木薯作為能量飼料的營養(yǎng)特性及其在單胃動物生產中的應用

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摘要: 木薯(Manihot esculenta Crantz)具有單產高、土壤肥力要求低、田間管理粗疏、淀粉含量高等特點，是玉米等能量飼料的最佳替代品。然而，不同加工工藝和氫氰酸等抗營養(yǎng)因子會影響木薯產品的營養(yǎng)價值。本文全面介紹了木薯的營養(yǎng)特性，詳細總結了木薯作為能量飼料在豬、肉雞和蛋雞飼糧中的添加比例、應用過程中的問題及解決方案。
關鍵詞: 木薯    淀粉    豬    家禽    能量飼料   

玉米是單胃動物飼糧的重要組分，也是畜禽所需能量的重要來源。由于全球氣候變化、生物能源發(fā)展、中國城鎮(zhèn)化和人民生活水平不斷提高，飼料工業(yè)用玉米價格不斷攀升，導致飼料成本急劇增加。木薯素有“淀粉之王”的美譽，是谷物等能量飼料的最佳替代品。木薯(Manihot esculenta Crantz)為多年生灌木，又被稱為木番薯、樹薯，英文名稱有cassava、manioc、tapioca、yuca，是熱帶、亞熱帶地區(qū)重要的糧食和經濟作物。全球61%的木薯生產于非洲，29%在亞洲，9%在南美[1]。木薯在非洲是重要的糧食作物，以木薯作為主糧的人口超過5億，但是非洲木薯種植技術落后、單產低，因此非洲木薯出口量很少。中國木薯種植技術先進，但是受土地成本限制，中國是世界最大的木薯進口國。2013—2017年中國木薯干(cassava chip)進口量平均824.9萬t/年，占世界出口貿易量的93.5%，年均進口額超過17.8億美元，進口木薯干主要用作生產乙醇、淀粉、動物飼料。東盟是中國最大的木薯貿易伙伴，中國進口木薯干80%以上來自泰國，18%來自越南[2]。荷蘭和西班牙是歐洲最重要的木薯干進口國，木薯干主要用于生產動物飼料[1]。木薯是單位土地面積能源產量最高的作物，產量高達25~60 t/hm2[3]。木薯同時具有土壤肥力要求低、田間管理粗疏、淀粉含量高等特點。然而，不同加工工藝會造成木薯產品的營養(yǎng)成分波動，氫氰酸等抗營養(yǎng)因子的存在也會導致動物中毒，木薯在商業(yè)飼料中尚未被完全采用。本文全面介紹了木薯的營養(yǎng)特性，詳細總結了木薯作為能量飼料在豬、肉雞和蛋雞飼糧中的添加比例、使用效果、問題及解決方案。

