杂粕的营养成分、饲用限制因素及其提质增效技术研究进展

■杨元森邱彬航张 爽祁 晨成世哲施传信乔汉桢*王金荣

（1.河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450001；2.中国农业大学动物科学技术学院，北京 100091；3.商丘师范学院生物与食品学院，河南商丘 476000）

近年，我国畜牧业与饲料工业发展迅速，畜禽水产养殖量激增，导致饲料用量持续增长，人畜争粮矛盾日益突出。玉米-豆粕型日粮是我国主导饲粮结构，其中豆粕用量约占原粮的20%以上，占原料总成本的25%以上。中国是全球最大的大豆进口国之一，2021 年我国大豆进口量约9 652 万吨，主要从美国、阿根廷和巴西进口[1]。我国大豆年产量约1 640万吨，严重供给不足。此外，2021年为我国大豆进口均价为554.7 美元/吨，相比2020 年均价上涨40.79%，豆粕价格持续高位振荡也导致养殖成本激增[1]。因此，寻找营养价值高、成本低的饲料原料代替部分豆粕，成为降低养殖成本、保障养殖效益的关键。

1 杂粕的营养成分

杂粕泛指除大豆粕以外的其他饼粕，包括菜籽粕、花生粕、棉籽粕、芝麻粕、葵花粕、亚麻仁粕、棕榈仁粕、椰子粕、胡麻籽粕、橡胶籽粕和油莎豆粕（油莎豆提取油脂后的副产物）等[2]，具有产量高、营养价值大、成本低等特点，具有广阔的开发前景。豆粕与常见杂粕主要营养成分如表1所示，棉籽粕、花生粕、芝麻粕和葵花粕的粗蛋白（crude protein，CP）含量与豆粕相近，菜籽粕、亚麻仁粕的CP 含量大约为豆粕的80%左右。此外，不同杂粕中维生素和矿物质含量差异较大，且菜籽粕富含铁、锰、锌、硒，其中硒的含量为0.15%，远高于豆粕（0.06%）[3]；花生粕的B族维生素含量较丰富，其中维生素B2为11.0 mg/kg，远高于豆粕（3.0 mg/kg）。

表1 豆粕与常见杂粕主要营养成分

2 杂粕饲用中的限制性因素

2.1 抗营养因子

饲料抗营养因子（antinutritional factors，ANF）普遍存在于植物性饲料中，可影响饲料中蛋白质、能量、维生素等营养物质的利用率，降低畜禽的生长速度与健康水平等[8]。根据ANF 功能特性可分为6 大类[9]。①降低蛋白质消化率，如蛋白酶抑制因子、植物凝集素、单宁和皂化物等；②降低碳水化合物消化率，如淀粉酶抑制剂、酚类化合物和胃胀气因子等；③降低矿物质和微量元素利用率，如植酸、草酸、棉酚和含硫葡萄糖苷等；④维生素颉颃物，如双香豆素、硫胺素酶和脂氧合酶等；⑤免疫系统刺激物，如抗原蛋白质等；⑥其他ANF，可对多种营养成分利用产生影响，如水溶性非淀粉多糖（non starch polysaccharide，NSP）等。常见杂粕中的ANF主要包括含硫葡萄糖苷、棉酚、植酸、单宁和蛋白质抑制因子等（见表2），其中含硫葡萄糖苷的水解产物硫氰酸酯、异硫氰酸酯和噁唑烷硫酮会引起机体甲状腺形态学和功能的变化，进而影响畜禽的生长性能与机体健康[10]，常见去除方法有微生物解毒、添加外源酶解毒等；棉籽粕中常含有棉酚、植酸和单宁等，其中游离棉酚（free gossypol，FG）是动物细胞、血管和神经的毒物，干扰动物的正常生理机能，常见的去除方法有微生物发酵、碱处理和加热处理等[11-12]。其他的ANF，诸如植酸、单宁和蛋白酶抑制因子可引起动物对营养物质的利用率降低，可采用加热、发酵和酶解等方法脱除。

表2 杂粕中常见ANF抗营养机理及其去除方法

2.2 氨基酸平衡问题

杂粕来源不同，其氨基酸含量也不尽相同，部分杂粕氨基酸组成如表3所示，可见杂粕氨基酸组成全面，基本包含了豆粕中主要氨基酸，但大多杂粕氨基酸比例不平衡，其中花生粕、棉籽粕和芝麻粕的精氨酸（Arg）含量较高，且花生粕中Arg含量最高，约4.88%。此外，芝麻粕中蛋氨酸（Met）、色氨酸（Trp）含量丰富，且Met含量超过0.8%，为饼粕类之首；但Lys含量缺乏，仅为豆粕的30%；且Lys 与Arg 比例（0.82∶2.38）严重失衡。

