莧屬植物營(yíng)養(yǎng)特性及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

張慶國(guó) 范 富 馬金慧 牛化欣

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，通遼 028000；2.內(nèi)蒙古民族大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，通遼 028000)

莧屬植物(Amaranthus)原產(chǎn)于拉丁美洲，被認(rèn)為是世界上最古老的農(nóng)作物之一，為一年生草本植物，大約有70種，其中大多數(shù)為葉菜、谷物、觀賞植物和雜草[1]。在大多數(shù)國(guó)家，莧屬的籽粒被視為重要的飼料和食品。在非洲、印度和尼泊爾等地，莧屬植物的籽粒和葉已經(jīng)被確定為食物。我國(guó)莧屬植物有13種，分布較為廣泛的，常見(jiàn)有莧菜(A.tricolor)、籽粒莧(A.hypochondriacus)和反枝莧(A.retroflexus)等，南北分布廣泛，作為糧食、蔬菜、觀賞植物以及染料[2]。莧屬植物是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高的農(nóng)作物，特別是在籽粒和葉片中，近年來(lái)引起了人們的廣泛關(guān)注[3-5]。此外，它還含有次生代謝產(chǎn)物，如酚類(lèi)化合物，是一種強(qiáng)抗氧化劑，存在于葉片和其他部分[6-7]。

國(guó)內(nèi)外研究表明，莧屬植物的多個(gè)部位可作為飼草或飼料原料，具有營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性較好、產(chǎn)量高、耐旱、耐貧瘠和抗逆性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[8-10]，其飼用開(kāi)發(fā)潛力巨大，應(yīng)用前景廣闊，可作為一種優(yōu)質(zhì)的非常規(guī)飼料資源來(lái)合理開(kāi)發(fā)和科學(xué)利用。因此，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外在莧屬植物株葉、籽粒作為飼料資源及其在動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用的研究成果，從營(yíng)養(yǎng)特性、次級(jí)代謝產(chǎn)物的利與弊、調(diào)制加工方式及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用等方面進(jìn)行分析和綜述，以期為節(jié)約飼料用量、緩解人畜爭(zhēng)糧問(wèn)題和合理開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)莧屬植物飼料資源提供科學(xué)依據(jù)和生產(chǎn)指導(dǎo)。

1 莧屬植物營(yíng)養(yǎng)特性

莧屬植物的葉片、全株和籽粒的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量[10-13]見(jiàn)表1。莧屬植物葉片與其他蔬菜如花椰菜、芹菜、菠菜等相比，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。葉片和全株可作為食用蔬菜和動(dòng)物飼料，但其營(yíng)養(yǎng)成分含量差異很大。一般來(lái)說(shuō)，與全株相比，籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更優(yōu)。葉片和全株含水量高于籽粒，但籽粒中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、碳水化合物、粗灰分含量高于全株。籽粒中碳水化合物的主要成分為淀粉，占籽粒干物質(zhì)的48%～69%。

表1 莧屬植物葉片、全株和籽粒常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量Table 1 Conventional nutrient contents of leaves,whole plants and grains of Amaranthus[10-13] %

莧屬植物的種子稱為假谷物或籽粒，其粗蛋白質(zhì)含量高于其他谷物[14]，賴氨酸含量高于大豆，含硫氨基酸也相對(duì)豐富[15]，是一種較接近動(dòng)物蛋白質(zhì)組成的良好蛋白質(zhì)源[8,10]。與其他谷物不同的是，莧屬植物籽粒的蛋白質(zhì)由白蛋白(約40%)、谷蛋白(25%～30%)和球蛋白(約20%)組成[8,16-17]。莧屬植物籽粒中粗脂肪含量也高于其他谷物[15]，作為飼料原料可為動(dòng)物提供更高的能量和更多的必需脂肪酸[10]，可更好地促進(jìn)動(dòng)物體內(nèi)脂溶性維生素的調(diào)動(dòng)和攜帶，增強(qiáng)動(dòng)物免疫力和健康[18]。莧屬植物籽粒的礦物質(zhì)含量高，尤其是鈣、磷、鎂、鉀等，含量豐富，也富含微量礦物元素[3]，如硒含量為515 μg/kg[19]。莧屬植物籽粒的部分礦物質(zhì)、維生素、氨基酸和脂肪酸含量見(jiàn)表2。

