氢氰酸亚麻籽及其饼粕营养价值、毒理研究

氢氰酸亚麻籽及其饼粕营养价值、毒理研究 氢氰酸 亚麻籽及其饼粕营养价值、毒 理研究 氢氰酸亚麻籽及其饼粕营养价值、毒理研究2010-05-1812:08氰苷(一)概况氰苷(cyanogenicglycoside)广泛存在于植物中。Cheeke(1985)报道，已发现1000多种生氰植物，20余种氰苷。生氰植物在体内合成氰苷的过程为:氨基酸?N-羟基氨基酸?醛肟?腈?α-羟腈。不同的氨基酸可以产生不同的氰苷，饲料中最常见的氰苷有亚麻苦苷(1inamarin，C10H20O2)，是由L-缬氨酸形成的，百脉根素(corhicutatusin)是由L-异亮氨酸形成的，蜀黍苷则是由L酪氨酸形成的。氰苷的水解通常由水解酶催化进行，在含氰苷的植物中，都存在β-葡萄糖酶和羟腈裂解酶。Montgomery(1980)指出，在完整的植物体中，氰苷与其水解酶在空间上是隔离的，两者存在于植物体同一器官的不同细胞中，当植物体受到破坏，氰苷与水解酶接触，水解反应开始迅速进行，其反应历程如下图。氰苷在酶作用下分解释放HCN的过程. Bennett等(1994)报道，氰苷在植物的不同生长阶段，不同程度地产生次生代谢产物，对自身进行保护。(二)存在和含量亚麻种子及其饼粕主要含有亚麻苦苷和少量百脉根素，其含量因亚麻的品种、种子成熟程度以及种子含油量等因素的不同而异。完全成熟的种子中极少或完全不含亚麻苦苷，油用亚麻种子中亚麻苦苷含量较少。含油量越低的种子，亚麻苦苷含量越高。纤维用亚麻种子中含亚麻苦苷较多。亚麻籽饼中亚麻苦苷的含量因榨油不同而有很大差异。用溶剂提取法或在低温条件下进行冷榨时，亚麻籽中的亚麻苦苷和亚麻苦苷酶可原封不动地残留在饼粕中，一旦条件适合，就分解产生氢氰酸。相反，采用机械热榨油法时，其亚麻苦苷和亚麻苦苷酶绝大部分被破坏，因而饼粕中氢氰酸含量较低。Kingsbury(1964)报道，每l00g亚麻籽粕中氢氰酸含量为53mg(HCN)。木薯主要含有亚麻苦苷，其中亚麻苦苷约占总量的90%~95%。块根中氰苷含量最高，主要集中在块根的皮层，根、茎、叶中也有一定含量。亚麻苦苷在与其共存的亚麻苦苷酶的作用下，水解放出氢氰酸。木薯氢氰酸的含量因品种不同而有较大的差异，苦味种氢氰酸含量较高，甜味种氢氰酸含量较低。木薯中氢氰酸的含量还因栽培的季节、土壤、肥料、气候等不同而异。Montgomery(1980)报道，苦味木薯中氢氰酸含量可变异在0.53~2.45mg/g。br高梁成熟前的籽实和茎叶中均含有氰苷。Montgomery(1980)报道，未成熟高梁全株中氢氰酸含量为2.5mg/g。br(三)氰苷的毒性br氰苷本身不表现毒性，但含有氰苷的饲料被动物采食、咀嚼后，在适宜的条件下，氰苷与共存酶的作用，水解产生氢氰酸而引起中毒，Chen等(1934)报道，氰化物的致死量每千克体重为0.5~3.5mg。br单胃动物在采食含氰苷的饲料后，氰苷的水解过程多在小肠中进行，中毒症状出现较晚。反刍动物由于瘤胃微生物的活动，可在瘤胃中将氰苷水解产生氢氰酸，中毒症状出现较早。吸收后的氰迅速与氧化型细胞色素氧化酶中的三价铁结合，形成氰化细胞色素氧化酶，从而抑制细胞色素氧化酶的活性，使组织细胞不能利用氧，发生"细胞内窒息"，引起脑、心血管等系统的机能障碍，尤以呼吸中枢和运动中枢为甚。