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(1.石河子大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，新疆 石河子 832000；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

棉籽殼(cotton seed hull)是棉籽外部堅(jiān)硬的褐色籽殼，經(jīng)過(guò)棉籽剝殼處理獲得，稍帶有未脫盡棉花短絨和部分未脫盡破裂的棉仁，其重量約占全棉籽總重的40%～50%[1]，是產(chǎn)量多、來(lái)源廣的粗飼料資源。中國(guó)是一個(gè)棉花大國(guó)，據(jù)《2015國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[2]數(shù)據(jù)顯示，2015年全國(guó)棉花種植面積380×104hm2，棉花總產(chǎn)量560.5×104t。新疆是全國(guó)棉花生產(chǎn)主區(qū)，棉花產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的62.5%，約為350.3×104t。棉花加工業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量棉籽餅粕、棉籽殼等副產(chǎn)品。一般每生產(chǎn)1 t皮棉就可生產(chǎn)2 t棉籽，每噸棉籽約可產(chǎn)450 kg棉粕和260 kg棉籽殼[3]。

1 棉籽殼的營(yíng)養(yǎng)成分

表1是國(guó)內(nèi)外一些研究者對(duì)棉籽殼營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定的數(shù)據(jù)。一般棉籽殼粗蛋白含量為4%～6%，粗纖維含量為43%～48%左右，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量較高，分別為85%左右、65%～68%，木質(zhì)化程度中等。棉籽殼主要營(yíng)養(yǎng)成分豐富，含量差異與棉花的品種、棉籽殼的加工工藝、所含棉籽量、是否帶絨以及帶絨的長(zhǎng)度等有關(guān)。

2 棉籽殼在動(dòng)物上的飼喂情況

棉籽殼中夾雜部分含有較高蛋白和脂肪的棉仁，適量的棉籽殼能改善粗飼料適口性增加采食量[7]，采食量大是棉籽殼日糧的重要特性之一，采食量最高可達(dá)到動(dòng)物體重的3.1%。此外，棉籽殼粗纖維含量較高，對(duì)于反芻動(dòng)物來(lái)說(shuō)是一種較好的纖維來(lái)源，它可以作為一種纖維補(bǔ)充料來(lái)調(diào)節(jié)不平衡的高濃度日糧[8]，并且能防止酸中毒、瘤胃黏膜潰瘍和蹄病[9]。

2.1 棉籽殼在羊上的飼喂情況

棉籽殼單獨(dú)飼喂羊時(shí)消化率達(dá)到40%，當(dāng)補(bǔ)充礦物質(zhì)后消化率提高到44%[10]；綿羊?qū)γ拮褮た偰艿谋碛^消化率和纖維表觀消化率分別為43.59%和66.60%，鈣和磷的表觀消化率也較高[11]。未脫毒棉籽殼替代雄性細(xì)毛羊日糧50%蘆葦和100%蘆葦，可提高胴體重和凈肉質(zhì)量[12]；每只斷奶羔羊飼喂用量在150和300 g/d時(shí)，40～60 d日增重和凈增重均隨日采食量增加而增加，并且育肥羔羊飼料中添加適量棉籽殼可增加羊的胴體質(zhì)量和屠宰率，即可通過(guò)提高生產(chǎn)性能來(lái)增加經(jīng)濟(jì)效益[13]。Whitney等[14]認(rèn)為棉籽殼可取代30%的日糧高粱來(lái)飼喂羔羊。此外，有學(xué)者對(duì)棉籽殼作為肉羊育肥飼料的安全性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在育肥羊飼料中添加低于40%的棉籽殼，不會(huì)對(duì)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來(lái)影響，是安全可行的，并不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害[15]。卡拉庫(kù)爾羊日糧中棉籽殼含量高達(dá)90%時(shí)，試驗(yàn)羊未出現(xiàn)中毒癥狀，并且各項(xiàng)血液生化指標(biāo)除膽固醇和低密度脂蛋白外均在正常范圍內(nèi)[16]。

