1 马铃薯在国际及国内的地位
马铃薯是继小麦、水稻和玉米之后的重要粮食作物,因其分布模式和种植需求的高度多样化,可以满足粮食供应、粮食获取、粮食利用以及粮食稳定性等粮食安全的四个维度,特别是在高度贫困、饥饿和营养不良的发展中国家发挥了不可或缺的作用[3]。自2015年农业农村部提出实施“马铃薯主粮化战略”以来,我国马铃薯产量和单位面积产量稳定提升,目前我国已经成为世界上马铃薯产量和种植面积最大的国家(图1),但是单位面积产量仍略低于世界平均水平(102.3 t/hm2 vs 114.1 t/hm2),较国际先进水平(如美国257.2 t/hm2,新西兰254.4 t/hm2等)更是存在一定差距[4]。过去,我国大部分地区是将马铃薯作为蔬菜的补充,但是随着马铃薯全产业链的健全和加工方式的丰富,马铃薯扮演的角色愈发丰富。同时,随着经济的发展,三大主粮增产态势逐渐疲软,我国粮食缺口日益增大,马铃薯生产将得到进一步的发展空间。《“十四五”全国种植业发展规划》显示,到2025年马铃薯产量将保持在1 750万t(折合成鲜薯产量为8 750万t)。
图1 中国马铃薯产量、种植面积和单位面积产量变化(鲜薯基础)马铃薯产量和种植面积数据来自国家统计局和联合国粮食及农业组织,马铃薯单位面积产量=马铃薯产量/马铃薯种植面积。 Fig.1 Changes in potato yield, planting area and per unit area yield in China (fresh potato basis) The data on potato yield and planting area are from the National Bureau of Statistics and the Food and Agriculture Organization of the United Nations. The potato yield per unit area=potato yield/potato planting area. |
2 马铃薯的营养特性
全世界约有5 000个马铃薯品种,不同品种间马铃薯的大小、形状、颜色、淀粉含量和味道各不相同[5]。在畜牧领域,马铃薯因其营养丰富(表1)曾被广泛应用于乳业生产,但是由于劳动成本问题被谷物和青贮取代。马铃薯与玉米在淀粉分子构型、晶体结构及颗粒形态学特征方面存在显著差异,导致其瘤胃降解动力学和消化道消化位点分布有所不同。基于体外模拟消化模型研究,可将淀粉划分为快速消化淀粉、慢速消化淀粉及抗性淀粉三大功能类别。值得注意的是,新鲜马铃薯块茎中抗性淀粉含量可达70%以上(干物质基础),这与其B型晶体结构及致密颗粒层状排列密切相关;而经湿热处理后,由于淀粉颗粒糊化导致晶体结构解体,抗性淀粉含量会下降到5%~10%[6]。马铃薯淀粉的颗粒多呈卵圆形,直径为10~100 μm;相比来说,玉米淀粉颗粒多为不规则多面体,直径为5~20 μm(表1)。Oates[7]和Dhital等[8]研究表明,有着更大颗粒尺寸和更光滑表面以及特定超分子性质的组合淀粉颗粒对消化酶的抵抗力更强;而淀粉颗粒粗糙的表面以及表面孔隙和通道的存在能够增加酶扩散和吸附的位置数量。直链淀粉与支链淀粉比值与淀粉颗粒的消化率呈负相关,不同品种间马铃薯与玉米直链淀粉与支链淀粉比值存在差异,实际使用时需具体分析。
表1 玉米和马铃薯营养价值对比Table 1 Comparison of nutritional values between corn and potato |
| 项目Items | 玉米Corn | 马铃薯Potato |
|---|---|---|
| 常规营养成分Conventional nutrients1) | ||
