果渣营养价值及其发酵饲料在畜禽养殖中的应用

2019-11-06 17:13:33      点击:

中国水果种植面积及产量居世界前列,年产果渣上千万吨,然而由于果渣含水量大,不易贮存、运输,营养利用率低等问题多数被丢弃,造成资源浪费与环境污染。果渣营养丰富,其作为饲料资源开发,不仅能缓解养殖业饲料资源不足的问题,还可降低养殖成本,提高经济效益,促进畜牧业及水果种植业、加工业等生态产业链的绿色可持续发展。因此,探索果渣资源化循环利用的方法,研究将果渣转化为具有较高营养价值及饲用价值的蛋白质饲料工艺意义重大。作者综述了苹果、柑橘、菠萝、葡萄及沙棘等果渣的营养价值及其存在的缺陷,微生物发酵工艺及发酵前后果渣营养成分的变化及发酵果渣饲料在动物生产中的应用,以期为果渣的发酵工艺及其发酵饲料的开发、推广应用提供参考。

1    果渣的营养成分及存在的缺陷

中国是水果大国,水果加工副产品产量巨大,年产苹果渣300万t,柑橘渣500万t以上,菠萝160万t,菠萝渣80万t,葡萄渣近1000万t,沙棘果渣几十万t。果渣种类及资源丰富,不同品种水果的果渣营养成分存在差异(表1),含粗蛋白质(CP)、粗纤维(CF)、粗脂肪(EE)、钙、磷等营养物质,是良好的饲料资源。沙棘果渣及葡萄渣中CP、EE及磷含量较高,具有较高的饲用价值;菠萝渣及葡萄渣中CF含量较高,更适用于反刍动物饲料;柑橘渣及葡萄渣中钙含量较高。果渣除含有钙、磷,还含有铜、锌、铁等多种矿物元素(表2),葡萄渣中铜、锌、铁、钾含量较高,沙棘果渣富含硒和镁。

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果渣含有丰富的活性物质,苹果渣含0.9mg/kg维生素B1(VB1)、3.8mg/kg的VB2,沙棘果渣含VA、VB1、VB2、VC、VE等多种维生素,VB2、VC含量分别达93.8、53.9mg/kg。柑橘渣主要含柚皮苷、橙皮苷、柚皮素芸香苷、新橙皮苷等4种黄酮类物质,菠萝渣以槲皮素为主,沙棘果渣以异鼠李素、槲皮素、山奈酚等黄酮类物质为主。果渣含儿茶素、表儿茶素、没食子酸、阿魏酸、原花色素、白藜芦醇及单宁等多酚,木糖、阿拉伯糖等植物多糖,月桂酸、十六烯酸、亚油酸、亚麻酸、油酸等不饱和脂肪酸及苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、酒石酸等有机酸。柑橘渣还含有叶黄素、胡萝卜素、番茄素、玉米黄素、β-隐黄素等多种天然色素。而这些活性物质具有丰富的营养及生理调节功能,在调节抗氧化能力、动物免疫及生长发育的生理机能方面发挥重要作用。总之,果渣具有良好的饲用价值,应用于畜禽养殖业的潜力巨大。

然而,果渣含水量高,易发生霉变,不利于运输及贮存;其pH 为3.0~5.0,酸度大,CF含量高,含有果胶(苹果1%~1.8%,柑橘10%~30%,鲜重)、单宁(苹果0.025%~.27%,鲜重;葡萄渣单宁含量约10%,其中95%为缩合单宁,缩合单宁含量达21~36g/kg),同时含有纤维素及木质素、植酸等抗营养物质,直接饲喂影响其适口性及消化率,不利于动物消化吸收、利用,进而影响动物生长,制约了其直接作为饲料的应用与发展。因此,开发果渣饲料的营养价值及加工工艺对提高动物利用率,促进果渣饲料的推广应用具有重要的意义。

2   果渣微生物发酵

果渣经微生物发酵后不仅水分含量降低,贮存时间延长,还可将植物蛋白转化为单细胞生物蛋白,同时可将纤维素、植酸、单宁等抗营养物质降解为小分子物质,提高了营养价值及利用率,改善了饲料的适口性及品质,饲料利用率提高,促进动物对营养物质的消化吸收。因此,果渣的微生物发酵处理不仅促进废弃物的资源化利用,改善饲料品质,还能促进动物生长,缓解我国养殖业中蛋白资源的缺乏,减少环境污染。

