菜籽粕(rapeseed meal),别名菜籽饼,是油菜籽经提取油脂后所得的副产品。油菜籽经过机械压榨提取油脂后的残渣称为菜籽饼,菜籽饼中仍含有大量油脂,通常需经过溶剂浸出进一步提取剩余油脂,菜籽饼浸出提油后的残渣称为菜籽粕。根据油菜粕中芥酸硫代葡萄糖苷含量不同,通常分为:普通油菜粕和双低油菜粕。

菜籽粕营养物质含量丰富,粗蛋白含量约为35%-50%,钙、磷、锰、硒等矿物质元素的含量高,氨基酸构成合理,甲硫氨酸赖氨酸等的含量高,各种必须氨基酸的构成比较平衡。菜籽粕中含有多种抗营养因子,主要包括芥子油甙、植酸芥子酸、酚类成分(如单宁)和难以消化的糖类,这些抗营养因子严重影响了菜籽粕的营养价值,同时抑制了菜籽粕的有效利用。菜籽粕的抗营养因子脱除方法主要分为微生物脱毒法、物理脱毒法、化学脱毒法、遗传学法等。

菜籽粕主要应用于家禽、家畜、水产饲料中。2009年,《饲料用菜籽粕(GB/T23736-2009)》规定了饲料用菜籽粕的技术指标、质量分级、检验方法、检验规则以及对标签、包装、运输、贮存的要求。

资源特征

油菜通常生长在温带地区,其种子-油菜籽是世界主要的产油作物之一口,在全球有着丰富的产量。中国是油菜种植大国,油菜籽产量位居世界第一。中国油菜籽产量占到了全球油菜籽产量的21.14%。

油菜籽是生产菜籽油的主要原料。油菜籽萃取过油脂后即为菜籽粕(水分10%),其含有约3.5%的粗脂肪、35%的粗蛋白、6%的粗灰分和12%的粗纤维。此外还含有约4%的植酸、15mmol/g的芥子油甙、多酚和多种重要的必需氨基酸精氨酸甲硫氨酸赖氨酸等)。由于萃取过油脂后菜籽粕中的粗蛋白含量较高,被广泛应用于动物饲料中。

相关分类

根据油菜粕中芥酸硫代葡萄糖苷含量不同,通常将油菜粕分为:普通油菜粕和双低油菜粕。

普通油菜粕

普通菜籽粕的感官性状为褐色、小瓦片状、片状或饼状,或为黄色或浅褐色、碎片或粗粉状;具有菜籽油的香味;无发酵、霉变、结块及异味。因其含有多种抗营养因子,其饲喂价值明显低于豆粕。如添加量过大,可引起猪甲状腺肿大,采食量下降,生产性能下降。

双低油菜粕

双低油菜粕是双低油菜籽经过榨油后得到的副产品。这里的“双低”指的是低硫甙和低芥酸,这两种物质在普通油菜籽中含量较高,可能对动物的健康产生不良影响。因此,通过育种技术培育出的双低油菜籽,降低了这两种物质的含量,使得其饼粕成为一种优质的饲料原料。

营养成分

菜籽粕是一种重要的植物蛋白源,具有来源广泛、蛋白含量高(干物质的粗蛋白含量为32%~45%)、氨基酸组成相对平衡等优点,同时还含有丰富的微量元素(如钙、磷、硒等)和维生素(易被人体吸收利用的烟酸、VB1、胆碱、VB2、生物素等)。菜籽粕蛋白含量高于除豆粕外的其它油籽粕,而且相对于其他植物蛋白,菜籽粕有较为理想的氨基酸组成。菜籽粕中的氨基酸成分类似于鲱鱼粉,对于大西洋鲑和虹鳟等肉食性鱼类来说,其营养价值要优于豆粕。菜籽粕含有超过20%的糖类,可作为动物饲料的部分能量来源,但由于粗纤维含量较高,一般在10-14%,加上8%左右的不易消化的戊聚糖,导致其有效能值相对较低。可利用能量水平低于豆粕和花生粕,但高于棉粕。菜籽粕中还含有多种矿物质,尤其是中钙、磷、硒、锰含量较高,铁和锌含量也较高,但磷含量的60-70%属植酸磷,利用率相对较低。

