我国拥有丰富的非常规饼粕类蛋白饲料原料，2022年我国棉籽粕和菜籽粕的产量分别达到510万t和773万t[1-2]。棉籽粕是一种高热值和具有特殊生物价值的蛋白质饲料原料，粗蛋白含量约为45%，且富含维生素E、硫胺素等多种维生素，磷含量约为1%[3]。但棉籽粕氨基酸比例不平衡，赖氨酸含量较低，精氨酸含量较高，特别是含有游离棉酚、植酸等多种抗营养因子，不仅影响养分的消化吸收，还会损害动物的健康，严重制约了棉籽粕在畜禽饲料中的应用。游离棉酚会破坏胃肠道黏膜，降低动物的消化功能，导致动物食欲减退，体重下降；同时也会破坏雄性动物的睾丸生精上皮，导致精子畸形和死亡，从而降低公畜的繁殖能力。菜籽粕中富含多种矿物质、维生素和微量元素，粗蛋白含量较高，氨基酸组成较为平衡，含硫氨基酸、赖氨酸和蛋氨酸含量也较高。但菜籽粕含有硫代葡萄糖苷等抗营养因子，不仅会影响单胃动物的消化利用，还会阻碍甲状腺素的合成，导致甲状腺肿大，影响其代谢功能，降低动物的采食量和生长性能[4]。研究表明，棉籽粕和菜籽粕通过物理、化学和生物等方法处理后，可有效降低抗营养因子含量，提高动物对营养物质的消化吸收[5]。本文综述了我国主要非常规蛋白饲料原料棉籽粕和菜籽粕中抗营养因子的毒理作用和生物脱除方法，为棉籽粕和菜籽粕在动物生产中的高效利用提供参考。1棉籽粕和菜籽粕中的内源抗营养因子及其毒理作用抗营养因子是指植物自身分泌的某些对动物消化吸收利用产生有害作用的特殊因子，可通过不同的作用机制使动物对饲料中营养成分不耐受，同时引发机体功能紊乱、免疫力下降和代谢性疾病频发等问题[6]。棉籽粕和菜籽粕富含粗蛋白、多种维生素及矿物质元素，但由于含有游离棉酚、硫代葡萄糖苷、植酸等抗营养因子，极大地限制其在畜禽饲料中的利用。1.1游离棉酚游离棉酚是棉籽粕中主要的抗营养因子。棉酚按存在形式分为结合棉酚和游离棉酚。结合棉酚结构稳定，在动物消化道内不被吸收，通常情况下无毒；游离棉酚是一种黄色多酚羟基双萘醛类化合物，分子式为C30H30O8，不溶于水而溶于有机溶剂，主要存在于棉花的根、茎、叶和种子内。游离棉酚可通过破坏动物胃肠道黏膜降低消化功能，导致动物食欲减退、腹泻、体重下降；同时可从消化道进入血液，从而损害肾脏、肝脏、心脏等实质器官，还可影响动物的生殖功能，从而导致繁殖性能下降[7]。不同动物对棉酚的耐受性不同。猪对游离棉酚较敏感，其耐受量为100 mg/kg，超过此量可能中毒死亡；肉仔鸡对棉酚的耐受量为150 mg/kg，蛋鸡饲粮中游离棉酚最高允许量为20 mg/kg[8]。我国《饲料卫生标准》（GB 13078—2017）中规定，棉籽加工产品中游离棉酚的含量不高于1 200 mg/kg，家禽（产蛋禽除外）、猪配合饲料中分别不高于100、60 mg/kg，犊牛精料补充料中不高于100 mg/kg，羔羊精料补充料中不高于60 mg/kg，其他畜禽配合饲料中不高于20 mg/kg[9]。1.2硫代葡萄糖苷硫代葡萄糖苷简称硫甙或硫苷，经芥子酶分解后生成异硫氰酸酯（isothiocyanate，ITC）、噁唑烷硫酮（oxazolidinethione，OZT）和腈类等有毒有害物质。OZT是菜籽粕中的主要毒素，其对甲状腺的毒害作用较大，主要表现为通过抑制甲状腺内活化碘和甲状腺结合，抑制甲状腺的生长以及干扰甲状腺球蛋白分解，导致甲状腺肿大；还可诱发动物的肝、肾肿大，降低动物采食量和生长性能，高剂量可引起动物死亡[10]。