2.1   果渣微生物发酵营养变化

果渣进行微生物发酵可以改善果渣营养结构,提升其饲用价值及品质。利用黑曲霉与酵母(Saccharomyces)复合发酵苹果渣,可增加371%的真蛋白质、25.55%的EE 及28.94%的氨基酸,降低46.47% 的CF,但同时也降低饲料中53.51%的还原糖,而饲料中还原糖不仅影响饲料营养价值,还影响饲料风味。研究发现,植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)与戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)复合菌发酵苹果渣,不仅降低CF,提高CP,同时增加132%的乳酸及63.6%的可溶性碳水合物,降低28.35%氨氮/总氮。基于以上研究,可考虑利用黑曲霉、酵母及乳杆菌的复合菌发酵苹果渣,有望提高饲料CP、还原糖及氨基酸含量,降低饲料CF,以此提升苹果渣发酵饲料的营养价值及利用率。

目前,柑橘多与麸皮、棉籽粕等辅料混合,利用霉菌及酵母菌等进行发酵,以改善饲料营养价值及品质。杨锦才将柑橘渣、麸皮、棉籽饼粉混合并添加3% 尿素,利用白地霉(Geotrichumcandidum)、产朊假丝酵母、康宁木霉(Trichodermakoningii Oud)复合菌进行发酵,终产物CP、真蛋白质、氨基酸分别增加34.46%、58.8%和91.19%,CF、棉酚分别降低24.3%、75%,但饲料EE含量也降低2.3%。有研究报道,将柑橘渣、麸皮按4∶1混合进行白地霉、宇佐美曲霉(Aspergillususamii)、热带假丝酵母(Candidatropicalis)复合发酵,终产物CP、EE含量分别增加81.55%、26.12%,CF 降低40.09%,同时VC含量增加8.76%,VC是抗氧化活性物质,有利于缓解动物的氧化应激。宇佐美曲霉可有效降解植酸,减少植物饲料中抗营养物质含量。因此,柑橘渣发酵可考虑加入宇佐美曲霉进行复合发酵,降低果渣中植酸含量,增加EE含量。菠萝渣添加20%麸皮后进行霉菌(绿色木霉或根霉)和产朊假丝酵母的复合发酵,发酵后终产物果香味浓郁、适口性好,且能显著提高饲料中CP含量;而绿色木霉的发酵效果更佳,CP、氨基酸总量及必需氨基酸含量均显著增加,发酵饲料中游离氨基酸含量提高,进而提高了饲料蛋白质的利用率。

葡萄渣、麸皮混合后利用酵母菌复合发酵,可增加CP含量,降低CF及EE含量。将葡萄渣、玉米、麸皮混合,利用产朊假丝酵母与嗜酸乳杆菌(Lactobacillusacidophilus)复合发酵,或将葡萄渣、苹果渣、豆渣混合,利用酿酒酵母及植物乳酸杆菌复合菌发酵,均可增加饲料中CP,降低ADF、NDF含量,而不影响EE含量。因此,可以考虑对葡萄渣复合饲料进行酵母菌与乳酸菌的复合发酵,以减少酵母菌单独发酵降低EE含量的弊端。有研究表明,葡萄渣利用复合菌(里氏木霉、黑曲霉、酿酒酵母)发酵可提高有机物、CP、NDF、ADF等营养物质消化率;泡盛曲霉(Aspergillus awamori)发酵产生的木聚糖酶及果胶酶能有效降解葡萄渣中木聚糖及果胶等抗营养物质,促进营养物质的利用。因此,葡萄渣在利用复合菌发酵时可适当添加霉菌,有助于饲料CP及营养物质的消化。

沙棘果渣利用黑曲霉发酵的终产物CP、蛋白酶活力增加25.95%、705.56%;而纤维素酶活力、氨基酸总量降低11.91%、20%。研究发现,毛霉发酵可显著提高沙棘果渣中CP及氨基酸含量,而利用酵母菌与枯草芽孢杆菌复合菌发酵可使终产物具有浓郁果香,CP增加136.28%,EE及CF分别降低8.07%、54.39%。因此,可考虑利用霉菌(黑曲霉、毛霉)、酵母与枯草芽孢杆菌复合发酵,以提高沙棘果渣的CP、氨基酸总量,降低CF含量,提高饲料营养价值及利用率。

