甘薯渣營養(yǎng)價值及其飼料化利用技術研究進展

于 翔 ， 陳 寧 ， 王嘉盛 ， 吳非凡 ， 王夢芝

（1.揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州 225009；2.新疆農墾科學院畜牧獸醫(yī)研究所，新疆石河子 832000）

甘薯（Dioscorea esculenta（Lour.）Burkill）又稱甜薯、白薯等，為薯蕷科薯蕷屬，在我國作為主要的優(yōu)質農產品， 其耕種區(qū)域與總產值均接近全球前列。 甘薯加工提取淀粉后通常會剩余部分殘渣類物質， 即甘薯渣。 據(jù)統(tǒng)計， 我國每年約會產生466 萬t 甘薯渣， 一個年產3000 t 的淀粉加工企業(yè)每年能產生 4000 t 濕薯渣 （韓俊娟，2008），大部分被當作廢料丟棄和堆積， 而濕薯渣水分含量高達80%，容易腐敗酸化，產生臭味。 還有部分企業(yè)會將腐敗后的薯渣隨污水排放處理， 但甘薯渣廢水中氮、磷和H2S、NH3等氣體含量較高，總氮和總磷高達 69.0 mg/L 和 9.50 mg/L （Guo 等，2015）， 化學需氧量達到 25.0 g/L （Mishra 等，2004），會造成巨大的環(huán)境負荷和污染。

甘薯渣占甘薯鮮重的10% ~ 14%，其含有一定養(yǎng)分資源， 富含淀粉和膳食纖維 （Liu 等，2008），甘薯渣干物質中含淀粉44.74%、膳食纖維27.40%、蛋白質5.26%、脂類0.38%、粗纖維29.30%、 灰分 2.95%（Garna 等，2006）。 Aziz 等（2002）利用鐮刀霉菌和酵母菌對甘薯渣進行液態(tài)發(fā)酵后，其干基中蛋白質含量提高至65.80%，是良好的蛋白質飼料， 以上皆表明甘薯渣被二次處理后有作為優(yōu)質飼料資源的潛力。 動物飼料中添加利用甘薯渣逐漸趨于常態(tài)化， 王淑軍等（2002）用發(fā)酵甘薯渣替換20%的基礎飼糧飼喂豬，其適口性得到改善，料重比降低，促進豬生長發(fā)育飼喂效果明顯， 并且還能減少動物飼料中能量補充的成本。

1 甘薯渣的營養(yǎng)及抗營養(yǎng)成分

1.1 甘薯渣的營養(yǎng)成分 甘薯渣常被當作廢棄的副產物，其組成結構為97.2%的果肉、2.8%的果梗和果皮三部分。徐夢瑤等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，甘薯渣含有豐富的養(yǎng)分和營養(yǎng)物質（表1）。 鮮甘薯渣中水分含量高達86.75%，保持水分能量較強。 烘干去除水分后的干性甘薯渣中的主要組成成分為淀粉和膳食纖維。 其中淀粉含量占40.12%，說明雖然甘薯渣是甘薯生產淀粉的副產物， 但其淀粉含量高，有較高的可利用性。 其次，甘薯渣中粗蛋白質和粗脂肪含量較低， 粗蛋白質僅占干基5%左右；粗脂肪含量更低，僅占干基0.3%左右。研究發(fā)現(xiàn)，甘薯渣富含膳食纖維，其含量高達50.63%，對動物胃腸道微生物具有調控作用。 高美玲等（2019）通過動物試驗研究發(fā)現(xiàn)，甘薯渣對腸道菌群具有特殊作用，有利于腸道中益生菌的繁殖，可有效降低有害菌群的活性。 并且甘薯渣中多酚類物質具有優(yōu)良的抗氧化性、抗菌等生理活性。由此可見甘薯渣具有較高利用價值， 對甘薯渣進行二次處理，可有效提高其經(jīng)濟價值，還能進一步應用于動物飼料中。

