姚焰礎(chǔ), 江 山,肖 融,黃 健, 劉志云, 劉作華
(重慶市畜牧科學(xué)院,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部養(yǎng)豬科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,養(yǎng)豬科學(xué)重慶市市級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶榮昌402460)
我國水果種植面積和產(chǎn)量均居世界第一,2018年全國水果種植面積1187.5萬hm2,總產(chǎn)量25688.4萬t。隨著水果種植業(yè)的發(fā)展,越來越多的水果用于深加工,每年產(chǎn)生上千萬噸的果渣。由于鮮果渣水分多,糖分高,極易腐爛變質(zhì),不易貯運(yùn),壓榨會損失大量養(yǎng)分,人工干燥成本高,自然晾曬費(fèi)工費(fèi)時且易被病菌污染,加之粗纖維、果膠等抗?fàn)I養(yǎng)因子含量高,制約了其直接作為飼料的應(yīng)用,多數(shù)被丟棄,造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。果渣營養(yǎng)豐富,富含糖類、有機(jī)酸、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)及黃酮、多酚、色素類營養(yǎng)活性物質(zhì),將其充分合理地開發(fā)用作飼料,不僅能緩解我國常規(guī)飼料資源短缺問題,還可降低養(yǎng)殖成本,從根本上解決果渣廢棄造成的環(huán)境污染。本文對柑橘渣、蘋果渣、葡萄渣等主要果渣的資源概況、營養(yǎng)特點(diǎn)、發(fā)酵工藝及其在豬飼糧中的應(yīng)用進(jìn)行綜述,為果渣大規(guī)模開發(fā)用作豬飼料提供參考。
我國是世界第一柑橘生產(chǎn)大國,2018年柑橘產(chǎn)量達(dá)4138.1萬t。柑橘渣是柑橘榨汁或制罐后的副產(chǎn)物,包括果皮、種子、橘絡(luò)和殘余果肉等,甜橙榨汁后的副產(chǎn)物約占果實(shí)重量的50%,蜜桔制罐后的副產(chǎn)物約占果實(shí)重量的25%。隨著我國柑橘產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,越來越多的柑橘用于深加工,每年大約產(chǎn)生500萬t柑橘渣。
1.1 柑橘渣的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)活性物質(zhì) 柑橘渣中常規(guī)營養(yǎng)物質(zhì)含量和氨基酸組成見表1、表2。新鮮柑橘渣水分含量大于80%,干渣中無氮浸出物、鈣含量較高,氨基酸組成全面,但粗纖維多,粗蛋白質(zhì)和磷含量低。
此外,柑橘渣還富含可溶性糖、鐵、維生素B1、維生素B2、維生素C、維生素E、胡蘿卜素、黃酮類抗氧化物質(zhì)、橘皮精油和膳食纖維。姚焰礎(chǔ)等(待發(fā)表)測得柑橘渣中總糖含量為33.96%。焦必林等(1992)測得柑橘渣含鐵204.8 mg/kg、維生素B120.0 mg/kg、維生素B23.6 mg/kg、維生素C 288 mg/kg、維生素E 50.3 mg/kg。謝練武(2006)研究表明,柑橘皮的總黃酮含量為4.48%。陳林林等(2010)采用水蒸氣蒸餾法提取柑橘皮精油的得率為3.4%,主要成分為檸檬烯(92.72%),對大腸桿菌、白色葡萄球菌和青霉均有較強(qiáng)的抑菌作用。楊雪(2015)報(bào)道,柑橘渣中總膳食纖維59.27%、可溶性膳食纖維7.61%、不可溶性膳食纖維51.16%。