ITC因其自身的刺激性会损害动物的消化道黏膜，或对肺和肾脏造成实质性损害[11]。腈类物质的毒性是硫甙分解产物中最强的，长期或大量摄入会损害动物的肝脏和肾脏[12]。反刍动物、猪、兔、家禽对饲粮中硫代葡萄糖甙的耐受量分别为1.50~4.22、0.78、7.00、5.40 μmol/g[13-15]。我国《饲料卫生标准》（GB 13078—2017）中规定产蛋禽配合饲料中OZT的含量不高于500 mg/kg，其他家禽配合饲料中不超过1 000 mg/kg；犊牛、羔羊精料补充料中ITC的含量不超过150 mg/kg，猪（仔猪除外）和家禽配合饲料中ITC的含量不超过500 mg/kg[9]。1.3植酸植酸又名肌醇六磷酸，主要存在于植物的种子、根干和茎中，在豆科植物的种子、谷物的麸皮和胚芽中的含量较高[16]。植酸可与金属离子、蛋白质分子结合产生不溶性化合物，使其不易被机体吸收利用，从而影响动物的生长发育和繁殖[17]。植酸的检测方法主要有直接检测法和间接检测法。直接检测法包括分光光度法、分子荧光法、高效液相色谱法、离子色谱法、电泳法和质谱法；间接检测法包括滴定法和电感耦合等离子体发射光谱法[18]。因滴定法和分光光度法等传统检测植酸的方法灵敏度低，分离植酸的能力有限，高效液相色谱法、离子色谱法和质谱法等方法在检测植酸中的应用越来越广泛。2抗营养因子的脱除方法饲料中抗营养因子的脱除方法有物理法、化学法和生物法[19]。物理法的原理主要是通过高温或高压等物理方式使饲料原料中的蛋白质、氨基酸等物质与抗营养因子结合生成无毒物质，或直接降解抗营养因子。化学法是在适宜的条件下，向含有抗营养因子的饲料中加入化学试剂（CuSO4和H2O2等），发生化学反应，使抗营养因子失效[6]。生物法包括酶制剂处理法和微生物发酵法，即通过加入酶制剂或通过微生物发酵作用，使饲料中的抗营养因子被降解和转化。2.1物理脱毒法2.1.1加热法加热法分为干热法和湿热法。干热法包括烘烤、微波辐射和红外辐射；湿热法包括蒸煮、热压和挤压等。加热法操作简单、效率高、成本低，但不同的抗营养因子受热分解所需的温度和时间不同，加热不足易导致抗营养因子残留，加热过度则会使饲料本身的营养成分如赖氨酸、含硫氨基酸和维生素流失，因此要严格控制作用的温度和时间以求达到最佳效果[6]。如菜籽粕在100 ℃加热5 min或2 h，菜籽粕硫甙的去除率从24%提高至95%，但同时蛋白质可溶性由85%降至40%，蛋白质消化率由79%降至71%[20]。利用蒸汽爆破技术经2.0 MPa处理60 s后，菜籽粕中总硫甙、ITC含量显著降低，并且对营养物质消化率无显著影响[21]。2.1.2挤压膨化法挤压膨化法是在螺旋加压的条件下对饲料进行挤压，使其受热喷出，最终导致抗营养因子失效。宋晓昱等[22]使用环隙出料方式对棉籽粕进行膨化加工，可使游离棉酚含量降低至120~140 mg/kg。分析原因，可能是在高温和强剪切力处理下游离棉酚结构发生变形，从而产生脱毒效果。倪海球等[23]使用双螺杆干法挤压膨化机对饲料级菜籽粕进行加工后，菜籽粕中硫甙和植酸含量显著降低，分别从16.49 μmol/g、52.38 mg/g降低至1.96 μmol/g、46.14 mg/g，降低率达88%、12%；且ITC和OZT含量低于检测限（0.15 mg/g），此外膨化菜籽粕的干物质、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、钙和总磷含量均有所增加。