甜菜粕的资源化利用及其在猪营养中的应用

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(1.湖南农业大学 动物科技学院，湖南 长沙 410128；2.湖南佳智生物科技有限公司，湖南 长沙 410200；3.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南 长沙 410125)

甜菜是我国第二大糖类作物，仅次于甘蔗，由于其产量大且耐寒性较强，因此在我国北方地区种植广泛。新鲜甜菜经过提汁、清净、蒸发、结晶、分蜜、干燥等工序提取甜菜糖后的剩余部分就是甜菜粕(Sugar beet pulp，SBP)，又称甜菜渣。2017年中国甜菜种植面积达到17.29×104hm2，产量达到938.41×104t，2018年种植面积和产量有望进一步提高。按照8 t甜菜可生产1 t甜菜糖推算，中国2017年生产的甜菜糖超过100×104t，并附带产生约800×104t湿甜菜粕。以往国内畜牧业对甜菜粕重视不足，堆积腐烂或就近湿喂反刍动物，随着烘干、制粒等工艺的出现，甜菜粕有了更广阔的利用空间[1]。本文主要综述甜菜粕利用的途径，并重点归纳甜菜粕的营养价值和在猪营养中应用效果，旨在为甜菜粕的进一步开发利用提供参考。

1 甜菜粕的利用

1.1 提取功能性成分

1.1.1 提取果胶低聚糖 甜菜粕中富含果胶，是提取果胶低聚糖的重要来源。果胶低聚糖是一种新型的益生化合物，具有促进双歧杆菌生长及抗肿瘤、抗氧化作用，在食品和工业研究领域研究众多[2]。Prandi等[3]从甜菜粕中提取果胶，然后通过水解/分馏方法，可以生成特定的果胶低聚糖。此外还可以通过酶膜反应器，添加粗酶混合物(粘酶)后，适宜条件下可以持续并稳定的生产果胶低聚糖[4]。陈学红等[5]则采用微波辅助法探讨了提取甜菜粕中的果胶时料液比、pH、微波功率和处理时间对果胶提取率的影响，发现料液比为 1∶25、pH 1.5、微波功率 600 W、处理时间 75s 时果胶最适提取，果胶提取率可达19.76%。也有研究表明，利用超声辅助处理的亚临界水从甜菜粕中提取果胶，最佳条件为液体/固体比例44.03、提取温度122.72℃、提取时间30.49 min、提取压力为10.72 Mpa，提取效率可达24.63%[6]。

1.1.2 提取纤维及纤维素 Yang等[7]采用甜菜粕闪蒸技术，从其中提取直径22 nm的木质素纳米纤维，可以广泛用于工业生产。Li等[8]运用化学处理、纯物理机械法、双氧水漂白法、高压均质技术可从甜菜粕中制备纳米纤维素纤维，而化学处理能有效地去除甜菜糖粕中的果胶、木质素、半纤维素等物质，可使半纤维素含量从 25.40%降低到 7.01%，使纤维素含量从44.96%增加到 82.83%，直接消除甜菜粕中的木质素。Spagnuolo等[9]采用甜菜粕与两种阿拉伯酶联合使用，产生以阿拉伯糖为主的水解产物。随后从培养混合物中分离出果胶和富含纤维素的残渣。两种酶协同作用在100 U/g甜菜粕时，水解效率最高，可以获得近100%阿拉伯糖和91.7%果胶。与传统的化学水解法相比，其收率更高。

1.2 资源化利用

1.2.1 制作堆肥 Zhang等[10]利用绿化废物制作堆肥过程中，发现甜菜粕和绿化废物结合大大改善了堆肥条件，提高了堆肥温度，提高了最终堆肥质量。采用25% 甜菜粕和10% 绿化废物相结合的方法，只需20 d，就得到了绿化废物堆肥的最佳工艺条件和最佳质量的堆肥产品。

1.2.2 生产沼气 国外猪场尝试将甜菜粕混入猪场废弃物(如动物尸体)，作为无氧分解的底物生产沼气和有机质，按照1∶1比例混合后，35 ℃持续发酵，能明显降低底物中肠球菌数量，但梭菌等产气菌水平不受影响[11]。Zieminski等[12]发现，甜菜粕不同处理方式对沼气产量也不尽相同，采用2.5 mm粉碎的甜菜粕生产效率最高，每克挥发性固体(VS)可产生617.2 mL沼气，较未经预处理的甜菜粕和未碾磨、酶解等处理的甜菜粕高出20.2%。

1.2.3 生产乳酸 Berlowska等[13]首次利用甜菜粕研究了木质纤维素同步糖化和乳酸发酵，采用具有互补特性的混合培养，在各种条件下进行了一系列可控的分批发酵，包括酶解预处理，发现混合培养乳酸产率最高，生物乳酸制丙二醇的回收率与纯乳酸水溶液制丙二醇的收率相似。比较分步水解发酵法和同步糖化发酵法对甜菜粕生产乳酸之间的差异，发现后者更具优势，具有成本更低、产量更高的特点，乳酸回收率提高80%～90%[14]。

