馬鈴薯渣與莖葉飼料化利用及研究進(jìn)展

夏善勇

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，黑龍江哈爾濱 150086）

隨著我國(guó)畜牧產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展， 人民生活水平不斷提高，飼草資源短缺導(dǎo)致“人畜爭(zhēng)糧”問題日益突顯，開發(fā)利用非常規(guī)飼料資源迫在眉睫（楊宇為等，2020）。 馬鈴薯渣是馬鈴薯淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，每生產(chǎn)1 t 馬鈴薯淀粉會(huì)產(chǎn)生6.5 ~ 7.5 t 濕薯渣（鞠棟等，2017），如不加以利用，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且堆棄發(fā)酵后散發(fā)著霉變的惡臭味，對(duì)環(huán)境造成極大污染。近幾年，我國(guó)馬鈴薯種植面積維持在7000 萬畝左右，按其莖葉單產(chǎn)15~30 t/hm2計(jì)算，馬鈴薯莖葉年產(chǎn)量可達(dá)0.7 億~ 1.4 億t，但大部分粉碎還田或焚燒， 造成資源浪費(fèi)及病害的持續(xù)發(fā)生。 隨著飼料工業(yè)的發(fā)展， 蛋白飼料的不足將成為全球性問題。 目前， 對(duì)于馬鈴薯渣及莖葉利用最多的方式是作為非常規(guī)飼料將其飼料化，一定程度緩解我國(guó)飼料資源緊張狀況，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)避免了資源浪費(fèi)。

1 馬鈴薯渣的飼用價(jià)值

馬鈴薯渣（Potato residue）水分含量高達(dá)85%~90%，導(dǎo)致其不易儲(chǔ)存、運(yùn)輸（Maohong 等，2017）。自帶菌種數(shù)量多達(dá)15 類33 種，其中細(xì)菌多達(dá)28種， 還有4 種霉菌和1 種酵母菌 （Mayer 等，1997），其中大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等多種致病菌， 會(huì)加速薯渣腐敗， 易造成環(huán)境污染（Wang等，2010），因此，開發(fā)馬鈴薯渣的飼料化利用方式具有重要意義。

1.1 馬鈴薯渣的成分 馬鈴薯渣的成分主要包括淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、半纖維素、果膠、灰分及部分鉀、鈣、鎂等礦物元素，其中殘余淀粉、纖維素和果膠含量較高，具體營(yíng)養(yǎng)成分見表1。

表1 馬鈴薯淀粉渣的營(yíng)養(yǎng)組成 %

1.2 馬鈴薯渣作為飼料的加工處理方式

1.2.1 脫水干燥 目前， 常用來去除馬鈴薯渣中水分的方法有: 采用機(jī)械去除馬鈴薯渣中的部分水分； 添加不同的脫水劑， 改變馬鈴薯渣膠體性狀，使薯渣水分易于蒸發(fā)。

陳陽明（2010）發(fā)明了一種螺旋式馬鈴薯渣壓榨機(jī)，通過摩擦脫去水分，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；金翼（2012）設(shè)計(jì)了一種壓縮式薯渣脫水裝置，脫水時(shí)可連續(xù)出干料，不僅脫水效果好而且耗能低；孫萬成等（2010）在含水量為88.91 %的馬鈴薯渣中添加CaO、NaOH、NaCl 分別為（1.77%、 0.035%、0.88%），可使馬鈴薯渣的水分含量降到70%以下，其狀態(tài)由膏狀形成了分散的顆粒狀，可保存6 個(gè)月不變質(zhì)。由于纖維“重吸”現(xiàn)象及蛋白質(zhì)和大多數(shù)膠體物質(zhì)均為親水膠粒，目前的脫水機(jī)械一般只能將薯渣的含水量降到70%左右（郭文斌等，2015），而添加脫水劑對(duì)飼喂安全性有一定影響。

