兩型飼料的能量和新型蛋白質(zhì)替代原料

徐運杰 ，季豐泉 ，劉以林 ，蘇雙良 ，陳學華

（1.山東和美集團有限公司，山東 惠民 251700；2.唐人神集團股份有限公司，湖南 株洲 412000；3.惠民縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心，山東 惠民 251700）

兩型飼料是指資源節(jié)約型和環(huán)境友好型飼料。2020年9月29日，國家市場監(jiān)督管理總局和國家標準化管理委員會聯(lián)合發(fā)布了仔豬、生長育肥豬配合飼料國家標準GB/T 5915-2020，并于2021年4月1日實施。目的就是在飼料端無抗和國際形勢復(fù)雜的大環(huán)境下，倡導低蛋白日糧，節(jié)約豆粕等蛋白原料資源，降低氨氣排放。為了倡導綠色發(fā)展理念，節(jié)約飼料糧食資源，遏制飼料生產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖中過度追求出欄率和料重比，從而導致飼料配方中高蛋白、高能量、高銅高鋅、高磷等奢侈浪費、違法違規(guī)現(xiàn)象，加快山東飼料行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，山東省畜牧獸醫(yī)局于2020年11月4日下發(fā)了關(guān)于發(fā)展“低蛋白、低能量、高轉(zhuǎn)化利用率”的“兩低一高”飼料的意見?？梢妰尚惋暳显絹碓揭鸶骷壵块T的重視，積極鼓勵開發(fā)非糧飼料資源、加工業(yè)副產(chǎn)品、農(nóng)副產(chǎn)品下腳料，替代部分玉米和豆粕。

目前，市場上豬只、肉雞和蛋雞的日糧以玉米豆粕型為主。據(jù)估計，飼料生產(chǎn)占用了所有農(nóng)業(yè)用地的75%和全球飲用水的8%。隨著世界人口的增長，對肉類消費的需求也隨之增長。需要新的方案來改善飼料生產(chǎn)可持續(xù)性發(fā)展方針，解決工農(nóng)爭糧問題。有許多原料可作為替代能量和蛋白質(zhì)來源正受到人們的關(guān)注，其中包括高粱、大麥、昆蟲源性原料、藻源性蛋白和單細胞蛋白等。昆蟲具有很高的飼料轉(zhuǎn)化效率，可以將廢棄的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高價值的飼料原料。同樣，藻類可以將簡單的碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為富含蛋白質(zhì)、維生素、脂肪酸、礦物質(zhì)和色素的生物量。文章主要論述了兩型飼料中纖維的重要性以及幾種能量和新型蛋白質(zhì)替代原料的應(yīng)用前景。

1 兩型飼料中纖維的重要性

膳食纖維是由結(jié)構(gòu)性碳水化合物（纖維素、半纖維素、果膠和β-葡聚糖）和木質(zhì)素組成的，木質(zhì)素能抵抗哺乳動物小腸酶的水解消化。此外，除了結(jié)構(gòu)性碳水化合物和木質(zhì)素以外的成分，包括“動物纖維”（主要是由透明質(zhì)酸和硫酸軟骨素組成的結(jié)締組織）、抗性淀粉和不易消化的低聚糖（益生元纖維），現(xiàn)在都被歸納為膳食纖維。當今也存在許多分離和合成的纖維，它們主要用于人類的食物基質(zhì)，有時也被用來在動物飼料中提供纖維的最佳平衡。

無論是反芻動物還是單胃動物，纖維是至關(guān)重要的膳食成分。纖維被一些人視為單胃動物的“抗生素替代品”和“代謝調(diào)節(jié)劑”。從2020年7月1日開始，我國商品飼料都是無抗飼料，為了控制豬的腹瀉，除了酸化劑、益生菌、益生元、中短鏈脂肪酸、植物提取物、精油、噬菌體和低蛋白外，日糧中必須重視纖維營養(yǎng)。農(nóng)業(yè)或加工業(yè)副產(chǎn)品如麥麩、玉米皮、大豆皮、干酒糟及其可溶物（DDGS）、蘋果渣、燕麥麩和豌豆皮等會更多地納入飼料配方中以提高纖維濃度。適宜的纖維是腸道微生物群管理劑和免疫調(diào)節(jié)劑，在母豬飼料中添加纖維還會增加飽腹感和減少妊娠母豬的刻板行為。在家禽營養(yǎng)中，膳食纖維會刺激胃腸道發(fā)育以及鹽酸和酶的分泌；控制以啄羽為表現(xiàn)的刻板行為；調(diào)控嗉囔和盲腸中的微生物菌群。