表1 甘薯渣的主要營養(yǎng)成分 %

1.2 甘薯渣的抗營養(yǎng)成分 甘薯渣干基所含膳食纖維尤其豐富，是良好的膳食纖維原料，但膳食纖維主要包括纖維素、木質素、果膠、β-葡聚糖，不易被消化酶消化，也無法產生能量（許錫凱等，2021），屬于常見抗營養(yǎng)因子中的一類非淀粉多糖（NSP）?？範I養(yǎng)因子在飼料原料中普遍存在，若不經(jīng)處理被動物采食后會對機體產生抗營養(yǎng)作用或毒害作用，主要表現(xiàn)有降低營養(yǎng)物質利用率、降低動物生長速度和不利于動物健康等影響（崔朝霞等，2007）。 參考《常見飼料原料抗營養(yǎng)因子含量表》可知，甘薯渣所含抗營養(yǎng)因子的種類和含量如表2 所示。

表2 甘薯渣抗營養(yǎng)因子含量 %

非淀粉多糖（NSP）引起的消化液黏度是動物飼料行業(yè)最為關注的問題（尚加英等，2020）。 NSP能結合大量水分從而使腸道內容物的黏度增加，進而導致腸道食糜高黏度的形成， 腸道食糜通過消化道的速度減緩，從而降低畜禽采食量（張變英等，2006）。NSP 與腸壁邊界具有相互作用，會降低腸壁對營養(yǎng)物質的吸收效率。

針對NSP， 可使用物理方法浸泡使其縮合從而降低含量，但同樣會使水溶性營養(yǎng)物質流失，還需烘干飼料，故成本較高，操作麻煩，并非理想的處理方式。 目前， 通常使用微生物發(fā)酵法來降低NSP 等抗營養(yǎng)因子含量（花蘊等，2020），經(jīng)微生物發(fā)酵后甘薯渣中NSP 含量大大下降從而降低抗營養(yǎng)作用，提高了營養(yǎng)物質消化率，粗纖維降解率達到43.10%， 從而增強了適口性 （趙啟美等，2002）， 粗蛋白質等營養(yǎng)物質含量得到間接提高，能整體提高甘薯渣飼料的營養(yǎng)價值。

另外，NSP 中的木聚糖、β-葡聚糖和纖維素均存在于細胞壁中， 動物內源酶無法分解這些物質， 會阻礙消化酶與營養(yǎng)物質的接觸， 所以NSP具有營養(yǎng)屏障作用。 有研究表明，添加NSP 酶制劑能有效降低NSP 的抗營養(yǎng)特性，夏枚生（2000）在NSP 含量較高的豬日糧中添加β-葡聚糖酶、木聚糖酶和纖維素酶，飼喂一段時間后，生長豬日增重提高8.78%，料肉比改善9.42%，同時日糧中蛋白質、 粗脂肪和粗纖維的消化率分別提高18.76%、16.04%和108.57%。

2 甘薯渣的飼料化應用現(xiàn)狀

甘薯渣作為淀粉加工過程中的副產物， 營養(yǎng)成分豐富，粗蛋白質含量為3.10%～5.26%，具有一定飼用價值，經(jīng)過合理處理和有效利用后，可以變廢為寶轉化成優(yōu)質的飼料資源， 一方面可減輕我國飼料資源短缺和人畜爭糧的現(xiàn)象， 另一方面也可減少對環(huán)境造成的污染。 劉倩倩等（2015）研究發(fā)現(xiàn)， 采用超聲波輔助鹽法從甘薯渣中提取果膠時， 當料液比為1：20 時， 果膠提取率可提高至15.48%。 孫健等（2014）采用超聲波輔助酶法，以甘薯渣為原料， 在料液比1：50 等酶解條件下，可顯著優(yōu)化果膠的提取工藝。另外，鄔建國等（2005）采取藥用真菌液態(tài)發(fā)酵法， 應用9%的甘薯渣培養(yǎng)發(fā)酵后，能大幅增加膳食纖維所占比例。 另外，由于多種類的營養(yǎng)物質構造， 甘薯渣也常被用于養(yǎng)殖飼料的開發(fā)。

