棉籽壳饲用现状研究

牛俊丽，张文举

(1.石河子大学 动物科技学院，新疆 石河子 832000；2. 中国农业科学院 北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京 100193)

棉籽壳(cotton seed hull)是棉籽外部坚硬的褐色籽壳，经过棉籽剥壳处理获得，稍带有未脱尽棉花短绒和部分未脱尽破裂的棉仁，其重量约占全棉籽总重的40%～50%[1]，是产量多、来源广的粗饲料资源。中国是一个棉花大国，据《2015国民经济和社会发展统计公报》[2]数据显示，2015年全国棉花种植面积380×104hm2，棉花总产量560.5×104t。新疆是全国棉花生产主区，棉花产量占全国总产量的62.5%，约为350.3×104t。棉花加工业会产生大量棉籽饼粕、棉籽壳等副产品。一般每生产1 t皮棉就可生产2 t棉籽，每吨棉籽约可产450 kg棉粕和260 kg棉籽壳[3]。

1 棉籽壳的营养成分

表1是国内外一些研究者对棉籽壳营养成分测定的数据。一般棉籽壳粗蛋白含量为4%～6%，粗纤维含量为43%～48%左右，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较高，分别为85%左右、65%～68%，木质化程度中等。棉籽壳主要营养成分丰富，含量差异与棉花的品种、棉籽壳的加工工艺、所含棉籽量、是否带绒以及带绒的长度等有关。

2 棉籽壳在动物上的饲喂情况

棉籽壳中夹杂部分含有较高蛋白和脂肪的棉仁，适量的棉籽壳能改善粗饲料适口性增加采食量[7]，采食量大是棉籽壳日粮的重要特性之一，采食量最高可达到动物体重的3.1%。此外，棉籽壳粗纤维含量较高，对于反刍动物来说是一种较好的纤维来源，它可以作为一种纤维补充料来调节不平衡的高浓度日粮[8]，并且能防止酸中毒、瘤胃黏膜溃疡和蹄病[9]。

2.1 棉籽壳在羊上的饲喂情况

棉籽壳单独饲喂羊时消化率达到40%，当补充矿物质后消化率提高到44%[10]；绵羊对棉籽壳总能的表观消化率和纤维表观消化率分别为43.59%和66.60%，钙和磷的表观消化率也较高[11]。未脱毒棉籽壳替代雄性细毛羊日粮50%芦苇和100%芦苇，可提高胴体重和净肉质量[12]；每只断奶羔羊饲喂用量在150和300 g/d时，40～60 d日增重和净增重均随日采食量增加而增加，并且育肥羔羊饲料中添加适量棉籽壳可增加羊的胴体质量和屠宰率，即可通过提高生产性能来增加经济效益[13]。Whitney等[14]认为棉籽壳可取代30%的日粮高粱来饲喂羔羊。此外，有学者对棉籽壳作为肉羊育肥饲料的安全性进行了研究，结果表明在育肥羊饲料中添加低于40%的棉籽壳，不会对畜产品质量安全带来影响，是安全可行的，并不会对人体产生危害[15]。卡拉库尔羊日粮中棉籽壳含量高达90%时，试验羊未出现中毒症状，并且各项血液生化指标除胆固醇和低密度脂蛋白外均在正常范围内[16]。

表1 棉籽壳的营养成分(以干物质计)Table 1 Nutritional components of cottonseed hulls(dry matter) %

2.2 棉籽壳在牛上的饲喂情况

未脱毒棉籽壳替代部分日粮粗饲料时，能通过改善粗料适口性增加犊牛育肥的采食量，加速犊牛生长，进而提高犊牛的胴体质量和屠宰率[17-18]。牛对棉籽壳总能的消化率是44%[19]，并且健康研究表明棉籽壳[22]给泌乳牛饲喂棉籽壳能使产奶量(校正体重后计)增长33.2%，饲养利润提高47.84%，乳脂也得到提高[20]，并且不影响畜产品质量安全。