表1 棉籽殼的營(yíng)養(yǎng)成分(以干物質(zhì)計(jì))Table 1 Nutritional components of cottonseed hulls(dry matter) %

2.2 棉籽殼在牛上的飼喂情況

未脫毒棉籽殼替代部分日糧粗飼料時(shí)，能通過(guò)改善粗料適口性增加犢牛育肥的采食量，加速犢牛生長(zhǎng)，進(jìn)而提高犢牛的胴體質(zhì)量和屠宰率[17-18]。牛對(duì)棉籽殼總能的消化率是44%[19]，并且健康研究表明棉籽殼[22]給泌乳牛飼喂棉籽殼能使產(chǎn)奶量(校正體重后計(jì))增長(zhǎng)33.2%，飼養(yǎng)利潤(rùn)提高47.84%，乳脂也得到提高[20]，并且不影響畜產(chǎn)品質(zhì)量安全。

3 棉籽殼中棉酚含量及其危害

棉副產(chǎn)品中存在棉酚、單寧、非淀粉多糖和植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子。棉酚是棉籽色素腺體中的一種黃色色素。根據(jù)棉酚在棉副產(chǎn)品中存在形式，可將其分為游離棉酚和結(jié)合棉酚這2類(lèi)。

3.1 棉酚的毒性

通常認(rèn)為游離棉酚對(duì)人和動(dòng)物體是有毒害的，結(jié)合棉酚則無(wú)害。棉酚的毒性歸納為：(1)對(duì)細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)和血管均有毒性；(2)與一些多功能蛋白質(zhì)、重要的酶以及鐵結(jié)合，使其失去活性[21]；(3)破壞雄性動(dòng)物睪丸生精上皮造成死精、少精甚至無(wú)精[22]，使母畜子宮收縮而引起流產(chǎn)、死胎[23]等；(4)與賴(lài)氨酸結(jié)合，降低飼料中氨基酸的有效性[24]；(5)使肝腎出現(xiàn)炎癥和功能性障礙[25]。

3.2 棉酚的含量

在所有棉副產(chǎn)品中，如棉粕、棉仁、棉油、棉籽殼、棉秸稈、棉葉等均含有不同量的棉酚，棉粕中游離棉酚含量最高，其次為棉花秸稈，含量最低的是棉殼[26]。一般棉酚在棉籽殼中含量為100～2 500 mg/kg[27]。除了棉花品種外，加工工藝對(duì)棉籽殼中棉酚含量也有較大影響。我國(guó)GB13078-2017對(duì)飼料原料以及飼料產(chǎn)品游離棉酚允許量進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定[28](見(jiàn)表2)。

表2 中國(guó)游離棉酚的允許量[28]Table 2 Allowable amount of free gossypol in China

不同種類(lèi)動(dòng)物對(duì)棉酚的耐受量不同，家禽、單胃動(dòng)物和種公畜飼喂前則必須進(jìn)行脫毒處理，奶牛、肉牛等反芻動(dòng)物由于其瘤胃微生物使游離棉酚與可溶性蛋白結(jié)合后形成結(jié)合棉酚[29]，因此對(duì)飼料中含有的棉酚具有較大的耐受力，可限量直接飼喂。但是對(duì)于幼畜來(lái)說(shuō)，其瘤胃功能發(fā)育不全，棉酚還是具有一定的毒性。

3.3 飼喂棉籽殼的不良影響

有不少研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期或大量飼喂棉籽殼會(huì)對(duì)畜禽產(chǎn)生不良影響。

