賀永惠 王清華 劉長忠 劉興友 謝紅兵 王艷榮 何 云

（河南科技學(xué)院動物科學(xué)學(xué)院，河南省畜禽智能清潔生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心，畜禽智能化清潔生產(chǎn)河南省工程實驗室，新鄉(xiāng) 453003）

蒸汽爆破參數(shù)對菜籽粕中總硫苷脫毒效果的影響

賀永惠 王清華 劉長忠 劉興友 謝紅兵 王艷榮 何 云

（河南科技學(xué)院動物科學(xué)學(xué)院，河南省畜禽智能清潔生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心，畜禽智能化清潔生產(chǎn)河南省工程實驗室，新鄉(xiāng) 453003）

本試驗旨在研究蒸汽爆破參數(shù)（水料比、蒸汽壓強、維壓時間）對菜籽粕中總硫苷脫毒效果的影響，并用體外仿生法對脫毒菜籽粕的營養(yǎng)物質(zhì)消化率進行評價。試驗均采用單因素試驗設(shè)計，分別篩選出最適的水料比、維壓時間與蒸汽壓強，每個試驗處理設(shè)4個水平，每個水平3個重復(fù)。結(jié)果表明：蒸汽爆破處理對菜籽粕中總硫苷的脫毒效果明顯，總硫苷脫毒率達73.71%～86.98%。以總硫苷脫毒率為篩選指標，按單因素試驗設(shè)計，分別篩選出最適的水料比為25%，最適的維壓時間為60 s，最適的蒸汽壓強為2.0 MPa。以菜籽粕營養(yǎng)物質(zhì)消化率篩選指標時發(fā)現(xiàn)，與未處理組相比，1.0、1.5 MPa（固定水料比為25%、維壓時間為60 s）蒸汽壓強對菜籽粕營養(yǎng)物質(zhì)消化率無顯著影響（P＞0.05），2.0 MPa蒸汽壓強時可顯著或極顯著降低粗蛋白質(zhì)、賴氨酸、精氨酸的消化率（P＜0.05或P＜0.01），提高蒸汽壓強可極顯著降低總硫苷、異硫氰酸酯的含量（P＜0.01）。綜合考慮總硫苷脫毒率與營養(yǎng)物質(zhì)消化率指標，當固定水料比為25%、維壓時間為60 s時，適宜的蒸汽壓強以不大于2.0 MPa為宜。

蒸汽爆破；菜籽粕；硫苷；脫毒；仿生法；消化率

菜籽粕（rapeseed meal，RSM）中粗蛋白質(zhì)含量達34%～38%，RSM中有毒有害成分主要是總硫苷（total glucosinolates，TG），TG本身無毒，其在內(nèi)源酶或動物體內(nèi)微生物的作用下可降解生成唑烷硫酮、異硫氰酸酯等，可引起動物甲狀腺、肝臟的腫大與功能障礙等，從而影響動物的生長發(fā)育和生產(chǎn)性能，甚至中毒死亡，嚴重制約了RSM在單胃動物飼糧中的應(yīng)用，從而造成我國RSM飼料資源利用率不足30%，這與我國蛋白質(zhì)飼料資源嚴重短缺，需要大量進口的國情存在很大差距，因此，迫切需要開發(fā)一種快速去除RSM中TG的高效脫毒技術(shù)。

蒸汽爆破技術(shù)是原料經(jīng)高溫高壓水蒸氣（200～260℃，2.0～5.0 MPa）［1］處理一段時間后，在毫秒級［2］的時間范圍內(nèi)爆炸排出料倉。由于作用時間短、能量密度高，可引起原料中化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變［3］，因此廣泛應(yīng)用于造紙、生物能源利用［4-6］與生物活性物質(zhì)的提取過程中［7-10］。在飼料行業(yè)方面，蒸汽爆破技術(shù)主要應(yīng)用于麥類秸稈［11］、玉米秸稈［12-13］等粗飼料資源開發(fā)利用方面，目前尚未見蒸汽爆破技術(shù)對 RSM中 TG的脫毒研究［14］。本實驗室發(fā)現(xiàn)蒸汽爆破技術(shù)可以對棉籽粕［15-16］進行脫毒，所以假設(shè)蒸汽爆破技術(shù)也可以對RSM進行脫毒。因此，本試驗旨在研究蒸汽爆破技術(shù)的水料比、蒸汽壓強、維壓時間3項參數(shù)對RSM中TG脫毒效果的影響，并結(jié)合體外仿生法對脫毒效果進行評價，篩選最適的蒸汽爆破技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用市售 RSM，其中 TG含量為27.52 mmol/kg，芥酸含量為4.4%，唑烷硫酮含量為0.33 mg/g，異硫氰酸酯含量為1.7 mg/g，粗蛋白質(zhì)含量為38.69%。