3 棉籽壳中棉酚含量及其危害

棉副产品中存在棉酚、单宁、非淀粉多糖和植酸等抗营养因子。棉酚是棉籽色素腺体中的一种黄色色素。根据棉酚在棉副产品中存在形式，可将其分为游离棉酚和结合棉酚这2类。

3.1 棉酚的毒性

通常认为游离棉酚对人和动物体是有毒害的，结合棉酚则无害。棉酚的毒性归纳为：(1)对细胞、神经系统和血管均有毒性；(2)与一些多功能蛋白质、重要的酶以及铁结合，使其失去活性[21]；(3)破坏雄性动物睾丸生精上皮造成死精、少精甚至无精[22]，使母畜子宫收缩而引起流产、死胎[23]等；(4)与赖氨酸结合，降低饲料中氨基酸的有效性[24]；(5)使肝肾出现炎症和功能性障碍[25]。

3.2 棉酚的含量

在所有棉副产品中，如棉粕、棉仁、棉油、棉籽壳、棉秸秆、棉叶等均含有不同量的棉酚，棉粕中游离棉酚含量最高，其次为棉花秸秆，含量最低的是棉壳[26]。一般棉酚在棉籽壳中含量为100～2 500 mg/kg[27]。除了棉花品种外，加工工艺对棉籽壳中棉酚含量也有较大影响。我国GB13078-2017对饲料原料以及饲料产品游离棉酚允许量进行了严格的规定[28](见表2)。

表2 中国游离棉酚的允许量[28]Table 2 Allowable amount of free gossypol in China

不同种类动物对棉酚的耐受量不同，家禽、单胃动物和种公畜饲喂前则必须进行脱毒处理，奶牛、肉牛等反刍动物由于其瘤胃微生物使游离棉酚与可溶性蛋白结合后形成结合棉酚[29]，因此对饲料中含有的棉酚具有较大的耐受力，可限量直接饲喂。但是对于幼畜来说，其瘤胃功能发育不全，棉酚还是具有一定的毒性。

3.3 饲喂棉籽壳的不良影响

有不少研究发现长期或大量饲喂棉籽壳会对畜禽产生不良影响。

吴高风等[30]报道称，每天添加0.5 kg棉籽壳，新疆细毛羊精液品质高于不添加组和添加1 kg组，说明适当饲喂棉籽壳能一定程度上提高细毛羊精液品质，过量会降低精液品质。吐尔逊帕夏[31]研究发现，给新疆雄性细毛羊饲喂棉籽壳后其血清胰岛素、T3和T4均明显下降，且高剂量组的睾丸曲精小管破裂，细胞数量显著减少、坏死，降低精液品质。棉酚诱导线粒体上的Ca2+释放，选择性地破坏生精细胞线粒体功能，从而中断精子发生、变态和成熟的过程[32]。长期大量饲喂棉籽壳会导致母畜繁殖率降低，且母畜胎衣不下、流产等疾病增加[33]，这可能与棉酚阻止胚胎发育和卵巢静止有关[23]。

此外，长期大量饲喂棉籽壳会诱发新疆雄性细毛羊产生尿结石[34]。棉籽壳中的游离棉酚大部分集中在畜禽的肝脏和肾脏。棉酚抑制肾脏Na-K-ATP酶降低钾离子的回流，可损伤肾脏肾小球和肾小管，为结石结晶的滞留和粘附提供了条件；棉籽壳中维生素A含量较少，且富含的棉酚和磷又破坏血液对维生素A的吸收，加剧维生素A的缺乏，容易引起尿路上皮角质化、脱落，促进尿结石形成[27]。矿物质代谢失衡是棉籽壳引发牛羊尿结石的主要原因[35]。成凤岐[36]认为棉副产品引起绵羊尿石症是由于钙磷比失衡。棉籽壳是一种低钙高钾饲料，大剂量棉籽壳使饲料有较高的磷、钾、镁，这些离子从血液中通过肾脏代谢，使尿液中磷酸根、钾、镁离子增加，尿液非常容易饱和，加上绵羊尿液的碱性环境，使尿液中磷酸盐结晶析出形成结石。有研究发现日粮中添加棉籽壳或棉籽饼后，试验动物饮水量变化不大，排尿量和尿中干物质含量显著减少[34，37]。棉籽壳引起机体代谢物在泌尿系统滞留可能是引发动物患尿结石的原因之一。添加不同低剂量的氯化铵、适量利尿剂[38]以及对棉副产品进行脱棉酚或间歇式饲喂均能起到预防尿结石的作用[39]。

