发酵木薯渣的营养价值及其在畜禽生产中的应用进展

2020-12-17 09:31:53 点击：

摘要：木薯渣是生产木薯淀粉和乙醇等产品的下脚料，随着木薯加工产业的快速发展，木薯加工废弃物的产量也逐年增加，造成资源浪费和环境污染。木薯渣含有丰富且易消化的碳水化合物以及多种微量元素、矿物质和氨基酸，是一种来源广泛、价格低廉的能量饲料，但由于粗纤维含量较高且存在抗营养因子而限制了其在饲料中的应用。利用微生物发酵法处理木薯渣可以提高其蛋白质含量、改善适口性，还能有效降低抗营养因子含量，从而提高营养品质和饲用价值。文章就发酵木薯渣的营养组成及其在畜禽生产中的应用展开综述，以期为发酵木薯渣的合理开发利用提供参考。

木薯 (Manihot esculenta crantz) 亦称树薯、树番薯，被誉为“淀粉之王”是三大薯类作物之一，年总产量超过千万吨。木薯渣 (cassava residues，CＲ) 作为木薯提取淀粉或乙醇后的副产物，每年在全国的产量可达数百万吨，它主要由木薯的外皮和破碎的细胞壁组织构成，包含大量的纤维素、淀粉和少量的脂肪、蛋白质，是一种极具开发潜力的能量饲料资源。然而，木薯渣的营养不均衡，适口性差，且含有一定的氰苷类有毒物质，长期饲喂会影响畜禽的生长和健康，极大限制了其在畜禽饲粮中的应用。长期以来，大量木薯渣被直接掩埋或丢弃，这不仅是饲料资源的浪费，也加重了环境污染。近年来，非常规饲料资源的开发与利用越来越受重视，木薯渣作为新型绿色饲料原料也逐渐成为研究热点之一。目前，应用微生物发酵技术处理木薯渣是提高其营养价值并消除抗营养因子的一种主要方法。通过微生物发酵，木薯渣中的纤维素、半纤维素和木质素能被有效降解，毒性也有所降低，还能产生消化酶和益生菌等，提高了木薯渣的营养价值和适口性。因此，在畜禽饲粮中添加适量的发酵木薯渣，既能提高木薯渣资源化利用率，缓解饲料资源不足;还能改善畜禽生产性能，提高养殖经济效益。

发酵木薯渣的方法很简单，含复合酶制剂的发酵剂“99多功能饲料发酵剂”1包（500g，市场售价约25元，低温季节适当增加使用量），1吨湿木薯渣（或者榨干木薯渣0.5吨），含淀粉类的饲料100公斤（比例约为木薯渣的10%以上，越多越好，如玉米、大米、红薯、淀粉均可）、加入2公斤食盐，加入50公斤以上豆粕（菜粕、棉粕、花生粕、茶粕等都可以，越多越好）效果更好。含水量调节到60%左右密封发酵7天以上（低温季节需要15天以上）有浓郁甜酒香味时即可使用。发酵完成在密封状态下可以保存1年左右。

大量运用是采用水泥池发酵木薯渣↑，添加玉米粉+发酵剂混合物一层一层撒，最后用双层薄膜进行覆盖和密封

参考使用量和注意事项：
1.发酵好的木薯渣饲料不可全部代替全价料，按照饲料比例的15%-30%比例与畜禽饲料混合后饲喂，遵循先少后多的原则进行，怀孕后期、哺乳期母猪建议10%。牛羊等家畜可以添加到20%-50%。
2.发酵后的木薯渣如果要长期保存，则要严格密封，并压紧实处理，尽量排除空气。

1 发酵对木薯渣营养价值的影响

发酵木薯渣是指以木薯渣为主要原料，利用微生物发酵技术降低木薯渣中的粗纤维及抗营养因子的含量，在发酵过程中产生大量的消化酶、蛋白质、小肽、氨基酸、有机酸、维生素、微量元素等营养与激素类物质而形成的饲料原料。

