通过多种加工技术改善棉籽粕的营养价值和功能性，使其可作为草鱼（Ctenopharyngodon idella）饲料中的大豆粕替代品：对生长、肌肉质地和肠道稳态的影响

《Animal Nutrition》：Nutritional and functional enhancement of cottonseed meal via diverse processing techniques as soybean meal alternatives in grass carp ( Ctenopharyngodon idella): Impacts on growth, muscle texture, and intestinal homeostasis

棉籽 meal 不同加工方法对草鱼生长及肠道功能的影响研究表明，完全替代大豆 meal 的未处理棉籽 meal 显著抑制草鱼生长，降低消化酶活性，并引发肠道炎症和氧化应激。经水解、浓缩、烤制或发酵处理的棉籽 meal 均可缓解负面影响，其中水解棉籽 meal（HCM）效果最佳，显著提升增重率、肌肉氨基酸含量及抗氧化能力，同时改善肠道菌群结构，减少致病菌 Aeromonas 和增强有益菌 Streptococcus、Akkermansia 的丰度。研究证实水解技术通过降解抗营养因子和激活 Nrf2-Keap1 抗氧化通路，有效提升棉籽 meal 的营养价值和生物安全性，为可持续水产饲料开发提供新策略。

　　本研究聚焦于评估不同加工方法对棉籽粕营养价值的影响，以探索其作为草鱼饲料中大豆粕的可行替代方案。草鱼作为一种在全球淡水养殖中具有重要地位的经济鱼类，因其生长速度快、营养价值高以及较强的环境适应能力而受到广泛养殖。随着全球水产养殖业的快速发展，饲料成本占据了养殖总成本的大部分，其中蛋白质来源是主要的支出部分。因此，寻找既经济又可持续的蛋白质来源成为当前水产饲料研究的重点。大豆粕因其高蛋白含量、氨基酸平衡和良好的适口性，一直是水产饲料中的主要植物蛋白来源。然而，由于全球对饲料原料的需求增加、供应有限、价格攀升以及与人类食品和畜牧业之间的竞争加剧，传统的大豆粕正面临越来越多的挑战。为了满足长期可持续发展需求，识别和优化其他植物蛋白来源显得尤为重要。

棉籽粕是棉籽油脂提取后的副产品，作为一种经济实惠且富含营养的非谷物蛋白来源，其全球年产量超过4000万吨。这使其成为一种在水产饲料中具有成本效益的蛋白质替代品。然而，棉籽粕中高含量的抗营养因子，如游离棉酚、环丙烯脂肪酸和植酸，可能会阻碍营养物质的代谢并损害肠道屏障功能。因此，开发有效的加工策略以去除或减少这些抗营养因子，从而提升棉籽粕的营养质量和生物利用度，成为当前研究的关键方向。

为了应对这些挑战，研究者们已经开发了多种物理、化学和生物处理技术，这些技术能够有效降低棉籽粕中的抗营养因子含量并提高其蛋白质的消化率和生物利用度。其中，水解、浓缩、烘烤和发酵等方法逐渐成为研究热点。水解过程通过酶解作用分解复杂蛋白质，从而提升饲料蛋白的吸收率；浓缩过程则采用化学方法去除棉酚和其他杂质，提高蛋白质纯度；烘烤利用高温高压来降低抗营养因子的活性；而发酵则利用微生物活性降解有害成分，并产生有益代谢产物，促进鱼类生长和肠道健康。这些技术的应用为提高棉籽粕的营养和功能价值提供了有希望的解决方案。

在本研究中，研究人员采用不同的棉籽粕加工方法，包括未经处理的棉籽粕（CM）、水解棉籽粕（HCM）、棉籽蛋白浓缩物（CPC）、烘烤棉籽粕（RCM）和发酵棉籽粕（FCM），并将其作为饲料中的蛋白质来源，以评估其对草鱼的营养价值和生理影响。研究总共使用了720条草鱼幼鱼，随机分配到六种不同饲料组，每组有40条鱼，三个重复。其中，对照组（CON）含有44%的大豆粕，而实验组则用不同处理的棉籽粕完全替代大豆粕。实验持续八周，期间每日喂食三次，喂食量为鱼体重的3%-5%。水体质量参数如水温、氨氮、亚硝酸盐和溶解氧均被监测并维持在适宜范围内。