4 棉籽壳中棉酚脱毒方法

棉籽壳含有的棉酚是制约其在畜牧业广泛应用的主要因素，为了避免棉酚对动物机体的损害，提高棉籽壳利用率，对其进行脱毒是最有效的方法之一。常用的方法有化学法、物理法、混合溶剂萃取和微生物发酵法。游离棉酚经物理或化学脱毒处理后虽然可降低含量，但处理后产品的营养成分遭到了破坏或流失，降低其营养价值，在实际利用上有很大的局限性，难于普遍推广。而生物发酵具有成本低、安全性高、效果好等优点，最具较大的发展潜力和应用前景。

生物发酵法是通过微生物发酵对饲料中的棉酚转化或降解作用而达到脱毒效果，同时能够提高饲料的营养价值[41]。生物脱毒技术的关键环节为：配套的工程设备；合理的工艺设计；优良的菌种。最关键也最具有决定性的是菌种选择。目前国内在脱毒菌种的培养与筛选方面取得了显著成果。施安辉等[42]用筛选的霉菌和酵母菌进行脱毒试验，高效降解棉酚的菌株总脱毒率在80%以上。生物发酵法包括坑埋法、微生物发酵法和微生物固体发酵法等，一般脱毒工艺的流程如下:

棉籽壳筛分除杂→配料计量→底物混合→灭菌处理→底物接种→发酵→烘干→包装

4.1 坑埋法

棉籽壳与水1∶1的比例调湿，坑埋60 d左右，利用棉籽壳或泥土中存在的微生物进行自然发酵，达到脱毒的目的。

4.2 瘤胃微生物发酵法

瘤胃液微生物发酵法是将棉籽饼粕粉碎成粉末，加水调成糊状，接种牛羊瘤胃物冻干品，再加入一定量的新鲜瘤胃液和还原剂，充分混合后在40℃下发酵48小时，然后压滤干燥即为产品。

4.3 微生物固体发酵法

该方法可采用酵母、霉菌、食用菌等单一菌株或混合菌株进行固体发酵，均能不同程度的脱毒。所用菌种不同，但固体发酵工艺基本相同：菌种曲盘扩大培养，加入棉籽壳后浅盘发酵或发酵池发酵，最后烘干包装。

5 棉籽壳脱毒后饲喂效果

对棉籽壳进行脱毒处理后，其棉酚含量降低，饲喂家畜效果较好。脱毒棉籽壳饲喂奶牛不产生中毒症状[43]，不影响羔羊生长发育[44]，解决了饲草结构及来源的问题，降低了奶牛场饲草成本。

此外，通过栽培食用菌后的棉籽壳菌糠与棉籽壳相比，质地柔软细腻，具有浓郁的菌香味，适口性好，某些棉籽壳菌糠的营养价值与玉米、麸皮相当[45]，部分替代棉籽壳可降低饲养成本，提高经济效益[46-47]。将棉籽壳与其他粗饲料混贮或微贮也是提高棉籽壳有效应用的方法之一[48-49]。

6 总结展望

棉籽壳作为来源充足、价格低廉的优质原料，常被用作食用菌培养基以及制取棉酚、糠醛，木糖醇、活性炭、钾盐、乙酸丙酸和植物激素等。棉籽壳粗纤维含量较高，是反刍动物很好的纤维来源，而其含有的棉酚会对单胃动物产生一定的危害，通常要对棉籽壳进行棉酚脱毒处理，不过适量饲喂棉籽壳或保证日粮矿物质平衡均可有效避免其对畜禽尿结石的危害。目前，国内外对棉籽壳均进行了较深的研究，但仍有很多问题丞待完善和解决，如棉籽壳生物发酵脱毒机理，脱毒方法工艺优化等。了解棉籽壳特性，发挥其优势，进一步发掘其开发利用潜力。