由于组织细胞不能利用氧，氧滞 留于血液中，静脉血呈鲜红色。氢氰酸急性中毒发病较快，反刍动物在采食15~30min后即可发病，单胃动物多在采食后几小时呈现症状。主要症状为呼吸快速和困难，呼出苦杏仁味气体，随后全身衰弱无力，行走站立不稳或卧地不起，心率失常。中毒严重者最后全身阵发性痉挛，瞳孔散大，因呼吸麻痹而死亡。br家畜长期摄人含氰苷的饲料，由于氢氰酸在体内经硫氰酸酶的作用，转 四)卫生brbr中国饲料卫生标准中:化为硫氰酸盐，导致慢性中毒。br( 氰化物(以氢氰酸计)的允许量为木薯干中?100mg/kg;胡麻饼粕中?350mg/kg;鸡混合饲料、猪配、混合饲料中?50mg/kg。br(五)脱毒和合理利用brbr1.脱毒处理氰苷可溶于水，经水解酶或稀酸的作用可水解为氢氰酸，氢氰酸的沸点低(26?)，加热易挥发。故一般采用水浸泡、加热蒸煮等办法即可脱毒。木薯去皮切成小段，煮熟，放人清水浸泡1~2天，即可饲用。如将鲜薯加热30min，氢氰酸也可全部消失。亚麻籽饼用水浸泡后煮熟，煮时将锅盖打开，可使氢氰酸挥发而脱毒。发酵对去除氢氰酸也有作用。br2.限量饲喂用木薯块根作饲料时，可占饲粮的15%~30%，在配合饲料中的用量一般以10%为宜。亚麻籽饼粕饲喂单胃动物一般不超过20%为宜，最好间歇饲喂。br3.营养调控木薯的蛋白质含量低，尤其缺乏蛋氨酸，故木薯用作饲料时，应与蛋白质含量较高的饲料搭配，并添加一些蛋氨酸。添加硫代硫酸钠、硫酸钠等含硫的化合物，其在体内硫氢酸酶的作用下，可与氰结合，生成硫氢酸盐随尿排出。在含有50%~55%木薯粉的肉鸡饲粮中添加0.25%~0.30%硫代硫酸钠，在含有50%木薯的猪饲料中添加0.2%蛋氨酸，均可取得良好的饲养效果。br4.培育低毒品种植物中氰苷的含量因品种不同而差异很大。因此，可选育低毒品种。新西兰和澳大利亚已选育出低氰苷的白三叶饲料品种。 苦杏仁的氢氰酸含量也很高. 亚麻籽及其饼粕营养价值、毒理研究周小洁车向荣于霏亚麻(Flax或Linseed)亦称胡麻(植物学名为linumusitatissimunL.)，是世界十大油料作物之一，居世界油料总产量的第7位。亚麻是一种经济价值较高的油料作物，除制麻外，亚麻籽可榨油，主要供作油漆等化工原料，亚麻饼可作畜禽饲料。目前，亚麻籽总产量全世界在200万吨以上，主要产于加拿大、阿根廷、印度、美国、中国等国家。我国主要产于华北及西北地区的黑龙江、甘肃、内蒙古、新疆、山西、河北、宁夏等地，据统计2000年我国亚麻籽产量大约有62万吨，是世界产量最高的国家，居我国油料总产量的第4位[1]，其亚麻饼产量约 26.5万吨[2]。亚麻分油用亚麻、纤用亚麻、油纤兼用亚麻等经济类型，其脱脂后的副产品称为"亚(胡)麻饼(粕)"。1亚麻籽及饼粕的营养特征亚麻籽含34%的油脂，亚麻机榨粕含5%左右的粗脂肪，浸提法约含1%粗脂肪，其组成成分见表1[4]。亚麻籽脂肪含量最高的是不饱和脂肪酸，其中亚麻酸所占比例较大，为其它常用植物油所不及。亚麻酸是动物机体不能合成又是生命活动必需的ω-3高不饱和脂肪酸的前体物,动物采食亚麻籽日粮后，肉、蛋、奶也会含有大量的ω-3高不饱和脂肪酸。