马铃薯饲用资源固体发酵研究进展

■蔡辉益 于继英 许小军 李宗平

(1.中国农业科学院饲料研究所，北京100081；2.生物饲料开发国家工程研究中心，北京100081；3.博益德（北京）生物科技有限公司，北京100081；4.福建泉州南安市畜牧站，福建泉州362300)

马铃薯是一种广泛种植的粮食作物和经济作物，是重要的粮、菜和工业原料。近年来，我国马铃薯生产快速发展，产地覆盖我国大部分省区市，年种植面积567 万公顷左右，总产量保持在9 000 万吨以上[1]。四川、甘肃、贵州、云南、内蒙古和黑龙江等11个省市自治区是我国马铃薯主产地，其2014 年合计产量占全国产量的82.6%（见图1）[2]。2015 年我国提出马铃薯战略，计划到2020年，种植面积扩大到667万公顷，目标单产为19 t/hm2，总产量1.27 亿吨。随着马铃薯主粮化的战略性发展，马铃薯种植中伴生的茎叶、加工业中伴生的废渣也将大幅度增加。由于这些资源具有不易加工处理、流通成本高、易变质、季节性强和有一定地理范围等特点，一般发酵处理做成饲料或肥料。本研究分析了我国马铃薯饲用资源固体发酵处理的现状，并对几种有特点的饲用模式进行了总结。

图1 2014年我国马铃薯主产地产量和种植面积[2]

1 马铃薯饲用资源量估测

受饮食习惯影响，马铃薯消费结构的地区差异性较大。在我国，新鲜马铃薯约61%用于居民食用，约8.1%用于加工行业，饲用占比约21%，2016 年饲用量1 905 万吨（见图2）[1]。马铃薯茎叶单产约18～55.95 t/hm2，年产量约1.2～1.8亿吨[3]，以可转化率30%和青贮产品得率1∶0.4计算，可产青贮饲料1 440万吨。马铃薯加工中，每生产1 t 淀粉，需消耗约6.5 t 马铃薯，产生5 t左右的薯渣[3]。加工行业以年消耗马铃薯800 万吨计，估测年产马铃薯淀粉120 万吨，年产680 万吨马铃薯渣。依此估测，目前我国鲜基马铃薯饲用资源可达4 205 万吨（见图3），折算干基约达800万吨，具有规模化开发利用价值。

2 马铃薯饲用资源的理化特点

在我国广大农村，马铃薯是猪的优质饲料。在交通、自然条件较差的区域，马铃薯饲用率较高。云南省是我国马铃薯主产区之一，包丽仙等[4]调查结果显示，云南省常年播种面积60万公顷，总产量1 200万吨，2013年平均饲用率26.7%，总饲用量320万吨。然而，随着马铃薯价格的提高，饲用的比较效益降低，饲用率趋于下降。提高马铃薯茎叶的饲用率将成为新的关注热点。

2.1 马铃薯饲用资源营养特性

马铃薯饲用资源总体表现高水分、高纤维、低蛋白的特点，鲜基物料富含维生素，功能性营养因子与有毒物质共存（见表1），具有明显的区域性、季节性和经济性特点[5]，及时适当处理和合理饲喂畜禽，可提高饲用价值和适口性，获得良好的饲用效果。

2.2 龙葵素毒性

龙葵素是一种糖苷生物碱，主要有茄碱（α-solanine）和卡茄碱（α-chaconine），合适浓度下具有一定的抗肿瘤作用，浓度较高时具有很强的毒性。马铃薯块、皮、花、叶和茎中均含一定量的龙葵素，且花、叶、茎中的含量高于薯块，控制不严或处理不当的情况下，直接饲喂动物易产生较大的危害。马铃薯块茎含马铃薯毒素甚微，但贮存不当或时间过长，引起马铃薯发芽或使马铃薯皮变绿，龙葵素含量显著增高，当动物误食过多时易引起中毒。

