孟慶維 李家維 單安山

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)研究所，哈爾濱 150030)

近些年，中國飼料業(yè)迅速發(fā)展，產(chǎn)能穩(wěn)步上升，2021年中國飼料產(chǎn)量達(dá)到2.93億t。飼料主要以大豆、玉米等糧食作物加工而成，我國糧食年產(chǎn)量約6.83億t，而我國糧食年需求量約8.5億t(其中約1/3為人的口糧，2/3用于養(yǎng)殖業(yè))，存在1.65億t糧食缺口，導(dǎo)致飼料資源短缺。目前，缺口部分依賴進(jìn)口，其中大豆進(jìn)口約0.97億t，其他糧食進(jìn)口0.68億t，而過度依賴進(jìn)口易受國際形勢影響，導(dǎo)致價格攀升或無法穩(wěn)定供應(yīng)，嚴(yán)重制約我國飼料業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展。蔬菜富含植物性蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、多酚等對人體生長發(fā)育和機(jī)體健康有益的營養(yǎng)物質(zhì)，是人類飲食結(jié)構(gòu)中不可缺少的一部分[1]。近5年，全球和中國的蔬菜總產(chǎn)量持續(xù)增加，中國在2021年達(dá)到7.67億t，占全球總產(chǎn)量60%以上。伴隨產(chǎn)量的增加，蔬菜的浪費(fèi)和損失不可避免的出現(xiàn)，產(chǎn)生了大量的尾菜。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的數(shù)據(jù)顯示，僅在收獲時期，蔬菜的損失即可達(dá)到21.6%。在收獲后至未到消費(fèi)者手中這段時期內(nèi)，全世界范圍內(nèi)約有1/3的蔬菜被丟棄。據(jù)統(tǒng)計，我國未被有效利用的副產(chǎn)品產(chǎn)量高達(dá)23億t，其中蔬菜加工副產(chǎn)物占比9%，約為2.07億t。然而，由于缺乏有效的處理手段，大部分尾菜被直接運(yùn)往垃圾場填埋，這種不合理的處理方式不僅浪費(fèi)了資源，還污染了環(huán)境[2]。因此，以尾菜為基礎(chǔ)開發(fā)非糧型飼料資源可能是緩解我國飼料資源不足、保障國家糧食安全、促進(jìn)飼料業(yè)和畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的一項措施。

1 尾菜的營養(yǎng)特性

尾菜中水分含量較高，但如果以干物質(zhì)為基礎(chǔ)計算，粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和可溶性碳水化合物等有機(jī)物占比較高。例如，白色卷心菜、紅色卷心菜、大白菜和萵苣尾菜中水分含量為94.8%～98.0%，但干物質(zhì)中粗蛋白質(zhì)和可溶性碳水化合物的含量分別為20.6%～22.8%和8.4%～21.7%[3]。因為尾菜通常為蔬菜的不可食用或口感較差部位，其營養(yǎng)物質(zhì)組成與完整蔬菜略有不同。例如，與完整白菜的汁液相比，白菜外葉的汁液中蛋白質(zhì)和磷含量更高，而還原性糖含量較少[4]；芹菜葉具有比根部和莖部更高的干物質(zhì)、總?cè)芙庑怨腆w和硝酸鹽含量及更低的單糖和雙糖含量[5]。尾菜中同樣富含多酚、類黃酮和多肽等生物活性物質(zhì)，可改善機(jī)體生理功能[6]。如胡蘿卜尾菜的浸提液中含有二氫查爾酮、肉桂酸和黃酮醇等有機(jī)化合物，且多不飽和脂肪酸在總脂肪酸中占比高達(dá)70.51%[7]；花椰菜尾菜中可分離出具有抗氧化能力和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制活性的生物活性多肽[8]。然而，尾菜也同樣含有結(jié)構(gòu)性碳水化合物和硫代葡萄糖苷等抗?fàn)I養(yǎng)因子，易對動物腸道造成損傷，影響營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，導(dǎo)致生長抑制[9-10]。此外，需要注意的是，由于蔬菜種植的地理區(qū)域不同，且品種繁多，也使尾菜的營養(yǎng)組成不同。例如，不同品種芹菜葉水提物中總黃酮含量和總酚含量分別為168.38～261.71 mg/L和128.56～182.49 mg/L，且其中紫芹和青梗芹菜的生物活性物質(zhì)含量較高，更具備利用價值[11]。因此，對尾菜的營養(yǎng)組成進(jìn)行系統(tǒng)性的評價，可提高尾菜飼料化的規(guī)范性，為尾菜飼料化提供理論依據(jù)。

2 尾菜資源飼料化技術(shù)