表2 莧屬植物籽粒的部分礦物質(zhì)、維生素、氨基酸和脂肪酸含量Table 2 Several mineral,vitamin,amino acid and fatty acid contents of grains of Amaranthus[8,10]

續(xù)表2項(xiàng)目Items含量Content組氨酸His1.9～3.8脂肪酸Fattyacids/%飽和脂肪酸SFA20.1～30.9不飽和脂肪酸UFA61.0～87.3C18∶1-9c22.7～31.8C18∶2ω-637.1～45.9C18∶3ω-30.6～1.4C20∶10.2～0.3

如上所述，莧屬植物葉片、全株和籽粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，可利用性強(qiáng)。根據(jù)動(dòng)物的需求，可將莧屬植物開(kāi)發(fā)為不同類(lèi)型的飼料原料，如干草、青貯和能量飼料等。

2 莧屬植物次級(jí)代謝產(chǎn)物及其功能

2.1 酚類(lèi)化合物

多酚是一種植物次生代謝產(chǎn)物，存在于谷類(lèi)、水果和蔬菜中。多酚的含量和種類(lèi)因莧屬植物品種和生育期不同而不同，常存在于籽粒、葉片、莖和花中[20-21]。Li等[22]發(fā)現(xiàn)，在3種不同的莧屬植物[A.hypochondriacus、尾穗莧(A.caudatus)、繁穗莧(A.cruentus)]籽粒中總酚類(lèi)化合物的含量均高于葉片。莧屬植物富含維生素C、維生素E和β-胡蘿卜素等天然植物抗氧化物質(zhì)，有助于動(dòng)物脂肪代謝和防御心血管疾病[23]。莧屬植物的抗氧化活性主要通過(guò)抑制酶和破壞自由基來(lái)抑制活性氧的產(chǎn)生，如抑制過(guò)氧化物和超氧化物的生成[24]。有研究表明莧屬植物中含有蘆丁和槲皮素等酚類(lèi)化合物，蘆丁和槲皮素是抑制高密度脂蛋白膽固醇氧化的重要抗氧化劑[20-21,25]。刺莧(A.spinosus)含有大量的香豆酰奎寧酸[26]。尾穗莧葉片中的主要抗氧化活性物質(zhì)是咖啡酸[27]。由此可見(jiàn)，莧屬植物中酚類(lèi)化合物的種類(lèi)和含量取決于莧屬植物的種類(lèi)及其部位。莧屬植物可直接用于動(dòng)物飼糧，其中的酚類(lèi)化合物不僅可以作為配合飼料的防腐劑，還能保護(hù)飼糧中的不飽和脂肪酸免受氧化的負(fù)面影響。

2.2 抗?fàn)I養(yǎng)因子

抗?fàn)I養(yǎng)因子是指對(duì)天然食物、飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和利用產(chǎn)生不利影響，以及使人和動(dòng)物產(chǎn)生不良生理反應(yīng)的物質(zhì)。莧屬植物中含有的次生代謝產(chǎn)物，如單寧、皂苷、草酸、植酸、胰蛋白酶抑制劑和硝酸鹽等，均為抗?fàn)I養(yǎng)因子，這些抗?fàn)I養(yǎng)因子是具有生物活性的化合物，它們會(huì)抑制動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用，并干擾機(jī)體的代謝過(guò)程[3]?？?fàn)I養(yǎng)因子的存在是莧屬植物作為飼料原料需解決的主要問(wèn)題之一。單寧是植物種皮中大量存在的苦味多酚化合物。傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)學(xué)認(rèn)為單寧具有抗?fàn)I養(yǎng)作用，其與蛋白質(zhì)結(jié)合來(lái)抑制消化，還會(huì)干擾消化酶活性和蛋白質(zhì)消化率[28]。但目前研究認(rèn)為單寧具有雙重特性，其發(fā)揮有益或抗?fàn)I養(yǎng)作用取決于其化學(xué)構(gòu)型和劑量。草酸是蔬菜中的一種典型抗?fàn)I因子，可與鈣形成不溶性的草酸鈣，阻止人和動(dòng)物對(duì)鈣的吸收和利用，從而引起疾病[29]。植酸在許多植物組織中以磷酸鹽的形式存在，與鐵、鋅、鈣和鎂結(jié)合，產(chǎn)生不溶性的絡(luò)合物，不易被吸收利用，動(dòng)物飼糧中植酸含量較高會(huì)降低礦物元素的生物利用度，在單胃動(dòng)物中尤其突出[30]。莧菜是一種富含硝酸鹽的作物，可能在動(dòng)物的消化道發(fā)生化學(xué)變化，并變得有毒[31]。莧屬植物作為飼料原料時(shí)，可以采取不同的抗?fàn)I養(yǎng)因子鈍化或去除措施，來(lái)減少對(duì)動(dòng)物的不利影響[32]。

