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以竹代粮 | 竹笋加工剩余物用于动物饲料大有可为!

媒体:昭通林草  作者:霍春燕, 郭玉红
专业号:大关县林草局 2023/5/12 10:03:15

https://mp.weixin.qq.com/s/SzM92GydAZZklLPH-5oCxw

竹笋加工剩余物含有丰富的营养物质,作为反刍动物饲料在一定程度上能提高动物的瘤胃消化率,有助于反刍动物对营养成分的吸收和利用,是一种潜在生产动物饲料的优良原料。文章综述了目前国内外在竹笋加工剩余物的营养价值、作为饲料对于动物产生的影响以及生产动物饲料的加工方式等方面的研究进展。文章认为,竹笋加工剩余物在反刍动物饲料中的高效利用不仅可以保护环境、增加经济效益,还有效提高了反刍动物的生产效率。竹笋加工剩余物作为反刍动物饲料具有广阔的发展前景。

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中国竹资源种类约占全世界的40%,竹林面积超过700万hm2,素有“竹子王国”之誉。竹笋作为我国的传统食品,有着种类多、分布广、品质好等优势。据报道,我国每年竹笋产量超过500万t,在其进行食品加工过程中,会产生笋头、笋壳等大量剩余物,占比高达50%以上。笋壳及笋头不易储存,随意堆放易增生细菌,对土壤和水源造成污染,而竹笋加工剩余物中含有较多的蛋白质、竹纤维和活性成分,具有较高的利用价值,作为废弃物丢弃会造成很大的资源浪费。所以,对竹笋加工剩余物的高效利用不仅可以提高其经济效益,还可以降低环境污染。基于竹笋加工剩余物的有效成分和营养价值,将其加工成动物饲料具有显著优势。为此,从20世纪90年代起,人们就开始对竹笋加工剩余物生产动物饲料的可行性进行了相关研究。本文从竹笋剩余物的营养价值、作为饲料对于动物产生的影响以及生产动物饲料的加工方式等方面探究竹笋加工剩余物作反刍动物饲料的应用潜力,以期为提高竹笋加工剩余物的附加值提供参考。

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竹笋加工剩余物的营养成分

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笋壳及笋头等竹笋加工剩余物中的营养成分与笋肉基本相同或略低,含有丰富的纤维素、木质素、半纤维素、蛋白质、脂肪及多种矿物质,其中纤维素、木质素和粗蛋白的含量较多,分别为36%~41.66%、28.12%~46%、8.12%~12.91%,同时含有较多的粗脂肪、灰分、钙和磷,其含量分别为1.79%、4.28%、0.12%和0.15%。糖类物质是竹笋加工剩余物中的主要成分,通过复合酶法、微波—超声联合辅助提取法可从竹笋加工剩余物中提取出多糖物质,多糖得率为1.98%~2.76%,竹笋多糖在食品保鲜、药物研究等方面均有应用。研究显示,笋壳的蛋白含量是玉米秸秆的2倍,有机物和粗蛋白含量都比稻草高。张金萍等从毛竹笋及其加工废弃液中分离出了酪氨酸,其得率为3.8%~4.2%。此外,在竹笋加工剩余物中还含有多种活性物质成分。Jiang等从竹笋壳中提取生物活性成分,分别鉴定出15种酚酸、7种黄酮类化合物、19种有机酸、2种环烯醚萜苷和1种新绿胶酸。林珊等利用乙醇浸提法从笋壳中提取黄酮类化合物,提取量可达4.393 mg/g,并显示出较强的抗氧化活性。Zheng等利用黑曲霉发酵提高了笋渣中植物甾醇的含量,降低了植物甾醇的生产成本。

竹笋加工剩余物在动物饲料中的应用及作用机制

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面对“人畜争粮”现象的加剧,越来越多的农副产品被用于动物饲料,如玉米秸秆、麦麸、米糠等。对于将竹笋加工剩余物作为动物饲料的应用也开展了较多的研究,其较高的营养价值对动物生长及产奶率都表现出积极作用。Zhao等研究发现,经过化学处理后的竹笋壳显著提高了反刍动物的有机物消化率、代谢能和泌乳净能。当使用稻草、玉米秸秆等作为基料时,因蛋白含量低、纤维含量高,在实际生产中会添加豆粕等蛋白补充剂,但豆粕的成本较高,限制了动物蛋白饲料的生产;使用笋壳代替玉米秸秆添加到动物饲料中,会明显增加饲料中的蛋白含量,增强需氧稳定性。因此,竹笋加工剩余物可替代蛋白质源添加至动物饲料中以增加干物质摄入量,改善瘤胃中的微生物蛋白质合成,提高瘤胃发酵效率,并向丙酸转化,潜在减少甲烷的释放。

