棉籽蛋白的开发潜力

棉粕的综合利用

摘要：

关键词：

我国是产棉大国，拥有丰富的棉花资源，2000年棉花产量为441.7万吨。我国年产棉籽量约为663万吨，除一部分留作种用，剩下的基本用于榨油，因此每年在生产106万吨左右的棉籽油估的同时可产生318万吨左右的棉粕。[3]

棉粕含有丰富的蛋白质资源和多种维生素及微量元素，但由于其中含有较高的抗营养因子游离棉酚毒类及环丙烯脂肪酸，导致棉粕的综合利用受到极大限制。目前，仅有16％的棉酚用于饲料，绝大部分被直接用作肥料，导致大量优质蛋白的流失。

棉粕中的蛋白是一种植物性蛋白，其含量约占33.21%~45.09%，是大米和小麦中的蛋白含量的5～8倍，从含量上可与大豆蛋白相媲美。棉粕水解后可得到17种氨基酸，从氨基酸组成来看，除蛋氨酸稍低外，其余必须氨基酸均达到联合国粮农组织和世界卫生组织（FAO/WHO）推荐的标准（如下表）。

表棉籽蛋白的氨基酸组成(ｇ/16ｇＮ)[1]

氨基酸棉籽

粕棉籽蛋

白

棉籽球

蛋白

FAO/WH

O值

氨基酸棉籽

粕

棉籽蛋

白

棉籽球

蛋白

FAO/WH

O值

赖氨酸含硫氨基酸蛋氨酸

胱氨酸芳香氨基酸苯丙氨酸4.3

1.2

1.2

-

5.3

5.3

1.80

1.13

0.51

0.62

5.24

2.23

5.2

3.3

2.3

1.0

11.0

7.9

5.5

3.5

6.0

酪氨酸

亮氨酸

异亮氨酸

苏氨酸

缬氨酸

色氨酸

-

5.7

4.1

3.2

4.8

1.4

-

2.4

1.33

1.34

1.29

0.52

3.1

8.0

2.2

2.7

6.1

1.5

7.0

4.0

4.0

5.0

1.0

棉粕具有很高的营养价值，其综合开发利用技术得到世界学者的广泛关注，本文旨在简要概述棉粕的利用现状，从中找出问题，并结合问题提出将来开发利用棉粕资源的新的途径和发展方向。

1．棉粕目前利用概况

1.1．棉粕用于肥料

我国棉花产量大，棉粕数量相当可观，由于技术水平限制和有毒棉酚的存在，大量棉粕都被当作肥料使用。据实验证明，棉籽饼粕作肥料只能利用氮源的50％，而如果用于饲喂畜禽先过腹后再还田则氮源的利用率可达90％。由此可见棉粕直接用作肥料会造成大量氮源流失。

1.2．棉粕用于畜禽饲养

棉粕是以棉籽为原料经脱壳、去绒或部分脱壳、再取油后的副产品，约含粗蛋白40％左右，含有较丰富的蛋氨酸、胱氨酸。其特点是赖氨酸不足，精氨酸过。因而，添加赖氨酸并与含精氨酸少的饲料配伍，棉粕完全可以取代豆粕做为饲料使用。

沈维华⑵研究指出，在棉籽粕日粮中添加赖氨酸，则棉籽粕完全可以取代豆粕用作鱼饲料。周维仁等（2000）采用兴化市农作物良种繁育中心提供的脱酚棉籽蛋白替代豆粕用作肉猪日粮中的蛋白质饲料，用量达到16％时，各组间的平均增重差异很小，饲料报酬差异不显著。韩俊平，李德升等（2002）检验用脱酚棉籽蛋白代替部分豆粕在实际生产中的应用效果。试验组牛只食欲很好，发病率较对照组低，牛的体质得到明显改善，牛奶产量明显提高，经济效益也随之提高。周建民，梁乙明等（2003）通过近1年时间在北京、天津、宁夏和新疆等地，对近4000头泌乳牛的饲养试验和大量生产试验表明，用脱酚棉籽蛋白替代精料中50%－70％的豆粕，饲喂泌乳牛，其结果平均增产13.83％，经济效益显著，对奶牛的健康繁殖无不良影响。

美国佐治亚大学的C.R.Dove博士报告,棉籽粕可以用作断奶后哺育期仔猪的蛋白质源,可以取代日粮中豆粕量的75%。Dove在他所作的一项研究中测定了在日粮中使用棉籽粕对断奶后哺育期仔猪生长性能和血液学指标的影响。