1.2.4 制作菌体蛋白 采用发酵法，利用甜菜粕制作高消化性蛋白研究较早。于爽等[15]研究了黑曲霉与酿酒酵母混菌固态发酵甜菜废粕生产菌体蛋白的最优条件，2.5% NaNO3为氮源，加水量为200%，营养液pH 9，接种量为7%，发酵6 d时菌体蛋白含量达到最大29.23%，比未优化前提高了20个百分点。Ahmadi等[16]采用黑皮霉和绿皮霉进行固态发酵，发现提高了甜菜粕中蛋白质和中性纤维含量。同时，采用黑曲霉和酿酒酵母固体发酵甜菜废粕，表明生产菌体蛋白的最优发酵工艺流程为：起始接种9%黑曲霉，发酵24 h后按接种量15%接入酵母菌种子液共生发酵5 d。在该工艺流程下，粗蛋白含量达到30.97%，比黑曲霉单菌发酵提高了约5.95%。

1.3 制作吸附剂

1.3.1 矿物离子吸附剂 甜菜粕含有较高比例粗纤维和纤维素，后者本身即可作为吸附剂，利用甜菜粕生产相应吸附剂的研究也较多。武颖杰等[17]研究表明，对Cd2+有较好的吸附效果，Cd2+离子去除率可达87%。研究表明，当温度为22.0 ℃，甜菜粕用量为5.92 g 和pH 8.0时，可使 200 mL水中Ca2+从1027 mg/L降至373 mg/L，达到国家硬度标准[18]。陈博儒等[19]发现甜菜粕对铅的螯合大于对钙的吸附，溶液pH为7.0时吸附效果最佳，Ca2+、Pb2+分别在30、60 min内达吸附平衡；在pH 7.0和37 ℃的生理条件下，两种离子的吸附动力学过程均符合Lagergre方程二级吸附模型。另有研究表明，甜菜粕对铁的吸附量随着甜菜粕粒径减小、铁初始浓度的增加而增加，吸附平衡时间是80～100 min，在铁初始浓度0.001 mol/L，反应时间100 min和温度25 ℃的条件下，采用93%水分、粒径 75～150 μm 的甜菜粕可吸附除去溶液中65%铁离子[20]。此外，还有研究证实甜菜粕对工业废水中Zn离子有一定吸附力[21]。以上研究均提示甜菜粕对大多数金属离子具有吸附作用。

1.3.2 化学物质吸附剂 除了吸附金属离子，甜菜粕作为吸附剂未来在环保方面或许也大有作为。Dursun等[22]发现在89.5 mg/g、pH 6.0、60 ℃条件下，碳化的甜菜粕对苯酚的吸附效率最高。Dursun等[23]对碳化的甜菜粕吸附Remazol black B染料进行了研究，并对纺织废水进行了吸附试验。结果表明，该吸附过程需180 min平衡时间，在pH 1.0、温度为25 ℃下，染料的最大吸附量为80.0 mg/g。

2 甜菜粕营养成分及其在猪上应用

2.1 甜菜粕营养成分

甜菜经过榨糖，剩余部分主要包括纤维素、半纤维素、果胶、木质素、少量糖分和蛋白[24]。制糖后剩余的甜菜粕水分含量高，极少直接利用，产区周边可少量用于湿喂反刍动物，也可经过青贮或干燥制粒后饲喂。三种形态甜菜粕除水分含量差异巨大外，其余常规营养成分差异不大(表1)[25]。但因湿的甜菜粕含有较高游离酸和植物雌性激素等，质量不易控制，需限制用量，以免造成动物中毒或生产性能下降[26]。国内甜菜粕主要产于新疆及内蒙古，每年11月至次年3月榨季，各糖厂收购并集中生产甜菜糖，并同步加工甜菜粕，全年产量均在一个榨季内决定。目前，国内畜牧及饲料行业利用的甜菜粕均是通过干燥、制粒后的粗大颗粒，一是便于保存和运输，二是便于规模化加工和使用。生产经验表明，100 t湿甜菜粕可加工出约6 t甜菜粕颗粒(英联中国农业)。除此之外，美国及乌克兰对国内也出口相关产品，湖南省佳和农牧股份有限公司对相关产品进行检测，其营养成分与国产的常规营养成分即氨基酸组成差异详见表2及表3。