吳高風(fēng)等[30]報(bào)道稱(chēng)，每天添加0.5 kg棉籽殼，新疆細(xì)毛羊精液品質(zhì)高于不添加組和添加1 kg組，說(shuō)明適當(dāng)飼喂棉籽殼能一定程度上提高細(xì)毛羊精液品質(zhì)，過(guò)量會(huì)降低精液品質(zhì)。吐?tīng)栠d帕夏[31]研究發(fā)現(xiàn)，給新疆雄性細(xì)毛羊飼喂棉籽殼后其血清胰島素、T3和T4均明顯下降，且高劑量組的睪丸曲精小管破裂，細(xì)胞數(shù)量顯著減少、壞死，降低精液品質(zhì)。棉酚誘導(dǎo)線粒體上的Ca2+釋放，選擇性地破壞生精細(xì)胞線粒體功能，從而中斷精子發(fā)生、變態(tài)和成熟的過(guò)程[32]。長(zhǎng)期大量飼喂棉籽殼會(huì)導(dǎo)致母畜繁殖率降低，且母畜胎衣不下、流產(chǎn)等疾病增加[33]，這可能與棉酚阻止胚胎發(fā)育和卵巢靜止有關(guān)[23]。

此外，長(zhǎng)期大量飼喂棉籽殼會(huì)誘發(fā)新疆雄性細(xì)毛羊產(chǎn)生尿結(jié)石[34]。棉籽殼中的游離棉酚大部分集中在畜禽的肝臟和腎臟。棉酚抑制腎臟Na-K-ATP酶降低鉀離子的回流，可損傷腎臟腎小球和腎小管，為結(jié)石結(jié)晶的滯留和粘附提供了條件；棉籽殼中維生素A含量較少，且富含的棉酚和磷又破壞血液對(duì)維生素A的吸收，加劇維生素A的缺乏，容易引起尿路上皮角質(zhì)化、脫落，促進(jìn)尿結(jié)石形成[27]。礦物質(zhì)代謝失衡是棉籽殼引發(fā)牛羊尿結(jié)石的主要原因[35]。成鳳岐[36]認(rèn)為棉副產(chǎn)品引起綿羊尿石癥是由于鈣磷比失衡。棉籽殼是一種低鈣高鉀飼料，大劑量棉籽殼使飼料有較高的磷、鉀、鎂，這些離子從血液中通過(guò)腎臟代謝，使尿液中磷酸根、鉀、鎂離子增加，尿液非常容易飽和，加上綿羊尿液的堿性環(huán)境，使尿液中磷酸鹽結(jié)晶析出形成結(jié)石。有研究發(fā)現(xiàn)日糧中添加棉籽殼或棉籽餅后，試驗(yàn)動(dòng)物飲水量變化不大，排尿量和尿中干物質(zhì)含量顯著減少[34，37]。棉籽殼引起機(jī)體代謝物在泌尿系統(tǒng)滯留可能是引發(fā)動(dòng)物患尿結(jié)石的原因之一。添加不同低劑量的氯化銨、適量利尿劑[38]以及對(duì)棉副產(chǎn)品進(jìn)行脫棉酚或間歇式飼喂均能起到預(yù)防尿結(jié)石的作用[39]。

4 棉籽殼中棉酚脫毒方法

棉籽殼含有的棉酚是制約其在畜牧業(yè)廣泛應(yīng)用的主要因素，為了避免棉酚對(duì)動(dòng)物機(jī)體的損害，提高棉籽殼利用率，對(duì)其進(jìn)行脫毒是最有效的方法之一。常用的方法有化學(xué)法、物理法、混合溶劑萃取和微生物發(fā)酵法。游離棉酚經(jīng)物理或化學(xué)脫毒處理后雖然可降低含量，但處理后產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分遭到了破壞或流失，降低其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在實(shí)際利用上有很大的局限性，難于普遍推廣。而生物發(fā)酵具有成本低、安全性高、效果好等優(yōu)點(diǎn)，最具較大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

