摘要：整粒棉籽和棉粕是一种价格低廉的饲料资源,广泛应用于奶牛养殖中。但是,由于整粒棉籽和棉粕含有棉酚添加量过高对奶牛健康和生产性能有不利影响。本文介绍了整粒棉籽和棉粕在奶牛饲料中的应用情况以及整粒棉籽和棉柏的脱毒方法。
关键词：整粒棉籽；棉粕；奶牛
1 整粒棉籽和棉粕的营养价值
整粒棉籽是一种高脂肪、高能量、高蛋白的饲料。表1是整粒棉籽、棉粕、棉籽蛋白及豆粕间营养成分的比较，整粒棉籽的粗蛋白含量最低，粗纤维、粗脂肪含量最高。整粒棉籽的粗蛋白比玉米高很多，而且含有对动物有益的多不饱和脂肪酸，整粒棉籽中有比较高的中性洗涤纤维，但是随着品种以及棉绒长短不同，纤维含量会有所改变。有研究报道，转基因整粒棉籽棉酚含量有所降低，营养成分与常规整粒棉籽的营养成分没有显著区别。
棉粕的主要成分与豆粕相比，粗纤维含量较高，粗蛋白质含量接近豆粕，脂肪含量比豆粕低(表1)。同时棉粕中的磷脂结构好，如神经磷脂含量比豆粕高4.8%，矿物质含量与豆粕也很接近。棉粕中的过瘤胃蛋白也比豆粕高。整粒棉籽的加工方法不同，棉粕的蛋白质和脂肪含量也不同。螺旋压榨法制出的棉饼脂肪含量3.3%，但是蛋白质质量差；预压浸提法制出的棉粕，脂肪含量0.5%，蛋白质质量中等；溶剂浸提法制出的棉粕，蛋白质质量最高，脂肪含量1.0%。去壳浸提的棉粕营养成分略低于机榨的棉饼，特别是粗脂肪差距较大。
棉籽蛋白是整粒棉籽脱脂脱酚后的产品，是棉粕的一种类型。棉籽蛋白的粗蛋白、蛋氨酸含量明显高于豆粕，赖氨酸低于豆粕(表1)。蛋氨酸/EAA、EAA/NEAA、赖/蛋的比值也更加接近理想蛋白平衡模式。此外,李志强等(2005)也指出棉籽蛋白的过瘤胃蛋白含量与豆粕接近，明显高于全脂大豆、花生粕、菜粕和乳清粉。可见，棉籽蛋白是一种优良的蛋白质饲料。
2 整粒棉籽和棉粕在奶牛生产上的应用
2.1 整粒棉籽在奶牛日粮中的添加量
奶牛日粮中添加整粒棉籽，一般推荐量为：成年牛体重的0.5%，幼牛体重的0.33%。按干物质的量添加一般以干物质量的15%为宜。由于脂肪含量高，加上棉酚的毒性问题,一般添加量不超过干物质采食量的25%[2]。
2.2 整粒棉籽和棉粕对奶牛生产性能的影响
大量文献报道，在奶牛饲料中添加整粒棉籽和棉粕，采食量有所变化，乳成分没有变化。Ceorge等(1985)在饲料中添加占干物质总量18.5%的整粒棉籽，干物质采食量从18.9kg/d下降到17.9kg/d，但是采食的产奶净能相似，产奶量和乳成分无显着差异。Blackwelder(1998)在试验组添加占干物质总量16.2%的棉粕，采食量有所增加，产奶量、乳脂率、乳蛋白率无显着变化。Mena(2004)指出，随着饲料中整粒棉籽的增加，采食量、产奶量、标准乳产量(FCM)增加，乳蛋白、乳脂肪、乳糖含量变化无规律，且差异不显着。Coppock(1985)指出,三组奶牛饲料中整粒棉籽添加量分别为0%、15%、30%,采食量线性减少,但是采食的总能不变,乳成分也无显着差异。
但也有文献报道整粒棉籽能够提高奶牛的生产性能。胡昌军等(2004)给试验组添加1kg整粒棉籽，结果表明，试验组产乳量、乳脂率比对照组有所提高，4%标准乳从 21.97kg提高到 24.11kg，增幅达到9.74%。王丽芳等(2005)在对照组中按1kg/(d·头)的标准添加整粒棉籽，结果4%FCM产奶量比对照组提高3.5%，乳脂率提高 1.7%，乳蛋白率降低6.4%。