2.2 甜菜粕在母猪上应用

甜菜粕因富含粗纤维，且其中的中性洗涤纤维高达40%，利于母猪肠道蠕动，增强母猪饱腹感，减少空嚼现象，促进肠道内容物排出，显著改善粪便形状，因此在母猪各个阶段应用广泛。有研究表明，在小母猪时期(BW 15 kg)，日粮中添加12.5%的甜菜粕，对生长性能、肝脏中糖原及甘油三酯没有显著影响，但甜菜粕显著改善了非酯化脂肪酸和甘油三酸酯，提示日粮中添加甜菜粕纤维可以增加猪肠道的氧化代谢能力[27]。Zhao等[28]研究头胎母猪采食含不同比例甜菜粕日粮(0%、10%、20%)时发现，相比对照组，甜菜粕处理组背膘损失和粪便水分显著提高，皮质醇和去甲肾上腺素水平则显著降低，但各组间母猪日采食量、断奶至发情间隔、产仔数、仔猪体重、存活率等均无影响。孟丽辉等[29]研究了甜菜粕、麦麸、燕麦麸对生长猪营养成分和总能(GE)的表观全肠道消化率(ATTD)、表观回肠消化率(AID)及后肠发酵率的影响，发现富含可溶性日粮纤维(SDF)的甜菜粕可显著提高饲粮各营养成分在后肠的发酵率，并提高总能消化率。Jorgensen 等[30]以大麦/小麦对照日粮，另外三种额外添加马铃薯粕(PP)、甜菜粕(BP)和果胶残渣(PR)的试验日粮，评价母猪对不同纤维饲粮的饱足性。发现甜菜粕日粮具有可溶性纤维含量高的特点，向日粮中添加33.4%的甜菜粕后，甜菜粕的系水力和膨胀性显著减少了母猪的活动，增强了饲料的饱腹性，从而减少了母猪采食量，这对妊娠期母猪限制采食量有重要应用意义。Quesnel等[31]在探讨妊娠期母猪采取高纤维饲喂对围产期生理代谢的影响时发现，妊娠期使用甜菜粕，日粮纤维提高至11%，哺乳期母猪平均摄食提高0.94 kg/d，妊娠期高纤维饲料喂养的哺乳期母猪食欲增加与葡萄糖和胰岛素代谢变化无关，而饲料消耗越大，仔猪生长速度越快，对母猪体储备的影响不受影响。王勇生等[32]研究不同甜菜粕添加水平对哺乳母猪生产和仔猪生长性能的影响，结果表明哺乳母猪日粮中添加10%甜菜粕可以显著提高哺乳母猪平均日采食量。侯丹熹等[33]则发现，15%的甜菜粕可以显著提高窝产活仔数和窝产健仔数，显著降低窝产死胎数。在妊娠后期日粮中1～2 kg甜菜叶也可以显著提高母猪的繁殖性能，同时能降低饲料成本，提高经济效益，其中日粮中添加2 kg的甜菜叶效果最好，每窝每头母猪多盈利246元[34]。

表1 不同形态态甜菜粕营养成分(干物质)Table 1 Nutritional components of different forms of beet pulp(DM) %

表2 不同来源甜菜粕常规营养成分Table 2 General Nutritional components of different sources of beet pulp

表3 不同来源甜菜粕氨基酸组成Table 3 Amino acids composition of different sources of beet pulp %

2.3 甜菜粕在肥育猪上应用

在肥育猪的应用上，有研究表明，给28.5日龄左右仔猪饲喂含6%甜菜粕的日粮，呈现显著增加盲肠和结肠中乳酸菌数量的趋势[35]。Yan等[36]在断奶仔猪日粮中分别添加3%、6%、9%、12%的甜菜粕，发现各组间生长性能和腹泻率、免疫球蛋白等指标差异均不显著，随着甜菜粕比例增加，肠道中大肠杆菌数量差异不显著，但乳酸菌数量呈线性增加。Zhang等[37]发现随着甜菜粕在肥育猪日粮中添加量增加或使用时间延长，日粮中消化能值和总能、干物质、灰分、有机物ATTD显著直线下降，但粗蛋白ATTD显著提高，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维消化率则极显著提高，提示甜菜粕用量不能过高。经测定后，甜菜粕中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸的回肠消化率(SID)分别是37.03%、51.62%、40.68%和46.22%。Lynch等[38]研究在肥育猪后期日粮添加20%甜菜粕，干物质、灰分、总能消化率相比对照组(无甜菜粕)显著降低，同时尿氮:粪氮比例以及尿氮排放量也显著降低，但极显著提高了中性洗涤纤维的消化率。

2.4 甜菜粕在猪上应用注意事项

甜菜粕干物质中含有15%～30%的果胶，果胶在瘤胃快速发酵[39]，因此饲喂反刍动物时需适当补充非蛋白氮，而在母猪上应用可不考虑这一问题。鲜甜菜渣水分高，容易造成霉变、毒素超标等问题，在母猪围产期慎用。此外，鲜甜菜渣含有较高含量游离酸(主要是草酸)，猪采食过多易引起腹胀，其中含有的少量硝酸盐可引起急性或持续性缺氧。通过青贮或干燥制粒处理的甜菜粕可消化成分增加，蓝本含量降低，防止细菌污染，有效避免鲜甜菜粕带来的各种问题。建议甜菜粕在猪生产中的添加量为：母猪料中6%～20%，肥育猪料中4%～10%，仔猪料中2%～6%，既能呈现良好生产性能，也能获得较好饲料报酬。

3 展 望

随着国内甜菜产量稳步增长，甜菜粕的产量也逐步增加，目前甜菜粕除在猪上外，在反刍动物营养、化工生产、食品领域均有广泛研究与应用。由于甜菜粕外观较黑，易对猪饲料产品造成“染色”现象，因此在商品饲料中使用较少，也限制了饲料企业对其应用研发。作为优质的饲料原料，行业从业者应逐渐培育市场，提高接受和利用程度。