1、木薯產品加工工藝

廣義上講，根和葉是木薯的2種主要產品，但通過進一步加工(圖 1)[4]可以從中獲得多種營養(yǎng)價值不同的木薯產品(表 1)，具體包括：1)新鮮的木薯根(cassava root)或木薯塊莖(cassava tuber)。木薯根或木薯塊莖含水量超過60%，會在2~3 d內變質，為了方便存儲和運輸，需要盡快使其含水量降低到14%以下。將新鮮木薯根沖洗泥沙、去皮或帶皮、機器切割成薄片狀、在水泥地板上曝曬2~3 d，直到含水量減少到14%以下，即可制得木薯干[4]。將木薯干粉碎即可獲得木薯根粉(cassava root meal)，又簡稱木薯粉(cassava meal)。木薯干主要成分是淀粉，去皮甜木薯干淀粉含量為81%~88%[5]。木薯干是最初級的木薯加工產品，在泰國、馬來西亞、印度尼西亞和非洲地區(qū)大量生產。2)木薯粒(cassava pellet)。將木薯干磨成粗粉后添加少量黏合劑或油脂(比如棕櫚油)，經蒸汽調制、擠壓然后冷卻，形成長約2 cm、直徑為0.5 cm的圓柱狀小硬棒就是木薯粒。制?？墒鼓臼砀审w積減少，從而確保動物采食量、降低運輸成本，并減少粉塵[6]。通常，1 t新鮮木薯根(干物質含量約為38%)能生產450 kg木薯干或440 kg木薯硬顆粒。木薯干和木薯粒除了用作動物飼料，還可以生產燃料乙醇和檸檬酸。3)木薯皮(cassava peel)。木薯皮是附著在木薯根外部的薄皮和革質薄壁組織。木薯皮的淀粉含量僅為16%，粗灰分和粗纖維含量較高，粗蛋白質含量低[7]。木薯皮中氰化物含量遠遠高于木薯果肉，適于做動物粗飼料。4)木薯渣(cassava residual pulp)。木薯渣是木薯加工淀粉或乙醇的副產物，主要由木薯皮、破碎細胞壁組織和其他殘留物組成。與木薯淀粉渣比較，木薯酒精渣中粗蛋白質、粗纖維和粗灰分含量較高，但是無氮浸出物含量較低。如果不考慮粗蛋白質含量，參照美國粗飼料質量評定指數(shù)[飼料相對值(RFV)]，木薯淀粉渣屬于特級粗飼料，而木薯酒精渣屬于五級粗飼料。鮮木薯淀粉渣含水量高達60%~70%，通常采用物理沉降或壓榨方法降低含水量[8]。5)木薯葉(cassava leaf)。木薯葉是收獲木薯根之后的副產品，占植物地上部分重量的10%~40%，具體取決于植物的年齡和生產狀況。鮮木薯葉干物質含量為20%~30%，干木薯葉粗蛋白質含量為15%~30%[9]。木薯葉氨基酸含量與苜蓿相似，是良好的蛋白質飼料[10]。但是木薯葉氫氰酸含量比木薯根高6倍，單寧和植酸含量高、消化能低，這降低了木薯葉的飼用價值[11]。

2、木薯作為能量飼料的營養(yǎng)特性

淀粉是植物碳水化合物的主要貯存方式，也是畜禽所需能量的重要來源。木薯被譽為“淀粉之王”，因為鮮木薯在單位面積內可以生產的淀粉量高達5.02 t/hm2，遠遠高于鮮玉米的3.78 t/hm2；風干物中淀粉含量，木薯為71.6%，也高于玉米的65.4%[13]。在衛(wèi)生指標合格的情況下，木薯的淀粉含量決定了其品質和營養(yǎng)價值。荷蘭SFR飼料研究所根據(jù)淀粉含量對木薯干等級進行了區(qū)分，分為62%、65%和69%淀粉含量的木薯干。木薯干含有約82.6%的無氮浸出物和3.6%的粗纖維[17]。木薯干粗蛋白質含量為2%~4%，缺乏含硫氨基酸(蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸)[18]。木薯干中還富含元素鉀(0.78%)、鐵(150 mg/kg)和鋅(14 mg/kg)[19]。木薯根多數(shù)為白色，也有黃色。黃色木薯通常比白色木薯含有更多的β-胡蘿卜素。木薯根缺乏B族維生素，僅維生素C含量相對較高，為15~450 mg/kg[20]。

