两型饲料的能量和新型蛋白质替代原料

徐运杰 ，季丰泉 ，刘以林 ，苏双良 ，陈学华

（1.山东和美集团有限公司，山东 惠民 251700；2.唐人神集团股份有限公司，湖南 株洲 412000；3.惠民县农业农村服务中心，山东 惠民 251700）

两型饲料是指资源节约型和环境友好型饲料。2020年9月29日，国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合发布了仔猪、生长育肥猪配合饲料国家标准GB/T 5915-2020，并于2021年4月1日实施。目的就是在饲料端无抗和国际形势复杂的大环境下，倡导低蛋白日粮，节约豆粕等蛋白原料资源，降低氨气排放。为了倡导绿色发展理念，节约饲料粮食资源，遏制饲料生产和畜禽养殖中过度追求出栏率和料重比，从而导致饲料配方中高蛋白、高能量、高铜高锌、高磷等奢侈浪费、违法违规现象，加快山东饲料行业转型升级，山东省畜牧兽医局于2020年11月4日下发了关于发展“低蛋白、低能量、高转化利用率”的“两低一高”饲料的意见。可见两型饲料越来越引起各级政府部门的重视，积极鼓励开发非粮饲料资源、加工业副产品、农副产品下脚料，替代部分玉米和豆粕。

目前，市场上猪只、肉鸡和蛋鸡的日粮以玉米豆粕型为主。据估计，饲料生产占用了所有农业用地的75%和全球饮用水的8%。随着世界人口的增长，对肉类消费的需求也随之增长。需要新的方案来改善饲料生产可持续性发展方针，解决工农争粮问题。有许多原料可作为替代能量和蛋白质来源正受到人们的关注，其中包括高粱、大麦、昆虫源性原料、藻源性蛋白和单细胞蛋白等。昆虫具有很高的饲料转化效率，可以将废弃的生物质转化为高价值的饲料原料。同样，藻类可以将简单的碳结构转化为富含蛋白质、维生素、脂肪酸、矿物质和色素的生物量。文章主要论述了两型饲料中纤维的重要性以及几种能量和新型蛋白质替代原料的应用前景。

1 两型饲料中纤维的重要性

膳食纤维是由结构性碳水化合物（纤维素、半纤维素、果胶和β-葡聚糖）和木质素组成的，木质素能抵抗哺乳动物小肠酶的水解消化。此外，除了结构性碳水化合物和木质素以外的成分，包括“动物纤维”（主要是由透明质酸和硫酸软骨素组成的结缔组织）、抗性淀粉和不易消化的低聚糖（益生元纤维），现在都被归纳为膳食纤维。当今也存在许多分离和合成的纤维，它们主要用于人类的食物基质，有时也被用来在动物饲料中提供纤维的最佳平衡。

无论是反刍动物还是单胃动物，纤维是至关重要的膳食成分。纤维被一些人视为单胃动物的“抗生素替代品”和“代谢调节剂”。从2020年7月1日开始，我国商品饲料都是无抗饲料，为了控制猪的腹泻，除了酸化剂、益生菌、益生元、中短链脂肪酸、植物提取物、精油、噬菌体和低蛋白外，日粮中必须重视纤维营养。农业或加工业副产品如麦麸、玉米皮、大豆皮、干酒糟及其可溶物（DDGS）、苹果渣、燕麦麸和豌豆皮等会更多地纳入饲料配方中以提高纤维浓度。适宜的纤维是肠道微生物群管理剂和免疫调节剂，在母猪饲料中添加纤维还会增加饱腹感和减少妊娠母猪的刻板行为。在家禽营养中，膳食纤维会刺激胃肠道发育以及盐酸和酶的分泌；控制以啄羽为表现的刻板行为；调控嗉囔和盲肠中的微生物菌群。

对于单胃动物来说，有几种健康相关的结果是由纤维介导的。首先，纤维影响肠道结构和功能。由于纤维摄取量的增加，胃肠道肥大导致肠道代谢更活跃，这表现在维持肠道所需的能量和氨基酸增加，以及肠道上皮细胞的高周转率上。这被认为是通过纤维发酵产生短链脂肪酸而介导的[1]。其次，纤维刺激回肠黏液分泌，增强屏障功能。黏液分泌部分是由于摄入不溶性膳食纤维而引起的机械刺激，它可以降低胃溃疡的发生率和严重程度。纤维的粒径也可能起作用[2]。最后，纤维调节肠道微生物群。不同的纤维以不同的方式影响肠道菌群，但总的来说，所有膳食纤维对猪只机体的影响都是积极的。微生物群对纤维的利用是复杂的，受到许多因素的影响，包括纤维来源、单糖组成、链节类型、链长、粒径、异构体、差向异构体以及与纤维本身有关的其他化合物的相互作用[3]。