油菜籽蛋白是从油菜籽中提取得到的蛋白质,是一种完全蛋白,含有多种不同的蛋白质,其中80%为储藏蛋白,其余为膜蛋白。储藏蛋白质主要由12S球蛋白和2S清蛋白组成,两者在菜籽蛋白中分别占到了蛋白总量的25%~65%和20%,除去球蛋白和清蛋白,菜籽蛋白还含有一些较小的蛋白质,如胰岛素抑制剂和脂质转移蛋白。菜籽蛋白具有相对合理且平衡的氨基酸组成,营养价值高,与其他谷物相比含有较多的碱性氨基酸甲硫氨酸,基本符合FAO与WHO的推荐模式。这使得油菜籽蛋白的总体品质优于大豆蛋白,与酪蛋白或动物蛋白不相上下,在消化率、生物价、蛋白质效率、净蛋白质利用率等方面也优于其他植物蛋白。

抗营养因子

菜籽粕中含有多种抗营养因子,主要包括芥子油甙、植酸芥子酸、酚类成分(如单宁)和难以消化的糖类,这些抗营养因子严重影响了菜籽粕的营养价值,同时抑制了菜籽粕的有效利用。有研究表明纤维、低聚糖、芥子油甙、单宁和植酸等抗营养因子可降低营养物质的消化率。在肉食性鱼类中的研究表明,植物性原料中低水平的抗营养因子也会对饲料蛋白消化率产生不利影响。此外,芥子油甙、芥子酸和植酸还会影响饲料风味,降低饲料的适口性,进而影响饲料摄食率。

芥子油甙

芥子油甙会影响鱼体的甲状腺功能(引起甲状腺肿大,血浆甲状腺素水平降低)、饲料吸收、肝肾功能及生长性能。芥子油甙在遇水、芥子酶或水解酶时,会分解产生不稳定的甙元和葡萄糖,甙元进一步分解产生噁唑烷硫酮硫氰酸酯、异硫氰酸酯和腈等有害的物质凹,这些酶解产物都会对鱼体的内脏器官造成损伤。噁唑烷硫酮、硫氰酸酯、异硫氰酸酯被称为致甲状腺肿素,是抗甲状腺物质,会抑制器官与碘结合;而另一种水解产物,硫氰酸盐,会抑制甲状腺对碘的摄取”。因此,有害的物质不是芥子油甙本身,而是它们的水解产物。因此当饲料中添加菜籽粕致使芥子油甙含量上升时,补充碘不能缓解甲状腺功能不全的症状。此外,芥子油甙会降低超氧化物歧化酶(SOD)的活性,并且会降低三碘甲状腺氨酸和甲状腺素的浓度,进而削弱生物体的免疫力。

芥子酸

芥子酸是菜籽油的组成成分,作为工业润滑油有很高的生产价值,但对牲畜和鱼类具有毒害作用。芥子酸具有心脏毒性,会造成大鼠心肌病变。因此在利用菜籽粕时应尽量降低芥子酸的含量。目前已培育出芥子酸含量较低的油菜品种,此外,在机械榨油之后用溶剂萃取可以降低菜籽粕中芥子酸的含量以避免对鱼类产生病理影响。

植酸

植酸是菜籽粕中含量较高的抗营养因子,会影响动物的生长发育。菜籽粕中的植酸能与饲料中的微量元素相互结合,进而降低了微量元素的有效性。在肉食性鱼类(如鳟鱼三文鱼)和杂食性动物(如鲇形目)中,植酸会降低某些二价阳离子,特别是锌的有效性。同时,植酸是磷的主要储存形式,在菜籽粕中的总磷含量为11g/kg,植酸磷约为8.3g/kg,占到了菜籽粕总磷的75%,但鱼类对植酸磷的利用率是非常低的,并且已有一些研究显示植酸会降低磷和蛋白质的表观消化率,抑制生长。另有研究显示,蛋白质和磷表观消化率的增加会促进鱼体生长并更有效地利用植物蛋白源,因此如何有效地利用或除去植酸就成为了一个亟须解决的问题。植酸除了影响蛋白质的表观消化率,还会影响某些蛋白质的功能,例如抑制淀粉酶、脂肪酶和Caspase-3等消化酶的活性。此外,有研究显示植酸水平的升高会引起虹鳟白内障和幽门盲囊结构的变化。