表3 常见杂粕类必需氨基酸含量（%）

Lyon[25]以小鼠为试验模型研究发现芝麻粕的蛋白质营养价值（相对于酪蛋白）只有47%，而添加0.2%的Lys后能提升至94%，添加0.2%Lys+0.1%Leu+0.1%Met能提升至102%。由于豆粕中Lys含量丰富，但Met缺乏，因此在芝麻粕中添加0.4%～0.5%Lys或豆粕可显著提高家禽的生长性能[26]。合理利用杂粕的互补性，将多种杂粕搭配，其营养水平会更加均衡，并有利于提高杂粕的养分利用率，改善饲料品质，降低饲料成本。

2.3 毒素问题

霉菌毒素是由真菌（霉菌）产生的具有毒性的次级代谢产物，饲料被霉菌和霉菌毒素污染后会引起饲料变质和畜禽中毒[27]。目前常见的霉菌毒素有黄曲霉毒素（aflatoxins，AF）、伏马毒素、赭曲霉毒素、单端霉曲霉毒素、玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）、丁烯酸内酯、展青霉素和呕吐毒素（deoxynivalenol，DON）等[28-29]。黄广明等[30]检测从北京、河北等14 个省（市）收集的饲料及饲料原料样品，发现黄曲霉毒素B1（AFB1）超标最严重的是棉籽粕、花生粕和菜籽粕等杂粕。雷元培等[31]采用免疫亲和柱-高效液相色谱法检测饲料及饲料原料，发现杂粕中AFB1 的检出率为100%，ZEN 的检出率为75%，DON 的检出率为96.3%。张勇等[32]采用免疫亲和柱-高效液相色谱法检测2021年饲料及饲料原料，发现杂粕AFB1超标率最高（14.93%），由此可见，饲料的霉菌污染普遍存在（见图1），微量的霉菌毒素即可对畜禽和人造成极大的危害。猪食入被霉菌污染过的饲料后易发生霉菌中毒，轻者会影响其后期生长发育和配种繁殖，并导致机体免疫机能下降，严重时直接导致死亡[28]。因此在使用杂粕时，应及时进行霉菌毒素检测，并加强防霉和脱毒处理，通过保障饲料卫生与畜禽健康安全最终保障人类食品安全。

图1 2021年饲料和饲料原料中霉菌毒素组成

2.4 加工方式

目前杂粕多采用溶剂浸提和预压浸提等方法进行加工，高压和加热处理会导致杂粕中营养成分损失、蛋白质变性以及氨基酸（特别是Lys）利用率下降[33]，因此在生产中应防止过度热加工。李波等[33]通过对比高温压榨与预压浸提两种加工工艺对菜籽粕化学组分的影响后发现，高温压榨菜籽饼中粗纤维（crude fibre，CF）、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维及酸性洗涤木质素的含量显著高于预压浸提菜籽粕。此外，杂粕CF 含量与制油过程中的脱壳程度相关，未脱壳杂粕CF 含量普遍较高，有效能值低，如棉籽粕中CF 含量为17%，带壳压榨的葵花粕CF含量达30.7%[34]。杂粕中CF 过高不易被单胃动物消化利用，反而稀释了杂粕本身的养分浓度，同时也影响了其他养分的消化吸收，表现出抗营养作用[35]。

3 杂粕的提质增效技术

3.1 发酵

微生物发酵技术在消除杂粕中ANF 及提高营养价值方面已有较多的研究。Zhang等[36]采用荚膜假丝酵母ZD-1、热带假丝酵母ZD-3、酿酒酵母ZD-5、土曲霉ZD-6、米曲霉ZD-7 或黑曲霉ZD-8 发酵棉籽粕后发现，微生物发酵可以显著降低棉籽中的FG水平，其中热带假丝酵母菌ZD-3发酵后的FG含量最低，脱毒率达94.6%。Qin等[37]研究发现，在猪生长育肥全期（65～162 d）用普通棉籽粕替代10%的豆粕时可显著降低生长性能，而用发酵棉籽粕（fermented cottonseed meal，FCSM）替代15%的豆粕时，对生长性能无显著不良影响，同时可降低单位增重的饲料成本，其原因可能是棉籽粕经微生物发酵后，ANF 明显减少。同时，脱毒发酵过程产生大量的益生菌，可改善肠道健康。丁超等[38]采用FCSM替代日粮中25%和50%的豆粕，发现50%替代豆粕组的生长猪单位增重成本最低，25%替代组次之，即用FCSM替代部分豆粕不影响生长猪生长性能，还显著降低了饲料成本，提高经济效益。大量研究证明，发酵具有脱酚、提高营养价值、降低ANF等有害物质的功能（见表4）[39]，同时，发酵能够产生大量的益生菌和生物活性物质，促进肠道健康。目前发酵工艺在动物生产中的应用研究已取得较好的成果，但微生物来源广泛，其脱毒机制尚未完全阐明，开发绿色高效的微生物发酵源以及优化发酵生产工艺可能是未来微生物脱毒技术的研究重点。