3 莧屬植物的調(diào)制加工方法

莧屬植物富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和酚類(lèi)化合物，可改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能和健康狀況。在反芻動(dòng)物飼糧中使用時(shí)無(wú)需經(jīng)過(guò)處理來(lái)減少抗?fàn)I養(yǎng)因子。在單胃動(dòng)物飼糧中添加量較大時(shí)，可選擇低廉的加工方法去除和鈍化抗?fàn)I養(yǎng)因子，以便被單胃動(dòng)物高效利用。

3.1 物理處理法

擠壓加熱是在一定壓力下瞬時(shí)高溫處理的加工方式，由加工溫度、物料水分含量、壓力和機(jī)械的剪切力協(xié)同完成的，可以減少抗?fàn)I養(yǎng)因子。對(duì)莧屬植物籽粒來(lái)說(shuō)，擠壓既可以鈍化或去除抗?fàn)I養(yǎng)因子，也可以破壞籽粒外皮的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大與動(dòng)物消化道接觸面積，與消化酶充分接觸，提高利用效率，發(fā)揮其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。擠壓可減少籽粒中單寧和多酚含量，提高體外蛋白質(zhì)的消化率[33]。

3.2 堿處理法

堿處理法是一種常用的去除植物中抗?fàn)I養(yǎng)因子的化學(xué)方法。在飼料中添加氨、尿素、氫氧化鈉、聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，既能鈍化抗?fàn)I養(yǎng)因子又能軟化植物的堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)。目前，PEG和PVP處理是減少動(dòng)物飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子更有前景的化學(xué)方法[34]。PEG可以阻止單寧-蛋白質(zhì)復(fù)合物的形成，降低單寧的活性，增加蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效果，并減少微生物的抑制作用，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能。PEG是一種惰性、不被吸收的化學(xué)物質(zhì)，它含有氧離子，可以與單寧中的酚基團(tuán)形成氫鍵并破壞它們，形成穩(wěn)定的復(fù)合物，阻止單寧與蛋白質(zhì)結(jié)合[34]。堿處理的飼料對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生有益或不利的影響，取決于飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量[35]。有關(guān)堿處理莧屬植物對(duì)單胃動(dòng)物生產(chǎn)性能的影響有待進(jìn)一步研究。

3.3 酶處理法

隨著飼用酶的開(kāi)發(fā)、高效生產(chǎn)及推廣，酶制劑作為一種新型高效飼料添加劑被廣泛應(yīng)用。酶處理抗?fàn)I養(yǎng)因子優(yōu)于加熱、擠壓和堿處理等加工方法。研究顯示，在含有25%莧菜干葉的飼糧中添加復(fù)合酶(纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶)，可改善肉雞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率、減少氮和磷的排泄、提高肉雞的生產(chǎn)性能[36]。因此，飼用酶制劑可用于含有莧屬植物的飼糧中，以降低抗?fàn)I養(yǎng)因子的副作用和提高替代飼料的利用率。

4 莧屬植物在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 在單胃動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