2.1 反芻動物 在反芻動物的養(yǎng)殖中，科學化應用甘薯渣飼料化技術，對其生長發(fā)育、屠宰性能、泌乳、肉質和飼糧成本等都有一定程度的影響。張海波（2018）發(fā)現(xiàn)，當甘薯渣以 5∶5 比例替換白酒糟，即甘薯渣添加量控制在飼糧組成的10%以內時，飼喂效果較好，且對育肥牛的生長、屠宰性能等指標沒有不良影響； 而當甘薯渣完全替代白酒糟進行飼喂后， 會顯著降低育肥牛的生長性能和背最長肌IMF 含量，因此要對甘薯渣添加量進行適當控制，以免對畜禽產生危害。 同樣，Zhang 等（2015）使用高比例甘薯渣替代白酒糟調控肉牛飼糧能量水平，結果表明，飼喂添加占飼糧20%的甘薯渣會導致飼糧能量和粗蛋白質含量下降，會明顯降低肉牛的終末體重和ADG，不利于提高育肥牛的生長性能。 陳宇光等（2009）對產奶量相近的荷斯坦奶牛研究發(fā)現(xiàn)， 在奶牛日糧中可用甘薯渣低含量等比例替換其他原料， 不會損害其乳脂率與產奶量， 此外還為奶牛生產業(yè)中粗纖維類飼料缺乏問題提供了一項合理有效的解決方法，同時也可降低生產成本。

包建等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)切碎加工處理后的甘薯渣也可用于飼喂羊， 在滿足其粗纖維需求情況下還能降低生產成本。

2.2 單胃動物 在肉兔的飼養(yǎng)過程中，王中華等（2012） 在肉兔日糧中應用了10%～15%酸化后的甘薯粉渣，飼喂一定天數(shù)后發(fā)現(xiàn)，肉兔胃腸道中的pH 呈下降趨勢，并且還能有效提高其生長性能和免疫器官指數(shù)。 甘薯渣的飼料化技術也能有效應用于豬的基礎日糧中。 在豬日糧中添加干燥后的甘薯渣時，當比例控制在4%以內進行應用時，生長良好（鄒志恒等，2015）。而對甘薯渣實施微生物增殖發(fā)酵處理， 可提高其品質， 擴大其飼料化占比。 邢文會等（2016）研究顯示，對甘薯渣進行復合微生物菌劑接種發(fā)酵后， 可作為育肥豬的優(yōu)質理想日糧，將其按10%標準應用，能夠改善日糧的適口性，提高屠宰率與生產性能指標。周曉容等（2016） 研究表明， 按照鮮甘薯渣 75%、 麥麩19.1%、酒糟5%、尿素0.5%和混合菌液0.4%的配方進行發(fā)酵后， 可用13.2%、24.3%和33.8%新鮮發(fā)酵甘薯渣替換生長豬日糧中部分能量、 蛋白飼料，對采食量和日增重不產生影響，并且可節(jié)約飼料成本，增加養(yǎng)殖效率。 另外，在家禽動物例如蛋雞養(yǎng)殖中，甘薯渣的飼料化技術也被廣泛應用。 王苑等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，在產蛋雞日糧中添加4%以下的甘薯渣， 一方面對提高蛋殼厚度和強度有一定作用，且對產蛋率、蛋重和蛋殼顏色均無顯著影響，另一方面還能降低養(yǎng)殖成本，減輕環(huán)境負擔。

3 甘薯渣飼料化利用效果及其限制性

3.1 甘薯渣飼料化利用的效果 由于甘薯渣富含淀粉、纖維、蛋白等營養(yǎng)物質，是畜禽優(yōu)質的飼料資源， 國內外均已經(jīng)開始在畜禽動物飼料中添加應用一定比例甘薯渣飼料， 通常其添加量不超過40%，飼糧中的甘薯渣添加量應隨著畜種不同而做出相應調整， 且當添加量調整至最適比例時能對畜禽養(yǎng)殖產生積極作用。

當畜禽飼糧中添加的甘薯渣不超過10%時，鄒志恒等（2015）在對生長豬的研究中發(fā)現(xiàn)，當基礎日糧中的玉米按2%、4%和6%等比例替換成甘薯渣飼喂后， 可有效提高其平均日采食量和平均日增重，說明在生長豬飼料配方中應用2% ～6%最為恰當。王碩等（2010）研究表明，甘薯酒精渣可等比例替代10%以內的DDGS 作為肉牛的全價飼料， 不影響其生長性能， 且可使飼養(yǎng)成本降低5%，每天每頭肉牛的飼養(yǎng)利潤增加0.67 元。

而當添加比例超過10%且不超過40%時，也能有效應用于畜禽養(yǎng)殖中。 Zhang 等（2019）研究表明，對甘薯渣進行熱干燥處理后，在顯著提高其營養(yǎng)物質代謝率的情況下， 也保證了其不喪失抗氧化能力， 這說明甘薯渣能夠成為肉仔雞的有效飼料，并且潛力巨大。 汪敬生等（2000）研究發(fā)現(xiàn)，飼料青貯后添加30%的鮮貯甘薯渣，能有效刺激畜禽采食，增重效果顯著。

