茶副產物在反芻動物飼料應用中的研究進展

晏 琦 趙國琦，2 OSMOND Datsomor,2 林 淼,2*

(1.揚州大學動物科學與技術學院，揚州 225009；2.揚州大學動物營養(yǎng)與飼料工程研究中心，揚州 225009)

目前我國經濟已從高速發(fā)展階段開始轉向高質量發(fā)展階段，人民對于生活品質的追求不斷提高，這對我國農業(yè)發(fā)展、農業(yè)科技創(chuàng)新提出了更高更新的要求，以及更需要圍繞提高農業(yè)質量效益競爭力，破解當前農業(yè)資源趨緊、環(huán)境破壞嚴重和生態(tài)系統(tǒng)退化等重大短板問題。近年來，我國畜牧業(yè)發(fā)展日新月異，但隨之出現(xiàn)的飼料供給矛盾、原料價格居高不下等問題日益顯著[1]。反芻動物飼料供需矛盾格外突出，據(jù)中國海關總署官網(wǎng)(http://www.customs.gov.cn/)統(tǒng)計，2019年中國草產品進口量為162.88萬t，其中苜蓿干草和燕麥草分別為135.61萬和24.09萬t，進口量大且成本高，反芻動物養(yǎng)殖生產受此制約大。在這種背景下，使用工農業(yè)副產物作為飼料原料不僅可以減輕工農業(yè)和畜牧業(yè)對于環(huán)境的壓力，而且有利于反芻動物養(yǎng)殖生產，所以開發(fā)非常規(guī)飼料的任務顯得格外緊迫[2]。

“十三五”期間，我國茶產業(yè)雄居全球第一，生產規(guī)模不斷加大。2020年，我國茶園面積達321.6萬hm2，較2015年增長約21.8%；同年，我國茶葉消費量約為220萬t，較2015年增長約31%[3]?？焖侔l(fā)展的茶產業(yè)，也產生了大量的茶副產物。每生產1 t成品茶，約能產生20～30 kg干茶副產物(dried tea by-product，DTBP)，據(jù)以上數(shù)據(jù)估算，每年全國生產成品茶所產生的DTBP約為7萬t，而生產茶飲料或是茶提取物后剩余的濕茶副產物(wet tea by-product，WTBP)有數(shù)十萬t[4]。目前，只有少量茶副產物得到了合理利用，茶副產物造成的資源浪費與環(huán)境污染問題依然嚴峻。茶副產物主要包括2類，DTBP主要包括成品茶葉生產過程中除成品茶外被廢棄的茶末、茶片和茶梗等[5]，WTBP主要為生產茶飲料過程中經浸提后棄去的茶渣。茶副產物含大量營養(yǎng)成分，其中粗蛋白質(CP)含量約為20%，粗纖維含量約為60%[6]。此外，茶副產物的生物活性物質，如茶多酚、茶氨酸、茶皂素、單寧酸和咖啡因等，與普通茶葉的種類相同、含量相近[7-8]。有報道稱，在圍產期奶牛飼糧中添加茶多酚可降低血漿過氧化氫(H2O2)和丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量，并降低血漿促炎因子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細胞介素-1β(IL-1β)等含量，有助于提高產后高酮血奶牛產奶量和改善健康狀況[9]。通過飼糧調控有助于抑制反芻動物甲烷排放，提高生產效率，保護自然環(huán)境，在羔羊飼糧中添加茶皂素對羔羊生長性能無不良影響，但有助于降低甲烷的排放量[10-11]。本文旨在通過綜述茶副產物的化學成分與營養(yǎng)價值，以及其對反芻動物健康和生產性能的影響，以期為茶副產物作為反芻動物飼料開發(fā)與應用提供科學指導與理論依據(jù)。

1 茶副產物的營養(yǎng)組成

目前關于茶副產物作為反芻動物飼料資源的研究主要集中在速溶茶和茶飲料經過浸提后棄去的殘渣WTBP[12]，其營養(yǎng)成分見表1[13-21]。茶園中修剪以及成品茶生產過程中所產生的殘渣DTBP，含有豐富的木質素和纖維素[12]，未經過處理很難被反芻動物消化，因為DTBP中木質素的存在阻礙了瘤胃微生物對纖維素和半纖維素的有效利用[22]，所以這類茶副產物應用于反芻動物飼料資源的研究鮮有報道。Nasehi等[23]報道，干綠茶副產物(dried green tea by-product，DGTBP)中的有機物(OM)含量為94.4%，CP含量為16.3%，粗脂肪(EE)含量為10%，中性洗滌纖維(NDF)含量為42.1%，酸性洗滌纖維(ADF)含量為32.9%，鈣(Ca)含量為3.5%，磷(P)含量為2.1%。