對于單胃動物來說，有幾種健康相關(guān)的結(jié)果是由纖維介導的。首先，纖維影響腸道結(jié)構(gòu)和功能。由于纖維攝取量的增加，胃腸道肥大導致腸道代謝更活躍，這表現(xiàn)在維持腸道所需的能量和氨基酸增加，以及腸道上皮細胞的高周轉(zhuǎn)率上。這被認為是通過纖維發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸而介導的[1]。其次，纖維刺激回腸黏液分泌，增強屏障功能。黏液分泌部分是由于攝入不溶性膳食纖維而引起的機械刺激，它可以降低胃潰瘍的發(fā)生率和嚴重程度。纖維的粒徑也可能起作用[2]。最后，纖維調(diào)節(jié)腸道微生物群。不同的纖維以不同的方式影響腸道菌群，但總的來說，所有膳食纖維對豬只機體的影響都是積極的。微生物群對纖維的利用是復(fù)雜的，受到許多因素的影響，包括纖維來源、單糖組成、鏈節(jié)類型、鏈長、粒徑、異構(gòu)體、差向異構(gòu)體以及與纖維本身有關(guān)的其他化合物的相互作用[3]。

2 兩型飼料中能量替代原料

在谷物中，玉米是畜禽飼料中最常用的能量原料。然而，高粱和大麥也是優(yōu)質(zhì)的飼料能源，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。根據(jù)品種的不同，高粱的粗蛋白（CP）含量可能在6.8%～19.6%之間，并且可能含有高濃度的必需氨基酸。這表明，特定品種的高粱不僅可以替代玉米，而且在添加飼料級氨基酸的豬只日糧中，可以替代部分玉米和豆粕，降低飼料成本。然而，在飼喂單胃動物時，特定品種的高粱與玉米相比，其營養(yǎng)價值可能較低，從而對生長性能產(chǎn)生負面影響。單寧含量高的高粱品種營養(yǎng)價值較低，因為單寧是抗營養(yǎng)因子。單寧是植物次生代謝產(chǎn)物，可抑制腸細胞代謝、淀粉酶活性，并能與日糧蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，從而降低糖和氨基酸的吸收效率。玉米和高粱也含有植酸鹽，植酸鹽由一個肌醇分子和六個無機磷酸鹽分子組成。畜禽不能合成足夠數(shù)量的內(nèi)源性植酸酶來釋放植酸鹽中的磷，因此高粱中鈣和磷的消化率較低，不能被吸收。如果飼料中不添加微生物植酸酶，鈣和磷的吸收和利用可能會受到影響。

高粱的育種產(chǎn)生了新品種，這些新品種高粱的抗營養(yǎng)因子濃度有所降低。與傳統(tǒng)品種比較，新品種含有更高濃度的氨基酸，特別是賴氨酸。Thomas等[4]研究了特定品種高賴氨酸高粱的營養(yǎng)價值及對仔豬生長性能的影響。結(jié)果表明，如果日糧配方考慮到氨基酸消化率的差異（表1），高粱可以成功地取代玉米在養(yǎng)豬日糧中的地位，腹瀉評分、腹瀉頻率和生長性能沒有差異。