表1 柑橘渣的常規(guī)營養(yǎng)物質(zhì)含量%
表2 柑橘渣的氨基酸組成%
1.2 柑橘渣的抗?fàn)I養(yǎng)因子 柑橘渣中抗?fàn)I養(yǎng)因子主要是果膠和苦味物質(zhì)。果膠是多糖類物質(zhì),黏度高,單胃動物難以消化??辔队绊戇m口性,降低動物采食量。柑橘皮中含有大量果膠,約占果皮的20%~30%。柑橘的苦味物質(zhì)主要分布于種子和果皮中,包括兩大類:一類是黃烷酮糖苷類化合物,主要代表物為柚皮苷、新橙皮苷等;另一類是三萜系化合物,主要是類檸檬苦素,包括檸檬苦素和諾米林(王志國,2000;元曉梅等,1996;Yusof等,1990)。程建華等(1999)研究表明,柑橘皮的柚皮苷和檸檬苦素含量分別為2360、218 mg/kg。姚焰礎(chǔ)等(2011)測得柑橘渣中柚皮苷和檸檬苦素含量分別為12.21、431.14 mg/kg。
1.3 柑橘渣發(fā)酵 柑橘渣含有大量苦味物質(zhì),且蛋白質(zhì)含量較低,限制了其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的直接應(yīng)用。利用益生菌對柑橘渣進(jìn)行發(fā)酵,能夠降低苦味物質(zhì)含量,提高蛋白質(zhì)含量,改善柑橘渣的飼用價(jià)值。程建華等(1999)研究表明,經(jīng)發(fā)酵處理后,柑橘渣中柚皮苷和檸檬苦素含量分別下降68.18%、35.78%。姚焰礎(chǔ)等(2012)報(bào)道,青貯后柑橘渣的柚皮苷和檸檬苦素含量分別降低了43.82%、35.82%。趙蕾(2008)發(fā)現(xiàn),產(chǎn)朊假絲酵母、黑曲霉和里氏木霉發(fā)酵夏橙皮渣適宜條件為:發(fā)酵時間3~4 d,接種比例2:l:l或3:2:1,接種量10%,含水量65%;發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)含量約為發(fā)酵前的3倍,真蛋白含量增加約45%。李赤翎等(2009)報(bào)道,酵母菌固態(tài)發(fā)酵柑橘渣的最佳條件為:溫度30℃,開始pH為5,培養(yǎng)時間4 d;當(dāng)酵母菌接種量為3%時,柑橘渣中酵母菌數(shù)量達(dá)到9.26億cfu/g,粗蛋白質(zhì)含量由發(fā)酵前的8.17%增加到28.06%。殷鐘意等(2009)研究表明,當(dāng)黑曲霉、米曲霉、扣囊腹膜孢酵母的混合比例為2:3:l,培養(yǎng)基中柑橘渣85%、麩皮15%,含水量70%,接種量為0.4 mL/g時,柑橘渣的粗蛋白質(zhì)含量從發(fā)酵前10.37%提高到34.40%。楊柳等(2014)將黑曲霉、白地霉、米酒酵母按5:4:1的比例添加,經(jīng)30℃、64 h發(fā)酵柑橘渣,粗蛋白質(zhì)含量達(dá)10.12%,較未發(fā)酵時的6.47%提高了56.41%。程錦(2016)研究發(fā)現(xiàn),米曲霉、康寧木霉、熱帶假絲酵母三菌比例為1:2:2時柑橘渣和麥麩或豆粕混合發(fā)酵的粗蛋白質(zhì)含量最高,達(dá)到33%左右;最佳發(fā)酵條件為:發(fā)酵時間84 h,發(fā)酵溫度33℃,含水率70%,輔料投加比例5%,菌液投加量0.4 mL/g。
