陳 洋 , 熊康寧 ,2 , 池永寬 ,2, 肖 華 ,2, 陳 滸 ,2
(1.貴州師范大學(xué)喀斯特研究院,貴州貴陽 550001;2.貴州省喀斯特山地生態(tài)環(huán)境省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)培育基地,貴州貴陽550001)
貴州是我國喀斯特地貌發(fā)育最典型、最復(fù)雜、景觀類型最豐富的地區(qū),喀斯特出露面積接近11萬km2,占全省國土面積的62%。脆弱的生態(tài)環(huán)境加上人口壓力大等自然與歷史原因, 使得貴州石漠化問題嚴(yán)重(王元素,2015)。 已有研究表明,加強(qiáng)草地建設(shè), 推進(jìn)草食畜牧業(yè)的快速發(fā)展能夠有效治理喀斯特地區(qū)的石漠化問題, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收(許留興等,2015;張浩等,2012;李馨等,2011;楊振海,2008;張自和,2006)。然而,貴州天然草地營養(yǎng)品質(zhì)低且不均衡,分布零散,分布海拔較高,難以有效利用(皇甫江云等,2009);而全省人工種草及改良草地面積又僅占天然草場面積的3.42%,優(yōu)良牧草少, 導(dǎo)致草地品質(zhì)整體較差 (郭文等,2017;張錦華等,2010)。由于缺乏足夠的草地面積和飼料基地的支撐, 僅依靠天然和人工草地已無法滿足當(dāng)前種草養(yǎng)畜及治理石漠化的需要, 飼料缺乏已成為制約貴州喀斯特石漠化地區(qū)發(fā)展草地畜牧業(yè)的重要因素。
我國白酒釀造歷史悠久,每年白酒產(chǎn)量巨大,白酒糟產(chǎn)量居全球首位,2016 年全國白酒糟產(chǎn)量為4075.2 t (袁鑫,2017)。雖然我國擁有豐富的酒糟資源, 但仍是一個(gè)飼料蛋白資源嚴(yán)重短缺的大國,每年需從國外進(jìn)口數(shù)以千萬噸計(jì)的豆粕、魚粉等以填補(bǔ)國內(nèi)蛋白質(zhì)市場的不足(王曉力,2013),貴州更是飼料蛋白資源嚴(yán)重缺乏的大省。 白酒糟富含蛋白質(zhì)、氨基酸、粗纖維等營養(yǎng)物質(zhì),非常適合作為反芻動物飼料資源開發(fā)利用, 對白酒糟資源的飼料化開發(fā), 可在一定程度上緩解貴州飼料缺乏的狀況。但長期以來,由于對白酒糟資源缺乏足夠重視,加之加工技術(shù)的滯后,貴州豐富的白酒糟資源未能得到有效地開發(fā)利用, 大部分白酒糟就地堆積,既占用空間,其酸性糟液也對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。 本文綜述了貴州喀斯特地區(qū)白酒糟資源的利用價(jià)值, 針對白酒糟資源開發(fā)利用過程中存在的問題,提出了相應(yīng)的解決對策,以期為貴州喀斯特石漠化地區(qū)草地畜牧業(yè)的健康發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考。
1.1 營養(yǎng)價(jià)值 白酒糟是用高粱、玉米、大麥等淀粉含量高的谷物釀酒后產(chǎn)生的廢棄物, 蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維及維生素含量高,富含多種氨基酸和生長因子,能促進(jìn)消化吸收,是理想的低成本優(yōu)質(zhì)畜禽飼料資源(周招洪等,2018)。 酒糟中的營養(yǎng)成分除來自糖化、 發(fā)酵不徹底的余留部分原料殘余物外, 主要來自菌體及其新陳代謝產(chǎn)物和菌體自溶物,同時(shí)發(fā)酵過程中還產(chǎn)生酵母菌、活性肽、有機(jī)酸和一些生物活性因子,如嘌呤、嘧啶、類脂化合物、酶類等,這是一般谷物所無法比擬的,干白酒糟主要營養(yǎng)成分見表1 及表2(謝正軍等,2014)。
表1 白酒糟常規(guī)營養(yǎng)成分含量 %
表2 氨基酸組成平均值 %