1.2.2 微生物發(fā)酵 微生物發(fā)酵是馬鈴薯渣飼料化利用的主要方式， 通過微生物發(fā)酵處理可顯著提高薯渣的蛋白質(zhì)含量， 其微生物種類和數(shù)量以及各種生物酶水平均得到有效的提高，另外，微生物發(fā)酵可改善粗纖維結(jié)構(gòu)，從而提高機(jī)體免疫力，調(diào)節(jié)腸道微生物平衡并產(chǎn)生淡淡的香味， 提高適口性（Avery 等，2005）。 Schügerl 等（1997）采用真菌毛殼菌（Chaetomium spp.）利用馬鈴薯渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，蛋白質(zhì)含量可達(dá)12% ~ 15%；孫東立等（2021）在玉米秸稈中添加30%馬鈴薯渣，利用復(fù)合菌株進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵， 發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)增長(zhǎng)66.0%，真蛋白增長(zhǎng)302.8%；懷寶東等（2020）以馬鈴薯薯渣為主要原料，加入85%麩皮，接入3 種發(fā)酵菌株進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明，發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)和真蛋白與未發(fā)酵物料相比分別增加了59.2% 和194.4%；魏海燕等（2019）為探究馬鈴薯渣最優(yōu)的青貯方式，以馬鈴薯渣+玉米粉按照1:3比例混合， 添加植物乳酸菌（Lactobacillus plantarum），經(jīng)過30 d 發(fā)酵后混合飼料中pH、Ash、中性洗滌纖維（NDF） 和酸性洗滌纖維（ADF）含量顯著降低。 目前用于發(fā)酵馬鈴薯渣主要菌株組合見表2。

表2 利用馬鈴薯渣發(fā)酵飼料的菌株組合

目前， 研究更趨向于利用多菌種混合發(fā)酵馬鈴薯渣獲取蛋白質(zhì)飼料，該方法適用范圍廣、效率高、生產(chǎn)效益好，發(fā)酵后的馬鈴薯渣蛋白質(zhì)和必需氨基酸含量大幅提高、粗纖維含量大幅降低，為馬鈴薯渣在動(dòng)物生產(chǎn)中的開發(fā)應(yīng)用提供了新方法和新方向。

1.2.3 酶解 酶的作用是通過降解功能使薯渣中淀粉、纖維、果膠等不易消化吸收的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成容易消化吸收的小分子物質(zhì)， 目前使用較多的是淀粉酶、纖維素酶和果膠酶，這些酶根據(jù)想要達(dá)成的效果可以單獨(dú)使用，也可以組合使用。酶解馬鈴薯渣的效果見表3。

表3 酶解馬鈴薯渣

利用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)蛋白飼料是馬鈴薯渣綜合利用的發(fā)展趨勢(shì)，其優(yōu)勢(shì)在于低投資、低能耗，并且提高了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)避免了環(huán)境污染。

1.3 馬鈴薯渣在不同種屬畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.3.1 馬鈴薯渣在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用 馬鈴薯渣作為飼料用于牛的飼喂已經(jīng)取得了很多研究論證，不僅可以改善牛瘤胃微生物的消化功能，而且成本低廉，經(jīng)濟(jì)安全。 Zunong 等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，用馬鈴薯渣青貯飼料部分代替日料飼喂奶牛，對(duì)牛奶產(chǎn)量和牛奶成分沒有不良影響；Matsuyama等（2012）將添加乳酸菌制劑長(zhǎng)期發(fā)酵的馬鈴薯渣飼喂奶牛， 結(jié)果表明馬鈴薯渣青貯的發(fā)酵品質(zhì)得到改善，提高了發(fā)酵飼料適口性，提高了奶牛的采食量；張兵戰(zhàn)等（2021）試驗(yàn)表明，日糧添加15% ~30%的馬鈴薯渣飼喂16 周后， 對(duì)肉牛的日增重、背膘厚度、肉色、大理石紋評(píng)分、肌肉pH 和化學(xué)成分（粗蛋白質(zhì)、水分和粗脂肪）及瘤胃發(fā)酵指標(biāo)無負(fù)面影響，對(duì)肉牛的飼喂具有經(jīng)濟(jì)可行性；王典等（2012）用馬鈴薯淀粉渣和玉米秸稈混合青貯料飼喂肉牛，結(jié)果肉牛血清生化指標(biāo)中血清總蛋白、尿素氮和葡萄糖含量與對(duì)照相比均無明顯差異，對(duì)肉牛的瘤液pH、揮發(fā)性脂肪酸無影響，并對(duì)瘤胃氨態(tài)氮有一定的提高。