莧屬植物的葉片和籽粒營(yíng)養(yǎng)豐富且平衡，能滿足單胃動(dòng)物的生長(zhǎng)需要，可以作為非常規(guī)飼料原料應(yīng)用在家禽、豬和魚(yú)等單胃動(dòng)物的配合飼料中。莧屬植物的葉粉在單胃動(dòng)物飼料配方中應(yīng)用，可改善其生長(zhǎng)性能[10]。莧屬植物的籽粒在動(dòng)物飼糧中具有部分替代玉米和豆粕的潛力。莧屬植物籽粒的粗蛋白質(zhì)含量是其他谷物的2倍，且賴氨酸、蛋氨酸含量高，能量水平與其他谷物類(lèi)似，可作為肉仔雞的飼料原料。Ravindran等[37]研究表明，飼糧中添加40%的莧菜籽粒作為能量飼料，對(duì)肉雞不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。Popiela等[38]研究顯示，在飼糧中添加5%的擠壓膨化莧菜籽粒，可以提高蛋雞的產(chǎn)蛋量和飼料轉(zhuǎn)化率。Shilov等[39]研究表明，飼糧中添加10%的繁穗莧水解籽?？商岣邤嗄套胸i的蛋白質(zhì)、脂肪和纖維素消化率，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育。Niewiadomski等[40]研究證明，用繁穗莧籽粒粉替代飼料中5%的豆粕可促進(jìn)虹鱒生長(zhǎng)。關(guān)于莧屬植物籽粒在豬、雞等單胃動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)健康和飼料配制應(yīng)用方面的研究有待進(jìn)一步開(kāi)展。

4.2 在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

作為飼用的莧屬植物較多的是籽粒莧，可以調(diào)制成干草和全株青貯，作為反芻動(dòng)物的優(yōu)質(zhì)飼料[10,41-43]。干草和青貯飼料是反芻動(dòng)物飼糧中重要的組成部分。孫國(guó)慶等[44]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加適量的籽粒莧青貯、干草可替代玉米青貯、苜蓿干草，對(duì)泌乳奶牛瘤胃發(fā)酵、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率、血液指標(biāo)和生產(chǎn)性能沒(méi)有產(chǎn)生負(fù)面影響，并可提高經(jīng)濟(jì)效益。Rezaei等[45]研究表明，用不同比例的莧菜青貯代替等量的玉米青貯，在飼糧中莧菜青貯為105 g/kg DM時(shí)，顯著提高了荷斯坦泌乳牛的采食量、飼料消化率、微生物蛋白合成量和產(chǎn)奶量。Nogoy等[46]采用肉牛瘤胃體外發(fā)酵和原位(insitu)消化方法評(píng)估了不同種類(lèi)莧屬植物的總揮發(fā)性脂肪酸濃度、總產(chǎn)氣量、氨氮濃度，結(jié)果顯示均無(wú)顯著差異，且干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)降解率高，且具有良好的發(fā)酵特性，可作為肉牛優(yōu)質(zhì)的飼料原料。莧屬植物全株可部分取代苜蓿干草、玉米青貯，籽?？刹糠痔娲衩?、豆粕在反芻動(dòng)物飼糧中的應(yīng)用，是一種有潛力的反芻動(dòng)物飼草和能量飼料資源。

5 小 結(jié)

隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，飼料用量加劇，動(dòng)物與人爭(zhēng)糧的矛盾日益突出。飼料資源短缺成為畜牧業(yè)面臨的重要問(wèn)題之一，直接關(guān)系到養(yǎng)殖業(yè)的飼養(yǎng)成本和生產(chǎn)效益。尋找一種具有抗逆性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和收獲效益高的農(nóng)作物飼料替代品，是解決飼糧中玉米、豆粕減量替代方案的措施之一。莧屬植物富含淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪等，其籽?？商娲衩鬃鳛槟芰匡暳蟻?lái)減少豆粕等蛋白質(zhì)源的用量，進(jìn)而減輕人畜爭(zhēng)糧。但莧屬植物營(yíng)養(yǎng)特性在動(dòng)物飼糧中精準(zhǔn)替代的作用以及其含有的活性物質(zhì)的生物學(xué)作用機(jī)制尚不清晰。因此，為充分發(fā)揮莧屬植物的飼用價(jià)值，需要進(jìn)一步深入開(kāi)展其飼料加工與動(dòng)物高效利用等方面的研究，使其成為一種符合飼料原料端的新品種和具有開(kāi)發(fā)潛力的優(yōu)質(zhì)飼料資源。