徐建等(2012)對四川9 種白酒糟主要營養(yǎng)成分分析表明其營養(yǎng)價(jià)值較高。將白酒糟與《中國飼料成分及營養(yǎng)價(jià)值表(2013 年第24 版)》能量飼料的營養(yǎng)價(jià)值的比較發(fā)現(xiàn), 白酒糟比玉米的粗蛋白質(zhì)、粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、鈣和總磷高;比豆粕的粗脂肪、粗纖維、無氮浸出物、粗灰分、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維高;比紫花苜蓿的粗脂肪、粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和總磷高(中國飼料成分及營養(yǎng)價(jià)值表,2013),詳見表3。 此外,袁頡等(2012)還對醬香型白酒酒糟的主要營養(yǎng)成分進(jìn)行了分析, 發(fā)現(xiàn)其蛋白質(zhì)含量略高于一般固態(tài)白酒糟,其余成分則相差不大,說明盛產(chǎn)醬香型白酒的喀斯特地區(qū)的白酒糟更具飼料開發(fā)利用價(jià)值。
1.2 飼用價(jià)值 鮮白酒糟具有濃郁的醇香,水分及纖維素含量高,可直接進(jìn)行飼喂,對于牛羊等反芻動物來說最為適合(謝正軍等,2014)。 研究表明,在動物飼糧中補(bǔ)飼一定比例的酒糟有提高動物干物質(zhì)采食量、平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率,降低料重比,改善血漿生化指標(biāo)的作用,從而可達(dá)到降低飼養(yǎng)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益的目的(楊春紅等,2016; 袁鑫等,2015;Ham 等,1994;Cozzi等,1994)。王建等(2018)利用白酒糟替代部分青貯飼料飼喂肉羊試驗(yàn)表明,白酒糟最多可以替代70%的青貯料,且對6 月齡育肥肉羊的生長性能無不利影響; 白酒糟替代青貯育肥肉羊時(shí),用50%白酒糟替代青貯料對肉羊的育肥效果最好;張興會等(2008)在肉牛的短期快速育肥過程中,日糧配方中加入適當(dāng)比例的白酒糟發(fā)現(xiàn),既可節(jié)省大量的能量飼料,又不影響其增重速度、效果以及肉的品質(zhì)。 王永昌等(1996)用含鮮白酒糟30%和50%兩種比例的飼料飼喂育肥豬發(fā)現(xiàn),添加50%鮮酒糟具有良好的經(jīng)濟(jì)效益,每頭豬可節(jié)約飼料成本 70 ~ 100 元。 此外,田璐等(2017)、楊艷紅等(2016)、謝曉 紅等(2012)、章雙杰等(2011)、何勝強(qiáng)等(2010)分別在雞、鴨、鵝、兔的日糧中添加或替代一定比例的白酒糟,試驗(yàn)證明白酒糟能夠促進(jìn)禽類和單胃動物的生長發(fā)育、改善肉的品質(zhì)、提高飼料的吸收轉(zhuǎn)化率,從而提高生產(chǎn)性能。
表3 白酒糟與部分飼料作物營養(yǎng)價(jià)值對比分析 %
1.3 生態(tài)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值 目前貴州省石漠化土地面積已達(dá)32480 km2, 約占全省土地面積的18.44%(張冬青等,2006)。 石漠化問題使得牲畜生長環(huán)境惡劣,飼草料供給不足,特別是在冬春枯草季節(jié),常出現(xiàn)牲畜掉膘現(xiàn)象,給該地區(qū)畜牧業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 而白酒糟營養(yǎng)豐富,飼用價(jià)值高且不受季節(jié)變化的影響,可作為飼草資源的補(bǔ)充,減輕該地區(qū)由于飼料缺乏,而采取過度放牧、 砍伐等不合理利用方式所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境壓力(王曉力,2013)。 因此,科學(xué)合理地將白酒糟資源飼料化開發(fā)利用不僅可以避免白酒糟資源的浪費(fèi), 也可以最大限度地減少其對環(huán)境的污染, 對促進(jìn)貴州畜牧業(yè)的快速發(fā)展具有重要意義(池永寬等,2018)。 此外,白酒糟可部分替代常規(guī)飼料,縮短育肥周期,降低飼養(yǎng)成本,帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,形成產(chǎn)業(yè)鏈,促進(jìn)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè),實(shí)現(xiàn)居民增收(楊艷紅,2016),具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
