非常规饲料资源开发的思路与方法

2020-12-29 17:08:47 金波绿泰 新闻部 86

近年来,我国畜牧业的发展速度令世人瞩目,中国人的膳食结构和动物性食品的消费量发生了显著变化,畜产品生产资源的耗费量也逐年增加。然而,人多地少的现实决定了我国饲料业将长期面临原料资源严重紧缺的压力,并已成为制约我国饲料业及养殖业发展的“瓶颈”。我国畜牧业年均直接或间接消费谷物1.6亿t左右,约占谷物总产量的三分之一,即三分之一的粮田生产饲料谷物,再加上14%的耕地种植饲料作物,共计将近40%的耕地用于饲料生产。从某种意义上说,我国的粮食问题实质上是饲料问题。由于长期受国外谷物类饲料为主的配方模式制约,以及饲料原料加工利用技术薄弱,我国大量的非常规饲料资源未得到合理利用,开发新型饲料原料势在必行。

1、畜禽非常规饲料资源的开发利用现状

非常规饲料原料是一个相对的概念,是指在饲料配方中使用较少或者对其营养特性和饲用价值了解较少的饲料原料,针对不同地域和畜(禽)种,其范围也存在差异[1]。非常规饲料原料主要来源于农副产品和食品工业副产品,有资料称70%的食品加工业副产品可作为饲料。

我国拥有丰富的非常规饲料原料资源,仅棉籽粕和菜籽粕年产可达600~700 万t以上,位居全球首位,其他原料资源总量逾10 亿t以上。更有研究者估算,我国每年的非常规饲料资源可接近40 亿t[2]。

然而,非常规饲料原料来源广泛、成分复杂,具有适口性差、含有多种抗营养因子或毒物、营养价值较低、营养成分变异大、营养价值评定不准等共同特点[3],增加了使用难度。因此,目前的利用率仍然很低。

我国每年产生8 亿t的农作物秸秆,但仅有34%用于畜牧饲养,并且其中一半左右的秸秆未经处理,直接饲喂于动物;还有一部分经物理加工、化学及微生物发酵处理后供动物利用[4]。

林业副产品产量每年约有6~8 亿t,但利用率不足20%,树叶资源总量约为5 亿t,可直接饲喂牛羊,但利用率也仅为25%[5]。

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糟渣类资源来源于酿造工业、制糖业、副食加工业等领域,我国每年产量约为1.7 亿t,但目前尚未得到合理利用,甚至废弃成为环境的一大污染源。

糠麸类饲料是粮食加工的副产物,全国年产稻谷糠和麸皮资源5 000 万t,但长期以来仅仅作为初级原料直接加入其他饲料中饲喂动物,营养价值利用率较低。

植物饼粕类资源主要为油脂加工的副产物,每年超过1 000万t,主要包括菜籽饼、花生饼、芝麻饼、向日葵饼、胡麻籽饼等。但除菜籽饼、花生饼等饲用较广泛外,其余种类的使用非常有限。

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我国每年至少有500 万t动物性饲料资源产生,如大型屠宰厂的血、骨、肉粉、羽毛、皮革下脚料资源,实际饲用率不及10%[6]。

我国蛋白质饲料资源短缺且加工业发展落后,目前饲用大豆70%左右依靠进口。在成本、供给、来源等多方面的压力下,研究者开始寻找玉米、豆粕、鱼粉等传统饲料原料的替代品。比如用木薯、小麦、稻谷等能量性的物质替代玉米,用菜粕、棉粕、肉骨粉、羽毛粉、皮革粉,以及食品加工业下脚料等蛋白类原料来替代豆粕。目前,仅有少数的非常规饲料原料的应用比较普遍,例如全小麦型的日粮、全高粱型日粮、大麦型日粮、无豆粕型日粮等。随着研究程度的提高和加工技术趋于成熟,菜籽粕、棉籽粕、玉米酒精糟等非常规饲料原料已逐渐步入了“常规”行列,在饲料中的使用量逐年增加。目前,我国玉米酒精糟的年消费量达1 000 万t,菜粕可达1 050 万t,棉粕、木薯、大麦等原料的消费量也呈现上升态势 ;反之,豆粕消费量的增速呈逐年下降趋势, 已由2012~2013年 的8.5%降 至2014~2015年的2.3%,2018~2019年中国豆粕消费量比上年减少800 万t。