| 干物质DM/% | 83.4~91.3(87.2) | 10.1~27.3(20.6) |
| 粗蛋白质CP/% DM | 7.8~11.3(9.7) | 9.2~13.0(10.8) |
| 粗脂肪EE/% DM | 3.2~5.5(4.2) | 0.2~1.3(0.5) |
| 中性洗涤纤维NDF/% DM | 10.4~20.2(13.2) | 8.3~8.3(8.3) |
| 酸性洗涤纤维ADF/% DM | 3.3~5.6(4.4) | 2.6~4.9(3.6) |
| 淀粉Starch/% DM | 68.8~74.3(71.0) | 56.2~82.3(71.9) |
| 钙Ca/% DM | 0.1~2.2(0.7) | 0.3~1.0(0.7) |
| 磷P/% DM | 2.2~5.1(3.4) | 1.9~2.5(2.2) |
| 氨基酸Amino acids/% CP1) | ||
| 赖氨酸Lysine | 1.3 | 4.6 |
| 蛋氨酸Methionine | 2.1 | 1.4 |
| 苏氨酸Threonine | 2.0 | 3.6 |
| 组氨酸Histidine | 0.6 | 1.6 |
| 精氨酸Arginine | 3.0 | 3.5 |
| 苯丙氨酸Phenylalanine | 2.9 | 3.8 |
| 亮氨酸Leucine | 5.9 | 5.3 |
| 异亮氨酸Isoleucine | 1.5 | 3.2 |
| 淀粉Starch | ||
| 淀粉颗粒形态Starch granule forms[16] | 多边形 | 圆形或卵圆形 |
| 淀粉颗粒直径Starch granule diameter/μm[16] | 5~20 | 10~100 |
| 直链淀粉/总淀粉Amylose/total starch/%[6,17] | 20~33 | 25~28 |
| 支链淀粉/总淀粉Amylopectin/total starch/%[6,17] | 67~80 | 72~75 |
1)常规营养成分和氨基酸含量数据引自 https://www.feedipedia.org,其中常规营养成分括号内数据为平均值。Data on contents of conventional nutrients and amino acids are cited from https://www.feedipedia.org, and data in parentheses for conventional nutrients are average values. 2)普通玉米淀粉中直链淀粉占比为25%~28%,糯玉米淀粉中直链淀粉占比为0~8%,高直链玉米淀粉中直链淀粉占比为50%~90%[17]。The proportion of amylose in common corn starch is 25% to 28%, that in waxy corn starch is 0 to 8%, and that in high amylose corn starch is 50% to 90%[17]. |
对于反刍动物来说,Offner等[9]认为马铃薯淀粉中瘤胃可降解比例比玉米淀粉高。Hindle等[10]使用瘘管牛进行体内消化试验证明了这个观点,发现马铃薯淀粉的瘤胃降解率为84.0%,玉米淀粉的瘤胃降解率为75.3%;同时,以尼龙袋法测定淀粉体外降解率,发现45 min内,马铃薯淀粉降解了40%,而玉米淀粉仅降解了7%。马铃薯淀粉在瘤胃中的降解速率为5.0~6.3%/h,而玉米淀粉在瘤胃中的降解速率为2.0~6.2%/h[10-12]。