添加整粒棉籽可提高牛奶乳脂率，胡昌军等(2004)认为这可能是因为整粒棉籽比较轻，在瘤胃中漂浮于胃液最上层；奶牛反刍时,整粒棉籽被送到口腔中经咀嚼、咬碎后释放出部分脂肪；由于奶牛反刍4~8周期/d,合计6~10h，这样整粒棉籽中的脂肪随反刍被逐渐恒量释放，避免了饲喂其他饲料后瘤胃内脂肪浓度短时间过大而产生的副作用，从而起到了提高牛奶含脂率的作用。
2.3 不同加工处理的棉籽对奶牛生产性能的影响
不同加工处理的棉籽对奶牛生产性能的影响有差异。Coppock(1985)认为带绒整粒棉籽比酸脱绒整粒棉籽有更高的消化率。Sullivan(1993)指出，给奶牛饲喂短绒棉籽、碎裂棉籽，两组奶牛干物质的采食量和产奶量没有差别；饲喂碎裂棉籽能提高粗脂肪消化率和乳脂率，并且粪中的棉籽含量也比短绒棉籽少，同时降低消化道中ADF的消化率。饲喂碎裂棉籽饲料总利用效率增加 9%。Noftsger 等(2000)报告，对于初产奶牛，日粮中添加整粒棉籽、膨化棉籽，两组间日粮干物质、粗蛋白、酸性洗涤纤维采食量无显著差异，产奶量、乳脂率、乳蛋白率也无差异。对于经产奶牛，日粮中添加整粒棉籽、膨化棉籽，前者采食的日粮干物质较多，两组间日粮脂肪粗蛋白、酸性洗涤纤维采食量无显着差异，前者产奶量、乳脂率、乳蛋白率比后者高。
3 棉酚对奶牛的影响
3.1 棉酚的分类及其在整粒棉籽和棉粕中的含量
棉酚在棉株器官中以两种形式存在：一种是结合棉酚，不能用有机溶剂萃取，一种是游离棉酚，可以用有机溶剂萃取。对动物有毒性的是游离棉酚。按照旋光异构体可分为右旋(+)棉酚和左旋(-)棉酚，左旋棉酚的生物活性更大，对动物的危害也更大。一般游离棉酚占棉仁干重的 0.85%，结合棉酚占棉仁干重的0.15%[11]，中国农科院北京畜牧兽医研究所1990年对全国各地的棉粕样品调查结果表明，压榨棉饼的游离棉酚含量平均为 682.1mgkg，浸提棉粕的游离棉酚含量平均为437mg/kg，土榨棉饼的游离棉酚含量平均为1580mg/kg。
3.2 棉酚对奶牛健康和生产性能的影响
成年牛对棉酚的耐受性比较强，大部分研究表明，饲料中添加整粒棉籽或者棉粕，成年牛仅表现为血液棉酚浓度以及红细胞脆性升高，不表现其他的中毒症状。Blackwelder(1988)指出血液总棉酚含量在5μg/mL以下对成年牛没有影响。Mena在2001年和2004年的试验指出，泌乳牛饲料中游离棉酚浓度分别达到1050mgkg、960mgkg(干物质基础)，饲喂时间为42d和84d，血液总棉酚分别达到3.39μg/mL和3.61μg/mL，对产乳量和乳成分没有影响，红细胞脆性显着增加，分别达到35.6%和 42.43%，而饲料中不含棉酚的对照组分别为26.9%和17.73%。在 Barraza(1990)的实验中，泌乳牛日粮含有23g游离棉酚，对生产性能无影响，同时奶牛也未表现出任何中毒症状。Blackwelder(1998)在奶牛日粮中添加占干物质12.1%的棉籽和16.2%的棉粕，血液棉酚含量4.36μg/mL，对产奶量和乳成分没有影响。Colin 等(1996)分别用占饲料干物质总量0%、15%、30%的整粒棉籽添加到奶牛饲料中,饲料棉酚含量分别为0、1300mg/kg、2000mg/kg，在430d时，红细胞脆性分别为37.3%、41.2%、55.3%。棉籽添加量15%组奶牛的生产性能不受影响，但棉籽添加量 30%组奶牛出现死亡。