1.2 試驗設(shè)備

蒸汽爆破試驗臺（QBS-80B，鶴壁）。

1.3 試驗設(shè)計

市售RSM過10目篩備用。按重量在RSM中加入一定量的蒸餾水調(diào)整為一定的水料比（質(zhì)量百分比），攪拌均勻后密封于自封袋中（8～10 h）至充分濕潤。調(diào)節(jié)蒸汽爆破試驗臺至一定的蒸汽壓強，加RSM入料倉，維壓一定時間后泄壓排出，按單因素試驗設(shè)計，分別考察水料比（0、20%、25%、30%）、維壓時間（30、60、90、120 s）、蒸汽壓強（1.0、1.5、2.0、2.5 MPa）3個參數(shù)對RSM中TG的脫毒效果，試驗設(shè)計如表1所示。每個處理的樣品重復(fù)爆破3次（n＝3），每個重復(fù)樣品收集后于65℃的烘箱中烘至恒重，粉碎過40目篩的樣品用來測定TG、唑烷硫酮、異硫氰酸酯含量；粉碎過60目篩的樣品用來測定體外營養(yǎng)物質(zhì)消化率。

表1 試驗設(shè)計Table 1 Experiment design

1.4 測定方法

TG含量采用NY/T 1582—2007方法用安捷倫1200高效液相色譜儀（美國）檢測。唑烷硫酮、異硫氰酸酯含量分別采用NY/T 1799—2009、NY/T 1596—2008法用Eppendorf Biospectrometer basic分光光度計（德國）檢測。干物質(zhì)、能量、粗蛋白質(zhì)、氨基酸消化率采用豬體外仿生法“SDS-II單胃動物仿生消化系統(tǒng)”檢測［18］，其中能量采用ISO9831：1998的方法利用PARR 1281全自動氧彈式能量測定儀（美國）檢測，粗蛋白質(zhì)含量采用杜馬斯燃燒法法利用Rapid NⅢ燃燒法快速定氮儀（德國）檢測，氨基酸含量（6 mol/L鹽酸在110℃水解24 h）利用Hitachi L-8800氨基酸自動分析儀（日本）檢測。

1.5 計算公式

1.6 統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)采用SAS 9.2統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，P＜0.01時為差異極顯著，P＜0.05時為差異顯著，P＞0.05時為差異不顯著。

2 結(jié) 果

2.1 蒸汽爆破處理對RSM中TG脫毒率的影響

由表2可知，蒸汽爆破處理后TG脫毒率可達73.71%～86.98%。在水料比為25%、蒸汽壓強為2.0 MPa、維壓時間為60 s時，TG脫毒率最高，達86.98%。

在固定蒸汽壓強為2.0 MPa、維壓時間為60 s時，隨著水料比由0增大到30%，TG脫毒率呈先升高后降低的變化趨勢（73.71%～86.92%），其中以25%水料比的TG脫毒率最高，達86.92%，30%水料比與25%水料比間差異不顯著（P＞0.05），因此確定適宜的水料比為25%。

在固定水料比為25%、蒸汽壓強為2.0 MPa時，隨著維壓時間由30 s延長到120 s，TG脫毒率呈先升高后降低的變化趨勢（76.31%～86.98%）。維壓時間為60 s時，TG脫毒率最高，達86.98%，顯著或極顯著高于其他維壓時間（P＜0.05或P＜0.01），繼續(xù)延長維壓時間并不能提高TG脫毒率，因此確定適宜的維壓時間為60 s。