单宁

单宁是一种具有苦涩味和辛辣味的物质,会降低饲料的适口性和摄食率。单宁对动物的影响与植酸有很多相似之处:维生素、矿物元素和糖类等都能与单宁结合,引起菜籽粕营养价值的降低。单宁可以与饲料中的蛋白质结合,形成难以被利用的螯合物,降低蛋白质的营养价值和消化利用率,同时单宁可以抑制钙的吸收,降低钙的利用率。此外,单宁可以使消化酶(Caspase-3、脂肪酶、淀粉酶等)失活,进而影响动物的消化、吸收和生长。在中性和碱性条件下,单宁容易被氧化而发生聚合反应,降低菜籽粕的营养价值。

粗纤维

适量的纤维素能促进动物对食物的消化吸收,但过量的粗纤维会使饲料难以被消化利用,大大降低饲料的消化率,同时可能导致腹泻,这都不利于动物的生长。此外,粗纤维可能会影响饲料中矿物元素的吸收和利用。菜籽粕中粗纤维的含量约为10%,因此粗纤维也成为了限制菜籽粕利用的因素之一。

除了以上几种物质,菜籽粕中的淀粉也必须经过一定的处理,因为对于肉食性鱼类来说,饲料中的淀粉难以消化且会影响营养物质的利用。有研究显示菜籽粕中难以消化的糖类难以被三文鱼利用并会减少饲料中其他成分的营养价值。

抗营养因子的脱除方法

根据菜籽粕中抗营养因子的性质及其特性,把其去除并加以利用,发挥植酸多酚等天然活性物质的潜在经济价值。为充分利用油菜籽蛋白,国内外对菜籽粕的去毒方法进行了大量研究,主要分为微生物脱毒法、物理脱毒法、化学脱毒法、遗传学法等。

微生物脱毒法

利用微生物发酵菜籽粕能显著降低硫代葡萄糖苷噁唑烷硫酮异硫氰酸酯的含量。利用混合菌剂发酵菜籽粕发现,萝卜硫素含量为16.25μ摩尔/g。微生物种类繁多,酶系复杂,利用混合菌株对菜籽粕进行发酵脱毒,条件温和,脱除效果好,能够使畜禽更好地利用菜籽粕中的营养物质,还能显著提高动物的生产性能。相对物理、化学等脱毒方法,微生物脱毒是比较理想的脱毒法。

物理脱毒法

加热脱毒法

完整结构的硫甙是无毒的,而在芥子酶催化下生成的分解产物是有毒的,因此可以通过钝化芥子酶,抑制硫的分解,从而达到降低菜籽粕毒性的效果。

微波脱毒法

微波的频率高,穿透性强,当被物体吸收后,物体内部分子碰撞而产热。因此,利用微波处理油菜籽,可以提高油菜籽的中心温度,促进硫甙分解及分解物的挥发。

挤压膨化脱毒法

油菜籽粕在膨化机内经高温、高压和剪切等处理后,物料会发生淀粉糊化、蛋白质分子结构变化、抗营养因子失活、大分子物质降解等一系列物理化学变化,从而提高菜籽蛋白质消化率。

物理去毒方法主要是热处理法,可以钝化芥子酶,阻止萝卜硫素分解,还可以使易挥发的硫分解物异硫氰酸酯噁唑烷硫酮挥发,减少其在菜籽粕中的残留量。

化学脱毒法

根据菜籽粕中有毒成分的化学特性,利用溶剂对其进行酸碱降解、中和、溶解、浸出等达到脱毒目的。一般分为酸碱处理法、金属盐处理法和溶剂浸出法。

酸碱处理法

硫苷在较高的温度和湿度下与酸、碱作用,硫苷分子中的硫苷键和硫酸酯水解而断裂,产生异硫氰酸酯和硫氰酸酯等挥发物,再随蒸汽逸出除去。

金属盐处理法

铁盐或铜盐等可以直接与萝卜硫素反应生成无毒的螯合肥,也可以与硫苷分解物形成不易被动物消化吸收的螯合物,从而降低菜籽粕的毒性。此法操作简单,成本低,但是只能针对硫甙脱毒,不能影响其他抗营养因子,并且会加重菜籽粕的金属味,影响饲料的适口性。