有人用亚麻饼饲喂小鼠，结果其血清中总胆固醇、非高密度脂蛋白胆固醇及肝胆固醇含量均显著降低。随着人们对ω-3高不饱和脂肪酸日感兴趣，亚麻籽作为饲料原料直接使用受到重视。亚麻籽富含蛋白，主要由白蛋白和球蛋白组成，是优质植物蛋白。其氨基酸组成与大豆相似，赖氨酸、蛋氨酸缺乏，富含色氨酸。亚麻饼因品种、产地、榨油方法及工艺不同，其粗蛋白质的含量差异很大(见表1)。亚麻饼粕的蛋白质利用率与亚麻籽在榨油过程中的高温高压有关，高温高压可引起蛋白质变性，使其利用率改变。赵艺等曾实际测得黑龙江省依安、克山等地的亚麻饼组蛋白质含量为30%~40%。亚麻饼亦含有丰富的能量，鸡代谢能为7.78MJ/kg，牛的产奶净能为8.03MJ/kg，猪的消化能为13.47MJ/kg，羊的消化能为14.4MJ/kg。亚麻籽的纤维素含量较高，总膳食纤维达28%左右，其中约30%为可溶膳食纤维。亚麻可溶膳食纤维的主要成分是亚麻胶(mucilage)。亚麻籽纤维里富含一种活性物质亚麻木酚素(lignan)，它是植物雌激素的一种形式，含量可达800μg/g。而其它谷物和大豆仅含2~8μg/g。近些年研究表明，亚麻木酚素有抗有丝分裂、抗真菌、抗氧化特性，最引人关注的是其抗激素敏感癌如乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌等的特性[9]。亚麻油里不含或含很少木酚素。亚麻籽含钙较少，磷较多，其中一部分磷以植酸磷的形式存在。亚麻籽含钾丰富，含镁、铁、铜和锌较少。亚麻籽里维生素A、D缺乏，维生素E以γ-生育酚的形式存在，是天然抗氧化剂。B族维生素含量较高。2亚麻籽及饼粕的毒理学亚麻饼粕中含有许多有毒物质和抗营养因子，如亚麻籽胶、植酸、变应原、生氰糖苷、胰蛋白酶抑制因子、抗VB6因子等。特别是其中生氰糖苷的毒性，大大地限制其在动物饲料中的使用量。因此本文着重就亚麻饼粕中生氰糖苷作一论述。2.1生氰糖苷的组分、结构特性及其含量生氰糖苷存在于亚麻籽的壳和仁中。Smith等(1980)确认，亚麻籽中的生氰糖苷为亚麻苦甙(linamarin)、龙胆二糖丙酮氰醇(linustatin，LN)和β-龙胆二糖甲乙酮氰醇(neolinustatin，NN)，另外还含有少许脉根甙。用NMR进行分析得出各组分的分子结构(图1)[13]，都含有一个氰基。其中， 后两者为二糖苷，熔点为123~125.5?(LN)和190~192?(NN)，从木薯中分离出的亚麻苦甙为无色晶体，熔点139?~141?[14]。亚麻籽中生氰糖苷的含量与品种、种植方式、气候、地理环境等因素有关，Oomah对10个不同品种进行分 龙胆二糖丙酮氰醇(LN)和β-龙胆二糖甲乙析，发现各品种中的亚麻苦甙、β- 酮氰醇(NN)3组分的含量分别为:138~319mg/kg、380~2180mg/kg、730~4540mg/kg。完全成熟的种籽极少或完全不含亚麻苦甙。油用亚麻品种是利用成熟种籽，其种籽中亚麻苦甙含量较少。纤维用亚麻品种由于其收获较早(一般在种籽成熟前收获),所以，其种籽中含亚麻苦甙较多。种籽含油多,生氰糖甙含量越少;种籽含油少,生氰糖甙含量越高。