2.2 大麥

大麥是世界上最古老的種植作物之一，是全球第五大農(nóng)作物，第四大禾谷類作物，具有食用、飼用、釀造、藥用等多種用途。在歐洲、加拿大和澳大利亞等地區(qū)被廣泛用于飼料生產(chǎn)。據(jù)全球消費統(tǒng)計顯示，目前約65%的大麥被用作動物飼料。大麥主要的抗營養(yǎng)因子是β-葡聚糖。不同來源大麥β-葡聚糖含量差異很大，變異范圍在2%～11%之間。王紅亮等研究表明，不同來源的大麥化學成分含量變異較大。粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗灰分和磷含量的變異系數(shù)在11%～13%之間。大麥消化能的變異范圍為13.64～15.49 MJ/kg DM，平均值為14.67 MJ/kg DM，代謝能變異范圍為13.43～15.21 MJ/kg DM，平均值為14.37 MJ/kg DM。表2和表3列出了大麥的平均養(yǎng)分含量[5]。龔紹榮等[6]研究了帶皮大麥對杜保二元生長育肥豬肉質(zhì)性能的影響，結(jié)果表明，在日糧中添加12%的帶皮大麥代替日糧中等量的玉米能夠提高杜保二元生長育肥豬的瘦肉率、背膘厚、肉質(zhì)性能和產(chǎn)肉能力。實際生產(chǎn)中，帶殼大麥在豬只飼養(yǎng)過程中的各階段的最適添加量各不相同，建議在體重30 kg前保育豬日糧中不超過10%；30～60 kg生長豬料日糧中不超過20%；60 kg～出欄的育肥豬日糧中不超過30%，母豬日糧中不超過40%，同時需要注意粉碎細度和NSP酶的添加。

3 兩型飼料中蛋白替代原料

3.1 昆蟲源性原料

由于昆蟲的生命周期很短（例如，黑水虻從出生至生殖成熟只要40 d）；能夠垂直養(yǎng)殖，大大提高了單位面積的產(chǎn)量潛力；不具有骨骼、毛皮和其他結(jié)構(gòu)成分，可食用物質(zhì)占比大；以及提供高濃度的必需營養(yǎng)素，因此有些昆蟲正在商業(yè)化，供動物（和人類）食用。如黑水虻、黃粉蟲和蟋蟀（若蟲和成蟲）。

昆蟲粉，尤其是黑水虻幼蟲，粗蛋白和粗脂肪含量高，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來源。幾種昆蟲粉的養(yǎng)分近似值和氨基酸組成如表4所示?？偟膩碚f，不同昆蟲源性飼料的粗蛋白和氨基酸組成與豆粕和鯡魚魚粉相似。昆蟲粉的氨基酸消化率一般比較好，從70%到86%不等[7]。對于黑水虻，氨基酸消化率與脂肪含量呈負相關(guān)[8]。此外，氮可能以幾丁質(zhì)的形式存在，只有當動物具有內(nèi)源性幾丁質(zhì)酶時，幾丁質(zhì)才能被消化，但如果不被消化，幾丁質(zhì)也可以作為一種益生素或纖維樣來源[9]。這種非蛋白氮可能會影響氮分析中粗蛋白的評估。

表1 黃玉米與不同來源高粱的養(yǎng)分含量 %

表2 大麥的平均養(yǎng)分含量 %

昆蟲粉中的其他營養(yǎng)素還包括昆蟲必需脂肪酸（例如亞油酸和n-3脂肪酸）和具有提高消化率和免疫調(diào)節(jié)功能的中短鏈脂肪酸（例如月桂酸12:0）。昆蟲粉富含礦物質(zhì)，但由于幼蟲可能會生物積累重金屬，在商業(yè)動物飼料中應(yīng)用時要加以考慮和分析[10,11]。昆蟲通常是水溶性維生素和維生素D3的良好來源，也可能是維生素E和類胡蘿卜素的來源，這取決于飼養(yǎng)昆蟲的原料[12]。富含類胡蘿卜素的昆蟲成分可以為肉和蛋提供色素。昆蟲粉中營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和有效性會受到加工方法的影響，因此在評估昆蟲粉時應(yīng)考慮到這一點。一般來說，當日糧氨基酸平衡時，昆蟲粉可以代替豆粕或高質(zhì)量的動物蛋白。昆蟲油在仔豬和其他幼畜中具有潛在的應(yīng)用前景，尤其是富含月桂酸的昆蟲油。國內(nèi)外關(guān)于黑水虻的大規(guī)模養(yǎng)殖很少，因此用其作為飼料原料的研究也鮮有報道。Ma等研究了黑水虻幼蟲粉對杜長大育肥豬生長性能、胴體性狀和肉質(zhì)的影響，結(jié)果表明，添加4%的黑水虻幼蟲粉有益于豬的生長性能、胴體性狀和肉質(zhì)，其機制可能與黑水虻幼蟲粉改變了脂肪生成潛力、調(diào)控肌纖維特性和腸道微生物組成有關(guān)[13]。Yu等研究了黑水虻幼蟲粉替代魚粉對斷奶仔豬腸道特異性細菌群和免疫穩(wěn)態(tài)的影響，結(jié)果表明，日糧添加2%的黑水虻幼蟲粉影響了仔豬腸道特定細菌群和代謝譜，并能夠維持回腸免疫狀態(tài)[14]。這些發(fā)現(xiàn)為利用昆蟲粉作為豬飼料的合適替代蛋白質(zhì)來源提供了新的思路。Heugten等研究了黑水虻幼蟲油對仔豬生長性能的影響，結(jié)果表明黑水虻幼蟲油是一種有前途的高能量飼料成分，可以用于喂養(yǎng)保育豬，同時能夠提高其生長性能[15]?？偨Y(jié)分析研究結(jié)果，幼年單胃動物日糧中添加5%的黑水虻幼蟲粉可以提高生產(chǎn)性能。