在蛋白质组成方面,马铃薯蛋白质具有较高的生物学价值(biological value,BV),如果将鸡蛋的BV为参照(100),那么马铃薯蛋白质的BV高达90,大豆蛋白质和其他豆类蛋白质的BV分别为84和73[13]。在氨基酸组成方面,马铃薯蛋白质相比于玉米蛋白质(赖氨酸∶蛋氨酸为3.69∶1 vs 0.91∶1)更能匹配反刍动物营养需要,是可以媲美豆粕和鱼粉的优质植物蛋白质源[14]。并且,在以山羊为模式动物的体外消化试验中,马铃薯蛋白质的可降解部分(90.3%)比大豆蛋白质(78.6%)和玉米蛋白质(61.2%)都要高[12]。综合来看,马铃薯含有丰富的碳水化合物、维生素和微量元素等营养成分,其副产物具有饲用的潜在营养价值[15]。
3 不同类型马铃薯副产物的来源及营养价值
3.1 马铃薯副产物产量概述
研究表明,植物副产物是畜牧业生产中重要的人类不可食用饲料资源,尤其是反刍动物可以通过瘤胃微生物有效利用植物副产物而不会影响生产性能和畜产品品质以及消费者的接受度。另外,一些植物副产物含有大量残留的生物活性化合物,例如维生素、不饱和脂肪酸和植物次级代谢产物。所以,目前对植物副产物在反刍动物生产中作为饲用功能的各种研究仍持续开展[18]。马铃薯副产物作为植物副产物的一类,出产规模不断扩大。现如今随着马铃薯工业化的不断发展,新兴马铃薯产品不断涌现,除了常见的淀粉、粉丝(条)以及粉皮等传统的加工品种外,还有薯条、薯片、薯泥和薯类膨化食品等半成品或预制品。随着各种马铃薯产品的生产,世界不同地区均有大量的副产物随之产生。Nelson[19]认为,仅2008年美国和加拿大就有430万t的马铃薯副产物,同时有数据显示马铃薯淀粉生产废渣率高达80%;日本仅淀粉生产行业每年就有10万t的马铃薯废渣出产[20];在墨西哥等一些国家,马铃薯副产物在马铃薯产品加工链中的比例可以达到37%[21]。我国华北地区马铃薯薯条加工产业迅速兴起,随之相继产生大量薯条副产物。据调查,生产生薯条时副产物比例高达70%[22]。据估计,马铃薯副产物的全球产量高达到8 100万t[23]。这些副产物含水量高,不宜贮藏,烘干则成本过高,一方面造成了资源的浪费,另一方面也对环境造成了极大的负担。以往马铃薯副产物的处置途径包括填埋、焚烧和堆肥,但是会造成包括污水排放、寄生虫和病原体暴露以及气味污染等问题[19]。目前,针对植物副产物利用有生产沼气、底物发酵、提取纤维以及饲料应用等几个方面[24]。
3.2 不同类型马铃薯副产物的特点及营养价值
不同部位和不同工艺所出产的马铃薯副产物营养价值有所差异,有再利用价值的副产物分为马铃薯藤叶、马铃薯皮渣、不规格薯块和马铃薯渣等4种。马铃薯藤叶为马铃薯地下块茎部分收获后,剩余的地上的藤秧和叶片部分,含有丰富的蛋白质[25]。在传统的马铃薯收获过程中,为了使更多的光合产物转运并积累到块茎中,同时使马铃薯表皮木栓化,降低收获因机械产生的损耗,提前杀秧已成为我国田间作业常见操作,大部分马铃薯秧会被当场遗弃或焚毁,造成环境污染和资源浪费[26]。马铃薯皮渣是指马铃薯经过蒸汽削皮工艺后的块茎表层果皮部分,在应用于饲料领域需要注意皮渣中龙葵素含量高于块茎中的问题[27]。除了作为能源和饲料,这些皮渣还被当作提取黄酮、生物碱等植物性活性因子的潜在来源[28]。不规格薯块是指因尺寸、形状、果皮残留而被淘汰的完整或不完整的马铃薯块茎,这其中还包括因低温、干旱和病虫害等原因导致的马铃薯生长状况不佳、质量不能匹配市场需求而滞销、浪费等问题的废薯块,与薯条产业副产物营养成分类似[29]。不规格薯块作为饲用时应注意表皮清洁、发青生芽和形状不一等实际问题。马铃薯渣包括干薯渣、湿薯渣和熟薯渣3种。干薯渣是指生产脱水马铃薯产品的副产物,这类产物通常有超过90%的干物质[27]。湿薯渣包括未脱水的废弃薯条薯片和淀粉废渣,前者多为经过蒸汽去皮、预加热、切削、筛分后不符合规格的生薯渣,后者是经过锉磨机锉磨成浆后经过旋转筛分离出的残余淀粉乳和纤维渣混合物。