我國(guó)大宗非糧型飼料蛋白資源現(xiàn)狀及高效利用

■ 阮 征 米書梅 印遇龍，2

（1.南昌大學(xué)食品學(xué)院食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047；2.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南長(zhǎng)沙410125）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及人民生活水平的提高，近20年來(lái)，人們對(duì)動(dòng)物性制品（肉、蛋和奶等）的需求量急劇增加，同時(shí)產(chǎn)量也不斷提高，均已位居世界第一。目前，我國(guó)大陸的肉、蛋和奶的人均占有量分別達(dá)到47、17 kg和6 kg，超過(guò)世界平均水平，達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此，人畜爭(zhēng)糧矛盾愈演愈烈，同時(shí)，飼料原料（特別是蛋白質(zhì)資源）日益短缺。

2010年，我國(guó)玉米和大豆的產(chǎn)量分別為17 725和1 897萬(wàn)噸，進(jìn)口量達(dá)157和5 480萬(wàn)噸。而2012年，我國(guó)玉米和大豆產(chǎn)量分別為20 561和1 730萬(wàn)噸，進(jìn)口量達(dá)270和5 838萬(wàn)噸（見(jiàn)表1）[1-2]。2010年至2012年，我國(guó)飼料生產(chǎn)的增長(zhǎng)幅度達(dá)到8%，遠(yuǎn)高于全球水平的1%[3]。優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)魚粉的產(chǎn)量少，主要依賴于進(jìn)口（見(jiàn)表1）。由此可見(jiàn)，我國(guó)蛋白飼料資源對(duì)外依存度逐年提高，蛋白飼料資源的短缺已成為我國(guó)飼料行業(yè)發(fā)展的主要限制因素之一。

表1 我國(guó)玉米、大豆、魚粉和豆粕的產(chǎn)量和進(jìn)口量

農(nóng)產(chǎn)品副產(chǎn)物中蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，但是其綜合利用率很低。我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工綜合利用率只有40%，而發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)產(chǎn)品加工綜合利用率達(dá)90%[4]。綜合利用率低導(dǎo)致大量農(nóng)產(chǎn)品資源沒(méi)能物盡其用，白白地被浪費(fèi)掉。豆粕與魚粉等優(yōu)質(zhì)蛋白缺乏，必須依賴大量的進(jìn)口；棉籽餅粕、菜籽餅粕等雖然蛋白含量高，但未被高效的利用起來(lái)[5]。造成這種現(xiàn)象的主要原因是我國(guó)分離飼料蛋白質(zhì)的技術(shù)程度低，相關(guān)技術(shù)集成度低導(dǎo)致綜合利用率偏低。因此，開(kāi)展蛋白飼料資源高效利用的關(guān)鍵技術(shù)研究是非常重要的。

1 我國(guó)大宗非糧型飼料蛋白資源現(xiàn)狀

大宗非糧型飼料主要包括：大宗農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物（豆粕、菜籽粕、棉籽粕與花生粕等），植物副產(chǎn)物（莖、葉與藤等），糟粕類（酒糟、醋糟、醬渣與果渣等），牧草與野草（畜禽的優(yōu)質(zhì)青飼料），餐飲殘?jiān)Ｓ辔?，?dòng)物源加工副產(chǎn)物（骨、血、內(nèi)臟、皮與羽毛等，水產(chǎn)品副產(chǎn)物）。

我國(guó)非糧型飼料蛋白質(zhì)資源非常豐富。2012年，我國(guó)稻米、小麥和玉米加工中副產(chǎn)物產(chǎn)量分別為6 638、2 541和8 112萬(wàn)噸，油料加工中餅粕、皂腳等的總產(chǎn)量為9 000多萬(wàn)噸，蔬菜加工中葉、莖、根、皮與渣的總產(chǎn)量為21 200余萬(wàn)噸，水果加工中皮、渣、籽與殼的總產(chǎn)量為3 030余萬(wàn)噸，畜禽屠宰加工中骨、血、內(nèi)臟、羽毛、皮毛的總產(chǎn)量為5 620萬(wàn)噸，水產(chǎn)品加工中頭、皮、尾、骨與殼的總產(chǎn)量為1 550多萬(wàn)噸；農(nóng)作物秸稈可收集的約7億噸[6]。這些資源利用價(jià)值很大，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪或碳水化合物等。因此，非糧型飼料資源來(lái)源多，產(chǎn)量大。