2.1.3机械加工法机械加工法通过去除植物原料中抗营养因子含量较高的部位降低其含量。棉籽粕在机械力作用下，随着粒径的改变，游离棉酚与蛋白质及磷脂等物质可螯合成结合棉酚，从而起到脱毒的效果。姚忠等[24]研究表明，棉籽粕在含水率9.5%且添加硫酸亚铁的条件下高速粉碎50 min，游离棉酚的含量由895 mg/kg降至324.5 mg/kg，降低了63.74%，可取得较好的脱毒效果。2.2化学脱毒法化学脱毒法是在适宜的条件下，通过添加化学试剂的方法对原料中的有毒成分进行分解、中和、溶解、结合，以去除毒性。化学脱毒法主要有酸碱溶液处理法、醇类溶液处理法和盐处理法等，但化学法会导致饲料原料外观改变、适口性变差、营养物质流失，且需要在处理后对原料进行清洗干燥，增加了生产成本[25]。如在游离棉酚含量为873 mg/kg的机榨棉籽饼中添加1% FeSO4处理后，游离棉酚含量降低至502 mg/kg[26]。菜籽粕经3%硫酸处理后，单宁、植酸、硫甙的脱除率分别为68.21%、71.03%和72.46%，但同时菜籽粕的苦味增加、营养损失高达10%[27]。向菜籽粕中加入FeSO4和CuSO4处理后，硫甙脱毒率可达85.2%，虽然成本较低，但也存在适口性差、营养损失严重、带有一定污染等问题[28]。2.3生物脱毒法2.3.1酶制剂处理法酶制剂处理法是利用植酸酶、单宁酶等酶制剂钝化抗营养因子。在饲料中添加酶制剂可以消除饲料原料中的抗营养因子，还能够改善幼龄畜禽内源酶不足的问题，促进内源酶的分泌。刘军等[29]研究发现，菜籽粕在45 ℃、pH值4.7的条件下添加2.4%植酸酶反应90 min，植酸降解率可达62%。杨文婷等[30]比较了棉酚降解酶和热带假丝酵母ZD-3对棉籽粕的脱毒效果，结果表明，棉酚降解酶对棉籽粕中游离棉酚的降解率可达92.67%，远高于热带假丝酵母对棉酚的降解率；且酶解只需2 h，极大提高了脱毒效率。与其他方法相比，酶制剂处理法较高效、专一，但对环境要求较高，同时各种酶的最佳用量及协同作用机制还有待进一步研究。2.3.2微生物发酵法微生物发酵法是在可控制的条件下，利用微生物发酵技术通过控制发酵所需的水分、氧气含量、温度、发酵时间等条件，以植物性农副产品为主要发酵底料开发的高效安全、无药物的新型饲料资源和饲料添加剂的总称[31]。微生物发酵技术可以降解和转化饲料中的一些抗营养因子，还具有改善动物的肠道健康、增强机体免疫力、改善饲料适口性等效果。按照微生物发酵采用的培养基状态，微生物发酵可分为固态发酵和液态发酵。固态发酵因其发酵量大、发酵设备简单、排污少等优点，在非常规蛋白饲料发酵中得到广泛的应用。按照微生物对氧的需求，固态发酵方式可分为好氧发酵、厌氧发酵及分步发酵。其中，好氧发酵的发酵速度快，周期短，物料转化率高，但耗损大；厌氧发酵味道浓厚，呼吸耗损小，但发酵周期长[32]。而分步发酵的方法可结合好氧发酵和厌氧发酵的工艺优点，提高抗营养因子的脱除效率[33]。微生物发酵降解抗营养因子的关键是菌种的选择，针对不同的原料发酵使用的菌种也不同，目前市场上用于饲料发酵的菌种主要包括乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和霉菌等[34]。按发酵所用微生物种类进行划分，可分为单一菌种发酵和混合菌种发酵[34]。