2.1 喀斯特石漠化地區(qū)白酒糟飼料化開發(fā)利用存在的問題
2.1.1 白酒糟自身的局限 鮮白酒糟水分含量高、 酸度大, 特別是在夏季溫度過高或存儲不當(dāng)時(shí),極易腐敗變質(zhì),使其長期貯存和保鮮運(yùn)輸成為一大難題(王曉力,2013)。同時(shí)其含有大量谷殼類纖維,未經(jīng)分離難以為牲畜消化吸收(池永寬等,2018)。 此外白酒糟中還含有乙醇等有毒有害物質(zhì), 如果大量或長時(shí)間飼喂則會對牲畜的消化系統(tǒng)、 生殖系統(tǒng)及機(jī)體對礦質(zhì)元素的吸收產(chǎn)生不利影響,甚至?xí)?dǎo)致其死亡。白酒糟腐敗變質(zhì)時(shí)會產(chǎn)生多種游離酸, 這些酸性物質(zhì)會使日糧和血液中鈣轉(zhuǎn)化為難溶性鈣鹽,影響牲畜對鈣的吸收,對幼畜生長發(fā)育不利,中老年畜則出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、行走困難等問題(鄭玉海等,2015;劉玲梅等,2014;曾波,2009;汪善鋒等,2003)。
2.1.2 技術(shù)條件及理論限制 由于白酒糟水分含量高且含有大量不易于被動物消化吸收的谷殼類纖維, 直接飼喂效果欠佳, 因此需要對其進(jìn)行脫殼、去水、粉碎等加工處理。 而傳統(tǒng)的加工技術(shù)方法(表4)如擠壓分離法等,又多存在分離率低、工藝復(fù)雜、養(yǎng)分損失大、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)(汪善鋒等,2003),制約了白酒糟飼料化加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國等早在20 世紀(jì)60 ~70 年代,就對白酒糟飼料化加工技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究, 而我國在這方面的研究起步相對較晚, 與國際先進(jìn)水平存在較大差距。近年來,雖然我國在此方面已取得較大發(fā)展, 但由于機(jī)械加工的酒糟對其原有營養(yǎng)成分提升不大且在水分烘干過程中因耗能過大導(dǎo)致其生產(chǎn)成本居高不下, 據(jù)報(bào)道其生產(chǎn)成本高達(dá)500元/t,因此一直未能形成規(guī)?;a(chǎn)能力。 此外,當(dāng)前國內(nèi)學(xué)術(shù)界對白酒糟資源飼料化開發(fā)利用的研究多集中于白酒糟營養(yǎng)成分的分析(周招洪等,2018;謝正軍等,2014)與評價(jià)(付洋洋等,2018;李倩等,2018;徐建,2011;薄玉琨等,2011),不同比例下的白酒糟飼喂效果對比分析 (田璐等,2017;楊艷紅,2016;張興會等,2008),白酒糟對育肥牲畜生產(chǎn)性能影響 (王倫學(xué)等,2016; 馮堂超等,2015;陳洪雷,2011;周福等,2009)等方面,僅有部分學(xué)者對白酒糟的飼料化開發(fā)利用中的關(guān)鍵技術(shù)如烘干脫殼技術(shù)(汪善鋒等,2003)、青貯技術(shù)(趙碧剛,2008)、微生物發(fā)酵技術(shù)(張玉誠等,2016;宋善丹等,2015;張博潤等,1997)等進(jìn)行了探究。 但對白酒糟中乙醇等有害化學(xué)物質(zhì)對牲畜的毒性作用及如何有效降解這些有害物質(zhì), 減輕不利影響的研究相對較少。
表4 白酒糟飼料化傳統(tǒng)加工技術(shù)方法