水分過高、不易儲運(yùn)等特點(diǎn)限制了尾菜的廣泛飼料化應(yīng)用，而利用機(jī)械烘干或晾曬等方式降低水分含量，成本過高且易受環(huán)境和場地因素影響。目前，關(guān)于尾菜的飼料化技術(shù)研究主要集中于厭氧固態(tài)發(fā)酵、有氧固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)深層發(fā)酵等方式。通過將尾菜與麥麩、秸稈等干性飼料原料混合達(dá)到適宜水分后進(jìn)行厭氧固態(tài)發(fā)酵可使尾菜長期保存，且成本低、養(yǎng)分損失少、易于運(yùn)輸[12]。有氧固態(tài)發(fā)酵可提高尾菜的營養(yǎng)價值，但原料需經(jīng)干燥和滅菌，才能保證產(chǎn)品品質(zhì)[13]。液態(tài)深層發(fā)酵可利用尾菜生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白、有機(jī)酸和酶制劑等，從而提高尾菜的產(chǎn)品附加值[14]。因此，可根據(jù)不同的目的和實際生產(chǎn)條件選擇適宜的尾菜飼料化處理方式。

2.1 厭氧固態(tài)發(fā)酵

厭氧固態(tài)發(fā)酵主要是利用乳酸菌在厭氧環(huán)境下，快速降低原料的pH，以達(dá)到長期保存的目的。將尾菜與干性原料以合適的比例混合進(jìn)行厭氧固態(tài)發(fā)酵，可減少蛋白質(zhì)降解，增加可溶性糖、有機(jī)物的保存，并提升有機(jī)酸產(chǎn)量和乳酸菌數(shù)量[3]。例如，分別使用胡蘿卜和南瓜與玉米混合，可使乳酸產(chǎn)量提高10.42%，總揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量提高29.9%～57.1%，并顯著增加乳桿菌相對豐度[15]。此外，引入適宜的發(fā)酵添加劑，可進(jìn)一步提升尾菜的厭氧發(fā)酵效率，延長保存時間。例如，將植物乳桿菌與布氏乳桿菌加入到玉米秸稈與白菜尾菜混合發(fā)酵底物中，可加速發(fā)酵速度，減少氨態(tài)氮的形成，并且在發(fā)酵170 d后，可仍然保持良好品質(zhì)[16]；向玉米秸稈與白菜尾菜混合發(fā)酵底物中加入0.3%的纖維素酶，可以有效地提高底物可利用性，降低pH、氨態(tài)氮濃度及結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量[17]。除了益生菌劑和酶制劑，以有機(jī)酸為基礎(chǔ)的化學(xué)添加劑可抑制有害菌的繁殖，減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失。例如，向秸稈與白菜尾菜混合發(fā)酵系統(tǒng)中加入甲酸和乙酸，可以快速降低pH，使乳酸菌快速成為優(yōu)勢菌群，提高干物質(zhì)、可溶性糖與真蛋白含量[18]；以大白菜尾菜和小麥麩混合發(fā)酵體系為基礎(chǔ)，當(dāng)添加質(zhì)量比為1.11%的檸檬酸時，可有效地降低發(fā)酵過程中營養(yǎng)物質(zhì)的損耗，促進(jìn)有機(jī)酸生成，并提高有氧穩(wěn)定性[12]。

季節(jié)變化和地理位置不同導(dǎo)致的溫度波動會對尾菜的厭氧發(fā)酵性能產(chǎn)生影響。例如，在玉米秸稈和卷心菜尾菜混合厭氧發(fā)酵中，低溫(-3 ℃)會導(dǎo)致乳酸菌產(chǎn)酸能力下降，高溫(34 ℃)會使微生物增殖加強(qiáng)，增大營養(yǎng)物質(zhì)消耗，而在18 ℃時，厭氧發(fā)酵飼料的營養(yǎng)物質(zhì)保存較為完好[19]；在花椰菜尾菜的厭氧發(fā)酵中，35 ℃時發(fā)酵的花椰菜尾菜品質(zhì)最佳，pH、乳酸含量和氨態(tài)氮總氮含量分別為4.08、185 g/kg(干物質(zhì)基礎(chǔ))和37.6 g/kg(干物質(zhì)基礎(chǔ))[20]。因此，確定溫度對尾菜厭氧發(fā)酵的影響對于尾菜全年飼料化具有重要意義，并且抵消其負(fù)面影響也是推廣應(yīng)用所面臨的重要問題。