按照分子結構組成，淀粉主要分為2種：直鏈淀粉和支鏈淀粉。研究表明，淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉比例與其消化性能有關[21]。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消化。在斷奶仔豬(體重約7 kg)飼糧中選擇不同來源淀粉(玉米、木薯、小麥和豌豆)作為能量來源，結果表明木薯淀粉(直鏈淀粉與支鏈淀粉比例為1.0 : 8.3)消化率最高、消化速度最快，玉米淀粉和小麥淀粉(直鏈淀粉與支鏈淀粉比例均接近1.0 : 4.1)消化率和消化速度居中，豌豆淀粉(直鏈淀粉與支鏈淀粉比例為1.0 : 2.1)的消化率最低，消化速度最慢[22]。根據(jù)體外消化動力學，淀粉又被分為快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)。據(jù)報道，木薯粒和玉米的抗性淀粉含量接近(31.01%和33.24%)，略低于木薯干中抗性淀粉含量(38.97%)[14]。加工工藝可以改變木薯淀粉的消化率。膨化處理會使木薯淀粉的支鏈結晶區(qū)結構受到破壞，更有利于動物消化[23]。采用體外消化試驗評估木薯粒、木薯干、玉米和木薯渣的淀粉消化率時，木薯粒消化率最高(>90%)，玉米和木薯干消化率居中(>75%)，木薯渣消化率最低(>65%)[14]。木薯粒的淀粉消化率很高，其原因可能是由于制粒過程中的高溫蒸汽處理使得淀粉糊化程度增加，更容易被消化酶分解。

3、木薯的物理特性

木薯的物理特性對其應用具有一定消極影響。鮮木薯水分含量高達60%以上，收獲后2~3 d內就變質，難于長期儲存。木薯干比重低、粉塵多，會影響適口性和采食量。以粉狀飼料形式提供的所有水平木薯飼糧，動物生長性能都比玉米飼糧差[6]。但是，當木薯飼糧被制成顆粒后，動物卻獲得了與玉米飼糧類似的生長性能。Régnier等[24]研究了木薯產品加工形式對動物采食量的影響，結果發(fā)現(xiàn)體重75 kg閹豬平均攝取的木薯碎粒質量是木薯干的2倍，是木薯粉的4倍。當同時提供玉米飼糧和干燥6 h的木薯粉飼糧時，豬更喜歡采食玉米飼糧而拒絕采食木薯粉飼糧[24]。不同品種蛋雞和肉雞的試驗結果也表明，以粉狀飼料形式飼喂木薯?；蚰臼砀娠暭Z也會限制家禽采食量[25-27]。另有研究表明，以粉狀飼料形式飼喂肉雞，與玉米飼糧比較，木薯干飼糧采食量降低，而木薯粒飼糧采食量略有增加；當添加酶制劑之后，木薯粒飼糧采食量趨勢不變，但是木薯干飼糧采食量顯著增加，不過仍舊低于玉米飼糧[28]。這說明添加酶制劑可以緩解粉狀飼料形式木薯飼糧導致的采食量降低。究其原因，一是制粒可使木薯飼糧的體積減少約1/3，從而增加其密度。當木薯替代飼糧中40%的玉米時，飼糧的比重從100 g/L降低到81 g/L，但當飼糧制成顆粒時，比重則增加到109 g/L。二是粉狀飼料經過制粒后，對呼吸器官的刺激性降低，確保了最佳采食量[6]?；蛟S最重要的原因是，顆粒狀飼料增加了干物質攝入量。這對處在應激環(huán)境的動物尤其重要，比如熱帶地區(qū)的高溫導致家禽采食量下降。因此，加工方式對木薯飼糧的成功應用尤為重要。

4、木薯生氰糖苷及其脫毒方法

木薯生氰糖苷本身不呈現(xiàn)毒性，主要由其水解產物氫氰酸引發(fā)毒性。正常情況下，生氰糖苷和分解生氰糖苷的酶存在于不同組織的細胞中。但含有生氰糖苷的植物被動物采食、咀嚼后，植物組織的結構遭到破壞，生氰糖苷與其水解酶作用產生氫氰酸引起動物中毒。中毒的主要原理是使組織細胞不能利用氧，形成“細胞內窒息”[29]。木薯有2種類型：甜木薯無苦味且氫氰酸含量低，大量種植在世界各地，主要用于人類或動物食用；苦木薯氫氰酸含量較高，主要用作加工木薯干、木薯淀粉和乙醇等。據(jù)報道，豬的自由采食量隨木薯干和木薯碎粒中氫氰酸含量的升高而降低，這表明木薯中氫氰酸含量對動物采食量、適口性有重要影響[24]。中國《飼料衛(wèi)生標準》(GB 13078—2017)[30]規(guī)定，氰化物[以氰化氫(HCN)計]在木薯及其加工產品中要≤100 mg/kg，在雛雞配合飼料中要≤10 mg/kg，在其他配合飼料中要≤50 mg/kg。通過飼料加工工藝，可以降低或消除木薯中氰化物對動物的危害。據(jù)報道，木薯皮中氫氰酸含量比木薯肉平均高5.6倍[31]。如果去掉皮層，木薯根的毒性會大大降低，而皮層的重量僅占全薯的13.4%，因此加工過程中去皮是減少木薯根毒性的有效途徑。