1.4 發(fā)酵柑橘渣在豬飼糧中的應(yīng)用 發(fā)酵柑橘渣對豬的適口性好,適量添加可促進(jìn)腸絨毛發(fā)育,提高蛋白質(zhì)利用率,降低飼料成本。王帥(2014)在飼糧中添加8%發(fā)酵柑橘渣,提高了斷奶仔豬的生長性能,促進(jìn)了腸絨毛發(fā)育,降低了隱窩深度,提高了消化吸收能力。程建華等(1999)發(fā)現(xiàn),10%~l5%發(fā)酵柑橘渣取代育肥豬飼糧中麥麩對育肥豬的適口性良好,豬的采食和增重均無影響,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。趙蕾(2008)用發(fā)酵夏橙皮渣按50%和100%的比例替代基礎(chǔ)飼糧的菜籽粕,對生長豬生長性能無不良影響;50%替代組血清尿素氮含量顯著降低,飼糧蛋白質(zhì)和干物質(zhì)消化率顯著提高;50%和100%替代組飼料成本分別降低了2.43%和4.85%,每千克增重的飼料成本分別降低了0.06元和0.23元。Cerisuelo等(2010)在飼糧中添加青貯柑橘渣,前4周豬的采食量和日增重降低,但4周后沒有影響;顯著降低了豬糞中大腸桿菌數(shù)量;有降低背膘厚度,增加皮下脂肪中油酸含量的趨勢。Moset等(2015)報(bào)道,育肥豬飼糧中添加青貯柑橘渣顯著降低了消化能,但線性增加了中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率;隨著柑橘渣添加量的增加,糞中腸桿菌和乳酸菌數(shù)量顯著降低,屠宰率也線性下降,皮下脂肪層多不飽和脂肪酸含量呈二次曲線式下降;當(dāng)添加量為10%時,對育肥豬營養(yǎng)物質(zhì)消化率、屠宰率、皮下脂肪酸含量均無顯著影響。姚焰礎(chǔ)等(待發(fā)表)發(fā)現(xiàn),生長、育肥階段分別添加21.4%與28.9%以內(nèi)的發(fā)酵柑橘渣均在一定程度上提高了豬的日增重,其中生長、育肥階段分別添加10.0%與15.2%發(fā)酵柑橘渣的日增重最高,分別比對照組提高10.1%和3.7%;生長豬添加28.9%發(fā)酵柑橘渣有降低日增重趨勢,育肥豬添加38.2%發(fā)酵柑橘渣顯著降低了日增重;添加28.9%發(fā)酵柑橘渣顯著降低了育肥豬血清尿素氮水平。
我國是世界第一蘋果生產(chǎn)大國,2018年全國蘋果產(chǎn)量3923.3萬t。蘋果渣是蘋果榨汁或生產(chǎn)罐頭后的副產(chǎn)物,主要由果皮、果核和殘余果肉組成。我國年產(chǎn)蘋果渣約300萬t。
2.1 蘋果渣的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)活性物質(zhì) 楊福有等(2000)對陜西省10個果汁廠的蘋果渣中常規(guī)營養(yǎng)物質(zhì)含量和氨基酸組成(表3、表4)進(jìn)行了測定,結(jié)果表明,鮮蘋果渣水分含量高,干渣中無氮浸出物含量高,氨基酸組成較全面,但粗纖維含量高,粗蛋白質(zhì)、鈣、磷含量低。
表3 蘋果渣的常規(guī)營養(yǎng)物質(zhì)含量 %
表4 蘋果渣的氨基酸組成%
蘋果渣還富含可溶性糖、鐵、B族維生素、黃酮、多酚和膳食纖維。楊福有等(2000)測定蘋果渣中含總糖15.08%、鐵158 mg/kg。研究表明,蘋果渣中維生素B2含量為3.8 mg/kg,是玉米的3.5倍。黃慶等(2016)測得蘋果皮的黃酮含量為2.5%,具有較強(qiáng)的自由基清除能力。周春娣(2014)測得蘋果渣多酚的提取率為0.37%,對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有很強(qiáng)的抑菌作用。耿乙文等(2016)報(bào)道,蘋果渣中還原糖含量8.76%、總膳食纖維64.76%、可溶性膳食纖維9.87%、不可溶性膳食纖維54.89%、多酚0.44%。