图2 2016年我国马铃薯消费量（万吨）[2]

图3 我国马铃薯鲜基饲用资源可消费量（万吨）

表1 马铃薯饲用资源的营养含量

龙葵素在酸性条件下分子结构中糖苷键发生水解，发酵后pH 值降低，龙葵素发生水解而含量降低。随着发酵时间的延长，龙葵素含量呈递减趋势。因此，马铃薯资源做饲料，需要青贮、蒸煮、发酵等方式妥善处理。

2.3 马铃薯渣胶体性质

马铃薯淀粉以支链淀粉为主，果胶含量高。淀粉加工产业中，新鲜马铃薯渣中的水分以嵌入的方式存在于细胞中，因此，薯渣呈典型胶体的特性，黏性很高，采用机械方法除去水分较为困难，耗能多，干燥成本高，处理困难。利用薯渣+分离汁水配合其他营养物质发酵生产单细胞蛋白饲料是生产上较为有效的规模化处理方法之一。

3 马铃薯饲用资源固体发酵研究进展

微生物发酵具有可改善马铃薯秧藤和薯渣的粗纤维结构，改善适口性，降低毒素含量，提高营养价值和能稳定贮存等特点。采用半固态、固态发酵处理，具有能耗低，方法简单，适合工业化生产的特点，污染少，宜推广。

3.1 薯渣+秸秆混合青贮

马铃薯淀粉渣和粉碎水稻秸秆混合，灭菌冷却后5%接种白地霉+黑曲霉+酵母菌菌液，浅层发酵后，体外瘤胃消化率提高，瘤胃乙酸型发酵提高，NDF 降解率提高[10]，饲用价值提高。马铃薯淀粉渣与青贮玉米按1∶2混合进行厌氧发酵，发酵速度快，发酵产物颜色佳、酸度适宜，质地松软，营养品质提高[11]。

近年来，裹包青贮由于时间、地点限制低，机械化加工速度快、程度高、贮存期长和取饲方便等特点而得到较快的推广。将鲜马铃薯淀粉渣与玉米秸秆按1∶4 混合后裹包青贮，发酵时间30～45 d 后，是良好的肉羊饲料[12]。

3.2 薯渣固体发酵

马铃薯渣配制不同的辅料，接种不同组合的菌种进行固体发酵，黑曲霉或产朊假丝酵母单菌发酵效果较好，双菌组合以酿酒酵母＋黑曲霉为最佳组合[13]，热带假丝酵母、啤酒酵母、黑曲霉、白地霉四株菌种共生良好[14]，白地霉与产朊假丝酵母不共生[15]。随发酵时间的延长，发酵物水分含量降低，蛋白质含量提高，糖含量呈先升后降趋势，粗纤维降解率提高，发酵产品中的酸性蛋白酶活和纤维素酶活提高，发酵物综合营养价值提高（见表2）。调整碳氮比对马铃薯渣进行固体发酵制备生物饲料，操作简便，适于大规模推广。

表2 几种马铃薯渣固体发酵饲料

3.3 茎叶青贮发酵

马铃薯茎叶营养物质丰富，且含茄尼醇，具有消炎、抗菌、抗肿瘤等生物活性。高纯度的茄尼醇是合成泛醌类药物辅酶Q10、维生素K2的重要中间体，因此，马铃薯茎叶也是一种较好的提取原料。但马铃薯茎叶龙葵素含量高、适口性差，不宜直接饲喂。将马铃薯茎叶青贮，既能长时间保存其营养价值，又能改善适口性，还可以将龙葵素和硝酸盐的含量降至安全范围。由于马铃薯茎叶水溶性碳水化合物含量低，缓冲能值高，不利于乳酸菌繁殖，单独青贮不易成功。实践中常采用混贮或添加生物菌剂进行青贮。