新鲜亚麻籽中的氰化物,以氢氰酸(HCN)含量计，可达0.25~0.69mg/kg，贮藏过程中会下降。亚麻籽饼粕中亚麻苦甙的含量因榨油方法不同而有很大差异。用溶剂提取法或在低温条件下进行冷榨时，亚麻籽中的亚麻苦甙可原封不动地残留在饼粕中。相反，采用机械热 温度一般在100?以上，并且往往高达榨油法时，亚麻籽在榨油前经过蒸炒，( 125?)其亚麻苦甙绝大部分遭到破坏，其亚麻籽饼中氢氰酸产生量很低。但要注意过度加热降低氨基酸的有效性。我国目前一般采用机械热榨油法，其饼粕中氢氰酸含量很低。据对我国甘肃、宁夏等北方5省区44个机榨亚麻籽饼样品的分析结果表明，样品中氢氰酸的含量差异甚大，低者5mg/kg，高者达146mg/kg，但氢氰酸含量16mg/kg者占总样品数的73%[4]。有些土法榨油的作坊，由于亚麻籽的炒焙温度不够高或炒焙不匀，所得的亚麻籽饼的氢氰酸含量更高，可能引起畜禽中毒。2.2生氰糖苷的毒性2.2.1生氰糖苷的致毒机理生氰糖甙本身不呈现毒性。但含有生氰糖甙的植物被动物采食、咀嚼后，植物组织的结构遭到破坏，在适宜的条件下(有水存在，pH=5左右，温度40~50?)，生氰糖甙经过与其共存的水解酶的作用，水解产生氢氰酸(HCN)而引起动物中毒[15，22]。但在正常情况下，二者存在于不同的部位，并不能接触，因此不会引起氢氰酸的释放。氢氰酸的主要毒作用在于氰离子(CN-)能迅速与氧化型细胞色素氧化酶的三价铁(Fe3+)结合，生成非常稳定的高铁细胞色素氧化酶，使其不能转变为具有二价铁(Fe2+)的还原型细胞色素氧化酶，致使细胞色素氧化酶失去传递电子、激活分子氧的功能，使组织细胞不能利用氧，形成"细胞内窒息"，导致细胞中毒性缺氧症。由于中枢神经系统对缺氧最为敏感，而且氢氰酸在类脂质中溶解度较大，容易透过血脑屏障，所以，中枢神经系统首先受害，尤以呼吸中枢及血管动物中枢为甚，临床上表现为先兴奋后抑制。呼吸麻痹是氢氰酸中毒的最严重的表现和致死的主要原因。目前，已发现CN-可抑制40多种 酶的活性，其中大多数酶的结构中都含有铁和铜，因为CN-与铁、铜离子有高度亲和力，但以细胞色素氧化酶对CN-最敏感。由于组织细胞中毒性缺氧，组织细胞不能从毛细血管的血液中摄取氧，这时静脉和动脉的血氧差从正常的4%~5%降至1%~1.5%，因此，静脉血和动脉血一样呈现红色，故在中毒初期，动物的可视粘膜呈鲜红色。如果病程延长，呼吸受到抑制和氧的摄取受到限制，血液才变成暗红色，此时才出现可视粘膜发绀，这一点在临床上具有诊断价值。氢氰酸能引起急性中毒，而长期少量摄入含氰甙的饲料能引起慢性中毒。主要表现为甲状腺肿大及生长发育迟缓。其中毒机理是由于CN-在动物体内经硫氰酸酶的催化作用转化为硫氰酸盐(毒性为氰化物的1/200)。其硫氰基(SCN-)由于和碘离子(I-)有相似的克分子体积及电荷，在甲状腺腺泡细胞聚碘过程中可与I-竞争，从而减少了甲状腺腺泡细胞对碘的浓聚，导致机体甲状腺激素的合 下丘脑-腺垂体-甲状腺轴)的调节机成与分泌减少。根据甲状腺机能调节系统( 制，当血液中甲状腺激素的浓度降低时，通过负反馈作用，使腺垂体分泌大量促甲状腺激素(TSH)。TSH持续不断地作用于甲状腺，从而使甲状腺腺泡细胞呈现增生性变化，形成甲状腺肿。