林國釗, 李 平, 朱曉萍, 尚秀國*(.佛山科學技術學院生命科學與工程學院,廣東佛山583;.廣東省農(nóng)業(yè)科學院動物科學研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室,畜禽育種國家重點實驗室,嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術廣東省實驗室茂名分中心,廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室,廣東廣州50640)
甘薯(Ipomoea batatas L.)屬旋花科甘薯屬,俗稱地瓜、番薯、紅苕等,由塊根、莖葉等部分組成。甘薯起源于美洲,在全球范圍內(nèi)被用于人類食品及動物飼料,還作為能源以及工業(yè)原料作物被廣泛使用。世界糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2018年我國甘薯種植總面積為237.93×104hm2,占世界種植面積的29.0%,是世界上最大的甘薯生產(chǎn)和消費國(FAO,2018)。此外,甘薯還具有來源廣,對土壤要求低,產(chǎn)品中有害殘留少等優(yōu)點。甘薯各種產(chǎn)品營養(yǎng)特性有所不同,同種產(chǎn)品之間營養(yǎng)成分也存在差異。本文對我國甘薯種植分布及分類進行總結(jié),并對各產(chǎn)品營養(yǎng)成分、有效能值等研究結(jié)果,及其在畜禽生產(chǎn)中的應用進行綜述,為甘薯飼用研發(fā)和應用提供重要參考。
1.1 種植分布 甘薯產(chǎn)量高,種植面積廣,在我國主要分為5個產(chǎn)區(qū):北方春薯區(qū),包括遼寧、吉林、河北、陜西北部等地;黃淮流域春夏薯區(qū),種植面積約占全國甘薯總面積的40%;長江流域夏薯區(qū),除青海和川西北高原以外的整個長江流域;南方夏秋薯區(qū),北回歸線以北的長江流域以南地區(qū);南方秋冬薯區(qū),北回歸線以南的沿海陸地和臺灣等島嶼(米谷等,2008)。
1.2 甘薯分類 甘薯在世界種植分布很廣,栽培歷史悠久,不同的性狀和經(jīng)濟利用價值形成了不同的甘薯品種類型。我國甘薯不僅產(chǎn)量高,而且品種豐富,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2018—2020年登記公告品種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,結(jié)果顯示甘薯登記品種共248個,根據(jù)用途可分為鮮食型、淀粉型、菜用型、加工型、色素型、兼用型(袁蕊等,2021)。根據(jù)肉色可分為紫肉甘薯、橘肉甘薯、黃肉甘薯、白肉甘薯(王春雨等,2017)。
甘薯產(chǎn)品眾多,塊根和莖葉為主要產(chǎn)物。塊根淀粉含量高,能充當能量飼料;莖葉粗蛋白質(zhì)含量較高,并且能提供一定膳食纖維。甘薯在經(jīng)過青貯加工后能夠提高飼用價值,而甘薯加工副產(chǎn)品價格低廉,也具有良好研發(fā)利用價值。由于品種、產(chǎn)地、貯存時間、加工方式等不同使得產(chǎn)品存在成分差異,具體營養(yǎng)成分情況見表1~表3。
表1 甘薯產(chǎn)品常規(guī)營養(yǎng)成分與有效能值含量(飼喂基礎)
2.1 甘薯塊根 甘薯塊根是甘薯作物的地下部分,富含碳水化合物和生物活性物質(zhì),其主要飼用價值是充當能量飼料。新鮮甘薯塊根水分含量高,能值較低,并且含有胰蛋白酶抑制因子,直接飼喂會降低動物對蛋白質(zhì)消化利用率;干燥后的甘薯塊根能值較高,更便于儲存 (Dominguez等,2012);而塊根加熱熟化后可以消除甘薯中的胰蛋白酶抑制因子,提高甘薯風味(楊燁,2017)。