在固定水料比為25%、維壓時間為60 s時，隨著蒸汽壓強由1.0 MPa增大到2.5 MPa，TG脫毒率呈先升高后降低的變化趨勢（76.02% ～85.39%）。蒸汽壓強為2.0 MPa時，TG脫毒率最高，達85.39%，顯著或極顯著高于其他蒸汽壓強（P＜0.05或P＜0.01），繼續(xù)增加蒸汽壓強并不能提高TG脫毒率，所以確定適宜的蒸汽壓強為2.0 MPa。

表2 蒸汽爆破處理對RSM中TG脫毒率的影響Table 2 Effects of steam explosion treatment on TG detoxification percentage of RSM %

2.2 蒸汽壓強對RSM中TG及其降解產(chǎn)物含量的影響

表3顯示的是固定水料比為25%、維壓時間為60 s時，在不同蒸汽壓強下TG及其降解產(chǎn)物含量的變化。與未處理組相比，提高蒸汽壓強可極顯著降低 RSM中 TG、異硫氰酸酯的含量（P＜0.01），且未檢測出噁唑烷硫酮。蒸汽壓強為2.0 MPa時，TG脫毒率最高，達85.39%，顯著或極顯著高于替他蒸汽壓強（P＜0.05或P＜0.01）。

2.3 蒸汽壓強對RSM中營養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響

表4顯示的是固定水料比為25%、維壓時間為60 s時，不同蒸汽壓強對RSM中營養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響。不同蒸汽壓強下的蒸汽爆破對RSM中蘇氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、脯氨酸的消化率無顯著影響（P＞0.05），但RSM中干物質(zhì)、總能、粗蛋白質(zhì)、天冬氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、纈氨酸、賴氨酸、精氨酸的消化率隨著蒸汽壓強的增大而呈降低趨勢。與未處理組相比，1.0、1.5 MPa蒸汽壓強對RSM中各營養(yǎng)物質(zhì)消化率無顯著影響（P＞0.05），2.0 MPa蒸汽壓強可顯著或極顯著降低粗蛋白質(zhì)、賴氨酸、精氨酸的消化率（P＜0.05或P＜0.01）。

表3 蒸汽壓強對RSM中TG及其降解產(chǎn)物含量的影響Table 3 Effects of steam pressure on contents of TG and TG degradations of RSM

表4 蒸汽壓強對RSM中營養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響Table 4 Effects of steam pressure on nutrient digestibility of RSM %DM

3 討 論

3.1 蒸汽爆破處理對RSM中TG脫毒率影響

蒸汽爆破處理均可提高RSM中TG的脫毒效果。在固定蒸汽壓強與維壓時間時，隨著水料比的提高（0～25%），蒸汽爆破可顯著提高RSM中TG的脫毒率，表明適宜的水料比有助于高溫蒸汽均勻滲透入RSM內(nèi)部，削弱分子間的黏結(jié)，促進蒸汽變構(gòu)與降解作用的發(fā)揮，提高蒸汽爆破的處理效果，同時也能緩解高溫對蛋白質(zhì)或氨基酸消化率的降低作用。但水料比過高時，過高的濕度會阻礙水蒸汽對原料的滲透作用，削弱蒸汽爆破效果［9，19］。這是本研究中30%水料比的脫毒效率反而低于25%水料比的原因。

在固定水料比與蒸汽壓強時，隨著維壓時間的延長，TG脫毒率呈先升高后降低的變化，表明適當延長維壓時間有助于提高蒸汽爆破的強度，提高蒸汽爆破的脫毒效果。但隨著維壓時間的進一步延長，過多蒸汽在RSM上凝結(jié)的水分反過來會阻礙水蒸汽對原料的滲透作用，削弱蒸汽爆破效果［9，20］。這是本研究中維壓時間大于60 s后脫毒效率反而降低的原因。

在固定水料比與維壓時間時，隨著蒸汽壓強的增大，TG脫毒率呈先升高后降低的變化趨勢，表明適當提高蒸汽壓強可提高蒸汽爆破處理的脫毒效果，但是脫毒效果并不是蒸汽壓強越高越好［20］。過多的高溫高壓蒸汽在RSM上凝結(jié)的水分反過來會削弱蒸汽爆破處理的脫毒效果，這就是本研究中2.5 MPa蒸汽壓強的脫毒效果不如2.0 MPa的原因。