除畜禽水產(chǎn)和油料綜合利用率超過(guò)20%（畜類29.9%、禽類59.4%、水產(chǎn)50%、油料20%），其他產(chǎn)品的綜合利用率都很低，糧食類綜合利用率小于10%，果蔬綜合利用率還不到5%（見(jiàn)圖1）[7]。農(nóng)作物秸稈的綜合利用率達(dá)到70%，其中用于飼料的約占31%[8]。利用率低造成了大量資源的浪費(fèi)、環(huán)境的污染、收入的偏低等問(wèn)題。因此，我國(guó)非糧型飼料資源的發(fā)展空間很大，潛力巨大。

當(dāng)前影響非糧型飼料蛋白資源開(kāi)發(fā)利用的主要原因有4個(gè)方面：一是資源收集程度低，浪費(fèi)嚴(yán)重；二是某些資源含有毒素或抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)等不良成分，會(huì)使飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，影響動(dòng)物的生長(zhǎng)和健康；三是非糧型飼料蛋白資源的提取分離技術(shù)運(yùn)用程度低，或者部分技術(shù)成本過(guò)高導(dǎo)致在飼料行業(yè)難以運(yùn)用推廣；四是當(dāng)前飼料蛋白效價(jià)與氨基酸平衡不能很好滿足動(dòng)物生長(zhǎng)需要，也造成了大量蛋白質(zhì)資源的浪費(fèi)，同時(shí)給環(huán)境帶來(lái)極大壓力。國(guó)外學(xué)者較早地展開(kāi)了對(duì)菜籽與棉籽蛋白制取方法的研究，Siy以及Tzeng等[9-10]的研究發(fā)現(xiàn)，利用超濾法處理菜籽蛋白提取液，不僅能很好地脫除植酸和硫苷等有毒物質(zhì)，還能提高蛋白質(zhì)的得率。Swain等[11]用空氣分級(jí)法制備了棉籽濃縮蛋白。Gastrock等[12]用水力旋轉(zhuǎn)法制備了棉籽濃縮蛋白。而國(guó)內(nèi)采用的棉籽提取技術(shù)生產(chǎn)蛋白純度高，但提取率較低[13-14]。因此，開(kāi)展非糧型飼料蛋白資源提取分離、脫毒和改性等關(guān)鍵技術(shù)研究是解決我國(guó)飼料蛋白資源現(xiàn)狀的主要手段。

圖1 我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的綜合利用率

2 大宗非糧型飼料蛋白資源高效利用技術(shù)

高效利用技術(shù)可以有效的提高大宗非糧型飼料蛋白資源的分離提取效率；使蛋白質(zhì)改性，改善飼用蛋白的營(yíng)養(yǎng)組成，促進(jìn)氨基酸平衡。本文主要介紹了脫殼、擠壓膨化、發(fā)酵、超微粉碎和膜分離在大宗非糧型飼料蛋白資源高效利用中的應(yīng)用。

2.1 殼仁分離技術(shù)

油料皮殼的存在會(huì)使副產(chǎn)物餅粕中含有一些對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)不利的成分，如硫甙、植酸等，使其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值大大降低。脫殼是菜粕進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)利用必不可少的前處理工藝。脫殼菜粕進(jìn)行深加工，可得到飼料蛋白等一系列極有價(jià)值的產(chǎn)品。

脫殼技術(shù)可提高餅粕的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值。張麟[15]指出油菜籽脫殼制油，可將菜粕的粗蛋白含量從35%～40%提高到45%～48%（N×6.25，干基），且顏色外觀改變，抗?fàn)I養(yǎng)因子減少，喂飼的適口性改善，使脫殼菜粕成為可代替豆粕的優(yōu)質(zhì)飼用蛋白資源。藍(lán)峰等[16]設(shè)計(jì)的油茶果脫殼清選機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了油茶果快速脫殼和殼籽快速分離，且具有效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單與性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。余禮明等[17]研制的油料籽脫殼與分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝合理、技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，其脫殼率為85%，仁中含殼率為4%，殼中含仁率小于1%。

為提高原有產(chǎn)品質(zhì)量及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的需要，需要脫殼的物料種類越來(lái)越多。目前的脫殼技術(shù)脫殼率低、破碎率高、穩(wěn)定性差、通用性差，應(yīng)用現(xiàn)有的設(shè)備與方法不能解決上述問(wèn)題。因此，脫殼技術(shù)需要進(jìn)一步的研究與探索。

2.2 擠壓膨化技術(shù)

擠壓膨化技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型為一體的新型加工技術(shù)，其工藝簡(jiǎn)單，能耗低，成本低，無(wú)“三廢”產(chǎn)生，具有多功能、高產(chǎn)量、高品質(zhì)的特點(diǎn)[18-19]。擠壓膨化技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)飼料蛋白資源的脫毒、提取以及改性等具有重要的意義。