甘薯碳水化合物主要以淀粉形式存在,不僅含量高,而且消化利用效果好。淀粉是由α-1,4-和α-1,6-糖苷鍵連接的D-吡喃葡萄糖單元所構(gòu)成的水不溶性葡聚糖,主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成(韓文芳等,2020)。由于支鏈淀粉的分子表面積比直鏈淀粉大得多,因此認為支鏈淀粉含量高的淀粉可以更快地被機體消化吸收(冀鳳杰等,2021)。而甘薯淀粉中的支鏈淀粉含量在73.36%~82.27%(張令文等,2021),因而推測甘薯淀粉能夠很好地被畜禽消化吸收。
此外,甘薯塊根還含有豐富的生物活性物質(zhì),具有良好的抗氧化作用。其中,Sullivan等(1997)以熱帶作物作為對比,證實甘薯是提取胡蘿卜素的首選食品。而紫甘薯的花青素也被認為比草莓、紅甘藍和紫蘇等其他植物的花青素更穩(wěn)定(Hwang等,2011;Zhang等,2009)。此外,塊根的部分活性物質(zhì)含量與其肉色具有一定相關性,其中,紫肉甘薯的多酚和花青素含量高于白肉和黃肉品系;橙肉甘薯的β-胡蘿卜素含量普遍高于其他肉色品系,具體情況見表3。
表3 不同肉色甘薯塊根生物活性物質(zhì)含量(飼喂基礎)mg/100 g
2.2 甘薯莖葉 甘薯莖葉屬于甘薯地上部分,也被稱做甘薯蔓、甘薯藤、甘薯秧等。甘薯莖葉作為甘薯塊根收獲后的副產(chǎn)物,其產(chǎn)量與塊根相當或略高,資源非常豐富。甘薯莖葉能值較低,粗纖維含量高,但富含蛋白質(zhì)和氨基酸。新鮮收獲的甘薯莖葉體積大,水分含量高,不宜貯存,利用率較低,一般采用青貯或風干制粉的方法進行貯藏利用。
除了常規(guī)營養(yǎng)價值外,甘薯莖葉同樣富含維生素和生物活性物質(zhì)。邱俊凱等(2021)對58種甘薯莖葉進行檢測,研究結(jié)果顯示,甘薯莖葉干物質(zhì)基礎中維生素B1含量為0.01~0.08 mg/100 g、維生素B2含量為0.64~1.46 mg/100 g、維生素C含量為1.47~131.64 mg/100 g、β-胡蘿卜素含量為6.75~55.00 mg/100 g、維生素E含量為0.39~10.25 mg/100 g、總酚含量為3.30~17.25 g CAE/100 g,并且認為甘薯莖葉的抗氧化活性與總酚含量呈現(xiàn)顯著正相關,即總酚含量越高的品種,抗氧化活性越強。
表2 甘薯塊根與莖葉氨基酸含量(干物質(zhì)基礎)%
2.3 甘薯加工物
2.3.1 甘薯青貯物 甘薯通過青貯不僅可以去除部分胰蛋白酶抑制因子,還可以增加乳酸菌、乳酸菌代謝產(chǎn)物(主要為乳酸)和次生代謝產(chǎn)物(乳酸菌素等),增加適口性。甘薯青貯物制備方法和原料選擇靈活,主要是以甘薯塊根和甘薯莖葉為主要原料,搭配其他物質(zhì)進行青貯。可以將甘薯塊根經(jīng)過粉碎打漿,按照一定比例與菜枯(油菜籽榨油后剩下的壓成餅狀的渣滓)、食鹽等混合均勻,然后密閉青貯制成(劉進遠等,2009)。也可將甘薯藤搭配40%酒糟和20%的稻草進行混合青貯(王鴻澤等,2014),其青貯搭配不一也導致了其營養(yǎng)成分變異較大。需要注意的是,青貯原料的適宜水分含量應該在80%以下,水溶性碳水化合物含量應該占鮮樣的2%~3%以上(王力生等,2013)。由于新鮮的甘薯莖葉水分含量大于80%,碳水化合物含量不足1%,單一青貯后腐爛發(fā)黏,并且輕微霉變,效果較差(王鴻澤等,2014)。
2.3.2 其他甘薯加工物 其他甘薯加工物主要用于人類食用。甘薯全粉是以新鮮甘薯塊根為原料,經(jīng)過挑選、清洗、去皮、切片、預煮、熟化、搗泥和干燥等工序,制得的脫水制品,可幾乎全部保留鮮塊根的各種營養(yǎng)成分(潘悠優(yōu)等,2019)。相比較于脫水甘薯,甘薯全粉多了熟化工序。甘薯干是以甘薯或甘薯全粉為主要原料,經(jīng)過蒸煮、干燥等工序制備。
2.4 甘薯加工副產(chǎn)品
2.4.1 甘薯渣 甘薯渣是甘薯提取淀粉過程中的副產(chǎn)品,主要由塊根皮、梗和肉組成,其中塊根皮和肉約占97.2%,塊根梗僅占2.8%,新鮮的甘薯渣含水量高,各種細菌、真菌,特別是黃曲霉等霉菌極易生長繁殖,并產(chǎn)生有毒代謝產(chǎn)物,因此新鮮的甘薯渣不易保存,并且由于霉菌的繁殖,自然堆放的甘薯渣很快會變黃變黑,飼喂動物后常引起黃曲霉中毒、嘔吐、拒食、腹瀉、肝腎損傷等負面影響(鄧奇風等,2015)。甘薯渣曬干保存會使得營養(yǎng)成分大量流失,因此最好利用鮮貯發(fā)酵的方法保存利用,通過微生物發(fā)酵將甘薯渣中的淀粉和部分纖維素轉(zhuǎn)化為菌體蛋白,改善飼料適口性,提高畜禽食欲(劉惠知等,2013)。