2.2 蘋果渣的抗?fàn)I養(yǎng)因子 蘋果渣含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子,主要是果膠與單寧。岳賢田(2011)利用超聲波提取蘋果渣中果膠,提取率為12.9%。Wikiera等(2015)利用兩種酶代替常規(guī)無機(jī)酸萃取蘋果渣,果膠的得率分別為18.95%、17.86%,顯著高于酸法提取(14.52%)。單寧分為水解單寧和縮合單寧,其中縮合單寧不能水解,可與胰蛋白酶和淀粉酶或酶的底物反應(yīng),降低蛋白質(zhì)和碳水化合物的利用率。李彩鳳等(2005)測定了陜西2個中型蘋果汁加工廠的蘋果渣中果膠含量分別為15.8%、16.1%,單寧含量分別為0.46%、0.25%。
2.3 蘋果渣發(fā)酵 蘋果渣含有單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子,且蛋白質(zhì)含量較低,在養(yǎng)豬生產(chǎn)中直接應(yīng)用效果欠佳。通過有益微生物發(fā)酵改善適口性,提高蛋白質(zhì)含量,是改善蘋果渣飼用價(jià)值的有效途徑。Joshi等(2000)分別利用啤酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母、產(chǎn)蛋白酵母、產(chǎn)朊球形酵母和檸檬形克氏酵母固態(tài)發(fā)酵蘋果渣,粗蛋白質(zhì)含量提高了200%,粗脂肪提高150%~200%,維生素C提高200%,粗灰分、粗纖維和礦物元素有所增加,可溶性蛋白質(zhì)略有增加,但含糖量下降。胡銀川等(2010)研究了單菌、雙菌、三菌發(fā)酵蘋果渣,結(jié)果表明,單菌發(fā)酵時,黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)物的蛋白質(zhì)含量增幅最大,枯草芽孢桿菌次之,最后為釀酒酵母。雙菌發(fā)酵時,當(dāng)黑曲霉與枯草芽孢桿菌混合比例為1∶1時,蛋白質(zhì)含量增幅最大。三菌發(fā)酵的最優(yōu)菌種比例為黑曲霉∶枯草芽孢桿菌∶釀酒酵母=1∶1∶2,蛋白質(zhì)含量由發(fā)酵前7.2%增加到13.5%,提高了88%。薛祝林等(2014)研究枯草芽孢桿菌和啤酒酵母雙菌發(fā)酵蘋果渣的效果發(fā)現(xiàn),混合菌種發(fā)酵對產(chǎn)物真蛋白含量的影響漿料比>pH>接種量;最佳發(fā)酵條件為漿料比1:1、枯草芽孢桿菌接種量3%、pH 5,真蛋白含量達(dá)到13.58%。
2.4 發(fā)酵蘋果渣在豬飼糧中的應(yīng)用 少量添加發(fā)酵蘋果渣能提高斷奶仔豬生長性能,改善小腸形態(tài)結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡,提高養(yǎng)分消化率。楊福有等(2003)用2%、4%、6%青貯蘋果渣和1.5%檸檬酸飼喂斷奶仔豬,結(jié)果表明,添加4%青貯蘋果渣組與1.5%檸檬酸組在兩階段的飼喂結(jié)果中,日增重和料重比無差異;2%組在前期由于酸性物質(zhì)不足使日增重低于對照組,腹瀉率高于對照組;6%組全期日增重均低于對照組,料重比高于對照組,最佳添加量為4%。高印等(2016)研究了添加4%、6%、8%益生菌發(fā)酵蘋果渣對早期斷奶仔豬生長性能、血清生化指標(biāo)和糞便微生物菌群的影響,結(jié)果表明,添加6%益生菌發(fā)酵蘋果渣能提高斷奶仔豬生長性能,調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡,降低糞便中大腸桿菌數(shù)量和腹瀉率,提高血清中內(nèi)分泌激素含量,降低尿素氮和膽固醇含量。王國軍等(2017)研究了添加4%、6%、8%益生菌發(fā)酵蘋果渣對斷奶仔豬表觀消化率、血清免疫指標(biāo)和腸道菌群與形態(tài)的影響,結(jié)果表明,日糧中添加6%益生菌發(fā)酵蘋果渣能提高仔豬小腸絨毛高度,降低隱窩深度,改善腸道環(huán)境,從而提高粗蛋白質(zhì)和粗脂肪的表觀消化率;降低腸道中大腸桿菌含量,提高乳酸桿菌等有益菌含量,調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡,提高斷奶仔豬免疫力。