溶剂浸出法

部分硫甙、多酚植酸等抗营养因子可以溶于某些溶剂,一般采用甲醇乙醇、水等溶剂浸泡处理菜籽粕可以达到脱毒效果。目前,工业多采用溶剂浸提法对菜籽粕进行脱毒,对设备要求不高,操作简单。

遗传学脱毒法

通过遗传学或基因工程技术培育低抗营养因子或改善蛋白质含量及氨基酸组成的方法培育优良的油菜品种,加拿大科学家通过复合杂交育成了第一个双低油菜“Canola”。目前,在欧洲和加拿大等发达国家培育的双低品种所得的菜籽粕中萝卜硫素含量低于10μmol/g,选育出的“三高两低”(高产、高含油量、高蛋白含量、低硫苷、低芥酸)油研九号油菜品种,油分蛋白含量为70.45%,芥酸含量为0.51%,硫苷含量为28.25μmol/g,提高了菜籽粕品质。

生产技术

菌种制备

采用菌种三级活化培养制种。对于单班产量≤5吨的生产规模,采用固态制种;对于单班产量>5吨的生产规模采用液态制种。

前处理和调质

菜籽粕经粉碎处理后与调质剂、麦麸混合,在混合物中接入制备好的酵母菌种形成发酵物料。然后在发酵物料中加入清洁的自来水,调整物料中的水分含量,搅拌混合均匀。

发酵

对混合均匀的物料采用固态发酵技术进行发酵。将混合均匀的发酵物料装入特制的发酵曲盘,放置在专用发酵架上,进行浅层通风培养。控制适宜的发酵温度和发酵时间。冬季温度较低时,可采用电热板加温。

干燥

对于日生产量≤5吨的生产规模,发酵产物一般都要立即饲用,所以不需要烘干处理,也可自然风干。对于日生产量>5吨的生产规模,一般将发酵产物在不高于60℃的条件下烘干,以利于贮存。

相关产业

生产情况

全球菜籽粕生产地区主要分布于欧盟、中国、加拿大印度等油菜籽主产国,虽然澳大利亚乌克兰也是油菜籽主产国,但两过生产的油菜籽主要供出口,国内压榨量较少,菜籽粕产量和出口量都很低。日本巴基斯坦虽然不是油菜籽主产国,但是油菜籽主要进口国,菜籽粕产量反而超过了澳大利亚和乌克兰等油菜籽生产国。目前欧盟、中国、印度、加拿大和日本是全球最大的5个菜籽粕生产国家和地区。

2010/11年度欧盟菜籽粕产量为1283万吨,位居世界第一。欧盟是世界最大的油油菜籽生产地区,菜籽粕原料约90%来自当地油菜籽,10%左右来自进口菜籽。欧盟进口的油菜籽主要来源于澳大利亚乌克兰加拿大。由于2011/12年度欧盟油菜籽产量大幅下降,菜籽粕产量下降至1244万吨,较上年度减少39万吨和3.04%。

中国菜籽粕产量位居世界第二,2010/11年度产量为825万吨,但按照单个国家计算,仍然是全球第一位。近几年,中国菜籽粕产量受进口油菜籽影响较大。2009/10年度,中国油菜籽进口量达到267万吨,菜籽粕产量受到拉动,达到983万吨。2010/11年度油菜籽进口量减少,菜粕产量显著下降,需要直接进口较多菜籽粕弥补国内供需缺口。预计2011/12年度中国菜籽粕产量为895万吨,较上年度明显增加。

消费情况

2010/11年度全球菜籽粕饲用消费量为3387万吨,比2001/02年度增加1471万吨,累计增幅为77%,年复合增长率为6.5%。菜籽粕在饲料中的应用仅次于豆粕,是饲料中第二大植物蛋白来源。按2010/11年度全球7种植物蛋白粕饲料消费量2.426亿吨测算,菜籽粕饲用消费占植物蛋白粕饲用消费总量的比率为13.9%(豆粕约为70%)。2011/12年度全球菜籽粕消费量为3456万吨,比上年度增加69万吨和2.0%。