曬干和青貯也是簡單有效的木薯脫毒方法。Régnier等[24]將新鮮木薯根分別用粉碎機研磨成木薯碎粒、用切片工具手動切成薄片，然后在太陽能干燥機中干燥0、2、4、6、9、12和24 h，結果發(fā)現(xiàn)達到最低氫氰酸所需的最短干燥時間，木薯碎粒和木薯干分別需要3和6 h；而同樣干燥6 h，氫氰酸含量木薯碎粒最高(367 mg/kg)，是木薯粉的14倍(25 mg/kg)，木薯干居中(212 mg/kg)。該研究結果說明木薯氫氰酸含量受到烘干時間和粒度(表面積)大小等多種因素的影響。Atlaw[32]研究了托盤干燥、烤箱干燥和太陽曬干3種方法對木薯淀粉的脫毒效果，結果發(fā)現(xiàn)3種方法都可以將木薯淀粉的水分含量降低到12%以下，水分活度降低到0.6以下；但是曬干18 h后氰化物含量最低(1.4 mg/kg)，烤箱干燥55 ℃、16 h后氫氰酸含量為13.2 mg/kg，托盤干燥26 h后氫氰酸含量為20.3 mg/kg。因此，曬干是一種簡單、實惠的脫毒方法。田靜等[33]研究了青貯、水煮、烘干和微波加熱4種方法的脫毒效果，結果顯示：木薯塊根經水煮和烘干后氫氰酸去除率最高，水煮25 min和烘干12 h氫氰酸的去除率均達到81.7%，微波加熱6 min去除率為78.8%，而30和40 ℃青貯56 d可去除50%以上的氫氰酸。但是水煮15 min后粗蛋白質含量降低17%，可溶性碳水化合物含量降低24.9%，淀粉含量降低11.8%，并且隨著水煮時間的延長(15~25 min)，營養(yǎng)損失增加。烘干和微波加熱耗能大。因此，青貯也是一種簡單有效的脫毒方法。此外，有毒氰化物與硫代硫酸鹽反應會形成低毒的硫氰酸鹽，可使毒性降低200倍。因此，在木薯飼糧中增加蛋氨酸的添加比例或者添加一定量的硫代硫酸鈉、碘、維生素B12非常重要。
5、木薯作為能量飼料在養(yǎng)豬生產中的應用

木薯有效能值約為玉米的90%，木薯能值與其淀粉含量呈顯著正相關。不同加工處理方式會造成木薯營養(yǎng)成分含量波動，進而導致木薯能值差異。三元雜交豬對曬干甜木薯片消化能為14.96 MJ/kg，代謝能為14.55 MJ/kg，凈能為10.74 MJ/kg[34]。閹豬對酸奶青貯全木薯塊根飼料的消化能為15.84 MJ/kg DM，代謝能為15.39 MJ/kg DM[35]。發(fā)酵降低了木薯粉有效能值，去勢三元雜交公豬對發(fā)酵木薯粉表觀消化能和代謝能分別為(13.57±0.58)MJ/kg和(13.03±0.49)MJ/kg[36]，對普通木薯粉表觀消化能和代謝能分別為(13.97±0.75)MJ/kg和(13.32±0.54)MJ/kg。擠壓可以提高木薯粉的能量利用率，豬對木薯粉可消化能量系數(shù)為87.8%、消化能為13.85 MJ/kg，擠壓木薯粉可消化能量系數(shù)為93.3%、消化能為14.73 MJ/kg[37]。