1.1 提高营养价值

天然木薯渣含有大量的碳水化合物、丰富的矿物质元素和氨基酸，但粗纤维和水分含量过高，而蛋白质含量较低，作为饲料难以满足动物的营养需要。根据规模化生产来源，木薯渣主要分为木薯淀粉渣(cassava starch residues，CSＲ) 和木薯乙醇渣 (cassava brewing residues，CBＲ) 两大类。由于生产工艺不同 (木薯在生产乙醇的各阶段往往会加入大量酵母和各种酶，以使木薯细胞壁被彻底破坏) ，这两类木薯渣的营养成分差异较大。与 CSＲ相比，CBＲ的粗蛋白、粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、铜、铁、锰、锌等以及大部分氨基酸含量较高，而无氮浸出物含量较低。木薯渣营养成分见表1，木薯渣氨基酸组成及含量见表2。

若要改善木薯渣 (尤其是CSＲ) 的营养价值，首先要提高其蛋白质含量。大量研究结果表明，经过微生物处理后，木薯渣中粗蛋白含量明显增加见表3。宋丽丽等比较了五种白腐菌处理木薯渣后的粗蛋白含量，结果表明杂色云芝 (Coriolus versicolor) 和糙皮侧耳 (Pleurotus ostreatus) 对粗蛋白含量的提升比例高达 111.7%和 107.9%。这可能是因为在发酵过程中，微生物利用底物进行微生物合成，通过呼吸作用产生 CO2，造成底物干物质损失使得粗蛋白相对含量增加;与此同时，在发酵过程中累积的大量菌体蛋白及微生物代谢产物，使得含氮量也显著提高。微生物的快速生长对氮源的需求较大，因此管军军等在木薯渣发酵过程中添加了7%的尿素(一种常用的无机氮源)，使得木薯渣发酵后的蛋白含量提高了5.72倍。

微生物利用木薯渣中有机物生长繁殖，产生大量纤维素酶、蛋白酶等消化酶，将木薯渣中固态不溶性物质 (纤维素、半纤维素等) 转为液态可溶性糖类，使得单糖、双糖、多肽和氨基酸等易消化的小分子物质释放出来，同时也生成一部分有机酸、醇、醛、酯等其他物质，这既增加了原料的酸香性、改善了适口性，也进一步提高了木薯渣的营养品质及其利用率。值得一提的是白腐菌，它不仅具有极强的降解纤维素和半纤维素的特性，还因其含有胞外木质素降解酶系成为了自然界中唯一一类能独立降解木质素的微生物。研究结果表明，经杂色云芝 (一种白腐菌) 处理后的木薯渣其木质素被降解了近一半。此外，木薯渣在体外发酵过程中还表现出益生元的潜能，能够通过促进双歧杆菌 (Bifidobacterium) 和罗斯氏菌 (Roseburia) 的生长，调节受试者肠道微生物菌群组成和微生物代谢产物。传统木薯渣多采用单一菌种发酵，主要是乳酸杆菌或真菌中的酵母菌、霉菌。其中霉菌 (如黑曲霉、米曲霉、木霉) 被广泛用于固态发酵，这得益于霉菌自身的渗透压较高，其活性不易受固体基质高渗透压的影响。越来越多的研究结果表明，一些具有不同生物学特性且能够互利共生的菌株混合发酵效果往往优于单一菌种发酵，这很可能是因为这些微生物具有优势互补、协同促进发酵的结果，主要表现在多菌株混合发酵后木薯渣的蛋白质含量增加程度较高且粗纤维含量降低幅度较大。总之，经过微生物处理的木薯渣饲料的品质及使用效果均得到了明显改善。因此，与天然木薯渣相比，发酵木薯渣在畜禽生产中的适宜用量也大幅提升。