犊牛对棉酚的耐受性比较低。Velasquez(1999)研究表明，在公牛饲料中添加占干物质量30%的整粒棉籽，饲料棉酚含量达到 400mg/kg，试验组11头牛死亡6 头，尸体解剖发现肾小叶萎缩，心肌细胞出现空泡。但应指出的是，该实验的棉籽添加量为干物质量的30%。而实际生产中一般添加量为15%。
奶牛中毒的临床症状主要是食欲降低，生长明显受到抑制。棉酚对很多内脏都有毒害作用。牛棉酚中毒后，心肌、肝细胞、肺、血管、肾小球、淋巴小结都发生病变。棉酚对内脏器官的损害最为严重的是肾脏，临床表现为：棉酚经肾脏时可引起肾炎，肾脏离子代谢异常，因而棉籽饼中毒的畜禽多排红尿。Velasquez(1999)研究表明，棉酚能降低公牛的精子活力、精子数量和性欲。棉酚还能导致生殖细胞变性,对精原细胞和初级精母细胞有显著的影响。
3.3 棉酚在奶牛体内和牛奶中残留
万发春指出，奶牛日粮中棉酚含量为 3.9g，连续饲喂120d，肝脏、肌肉、血液中棉酚含量分别为：20.15mg/kg、5.07mg/kg、1.98μg/mL，肝脏、肌肉中大部分以结合棉酚的形式存在，小部分以游离棉酚的形式存在，血液中都是以结合棉酚形式存在。肝脏浓度最高，血液浓度最低。当停喂含棉酚的饲料达到41d时，肝脏中棉酚下降到14.31mgkg。血液棉酚为 1.72μg/mL，而肌肉中棉酚反而上升到 8.15mgkg，这可能与血液中棉酚含量下降缓慢有关[16]。
不同处理的整粒棉籽，对奶牛血液中棉酚的含量有影响。Santos(2002)指出烘烤能减少整粒棉籽和血浆中的棉酚含量，压榨能减少饲料中游离棉酚和血浆总棉酚的含量[10]。但也有不同报道，Bermard(1997)分别给奶牛饲喂占干物质15%的普通整粒棉籽和烘烤过的整粒棉籽，血浆棉酚含量分别为1.411ug/mL和1.840ug/mL，后者显著高于前者。
有研究报道牛奶中棉酚的残留也比较少。万发春等(2003)报道，用日粮中含有高达5.1g棉酚的饲料饲喂奶牛，采集第13d以及第114d的牛奶样品，均未检测出牛奶中有游离棉酚和结合棉酚存在[19]。
4 奶牛对棉酚的解毒机理
奶牛对棉酚的耐受性比较高，一是因为维生素可以降低棉酚对动物的毒害。Velasquez(1999)研究指出，同时添加整粒棉籽和维生素E的试验组与只添加整粒棉籽的试验组相比，有降低血浆中总棉酚的趋势，在试验第 28 天时，右旋(+)棉酚分别为 0.7ug/mL 和 1.6μg/mL，左旋(-)棉酚分别为0.4ug/mL和0.9ug/mL；但在第 50天时两组棉酚没有差别。二是因为游离棉酚在瘤胃中能与蛋白质结合为结合棉酚，瘤胃中的酶不能降解结合棉酚[20]。Reiser(1962)认为棉酚与蛋白质的结合是通过棉酚与赖氨酸氨基结合实现的。且蛋白酶不能分解这种结合物。Blackwelder(1998)报道饲料中含有棉酚时赖氨酸在小肠中吸收率减少，这似乎支持了Reiser的结论。但是 Mena(2001)却认为与蛋白质结合的棉酚会在消化道中被重新释放出来，进而被消化道吸收。同时Coppock(1987)和Calhoun(1995)都指出反刍动物对棉酚的解毒可能是因为别的机理而不是以蛋白质结合棉酚的方式。反刍动物对棉酚的解毒机理还需要进一步研究。
