薯类加工副产物饲料化应用研究进展

目前我国主要的薯类作物有马铃薯、甘薯和木薯等，又被称为块根块茎类作物。不仅种植面积大、产量高，而且加工后的副产物数量巨大、具有很大的开发利用价值。因此，充分了解其资源状况，有利于对其进行开发利用。

1.1 马铃薯

我国是世界上马铃薯种植面积和总产量最高的国家。马铃薯粮菜兼用、适应性强、营养丰富，有“地下面包”之称，已成为我国第四大粮食作物，是提高农民收入的重要经济作物[5]。目前，我国马铃薯的主产区分布在西南山区、西北、内蒙古和东北地区。其中，西北和西南两大主产区的种植面积占全国种植面积的87%。2021年我国马铃薯种植面积约为460.6万公顷，同比下降1.08%，总产量达1 830.9万吨，同比增长1.81%；国内新鲜或冷藏的马铃薯出口量为38.98万吨，较2020年减少11.77%。但是，我国马铃薯的单位面积产量与发达国家相比还有较大差距。2020年我国马铃薯淀粉产量为66万吨，按每生产1 t淀粉可产生0.8 t废渣计算，我国每年产生的马铃薯废渣约为53万吨。

1.2 甘薯

甘薯又名红薯、地瓜等，原产于南美洲，是一种适应性强且高产的粮食作物。甘薯是粮食、饲料、工业原料及新型生物能源兼用作物，具有高产、稳产和营养丰富等特点。我国是世界上最大的甘薯生产国，主产区主要分布在四川盆地、淮海平原、长江流域和东南沿海等地区[6]。2020年，我国甘薯收获面积为232.39万公顷，占世界收获面积的30.0%；甘薯产量为5 126.4万吨，约占世界总产量的56.1%。

目前，我国甘薯主要有加工、鲜食和饲用三大用途，比例分别为55%、30%和10%左右。据统计，每生产1 t甘薯干，约消耗4 t甘薯原料，去皮损失率达25%，同时产生约1 t的甘薯皮渣及7 t的甘薯藤和小次甘薯；而每生成1 t甘薯淀粉可产生2~3 t的湿甘薯渣[7]。甘薯渣经加工后可作为动物饲料原料，或者通过物理、化学和生物发酵的方法提取膳食纤维和果胶等，作为生产高价值食品的原料。

1.3 木薯

木薯是三大薯类作物之一，耐干旱和贫瘠，种植广泛，有“淀粉之王”的称号。我国木薯的种植区域主要分布在广西、海南、广东、福建、云南等各省区。2020年，我国木薯淀粉产量为26万吨，而木薯淀粉进口量为275.69万吨；木薯进口量为355.49万吨，同比增长18.2%，其中鲜木薯进口量为5.01万吨、木薯干进口量为330.48万吨。目前，我国约有30%的木薯干用作饲料，剩余的70%用于生产淀粉和乙醇。据统计，我国每年木薯加工产生的木薯渣达150万吨，具有较大的开发利用价值[8]。

薯类副产品中含有较丰富的营养物质，用于畜禽饲料生产可减少常规饲料原料的使用量。然而，其中含有的抗营养因子却限制了其在畜禽饲料生产中的应用。

2.1 马铃薯

马铃薯中的营养成分丰富，碳水化合物含量约为16.5%，其中淀粉含量为9%~30%，并含有少量的非淀粉多糖、蔗糖、还原糖等；蛋白质含量为1.5%~2.3%，且含有赖氨酸、精氨酸和异亮氨酸等必需氨基酸。此外，每100 g马铃薯中含有27 mg维生素C、0.34 mg维生素E、0.08 mg维生素B1、0.04 mg维生素B2和30 mg胡萝卜素，还含有8 mg钙、0.8 mg铁、0.37 mg锌、40 mg磷，以及少量的硒、钾、钠、镁等微量元素[9]。