馬鈴薯渣在羊的飼喂上也得到了廣泛的應(yīng)用。 Nkosi 等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)中飼喂馬鈴薯渣青貯飼料可以替代玉米青貯飼料， 并能改善羔羊的生長(zhǎng)性能；Sadri 等（2017）研究指出，在羔羊中飼喂高達(dá)300 g/kg 的混合馬鈴薯－小麥秸稈青貯飼料，就對(duì)飼料攝入量、生長(zhǎng)性能、飼料效率和血液參數(shù)的影響而言， 與濃縮飼料＋苜蓿飼料具有相同的潛力；張亞黎等（2015）以馬鈴薯渣青貯替代75%的玉米青貯飼喂白頭薩?？穗s交肉羊60 d 后，平均日增重較對(duì)照組增加21 g，干物質(zhì)采食量亦有所提高，血液中總蛋白、尿素氮和葡萄糖濃度無顯著性差異，瘤胃pH、揮發(fā)性脂肪酸含量無明顯變化。

1.3.2 馬鈴薯渣在單胃動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用 馬鈴薯渣經(jīng)加工得到的馬鈴薯濃縮蛋白質(zhì)具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在雞的生產(chǎn)應(yīng)用中較為廣泛。梅寧安等（2015）在肉仔雞日糧中添加10%發(fā)酵馬鈴薯渣，經(jīng)過42 d 飼喂。 結(jié)果表明， 肉仔雞日增重提高3.29%，料重比降低5.58%，死淘率為0，肌肉未檢測(cè)出有害微生物、有害寄生蟲；張偉偉等（2012）將發(fā)酵馬鈴薯渣，經(jīng)自然風(fēng)干后按照30%的比例加入到日糧中飼喂齡德國(guó)羅曼白－SLS 蛋雞38 周，結(jié)果蛋雞的蛋白質(zhì)利用率顯著提高， 蛋清的比例有所提高，對(duì)產(chǎn)蛋率、平均蛋重及蛋中蛋白質(zhì)、脂肪含量沒有不良影響。

目前，關(guān)于馬鈴薯渣飼料在豬上的應(yīng)用鮮有報(bào)道，這與馬鈴薯渣自身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及豬自身的消化特點(diǎn)都有關(guān)聯(lián)。李永祥等（2003）在常規(guī)飼料的基礎(chǔ)上添加一定量的馬鈴薯渣，經(jīng)180 d 飼喂后每頭豬平均日增重提高53.6 g，提高11.68%，平均體重提高（9.8±7.85）kg，并且對(duì)豬肉品質(zhì)及其組織器官也有保健促長(zhǎng)功能，同時(shí)提高了肌肉系水力，特別是改善了適口性和嫩度（楊漢林，2021）。

馬鈴薯渣作為一種新型的非常規(guī)飼料資源在畜禽生產(chǎn)中得到了部分應(yīng)用， 但在實(shí)際的畜禽生產(chǎn)中仍處于探索階段， 目前尚未大規(guī)模的工業(yè)化產(chǎn)品產(chǎn)出。

2 馬鈴薯莖葉的飼用價(jià)值

馬鈴薯莖葉作為非常規(guī)飼料資源， 通過青貯發(fā)酵可以提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及改善適口性。

2.1 馬鈴薯莖葉的成分 由于品種和收割時(shí)間等因素，其營(yíng)養(yǎng)成分含量有所差異，但馬鈴薯莖葉粗蛋白質(zhì)含量較高，粗纖維含量較低，其營(yíng)養(yǎng)成分與紫花苜蓿相當(dāng)。