2．棉粕的发展方向

棉粕营养成分组成合理，含量丰富，蛋白质资源尤其丰富，是优质的蛋白质来源。目前我国的蛋白质饲料供不应求，满足不了饲养业的飞速的发展需要，不得不从国外大量进口鱼粉。2000年我国蛋白质饲料的缺口就达1000—1500万吨，为目前各种饼粕产量的1—1.5倍，全国每年约有400万吨棉籽饼按40%蛋白质计，制备成含棉酚0.04%以下的蛋白质，则可获得160万吨蛋白质，可供人类作食品和畜禽饲料的蛋白质营养源。因此，开发利用我国棉籽蛋白资源势在必行。

棉粕中有很多有用成分，最主要的就是提取其中的蛋白质，而大部分棉籽中含有棉酚，因此在对棉粕的发展利用中首先要解决去除棉酚的问题，进而推动棉籽蛋白的提取技术。

2.1棉籽脱酚

2.1.1．棉酚

普通棉籽中含有一种叫棉酚的毒素，是一种姜黄色晶体，占棉籽的0.7%～4.8%。棉酚存在于棉籽的色素腺体中，对单胃动物有毒性，而对反刍动物的毒性很小。棉酚包括游离态和结合态两种，二者之和称之为总棉酚(ＴＧＰ)。结合棉酚在消化系统中不被吸收，毒性很低；而游离棉酚(ＦＧＰ)具有活性醛基和活性羟基，毒性较大。

世界卫生组织、联合国儿童基金会蛋白质顾问小组及世界粮农组织建议食用棉籽制品中游离棉酚的含量不得超过0.06%，总棉酚含量不得超过1.2%。

棉酚是一种反应力很强的化合物，它的醛基和赖氨酸上的ε-氨基酸形成席夫碱；邻羟基和金属阳离子形成低水溶性的分子络合物；棉酚的羟基容易离解。棉酚的多羟基使其具有还原性；根据棉酚分子结构，8位上的羟基受邻位羰基的作用，氢原子易解离,呈较强酸性。棉酚具有很强的生理效果。在医药、工业、农业等应用领域极具价值。

棉酚结构式中含有醛基和羟基，因此化学性质很活泼，极易被氧化而变质，放置时间越长，降解越严重，故棉酚溶液应即用即配。

2.1.2脱酚技术

长期以来，国内外学者对棉籽脱酚技术进行了大量研究，主要可以分为物理法、化学法、微生物法和溶剂浸出法。

物理脱毒法主要利用棉酚在高温、高水分作用下与氨基酸或蛋白质反应，由游离态转变为结合态，同时自身发生降解反应，从而降低棉酚的毒性。化学法是利用游离棉酚的结构特性或化学特性，通过加入某种反应物使游离棉酚发生化学反应从而将其破坏或形成结合态。微生物发酵法是通过培养筛选出对棉酚有耐受能力的霉菌，接种在棉籽中发酵，使棉酚分解达到脱毒的效果。溶剂浸出法主要是利用棉酚易溶于机型溶剂的特点，对棉粕中游离棉酚用有机溶剂进行提取，研究较多的有二元溶剂、三元溶剂等混合溶剂萃取法。

下面简要介绍几种去除棉酚的方法：

1．物理法脱毒：

1）挤压脱毒法：

实际操作时采用多加水的高水分蒸炒法，一般要将水分提高到15%~18%，入榨温度130℃左右。此法可以在降低游离棉酚含量的同时降低残油率，经过改进的方法有双螺杆挤压法等。

该方法的优点是操作方便，工艺简单高效；缺点是会增加蛋白质变性。

2）湿热法：在水的存在下，控制一定温度的热处理，可是用棉酚结合成其他无毒物质。这种方法的缺点会不同程度的是蛋白质变性和消化率降低。具体过程如下：

粉碎 1.2%NaOH(蒸煮)(浸渍过滤) 10%HCl(等电沉淀) 离心

棉籽粕棉籽粕粉滤液蛋白沉淀沉淀物

(110℃)1小时24小时PH4.5-4.8 分离沉淀干燥

成品

3）旋液分离法和空气分级法：利用棉酚色腺体的密度与棉籽其他成分相比较小的特点，在不破坏棉酚的情况下将其提取出来，成本较高。

4）膨化脱毒法：该法利用膨化的高温、高压使腺体色素破裂释放出游离棉酚，与赖氨酸发生美拉德