3.3.1 茎叶单一青贮发酵

马铃薯茎叶预干后添加不同生物制剂青贮，能大大改善青贮品质。徐亚姣等[21]采用含水量为75%的马铃薯茎叶，分别添加酶制剂、乳酸菌、酶制剂+乳酸菌混合制剂进行青贮，物料干物质和蛋白质保护效果较好，青贮效果佳。

张敏等[22]在含水量为65%的马铃薯茎叶中添加1.5%甲酸后袋装青贮发酵45 d，茎叶的pH 值、NDF、ADF、乙酸、氨态氮、龙葵素含量降低，乳酸和可溶性糖含量增加，丁酸较少产生或未产生，马铃薯茎叶的青贮品质和食用安全性均得到提高。

3.3.2 茎叶混合青贮发酵

何玉鹏等[23]将马铃薯鲜茎叶晾至水分含量约50%时，与薯渣按质量比为5∶4混合，接种5%的黑曲霉+植物乳杆菌+啤酒酵母菌复合菌剂，再添加(NH4)2SO4、过磷酸钙，厌氧发酵20 d后，发酵料真蛋白含量、蛋白质可消化率、乳酸和一些维生素含量提高，粗纤维含量降低，尿素和龙葵素残留量均在安全值范围内，青贮饲料的品质得到改善，安全性得到提高。

何玉鹏等[23]在马铃薯茎叶中添加不同的辅料进行青贮，添加米糠和小麦麸可获得良好的青贮品质。杨闻文等[24]研究结果显示，添加麦麸的效果优于玉米面，添加青饲玉米优于添加燕麦草，干油菜壳不适于与马铃薯茎叶混贮，聚合草、紫花苜蓿与马铃薯茎叶混贮发酵效果差。杨永在等[25]在水分含量88%的马铃薯茎叶中分别添加25%的米糠、玉米秸、小麦秸，青贮料的感官品质均大幅度提高，且以添加米糠效果最好，小麦秸最差。谢婉等[26]将马铃薯块茎正常收获前10 d 左右刈割的茎叶与全株玉米以3∶7 比例混合，再添加6%糖蜜进行青贮，青贮料的粗蛋白、可溶糖、乳酸含量增加，龙葵素、NDF、ADF 含量降低，乙酸和丁酸含量及氨态氮/总氮比值降低，青贮饲料感官品质和营养品质提高。

4 马铃薯资源发酵产品饲用效果

4.1 发酵马铃薯渣在猪上的饲喂效果

李永祥[27]采用坑贮池乳酸菌发酵的马铃薯渣饲喂10～90 kg体重的杜×长×大三元肉猪，猪每头每天饲喂量从第一个月的0.25 kg 增至第六个月的1 kg，猪平均日增重提高，料重比降低，投入产出比提高。董交其等[28]用饲料酵母发酵的马铃薯渣烘干后，猪基础日粮中前期添加4%，后期添加8%替代麦麸，饲喂30～90 kg体重大约克夏×北京花猪Ⅱ系杂交肉猪，猪育肥效果较好，饲料成本降低。在保育、生长和肥育猪日粮中添加马铃薯碎片能有效地代替部分玉米。袁小忠[29]在饲粮中添加30%马铃薯全粉替代玉米饲喂30～110 kg体重的杜×长×大三元杂交猪，日采食量与日增重提高，每头出栏猪饲料成本降低。

4.2 发酵马铃薯渣在家禽上的饲喂效果

张伟伟等[30]配制70%基础日粮+30%发酵后干燥马铃薯渣饲喂38 周龄的罗曼蛋鸡，日粮蛋白质利用率提高，蛋重降低，产蛋率和料蛋比增加，产蛋性能和鸡蛋品质不受影响；采用70%基础日粮+30%干燥的发酵马铃薯渣饲喂30日龄AA肉鸡，日粮蛋白质利用率提高，脂肪利用率降低，料肉比降低，末重提高，心、肝、脾重与体重比不受影响，腿部肌肉的蛋白质含量提高，水分和脂肪含量降低，肉品质得到改善[31]。梅宁安等[20]添加10%发酵马铃薯渣替代5%棉粕和5%菜粕配制肉仔鸡饲料，饲喂AA 肉仔鸡，试验期为42 d，肉仔鸡日增重提高，料重比降低，死淘率为0，肉仔鸡肤色较黄，肌肉pH 值、气味、清烹肉汤鉴定指标等均无异常。