表1 WTBP的營養(yǎng)成分

2 茶副產物的主要功能性物質

DTBP通常未經處理，營養(yǎng)成分得以保存；WTBP經過了浸提，但營養(yǎng)價值沒有過多損失[24]。WTBP中含有大量生物活性物質，如多酚、生物堿(咖啡因、茶堿和可可堿)、色素、萜類(茶皂素)、氨基酸和多糖等[25]。

2.1 茶多酚

茶多酚是茶所特有的生物活性物質，主要是由表兒茶素、表兒茶素沒食子酸酯、表沒食子兒茶素和表沒食子兒茶素沒食子酸酯4種兒茶素組成[25]，是一類有效的抗氧化劑[26-27]，具有較強的免疫調節(jié)功能[28]。Gladine等[29]報道，因為瘤胃微生物能將茶多酚聚合物分解為生物活性單體，所以反芻動物比單胃動物對于各種不同類型的多酚利用效率更高。金黃色葡萄球菌在人和動物中引起多種疾病，對畜牧業(yè)乃至人類生活造成極大危害[30-31]。Shimamura等[32]報道，茶多酚可以抑制金黃葡萄球菌的生長，其機理主要是通過直接結合其細胞壁的肽聚糖來干擾金黃色葡萄球菌的生物合成，此外，還可能通過誘導其細胞壁損傷對其產生抑制作用。不同茶副產物的茶多酚含量見表2[14,16,18,21]。

表2 不同茶副產物的茶多酚含量

2.2 茶皂素

茶皂素主要是由三萜皂苷組成，具有抗菌、減少反芻動物胃腸道的甲烷排放等作用，植物中含有的茶皂素可以被動物機體更有效地吸收，比相同的合成物質更具有效果[33]。Wang等[34]研究添加不同劑量的茶皂素對奶牛泌乳性能、抗氧化狀態(tài)和免疫反應的影響，結果表明，添加30 g/d的茶皂素效果最好，減輕了氧化應激，提高了機體免疫力，且不影響奶牛采食量。研究表明，添加茶皂素能夠降低反芻動物產甲烷量，在Guyader等[35]的體外產氣研究中發(fā)現(xiàn)，增加茶皂素用量線性降低了甲烷生成，體外添加0.5 g/L的茶皂素降低了29%的產甲烷量。反芻動物90%的甲烷產生于瘤胃，其次來自于小腸[36]。在Zhou等[37]的研究中，在湖羊飼糧中添加茶皂素降低了甲烷產量，但是添加2.1 L/d與添加2.5 L/d對產甲烷影響無顯著性差異。添加茶皂素降低甲烷產量主要是通過抑制瘤胃原蟲降低其數(shù)量，從而降低了相關產甲烷菌的活性，同時添加茶皂素也不影響瘤胃真菌和纖維分解菌的相對豐度。Liu等[38]也研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加茶皂素可以降低雜交羊甲烷日排放量，并且有效提高了雜交羊的OM、氮(N)、NDF和ADF的表觀消化率。前人研究證明了茶皂素可降低反芻動物產甲烷量，但作用機制有待更詳細的研究。在Wang等[39]的研究中，分別添加茶皂素到苜蓿干草和大豆皮中飼喂犢牛28 d，觀察添加茶皂素后瘤胃微生物菌群的變化，結果表明犢牛的瘤胃中普雷沃氏菌科YAB2003(Prevotellaceae-YAB2003)的豐度增加，普雷沃氏菌科YAB2003是瘤胃纖維降解菌，表明茶皂素能有效促進纖維消化。不過，還應進一步研究茶葉副產物中的茶皂素對反芻動物作用的具體機制。