我國是葡萄種植大國,2018年全國葡萄產(chǎn)量1366.7萬t。葡萄渣是葡萄經(jīng)過釀酒或榨汁后的副產(chǎn)物,主要由葡萄皮、葡萄籽和果梗構(gòu)成,約占鮮果重量的20%~30%。我國年產(chǎn)葡萄渣約50萬t。
3.1 葡萄渣的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)活性物質(zhì) 葡萄渣中常規(guī)營養(yǎng)物質(zhì)含量和氨基酸組成見表5、表6。新鮮葡萄渣水分含量高,干渣中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、鈣含量高,氨基酸組成全面,但粗纖維含量大于20%,磷含量較低。
表5 葡萄渣的常規(guī)營養(yǎng)物質(zhì)含量%
表6 葡萄渣的氨基酸組成 %
葡萄渣還富含可溶性糖、礦物質(zhì)、維生素以及多酚、有機(jī)酸、不飽和脂肪酸、膳食纖維等多種功能性物質(zhì)。董思瑤等(2015)測得葡萄皮含鉀2.17%、鐵666 mg/kg、銅50 mg/kg。葡萄渣的多酚類物質(zhì)主要包括白藜蘆醇、原花青素和天然色素,具有抗氧化、抗炎、抗菌等生物活性。Pastrana-Bonilla等(2003)報(bào)道,葡萄籽、葡萄皮中酚類物質(zhì)含量分別約為2178.8 mg和374.6 mg GAE/kg(GAE表示沒食子酸當(dāng)量)。王彪(2013)研究表明,采用超聲波法提取釀酒葡萄渣中的白藜蘆醇提取率最高,可達(dá)0.3125%。齊墩果酸是一類五環(huán)三萜化合物,具有護(hù)肝、降血糖、降血脂、抗炎、抗病毒等多種作用。黃小云等(2017)研究表明,從毛葡萄釀酒皮渣提取物中得到的齊墩果酸含量為1.516%。葡萄籽中含有14%~17%葡萄籽油,其主要成分為亞油酸、亞麻酸等多不飽和脂肪酸(彭麗霞等,2010)。葡萄渣中膳食纖維含量較高,約占干物質(zhì)75%,其中,可溶性膳食纖維15%(張兆英等,2019)。
3.2 葡萄渣的抗?fàn)I養(yǎng)因子 葡萄渣中主要抗?fàn)I養(yǎng)因子是單寧。張歡等(2019)測定了寧夏地區(qū)4個主栽釀酒葡萄品種的葡萄渣中單寧含量為3.83%~5.18%,4種葡萄渣中單寧含量從高到低依次為赤霞珠>馬爾貝克>蛇龍珠>美樂。
3.3 葡萄渣發(fā)酵 葡萄渣的水分和可溶性糖含量高,不易保存,纖維和單寧含量高,適口性差,干燥耗能大,故生產(chǎn)中常通過有益微生物發(fā)酵來改善適口性,增加益生菌數(shù)量,提高蛋白質(zhì)含量和纖維利用率,同時延長保質(zhì)期。周廣麒等(2014)先用3 U/g纖維素酶+5 U/g木聚糖酶50℃酶解72 h,再加0.05%酵母30℃發(fā)酵96 h,葡萄皮渣的粗纖維由16.25%降到11.42%,降低了29.72%。張麗芝等(2019)用產(chǎn)朊假絲酵母、釀酒酵母、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌進(jìn)行菌種篩選,結(jié)果產(chǎn)朊假絲酵母單菌發(fā)酵的真蛋白含量最高(13.75%),比對照組提高了38.61%;產(chǎn)朊假絲酵母和嗜酸乳桿菌雙菌組合的發(fā)酵效果優(yōu)于三菌和四菌發(fā)酵,真蛋白含量達(dá)13.88%,確定固態(tài)發(fā)酵葡萄渣最佳菌種組合為產(chǎn)朊假絲酵母+嗜酸乳桿菌。翟羽佳等(2018)提出葡萄渣發(fā)酵配方為葡萄皮渣75%、輔料25%(玉米:麩皮=1:1),產(chǎn)朊假絲酵母與嗜酸乳桿菌最佳接種比例為1.5:1.0,接種量為10%,料水比1:1,32℃發(fā)酵72 h,真蛋白含量由10.10%增至14.45%,提高了43.07%,具有酸香氣味,適口性和營養(yǎng)價(jià)值都得到了提升。