根据残余物组成成分差异,营养价值差异较大,这类产品含水量高、适口性差、不易储存,往往需要发酵后进行应用[27]。如果不能有效保存往往会造成能量方面高达40.6%~71.1%的浪费[30]。Okine等[31]使用鼠李糖乳杆菌和米根霉对马铃薯淀粉渣进行厌氧发酵,发现马铃薯淀粉渣在发酵后能够作为反刍动物饲粮中的优质能量来源。申瑞瑞等[32]使用马铃薯淀粉渣与大豆秸秆(25∶75)混贮并添加微生物制剂,发现植物乳杆菌秆对混贮饲料的发酵品质促进效果最好。也有研究认为,淀粉渣可以通过高温高压灭菌后进行膨化干燥从而延长保质时间[33]。熟薯渣通常指经过油炸后的马铃薯,一般都是薯条、薯片等加工产业在经过蒸汽去皮、预加热、切削、筛分和油炸后淘汰的规格不达标的副产物,这类产品有35%以上的干物质,同时比生薯渣有更高的脂肪含量(19%~27%),且脂肪酸组成差异较大;同时,考虑到加工过程中反式脂肪酸、丙烯酰胺污染残留问题,熟薯渣在反刍动物饲粮中的添加量受到一定限制[19,34]。不同来源马铃薯副产物营养价值对比见表2[34-41]。
表2 不同来源马铃薯副产物营养价值对比Table 2 Comparison of nutritional values of potato by-products from different sources |
| 项目 Items | 样品 来源 Sample sources | 干物质 DM/% | 有机物 OM/% DM | 粗蛋 白质 CP/% DM | 粗脂肪 EE/% DM | 中性洗 涤纤维 NDF/% DM | 酸性洗 涤纤维 ADF/% DM | 粗灰分 Ash/% DM | 淀粉 Starch/ % DM | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
生薯渣 Raw potato residue | 淀粉加工 | 22.1 | 6.0 | 0.8 | 9.5 | 5.7 | 6.2 | 38.2 | [35] | |
| 薯条生产 | 21.40 ±0.87 | 8.45 ±0.36 | 1.44 ±0.13 | 5.01 ±0.15 | 2.53 ±0.23 | 2.02 ±0.05 | 79.56 ±0.73 | [36] | ||
熟薯渣 Cooked potato residue | 薯条生产 | 22.6 | 9.7 | 5.0 | 28.2 | 3.2 | 54.7 | [34] | ||
| 薯条生产 | 37.2 | 8.2 | 19.8 | 25.4 | 1.8 | 38.3 | [34] | |||
马铃薯皮渣 Potato peel residue | 淀粉加工 | 16.5 | 10.8 | 0.6 | 33.8 | 25.1 | 49.8 | 0.5 | [35] | |
| 12.6 | 9.7 | 0.9 | 8.5 | 21.3 | [37] | |||||
不规格薯块 Irregular potato pieces | 市场废弃 | 19.7 | 9.9 | 3.0 | 4.3 | 8.8 | 66.8 | [38] | ||
| 农场收获 | 18.00 ±0.74 | 94.70 ±0.13 | 10.00 ±0.86 | 6.10 ±1.39 | 3.70 ±0.13 | 61.00 ±0.82 | [39] | |||
马铃薯藤叶 Potato vines and leaves | 农场收获 | 79.2 | 14.7 | 4.3 | 45.1 | [40] | ||||
| 农场收获 | 14.0 | 19.6 | 4.8 | 37.3 | 25.1 | [41] |