本研究證實，適宜的蒸汽爆破水料比、蒸汽壓強、維壓時間均可顯著提高RSM中TG的脫毒率。在水料比的各處理中，雖然蒸汽爆破強度均是3.4（表1），但蒸汽爆破處理的脫毒效果卻隨水料比增加而發(fā)生顯著變化，證明水料比可顯著影響蒸汽爆破處理的脫毒效果。但蒸汽爆破強度這個指標的計算公式中只反映蒸汽壓強（溫度）、維壓時間2個指標［11］，不能反映原料中水料比的影響，說明該公式具有一定的局限性。蒸汽爆破處理的脫毒效果受原料中的水料比（濕度）、蒸汽壓強、維壓時間3個因素的影響，因此，在確定蒸汽爆破參數(shù)時需要加強對包括水料比在內(nèi)的 3個參數(shù)的研究。

3.2 蒸汽壓強對RSM中TG及其降解產(chǎn)物含量的影響

固定水料比與維壓時間時，適當提高蒸汽壓強可顯著降低TG、唑烷硫酮、異硫氰酸酯的含量。在蒸汽壓強為2.0 MPa時，TG、異硫氰酸酯、唑烷硫酮脫毒效果最佳。這可能是由于蒸汽爆破可破壞/降解TG、異硫氰酸酯、唑烷硫酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)。此外，蒸汽爆破能失活RSM中的芥子酶，避免在加工過程中芥子酶降解TG生成毒性更大的唑烷硫酮、異硫氰酸酯等。但是蒸汽壓強過高時，過多的水分反而會削弱蒸汽爆破的變構(gòu)或降解作用，這就是2.5 MPa的蒸汽壓強的脫毒效果下降的原因。

與現(xiàn)有脫毒技術(shù)相比，本研究中蒸汽爆破技術(shù)對RSM中TG的脫毒效果低于混合優(yōu)良菌種的微生物固體發(fā)酵［21-22］與混合溶劑脫毒法［23］的脫毒處理效果（TG脫毒率為92.01%～94.85%），但優(yōu)于酶解法與多數(shù)微生物發(fā)酵的脫毒處理效果（TG脫毒率為48.34%～60.62%）。相對而言，化學(xué)溶劑脫毒法存在著脫毒RSM適口性較差、營養(yǎng)物質(zhì)損失較大、脫毒劑殘留與廢液污染等問題。微生物脫毒法存在著發(fā)酵時間較長（24～48 h）等問題。而蒸汽爆破處理技術(shù)只需要用自來水調(diào)整棉籽粕到一定的水料比，在室溫進行充分的水化處理，在一定的蒸汽壓強下維壓幾十秒的時間，即可快速、高效地去除RSM中TG、異硫氰酸酯、唑烷硫酮，處理后RSM能夠達到我國飼料用菜粕的國家標準（異硫氰酸酯含量低于0.75 g/kg的限制），具有預(yù)處理簡單、脫毒時間短、脫毒效率高、對環(huán)境無污染、對設(shè)備無腐蝕等特點。

3.3 蒸汽壓強對RSM中營養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響

本研究表明，在適當?shù)恼羝麎簭娤拢ú淮笥?.5 MPa時），蒸汽爆破在達到有效的脫毒處理的同時，對RSM中營養(yǎng)物質(zhì)的消化率無顯著不良的影響，但隨著蒸汽壓強的提高（大于2.0 MPa時），蒸汽爆破可顯著降低RSM中營養(yǎng)物質(zhì)消化率。這表明過度的蒸汽壓強（溫度）可引發(fā)美拉德反應(yīng)，損害RSM的營養(yǎng)特性，降低蛋白質(zhì)與氨基酸的含量與消化率［15］。損害的程度取決于蒸汽壓強（溫度）與維壓時間。所以在研究RSM這一蛋白質(zhì)飼料的蒸汽爆破脫毒條件時，除關(guān)注脫毒率外，更應(yīng)特別注意加工過程對蛋白質(zhì)品質(zhì)與氨基酸消化率的影響。綜合平衡脫毒效果與營養(yǎng)物質(zhì)消化率2個指標，適宜的蒸汽爆破條件以水料比25%、維壓時間60 s、蒸汽壓強不大于2.0 MPa為宜。