4.3 发酵马铃薯渣在肉兔上的饲喂效果

徐兴军等[32]对马铃薯渣+麦麸+水灭菌后，先用黑曲霉糖化处理，接着用白地霉发酵，然后用啤酒酵母+热带假丝酵母+产朊假丝酵母协同发酵调整饲料的适口性，替代20%基础日粮饲喂伊普吕肉兔，对肉兔的肝、肾、脾无不良影响，促进肉兔增重，降低饲料消耗。

4.4 发酵马铃薯渣在肥羊上的应用

王典等[12]研究结果表明，马铃薯淀粉渣+玉米秸秆混合青贮料可以替代白萨杂交肉羊饲粮中75%的全株玉米青贮料，有提高肉羊日增重的趋势，可以提高血清尿素氮含量，显著降低瘤胃液氨态氮浓度。马铃薯渣加玉米秸秆发酵料组成育肥羊的全混合日粮与相同量的玉米秸秆混合而成的育肥羊全混合日粮相比，其育肥羊的日增重显著或极显著提高。梅宁安等[33]用发酵马铃薯渣和葡萄渣颗粒饲料饲喂30 kg左右的滩寒杂交育肥肉羊，显著提高了肥羊的生长速度，提高肉羊日粮的饲料报酬、降低饲料成本和平均料重比，提高肥羊养殖经济效益。张凡华等[34]将马铃薯淀粉渣堆存在水泥池并用塑料膜覆盖密封后自然发酵1 个月左右时间，在原有饲喂精粗料的基础上，以每天每只补加0.5 kg 发酵马铃薯渣饲喂18～40 kg体重阶段的肉羊，饲喂90 d，肉羊日增重、屠宰率、胴体重提高，养殖经济效益提高。

4.5 发酵马铃薯渣在牛上的应用

陈亮等[35]利用马铃薯淀粉渣与玉米秸秆混贮代替全株玉米青贮饲喂肉牛，结果显示可有效促进肉牛生长，提高增重效果，降低饲养成本，增加经济效益。益蕊等[36]用马铃薯淀粉渣与玉米秸秆混贮料代替部分全株玉米青贮饲喂奶牛，适口性好，奶牛采食速度明显提高，产奶量不受影响，可提高牛奶品质，节约奶牛的饲养成本，提高经济效益。李伟等[37]研究结果表明，马铃薯糟渣饲料15%～25%替代精料中的玉米对奶牛产奶量无显著影响，其中以15%比例替代玉米饲喂效果较好。夏季高温季节马铃薯是饲喂奶牛的一种优质多汁块茎类饲料。马希景[38]在泌乳奶牛产后30～100 d 的泌乳高峰期，在奶牛采食完粗、精料之后，每头每天增喂切成0.4～0.5 cm 厚的马铃薯薄片3.5 kg，奶牛增重增加，产奶量增加。

5 马铃薯产业中的饲用模式

5.1 农户种养循环自给模式

马铃薯打碎+萝卜+秸秆+青菜等，煮熟后饲喂猪、牛、马和羊，且马铃薯通常和玉米粉、小麦粉、豆粉、荞麦粉轮换饲喂，这种模式在四川和云南山区养殖中起着十分重要的作用。包丽仙等[4]调查研究报道，以农户种养自给模式为例，一农户家共6人，种地0.4 hm2，年产10.5 t 鲜薯，销售2 t，自己食用1.5 t，留种1 t，作饲料6 t，养8头猪，1头牛，年出栏2头猪。马铃薯与玉米轮作，年产玉米1.1 t，饲喂时隔天使用。以农户为单位的马铃薯-养殖的种养循环自给模式，可自给、有收益、可借鉴。