2 两型饲料中能量替代原料

在谷物中，玉米是畜禽饲料中最常用的能量原料。然而，高粱和大麦也是优质的饲料能源，可以完全或部分替代玉米。

2.1 高粱

高粱是禾本科一年生草本植物。根据品种的不同，高粱的粗蛋白（CP）含量可能在6.8%～19.6%之间，并且可能含有高浓度的必需氨基酸。这表明，特定品种的高粱不仅可以替代玉米，而且在添加饲料级氨基酸的猪只日粮中，可以替代部分玉米和豆粕，降低饲料成本。然而，在饲喂单胃动物时，特定品种的高粱与玉米相比，其营养价值可能较低，从而对生长性能产生负面影响。单宁含量高的高粱品种营养价值较低，因为单宁是抗营养因子。单宁是植物次生代谢产物，可抑制肠细胞代谢、淀粉酶活性，并能与日粮蛋白质形成复合物，从而降低糖和氨基酸的吸收效率。玉米和高粱也含有植酸盐，植酸盐由一个肌醇分子和六个无机磷酸盐分子组成。畜禽不能合成足够数量的内源性植酸酶来释放植酸盐中的磷，因此高粱中钙和磷的消化率较低，不能被吸收。如果饲料中不添加微生物植酸酶，钙和磷的吸收和利用可能会受到影响。

高粱的育种产生了新品种，这些新品种高粱的抗营养因子浓度有所降低。与传统品种比较，新品种含有更高浓度的氨基酸，特别是赖氨酸。Thomas等[4]研究了特定品种高赖氨酸高粱的营养价值及对仔猪生长性能的影响。结果表明，如果日粮配方考虑到氨基酸消化率的差异（表1），高粱可以成功地取代玉米在养猪日粮中的地位，腹泻评分、腹泻频率和生长性能没有差异。

2.2 大麦

大麦是世界上最古老的种植作物之一，是全球第五大农作物，第四大禾谷类作物，具有食用、饲用、酿造、药用等多种用途。在欧洲、加拿大和澳大利亚等地区被广泛用于饲料生产。据全球消费统计显示，目前约65%的大麦被用作动物饲料。大麦主要的抗营养因子是β-葡聚糖。不同来源大麦β-葡聚糖含量差异很大，变异范围在2%～11%之间。王红亮等研究表明，不同来源的大麦化学成分含量变异较大。粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分和磷含量的变异系数在11%～13%之间。大麦消化能的变异范围为13.64～15.49 MJ/kg DM，平均值为14.67 MJ/kg DM，代谢能变异范围为13.43～15.21 MJ/kg DM，平均值为14.37 MJ/kg DM。表2和表3列出了大麦的平均养分含量[5]。龚绍荣等[6]研究了带皮大麦对杜保二元生长育肥猪肉质性能的影响，结果表明，在日粮中添加12%的带皮大麦代替日粮中等量的玉米能够提高杜保二元生长育肥猪的瘦肉率、背膘厚、肉质性能和产肉能力。实际生产中，带壳大麦在猪只饲养过程中的各阶段的最适添加量各不相同，建议在体重30 kg前保育猪日粮中不超过10%；30～60 kg生长猪料日粮中不超过20%；60 kg～出栏的育肥猪日粮中不超过30%，母猪日粮中不超过40%，同时需要注意粉碎细度和NSP酶的添加。

3 两型饲料中蛋白替代原料

3.1 昆虫源性原料

由于昆虫的生命周期很短（例如，黑水虻从出生至生殖成熟只要40 d）；能够垂直养殖，大大提高了单位面积的产量潜力；不具有骨骼、毛皮和其他结构成分，可食用物质占比大；以及提供高浓度的必需营养素，因此有些昆虫正在商业化，供动物（和人类）食用。如黑水虻、黄粉虫和蟋蟀（若虫和成虫）。

昆虫粉，尤其是黑水虻幼虫，粗蛋白和粗脂肪含量高，是一种优质的蛋白质来源。几种昆虫粉的养分近似值和氨基酸组成如表4所示。总的来说，不同昆虫源性饲料的粗蛋白和氨基酸组成与豆粕和鲱鱼鱼粉相似。昆虫粉的氨基酸消化率一般比较好，从70%到86%不等[7]。对于黑水虻，氨基酸消化率与脂肪含量呈负相关[8]。此外，氮可能以几丁质的形式存在，只有当动物具有内源性几丁质酶时，几丁质才能被消化，但如果不被消化，几丁质也可以作为一种益生素或纤维样来源[9]。这种非蛋白氮可能会影响氮分析中粗蛋白的评估。