马铃薯渣中的淀粉含量最高，还含有较多的纤维素、半纤维素和果胶等物质，是动物能够利用的优质碳水化合物来源。马铃薯渣经酶解或发酵后，其淀粉能分解成小分子糖，更容易被动物吸收利用；蛋白质含量增加、粗纤维含量减少，具有很高的饲用价值[10]。有研究表明，新鲜马铃薯渣中含有13%固形物、4.9%淀粉、2.2%纤维素、2.2%果胶、2.8%半纤维素、0.55%蛋白质和0.5%灰分[11]。此外，马铃薯茎叶中含有11.97%干物质、16.84%粗蛋白、4.97%粗脂肪、9.46%粗灰分[12]。

然而，马铃薯中含有的龙葵素是一类有毒糖苷生物碱，主要分布于马铃薯幼嫩和损伤部位。糖苷生物碱等不易被机体分解，达到一定量时会损害动物的消化系统，导致体重下降，引发疾病。据报道，当饲料中龙葵素含量超过20 mg/100 g时可引起动物中毒[13]。马铃薯露天堆放1周，其薯渣中糖苷生物碱的含量就会超过食品安全上限，并且薯渣的长期堆放会导致细菌滋生和毒素积累，增加畜禽患病风险。因此，马铃薯渣饲料化利用前应首先有效降低其中的糖苷生物碱含量。

2.2 甘薯

甘薯的适应性强、产量高，其茎叶再生能力强，茎叶采摘可从封垄开始一直到收获前半个月。甘薯中含有3.08%灰分、1.53%蛋白质、0.16%脂肪、3.20 mg/g钙、25.16 mg/g铁、8.38 mg/g锌和6.14 mg/g锰。甘薯茎叶营养丰富，新鲜甘薯茎叶含水量为85.20%，每100 g中含有2.19 g总糖、1.69 g蛋白质、78.03 mg维生素C。此外，甘薯渣的干物质中含有44.74%淀粉、27.40%膳食纤维、5.26%蛋白质、0.38%脂类、29.30%粗纤维和2.95%灰分[14]。

然而，甘薯渣中含有纤维素、木质素、果胶和β-葡聚糖等非淀粉多糖，大量进食后与水分结合，导致肠道食糜黏度升高，消化道的运动降低，畜禽的采食量减少。

2.3 木薯

木薯中的淀粉含量丰富，还含有大量可食用的纤维、微量元素和矿物质等物质，是一种天然、安全、优质的杂粮。有研究表明，木薯中含有约10.63%水分、1.80%蛋白质、14.85 MJ/kg总能、0.40%粗脂肪、70.50%淀粉、2.51%灰分、0.49%钙和0.10%磷等[15]。此外，干木薯渣中含有4.92%的粗蛋白、1.96%粗脂肪、14.46%粗纤维、23.36%粗灰分、92.36%干物质、8.3 MJ/kg消化能和6.08 MJ/kg代谢能[5]。木薯叶也是良好的蛋白质和氨基酸来源，含有比较丰富的矿物质和维生素。

木薯渣中纤维性物质、氰苷类物质的含量较高，如果饲喂量较大，会降低饲料转化率，严重者会导致氢氰酸中毒。因此，木薯叶中含有的单宁、氢氰酸等抗营养因子限制了其在饲料生产中的应用。

薯类作物可直接食用，也可作为食品工业的原料生产淀粉、乙醇等。目前，薯类加工仍面临一些问题。例如，薯类的茎、叶、皮和渣等副产物含水量高，贮存和运输困难，粗纤维含量高、蛋白质含量低，营养价值差；长期堆放易腐败变质，造成资源浪费和环境污染。因此，必须对其进行加工处理，这不仅可以促进其中纤维的分解、改善适口性、提高可消化性，还可降低抗营养因子的含量，替代部分能量饲料满足畜禽机体的营养需求。

3.1 全粉加工

全粉加工是一种有效的加工方式，主要操作流程包括：新鲜薯清洗去皮后，切分、清洗、漂烫、蒸煮、冷却和粉碎等预处理操作，获得薄片状或颗粒状产品。根据颗粒的大小和性状分为颗粒全粉、雪花全粉和细粉。目前，国内马铃薯全粉加工以雪花全粉为主，该工艺不破坏细胞的完整性，营养损失少，复水性好，保证了一定的理化及功能特性[3]，后续易与其他原料混合，可用于食品生产或饲料加工等。木薯作为一种非粮能源作物，除直接食用外，还可用于工业生产和饲料加工等。木薯也可采用全粉加工工艺制成颗粒全粉等，主要有切片和磨粉两种工艺[16]。甘薯经过切片、干制脱水可以制成薯片，甘薯去外皮后切片也可制成甘薯全粉等。