非常规饲料资源可部分缓解我国人畜争粮的尴尬,但由于大多数非常规原料的来源和品质不稳定、缺乏营养标准和评价体系、养分不平衡、饲用价值较低、加工技术落后等现状,导致大量的非常规饲料原料未得到合理应用。在非常规饲料原料的开发过程中,研究者大多关注应用效果的验证,而对营养数据的建立和营养机理的探索研究不足,迫于市场和技术等方面的压力,我国非常规资源的饲用价值尚需发掘。

2、开发非常规饲料资源的有效措施

非常规饲料原料一般为农业、工业等领域的加工副产物,大多是品质差、体积大、纤维高、营养浓度低、养分不平衡的低值原料,营养成分与原粮比差异巨大。

受产地、加工条件、贮藏条件等因素影响,非常规饲料营养成分不稳定,给原料的营养价值评价工作带来很大难度 ;且多含有抗营养因子或有毒害物质,用量受限或必须经过前处理。鉴于非常规饲料原料以上特性,对其开发利用也应因地制宜、有的放矢,从加工技术、产品、数据库信息等多方面进行配套开发,才能达到有效推进非常规饲料原料合理利用的目的。

2.1 技术配套

2.1.1 加工技术

多数非常规饲料原料由于抗营养因子成分复杂、粗纤维及非淀粉多糖含量高、适口性差、外观色泽深暗等因素,未通过科学加工处理,一般不可直接饲喂动物。

目前,针对不同的原料和畜种,常用的加工调质方法可分为物理方法、化学方法和生物方法。物理方法研究相对成熟,如粉碎、脱皮、浸泡、挤压、膨化、水解、微波处理等 ;化学方法主要有氨化、碱化等 ;生物方法主要利用微生物发酵、酶解等途径提高饲料的利用价值。

我国糟渣类、林业副产品及谷物等原料多采用干燥、粉碎等加工方法。粉碎可以促进淀粉的糊化,提高养分消化率和动物采食量。粉碎工艺和粉碎粒度对饲料营养价值和动物生产性能有显著影响。

针对蛋白质类的非常规饲料原料的使用,多采用水解法。高温高压打破了蛋白质稳定的空间结构,使它变成畜禽可消化吸收的可溶性蛋白。水解产品最常见的为水解羽毛粉,水解后消化率达可75%以上,氨基氮的含量大大增加[7-8]。

膨化是目前非常规饲料原料加工较常用的方法之一。原料经高温、加压、混合、剪切、糊化、熟化、灭菌等作用后,各组分的结构和理化性质发生变化,原料的消化吸收利用率提高[9]。

微波对霉菌毒素有杀灭作用,近来微波技术也逐渐被引入到饲料生产当中,例如用微波处理的大麦替代50%玉米,对猪的生产性能无不良影响。

农作物秸秆多用氨化、青贮等处理方法,经碱化、氨化和中和三重作用后,秸秆中的粗纤维被分解为单糖或低聚糖,同时脆性、适口性营、养物质消化率和蛋白质含量都明显提高[10]。皮晓波等[11]将玉米、大麦、水稻3种农作物秸秆进行氨化后,粗蛋白质含量提高1.93%~9.26%,饲喂后备奶牛后日增重提高了76.44%。