1. 2 降低抗营养因子的作用

木薯及其副产品含有氰化物、植酸、单宁、硝酸盐和皂苷等多种抗营养因子，严重影响养分的吸收利用，能显著抑制畜禽的生长发育，过量摄入还会引起器官机能损坏甚至死亡。在这些抗营养因子中，氰化物是限制木薯及其副产品作为饲料资源开发应用的最主要因素。木薯渣中含有亚麻仁苦苷和百脉根苷 (或称乙基亚麻苦苷) 2种生氰糖苷，它们在亚麻苦苷酶作用下或弱酸条件下会生成氢氰(HCN)，其中的氰离子 (CN—) 能够抑制细胞内多种酶的活性，尤其是细胞色素氧化酶对氰化物最为敏感。CN—通过与氧化型细胞色素氧化酶的 Fe3+ 结合，阻止其还原为 Fe2+ ，抑制线粒体呼吸链传递，妨碍细胞正常呼吸，导致组织细胞不能利用血液中的氧而引发窒息。然而，A．Welk 等研究结果表明，低剂量的 HCN 在动物体内可转化为硫氰酸离子 (SCN—)，并经过抗氧化酶系统生成亚硫氰酸根离子 (OSCN—) ，反而能刺激动物免疫系统，有助于提高机体免疫力。木薯及其副产品的脱毒方法包括浸水、干燥、蒸煮、油炸、烘烤、溶剂提取等传统方法以及多种方法的组合，但这些脱毒方法存在营养损失、成本较高或是溶剂残留等问题。近年来，越来越多的研究结果表明，采用微生物发酵木薯渣不仅能提高营养物质含量，更重要的是还能有效降低抗营养因子的毒性见表4。为探究不同菌种组合发酵对木薯渣中各种抗营养因子含量的影响，S．O．Aro等利用黄曲霉、德氏乳杆菌和棒状乳杆菌混合发酵木薯渣，结果植酸盐含量从9.89mg/kg降低到2.75mg/kg;利用烟曲霉、德氏乳杆菌和棒状乳杆菌混合发酵，草酸盐含量从270.10mg/kg降低到56.32mg/kg;利用黑曲霉、德氏乳杆菌和棒状乳杆菌混合发酵，单宁含量从0.09%降低到0.04%; 利用酿酒酵母、德氏乳杆菌和棒状乳杆菌混合发酵，氰化物含量从17.88mg/kg降低到9. 40 mg/kg。G．Oboh等利用黑曲霉发酵木薯产品，结果氰化物含量降低51. 37～71.92%。宋丽丽等发现糙皮侧耳对氰化物降解力极强，用其发酵木薯渣后，氰化物含量降低了近80%。C．E．Okpako等用黑曲霉和鼠李糖乳杆菌进行混合发酵，木薯渣的脱毒率高达81.78%。以上研究结果表明，通过微生物发酵可有效降低木薯渣中氰化物的含量，使其远远低于我国《饲料卫生标准》( GB13078—2017) 规定的木薯及其加工产品中氰化物含量≤100mg/kg的标准。表4汇总了前人研究的发酵木薯渣中氰化物含量，一般而言，配合饲料中发酵木薯渣的添加比例为5%～20%，现已明确规定了雏鸡配合饲料中氰化物的最大允许量为10mg/kg，其他配合饲料为50mg/kg，这提示发酵木薯渣中的氰化物含量已不再是影响其利用的主要因素。

另一方面，木薯渣因其含有较多的粗纤维，不仅自身难被消化利用，而且还影响饲粮中其他养分的消化吸收，表现出明显的抗营养作用。杨海明等在10周龄仔鹅饲粮中添加不同比例的木薯渣，研究发现随着木薯渣添加比例的增加，饲粮养分如干物质、粗蛋白以及能量的表观代谢率均呈现下降趋势。张刚等研究结果表明，向含10%木薯渣的饲粮中额外添加纤维素酶可降解部分纤维素，从而有效降低纤维素的抗营养作用，表现为饲粮干物质、粗蛋白和能量的表观消化率均有所提高，显著促进了猪的生长。目前，大量研究结果表明，微生物发酵后，伴随着木薯渣中粗纤维含量降低，各种营养物质的消化率也相应得到改善，可见木薯渣中粗纤维含量高引起的抗营养作用因微生物处理而被明显弱化。综上所述，微生物处理是一种安全降低木薯渣中抗营养成分的有效途径。