甘薯渣發(fā)酵菌種主要是乳酸菌、芽孢桿菌、雙歧桿菌和霉菌這四類,在發(fā)酵后能夠降解纖維、提高蛋白質(zhì)和氨基酸含量。崔嘉等(2018)選取10種發(fā)酵菌對甘薯渣進行發(fā)酵,結(jié)果顯示,各菌株發(fā)酵對甘薯渣營養(yǎng)成分均有明顯效果,纖維降解率在20.47%~51.54%,真蛋白增加量在48.05%~118.05%,氨基酸總量、必需氨基酸總量增加量分別提高63.64%~211.32%、16.45%~154.78%;其中甲硫氨酸提高50.00%~200.00%,賴氨酸提高66.67%~300.00%;使用產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵的氨基酸增加量和必需氨基酸增加量最高,分別為211.32%和154.78%。
2.4.2 甘薯酒精渣 甘薯酒精渣是酒精廠發(fā)酵剩余的副產(chǎn)品,水分含量高,能值和營養(yǎng)成分較低,但價格便宜,還沒有被很好的開發(fā)利用。
3.1 甘薯塊根在畜禽生產(chǎn)中的應用 甘薯塊根淀粉含量高,可以作為能量飼料在畜禽飼料中添加使用,但是由于蛋白質(zhì),特別是賴氨酸、蛋氨酸、含硫氨酸含量較低,這使得甘薯塊根在飼糧中的添加比例不宜過高,并且需要補充其他蛋白質(zhì)原料或氨基酸添加劑。此外,甘薯鮮塊根含有胰蛋白酶抑制因子,生食會抑制蛋白質(zhì)吸收,不利于畜禽生產(chǎn),但可通過干燥、烹調(diào)等方式來降低或去除胰蛋白酶因子。
常文環(huán)等(2003)在飼料中摻入新鮮甘薯塊根碎飼喂生長豬和育肥豬,研究結(jié)果顯示,少量替代可以降低飼料成本,但隨著甘薯比例增加,豬的日增重逐步降低,在60%添加量時達到極顯著水平;日糧粗蛋白質(zhì)和粗脂肪消化率差異不顯著,但呈下降趨勢,因此不適于大量添加。Beckford等(2015)將甘薯塊根清洗切碎后,自然風干粉碎,分別以10%、20%、30%添加量替代日糧中的玉米飼喂肉雞,結(jié)果顯示,各處理的總采食量、平均日采食量和屠宰率均無顯著差異,對大部分內(nèi)臟和其他胴體成分也沒有顯著影響,證明甘薯能夠少量替代玉米充當能量飼料。Pandi等(2017)用25%甘薯塊根粉替代基礎日糧飼喂肉雞,結(jié)果顯示,飼糧中添加甘薯塊根粉不影響飼糧表觀代謝能和干物質(zhì)消化率,但在配制日糧時需要補充蛋白質(zhì)和氨基酸。具體甘薯塊根在畜禽生產(chǎn)中的應用情況見表4。
表4 甘薯塊根在畜禽生產(chǎn)中的應用
3.2 甘薯莖葉在畜禽生產(chǎn)中的應用 甘薯莖葉部分可以作為蛋白質(zhì)和纖維來源添加到畜禽飼料當中。新鮮甘薯莖葉還可以為畜禽提供額外的維生素,特別是基礎日糧中缺乏維生素C的情況。新鮮甘薯莖葉中干物質(zhì)含量和能量較低,粗纖維含量高;曬干甘薯莖葉中性洗滌纖維、粗灰分和蛋白質(zhì)含量均較高,但賴氨酸、蘇氨酸和含硫氨基酸含量較低,因此不宜在飼料中過多添加。
甘薯莖葉在畜禽中主要是充當纖維源飼喂母豬和反芻動物,也可用于補充部分蛋白質(zhì)。Zhang等(2019)將新鮮甘薯莖葉剁碎后,分別以0%、2%、4%、6%水平等比例替代玉米飼喂育齡前期妊娠母豬,結(jié)果表明,添加甘薯莖葉能夠促進妊娠母豬卵巢的發(fā)育,增加卵巢相對重量和大卵泡(>5mm)數(shù)量。Megersa等(2013)將甘薯莖葉曬干后,不同比例替代精料飼喂成年山羊,結(jié)果顯示,用35%甘薯莖葉替代精料對日糧各營養(yǎng)成分消化率無顯著影響,對山羊總增重、屠宰體重和肋眼肌面積也無顯著影響。Pietrosemoli等(2016)將甘薯莖葉和塊根干燥研磨后,按70%葉和30%根比例混合制備成甘薯粉,之后用于飼喂育肥豬,結(jié)果顯示,添加比例在10%~20%時不影響豬的生長和日糧養(yǎng)分利用率。具體甘薯莖葉在畜禽生產(chǎn)中的應用情況見表5。