2.2.1 脫毒

擠壓膨化會(huì)使得一些天然的抗?fàn)I養(yǎng)因子（大豆中的胰蛋白酶抑制因子）和有毒物質(zhì)（棉籽中的棉酚、菜籽粕中的硫甙）被破壞，或者導(dǎo)致飼料劣變的酶被鈍化或失活[20]，導(dǎo)致蛋白質(zhì)利用率提高而適口性改善。吳運(yùn)生[21]發(fā)現(xiàn)擠壓膨化工藝是油料餅粕的脫毒、保鮮加工的有效手段。Wu等[22]的研究說(shuō)明擠壓膨化技術(shù)對(duì)亞麻籽解毒具有顯著性作用。

2.2.2 蛋白分離提取

擠壓膨化技術(shù)的應(yīng)用可以提高某些資源的蛋白質(zhì)提取率。豆洪啟等[23]通過(guò)對(duì)直接膨化最佳工藝條件下膨化處理的全脂大豆進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在膨化過(guò)程中水分和粗纖維損失嚴(yán)重，粗蛋白含量有所增加。Durand等[24]的研究結(jié)果表明，在優(yōu)化的擠壓膨化工藝條件下，可消化蛋白損失少，產(chǎn)品膳食纖維含量高。李楊等[25]發(fā)現(xiàn)利用擠壓膨化預(yù)處理水酶法提取大豆蛋白，提取率達(dá)到93.8%左右，比傳統(tǒng)方法提高了近15%。張寧等[26]研究發(fā)現(xiàn)擠壓處理檸條提取蛋白質(zhì)，其蛋白質(zhì)提取率達(dá)65.4%。

2.2.3 蛋白改性與效價(jià)

因擠壓膨化蛋白變性，增加飼料蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，提高蛋白效價(jià)。擠壓膨化技術(shù)制備的混合飼料具有品質(zhì)好、能量高和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富的特點(diǎn)[27]。謝藍(lán)華等[28]的研究表明擠壓膨化預(yù)處理對(duì)茶渣蛋白的功能特性有一定的改善作用。Guerrero等[29]利用擠壓膨化對(duì)大豆蛋白進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)擠壓產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)更加疏松，粒度更加均勻。改性的飼料蛋白對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和發(fā)育無(wú)不良影響。張莉莉等[30]的研究結(jié)果表明去皮膨化全脂大豆對(duì)斷奶仔豬的生產(chǎn)性能和腸道發(fā)育并無(wú)不良影響，可以用去皮膨化大豆代替魚粉和豆粕作為斷奶仔豬的飼料。錢炳榮等[31]和周治平[32]發(fā)現(xiàn)膨化全脂大豆可以全部取代魚粉作為早期斷奶仔豬的日糧，對(duì)斷奶仔豬并無(wú)不良影響。

但目前擠壓膨化技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)中仍受到多方面因素的限制，如通用性差，造價(jià)高，易損耗，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等。因此，探索最合適的膨化條件，保持產(chǎn)品穩(wěn)定，充分發(fā)揮擠壓膨化的最大作用，是擠壓膨化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

2.3 發(fā)酵技術(shù)

發(fā)酵可以使餅粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子降解為動(dòng)物體能夠吸收利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；增加蛋白資源中的活菌、活性酶、氨基酸等有益因子；促進(jìn)蛋白質(zhì)的提取。劉海燕[33]發(fā)現(xiàn)，固定發(fā)酵可以明顯降解豆粕中的大分子蛋白質(zhì)，降低胰蛋白酶抑制因子和胰酶等抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量。Ezekiel等[34]通過(guò)木霉菌發(fā)酵木薯，使木薯的蛋白含量由4.21%提高到了37.6%和36.5%（酶處理樣品、未用酶處理樣品）。田亞紅等[35]對(duì)向日葵花盤、秸稈發(fā)酵生來(lái)產(chǎn)生物蛋白，發(fā)現(xiàn)在接種量2%，發(fā)酵時(shí)間48 h，含水量50%，培養(yǎng)溫度29℃的條件下，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白增加率為92.6%，粗纖維減少率為15.4%。張偉偉等[36]發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯渣發(fā)酵蛋白飼料能降低肉雞的料重比，提高飼料中蛋白質(zhì)的利用率，增加肉雞雞肉中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

發(fā)酵技術(shù)實(shí)施簡(jiǎn)單，易于推廣，但是發(fā)酵生產(chǎn)的蛋白產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分差異大，品質(zhì)良莠不齊。因此，質(zhì)量穩(wěn)定與產(chǎn)品精細(xì)化是發(fā)酵蛋白飼料的發(fā)展方向。