研究结果显示，未经处理的棉籽粕（CM）显著影响草鱼的生长、肌肉质量、抗氧化能力、肠道形态和微生物群落结构，导致生长性能、肌肉质量、抗氧化能力、肠道形态和微生物群落结构等方面出现明显的不良影响。相比之下，经过加工的棉籽粕（如HCM、CPC、RCM）在不同程度上缓解了这些不良影响，其中HCM表现出最显著的改善效果。具体而言，HCM、RCM和CPC组在生长性能、消化酶活性、肌肉游离氨基酸水平以及肠道抗氧化基因（如nrf2、cat、cuznsod、gpx1和gpx4）的表达上均有所提升，同时显著降低了炎症标志物（如tnf-α、il-1β、il-6、il-8、il-12β和nf-κb）的表达。值得注意的是，HCM组在这些指标上优于其他加工后的棉籽粕组，而FCM组与未加工的棉籽粕组相比没有显著改善。

这些效果主要通过调控核因子Nrf2（Nrf2）和Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）以及核因子κB（NF-κB）信号通路实现。Nrf2-Keap1通路在细胞抗氧化防御中起关键作用，而NF-κB通路则与炎症反应密切相关。研究发现，HCM组显著提高了Nrf2及其下游基因的表达水平，同时降低了Keap1的表达，从而增强了抗氧化防御能力。此外，HCM组还有效降低了CM诱导的潜在病原菌Aeromonas的丰度，并提高了有益菌群（如Akkermansia和Fusibacter）的丰度，同时显著增加了Streptococcus的丰度。这些发现强调了水解工艺在提升棉籽粕的营养和功能特性方面的重要性，支持其作为水产饲料中可行且可持续的蛋白质来源。

本研究的实验设计不仅关注草鱼的生长性能，还涵盖了多个生理参数，如肌肉质量、肠道健康、抗氧化能力、免疫响应等。在肌肉质量方面，HCM组的肌肉硬度、粘附性、弹性和咀嚼性显著提高，表明其在提升肌肉品质方面具有明显优势。此外，HCM组在肌肉游离氨基酸组成上也表现出更优的改善效果，其总氨基酸（TAA）、必需氨基酸（EAA）和风味氨基酸（FAA）的含量均显著高于CM组，且与CON组无显著差异。这表明HCM在维持肌肉蛋白质合成和组织完整性方面具有较高的营养价值。

肠道健康方面，研究发现未经处理的棉籽粕显著增加了肠道中促炎性细胞因子（如tnf-α、il-1β、il-6、il-8、il-12β和nf-κb）的表达，同时降低了抗炎性细胞因子（如il-10和tgf-β1）的表达，这表明CM组的草鱼肠道存在明显的炎症反应。相比之下，经过不同处理的棉籽粕在一定程度上缓解了这些炎症反应，其中HCM组的改善效果最为显著。此外，HCM组在调节肠道免疫响应方面也表现出优于其他处理方法的效果。

肠道微生物群落的分析进一步揭示了棉籽粕加工对草鱼肠道菌群的影响。研究发现，CM组的肠道微生物多样性显著增加，这可能与有害菌群的增加有关。而HCM组则表现出更平衡的微生物分布，其微生物多样性指标（如Chao1和Faith PD）接近CON组的水平，同时Simpson指数的降低表明微生物群落的稳定性得到提升。在菌群组成方面，HCM组显著提高了有益菌群（如Streptococcus、Akkermansia和Fusibacter）的丰度，同时降低了潜在病原菌Aeromonas的丰度。这表明HCM不仅能够改善肠道健康，还能有效调节肠道微生物群落结构，促进有益菌的增殖，抑制有害菌的生长。

综上所述，本研究揭示了不同棉籽粕加工方法对草鱼生长性能、肌肉质量和肠道健康的影响。其中，水解棉籽粕（HCM）表现出最显著的改善效果，不仅提高了草鱼的生长性能和肌肉品质，还有效缓解了由未加工棉籽粕引起的肠道炎症和微生物失衡问题。这些发现为棉籽粕在水产饲料中的应用提供了坚实的理论和实践基础，同时也为实现更可持续和高效的水产养殖提供了新的思路和方法。