酶解、发酵等新型生物技术在饲料加工中的应用是未来饲料行业发展的必然趋势[12]。大多数非常规饲料原料都可用发酵处理提高其饲用价值。发酵不仅可使原料中的蛋白质溶解度增加,易于动物机体吸收,还可去除抗原蛋白对机体的损伤,因此,经酶解发酵处理的植物蛋白被认为是动物饲料的理想蛋白来源[13-14]。此外,发酵后的原料具有一定的芳香气味和鲜味,适口性较好,有诱食作用 ;原料中一些多糖分子也在发酵过程中被分解,特别是一些抗营养因子可被微生物在发酵过程中降解,这是其他工艺无法达到的[15]。血粉经酶解处理后氨基酸的利用率提高,且肉仔鸡饲粮中酶解血粉或超微血粉可替代3%的进口鱼粉而不影响肉鸡的生长[16]。发酵过程中还可产生分解淀粉、纤维等多糖物质的酶,提高碳水化合物的消化利用率。赵娜等[17]采用益生菌菌种和组合酶共同作用酶解发酵菜籽粕后,硫苷降解率达83.32%,异 硫 氰 酸 酯 含 量 下 降60.85%, 恶 唑 烷 硫 酮 含 量 下 降45.86%,酸溶蛋白质含量提高234.11%,无机磷含量增幅达到98.15%,粗纤维含量下降32.17%。

我国饲料工业发展迅猛,但由于起步较晚,加工技术还相对落后,饲料资源的开发利用率较低。提高非常规饲料资源的开发利用水平,需要研发有效提高饲料利用效率的新技术、新工艺。应用机电一体化、节能、通风等技术,开发高效节能的干燥技术,研制成套设备,攻克各种资源干燥难题[18]。发展微生物发酵工程、基因工程等生物技术,开发优质高效菌种,将饲料中的有害物质降到最低水平。总之,未来饲料的加工技术将朝着降本增效、节能环保、操作简便的方向发展。

2.1.2 检测技术

非常规饲料原料中多含有某些抗营养因子或未知的毒害成分,饲用效果和用量受限。加之由于检测技术的制约,导致使用者对非常规饲料原料的了解不足,对其大范围地推广带来了不利影响。对于抗营养因子等毒害成分而言,检测精准是有效去除的前提和基础。因此,了解非常规饲料原料中的抗营养因子和有害物质的检测方法,对充分合理地利用非常规资源有重要意义。

随着科学技术和现代工业的迅猛发展,检测技术也取得了飞速的进步,涌现出大批检测范围更广、更灵敏、更快捷的检测方法。如气(液)相色谱法、近红外光谱分析法、原子吸收法、离子色谱法等。以菜籽粕中抗营养因子异硫氰酸酯(ITC)的测定为例,从早期的重量法到现在的气(液)相色谱法,检测精度由50 mg/kg精确到0.2 mg/L,检测效率也大大提升。但色谱法的缺点在于仪器设备昂贵、分析成本较高[19]。如何在精确、快捷检测的基础上有效降低检测成本,必将是今后检测技术的发展方向。此外,以生物免疫、酶抑制、光学等技术为基础的快速检测技术近年来已悄然兴起,并在食品行业已被广泛应用。随着科技发展和进步,将有更多的新技术、新工艺、新材料出现并应用于饲料行业中。

2.1.3 配方技术

在使用非常规饲料原料进行配方设计时,应熟悉非常规饲料原料的营养特性,如营养浓度、物料体积、有害成分等,根据不同动物的耐受能力,确定日粮中的使用限量以及适宜的动物种类和使用阶段。此外,还需平衡重要的限制性氨基酸,调整维生素和微量元素的用量,并灵活利用净能体系、低蛋白理想氨基酸模式等先进技术进行配制。例如,可适当提高种用蛋鸡、蛋鸭日粮中低营养浓度和大体积饲料原料的用量 ;猪日粮中使用高丹宁高粱不超过20%,不会出现明显的生产性能下降 ;采取在植酸水平较高的日粮中添加植酸酶,在含棉酚的棉粕日粮中添加硫酸亚铁等方法,来提高利用率,降低有害物质对机体的损伤[20]。