對單胃動物而言，飼料蛋白質(zhì)品質(zhì)取決于飼料蛋白質(zhì)的氨基酸的數(shù)量，取決于動物對飼料氨基酸的消化率。高溫處理不當容易引發(fā)美拉德反應(yīng)，降低蛋白質(zhì)、氨基酸（尤其是賴氨酸）的數(shù)量與消化率。人們在評定飼料的消化率時，體內(nèi)法（in vivo）是最直接而可靠的方法，但由于耗時長、費用高的原因促使人們多采用體外法（in vitro）來預(yù)測動物對飼料的消化率?！皢挝竸游锓律到y(tǒng)”可利用計算機模仿動物機體消化系統(tǒng)，在體外精確評估豬飼料能量與粗蛋白質(zhì)的消化率［24］，其數(shù)據(jù)可作為飼料加工的一個重要評價標準。但體外仿生法并不能替代動物的消化生長試驗，因此需要進一步開展動物試驗進行養(yǎng)分消化利用率的評定。

4 結(jié) 論

以TG脫毒率為評價指標，按單因素試驗設(shè)計篩選出蒸汽爆破的適宜水料比為25%，適宜的維壓時間為60 s，適宜的蒸汽壓強為2.0 MPa。但是綜合考慮TG脫毒率與營養(yǎng)物質(zhì)消化率2項指標時，當固定水料比為25%、維壓時間為60 s時，適宜的蒸汽壓強以不大于2.0 MPa為宜。

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A Study of Steam Explosion Parameters on Detoxification Effect of Total Glucosinalates in Rapeseed Meal

HE Yonghui WANG Qinghua LIU Changzhong LIU Xingyou XIE Hongbing WANG Yanrong HE Yun
（Henan Province Engineering Technology Center of Intelligent Cleaner Production of Livestock and Poultry，Intelligent Cleaner Production of Livestock and Poultry in Henan Province Engineering Laboratory，Department of Animal Science，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang453003，China）

This experiment was conducted to study the steam explosion parameters，such as water material ratio，retention time and or steam pressure，on detoxification effect of total glucosinolates in rapeseed meal，and evaluates the nutrient digestibilityin vitrousing a computer-controlled simulated digestion system.The singlefactor experiments were designed for choosing the optimal water material ratio，the optimal retention time and the optimal steam pressure.Each experiment was divided into 4 levels，with 3 repetitions in each level.The results showed that steam explosion treatment can affect the total glucosinolates detoxification effect in rapeseed meal，the detoxification percentage of total glucosinalates ranged from 73.71%to 86.98%.The optimal water material ratio was 25%，the optimal retention time was 60 s，and the steam pressure was 2.0 MPa for the detoxification percentage of total glucosinalates when designed as single-factor experiments.As nutrient digestibility in rapeseed was considered，compared with the untreated group，steam explosion of 1.0 and 1.5 MPa（fixed water material ratio at 25%，and retention time at 60 s）had no significant influences on nutrient digestibility in vitro in rapeseed meal（P＞0.05），but 2.0 MPa steam explosion could significantly reduce the digestibility of crude protein，lysine and arginine（P＜0.05），steam explosion could significantly increase the content of total glucosinalates and isothiocyanate（P＜0.05）.In conclusion，comprehensive consideration of total glucosinolates detoxification percentage and nutrient digestibility，the appropriate steam pressure should be not greater than 2.0 MPa as fixed water material ratio at 25%，retention time at 60 s.［Chinese Journal of Animal Nutrition，2017，29（2）：529-535］

steam explosion；rapeseed meal；glucosinalate；detoxification；simulative digestion system；digestibility

S816.4；S831

A

1006-267X（2017）02-0529-07

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.02.020

（責任編輯 武海龍）

2016-08-12

河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系——生豬產(chǎn)業(yè)體系創(chuàng)新團隊（S2012-06-02）；河南科技學(xué)院攀登計劃（2015197）

賀永惠（1970—），女，河南輝縣人，副教授，博士，主要從事飼料資源的開發(fā)利用的研究。E-mail：hyonghui＠163.com

Author，HE Yonghui，associate professor，E-mail：hyonghui＠163.com