相关应用

菜籽粕除了直接用做饲料蛋白原料外,还可用来生产有机肥料。此外,经过脱壳脱毒处理的油菜籽粕还可提取菜籽蛋白,用来制作酱油或用作食品添加剂;菜籽粕还可用来提取植酸单宁化工原料

饲料蛋白原料

菜籽粕是一种重要的饲料蛋白原料,菜籽粕在水产饲料中使用最为广泛,由于其蛋白质氨基酸组成合理,价格便宜,在家禽饲料、猪饲料和反刍亚目饲料中都得到使用。

水产品

菜籽粕在水产养殖行业应用最为广泛,统计数据显示,我国水产饲料养殖行业菜籽粕用量占到菜籽粕产量的一半以上。在鱼类养殖的配合饲料中菜籽粕的添加量可达到30-40%,部分养殖户甚至直接将菜籽粕用来喂鱼。

禽类

在禽的配合饲料中使用菜籽粕,应根据有毒有害物质含量,限制其用量。如摄入有害物质过多,则可能造成鸡甲状腺肿大,甲状腺及肾脏上皮细胞脱落,肝脏出血等现象,表现为生长抑制,破蛋、软蛋增加,死亡率上升等症状。一般幼雏应避免使用菜籽粕,肉鸡用量在10%以下,蛋鸡、种鸡在8%左右,鸭饲料中菜籽粕用量一般在10-15%。

一般未经脱毒处理的菜籽粕在日粮中用量应控制在5%以下,母猪应控制在3%以下,而经脱毒处理的菜籽粕或新型“双低”、品种菜籽粕,其用量可到10-15%,但有可能引起猪体脂变软。

反刍家畜

菜籽粕对牛、羊的适口性差,长期过量使用会引起甲状腺肿大,但影响不如单胃动物严重。一般肉牛奶牛精料的菜籽粕用量应不超过5-20%,试验表明,10%的菜籽粕对肉牛的生长、胴体品质和奶牛产乳量、黄油率无不良影响。

生产菜籽蛋白

菜籽蛋白是一种营养价值较高的全价蛋白,几乎不存在限制性氨基酸,与国际粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)所推荐的蛋白质非常接近,菜籽蛋白的效率比值(PER)、蛋白质净利用率(NPU)、蛋白质生物价(BV)均高于其他植物蛋白,是一种高质量的蛋白。经过脱壳脱毒制取的菜籽蛋白具有较好的功能特性,可应用于肉制品、烘焙食品中,还可用来生产酱油等。

用来提取菜籽蛋白的菜籽粕生产工艺与普通菜籽粕生产工艺有较大区别。首先要对油菜籽进行脱壳分离,然后进行低温压榨和溶剂浸出,得到的菜籽粕还要进行脱毒、提取蛋白等工艺处理。目前国内外使用油菜籽粕生产菜籽蛋白尚未进入工业化生产。

提取化工原料

由于菜籽粕中植酸单宁含量较高,可以通过对菜籽粕深加工,进一步提取植酸钙和单宁等化工原料,但由于生产成本较高,目前国内外进行工业化生产的很少。

生产有机肥料

菜籽粕中80%以上为有机化合物,可以使用菜籽粕生产优质有机肥料。

相关标准

2009年,《饲料用菜籽粕(GB/T23736-2009)》规定了饲料用菜籽粕的技术指标、质量分级、检验方法、检验规则以及对标签、包装、运输、贮存的要求。

(以上内容参考资料来自:)

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相关报道

2021年3月,农业农村部发布《饲料中玉米豆粕减量替代工作方案》,推动降低饲料中玉米、豆粕的比例,寻找替代品。其中,菜籽粕的替代价值广受关注,中国农业科学院油料作物研究所介绍,“中国种植的1亿亩油菜,每年可以生产520万吨菜籽油,同时还生产约800万吨菜籽粕,事实上,和菜籽油是中国第二大食用油一样,菜籽粕也是中国第二大饲用蛋白源。油菜籽榨油后留下的菜籽粕,粗蛋白含量在35%-40%,氨基酸组成较平衡,几乎不存在限制性氨基酸。国外有实验证明,菜籽粕饲喂的奶牛,产奶量比豆粕饲喂的高10%以上,应用的潜力巨大。”

参考资料

油菜籽作为降低饲料中玉米豆粕比例的替代品潜力有多大.中国畜牧业.2024-03-10