据报道，澳大利亚和新西兰的羊，由于长期采食含氰甙的白三叶而引起羊的甲状腺肿大，生长发育迟缓。2.2.2氰化物中毒的临床症状亚麻饼(粕)中毒为氢氰酸中毒的慢性过程，但症状会逐渐加重。临床上以流涎、震颤、呼吸困难及腹痛、下痢为特征。中毒后呈现不安、流涎、肌肉震颤、可视粘膜、皮肤先鲜红后发绀;静脉血呈鲜红色、较粘稠、易形成泡沫;脉搏快而弱;剧烈腹痛、下痢;后期牙关紧闭、瞳孔扩大、卧地不起、四肢划动、呼吸停止并死亡。剖检可见血管充血，血液呈鲜红色且凝固不良，胃内充满气体，该气体有氢氰酸特有的气味，胃肠粘膜充血或出血，肺水肿及充血，气管和支气管豁膜有出血点。胸腔、腹腔常有红色液体。尸体不易腐败，长时间呈鲜红色。2.2.3氰化物的中毒剂量毒性数据表明HCN是剧毒物质，口服致死量为50~100mg，空气中浓度为200mg/m3时，人吸入10min即可致死[19]。一般来说，每100g植物材料(干重)中HCN含量超过20mg时，就有引起中毒的危险。以生氰糖苷形式经口摄入的HCN，对牛、羊的最低致死量每千克体重为2mg。我国饲料卫生标准也有相关规定(表2)[20]。但是，迄今还没有发现专门关于生氰糖苷阈值的研究报道。3亚麻籽及饼粕中生氰糖苷的测定3.1生氰糖苷的定性氰化物在酸性条件下，水解产生氢氰酸，氢氰酸在碱性溶液中，与亚铁离子作用生成亚铁氰化钠，用盐酸酸化，进一步与三氯化铁反应，生成蓝色的亚铁氰化铁，即普鲁士蓝，借以鉴定氰化物的存在;氢氰酸还能与苦味酸 试纸作用，生成红色的异氰紫酸钠，也可作定性鉴定。3.2生氰糖苷的定量检测测定氰化物的常用方法有硝酸银滴定法、氰离子选择电极法和比色法。硝酸银滴定法为国家标准法，也是美国AOAC推荐方法，其原理是:以氰甙形式存在于植物体内的氰化物经水浸泡水解后，进行水蒸气蒸馏，蒸馏出的氢氰酸被碱液吸收，在碱性条件下，以碘化钾为指示剂，用硝酸银标准溶液滴定定量。滴 kg以上。氰离子选择电极法原理为在pH值为12、定法适用于分析液浓度在1mg/ 硝酸钾为0.1mol/l介质中，氰离子浓度在10-1~10-6mol/l之间，电位值与氰离子浓度负对数呈直线关系，可以求出样品中氰化物的含量。本法分析浓度范围为0.05~10mg/kg。比色法的灵敏度较高，其分析液浓度下限0.02mg/kg。高浓度时，取部分分析液稀释之。比色法又分苦味酸比色法和吡啶-巴比妥酸比色法[18]。氰化钠在酸性条件下，水解生成氢氰酸，遇碳酸钠生成氰化钠，再与苦味酸反应生成异氰紫酸钠，呈玫瑰红色，于波长538nm处测定吸光度，以吸光度为纵坐标，氰离子浓度为横坐标，绘制标准曲线，或计算回归方程，然后根据样液的吸光度，求样液中氰离子的含量;同样，氰化钠在酸性条件下，可与溴反应，生成溴化氰，再与吡啶作用生成5-羟基戊二烯醛，后者与巴比妥酸反应生成紫红色化合物，于波长580nm处测定吸光度，以吸光度为纵坐标，氰离子浓度为横坐标，绘制标准曲线，或计算回归方程，根据样液的吸光度，求样液中氰离子的含量。国外对植物中生氰糖苷的测定方法研究及应用远比国内深入、透彻。除了AOAC推荐方法外，国外使用的方法有:?将样品用酸水解，然后用巴比妥酸-嘧啶复合物染色，再用比色法测定[23]或者用嘧啶-吡唑啉酮染色。?