3.4 發(fā)酵葡萄渣在豬飼糧中的應(yīng)用 發(fā)酵葡萄渣能改善豬的生長性能、腸道菌群、營養(yǎng)物質(zhì)消化率、抗氧化能力和肉質(zhì)。Kafantaris等(2018)研究了青貯葡萄渣對20日齡仔豬生長性能、腸道菌群、機(jī)體抗氧化能力和肉質(zhì)的影響,結(jié)果表明,飼喂青貯葡萄渣后仔豬日增重提高了23.65%;兼性益生菌和乳酸菌數(shù)量增加,腸桿菌和空腸彎曲桿菌等病原菌數(shù)量減少;顯著提高了機(jī)體抗氧化能力,提高肌肉中EPA、DHA、亞麻酸等n-3多不飽和脂肪酸含量,降低n-6/n-3多不飽和脂肪酸比值,改善豬肉品質(zhì)。王敬勉等(1998)用15%、20%、25%的發(fā)酵葡萄渣代替花生蔓粉、棉籽餅和麥麩,生長育肥豬日增重分別增加了3.2%、7.7%、8.7%,料重比分別降低了1.4%、4.9%、4.3%,經(jīng)濟(jì)效益分別提高了19.6%、40.7%、47.3%。Yan和Kim(2011)研究了酵母發(fā)酵葡萄渣對生長育肥豬生長性能、養(yǎng)分消化和肉質(zhì)的影響,結(jié)果表明,添加3%發(fā)酵葡萄渣改善了豬的日增重,提高了干物質(zhì)和氮的表觀消化率,增加了肌肉大理石紋評分、紅度、黃度值和脂質(zhì)抗氧化能力,降低了皮下脂肪中棕櫚酸、硬脂酸、花生四烯酸等飽和脂肪酸水平,提高了亞油酸、總多不飽和脂肪酸和PUFA/SFA比值,降低了背最長肌中花生四烯酸水平。
近年來,針對常規(guī)飼料資源短缺的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí),國內(nèi)外學(xué)者就水果加工廢棄物的飼料化利用開展了大量研究,并取得了較大進(jìn)展,但要大規(guī)模推廣應(yīng)用還存在如下問題:(1)果渣種類繁多,即使同一種類不同產(chǎn)地或加工工藝的果渣,其營養(yǎng)組成都有很大差異,缺乏可靠的果渣飼料原料數(shù)據(jù)庫;(2)果渣發(fā)酵菌種和發(fā)酵工藝不穩(wěn)定,導(dǎo)致產(chǎn)品不定型;(3)果渣發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)體系尚未建立,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊;(4)對果渣中營養(yǎng)活性物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)因子研究不夠,缺乏簡單高效的檢測技術(shù)。針對果渣開發(fā)利用中存在的問題,今后需要加強(qiáng)以下工作:(1)大力開展果渣資源調(diào)查和營養(yǎng)檢測,構(gòu)建果渣飼料原料數(shù)據(jù)庫;(2)進(jìn)一步優(yōu)化果渣飼料發(fā)酵的菌種和工藝,提高產(chǎn)品穩(wěn)定性;(3)綜合衛(wèi)生指標(biāo)、營養(yǎng)指標(biāo)、適口性、生物學(xué)效價(jià)及經(jīng)濟(jì)效益,系統(tǒng)評定果渣的飼用價(jià)值;(4)加強(qiáng)果渣中營養(yǎng)活性物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)因子研究,開發(fā)簡單高效的檢測技術(shù),提升產(chǎn)品效能。