荷蘭SFR飼料研究所推薦：仔豬斷奶至6周齡和6周齡至22 kg體重的小豬飼糧中木薯(淀粉含量＞64%)最高可分別添加15%和20%，22~40 kg生長豬和>40 kg育成豬飼糧中木薯(淀粉含量>64%)最高可分別添加25%和40%。溫氏集團技術中心通過小規(guī)模試驗表明，在豬80~110 kg階段，使用 < 10%的木薯替代玉米對豬生長性能沒有任何負面影響[38]。有研究表明，木薯粉可以替代斷奶仔豬飼糧中50%的玉米，可以促進增重、減輕腹瀉[39]。生長豬飼糧中，煮熟、青貯或曬干木薯根在補充蛋白質濃縮飼料前提下，可以完全替代小麥型[40]或者玉米型飼糧[41]。然而，木薯青貯飼糧完全替代玉米后會降低育肥豬胴體重和背部脂肪厚度[41]。不過在補充蛋氨酸和賴氨酸前提下，木薯飼料(塊根、葉、嫩莖混合物)可以代替生長豬飼糧中50%~70%的玉米，增加胴體重和瘦肉產量[42]。本文總結了木薯作為能量飼料在養(yǎng)豬生產中的應用情況，詳見表 2。

6、木薯作為能量飼料在養(yǎng)豬生產中的應用

木薯有效能值約為玉米的90%，木薯能值與其淀粉含量呈顯著正相關。不同加工處理方式會造成木薯營養(yǎng)成分含量波動，進而導致木薯能值差異。三元雜交豬對曬干甜木薯片消化能為14.96 MJ/kg，代謝能為14.55 MJ/kg，凈能為10.74 MJ/kg[34]。閹豬對酸奶青貯全木薯塊根飼料的消化能為15.84 MJ/kg DM，代謝能為15.39 MJ/kg DM[35]。發(fā)酵降低了木薯粉有效能值，去勢三元雜交公豬對發(fā)酵木薯粉表觀消化能和代謝能分別為(13.57±0.58)MJ/kg和(13.03±0.49)MJ/kg[36]，對普通木薯粉表觀消化能和代謝能分別為(13.97±0.75)MJ/kg和(13.32±0.54)MJ/kg。擠壓可以提高木薯粉的能量利用率，豬對木薯粉可消化能量系數(shù)為87.8%、消化能為13.85 MJ/kg，擠壓木薯粉可消化能量系數(shù)為93.3%、消化能為14.73 MJ/kg[37]。

荷蘭SFR飼料研究所推薦：仔豬斷奶至6周齡和6周齡至22]木薯同樣是家禽重要的能量飼料。肉雞對非洲木薯干的代謝能為13.72 MJ/kg[43]，對泰國木薯干和木薯粒的代謝能分別為12.6和11.7 MJ/kg[28]；肉雞對曬干木薯、發(fā)酵木薯和瘤胃液發(fā)酵木薯的表觀代謝能分別為13.40、13.08和12.49 MJ/kg，氮校正真代謝能分別為13.50、13.05和12.58 MJ/kg[12]?，F(xiàn)有研究表明，肉雞飼糧中木薯粉可以替代50%的玉米而不影響生長性能和肉色[28, 43]；如果添加外源酶制劑，則可以替代100%的玉米[28]。但是，隨飼糧中木薯粉添加量(0、20%、40%和60%)的增加，肉雞體重和增重呈線性增加，腿部和胸部肌肉皮膚顏色呈線性降低[44]。由于木薯中缺乏葉黃素，需要在飼糧中添加人工色素滿足肉色需求。另外，家禽消化道較短，木薯中含有的非淀粉多糖物質會影響生產性能。唐德富等[14]測定可溶性非淀粉多糖含量分別是木薯干8.28%、木薯粒8.73%、玉米3.39%；同時，測定不可溶性非淀粉多糖含量分別是木薯干42.19%、木薯粒53.30%、玉米65.70%。在木薯飼糧中添加2 500 U/kg的α-淀粉酶可增加肉雞1~21日齡平均日采食量(ADFI)和平均日增重(ADG)[14]。Bhuiyan等[28]在木薯?；蛘吣臼砀娠暭Z中添加外源飼料酶組合(木聚糖酶、蛋白酶、淀粉酶和植酸酶)可以提高1~21日齡肉雞采食量、增加肉雞生產凈能攝入量，進而將生產性能提高到接近甚至超過玉米飼糧水平。本文總結了木薯作為能量飼料在肉雞生產中的應用情況，詳見表 3。