3.2 甘薯渣飼料化利用的限制性 甘薯渣雖然富含多種營養(yǎng)成分，是動物飼料理想的補充資源，但如果單獨飼喂，無法滿足畜禽的營養(yǎng)均衡，過多飼喂還易導致畜禽生長發(fā)育不良和患病 （鄧奇風等，2015），因而常需混合飼喂。 其次，新鮮甘薯渣作為優(yōu)質的反芻動物飼料，在豬、雞等單胃動物中直接利用時飼喂效果不佳， 因為反芻動物瘤胃中的微生物等能分解和消化甘薯渣中的粗纖維，而單胃動物對粗纖維的利用率較低。另外，新鮮甘薯渣雖可直接飼喂， 但是其水分含量高達80%，極易被霉菌等微生物污染，易產生有毒物質。 因此，通常用烘干法使新鮮甘薯渣干燥以延長儲存時間，提高飼用價值，經(jīng)粉碎后便可直接飼喂，但是甘薯渣經(jīng)干燥后營養(yǎng)成分極易損失， 適口性也會降低（劉惠知等，2013）。

甘薯渣中除含有部分淀粉外，絕大部分是纖維素和半纖維素，木質化程度高，而蛋白質含量很低，僅占3.10%～5.26%， 高纖維低蛋白的特點使其直接飼喂動物時容易導致消化性和適口性較差，無法滿足畜禽的營養(yǎng)需要，需與其他飼料配合飼用。 而且還需要注意控制在飼糧中的添加或替換比例。研究發(fā)現(xiàn)， 在豬日糧中添加6%的甘薯渣飼喂一段時間后，生長豬的平均日增重和飼料轉化效率均呈現(xiàn)下降趨勢。Peng 等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，利用20%的甘薯渣直接替代白酒糟飼喂育肥牛后，會降低飼料能量和蛋白能量，從而使其生長性能、最長肌IMF 含量下降。 另一方面，若添加比例過高或過多飼喂會對畜禽造成不利影響。 仔豬飼喂過多甘薯渣，會使其蛋白攝入不足，導致能氮比過高，從而影響生長發(fā)育；種公豬飼喂過多則會影響精子質量；懷孕母豬飼喂過多，易產生死胎或畸形仔豬，還易出現(xiàn)缺乳或無乳現(xiàn)象（鐘榮珍等，2010）。

淀粉的黃原酸酯具有很好的吸附重金屬離子的能力，從而使其成為一種重要的吸附材料，專門用于一些重金屬離子含量高的工業(yè)廢水的處理。甘薯淀粉含量較高，常被用于淀粉的提取與加工，其重金屬吸附能力較強，劉小梅等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，甘薯中重金屬銅含量高達12300 mg/kg，說明其為超強吸收重金屬的作物。 同樣， 何志堅等（2012）對9 種甘薯與土壤中重金屬及農藥殘留的含量進行測定， 結果發(fā)現(xiàn)高淀粉型甘薯吸收重金屬鉛、鎘和農藥殘留能力較強，并且其中有3 種甘薯表現(xiàn)出鎘含量超標。 而甘薯渣作為甘薯淀粉加工的副產物，也存在一定重金屬吸附能力，張志國（2015）將甘薯渣作為原料制備出性能優(yōu)良的甘薯渣黃原酸酯，并能有效地吸附重金屬離子，其中對鉛離子的吸附能力達到270 mg/g。 因此甘薯渣在飼料化進程中也存在著重金屬超標的問題。 一方面， 雖然甘薯渣及其加工產品能有效吸附重金屬離子，但另一方面，考慮到畜牧業(yè)食用安全，應優(yōu)選吸收重金屬及農藥殘留較少的甘薯品種及薯渣進行飼料開發(fā)利用。 因此高重金屬含量會成為限制甘薯渣飼料化利用的潛在因素。

4 甘薯渣的飼料化應用技術發(fā)展思考

甘薯渣飼料化應用過程中， 新鮮甘薯渣中水分含量高，易霉變產生毒素，所以良好貯存成為首要解決的問題，其次為干燥問題。甘薯渣中淀粉含量較高，干燥過程中具有難控制、耗能大和成本高等缺陷，因此應改善干燥設備，開發(fā)節(jié)能高效的專用設備（梁陳沖等，2012）。