2.4 超微粉碎

超微粉碎技術(shù)的粉碎過(guò)程對(duì)原料中原有的營(yíng)養(yǎng)成分影響較小、制備出的粉體均勻性好。

Zhu等[37]發(fā)現(xiàn)，豆渣的粒徑越小其水溶性越好，蛋白提取率越高。高云中等[38]的研究發(fā)現(xiàn)超微粉碎可以提高花生蛋白的提取率，改善蛋白質(zhì)性質(zhì)。任守國(guó)[39]的研究發(fā)現(xiàn)飼料豆粕超微粉碎顯著增加了豆粕作營(yíng)養(yǎng)源利用的理化適合性，降低了豆粕大分子蛋白結(jié)構(gòu)的營(yíng)養(yǎng)負(fù)效應(yīng)，提高營(yíng)養(yǎng)效率。喬一騰等[40]的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)超微粉碎后的大豆分離蛋白的持油性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性、乳化性、乳化穩(wěn)定性以及凝膠性明顯增強(qiáng)，而黏度下降。目前對(duì)于超微粉碎的機(jī)理難以清楚解釋，因此，我國(guó)的超微粉碎的理論研究明顯落后于設(shè)備開(kāi)發(fā)，我國(guó)超微粉碎的自主研發(fā)不夠，耗能大。

2.5 膜分離技術(shù)

超濾是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)分子級(jí)膜分離技術(shù)，以特殊的超濾膜為分離介質(zhì)，膜兩側(cè)的壓力差為推動(dòng)力，在常溫下對(duì)大分子和小分子物質(zhì)進(jìn)行分離的技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水處理、化工、食品、制藥、環(huán)保和生物工程等領(lǐng)域[41]。Vishwanathan等[42]的研究發(fā)現(xiàn)，采用膜分離技術(shù)得到的豆渣蛋白含量從62%提高到80%。Huang等[43]采用超濾技術(shù)提取啤酒糟中蛋白質(zhì)，起提取率達(dá)到95%。鄒強(qiáng)等[44]研究了超濾法濃縮菜籽蛋白提取液的工藝，發(fā)現(xiàn)采用超濾技術(shù)，可得到毒素含量低，純度在90%以上的菜籽蛋白產(chǎn)品。陳鈺等[45]用內(nèi)壓式超濾膜組件回收馬鈴薯廢水中蛋白質(zhì)，超濾回收蛋白質(zhì)的截留率高達(dá)80%。

但是超濾過(guò)程中操作壓力、溫度、料液的pH值、料液蛋白質(zhì)濃度對(duì)超濾效果有較大影響。膜孔堵塞、通量銳減，阻礙了超濾技術(shù)的推廣應(yīng)用，同時(shí)它不能直接得到干粉制劑。

3 技術(shù)應(yīng)用對(duì)蛋白質(zhì)利用的影響

高效利用技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)飼料蛋白資源的方面的發(fā)展具有重要意義。我國(guó)從豆粕、菜籽、棉粕、酒糟中獲得的蛋白質(zhì)有3 419萬(wàn)噸，通過(guò)初步測(cè)算，未利用的蛋白資源約有1 000余萬(wàn)噸（見(jiàn)表2），如果運(yùn)用技術(shù)分離提取，按照80%得率，可以多獲得800萬(wàn)噸的蛋白質(zhì)，相當(dāng)于8 000萬(wàn)噸小麥含有的蛋白質(zhì)，達(dá)到2009年全國(guó)小麥產(chǎn)量的75%左右。因此，蛋白資源的高效利用有利于緩解我國(guó)飼用蛋白資源壓力，以及資源浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)環(huán)境承載壓力。

表2 技術(shù)對(duì)蛋白資源高效利用的影響①

4 展望

加大力度開(kāi)發(fā)利用大宗非糧型糧飼料蛋白資源是發(fā)展現(xiàn)代畜牧業(yè)的必然趨勢(shì)，也是保障糧食生產(chǎn)安全最有效的途徑。高效開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的應(yīng)用極大地改善了飼用蛋白資源的營(yíng)養(yǎng)特性，提高了蛋白質(zhì)的消化利用率，而且，它對(duì)有毒有害物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)因子等的去除效果非常顯著，實(shí)現(xiàn)了新形勢(shì)下節(jié)約資源、營(yíng)養(yǎng)安全、科學(xué)環(huán)保的目的。然而目前該技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用仍存在諸多不足之處，比如生產(chǎn)耗能大、技術(shù)要求高等，這些問(wèn)題都需要進(jìn)一步發(fā)展和完善。綜上所述，科學(xué)技術(shù)在大宗非糧型飼料蛋白資源的深加工、精加工和綜合利用中的應(yīng)用具有廣闊的前景，它必將成為緩解我國(guó)飼料蛋白資源緊張局面的必由之路。