2.2 有氧固態(tài)發(fā)酵

尾菜的有氧固態(tài)發(fā)酵主要是通過添加絲狀真菌或酵母，將廉價的尾菜轉(zhuǎn)化為高附加值的發(fā)酵產(chǎn)品[21]。Dantroliya等[22]采用有氧固態(tài)發(fā)酵技術(shù)對尾菜實施飼料化處理，發(fā)酵產(chǎn)物的微生物安全性和化學(xué)安全性等各項參數(shù)均在允許范圍內(nèi)，可以作為動物飼料使用。此外，有氧固態(tài)發(fā)酵在適當(dāng)?shù)臈l件下還可以富集蛋白質(zhì)及提高蛋白質(zhì)品質(zhì)和可利用性[23-24]。例如，將曬干的尾菜與大豆粉、小麥粉、花生油餅、芝麻餅以4∶3∶2∶1比例混合后高壓高溫滅菌，隨后通過添加黑曲霉進(jìn)行有氧固態(tài)發(fā)酵6～9 d，可使粗蛋白質(zhì)含量增加29.07%～37.63%[13](基礎(chǔ)飼糧粗蛋白質(zhì)含量：18.26%；發(fā)酵后第9天粗蛋白質(zhì)含量：28.29%)。需要注意的是，微生物在生長過程中產(chǎn)生的代謝物及自身組成成分的變化，可能會對有氧固態(tài)發(fā)酵飼料的品質(zhì)造成負(fù)面影響。Ibarruri等[25]將果蔬廢棄物烘干且滅菌制備成發(fā)酵底物，通過有氧固態(tài)發(fā)酵使粗蛋白質(zhì)含量提升15.7%，但發(fā)酵過程中其真菌細(xì)胞壁含量也不斷增加，使中性洗滌不溶蛋白含量增加247.37%，導(dǎo)致有機(jī)物體外消化率降低27.34%；有氧固態(tài)發(fā)酵雖然可以提高尾菜的粗蛋白質(zhì)和必需氨基酸含量，釋放多酚類物質(zhì)，提高抗氧化活性，但是也會降低多不飽和脂肪酸比例[26]。

2.3 液態(tài)深層發(fā)酵

液態(tài)深層發(fā)酵是一種將底物液化或浸沒在水中的發(fā)酵方式，雖然通過液態(tài)深層發(fā)酵可以提高尾菜的保存時間，但尾菜通常作為培養(yǎng)基或培養(yǎng)基補(bǔ)充物，生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白、有機(jī)酸和飼用酶等在畜牧業(yè)中常用的產(chǎn)品[27]。尾菜經(jīng)過勻漿、過濾、離心和高溫滅菌等操作步驟即制得尾菜液態(tài)培養(yǎng)基，接種酵母，可生產(chǎn)微生物蛋白[28]。除勻漿，利用水可在24 h內(nèi)提取尾菜中65%～70%的有機(jī)物，并且通過液態(tài)深層發(fā)酵技術(shù)，在96 h內(nèi)便可實現(xiàn)富硒酵母生物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化[14]。在尾菜液體培養(yǎng)基制備階段，預(yù)處理也是影響發(fā)酵性能的一個重要因素，如對洋蔥皮采用物理或化學(xué)的預(yù)處理，可減少其色素和結(jié)晶度，使果膠酶的產(chǎn)量提高18.81%～45.07%[29]。然而，需要注意的是，尾菜液體培養(yǎng)基在高溫滅菌過程中，將滅菌程序設(shè)定從90 ℃保持10 min增加至121 ℃保持15 min，會使酵母生物質(zhì)產(chǎn)量減少9.97%～44.22%[4]。因此，尾菜液態(tài)深層發(fā)酵培養(yǎng)基的制備方式、方法及無菌化處理，可能是通過深層發(fā)酵實現(xiàn)尾菜價態(tài)化的重要節(jié)點(diǎn)。

雖然尾菜可為微生物的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，但是在高密度的發(fā)酵環(huán)境條件下，菌株性能、底物營養(yǎng)物質(zhì)組成不均衡、產(chǎn)物的反饋抑制和發(fā)酵環(huán)境條件則成為了限制生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化的重要因素。例如，樹干畢赤酵母可以利用白菜尾菜制備的液體培養(yǎng)基，產(chǎn)生更多的細(xì)胞生物質(zhì)和總蛋白質(zhì)[4]；在白菜尾菜液體培養(yǎng)基中，補(bǔ)充蔗糖、酵母提取物、大豆蛋白胨和赤貝粉，可通過增加營養(yǎng)物質(zhì)及緩解低pH的抑制，使乳酸菌密度增加1倍[30]。同時，也有部分研究表明，由于尾菜中存在環(huán)蒜氨酸和多酚等具備抗菌能力的物質(zhì)以及碳水化合物的可利用性低，會降低液態(tài)深層發(fā)酵中漆酶和檸檬酸的產(chǎn)量[31-34]。