果渣发酵过程中,微生物利用其自身合成的纤维素酶、植酸酶、蛋白酶等降解果渣中纤维素、木质素、植酸、果胶、凝集素等大分子物质为小分子易消化吸收的物质,进而降低纤维素含量,提高还原糖、氨基酸总量;微生物繁殖过程中可产生有机酸(如乳酸),降低果渣pH,增加果渣酸香味;果渣的微生物发酵过程中,微生物一方面促进饲料中无机氮向有机氮的转化,另一方面也加强了对纤维素、脂肪等营养物质的利用,转化为自身繁殖所需的蛋白质,从而增加果渣中CP含量。

2.2   果渣发酵工艺存在的问题

果渣微生物发酵不仅改善果渣饲料营养价值,同时能改善饲料适口性,提高其利用率和转化率。由于菌种类型、功能、配比不同,原料种类及配伍的多样性及果渣发酵条件(如菌株多样性、温度、pH、料水比等)的复杂性,导致果渣的发酵工艺也呈现多元化,发酵饲料制备过程中的问题也复杂、多样。

果渣发酵饲料具有发酵饲料存在的共性问题,即营养、品质不稳定。一方面,果渣由于来源不同,营养成分存在差异,同时果渣含水量大,易腐烂、霉变,导致其营养成分、质量不稳定;另一方面,由于发酵菌种来源及活性差异,导致微生物代谢速度不同,发酵效率差异,进而导致发酵饲料品质的不稳定。因此,果渣发酵饲料宜采用地源性果渣,不仅能减少果渣运输、贮存上的成本,同时能最大限度保持果渣来源及营养成分的稳定性;另外,应明晰发酵菌种特性,优化发酵条件(如菌种配比、碳氮比、接种量、发酵时间、温度、料水比等),保持发酵工艺的稳定性。

果渣是水果加工后副产品,含CP、EE、CF等营养物质,但营养水平有限,因此果渣发酵需添加适当辅料(如麸皮、糟渣或其他果渣),必要时需添加氮源(如硝酸盐、尿素)、葡萄糖等物质,一方面提高饲料营养价值,满足动物生长需求,另一方面促进微生物的营养物质转化,提高CP、EE及氨基酸总量,有效降解纤维素,改善饲料适口性,提高饲料利用率。此外,由于果渣中抗营养因子含量较高,可添加如聚乙二醇或葡萄糖等物质,以提高微生物种类及活性,进而促进单宁、果胶、植酸等抗营养因子的降解,提高发酵饲料的有机物消化率。

3   果渣发酵饲料在畜牧业中的应用

3.1   果渣发酵饲料在猪生产中的应用

在不同生长阶段,日粮中果渣发酵饲料的添加量(均以干物质计,下文同)不同:仔猪及生长猪不宜超过10%,而肥育猪阶段可达到30%。发酵柑橘渣替代8%的基础日粮(干拌料)饲喂断奶仔猪,可提高其平均日采食量(ADFI),降低小肠pH 及腹泻率,对仔猪的促生长作用及缓解断奶应激效果均优于抗生素。因此,日粮中添加柑橘发酵饲料具有诱食效果,可替代抗生素用来改善仔猪肠道健康,促进生长,同时还能降低仔猪生产成本。日粮中添加5%~10%的青贮柑橘渣饲料(湿料),能显著提高生长猪平均日增重(ADG)及ADFI,降低背膘厚,但不影响料重比(F/G)及瘦肉率。用柑橘渣复合发酵干料(含15%麸皮及15%棉籽饼粉)替代生长猪日粮中50%~100%的菜籽粕,并不会影响猪体重、ADG、ADFI、F/G及血清中总蛋白、白蛋白及球蛋白丰度;但替代50%的菜籽粕显著降低了血清尿素氮,同时CP 及干物质表观消化率分别增加了15.38%、10.45%;替代100%的菜籽粕对各测定指标无显著影响;替代50%、100%的菜籽粕分别使增重成本降低0.03%、0.23% 。以上研究结果表明,生长猪日粮中果渣发酵饲料添加量不易过高,否则影响日粮消化率,造成资源浪费。用苹果渣青贮饲料替代10%、20%、25%、30%的肥育猪精料,随着替代量的增加,增重成本增加,而10%的精料替代量利润最高(增加6.78%)。以柑橘渣发酵鲜料替代30%的基础日粮直接饲喂肥育猪,不影响其ADG、血液抗氧化能力及猪肉品质,同时降低ADFI、血液尿素氮、高密度脂蛋白含量;饲料成本及增重成本降低,养殖效益增加,可推广应用于肥育猪生产养殖。彭超威研究表明,在肥育猪日粮中添加15% 或25% 菠萝渣青贮饲料(湿拌料),其ADG分别增加4.12%、0.56%,瘦肉率降低0.24%、2.4%,猪肉嫩度、风味等性状改善,且饲料成本分别降2.72%、12.06%。Dannenberger等指出,添加12%的干沙棘果渣可提高长白猪血浆亚油酸、ω-6和ω-3多不饱和脂肪酸及IgG含量,对下丘脑-垂体-肾上腺轴活性及免疫功能无影响。目前,沙棘果渣发酵饲料在生猪养殖中的应用鲜有报道,尚待进一步开发研究。