表1 黄玉米与不同来源高粱的养分含量 %

表2 大麦的平均养分含量 %

昆虫粉中的其他营养素还包括昆虫必需脂肪酸（例如亚油酸和n-3脂肪酸）和具有提高消化率和免疫调节功能的中短链脂肪酸（例如月桂酸12:0）。昆虫粉富含矿物质，但由于幼虫可能会生物积累重金属，在商业动物饲料中应用时要加以考虑和分析[10,11]。昆虫通常是水溶性维生素和维生素D3的良好来源，也可能是维生素E和类胡萝卜素的来源，这取决于饲养昆虫的原料[12]。富含类胡萝卜素的昆虫成分可以为肉和蛋提供色素。昆虫粉中营养物质的消化率和有效性会受到加工方法的影响，因此在评估昆虫粉时应考虑到这一点。一般来说，当日粮氨基酸平衡时，昆虫粉可以代替豆粕或高质量的动物蛋白。昆虫油在仔猪和其他幼畜中具有潜在的应用前景，尤其是富含月桂酸的昆虫油。国内外关于黑水虻的大规模养殖很少，因此用其作为饲料原料的研究也鲜有报道。Ma等研究了黑水虻幼虫粉对杜长大育肥猪生长性能、胴体性状和肉质的影响，结果表明，添加4%的黑水虻幼虫粉有益于猪的生长性能、胴体性状和肉质，其机制可能与黑水虻幼虫粉改变了脂肪生成潜力、调控肌纤维特性和肠道微生物组成有关[13]。Yu等研究了黑水虻幼虫粉替代鱼粉对断奶仔猪肠道特异性细菌群和免疫稳态的影响，结果表明，日粮添加2%的黑水虻幼虫粉影响了仔猪肠道特定细菌群和代谢谱，并能够维持回肠免疫状态[14]。这些发现为利用昆虫粉作为猪饲料的合适替代蛋白质来源提供了新的思路。Heugten等研究了黑水虻幼虫油对仔猪生长性能的影响，结果表明黑水虻幼虫油是一种有前途的高能量饲料成分，可以用于喂养保育猪，同时能够提高其生长性能[15]。总结分析研究结果，幼年单胃动物日粮中添加5%的黑水虻幼虫粉可以提高生产性能。

表3 大麦的平均氨基酸含量 %

黄粉虫属昆虫纲、鞘翅目、拟步甲科、粉甲属的一个物种，俗称面包虫，是人工养殖最理想的饲料昆虫。黄粉虫的幼虫除粗蛋白质、脂肪含量高外，还含有多种糖类、氨基酸、维生素及矿物质等营养成分，营养价值高，可直接作为畜禽动物蛋白饲料，因其蛋白营养成分高居各类活体动物蛋白饲料之首，有着“蛋白质饲料的宝库”的美誉。任顺等研究了黄粉虫代替鱼粉对锦鲤生长、消化酶及体成分的影响，结果表明黄粉虫代替鱼粉的最适替代量为40%，此添加量对锦鲤幼鱼生长最有利[16]。Usman Elahi等研究报道，黄粉虫粉可部分代替豆粕在饲料中的应用，且不损害肉仔鸡健康。通过补充甘氨酸和胱氨酸可使饲粮粗蛋白降低4.5个百分点，且不会对肉仔鸡生长发育带来负面影响[17]。徐瑞等研究报道，保育猪料中可以用脱脂黄粉虫替代鱼粉，饲料中添加12.5 kg/t脱脂黄粉虫不影响猪只的免疫功能[18]。 国外就黄粉虫幼虫粉作为蛋白质饲料资源也进行了大量研究，认为黄粉虫幼虫粉可以作为生长期肉鸡的一种适宜的替代蛋白质来源，也可以作为饲料中主要的蛋白质来源[19]。最近的资料表明，黑甲虫（Zophobas morio L.）干幼虫和蜡蛾（Galleria mellonella L.）干幼虫含有大量的蛋白质、脂肪、甲壳素、黑色素、抗菌肽、微量元素等，幼虫脂肪中富含月桂酸等中链脂肪酸。 Nekrasov等研究了昆虫粉替代鱼粉对育肥猪生长性能及非特异性免疫功能的影响，结果表明，试验组生长猪的非特异性免疫水平较高，表现为血清杀菌活性、溶菌酶活性和中性粒细胞吞噬活性增强[20]。