膳食纤维(BSDF)是竹笋及其加工副产物的主要成分,也被誉为第7大营养素。膳食纤维的降解和消化是动物饲料能否得到高效利用的关键因素。竹笋加工剩余物中的膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素、果胶和抗性淀粉等。半纤维素可分为木聚糖、木葡聚糖、甘露聚糖和β-葡聚糖4类。液体形式的半纤维素通常被称为木糖蜜或木糖浓缩物。半纤维素已成功地用作反刍动物的饮食成分,其干物质摄入量高达10%。研究已证实,竹笋加工剩余物中的半纤维素在瘤胃中更容易被降解,果胶在瘤胃中几乎完全被降解,从而有助于提高瘤胃消化率。Suárez等从小牛瘤胃内容物中提取多糖降解酶并测定其活性,发现饲喂果胶日粮的小牛其多糖降解酶活性高于饲喂淀粉日粮的小牛。中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量是评估纤维饲料营养价值和消化能力的重要指标。多项研究表明,瘤胃消化后的NDF和ADF含量会下降,这是由于瘤胃中纤维素酶和微生物作用的结果;并且纤维素底物的增加可能会增加纤维分解细菌的数量和纤维分解酶的活性。Voelker等利用甜菜粕代替玉米添加到饲料中发现,甜菜粕的添加量越多,纤维分解的越彻底。相关资料显示,基于NDF的饮食将导致高摩尔比例的乙酸盐,而且在瘤胃消化中,约40.0%~50.0%的瘤胃丁酸来自乙酸转化,纤维含量越高,转化率越高。

可见,竹笋加工剩余物中的纤维素、半纤维素及果胶等成分在给饲养动物提供营养的同时,也不同程度地影响其瘤胃消化率。将竹纤维用作动物饲料在许多动物上已开展了试验研究(表1),取得了较好的效果,为竹笋加工剩余物的开发利用提供了理论依据。

表1  竹副产物用于动物饲料的应用效果

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竹笋加工剩余物生产动物饲料的处理方法

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目前,国内外对于竹笋加工剩余物生产动物饲料的研究主要集中在如何对竹纤维进行处理方面,对反刍动物而言,在瘤胃消化中纤维素承担了重要角色。但在竹笋加工剩余物中含有大量难以降解的不溶性纤维和木质素,无法直接被动物吸收,必须进行预处理,处理方法主要包括化学处理和微生物发酵。


化学处理

氨化是最常用的化学手段,在降解纤维素的同时,还可以作为氮源提高动物饲料的蛋白质含量。此外,碱性化学物质能破坏细胞壁的化学键和纤维素的结晶度,从而增加竹纤维在瘤胃中的发酵面积和程度。利用氨化后的竹笋加工剩余物饲喂育肥牛,明显提高了育肥牛的干物质采食量,同时也提高了饲料转化效率,降低了料重比。


2 微生物发酵
2.1 青贮

青贮是目前利用微生物发酵储存新鲜饲草最常用的技术手段之一。由于单一原料青贮因其含糖量、含水量等因素会降低发酵饲料品质或易滋生腐败细菌,所以在实际生产中往往采用混合青贮来弥补各自发酵的缺点。Zhao等在使用笋壳作青贮饲料的研究中,发现笋壳含有较为丰富的多糖、多酚及其他生物活性成分,使其具有优异的抗氧化活性,可抑制需氧微生物诱导的底物氧化。杨敏等利用竹笋加工剩余物进行青贮饲喂育肥猪,结果显示竹笋下脚料青贮40 d,pH值为3.61,干物质和可溶性糖质量分数分别为18.43%、6.17%,发酵效果较好。

2.2 微生物接种发酵

竹笋加工剩余物水分含量大,不易储存。除自然发酵形成青贮外,利用黑曲霉、白腐真菌等微生物接种发酵越来越受关注。梁磊等使用赤芝、树舌灵芝及朱红密孔菌固态发酵竹笋壳生产功能性饲料,发现纤维结构被破坏,粗蛋白和含糖量升高。Michimasa等利用白腐真菌培养笋壳、豆渣、酱油饼的混合物生产动物饲料,其干物质、有机物和ADF的消化率显著升高。刘东鑫使用自然分离的不同菌种对竹笋壳进行处理生产动物饲料,发现自筛菌中的黑曲霉18号对提高毛竹的营养价值和瘤胃降解率效果最好。

竹笋加工剩余物除具有饲用价值外,还可用于提取生物活性物质、降解及改性竹纤维、栽培食用菌等。

研究展望

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随着食品加工业和农业的发展,竹笋作为我国传统的森林蔬菜之一,因其天然、绿色、健康的特性受到越来越多人的喜爱,竹笋市场需求不断增加,竹笋加工剩余物产量亦将不断增长。解决和突破竹笋加工剩余物综合利用关键技术已是拓宽竹产业发展的当务之需,也是避免导致资源浪费和环境污染的有效举措。因此,竹笋加工剩余物高效利用已成为加工动物饲料的研究热点,但是国内对竹笋加工剩余物的开发利用研究起步相对较晚,许多研究仅停留在试验阶段,还没能形成规模化、工业化生产,竹笋加工剩余物的应用价值还未真正得到体现,未来对竹笋加工剩余物生产动物饲料的研究可以从以下几个方面展开:

1)进一步探究竹笋加工剩余物对瘤胃消化的影响机制,提高饲养动物对营养物质的消化和吸收。

2)利用现有加工技术探究其工艺条件,生产高效、品质优良的动物饲料。

3)开发利用新的处理方法,高效降解纤维素应用于动物饲料加工,实现“废物变宝”,并提高经济效益。

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