综上,在保证猪能量及蛋白质需求的条件下,可用发酵果渣饲料替代部分基础日粮或菜籽粕等原料,达到促进动物生长、改善猪肉品质、提高养殖效益的目的。

3.2   果渣发酵饲料在家禽生产中的应用

ADG等生长性能指标增加,体重整齐度改善,同时利润增加10.15%。利用葡萄渣发酵粉料替代日粮中棉粕及菜粕(10%),可提高肉鸡ADG、降低F/G且不影响其器官指数及肤色、肌肉pH、弹性及气味等肉质感官性状及风味;降低血液中总胆红素、血红蛋白、碱性磷酸酶、尿酸等水平,进而改善肉鸡健康状况。而日粮中添加6%及8%的葡萄籽粕发酵粉料,可显著提高肉鹅生长性能及屠宰性能,提高CP、CF、EE、氨基酸等营养物质的利用率;改善空肠黏膜形态并提高消化器官中淀粉酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶及胃蛋白酶活性;减少盲肠大肠杆菌数量,增加盲肠乳酸杆菌数量;提高抗氧化能力,降低血液MDA 含量。日粮中添加0.4%、0.8%、1.2%的沙棘籽渣发酵料(粉料),不影响蛋鸡的料蛋比、破蛋率;且产蛋率及蛋重逐渐增加,盲肠大肠杆菌数量降低,但乳酸杆菌数量无明显变化;添加0.8%发酵料降低了盲肠沙门氏菌数量并增加了双歧乳酸杆菌数量,添加1.2%发酵料降低了盲肠沙门氏菌数量,但不影响双歧杆菌数量,因此,添加0.8%的沙棘籽渣发酵料更有利于蛋鸡健康,同时提高其生产性能。

不同果渣发酵饲料在家禽日粮中的添加量差异较大,一般不超过10%。适当添加果渣发酵料可改善饲料风味、适口性,提高采食量,进而促进家禽生长;果渣发酵饲料自带的有益菌一方面可提高动物肠道中有益菌数量,另一方面能抑制有害菌群繁殖及定植,从而改善肠道菌群结构,促进肠道健康。