表5 甘薯莖葉在畜禽生產(chǎn)中的應用
3.3 甘薯加工產(chǎn)品在畜禽生產(chǎn)中的應用 甘薯青貯物含有的乳酸可提高鈣、磷、鐵的利用率,促進鐵和維生素D的吸收。乳酸菌素具有抗菌,促進胃液分泌,增強胃腸蠕動,促進食物消化,選擇性殺死腸道致病菌,保護和促進有益菌的生長,調(diào)節(jié)電解質(zhì)平衡,改善微循環(huán)等功能(El-saadony等,2021)。因此,在畜禽日糧中添加部分甘薯青貯物,可能可以提高畜禽生產(chǎn)性能。
劉進遠等(2009)分別用15%、20%、25%甘薯青貯物替代基礎日糧飼喂育肥豬,結(jié)果顯示,隨替代比例的增加,平均日增重先增加后下降,但差異不顯著,這有可能是青貯處理不能完全消除胰蛋白酶抗營養(yǎng)因子,影響生長性能。
3.4 甘薯加工副產(chǎn)品在畜禽生產(chǎn)中的應用 甘薯渣能量和蛋白質(zhì)含量低,但富含膳食纖維,而膳食纖維可改善胃腸道微生物,促進鈣、磷等礦物元素吸收。但甘薯渣經(jīng)過發(fā)酵后能夠顯著提高其蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量,并且能夠補充益生菌,調(diào)節(jié)動物腸道健康。甘薯酒精渣雖然營養(yǎng)價值低,但價格便宜,目前可充當廉價的填充飼料飼喂反芻動物(王碩等,2010)。
新鮮甘薯渣價格低廉,但營養(yǎng)水平較低,在替代玉米后會導致日糧能量和蛋白質(zhì)水平下降,過多添加不利于畜禽生長。但甘薯渣經(jīng)發(fā)酵后整體營養(yǎng)水平上升,具有良好替代效果。甘薯酒精渣的水分含量高,能值低,但其干物質(zhì)粗蛋白質(zhì)含量較高,具有一定利用價值。鄒志恒等(2015)分別用2%、4%、6%甘薯渣等比例替代日糧中的玉米飼喂生長豬,結(jié)果顯示,隨著甘薯渣添加水平的提高,各組間平均日采食量和平均日增重均無顯著差異;當甘薯渣添加水平從4%提高到6%時,采食量升高,但平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率均出現(xiàn)下降。王苑等(2015)同樣以2%、4%、6%甘薯渣等比例替代日糧中的玉米飼喂產(chǎn)蛋雞,結(jié)果顯示,隨添加比例增加,產(chǎn)蛋率、日產(chǎn)蛋重和平均蛋重呈下降趨勢,但是對蛋殼厚度、強度、蛋黃顏色和哈氏單位均無顯著影響。周曉容等(2016)分別使用5%、10%、15%的風干發(fā)酵甘薯渣替代日糧飼喂生長豬,結(jié)果顯示,用發(fā)酵甘薯渣替代部分能量、蛋白飼料,不影響豬的采食量和日增重,但可改善飼料利用效率,節(jié)約飼料成本,增加養(yǎng)殖效益。王碩等(2010)分別用5%、10%、15%甘薯酒精渣替代日糧中的玉米豆粕飼喂肉牛,結(jié)果表明,替代比例在5%時能夠提高肉牛平均日增重,但繼續(xù)增加比例后會降低整體生長性能,這有可能是因為甘薯酒精渣整體能值較低,替代比例過高會導致能值不足而影響生長性能。具體甘薯加工副產(chǎn)品在畜禽生產(chǎn)中的應用情況見表6。
表6 甘薯加工副產(chǎn)品在畜禽生產(chǎn)中的應用
我國甘薯及其加工副產(chǎn)品產(chǎn)量大、來源廣、營養(yǎng)豐富,具有很大的飼用潛能。甘薯塊根部分可替代畜禽日糧中玉米等能量飼料原料;莖葉部分可以作為很好的蛋白質(zhì)和纖維素來源,替代畜禽日糧中豆粕、苜蓿草粉等原料;甘薯渣等其他加工副產(chǎn)品,在控制用量的情況下,也可有效利用而降低飼料成本。目前甘薯飼用領域雖已有一些研究證實其營養(yǎng)成分與飼用價值,但針對甘薯不同產(chǎn)品在不同動物中的作用,有效能、氨基酸消化率等系統(tǒng)的有效性評價研究很少,通過更深入研究與應用,甘薯有望成為一種更加重要的飼料原料。