2.3 茶氨酸

茶氨酸(γ-谷氨酰胺乙胺)是一種L型氨基酸，占游離氨基酸的50%以上，具有抗氧化、抗炎和神經保護的潛力[40-41]?？字緜サ萚42]研究表明，通過添加不同劑量的茶氨酸可以緩解對H2O2誘導的瘤胃上皮細胞損傷，且添加高于8 mmol/L的茶氨酸能通過促進B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)蛋白表達和抑制Bcl-2相關X蛋白(Bax)的蛋白表達，從而緩解由H2O2刺激的瘤胃上皮細胞凋亡。Wang等[43]研究表明，將茶氨酸分別以16和32 g/d的含量添加到奶牛飼糧中，探究茶氨酸對熱應激條件下奶牛瘤胃液、血液以及牛乳中脂多糖(lispolysaccharide，LPS)含量的變化，同時還檢測了血液中相關炎癥因子含量的變化，結果表明，與對照組相比，熱應激條件下在奶牛飼糧中添加16 g/d茶氨酸降低了瘤胃液、血漿和牛奶中的LPS含量；同時，添加16和32 g/d茶氨酸降低了血清中IL-1β的含量，并且血清中白細胞介素-2(IL-2)的含量也有降低的趨勢。因此，茶氨酸通過降低奶牛機體的LPS含量，以及降低血清中IL-1β和IL-2的含量，從而緩解奶牛在熱應激條件下LPS釋放引起的奶牛炎癥反應。

3 茶副產物在反芻動物中的飼料化應用

3.1 茶副產物的應用方式

成品茶與茶葉修剪所產生的DTBP水分含量不高，可以作為粗飼料直接使用。但是生產速溶茶、茶飲料的WTBP經過浸提后水分含量高，不易保存，以青貯的方式進行加工后可以作為反芻動物的飼料進行使用[12]。

在Cao等[20]的研究中，分別將豆腐餅(dry tofu cake，DTC)、米糠(rice bran，RB)以及飲料廠收集的濕綠茶副產物(wet green tea by-product，WGTBP)與全株水稻混合制作青貯飼料，分別添加干物質基礎的30%，并且比較了不同混合青貯飼料的營養(yǎng)特點。結果顯示，WGTBP組15.26%的CP含量與DTC組的15.16%無顯著差異，且均高于RB組的11.91%；但EE含量方面，RB組的8.26%高于DTC組和WGTBP組，分別為4.99%和2.72%。Kondo等[16]研究在常規(guī)燕麥青貯飼料中添加不同比例的WGTBP對山羊的飼喂價值的影響，結果表明，添加20%的WGTBP組CP含量達到8.14%，顯著高于添加5%的WGTBP的6.09%與對照組(不添加WGTBP)的5.62%，但NDF和ADF含量并沒有顯著差異。目前有關于茶副產物的加工方式主要就集中在青貯上，還需要探究更多的加工方式以便于使用這種非常規(guī)飼料。

3.2 茶副產物對反芻動物采食量的影響

采食量是評價反芻動物對于飼料利用率的一個關鍵指標，對動物生長性能至關重要[44]。不同類型的茶副產物作為反芻動物飼料對采食量的影響各研究結果并不一致，這可能與茶副產物的類型、質量、動物的品種以及基礎飼糧的配制等有關。Almahdawi[45]報道，添加不同比例的WGTBP能夠影響阿華西(Awassi)羊的采食量，添加0、7.5%和15%的WGTBP所對應的采食量分別為1.468、1.517和1.542 kg/d，但無顯著差異。在Nasehi等[23]的研究中，用成品茶廠的DGTBP替代苜蓿干草飼喂Chall公羔羊，使用0、2%、4%和6%的DGTBP，所對應的干物質采食量分別為1.371 7、1.481 1、1.453 3和1.325 6 kg/d；當DGTBP用量達到6%時，采食量出現(xiàn)了下降，這可能由于這類干燥并且未經過處理的綠茶副產物包含部分茶梗，而茶梗質地較硬，在添加量高時，影響了適口性。以上報道的試驗結果存在差異，因此需要進行更多的研究來準確評價茶副產物的各種因素對于反芻動物采食量的影響。