2.1.3 地域條件的限制 喀斯特石漠化地域由于地理環(huán)境和生境破碎、地理單元小而多,導(dǎo)致飼用草灌無法實(shí)現(xiàn)大面積種植, 制約了該地區(qū)草地畜牧業(yè)的規(guī)?;l(fā)展(郭文等,2016)。因而該地區(qū)的畜牧業(yè)多以家庭為生產(chǎn)單位,小而分散的特點(diǎn),給白酒糟飼料的集中供應(yīng)造成了困難。同時(shí),養(yǎng)殖業(yè)的分散化降低了區(qū)域內(nèi)對于白酒糟飼料的總體需求量, 使得白酒糟飼料化加工因缺乏足夠的訂單量而無法實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn), 在一定程度上抬高了其生產(chǎn)成本。此外,貴州省土壤大多呈現(xiàn)出酸性土壤和鈣質(zhì)土壤鑲嵌分布的格局, 喀斯特分布區(qū)域中的巖石、 水和土壤中都含有較高的鈣 (李陽兵等,2004;袁道先等,1988)。 而作為釀酒原料的糧食作物在其生長過程中, 其根系必然會從土壤和地下水中吸收大量的鈣元素, 這會造成白酒糟中鈣元素含量過高,導(dǎo)致鈣磷比例失調(diào),直接飼喂會影響牲畜的正常發(fā)育。
2.2 解決對策
2.2.1 克服自身局限 鮮白酒糟具有多水、高酸、易腐、粗纖維含量高等特性,一方面給其貯存、加工、運(yùn)輸帶來不便;另一方面,其長期直接或大量飼喂也會對牲畜健康生長產(chǎn)生不利影響。 因此有效降低白酒糟水分及粗纖維含量,平衡酸堿度,減少乙醇等有毒物質(zhì)含量,是實(shí)現(xiàn)白酒糟飼料化及有效應(yīng)用于養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的先決條件。 有研究表明,通過運(yùn)用烘干分離谷殼技術(shù)、白酒糟青貯技術(shù)、微生物發(fā)酵技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)(張慧等,2019),可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)并滿足其長期貯存和營養(yǎng)品質(zhì)提升的需要。
烘干分離谷殼法是指先利用干燥機(jī)對鮮白酒糟進(jìn)行干燥以降低其水分含量, 再利用篩分機(jī)篩分出谷殼, 最后再用粉碎機(jī)對余下物質(zhì)進(jìn)行粉碎的一種加工方法(圖1)。 夏先林等(2002)將烘干的白酒糟通過不同的分離方法即通過一級(20 目篩分)和二級(一級基礎(chǔ)上再40 目篩分)進(jìn)行脫殼處理發(fā)現(xiàn),其粗纖維含量明顯降低(20.5%、8.4%、18.4%),粗蛋白質(zhì)含量顯著提高(14.9%、17.2%、18.4%)。
圖1 烘干分離谷殼法流程示意圖
白酒糟青貯法是指利用白酒糟與空氣隔絕的厭氧條件產(chǎn)生有機(jī)酸,使乳酸菌大量繁殖,將白酒糟中的可溶性糖轉(zhuǎn)化為乳糖, 從而抑制霉菌等有害菌的生長,并使殘留的酒精發(fā)揮掉,最終使得白酒糟及其所含營養(yǎng)成分得以長期保存的一種加工方法。有研究指出,在鮮白酒糟中加入一定比例的秕谷或其他碾碎粗料進(jìn)行混合青貯, 其青貯效果要優(yōu)于單獨(dú)青貯,營養(yǎng)價(jià)值提升更明顯。蔣紅琴等(2017)通過混合青貯試驗(yàn)證明了添加玉米粉后的甜高粱秸稈酒糟具有良好的青貯品質(zhì), 顯著優(yōu)于單獨(dú)青貯甜高粱秸稈酒糟, 以8%的比例添加效果最好; 添加玉米粉使得甜高粱秸稈的酒糟營養(yǎng)價(jià)值有所改善,粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維和粗纖維的瘤胃降解率也顯著提高(表5)。
表5 甜高粱秸稈鮮酒糟及添加3 種比例玉米粉青貯后化學(xué)組成分析 %
微生物發(fā)酵技術(shù)是指在酒糟中接種微生物進(jìn)行發(fā)酵,提高蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)含量,改善口感、脫毒、氨基酸含量,使蛋白質(zhì)飼料更安全,營養(yǎng)組成更合理, 更易被牲畜消化吸收的一種加工方法(圖2)。 張慧等(2019)用發(fā)酵白酒糟進(jìn)行飼豬試驗(yàn),結(jié)果表明,發(fā)酵白酒糟在40 ℃恒溫體外消化裝置下持續(xù)消化6 h 后消化最完全, 此時(shí)干物質(zhì)消化率為42.12%,蛋白質(zhì)消化率為64.29%,粗纖維消化率為20.86%,說明經(jīng)發(fā)酵處理后白酒糟能提高動物對其營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。 用6%的發(fā)酵白酒糟代替以纖維類為主的飼料原料, 可提高育肥豬生長性能,增加經(jīng)濟(jì)效益。