将样品用β-葡(萄)糖苷酸酶水解，用苦味酸吸收HCN，测定光密度。?Tatsuma等(2000)研制出一种快速测定生氰糖苷及氰化物的一次性比色板，其原理是酪氨酸酶能将L-酪氨酸氧化成黑色物质，但这一反应能被HCN(来自生氰糖苷分解产生)阻断，用比色法可定量测定氰化物生成量，测量范围为3μm到0.1mm;如果将酪氨酸酶、β-葡(萄)糖苷酸酶、L-酪氨酸、聚乙烯氧化物涂在一张薄膜上，只要将其与待测物浸提液接触，就可根据出现的颜色与标准比色板作出比较，进而得出其氰化物含量，测量范围在10μm到10mm之间。?色谱分析法.这种检测手段在国外应用最为普遍，如气相色谱法[27]、薄层色谱法[28]、反相HPLC离子色谱法等。应用色谱法可将亚麻籽中生氰糖苷各组分含量分别测出，然后可按化学计量关系转化成HCN的量。特别是高效液相色谱，如果各种条件都满足的话，重复性很好，回收率也很高，但其缺点是受很多因素影响，如柱子、溶剂的不同都影响其准确度。另外，色谱的流动相对实验的结果也有 影响，而且该方法所使用的仪器昂贵，限于各大企业及科研机构实验室中研究时使用。4亚麻饼粕脱毒方法利用加热可使生氰糖苷与其对应酶发生反应，释放氢氰酸，由于其可溶于水，采用流水或多次换水的办法浸泡亚麻饼粕，使其 湿热处理法、干热处脱毒。常用的脱毒方法有，水煮法、湿热处理法、酸处理- 理法。另外近几年研究较多的是混合溶剂浸泡法脱毒，效果很好。但其经济可行性还必须在大规模饲养试验的基础上，从加工费用和营养提高两个角度去综合评比。例如，赵艺等(1990)用热喷技术脱毒处理亚麻饼，使HCN含量由128.25mg/kg降低到48.60mg/kg[2]。冯定远(2000)首次使用制粒和微波处理的物理方法进行亚麻籽中生氰糖苷脱毒的研究，能明显降低生氰糖苷的含量，降低比例分别为55.0%和83.2%，而高温高压及烘干处理的效果有限，证实亚麻籽中生氰糖苷脱毒的机理与细胞结构破坏后，自身水解酶有关[32]。一般的热处理并不能明显改变细胞内部结构，使生氰糖苷与相应的水解酶接触。制粒加工完全破坏整体亚麻籽，而一定的温度促使这种水解作用。同样，微波处理由于红光外的电磁射线被物料所吸收，这种射线波容易引起分子之间的共振，结果过使细胞内部迅速摩擦加热和水蒸气压力升高，导致细胞内结构膨胀和破裂，使生氰糖苷和水解酶接触发生水解作用，所产生的HCN随着水蒸气的逸失而挥发，从而达到脱毒的目的。参考文献1秦爱红，安维太，岳国强.宁夏胡麻科研生产现状及产业化发展建议[J].甘肃农业科技，2002，12:5~72赵艺，田立波.亚麻饼营养价值评价及其应用的研究[J].饲料研究，1997，2:26~283朱爱国译.亚麻[J].中国麻业，2002，24(5):46~494吴灵英.亚麻籽及饼粕在在鸡饲料中的应用[J].饲料工业，2002， 23(3):32~345RanhotarGS.LipidemicResponseinRatsFlaxseedoilandMeal[J].C erealChemistry,1993,70(3):324~329 特别声明: 1:资料来源于互联网，版权归属原作者 2:资料属于网络意见，与本账号立场无关 3:如有侵权，请告知，立即删除。