3.3 茶副產物對營養(yǎng)物質消化率的影響

茶副產物應用在不同研究中所表現(xiàn)出來的營養(yǎng)物質消化率存在差異。表3匯總了關于茶副產物應用在反芻動物飼糧中對營養(yǎng)物質消化率的影響數(shù)據(jù)[17,19,23]。飼糧蛋白質既被宿主動物利用，也被瘤胃微生物利用[46-47]，通過優(yōu)化飼糧配方提高蛋白質消化率，可以提高反芻動物飼糧的利用效率。在Xu等[17]和Nasehi等[23]的研究中，CP消化率隨著茶副產物添加量的增加而下降，這可能與茶副產物中含有單寧成分有關。單寧具有不同的結構，主要分為3類：水解單寧、縮合單寧和多酚單寧，是一種天然存在的酚類化合物，具有結合和沉淀蛋白質的能力，使CP不能在瘤胃中得到充分降解[48]。Kondo等[49]的研究中也證實了WGTBP含有9.57% DM的單寧，由于單寧的作用，WGTBP中瘤胃不可降解蛋白質含量較高。

表3 茶副產物應用在反芻動物飼糧中對營養(yǎng)物質消化率的影響

3.4 茶副產物對反芻動物生產性能的影響

關于茶副產物對于反芻動物生產性能的報道結果不盡一致。Kondo等[19]在青貯飼料中添加WGTBP對于泌乳奶牛的產奶量、乳中乳蛋白含量和乳脂率無不良影響。Almahdawi[45]在Awassi羊飼糧中分別添加0(對照組)、7.5%和15%的WGTBP，試驗期100 d結束后，羔羊分別增重了20.60和22.80 kg，顯著高于對照組的17.70 kg。Ahmed等[50]在飼糧中分別添加0、0.5%、1%和2% WGTBP飼喂山羊，試驗期90 d結束后分別增重10.3、10.7、10.4和11.7 kg，這與WGTBP中含有豐富的兒茶素有關，兒茶素能夠促進瘤胃微生物的生長，從而促進營養(yǎng)物質的消化吸收；后期進行的屠宰試驗發(fā)現(xiàn)，飼喂WGTBP可以改變山羊肉中的脂肪酸組成，提高肉品質以及肌肉氧化穩(wěn)定性，這可能是因為兒茶素通過清除機體內的活性氧和氮，整合氧化還原活性的過渡金屬離子，發(fā)揮了抗氧化的作用[51]；此外，該研究還表明，兒茶素還能降低血漿葡萄糖、膽固醇和尿素氮含量，增加脾臟細胞的增殖[50]。在Nasehi等[23]的研究中，在伊朗Chall羔羊飼糧中添加0、2%、4%和6%的DGTBP，試驗期結束后，4個組分別增重了13.4、14.2、12.2和10.1 kg。在此研究中，飼喂高添加量的DGTBP，動物增重反而出現(xiàn)了下降趨勢，而低、中添加量對動物增重沒有影響，這有2方面潛在因素：一方面，DGTBP木質素含量高，影響了動物對于營養(yǎng)物質的消化利用；另一方面，由于DGTBP中含有單寧成分，單寧可以抑制瘤胃內蛋白分解微生物的活性。高含量的單寧成分會對采食量以及營養(yǎng)物質吸收產生不利的影響。Raju等[52]研究發(fā)現(xiàn)，添加高劑量的單寧影響了動物的采食量，而低、中劑量的單寧顯著降低了瘤胃可溶性蛋白質的降解率，增加了小腸對蛋氨酸和必需氨基酸的吸收，從而提高動物對這些氨基酸的利用率促進生長發(fā)育。Almahdawi[45]、Ahmed等[50]和Nasehi等[23]的試驗中，都在反芻動物飼糧中添加了不同含量、品種的茶副產物，結果都表明添加茶副產物比不添加茶副產物對動物增重有積極影響，可以部分替代反芻動物常規(guī)飼料原料。

4 小結與展望

茶副產物營養(yǎng)成分豐富，并且富含活性物質，具有重要的飼用價值，但相關研究仍然存在不足，尤其是DTBP鮮有報道，這部分茶副產物保有量大，具有開發(fā)潛力。茶副產物應用方式單一，主要集中于青貯，且青貯的發(fā)酵條件、添加量尚未統(tǒng)一標準。此外，關于茶副產物活性成分的研究都集中于單一活性物質的作用，忽略了多個活性物質共同作用的整體效應，并且對于瘤胃代謝機制的影響尚未明確。

綜上所述，未來研究方向建議從以下幾點開展：1)進一步研究茶副產物活性物質對于動物生長性能的影響以及相關代謝機制；2)研究茶副產物的使用前處理，降低其抗營養(yǎng)因子(如木質素)含量；3)明確茶副產物應用在反芻動物生產中的最適使用量，建立標準；4)推進DTBP的相關研究。