和孙焕林等[31]研究了不同添加量的发酵棉粕对黄羽肉鸡屠宰性能、肉品质、血液生化指标和免疫性能的影响, 结果表明, 枯草芽孢杆菌发酵棉粕添加量为8%时可提高肉鸡屠宰性能和肉品质;发酵棉粕的添加量为5%时, 在提高肉鸡血清总蛋白、白蛋白、钙、磷、免疫球蛋白含量及法氏囊和脾脏指数方面效果最好, 且降低血清中胆固醇和三酰甘油含量的效果优于其他组。此外, 研究发现在肉鸡日粮中添加发酵棉粕可引起血浆代谢产物发生显着变化, 主要表现为脂类代谢物的变化, 而且还可以改善肌肉养分含量, 引起脂肪酸种类和含量的改变。因此, 在肉鸡日粮中添加5%~10%的发酵棉粕不仅具有提高肉鸡生产性能和免疫功能的作用, 还具有调控肉鸡脂类代谢, 改善肉质的功能[32-34]。

　　2.2.2、发酵棉粕在蛋鸡生产中的应用

　　大量研究结果表明, 在蛋鸡日粮中用发酵棉粕替代5%~15%豆粕不仅对蛋鸡健康状况、生产性能均无显着影响, 还能提高蛋鸡免疫能力, 降低鸡群发病率, 同时节约用药成本, 提高蛋品质量。王文秀等[35]采用微生物发酵棉粕饲喂蛋鸡后发现, 发酵棉粕不但解决了棉粕的脱毒问题, 同时也提高了蛋鸡肠道内有益微生物数量, 使大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌减少, 从而降低了鸡群的发病率, 节约了预防用药的成本, 并且增加了蛋重, 减少了饲料的消耗量。禚梅等[36]在发酵棉粕代替豆粕对蛋鸡产蛋后期生产性能的影响研究中发现, 用5%发酵棉粕代替豆粕对产蛋后期的蛋鸡在产蛋率、料蛋比、体重增长、经济效益指标方面优于其他各组。魏尊等[37-39]以棉粕作为主要发酵底物, 用嗜酸乳杆菌进行发酵, 研究不同添加量的棉粕源发酵饲料对蛋鸡生产性能、蛋品质及血液生化指标的影响。结果发现:添加5%、10%、15%的发酵饲料组产蛋率、平均蛋重、产蛋量、料蛋比均高于对照组;蛋壳厚度、蛋壳相对重、哈夫单位、蛋黄颜色随着发酵饲料添加量的增多均有不同程度提高;蛋黄中胆固醇含量随着添加比例的增加有下降趋势。发酵棉粕对鸡蛋品质的改善, 一方面是由于发酵过程极大地降低了游离棉酚的含量, 从而减小了对蛋黄色泽的影响;另一方面源于其所含有的益生菌、有机酸等营养物质, 不仅可以降低蛋鸡肠道pH, 还能促进蛋鸡日粮中维生素D、钙、磷等的吸收。

　　2.3、发酵棉粕在反刍动物生产中的应用

　　发酵棉粕在反刍动物生产中的应用研究相对较少。张国民[40]在以棉粕为唯一的蛋白质原料, 经“兴牧1号”微生物菌液发酵处理后饲喂犊牛, 与以豆粕为唯一蛋白质原料和豆粕—棉粕各半的蛋白质原料进行了对比试验, 结果表明, 3种不同蛋白原料对犊牛的增重没有明显的差异, 但使用发酵棉粕后饲料成本下降, 适口性提高, 且NH3、H2S等有害气体排放大幅降低。郭春燕等[41]用发酵棉粕等量替代日粮中20%的棉籽粕, 对胎次和泌乳时间接近的荷斯坦奶牛进行了饲喂试验, 结果表明:添加20%的发酵棉粕对奶牛产奶量及乳成分无显着影响。胡鹏飞等[42]研究了微生物处理棉粕对羔羊舍饲育肥效果的影响, 发现用10%的发酵棉粕替代豆粕可明显提高羔羊增重, 产肉成本节省3.55元/kg。可见微生物处理可以提高棉粕的营养价值, 并能提高养羊生产的经济效益。发酵棉粕可作为反刍动物精料补充料中的蛋白质原料, 其所含有的营养物质可通过促进瘤胃微生物的生长繁殖而增加反刍动物对粗饲料的利用率。