2.2 馬鈴薯莖葉作為畜禽詞料的加工處理方式

2.2.1 莖葉單一青貯發(fā)酵 降低馬鈴薯莖葉含水量以及添加不同生物制劑對(duì)青貯馬鈴薯莖葉品質(zhì)有很大改善。 Muck 等（1999）研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯莖葉經(jīng)失水萎蔫后，pH 從5.75 下降到5.58，乙酸和乳酸含量分別提高21.69%、192%； 徐亞姣等（2009）在預(yù)干處理的馬鈴薯莖葉（含水量70%）中添加乳酸菌制劑和酶制劑，結(jié)果表明，添加乳酸菌能較好地抑制蛋白質(zhì)的分解， 添加酶貯制劑能有效降解纖維類物質(zhì)，混合制劑效果更佳，可有效保存馬鈴薯莖葉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；張敏等（2014）在馬鈴薯莖葉中添加甲酸后袋裝青貯發(fā)酵45 d， 結(jié)果1.5%甲酸處理時(shí)， 龍葵素、ADF 和NDF 含量最低、pH 為3.71 且無丁酸產(chǎn)生、WSC 增至最高，為4.67%，在馬鈴薯莖葉中添加適量甲酸，可改善其適口性， 提高馬鈴薯莖葉的利用效率； 周娟娟（2013） 在馬鈴薯莖葉中添加綠汁發(fā)酵液青貯后，青貯料有較強(qiáng)酸味并帶有較弱的芳香味， 乙酸（AA）、 丁酸（BA）、pH、NH3-N/TN、ADF 和NDF 含量降低，WSC 增加顯著。

馬鈴薯莖葉青貯品質(zhì)受馬鈴薯品種、 海拔和收獲期等因素影響較大（Muck 等，1999；Nicholson等，1978）。

2.2.2 莖葉與其他作物混合青貯 馬鈴薯莖葉與其他飼草資源的營(yíng)養(yǎng)水平比較見表4。 新鮮的馬鈴薯莖葉含有α-茄堿又稱龍葵素 （Solanine），屬于糖苷生物堿，對(duì)動(dòng)物具有毒性，通過與其他作物進(jìn)行青貯發(fā)酵不僅可以降解糖苷生物堿， 而且可以提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 （Sakhare 等，2014）。 韓海珠（2017） 在馬鈴薯莖葉中添加15%米糠和5%玉米，通過測(cè)定pH、感官評(píng)分、氨氮、有機(jī)酸和營(yíng)養(yǎng)成分，表明按照該比例調(diào)制混合青貯，能夠顯著提高馬鈴薯莖葉的青貯品質(zhì)；侯鵬霞等（2020）在馬鈴薯莖葉中添加0.02%乳酸菌和5%的玉米面基礎(chǔ)上，探究馬鈴薯莖葉青貯最佳水分，結(jié)果表明，當(dāng)水分調(diào)制65%， 氨態(tài)氮含量降為8.82 mg/g，感官評(píng)定達(dá)2 級(jí)以上， 青貯效果較好； 張成新等（2019）在將馬鈴薯莖葉與胡麻秸混合青貯，發(fā)酵后混合飼料中干物質(zhì)含量及感官評(píng)分均顯著提高，并且pH、氨氮均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

表4 馬鈴薯莖葉與其他飼草資源的營(yíng)養(yǎng)水平比較（DM）

馬鈴薯莖葉青貯過程中添加不同作物比例差異可能與其品種、海拔、土壤、刈割時(shí)間等有關(guān)。

2.3 馬鈴薯莖葉在不同種屬畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.3.1 馬鈴薯莖葉在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用 Malecky等（2017）用馬鈴薯莖葉青貯料替代紫花苜蓿飼喂羔羊，經(jīng)過70 d 飼喂，羔羊膽固醇和甘油三酯的總濃度明顯下降， 對(duì)其生長(zhǎng)性能、 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率、 肝酶和血液學(xué)指標(biāo)無不良影響； 王莉梅等（2019）在常規(guī)日糧中分別添加48.41%和47.68%的馬鈴薯渣發(fā)酵飼料飼喂小尾寒羊，經(jīng)過65 d 的飼喂，日增重比對(duì)照組提高11.51%和16.33%，粗蛋白質(zhì)分別提高了3.65%和5.31%， 高熟肉率分別提高了7.7%和6.5%， 添加馬鈴薯渣發(fā)酵飼料具有改善肉羊生長(zhǎng)性能及肉品質(zhì)的趨勢(shì)； 楊宇為等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯莖葉與全株玉米混貯發(fā)酵后飼喂灘羊和肉牛， 可顯著提高其瘤胃中機(jī)物 （OM）、CP、NDF、ADF 瘤胃降解率及有效降解率，并且龍葵素含量達(dá)到毒素脫毒水平；梁玉紅等（2020）通過對(duì)肉羊飼喂30%馬鈴薯莖葉-全株玉米混合青貯日糧28 d， 可以改善肉羊的飼料效率，提高蛋白質(zhì)表觀消化率及瘤胃氨基酸含量，顯著降低血液生化指標(biāo)中血清磷脂、膽固醇、高密度脂蛋白及低密度脂蛋白濃度。