前人研究表明，在蛋雞飼糧中，在小母雞階段木薯粉可以替代30%的玉米[52]，在產蛋期木薯粉可以替代50%的玉米[25]，在換羽期木薯粉可以替代100%的玉米[25, 51]。在40周齡蛋雞飼糧中長期添加8%玉米干酒糟及其可溶物(DDGS)和30%木薯粉，會顯著降低蛋雞平均日采食量、產蛋量和飼料轉化率，同時導致蛋黃顏色評分降低[49]。但是在蛋雞飼糧中加入17.2%木薯干+5.7%木薯葉混合的乳酸發(fā)酵飼料替代40%的玉米，可以增加蛋黃顏色評分，降低雞蛋膽固醇含量，并且雞蛋哈夫單位顯著高于其他組[15]。這可能是由于木薯葉含有豐富的氨基酸和葉黃素，飼糧中加入高比例木薯葉平衡了氨基酸和色素的營養(yǎng)。木薯粉可以完全替代玉米作為蛋雞換羽期唯一能量來源。早期研究表明，飼糧中添加96%的木薯粉飼喂2周會導致蛋雞體重嚴重降低，卵巢和輸卵管退化，換羽后死亡率和雞蛋蛋白質量有所改善，但是產蛋量沒有提高，蛋殼厚度下降，雞蛋殼超微結構和雞蛋質量異常[26]。不過如果在木薯飼糧誘導換羽后2周內及時給蛋雞飼喂小母雞飼糧就可以提高換羽后的生產性能[50]。最新研究表明飼糧中添加96%的木薯粉飼喂4周、再繼續(xù)飼喂2周產蛋期飼糧可成功誘導蛋雞換羽，并且不影響換羽后的產蛋性能；但是如果飼喂添加96%的木薯粉飼糧超過4周，則會造成蛋雞體重嚴重下降和卵巢退化[51]。本文對木薯作為能量飼料在蛋雞生產中的應用情況進行了總結，見表 4。

7、小結

木薯是優(yōu)質的能量飼料，是谷物原料的最佳替代品，但是需要注意將氫氰酸含量降低至無毒水平，以及平衡氨基酸、維生素、礦物質和必需脂肪酸。雖然在動物營養(yǎng)領域對木薯作為能量飼料的應用進行了廣泛研究，但是在商業(yè)飼料中木薯尚未被完全采用，木薯仍舊被主要用于生產工業(yè)乙醇。究其原因，一是由于受到品種、栽培條件、植齡、加工過程等因素影響，木薯產品的營養(yǎng)價值缺乏一致性；二是木薯營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫、木薯替代玉米的新型飼糧配方體系還不夠完善；三是木薯產品的市場供應量和價格影響其飼料應用。未來仍舊需要繼續(xù)培育和篩選飼料用的優(yōu)質木薯品種，研究在不同條件下種植和加工木薯產品，建立標準化的木薯生產加工流程和制定完善的飼用產品標準，研究不同形式和飼料配方的木薯產品對動物生產性能、繁殖性能及產品品質的影響，并探討酶制劑及其組合提高動物生產潛力的可行性。

參考文獻：略

作者：冀鳳杰、曹婷、劉勝敏、周漢林

來源：動物營養(yǎng)學報