总之，薯类经合理加工后，既可以解决储存和运输的难题，又易与其他原料混合。另外，薯类全粉经复水后可以表现出原薯的营养、风味和生理活性，有利于扩大薯类的应用范围。

3.2 青贮

青贮是一种将薯类及其副产物饲料化的有效手段，不仅可以保留其丰富的营养物质，还具有杀菌、提升利用率等作用。目前，关于马铃薯茎叶的青贮方法及工艺已有大量报道，但马铃薯茎叶青贮机械化收获技术的应用尚有待提高。

在实际应用中，人们常在青贮饲料中添加发酵剂、发酵抑制剂、营养物质和吸收剂等添加剂起到保鲜作用。将木薯叶直接青贮品质较差，添加0.2%乙酸和0.2%丙酸可降低青贮饲料的pH以及丁酸、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量，提高其饲用价值[17]。在木薯叶中添加1%的蔗糖后进行青贮，可提高青贮饲料中干物质的含量，降低中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量，改善其营养价值和适口性，增加动物的采食量[18]。将甘薯藤套袋青贮并添加酒糟和1%的营养添加剂，可有效保存其营养成分、提高其适口性[19]。此外，将鲜甘薯蔓、酒糟和稻草按2：2：1比例混合青贮，可显著增加饲料中干物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和乳酸的含量，改善其适口性[20]。

总之，通过将薯类副产物单独青贮、联合其他饲料原料或加入添加剂等方式联合青贮，既可以提高其饲用价值、增加营养物质含量，又可以延长保存和饲喂时间、减少谷物原料的使用量，进而降低畜禽的生产成本。

3.3 微生物发酵

微生物发酵可提高薯渣中营养物质的含量，还可改善其适口性。发酵产物作为饲料原料用于畜禽养殖既可提高动物生产性能、降低养殖成本，又可实现资源利用、减少环境污染。有研究表明，木薯渣经过微生物发酵后产生的代谢产物，不但具有促进动物生长的作用，还可延长其保质期[21]；将苏云金杆菌、枯草芽孢杆菌和多孢木霉等菌剂混合，接种到马铃薯渣中，在32~34 ℃条件下发酵60~84 h，发酵物中蛋白质的含量约为23.74%，可提高马铃薯渣的饲用价值[12]；将马铃薯渣、麸皮和2%的硫酸铵混匀，并接种1%的黑曲霉、热带假丝酵母、解脂假丝酵母和啤酒酵母的混合菌，于32 ℃发酵72 h，得到的发酵物中含有约20.28%粗蛋白和18.40%真蛋白[22]。另外，新鲜木薯渣适口性较差，利用黑曲霉、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母等混合菌剂对其进行固态发酵，其干物质中含有的粗蛋白由10.77%升高到17.92%、粗纤维由21.50%降低到16.54%，提高了营养价值，改善了适口性，增加了动物采食量[23]。

总之，采用单一微生物或复合菌剂进行发酵，可以有针对性地提高蛋白质等营养物质的含量，降低粗纤维的含量，提高薯类副产物的饲用价值，增加其在畜禽饲粮中的用量。

3.4 薯渣有益成分的提取

膳食纤维和果胶是马铃薯渣中主要的有益物质，可通过沸水抽提法、酸水解法、离子交换树脂法、微生物提取法、超声波提取法等工艺进行提取，并应用于食品工业。例如，在马铃薯渣中添加300 U/g α-淀粉酶55 ℃、pH 6.5条件下处理60 min，灭活后再添加250 U/g糖化酶酶解，可获得约76.92%膳食纤维[24]。一般采用糖化法利用薯渣来制备乙醇。以薯渣为原料按1：3.5比例加水后，再添加0.4%酵母、160 U/g糖化酶、10 U/g α-淀粉酶和纤维素酶，在32 ℃条件下进行发酵，产物中乙醇含量可达8%[25]。

总之，通过物理、化学和生物酶解等方法可以有效提取薯类副产物中价值较高的单一营养成分以及膳食纤维、多糖和乙醇等化工原料，但是受提取工艺的限制，提取过程中可能会产生大量的废弃物。因此，改善提取技术、减少废弃物产生具有重要的现实意义。