2.1.4 品种改良和工艺改进

开发优质的非常规饲料原料,可通过杂交、基因工程等育种途径,培育抵抗营养因子或无抗营养因子的高价值产品。例如,低芥酸、低硫甙的双低杂交菜粕,保留了菜粕高蛋白的特点,有毒成分大大降低,粗纤维含量少,蛋白溶解度提高。此外,现已培育出低单宁高粱、低香豆素草木樨、低皂素苜蓿等作物。其次,还可通过改善加工工艺,提高副产物的饲用价值。例如,采用压浸法提取菜籽油,可使菜籽粕中赖氨酸含量高达2.0%~2.1%,而传统的螺旋压榨机生产的菜粕赖氨酸含量仅为0.67%~1.08% 采用全粒法进行酒精生产,可提高副产物玉米酒精糟的质量,并降低水体污染。因此,完善加工行业工艺过程中饲用价值提高技术、配套脱毒工艺技术、植物蛋白保护等技术,可从源头提高副产物的利用价值。

2.2 产品配套

非常规饲料资源中的部分有害成分,可通过使用某些添加剂使其饨化或脱毒。饲料酶制剂是近年来研究和开发十分活跃的领域,可优化非常规饲料原料日粮整体的营养价值。例如,在含有非淀粉多糖的非常规饲料原料中,使用β-葡聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶等[21]。

有研究表明,在加拿大双低菜粕中加入酶制剂,可以消除其中粗纤维的不良影响,使蛋白质和氨基酸的消化利用效率大幅提升,甚至完全替代豆柏使用。除了酶制剂,微生物发酵也可对其中的有害成分进行分解。余勃等[22]试验表明,菜粕经过发酵后,硫葡萄糖苷含量由发酵处理前的120 mmol/kg降低至16.3 mmol/kg,且随着发酵时间的延长硫苷含量逐渐降低。Rakariyatham等[23]将发酵时间延长至60 h和96h发现,硫苷被彻底降解。此外,可使用添加剂改善非常规饲料的表观商品价值。例如添加叶黄素、柠檬黄、香味剂等改善颜色和气味,添加防霉剂、抗氧化剂等,改善某些易氧化产品的贮存特性。因此,开发非常规饲料原料,需要有质量稳定、使用安全、针对性强的菌种、酶制剂、添加剂等产品做支撑。

2.3 信息配套

2.3.1 饲料原料数据库对于大部分非常规饲料原料而言,由于来源成分复杂且研究数据缺乏,尚未建立较可靠的饲料原料数据库,增加了日粮配方设计和原料使用推广难度。开发非常规饲料原料数据库,需要整合社会资源,形成数据共享机制;需要寻找关键指标,建立非常规饲料原料质量评估模型 ;需要建立不同动物的非常规饲料原料标准评价体系等。目前,某些较常用的非常规饲料资源,如玉米酒精糟、菜粕等饲料原料的数据库已开始逐步建立,但仍有大量非常规饲料资源的数据需要完善和补充。

2.3.2 风险因子预警体系

将非常规饲料原料的安全风险因子纳入饲料风险预警体系中,建立非常规饲料安全生产管理体系和标准操作流程,建立非常规饲料原料和成品质量监控和通报机制,建立有毒有害物质快速检测预警系统。依靠移动互联网、云技术、大数据、物联网等资源,结合快检技术,对饲料安全进行监管。通过安全预警技术平台的开发和建立,实现原料和产品的精准定位和全程追踪、可控。

3、结论

虽然越来越多非常规资源的饲用价值已被发掘,但缺乏系统的开发和利用,每年仍有大量非常规饲料资源被废弃,成为最大的面源污染源。因此,需要政府部门倡导社会资源整合,形成产学研合作,推动标准化体系建设,在加工技术、仪器设施、营养数据库等方面配套升级,以资源高效、循环利用为目标,大力开发非常规饲料资源的使用范围和利用效率,全面推动新型饲料的应用。

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