2.3.2 馬鈴薯莖葉在單胃畜禽中的應(yīng)用 Ty 等（2007）研究發(fā)現(xiàn)，飼喂馬鈴薯莖葉的豬與飼喂其他成分（如葡萄和桑椹）的豬相比，體重顯著提高；楊漢林等 （2021） 在常規(guī)飼料基礎(chǔ)上飼喂含有30%馬鈴薯莖葉和10%苜蓿草的日糧，經(jīng)10 周飼喂，肌間脂肪含量顯著降低，生長(zhǎng)豬屠宰率和背膘厚度、肌肉系水力、肌肉粗蛋白質(zhì)含量有所提高，改善了肌肉的適口性和嫩度；Luyen 等 （2012）研究了添加馬鈴薯莖葉的飼料對(duì)家兔采食量、 日平均增重和飼料轉(zhuǎn)化率的影響， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)馬鈴薯莖葉處理組能使家兔獲得更高的生長(zhǎng)速度和飼料轉(zhuǎn)化率；李克玉等（2019）用干燥的馬鈴薯莖葉粉碎后替代日糧苜蓿草飼喂肉兔，并沒有影響肉兔35~77 d 的整體表現(xiàn)，日增重、日采食量和料重比無顯著差異，也沒有改變胴體、肝臟重量及肩肌肉化學(xué)成分。

3 存在問題及展望

3.1 存在的主要問題 馬鈴薯渣、莖葉均具有飼料化利用的潛力， 經(jīng)預(yù)處理飼喂畜禽均可提高其生產(chǎn)性能，降低養(yǎng)殖成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，但是縱觀整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，仍存在一些問題。 （1）處理方法的研究與應(yīng)用脫節(jié)，并沒有進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。馬鈴薯渣及莖葉作為飼料，自身具有一定的局限性，目前開發(fā)利用的方式不成熟，生產(chǎn)工藝尚不完善，未形成系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，限制著馬鈴薯渣與莖葉的開發(fā)利用。 （2）發(fā)酵機(jī)理研究不足，發(fā)酵菌適宜添加量有待于研究確定。目前，用于馬鈴薯渣及莖葉發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的菌株性能不穩(wěn)定， 有益菌群協(xié)同作用機(jī)制或拮抗作用機(jī)理研究不夠深入；對(duì)于生產(chǎn)發(fā)酵馬鈴薯渣時(shí)菌制劑添加量和類型尚不明確， 這些都嚴(yán)重制約了發(fā)酵馬鈴薯渣及莖葉飼料化利用。 （3）發(fā)酵飼料食用安全性有待評(píng)價(jià)。 目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于馬鈴薯渣及莖葉發(fā)酵飼料的生物學(xué)價(jià)值評(píng)價(jià)和毒理學(xué)研究少， 糖苷生物堿-龍葵素在不同種屬動(dòng)物中的降解差異研究不足， 僅有部分飼喂動(dòng)物式驗(yàn)的研究，其安全性有待評(píng)價(jià)。

3.2 建議與展望 未來應(yīng)對(duì)馬鈴薯渣及莖葉發(fā)酵的具體生產(chǎn)工藝和參數(shù)進(jìn)行定量化研究，主要包括高性能、 高耐受性菌株的篩選及優(yōu)化發(fā)酵條件，系統(tǒng)和規(guī)范飼料發(fā)酵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定等；對(duì)不同菌種混合發(fā)酵的作用機(jī)制、在動(dòng)物體內(nèi)的作用渠道進(jìn)行深層次研究，充分利用基因工程技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行遺傳改造，從生理、代謝和遺傳角度深入研究多菌株發(fā)酵的協(xié)同作用機(jī)制，促進(jìn)生料發(fā)酵的應(yīng)用。