生物發(fā)酵法是通過(guò)微生物發(fā)酵對(duì)飼料中的棉酚轉(zhuǎn)化或降解作用而達(dá)到脫毒效果，同時(shí)能夠提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[41]。生物脫毒技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為：配套的工程設(shè)備；合理的工藝設(shè)計(jì)；優(yōu)良的菌種。最關(guān)鍵也最具有決定性的是菌種選擇。目前國(guó)內(nèi)在脫毒菌種的培養(yǎng)與篩選方面取得了顯著成果。施安輝等[42]用篩選的霉菌和酵母菌進(jìn)行脫毒試驗(yàn)，高效降解棉酚的菌株總脫毒率在80%以上。生物發(fā)酵法包括坑埋法、微生物發(fā)酵法和微生物固體發(fā)酵法等，一般脫毒工藝的流程如下:

棉籽殼篩分除雜→配料計(jì)量→底物混合→滅菌處理→底物接種→發(fā)酵→烘干→包裝

4.1 坑埋法

棉籽殼與水1∶1的比例調(diào)濕，坑埋60 d左右，利用棉籽殼或泥土中存在的微生物進(jìn)行自然發(fā)酵，達(dá)到脫毒的目的。

4.2 瘤胃微生物發(fā)酵法

瘤胃液微生物發(fā)酵法是將棉籽餅粕粉碎成粉末，加水調(diào)成糊狀，接種牛羊瘤胃物凍干品，再加入一定量的新鮮瘤胃液和還原劑，充分混合后在40℃下發(fā)酵48小時(shí)，然后壓濾干燥即為產(chǎn)品。

4.3 微生物固體發(fā)酵法

該方法可采用酵母、霉菌、食用菌等單一菌株或混合菌株進(jìn)行固體發(fā)酵，均能不同程度的脫毒。所用菌種不同，但固體發(fā)酵工藝基本相同：菌種曲盤(pán)擴(kuò)大培養(yǎng)，加入棉籽殼后淺盤(pán)發(fā)酵或發(fā)酵池發(fā)酵，最后烘干包裝。

5 棉籽殼脫毒后飼喂效果

對(duì)棉籽殼進(jìn)行脫毒處理后，其棉酚含量降低，飼喂家畜效果較好。脫毒棉籽殼飼喂奶牛不產(chǎn)生中毒癥狀[43]，不影響羔羊生長(zhǎng)發(fā)育[44]，解決了飼草結(jié)構(gòu)及來(lái)源的問(wèn)題，降低了奶牛場(chǎng)飼草成本。

此外，通過(guò)栽培食用菌后的棉籽殼菌糠與棉籽殼相比，質(zhì)地柔軟細(xì)膩，具有濃郁的菌香味，適口性好，某些棉籽殼菌糠的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與玉米、麩皮相當(dāng)[45]，部分替代棉籽殼可降低飼養(yǎng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[46-47]。將棉籽殼與其他粗飼料混貯或微貯也是提高棉籽殼有效應(yīng)用的方法之一[48-49]。

6 總結(jié)展望

棉籽殼作為來(lái)源充足、價(jià)格低廉的優(yōu)質(zhì)原料，常被用作食用菌培養(yǎng)基以及制取棉酚、糠醛，木糖醇、活性炭、鉀鹽、乙酸丙酸和植物激素等。棉籽殼粗纖維含量較高，是反芻動(dòng)物很好的纖維來(lái)源，而其含有的棉酚會(huì)對(duì)單胃動(dòng)物產(chǎn)生一定的危害，通常要對(duì)棉籽殼進(jìn)行棉酚脫毒處理，不過(guò)適量飼喂棉籽殼或保證日糧礦物質(zhì)平衡均可有效避免其對(duì)畜禽尿結(jié)石的危害。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)棉籽殼均進(jìn)行了較深的研究，但仍有很多問(wèn)題丞待完善和解決，如棉籽殼生物發(fā)酵脫毒機(jī)理，脫毒方法工藝優(yōu)化等。了解棉籽殼特性，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步發(fā)掘其開(kāi)發(fā)利用潛力。