表3 大麥的平均氨基酸含量 %

黃粉蟲屬昆蟲綱、鞘翅目、擬步甲科、粉甲屬的一個物種，俗稱面包蟲，是人工養(yǎng)殖最理想的飼料昆蟲。黃粉蟲的幼蟲除粗蛋白質(zhì)、脂肪含量高外，還含有多種糖類、氨基酸、維生素及礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，營養(yǎng)價值高，可直接作為畜禽動物蛋白飼料，因其蛋白營養(yǎng)成分高居各類活體動物蛋白飼料之首，有著“蛋白質(zhì)飼料的寶庫”的美譽。任順等研究了黃粉蟲代替魚粉對錦鯉生長、消化酶及體成分的影響，結(jié)果表明黃粉蟲代替魚粉的最適替代量為40%，此添加量對錦鯉幼魚生長最有利[16]。Usman Elahi等研究報道，黃粉蟲粉可部分代替豆粕在飼料中的應(yīng)用，且不損害肉仔雞健康。通過補充甘氨酸和胱氨酸可使飼糧粗蛋白降低4.5個百分點，且不會對肉仔雞生長發(fā)育帶來負面影響[17]。徐瑞等研究報道，保育豬料中可以用脫脂黃粉蟲替代魚粉，飼料中添加12.5 kg/t脫脂黃粉蟲不影響豬只的免疫功能[18]。 國外就黃粉蟲幼蟲粉作為蛋白質(zhì)飼料資源也進行了大量研究，認為黃粉蟲幼蟲粉可以作為生長期肉雞的一種適宜的替代蛋白質(zhì)來源，也可以作為飼料中主要的蛋白質(zhì)來源[19]。最近的資料表明，黑甲蟲（Zophobas morio L.）干幼蟲和蠟蛾（Galleria mellonella L.）干幼蟲含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、甲殼素、黑色素、抗菌肽、微量元素等，幼蟲脂肪中富含月桂酸等中鏈脂肪酸。 Nekrasov等研究了昆蟲粉替代魚粉對育肥豬生長性能及非特異性免疫功能的影響，結(jié)果表明，試驗組生長豬的非特異性免疫水平較高，表現(xiàn)為血清殺菌活性、溶菌酶活性和中性粒細胞吞噬活性增強[20]。

3.2 藻源性原料

藻源性原料是另一種替代蛋白質(zhì)的來源。藻源性原料可能來自海藻、大型藻類和微藻，在營養(yǎng)組成上可能有很大差異。表5列出了幾種藻類的養(yǎng)分近似值和氨基酸組成。藻源蛋白，尤其是海藻的消化率，遠遠低于許多微藻品種，因為其難消化的多糖含量較高。藻類蛋白質(zhì)和氨基酸消化率類似于豆科植物[21]。例如，小球藻在鮭魚體內(nèi)的必需氨基酸消化率為79%～90%，并且通過破裂藻類細胞壁而得到改善[22]。從藻源中提取的一些氮是非蛋白的，來自核酸、胺、氨基葡萄糖和細胞壁材料。因此，傳統(tǒng)的CP測定N×6.25的方法測得結(jié)果可能高于蛋白質(zhì)的實際含量。藻粉中的賴氨酸和色氨酸往往是農(nóng)業(yè)物種的限制性氨基酸。