　　2.4、发酵棉粕在水产动物生产中的应用

　　鱼粉和豆粕是水产饲料中常用的蛋白质原料, 随着近年来养殖规模的不断扩大, 鱼粉和豆粕的价格不断上涨, 导致人们开始寻求一种新的蛋白原料替代品。由于发酵棉粕蛋白质含量高, 并含有大量益生菌和消化酶, 所以在水产动物养殖中的应用潜力巨大。金红春[43]研究了微生物发酵脱毒棉粕在青鱼养殖上的利用, 与棉粕对照组相比, 发酵棉粕组青鱼的存活率和增重率显着提高, 饵料系数显着降低, 肝脏和血清中的谷草转氨酶、肌肉中游离棉酚含量都显着低于对照组。张秀敏[44]在室内循环水和室外网箱两种养殖条件下, 比较了发酵棉粕不同比例替代鲫鱼饲料中相应的豆粕和鱼粉对鲫鱼生长性能的影响, 结果表明, 随着发酵棉粕的添加比例增加, 鲫鱼摄食量及日增重增加, 饵料系数降低, 水体氨氮和亚硝酸盐含量也降低。杨霞等[45]研究了普通棉粕和发酵棉粕替代鱼粉对中华绒螯蟹幼蟹生长性能及消化酶活性的影响, 结果表明, 随着普通棉粕或发酵棉粕替代鱼粉量的增加, 幼蟹肝胰腺胃蛋白酶和胰蛋白酶活力逐渐下降, 而淀粉酶和纤维素酶活力逐渐升高, 发酵棉粕的替代效果好于普通棉粕。发酵棉粕是一种理想的用于水产动物饲料中的蛋白质资源, 由于其所含有的大量益生菌和消化酶, 在水产饲料中可代替10%~20%的鱼粉和豆粕, 不仅可以降低饲料成本, 降低饵料系数, 还可以改善水质, 提高水产动物体内消化酶含量, 从而提高营养物质的消化吸收率。

　　3、小结

　　发酵棉粕作为一种新型生物饲料, 蛋白质含量高, 氨基酸种类丰富。利用微生物发酵技术, 可以显着降低棉粕中的抗营养因子含量, 并可将大分子蛋白质转化为小分子肽, 有利于动物机体的消化吸收;同时, 在发酵过程中产生的大量消化酶, 不仅可用于降解棉粕中的抗营养因子, 还能提高动物肠道内消化酶的活性, 从而提高动物对饲料的利用率;发酵过程中产生的有机酸可抑制有害微生物的生长, 并使饲料产生酸香味, 提高诱食性, 从而增加动物采食量。

　　发酵棉粕在猪、鸡、反刍动物、水产动物生产中得到了广泛的应用, 在猪日粮中添加5%~10%的发酵棉粕可提高仔猪和生长育肥猪的日增重、采食量等生产性能指标, 同时可降低料肉比及饲料成本;添加5%~15%的发酵棉粕对鸡的健康状况和生产性能均无显着影响, 还能提高鸡群免疫力, 降低鸡群发病率, 从而节约用药成本;发酵棉粕可用作反刍动物精料补充料中的蛋白质原料, 其所含有的营养物质可通过促进瘤胃微生物的生长繁殖, 增加反刍动物对粗饲料的利用率;在水产饲料中用发酵棉粕代替10%~20%的鱼粉和豆粕, 不仅可降低饲料成本, 降低饵料系数, 还可改善水质, 同时提高水产动物体内消化酶的含量, 促进营养物质的消化吸收。

　　然而, 鉴于发酵棉粕底物的复杂性, 发酵棉粕产品质量的稳定性、生产工艺及功能性作用的发挥及其机理均有待进一步研究, 这些方面的研究对于棉粕资源的高效利用及动物健康养殖都具有重要意义。

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