2 发酵木薯渣在畜禽生产中的应用

2. 1生猪

在生猪饲粮中添加适量的发酵木薯渣，在不影响生产性能的情况下可提高经济效益，还具有改善机体健康状况的作用，发酵木薯渣在生猪养殖业具有广阔的市场发展前景。刘传都把发酵后的木薯渣配合成全价料饲喂三个不同阶段的猪，猪只均正常采食，未出现厌食情况，虽对日增重和饲料转化率无明显影响，但仔猪后期、育肥前期和育肥后期的日粮成本分别降低62.7元/t、170.1元/t和89.3元/t，经济效益显著。天然木薯渣在生猪日粮中的使用比例较小，经微生物发酵后，可明显提高其在生长育肥猪配合日粮中的添加量。但基于生长性能和经济效益的双重考虑，发酵木薯渣在育肥猪日粮中的添加量不宜超过10%;对于耐粗食的猪种如特种野猪，发酵木薯渣的添加比例可增加至20%，且日增重和经济效益最佳，该养殖模式值得推广到生产实践中。欧肇林探索了本地木薯渣作为隆林黑猪饲养过程中的饲料来源的可行性，结果用6%发酵木薯渣等量替代日粮中的玉米对猪的生长性能、血糖水平、血脂水平、胴体性状和肉品质等均无不良影响。王志文等研究结果表明，用4%的发酵木薯渣等量替代麸皮饲喂哺乳母猪，哺乳母猪便秘现象得到一定程度的改善;木薯渣发酵后的酸香气味和口感可显著提高母猪采食量，哺乳期泌乳量也相应提高;同时，母猪肠道菌群组成被进一步优化，有助于缓解氧化应激，改善初乳和常乳的组成，进而使断奶仔猪的日增重和窝增重分别提高了7.1%和9.6%。

2. 2 反刍动物

关于发酵木薯渣在反刍动物生产中的应用研究得相对较多，发酵木薯渣能够促进反刍动物的瘤胃代谢，提高饲料的利用率，改善生产性能，降低饲料成本。

2. 2. 1 羊

高俊峰研究结果表明，在广西本地黑山羊日粮中添加不同比例的发酵木薯渣能提高黑山羊的生长性能，添加20%时饲喂效果最好，主要表现为黑山羊的营养物质表观消化率显著提高，而且瘤胃代谢过程也有所加强。王强研究结果表明，用发酵木薯渣替代20%玉米饲喂湖羊时育肥效果最佳。樊懿萱等也得到了与上述基本一致的研究结果，20%发酵木薯渣替代玉米对湖羊的屠宰性能和血液生化指标无影响，还可提高湖羊采食量和日增重，从而获得最大的经济效益;值得一提的是，40%的发酵木薯渣可显著降低羊肉中饱和脂肪酸含量，对湖羊肉质有一定的改善作用; 但随着添加比例的进一步增高，湖羊的采食量下降，当替代比例达到 60%时能造成湖羊严重腹泻。周璐丽等将新鲜木薯渣、干木薯茎叶和新鲜王草混合发酵后饲喂海南黑山羊，结果黑山羊的平均日增重和干物质采食量提高，同时粗脂肪、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观消化率显著提高，可见将发酵木薯渣作为羊的饲料来源是切实可行的。