圖2 微生物發(fā)酵技術(shù)流程示意圖
2.2.2 實(shí)現(xiàn)白酒糟飼料化 白酒糟飼料化是指將白酒糟資源制成飼料供給草食牲畜食用, 通過動物體內(nèi)一系列復(fù)雜的物理及化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)為畜產(chǎn)品以滿足人類日常生活的需要, 其核心在于物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化率, 效率的高低主要取決于飼料本身品質(zhì)的好壞以及動物對其消化吸收利用能力。 當(dāng)前,白酒糟資源的管理和利用較為粗放,或就地堆積或直接廢棄或直接飼喂牲畜, 既占用了空間,也污染了環(huán)境,沒有實(shí)現(xiàn)其資源效益的最大化。 對此,應(yīng)立足于區(qū)域發(fā)展的本底環(huán)境,依托并改進(jìn)現(xiàn)有白酒糟飼料化加工技術(shù), 重點(diǎn)解決加工過程存在的突出問題, 從而有效實(shí)現(xiàn)白酒糟資源向飼料的轉(zhuǎn)化, 發(fā)揮其在草地畜牧業(yè)中的重要作用,最終達(dá)到鞏固石漠化治理成果的目的。
2.2.3 構(gòu)建飼料加工中心 為解決喀斯特石漠化地區(qū)由于養(yǎng)殖分散而導(dǎo)致的白酒糟飼料難以集中供應(yīng)及規(guī)模化生產(chǎn)的難題,進(jìn)一步加快石漠化地區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展及白酒糟飼料化加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程,在石漠化地區(qū)構(gòu)建以白酒糟為原料的飼料加工中心是行之有效的解決辦法。該飼料加工中心是基于“政府+企業(yè)+農(nóng)戶”合作基礎(chǔ)之上的一種互利共贏的飼料化產(chǎn)業(yè)模式。首先由政府牽頭并向飼料加工企業(yè)提供一定數(shù)額的補(bǔ)貼;其次企業(yè)負(fù)責(zé)收購白酒糟原料并進(jìn)行飼料化加工,從而向養(yǎng)殖戶提供低價(jià)飼料;最后養(yǎng)殖戶則可以在飼料加工中心以較低價(jià)格購買飼料或向其提供相應(yīng)的原料換取一定比例的飼料(郭文等,2016)。 該模式不僅會使得養(yǎng)殖成本大大降低,同時(shí)也有助于當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)和飼料加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展(圖3)。
圖3 白酒糟飼料加工中心的技術(shù)路線
貴州擁有豐富的白酒糟資源, 充分認(rèn)識當(dāng)前白酒糟飼料化開發(fā)利用過程中的不足, 利用政策優(yōu)勢,加大資金投入,強(qiáng)化基礎(chǔ)理論研究,重點(diǎn)突破其飼料化加工過程中的技術(shù)難題, 克服不利因素的影響。同時(shí)立足區(qū)域?qū)嶋H,通過對白酒糟資源的飼料化開發(fā)利用,擴(kuò)大飼料的來源,緩解由于飼草料缺乏而導(dǎo)致的人畜爭地的矛盾, 減輕天然及人工草地的載畜壓力。因此,發(fā)展以白酒糟為主的非常規(guī)飼料加工業(yè), 科學(xué)合理地開發(fā)和利用白酒糟資源, 在白酒糟營養(yǎng)價(jià)值和飼喂效果評價(jià)研究的基礎(chǔ)上, 加大對白酒糟飼料化開發(fā)利用中的關(guān)鍵技術(shù)、 乙醇等有毒物質(zhì)的毒性作用及如何降解這些有毒物質(zhì)并減輕其所帶來的不利影響的研究,不但能夠擴(kuò)大飼料的來源,而且有利于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展,鞏固石漠化的治理成果,最終實(shí)現(xiàn)石漠化的綜合治理。