3.2 藻源性原料

藻源性原料是另一种替代蛋白质的来源。藻源性原料可能来自海藻、大型藻类和微藻，在营养组成上可能有很大差异。表5列出了几种藻类的养分近似值和氨基酸组成。藻源蛋白，尤其是海藻的消化率，远远低于许多微藻品种，因为其难消化的多糖含量较高。藻类蛋白质和氨基酸消化率类似于豆科植物[21]。例如，小球藻在鲑鱼体内的必需氨基酸消化率为79%～90%，并且通过破裂藻类细胞壁而得到改善[22]。从藻源中提取的一些氮是非蛋白的，来自核酸、胺、氨基葡萄糖和细胞壁材料。因此，传统的CP测定N×6.25的方法测得结果可能高于蛋白质的实际含量。藻粉中的赖氨酸和色氨酸往往是农业物种的限制性氨基酸。

藻类不仅富含亚油酸和亚麻酸，还是长链n-3多不饱和脂肪酸和花生四烯酸的来源，因此这些成分非常有可能作为鱼油的替代品。维生素和类胡萝卜素色素也可能在藻类中富集，后者会对肉和蛋的色素沉着产生影响。对藻源性成分的关注包括可能影响畜禽消化率的细胞壁多糖和酚类物质。另外，还存在矿物质和重金属积聚的风险，包括砷、碘、铝、铅和汞，而在海水中生长的大型藻类中，这种风险往往更大。与昆虫一样，基础原料、生产方法和加工类型也会影响藻类的营养成分和消化率。

藻源性原料在动物饲料中的应用主要集中在水产养殖品种上，在家禽和家畜养殖过程中也有应用。其主要作用有：①用作特定营养源（如二十二碳六烯酸）；②提高机体特征、耐热性和免疫调节活性（海藻多糖）；③添加5%～10%用作蛋白质或能源。安慧青等研究探讨了海藻多糖对猪的安全性评价, 结果表明海藻多糖可溶性粉在临床推荐剂量的1倍～10倍内使用,未出现毒性反应，对靶动物猪是安全的[23]。冯鹤宇等研究表明，海藻多糖可溶性粉能协同猪瘟疫苗提高仔猪血清中猪瘟抗体效价和IL-2、IFN-γ水平，从而增强猪瘟疫苗的免疫效果[24]。

3.3 单细胞蛋白

单细胞蛋白包括细菌蛋白（主要是甲烷菌）、真菌蛋白和酵母蛋白。这些都是来源非常广泛的潜在饲料原料，其营养成分各不相同（表6）。细菌蛋白的消化率大于或等于85%，在动物饲养系统中有广泛的应用，包括水产养殖、猪、家禽和宠物饲料。目前，市场上有许多酵母和酵母源性原料销售，应用于动物营养领域，包括活酵母（例如活性干酵母）通常用于提高益生菌功能；营养酵母（源于酿酒酵母）和特种酵母（例如Se酵母和Cr酵母）用于提升特定营养成分和免疫调节特性；以及分离的酵母产品（例如酵母可溶物性浓缩物，酵母水解物、酵母抽提物和酵母细胞壁）用作β-葡聚糖和甘露聚糖的来源。这类成分一般含有高核苷酸水平（大于5%），具有改善猪只生产性能和肠道健康的功能。但要注意基于生产系统的内毒素和霉菌毒素污染问题，尤其是真菌蛋白的生产。在日粮营养水平相同的基础上，用3%的单细胞蛋白替代鱼粉，可以使断奶仔猪获得相似的生长性能、养分消化效率和肠道形态[25]。

表4 昆虫粉和典型蛋白原料的养分近似值和氨基酸组成 %

表5 藻源性原料的养分近似值和氨基酸组成 %

4 结语

在非洲猪瘟和新冠肺炎疫情的影响下，2021年，无论是能量原料还是蛋白原料，价格都会处于高位，给饲料企业和养殖行业的成本带来了巨大的压力。同时，也给科研教育单位和企业研发机构带来了研究开发和推广利用新型能量和蛋白质替代原料的机遇。应该充分利用好高粱、大麦、昆虫源性原料、藻源性原料和单细胞蛋白等优势原料，特别是昆虫源性原料和藻源性原料，其在饲料行业的研发利用还处于初级阶段，具有十分广阔的前景。

表6 单细胞蛋白产品的养分近似值和氨基酸组成 %