5 整粒棉籽和棉粕的脱毒方法
对于棉籽饼粕的脱毒，国内外已进行了大量的研究工作。根据脱毒方法的性质，可将棉籽饼粕脱毒法分为物理法、化学法、微生物发酵法。
5.1 物理法
5.1.1 有机溶剂萃取法
利用棉酚在醇类溶剂中溶解的特性，用有机溶剂将棉籽中的棉酚萃取出来，最终得到无毒物料。常用的萃取剂包括乙醇、丙酮、正丁醇、异丙醇、二氯甲烷等。其优点是在加工过程中未经高温处理，避免了氨基酸和其他营养素的破坏，最大程度保持了原有的营养水平[20]。
5.1.2 膨化脱毒法
膨化加工的主要设备是膨化机，物料投入膨化机内，处于高温高压条件下，当物料从排料口瞬间高速排放到常压条件下时，由于气体的迅速膨胀，使物料成分结构发生物理变化，一方面物料中所含的棉酚由于分子发生变化而分解，另一方面游离棉酚与物料中的蛋白质相结合形成结合棉酚，而使其游离棉酚含量大大降低，达到脱毒的目的。
试验表明，膨化脱毒法的脱毒率可达到56.6%，如果在膨化的同时加入硫酸亚铁和生石灰，脱毒率可达到84%~98%。而氨基酸总量损失极小,蛋白质消化率较原料提高 8%[25]。
5.2 化学法
5.2.1 硫酸亚铁脱毒法
各种脱毒方法中以硫酸亚铁脱毒法最为经济、简便。有毒性的游离棉酚具有三种互变异构体，通常情况下呈相对稳定的双醛式。Fe2+能与双醛式游离棉酚反应生成变性棉酚-铁络合物，使游离棉酚的活性羟基失去作用而达到脱毒的目的。此棉酚-铁络合物不能被吸收，最终排出体外，不会对动物体产生不良的负作用[26]。
5.2.2 碱处理法
因为棉酚是一种酚类物质，呈一定的酸性，能够与碱反应生成盐，因此可以在棉籽饼粕中添加碱性化合物如烧碱、纯碱或石灰水等进行脱毒。经过碱液处理后，游离棉酚含量已极其微小，但因为需要用碱进行处理，对设备的抗腐蚀性要求高，投资大[27]。
5.3 微生物发酵法
生物发酵法就是将特定微生物接种到棉籽饼粕培养基中，在一定的条件下利用微生物在饲料原料中的生长繁殖和新陈代谢，使棉酚与蛋白质氨基酸结合形成结合棉酚，从而达到脱毒的目的。
微生物脱毒法的菌种选择有很多，有的利用米曲霉作为发酵微生物，也有利用乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌及白地霉等菌株复合而成的活菌制剂作脱毒剂[26]。孙建义(1995)等利用假丝酵母进行棉籽饼脱毒的研究,棉酚脱毒率达 90%以上[28]。张文举(2006)等用热带假丝酵母ZD-3和黑曲霉ZD-8复合固体发酵研究发酵对棉粕脱毒效果的影响。脱毒效果为酵母 ZD-3>复合发酵>黑曲霉 ZD-8。使用酵母ZD-3发酵脱毒时，底物中加人淀粉效果最好,脱毒率高达91.91%,残留游离棉酚含量只有 44.44mg/kg;其次为蔗糖、麦芽糖和葡萄糖,其脱毒率分别为 90.52%、88.83%和87.70%。加入尿素则降低脱毒率,加入硫酸亚铁能提高脱毒率[29]。
6 小结
综上所述，整粒棉籽和棉粕作为价格低廉的饲料，被广泛用于奶牛饲料中，随着中国畜牧业的不断发展，将有越来越重要的作用。但是棉酚是制约整粒棉籽和棉粕应用的一个重要因素，目前研究还相对较少。因此以后需要加大对棉酚在奶牛体内代谢的研究，来促进整粒棉籽和棉粕的应用。