2. 2. 2 牛

黄雅莉等探究了发酵木薯渣作为水牛粗饲料的适宜替代比例，研究结果表明，用发酵木薯渣替代25%的象草或25%～50%的玉米秸秆对体外发酵特性以及甲烷产量无明显影响。P．Ｒuanggote 等研究了发酵木薯淀粉渣对泰国本地肉牛与安格斯杂交牛养殖效果的影响，发现营养物质消化率虽有降低趋势，但牛的生长性能和胴体性状未受到不良影响。最近，S．Sommai 等研究结果表明，每天在每头泰国本地肉牛的日粮中添加300g发酵木薯渣能显著促进瘤胃发酵能力，改善瘤胃菌群组成，提高营养物质消化率，同时减少甲烷生成。为进一步研究发酵木薯渣对奶牛的影响，A．Cherdthong 等在奶犊牛的精料中添加20%发酵木薯乙醇渣，根据牛体重的1%饲喂精料，发现不论是饲料转化率还是瘤胃发酵能力以及瘤胃微生物组成均未受到影响。由此可见立足于环境保护和废物资源利用，发酵木薯乙醇渣是一种绿色、安全的牛饲料原料。然而， S．Yimmongkol 认为发酵木薯淀粉渣因其含水量高而粗蛋白含量低，会使牛的营养摄入量减少、生产性能降低，在牛饲粮中不宜大量使用。

2. 3 家禽

在家禽饲粮中添加发酵木薯渣表现出了调控激素水平、改善营养状况的作用，而且还能有效降低养殖成本、改善养殖环境。于向春等发现在文昌鸡日粮中添加15%发酵木薯渣粉具有较好的增重效果和经济效益。蒋建生等研究结果表明，用发酵木薯渣替代部分全价饲料，对樱桃谷鸭生产性能无显著影响，但随着木薯渣替代量的增加，生产环境中 H2S 和 NH3 等的减排效果和经济效益增加愈明显，盈利可增加1.18～2.18元/羽。Lei L．等研究结果表明，用5%发酵木薯乙醇渣替代部分玉米、豆粕、麦麸等常规饲料原料对樱桃谷鸭的屠宰率有一定程度的改善作用，并且不影响生长性能和肉品质;但随着日粮中发酵木薯渣替代比例的增加，营养物质消化率会有所降低，因此建议发酵木薯渣在肉鸭日粮中的替代比例不宜超过15%。樵星芳等比较了木薯渣发酵前后对生长鹅代谢激素的影响，研究结果表明，与天然木薯渣相比，添加 20%发酵木薯渣能通过改善机体营养状况来提高鹅的激素水平，使其达到和常规日粮饲喂鹅后一致的血液激素水平。

3 小结

发酵木薯渣作为一种新型的绿色生物饲料，富含蛋白质、消化酶、氨基酸、有机酸、维生素、微量元素等多种有益于动物生长的营养成分，同时粗纤维和氰化物的含量减少使其抗营养作用显著降低，有利于改善动物机体的消化吸收功能和生长性能，具有十分广阔的发展前景。此外，从木薯渣的无害化及资源化出发，将微生物发酵以后的木薯渣应用于畜禽生产中，不仅可以降低农业废弃物引起的环境污染，还可以通过资源化利用产生经济效益，符合国家节能减排和循环经济等相关产业政策的要求，也是解决人畜争粮的有效途径，具有较大的经济效益和社会效益。但对于发酵菌的有效筛选、菌种存活率、不同菌种组合效果、发酵工艺的优化及产品稳定性等问题仍需进行积极探讨与研究，而且目前糟渣类饲料在畜禽养殖过程中的使用尚没有形成统一的行业标准，这极大限制了木薯渣在饲料业的应用与发展。因此，今后有必要系统开展动物试验，通过对不同畜禽、不同生理阶段的全面研究，在生产中充分调研和论证发酵木薯渣的应用比例、添加方式及饲喂效果，探索并构建科学合理的配套饲养技术来指导生产实践。

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