3.3   果渣发酵饲料在反刍动物生产中的应用

由于果渣中纤维含量相对较高,其发酵料在反刍动物生产中应用较为广泛,添加量较高。用苹果渣(84.7%)与玉米粉或麸皮(15.3%)混合发酵后的湿料替代50%玉米青贮料可有效改善饲料适口性,提高山羊ADFI及产奶量,降低山羊养殖成本。也有研究表明,利用苹果渣、西红柿渣的复合发酵料(干料)替代荷兰奶牛日粮中15%及30%的苜蓿干草,不影响其体重及牛奶品质,但增加了奶牛产奶量;15%的替代量不影响采食量及饲料转化率,而30%的替代量可促进奶牛干物质摄入量,降低饲料转化率及瘤胃pH。可见,果渣发酵饲料替代苜蓿干草的比例过高会影响饲料消化率及转化率,可能是由于其导致瘤胃pH 降低,影响了瘤胃微生物生长。Scerra等也指出,添加30%的柑橘渣、麦秆的混合青贮饲料(湿料)不影响羔羊(Merinizzataitaliana)体重、屠体重、屠宰性能及羊肉肉色等性状,降低屠体及脏器脂肪,提高羊肉系水力,增加羔羊后腿及排骨重。Gowda等用等量的菠萝渣青贮湿料替代全部的玉米青贮料(62%),直接与精饲料混合后饲喂绵羊发现,绵羊ADG、体重,干物质、CP、NDF及ADF表观消化率,血液生化指标及矿物质含量无明显变化,同时绵羊养殖的饲料成本降低;菠萝渣青贮料替代全部的玉米青贮料也不影响奶牛ADFI,但日产奶量、乳脂率增加。用菠萝渣替代粗饲料(占日粮的65%)中35%、65%及100%的干草后制成青贮湿料饲喂,不影响肉牛体重、采食量,瘤胃中氨态氮、乙酸、丙酸、丁酸以及血液尿素氮含量,并能节约肉牛饲养成本。葡萄渣、啤酒渣按7∶3混合发酵可替代40%的精饲料,提高了绵羊对CP、ADF及NDF等营养物质的全消化道表观消化率。研究发现,随着沙棘果渣发酵料(干料)添加量的增加(8%~24%),羔羊采食量及ADG呈线性增加,但不影响饲料转化率;而有机物、NDF及ADF的消化率呈线性下降,但CP的消化率呈线性增加。也有研究发现,葡萄渣、马铃薯的复合发酵颗粒料可替代全部精饲料而不影响滩寒杂交育肥肉羊的体重,且能提高其ADG,降低ADFI,同时降低饲料成本。

综上,发酵果渣在反刍动物日粮中添加量相对较高,可替代玉米青贮、秸秆青贮及干草等粗饲料,改善饲料适口性,促进反刍动物干物质摄入量;同时改善瘤胃微生物菌群结构,提高饲料消化率;改善肉品质,促进动物生长,降低饲料成本。

3.4   果渣发酵饲料应用中存在的问题

果渣经微生物发酵,可改善适口性,提高CP及真蛋白质的含量;降解CF、木质素为易消化物质,进而改善饲料营养价值,提高饲料利用率,但其在畜禽养殖应用中也存在一定的问题:①品质标准不确定。果渣及微生物代谢产物复杂多样,由于对其有效成分缺乏研究及相关检测的局限性,导致果渣发酵饲料中某些成分的未知性。②贮存问题。目前,大部分果渣发酵饲料未进行烘干处理,由于果渣发酵饲料含水量相对较高,易腐败、变质,因此密封、真空保存较为适宜;也有将果渣发酵料进行烘干处理后进行贮存,但会增加饲料成本,降低生产收益。③添加量有限。果渣发酵饲料的营养结构、营养水平及适口性等限制了动物养分摄入量。因此,过高地添加果渣发酵饲料不能满足动物生长所需的营养,还会抑制动物生长。使用果渣发酵饲料时需注意保证日粮营养及能量均衡。果渣发酵饲料在单胃动物中添加量较低,在猪日粮中添加量一般为4%~12%,肥育猪添加剂量可达30%;家禽中的添加量为1.2%~10%;牛羊等反刍动物添加量相对较高,一般在15%~62%。有研究表明,发酵果渣(如葡萄渣发酵料)制成颗粒料,可改善发酵饲料适口性、消化率,增加采食量,可完全替代反刍动物日粮而不影响反刍动物生长。④发酵果渣酸性强。果渣本身有机酸含量高,发酵后饲喂需添加适当的酸度调节剂,以避免动物酸中毒。⑤以苹果渣发酵饲料饲喂动物需进行饲料驯化:首次不宜添加过多,应逐渐加量,以减少日粮结构变化对动物产生的应激。

4   小  结

特性限制了其在饲料中的广泛应用。利用微生物发酵技术,将其与其他原料复配制成果渣发酵饲料,可降低其纤维素、木质素、果胶、植酸、单宁等抗营养因子含量,提高发酵饲料中CP、氨基酸等营养成分,改善饲料结构、营养价值。果渣发酵的菌种选择、配伍、pH、温度等发酵条件的优化改良是提高果渣发酵饲料品质的关键。果渣发酵饲料作为非常规饲料,可促进畜禽生长,提高动物饲料利用率及转化率,改善肉品质,降低饲料成本,提高经济效益。

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