5.2 产地茎叶综合利用模式

在现代化程度较高的马铃薯种植业中，为了促进地下马铃薯块茎的成熟老化、便于机械收获马铃薯作业以及预防各类病原体的传播，一般在马铃薯收获前几天至十几天，采用化学杀秧、机械打秧等方式，将秧藤打碎还田或清除出田地。在33.3 hm2喷灌圈单元的规模化种植基地，适宜转化应用的秧藤产量占比30.8%，这种秧藤处理技术为规模化利用马铃薯秧藤提供了作业条件。

2016年，宁夏马铃薯种植面积约26万公顷，风干马铃薯秧年理论产量达到26.5 万吨，按可转化率30.8%计算，年可提供茎叶干草约8 万吨。按照每头成年牛日采食2 kg 风干马铃薯秧，年头均需要0.73 t干草计算，可供饲喂11 万头基础母牛或23 万头育肥肉牛所需。宁夏青贮或混贮后饲喂肉牛技术的应用和推广，可缓解春季肉牛青绿饲草料短缺。

张雄杰等[7]研究报道，2016 年，内蒙古马铃薯全区种植面积70.7 万公倾，规模化比例35%，鲜秧藤产量975.2 万吨，适宜转化的鲜秧藤341.3 万吨，青贮茎叶产量136.52万吨。通常1头牛年需要青贮饲料3.6～5.4 t，1头羊0.5～1.5 t，则供3.8万头肉牛存栏规模，或27万头肉羊存栏所需。马铃薯秧藤经过采拾-打碎-装运-入窖-压榨-封窖-抽出榨汁的机械一体化作业，压榨液提取糖苷生物碱、茄尼醇和挥发油，青贮料用于饲喂肉牛，生产效率高。在马铃薯打秧和收获季，采用20 m3小窖或400 m3大窖对收集的优质茎叶进行青贮，青贮滤液用于茄尼醇的提取，“青贮饲料＋混合粗提取物”的综合利用技术路线，对提升马铃薯产业的综合经济性能、保护环境和缓解半农半牧区青贮饲料匮乏的问题具有重要意义。

5.3 马铃薯渣生产发酵饲料模式

黑龙江省绥化地区是马铃薯适宜种植区，也是马铃薯淀粉加工基地，薯渣资源丰富。以绥化某马铃薯淀粉厂为例，周边脱毒马铃薯种植面积4 667 hm2，年产量20万吨，10万吨鲜食以蔬菜型式，10万吨收购用于淀粉生产，可得到约1.5 万吨淀粉，约7.6 吨鲜薯渣（见图4）。高水分薯渣适当脱水后，配伍麦麸、米糠、稻壳粉和秸秆等，接种薯渣专用菌剂，利用微生物技术发酵，烘干或不烘干处理，发酵饲料年产量可达3～8 万吨。马铃薯渣固体发酵饲料适合牛、羊、兔、猪和鱼等动物养殖，在家禽饲料中可适量添加。马铃薯渣固体发酵饲料的开发利用，不仅变废为宝，而且减少环境污染，具有良好的环保、经济和社会效益。

图4 马铃薯淀粉加工物料产出情况

6 结语

随着我国马铃薯主粮化的战略性发展，马铃薯种植中伴生的茎叶、加工业中伴生的废渣将大幅度增加。这些鲜基物料不仅营养丰富，而且含有毒因子，难处理，发酵处理是一种有优势的方法。通过熟制、混合贮存、青贮和固体发酵等方式制备发酵饲料，可提高马铃薯饲用资源利用率。农户种养循环自给模式、产地茎叶综合利用模式、马铃薯渣生产发酵饲料模式的探索应用和推广，可有助于马铃薯产业健康发展。