表4 发酵改善杂粕品质及机制

3.2 加酶处理

酶是一类具有生物催化作用的蛋白质，饲用酶制剂按其特征及作用可分为两大类：①外源性消化酶，包括蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等[10-41]，具有促进营养物质消化与吸收等功能[42]；②外源性降解酶，包括纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、β-葡聚糖酶和植酸酶等[43]，具有提高饲料转化率与营养价值、提高动物生产性能、消除饲料中ANF 和增加杂粕可利用性等作用。敖翔等[44]以50 kg 生长育肥猪为研究对象，研究在棕榈仁粕饲粮中添加碳水化合物酶（α-半乳糖苷酶105 000 U/g、蛋白酶2 300 U/g、β-甘露聚糖酶12 000 U/g）对猪生长性能、养分消化率和肉品质的影响，结果发现与未添加酶组相比，添加1 kg/t碳水化合物酶显著提高了生长猪的料重比以及干物质和总能的表观消化率，改善了生长性能，但对肉品质无显著影响，其原因可能是碳水化合物酶降解了棕榈仁粕中的NSP，从而提供了更多的能量。占秀安等[45]研究双低菜籽粕及复合酶制剂在肥育猪中应用时发现，相比对照组，添加0.03%复合酶制剂组（纤维素酶10 000 IU/g、木聚糖酶6 000 IU/g、甘露聚糖酶5 000 IU/g、蛋白酶12 000 IU/g）肥育猪饲粮干物质和总磷的表观消化率分别提高了3.49%和32.53%（P＜0.05）。Zhan 等[46]同样发现，相比对照组，添加0.03%酶制剂（纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶及蛋白酶）使生长猪血清游离三碘甲腺原氨酸水平提高了17.01%，血清免疫球蛋白IgG、IgM 和补体C3、C4 含量分别提高了12.59%、20.59%、36.18%和24.00%（P＜0.01），原因与酶降解了双低菜籽粕中的NSP、含硫葡萄糖苷和芥酸等ANF有关。由于酶对底物选择的专一性，酶制剂的应用效果与饲料组分、动物消化生理特点等有密切关系（见表5），因此使用酶制剂时应根据饲料组成、畜种及其年龄等因素而定。

表5 酶制剂改善杂粕品质及其机制

3.3 挤压膨化

挤压膨化是在水分、热量、机械能和压力等因素的综合作用下形成的高温、短时的加工过程，可分为干法膨化与湿法膨化[53]。物料在挤压膨化过程中，可使淀粉糊化、蛋白质变性、破坏ANF 和杀菌脱毒等[54-55]。倪海球等[55]发现挤压膨化处理后棉籽粕中FG含量降低了87.85%；在生长猪饲粮中分别添加5%、10%和15%的膨化棉籽粕相比添加未处理棉籽粕显著提高了生长猪的总抗氧化能力（T-AOC）；在育肥期，与未处理棉籽粕组相比，饲粮中添加10%、15%和20%膨化棉籽粕可显著提高育肥猪的免疫球蛋白、三碘甲腺原氨酸和四碘甲腺原氨酸数量，表明挤压膨化处理能显著降低棉籽粕中ANF的含量，显著提高育肥猪的免疫能力与生长性能。同时，倪海球等[56]研究挤压膨化加工对菜籽粕中ANF 含量以及膨化菜籽粕（Expanded rapeseed meal，ERSM）对生长育肥猪生长性能的影响时发现，与菜籽粕相比，ERSM 粗脂肪和干物质含量显著升高，含硫葡萄糖苷和植酸等ANF含量显著降低；当添加量为6%时，饲喂ERSM 的生长猪CP、粗脂肪和干物质的表观消化率均显著高于饲喂菜籽粕组。根据表6可知，挤压膨化能够降低杂粕中的ANF含量，提高饲料的适口性及营养价值，提高杂粕的利用率，其原因可能是挤压膨化过程中的高温、高压和膨胀作用破坏了植物的结构，释放出部分被包围、结合的可消化物质，并使不能被消化的纤维素发生部分降解。因此合理利用挤压膨化技术能显著改善杂粕品质，是杂粕提质增效的有效手段。

表6 挤压膨化工艺改善杂粕品质及其机制

4 小结与展望

杂粕因其具有营养价值高、产量大、成本低等特点，具有替代豆粕的巨大潜力。同时，杂粕在动物生产中的一系列应用研究充分证实了其替代豆粕的可行性。但杂粕由于种类繁多、成分复杂，在生产应用中仍然存在一系列问题，如抗营养因子、氨基酸平衡、霉菌毒素超标等。因此，针对上述问题，未来研究建议从以下几方面开展：①系统优化微生物发酵、多酶复合水解和挤压膨化等预处理加工工艺，消除杂粕抗营养因子，提高其适口性和养分消化率，实现对杂粕的提质增效；②针对不同类型的杂粕，应在畜禽不同生长阶段明确其适宜用量，建立标准；③明确杂粕预处理过程中主要营养素的变化规律，建立基于“预处理工艺参数—抗营养因子—养分利用度—动物生产性能”的精准加工技术体系。通过提高杂粕的饲用价值与应用比例，降低生产成本，实现豆粕的减量替代，从而减少对进口大豆的依赖，最终保障我国畜牧业的可持续发展。