薯类的茎、叶和残渣等副产物资源量大、富含营养物质，经加工后可用作畜禽的饲料原料，减少玉米等能量饲料的用量，但其同时含有抗营养因子和有毒有害物质，当添加量超过一定限度时则会产生副作用。因此，在实际应用时确定合适的添加比例尤为重要。

4.1 薯类加工副产物在反刍动物养殖中的应用

现有研究表明，将马铃薯的茎叶和玉米秸秆青贮替代青贮玉米，可改善肉羊的饲料转化效率，提高瘤胃乙酸产量、牛乳中脂质和蛋白质含量，降低粪氮和血清胆固醇水平[26]。在饲粮中添加15%~25%马铃薯渣替代部分玉米，不影响奶牛的产奶量[27]。青贮马铃薯渣可使绵羊的平均日增重以及干物质、蛋白质和中性洗涤纤维的消化率分别提高21.4%、21.4%、14.2%和14.9%[28]。此外，饲粮添加20%的发酵马铃薯茎叶不影响奶牛的产奶量、乳蛋白率和乳脂率[29]。

在饲粮中添加6.7%的木薯渣不影响肉牛的生长性能、胴体特性和肉成分[30]。用4%的尿素与木薯浆混合物发酵，可增加牛瘤胃丙酸和微生物蛋白的合成，同时减少原生动物的数量和甲烷的产生[31]。在青贮木薯叶中添加乳酸菌和枝顶孢属纤维素酶，可降低其pH，提高乳酸、丁酸和粗蛋白的含量，改善瘤胃中干物质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的降解率[32]。以新鲜木薯根替代饲粮中的木薯片饲喂奶牛，可提高产奶量和乳脂含量，降低乳中体细胞的含量[33]；在奶牛的饲粮中添加15 g/kg体重新鲜木薯根，可提高乳脂浓度，降低乳中体细胞数[34]。

将甘薯藤青贮和麦麸混合使用，可降低奶牛饲粮中中性洗涤纤维含量，增加代谢能含量，减少麦麸的使用量，对产奶量无明显影响[35]。以甘薯藤和两种不同品种的甘薯皮作为原料，测定其在福清山羊瘤胃内的降解率，发现甘薯皮原料的干物质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的降解率均高于甘薯藤，并且不同品种甘薯皮原料的干物质降解速率不同[36]。

综上，反刍动物可以更好地消化薯类副产物中的粗纤维，且青贮或发酵提高了其营养物质含量，可作为反刍动物的理想饲料原料。但在实际应用过程中，应根据薯渣种类和动物品种及生长阶段，控制其在饲粮中的用量。

4.2 薯类加工副产物在养猪生产中的应用

饲粮添加30%马铃薯茎叶和10%苜蓿草，可改善其适口性，提高生长猪的屠宰率和背膘厚，降低瘦肉率和眼肌面积[37]。饲粮添加5%发酵马铃薯渣，可提高泌乳母猪的日采食量，减缓体重损失，增加窝重[38]。在玉米-豆粕型饲粮中添加5%发酵马铃薯浆，可提高猪的平均日采食量、饲料转化率和体重，不影响胴体性状[39]。

在饲粮中添加木薯作为支链淀粉源，可调节生长猪的葡萄糖吸收和相关胃肠激素的分泌，进而增强食欲，提高氮利用率，改善其生长性能[40]。饲粮添加4%发酵木薯渣，可提高哺乳母猪的平均日采食量、仔猪平均日增重和断奶窝增重[41]。采用5%~10%木薯渣或发酵木薯渣替代部分饲粮，不影响环江香猪的生长性能，但改善了其胴体性状和肉品质[42]。利用乳酸菌青贮木薯根，其干物质、粗蛋白和总能的表观消化率分别为90.01%、66.43%和91.48%，干物质消化能值和代谢能值分别为15.83和15.38 MJ/kg，表明该青贮饲料具有较高的营养价值，可作为生长猪饲粮的替代物[43]。此外，木薯叶青贮饲料并配合添加0.2%赖氨酸和0.1%蛋氨酸，或添加0.1%赖氨酸和0.05%蛋氨酸时，猪的生长性能最佳，饲喂成本最低[44]。