ZHANG等[35]以枯草芽孢杆菌作为单一菌种发酵棉籽粕，在接种量1.0×107 CFU/g、39 ℃、初始pH值6.5的条件下发酵72 h，发酵后棉籽粕的粗蛋白和必需氨基酸含量提高，游离棉酚含量由289.8 mg/kg降至61.25 mg/kg，降解率达78.86%。单菌发酵虽然可在一定程度上降解饲料原料中的抗营养因子，但一般情况下多种菌联合发酵的效果一般优于单菌发酵，因此在实际生产应用中多采用混菌发酵的方式。AMIN等[36]采用黑曲霉、嗜酸乳杆菌和枯草芽孢杆菌，在水料比1.2 mL/g、发酵温度30 ℃时对菜籽粕发酵25 d，发酵后菜籽粕中硫甙和植酸水平分别下降67.81%、82.85%，粗纤维水平降低47.33%。微生物发酵法具有成本低、无化学残留、安全等优势，是目前常用的脱毒方法，但有时仍达不到较为理想的效果，因此可采用多种方法联合脱毒[37]。菌酶协同发酵可高效降解非常规蛋白饲料中的抗营养因子，提高营养物质含量，同时改善饲料适口性，促进动物的消化吸收[38]。ZHU等[39]发现，在菜籽粕中先添加纤维素酶和果胶酶，体外50 ℃酶解28 h后，再接种乳酸菌，体外37 ℃发酵48 h，经过菌酶协同发酵后的菜籽粕与未经处理的菜籽粕相比，硫甙含量降低了62%。3生物发酵脱毒饼粕饲料在动物生产中的应用生物发酵不仅可以降解发酵底物中的抗营养因子水平，还可分解其他大分子营养物质，产生各种消化酶类、氨基酸、维生素、小肽以及芳香物质等，从而改善饲料适口性、营养价值和动物的消化利用率[40]。3.1发酵棉籽粕在动物生产中的应用3.1.1发酵棉籽粕在猪生产中的应用猪对游离棉酚较为敏感，因此棉籽粕及发酵棉籽粕在猪生产中的应用研究相对较少。关红民等[41]研究发现，分别在保育猪、生长猪和育肥猪饲粮中使用2%、6%和9%的发酵棉籽粕等量替代豆粕可显著提高各阶段猪的生长性能，降低腹泻率、发病率和死亡率。在生长育肥猪饲粮中，未发酵棉粕替代豆粕的比例达5%时即可对猪的生长性能产生不利影响，而发酵后的棉粕替代豆粕的比例可达10%~30%，还可以改善猪肉品质，提高养殖的经济效益。GU等[42]研究表明，使用发酵棉籽粕部分替代豆粕饲喂断奶仔猪，与对照组相比，试验组仔猪的生长性能显著提高，腹泻率降低。3.1.2发酵棉籽粕在家禽生产中的应用棉籽粕发酵后游离棉酚含量降低，富含维生素、有机酸等代谢产物，对动物生长性能、脂肪代谢、免疫和抗氧化功能、肠道形态和微生物组成具有积极调控作用。发酵棉籽粕在家禽生产中应用较多，如在日粮中添加6%的发酵棉籽粕可提高肉鸡的平均日增重和平均日采食量，并改善了肉鸡的屠宰性能[43]。申佳佳等[44]研究表明，日粮中发酵棉籽粕的添加水平过高可降低马冈鹅的生长性能，引起肠道形态结构和免疫屏障功能受损，推荐发酵棉籽粕添加水平不高于20%。发酵棉籽粕对肉鸡日粮养分代谢率的影响与其添加水平有关，添加量为3%时，日粮粗脂肪、钙和总磷的表观代谢率显著升高，当添加量达到9%时对日粮养分表观代谢率无显著影响。聂存喜[45]和牛俊丽等[46]研究表明，发酵棉籽粕主要通过影响脂肪代谢相关酶活性和激素水平参与调控肉鸡体内脂肪的合成与分解，且这种调控作用因棉籽粕发酵所用菌种的不同而有所差异。3.1.3发酵棉籽粕在反刍动物生产中的应用反刍动物因其特殊的消化道结构及消化方式对棉籽粕中的棉酚具有一定耐受性，棉籽粕替代豆粕作为日粮中主要的蛋白质来源不会影响育肥期肉牛和肉羊的生长性能和屠宰性能，而棉籽粕经过发酵处理后，品质有所提升，可成为反刍动物的优良蛋白来源[47]。