微生物發(fā)酵法是目前使用較多的可長期貯存的生物加工處理技術，生物發(fā)酵過后的甘薯渣作為飼料有益于動物的生長，利用甘薯渣發(fā)酵生產飼料將成為一種主流趨勢。鄭明利等（2015）對甘薯飲料渣接種乳酸菌進行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)甘薯飲料渣青貯品質隨乳酸菌接種劑中乳酸菌種類多樣性提升而提升。 Ouedraogo 等（2012）在葡萄糖濃度為 22 mmol/L、 發(fā)酵溫度為 30 ℃和 pH 5.0 的發(fā)酵條件下，利用酵母菌發(fā)酵甘薯渣，產生的菌體蛋白含量高達總生物量的40.4% ～46.95%。王雪濤（2014）使用固態(tài)混菌發(fā)酵觀察甘薯渣營養(yǎng)價值變化，結果發(fā)現(xiàn)粗蛋白質含量從6.37%提升至9.75%，增幅53.06%，粗脂肪由2.71%提高至4.92%，增幅81.55%，且還原糖含量也顯著增加， 說明甘薯渣經(jīng)固態(tài)混菌發(fā)酵后營養(yǎng)品質得到明顯改善，能間接提高其飼料營養(yǎng)價值，有利于畜禽營養(yǎng)的消化吸收。 王淑軍等（2002）采用混合發(fā)酵法使甘薯渣產生菌體蛋白， 發(fā)酵后可大幅提高粗蛋白含量， 按適宜比例應用于豬日糧后， 能起到優(yōu)化整體風味、 降低料肉比的效果。 甘薯渣發(fā)酵應用，在未來畜禽養(yǎng)殖中具有很大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前，甘薯渣飼料化應用技術在反芻動物領域還存在許多問題，不僅研究成果較少，且其飼料化后飼喂效率不高、 應用效果欠佳等問題尚未得到解決。 甘薯渣纖維含量較高，可用作反芻動物的優(yōu)質飼料資源， 以滿足養(yǎng)殖業(yè)對纖維類飼料的需求。 李雁等（2012）以濕薯渣為原料，通過超高壓技術對其不溶性膳食纖維進行改性，改性后不溶性膳食纖維的理化性質得到優(yōu)化，結晶度減小，比表面積增大，從而成功使薯渣中膳食纖維的功能特性得以改善。 另外，優(yōu)質的纖維飼料還能促進肉羊消化，提供營養(yǎng)，且我國湖羊存欄量較大， 是反芻動物養(yǎng)殖規(guī)模較大的品種之一， 因此進一步深入研究甘薯渣在湖羊領域內的具體飼料化利用技術并加以優(yōu)化， 提高纖維含量和品質，便能達到充分利用薯渣資源、降低飼料成本、 提高反芻動物養(yǎng)殖生產效益和改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境的多重理想效果。

5 結語

甘薯渣資源的開發(fā)與利用逐漸成熟， 尤其是甘薯渣的飼料化技術，是有效利用甘薯渣、補充畜禽飼料資源、 防止薯渣資源浪費的重要途徑。 由于甘薯渣低蛋白質、高纖維，營養(yǎng)價值相對較低，若直接應用于動物飼料，飼喂效果與養(yǎng)殖附加值都不高，但上述各項研究結果均已表明，經(jīng)過適當?shù)亩翁幚砗笃滹暳匣瘧眯Ч傻玫揭欢ǖ母纳疲?其飼料化應用技術有很大的潛力。 目前我國甘薯渣飼料化技術還存在一些尚待解決的問題。比如，應用畜禽的種類局限，在反芻動物中應用的研究較少；飼喂效果欠佳，飼喂效率不高及生長、屠宰性能等提高效果不顯著；開發(fā)程度不高，營養(yǎng)價值提升效率不高，處理成本較高。 因此，甘薯渣的飼料化還需要再拓寬畜禽應用范圍， 尤其要深入探索在反芻動物領域內的應用， 并加強提高營養(yǎng)價值和節(jié)能高效等層面的研究， 以提升甘薯渣飼料化技術水平， 在提高畜禽養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的同時，推動農業(yè)資源綠色可持續(xù)發(fā)展。