饲粮添加15%~25%甘薯青贮物，生长育肥猪的平均日增重和平均日采食量分别提高了12.04%和9.02%，饲料利用效率提高了3.19%[45]。此外，青贮前在甘薯中加入了麦麸、酒糟和特制添加剂等物质，可显著提高青贮饲料的干物质、粗蛋白、真蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、总磷和氨基酸的含量，明显改善其营养价值；饲粮添加20%的青贮甘薯不影响猪的平均日增重，但可降低饲料成本[46]；饲粮添加15%的发酵甘薯渣，可显著改善生长猪的饲料利用率，而不影响平均日采食量和平均日增重[47]。

综上，薯类副产物的粗纤维含量较高、蛋白质含量较低，建议在外三元猪饲粮中添加比例不超过15%，在耐粗饲的地方品种猪饲粮中可适当提高添加比例。但是，不同生长阶段猪的添加比例仍需进一步优化。

4.3 薯类加工副产物在家禽养殖中的应用

饲粮添加10%的青贮马铃薯渣，可改善肉鸡的平均日增重，增加脂肪沉积，改善肉品质[48]。饲粮添加5%的含外源酶的马铃薯皮不影响肉鸡的生长性能，但增加添加剂量对肉鸡的增重和饲料消化率均产生不利影响[49]。饲粮添加12%马铃薯淀粉，能显著提高肉鸡的平均日增重和平均日采食量、降低料重比，而不影响其体重、屠体率、全净膛率、腿肌率和胸肌率[50]。

利用发酵木薯乙醇渣替代饲粮中的能量原料，当添加量为5%时不影响樱桃谷鸭的生长性能和肉品质，进一步提高添加量会降低营养物质的消化率，因此建议其在樱桃谷鸭饲粮中的添加量不宜超过15%[51]。饲粮添加5%~20%发酵木薯渣，不影响黄羽肉鸡的料重比、屠宰性能和内脏器官[52]。饲粮添加5%发酵木薯渣可改善海兰褐蛋鸡的蛋品质[53]。饲粮添加10%的干木薯渣不影响肉鸡的胴体性状和肉品质，但会改变胸肌和腿肌的颜色[54]。饲粮添加5%的木薯叶可促进饲料消化和改善鹅肉的品质，并改变肌肉组织中氨基酸和脂肪酸的含量[55]。

综上，在家禽养殖中，薯类副产物的合理添加比例为10%~20%，但仍需注意不同薯类原料在不同家禽饲粮中添加量上的差异，应针对不同家禽品种配制合适的饲料配方。

我国是世界上最大的畜禽养殖国和饲料生产国，对饲料粮需求的增长越来越影响到我国粮食供需平衡。薯类作物适应性强、产量大、营养丰富，而且其加工副产物数量庞大、含水量高，直接丢弃会导致严重的资源浪费和环境污染，作为饲料原料进行开发有利于减少畜禽养殖对粮食的需求。然而，由于其富含纤维和水分、易腐烂、抗营养因子含量高，影响了其在畜禽养殖中的有效利用。此外，还面临着薯类及其副产物的存放和再加工等一系列问题，如机械收割程度低、薯类副产物再加工不足、饲料化应用推广困难等。

未来在薯类副产物饲料化利用方面，首先需要系统性地统筹建立薯类作物生产片区，便于机械化收割和加工；就近建设薯类根、茎和叶等的青贮加工基地，解决储存和运输困难的问题；其次，改良薯类作物的遗传性状，提高蛋白质含量、降低抗营养因子的含量、改善茎叶的适口性。另外，优化薯类副产物的再加工工艺，在传统薯类副产物与其他作物或其他种类营养物质混合青贮基础上，开展菌酶协同发酵技术在薯类加工中的应用研究。这不仅能改善薯类作物青贮饲料的适口性、提高其营养价值，还可提高动物的生长性能、增强机体免疫力、维持其肠道健康。菌酶协同发酵的效果优于单一菌剂发酵或酶制剂发酵，是缓解我国传统饲料资源匮乏、提高非常规饲料原料利用率的重要手段。

参考文献及更多内容详见：

饲料工业，2023，44（7）：87-93

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