3 尾菜飼料在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

在生豬飼糧中補(bǔ)充一定量的新鮮蔬菜，可提高妊娠母豬的健康狀況，且對于生長育肥豬的生長性能、胴體性狀和肉品質(zhì)具有積極作用[35-38]。在肉雞飼糧中補(bǔ)充蔬菜，可提高采食量和日增重，改善腸道形態(tài)和腸道菌群組成，并降低肝臟的脂肪生成，提高抗氧化能力，改善產(chǎn)品品質(zhì)[39-40]。然而，尾菜通常是適口性較差的部位，纖維含量較高，導(dǎo)致消化能和代謝能較低，且氨基酸消化率也較低[41-42]。因此，結(jié)合這些特點(diǎn)和高水分含量，使尾菜很難以飼料原料形式進(jìn)行全價飼料配方的擬配[43]。

目前，在畜牧生產(chǎn)中，尾菜以干燥粉末形式替代全價飼料、飼料原料或添加劑形式補(bǔ)充較為常見。例如，烘干的蔬菜廢棄物以25%～100%的比例替代肉雞商品全價飼料對于肌肉脂質(zhì)過氧化及肉礦物質(zhì)含量有正面的影響，但是會顯著降低飼料轉(zhuǎn)化率[44]；利用干燥的番茄渣替代豬飼糧中15%的玉米，對豬的生長性能、背膘厚、肉色和肌肉的氧化穩(wěn)定性沒有顯著影響，且可以提高豬肉中多不飽和脂肪酸和類視黃醇的含量，減少血紅蛋白氧化[45]；而Pieszka等[46]研究發(fā)現(xiàn)，在生長育肥豬飼糧中以8%～10%富含膳食纖維的胡蘿卜渣為原料配制全價飼糧，會降低飼料轉(zhuǎn)化率和增加背膘厚，但對背最長肌的脂肪酸組成和肉品質(zhì)沒有顯著影響。雖然尾菜中含有大量的不可溶性膳食纖維，如果添加量過高會降低平均日增重、肉料比及營養(yǎng)成分的表觀消化率，但是在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充適當(dāng)?shù)挠椭?，會緩解對生長性能的負(fù)面影響，且植物源油脂具有更好的效果[47-48]。此外，以補(bǔ)充形式將尾菜添加到飼糧中，對畜禽的負(fù)面影響較小。例如，在生豬育肥豬飼糧中補(bǔ)充形式添加干燥番茄渣，可以提高生長育肥豬平均日增重，改善胴體品質(zhì)，改善豬肉色澤，并且還可以降低肌肉中脂質(zhì)過氧化物的水平[49]；在肉雞飼糧中補(bǔ)充干燥的洋蔥皮，可以提高肉雞的日增重和胴體重，改善腸道微生物組成，提高機(jī)體的免疫和抗氧化能力，還可以增強(qiáng)雞胸肉的氧化穩(wěn)定性[50]。

經(jīng)過微生物發(fā)酵，將尾菜制備成生物飼料是提高其飼喂價值的重要方式之一。在豬生產(chǎn)中，以花椰菜尾菜為原料進(jìn)行全發(fā)酵，得到的發(fā)酵飼料可以提高保育豬平均日采食量和平均日增重，降低腹瀉率和腸道食糜pH，改善腸道形態(tài)[51]；利用青貯西蘭花尾菜替代10%～30%的全價飼糧，可以提高仙居花豬雜交土豬的日增重，增加豬的肌間脂肪含量、背膘厚度及瘦肉率[52]。在肉雞生產(chǎn)中，以益生菌厭氧發(fā)酵西藍(lán)花替代飼糧中5%～10%的玉米和豆粕，可以降低腸道及頸部皮膚附著的有害微生物，并且可以提高胸大肌和腓腸肌的抗氧化能力[53]；在肉雞飼糧中補(bǔ)充25～70 g/kg的厭氧發(fā)酵西蘭花，可以有效地緩解由細(xì)菌感染導(dǎo)致的生長性能下降，降低死亡率，提高體液免疫水平，且減少腸道內(nèi)有害微生物的數(shù)量，降低腸道屏障滲透性，改善腸道功能[54]。因此，通過生物發(fā)酵技術(shù)改善尾菜的質(zhì)構(gòu)特征和營養(yǎng)組成，可能是實現(xiàn)尾菜飼料化的最佳途徑。

4 小結(jié)與展望

尾菜具有部分替代畜禽常規(guī)飼料的潛力，可保證或提高動物的生產(chǎn)性能和產(chǎn)品品質(zhì)，如果科學(xué)、合理開發(fā)利用，可以促進(jìn)畜牧業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展，同時可解決尾菜處置不當(dāng)導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。然而，尾菜的高效加工方式和對動物生長發(fā)育的影響仍不明晰，且對于尾菜的營養(yǎng)價值評定鮮有報道。因此，未來應(yīng)針對尾菜的物化加工、生物處理、營養(yǎng)價值評定和飼喂效果進(jìn)行深入的研究，以為我國尾菜資源的飼料化應(yīng)用提供重要的理論參考與實踐依據(jù)。