藻類不僅富含亞油酸和亞麻酸，還是長鏈n-3多不飽和脂肪酸和花生四烯酸的來源，因此這些成分非常有可能作為魚油的替代品。維生素和類胡蘿卜素色素也可能在藻類中富集，后者會對肉和蛋的色素沉著產(chǎn)生影響。對藻源性成分的關(guān)注包括可能影響畜禽消化率的細胞壁多糖和酚類物質(zhì)。另外，還存在礦物質(zhì)和重金屬積聚的風險，包括砷、碘、鋁、鉛和汞，而在海水中生長的大型藻類中，這種風險往往更大。與昆蟲一樣，基礎(chǔ)原料、生產(chǎn)方法和加工類型也會影響藻類的營養(yǎng)成分和消化率。

藻源性原料在動物飼料中的應(yīng)用主要集中在水產(chǎn)養(yǎng)殖品種上，在家禽和家畜養(yǎng)殖過程中也有應(yīng)用。其主要作用有：①用作特定營養(yǎng)源（如二十二碳六烯酸）；②提高機體特征、耐熱性和免疫調(diào)節(jié)活性（海藻多糖）；③添加5%～10%用作蛋白質(zhì)或能源。安慧青等研究探討了海藻多糖對豬的安全性評價, 結(jié)果表明海藻多糖可溶性粉在臨床推薦劑量的1倍～10倍內(nèi)使用,未出現(xiàn)毒性反應(yīng)，對靶動物豬是安全的[23]。馮鶴宇等研究表明，海藻多糖可溶性粉能協(xié)同豬瘟疫苗提高仔豬血清中豬瘟抗體效價和IL-2、IFN-γ水平，從而增強豬瘟疫苗的免疫效果[24]。

3.3 單細胞蛋白

單細胞蛋白包括細菌蛋白（主要是甲烷菌）、真菌蛋白和酵母蛋白。這些都是來源非常廣泛的潛在飼料原料，其營養(yǎng)成分各不相同（表6）。細菌蛋白的消化率大于或等于85%，在動物飼養(yǎng)系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，包括水產(chǎn)養(yǎng)殖、豬、家禽和寵物飼料。目前，市場上有許多酵母和酵母源性原料銷售，應(yīng)用于動物營養(yǎng)領(lǐng)域，包括活酵母（例如活性干酵母）通常用于提高益生菌功能；營養(yǎng)酵母（源于釀酒酵母）和特種酵母（例如Se酵母和Cr酵母）用于提升特定營養(yǎng)成分和免疫調(diào)節(jié)特性；以及分離的酵母產(chǎn)品（例如酵母可溶物性濃縮物，酵母水解物、酵母抽提物和酵母細胞壁）用作β-葡聚糖和甘露聚糖的來源。這類成分一般含有高核苷酸水平（大于5%），具有改善豬只生產(chǎn)性能和腸道健康的功能。但要注意基于生產(chǎn)系統(tǒng)的內(nèi)毒素和霉菌毒素污染問題，尤其是真菌蛋白的生產(chǎn)。在日糧營養(yǎng)水平相同的基礎(chǔ)上，用3%的單細胞蛋白替代魚粉，可以使斷奶仔豬獲得相似的生長性能、養(yǎng)分消化效率和腸道形態(tài)[25]。

表4 昆蟲粉和典型蛋白原料的養(yǎng)分近似值和氨基酸組成 %

表5 藻源性原料的養(yǎng)分近似值和氨基酸組成 %

4 結(jié)語

在非洲豬瘟和新冠肺炎疫情的影響下，2021年，無論是能量原料還是蛋白原料，價格都會處于高位，給飼料企業(yè)和養(yǎng)殖行業(yè)的成本帶來了巨大的壓力。同時，也給科研教育單位和企業(yè)研發(fā)機構(gòu)帶來了研究開發(fā)和推廣利用新型能量和蛋白質(zhì)替代原料的機遇。應(yīng)該充分利用好高粱、大麥、昆蟲源性原料、藻源性原料和單細胞蛋白等優(yōu)勢原料，特別是昆蟲源性原料和藻源性原料，其在飼料行業(yè)的研發(fā)利用還處于初級階段，具有十分廣闊的前景。

表6 單細胞蛋白產(chǎn)品的養(yǎng)分近似值和氨基酸組成 %