梁敏等[48]研究表明，饲喂添加6%发酵棉籽粕的日粮可显著提高安格斯肉牛的平均日增重和平均日采食量，降低料重比，且肉牛血清中总蛋白、谷氨酸和免疫球蛋白的含量显著提高。YUSUF等[49]研究表明，发酵棉籽粕可提高胡羊瘤胃挥发性脂肪酸和丙酸盐的浓度，降低了肌肉中饱和脂肪酸的含量。3.2发酵菜籽粕在动物生产中的应用3.2.1发酵菜籽粕在猪生产中的应用菜籽粕经发酵后，其硫苷、单宁、植酸等有害物质和抗营养因子含量显著降低，蛋白质品质改善，饲用价值得到提升。彭双等[50]采用黑曲霉发酵菜籽粕后，菜籽粕的粗蛋白、小肽、钙、总磷和氨基酸含量显著升高，硫甙含量降低了43.72%，ITC含量降低了56.11%，将黑曲霉发酵的菜籽粕添加到日粮中可显著提高猪的生长性能和营养物质表观消化率。孙佩佩等[51]研究显示，菜籽粕发酵后粗蛋白和粗脂肪含量分别提高1.91%和24.27%，ITC、OZT降解率分别达91.92%和100.00%；日粮中添加发酵菜籽粕不仅可改善猪的生长性能，还可提高机体的抗氧化能力和免疫功能。菜籽粕发酵后，其中的有益菌及代谢产物还可能通过调控猪体内脂肪酸的合成与代谢，改变猪肉脂肪酸组成及含量，从而显著提高猪肉中肌苷酸含量和感官评分，改善猪肉风味。3.2.2发酵菜籽粕在家禽生产中的应用发酵菜籽粕主要应用于肉鸡生产，可对肉鸡的生长性能、免疫性能、抗氧化能力、肠道形态和肠道消化酶活性等产生一定影响[52]。陈昭琪等[53]研究表明，菜籽粕发酵后的粗蛋白和粗脂肪含量分别提高11.58%、89.4%，硫甙的降解率达到91.74%，ITC和OZT的降解率分别为65.56%和74.55%；在肉鸡日粮中等氮替代豆粕的比例为15%时，可显著改善肉鸡的生长性能。WU等[54]给肉鸡分别饲喂0、5%、10%和15%发酵菜籽粕，等量替代豆粕的基础日粮，结果显示，当发酵菜籽粕添加量为10%时，肉鸡的平均日增重和平均日采食量显著提高，且对免疫功能无不利影响。ZHANG等[55]研究表明，在日粮中添加发酵菜籽粕能够提高肉鸡的生产性能，显著改善肠道形态。3.2.3发酵菜籽粕在反刍动物生产中的应用以菜籽粕作为日粮时，若使用比例超过其规定的安全使用范围，就会使动物中毒，反刍动物也会产生一些与单胃动物相似的病理反应[56]。而菜籽粕发酵后不仅可降低抗营养因子含量，还可提高粗蛋白和氨基酸含量，改善适口性。郑杰等[57]使用发酵菜籽粕50%等氮替代精料日粮中的豆粕，结果显示，饲喂发酵菜籽粕的羔羊被毛顺滑，腹泻率降低，平均日增重显著提高，血清免疫功能得到改善。曾钰等[58]研究表明，发酵菜籽粕全部替代基础日粮中的豆粕对肉牛的生长性能和养分表观消化率无负面影响，在替代比例为75%时，肉牛的生长性能得到改善。MI等[59]研究显示，在黑山羊的日粮中添加19.04%的发酵菜籽粕，可显著提高瘤胃内短链脂肪酸、丙酸盐、丁酸盐的含量，还能够提高黑山羊瘤胃内微生物群中放线菌及拟杆菌的相对丰度。4展望棉籽粕和菜籽粕发酵后能够降低抗营养因子水平，提高粗蛋白、氨基酸等营养物质含量。饲粮中添加一定比例的发酵棉籽粕和菜籽粕可以促进动物生长，提高动物机体的免疫力和抗氧化能力，改善畜产品品质。但目前关于饼粕类非常规饲料原料的发酵工艺，如菌种、发酵温度、发酵时间、料水比和接种量等，仍没有具体的参照标准。针对发酵饼粕类非常规饲料生产工艺的优化和发酵流程的标准化问题，亟须开展更加深入的研究。此外，非常规饲料抗营养因子的脱毒方法也不应仅局限于生物脱毒法，可采用物理、化学和生物多种方法联用的方式进行脱除。