4 马铃薯副产物在反刍动物生产中的应用
4.1 马铃薯藤叶饲料的制作及在反刍动物生产中的应用
水分含量过高是限制新鲜植物藤叶如马铃薯藤叶等饲用的最主要因素,需要对其进行青贮或者干燥处理后作为能够长期储存的饲料原料进行饲喂应用。国内外学者对马铃薯在收获后废弃藤叶的处理方式有所关注。目前,马铃薯藤叶的处理方案包括堆肥还田、能源化处理、提取功能性成分和制作饲料等[42-43]。韦国杰等[44]探索了不同萎蔫时间对青贮马铃薯茎叶品质的影响,发现刈割后3 d内完成青贮效果最佳,同时需要添加吸收剂以校正水分。侯鹏霞等[45]在不同时间刈割马铃薯藤叶,综合马铃薯产量、淀粉质量分数以及藤叶产量等指标,发现在降霜前10 d左右刈割马铃薯藤叶能够有效保证将其作为青贮原料的产量及品质。由于马铃薯藤叶中可溶性碳水化合物含量较低,水分含量较高,同时缓冲能值较高,因此单独青贮难度较大[46]。目前研究大部分集中在马铃薯藤叶与其他易发酵底物混合或添加发酵剂进行青贮。早在20世纪70年代,Nicholson等[47]使用5%大麦、0.5%麦芽和20%干草与经过萎蔫后的马铃薯秧制成青贮饲料。Babaeinasab等[48]探究了糖蜜和乳酸菌对马铃薯藤叶与小麦秸秆(57∶43)混合青贮的效果,发现该混合比例能够稳定发酵,而单独添加糖蜜和联合添加乳酸菌与糖蜜能够提高青贮饲料中粗蛋白质、乳酸和乙酸含量,并且提高体外发酵中的有机物消化率,从而提高发酵质量。Guo等[49]发现,将米糠和玉米以不同比例单独或联合与马铃薯藤叶混合进行混贮,可以改善其发酵特性,相比于全株玉米青贮,可以提高能氮利用并且降低体外发酵中甲烷的产生。阿卜杜赛米江·阿不都克里木等[50]使用晾晒后的马铃薯藤叶(水分含量70%左右)进行厌氧发酵,发现添加5%玉米粉或添加5%玉米粉+乳酸菌可以提高马铃薯藤叶青贮的发酵效果和感官质量。Noordar等[51]认为,将10%糖蜜和4%尿素与马铃薯藤叶进行混合青贮,可以最大限度地提高其发酵性能指标。另外,国内学者使用不同比例甜高粱(90%最佳)、豌豆秸或胡麻秸(83%最佳)和全株燕麦(70%最佳)等粗饲料与马铃薯藤叶进行混合青贮,均得到了理想的结果[52-54]。
Malecky等[40]分别使用干马铃薯藤叶和青贮马铃薯藤叶替代育肥羊饲粮中的苜蓿,发现可以降低血清葡萄糖、胆固醇、甘油三酯和白蛋白含量,但是对生长性能和营养物质消化率无显著影响,其中使用青贮马铃薯藤叶替代育肥羊饲粮中15%的苜蓿效果最佳。Deng等[43]和Zhang等[55]使用马铃薯藤叶作为原料制作了2种青贮,分别是马铃薯藤叶与全株玉米混合青贮(50∶50)和马铃薯藤叶与稻草、玉米粉混合青贮(75∶15∶10),随后将其饲喂安格斯育肥牛,发现与饲喂全株玉米青贮相比,马铃薯藤叶混贮对肉牛生长和消化均没有造成负面影响,并且能够降低甲烷产量。综合来看,马铃薯藤叶混贮能够替代反刍动物饲粮中不超过20%的粗饲料而不会对机体产生负面影响。不过,由于新鲜马铃薯藤叶中存在龙葵素,同时受限于刈割工艺,马铃薯藤叶中泥沙含量较高,在使用过程中需要注意龙葵素的降解程度和饲料粗灰分含量对反刍动物消化代谢的影响。
4.2 马铃薯渣在反刍动物生产中的应用
早在20世纪中叶便有学者研究过马铃薯粉在反刍动物饲粮中的应用效果[56]。Zunong等[57]认为,在放牧模式的奶牛饲粮中补饲马铃薯渣能够通过提高乳腺中的Δ9-去饱和酶活性从而提高牛奶中共轭亚油酸的含量。Eriksson等[39]发现,使用生马铃薯替代泌乳期奶牛饲粮中20%的大麦,能够增加瘤胃微生物蛋白的产生;但是马铃薯的高水分含量会通过稀释能量密度从而限制奶牛的采食量,部分奶牛难以接受饲粮中超过25%的切碎马铃薯[58]。而在奶牛饲粮中对比马铃薯淀粉和小麦淀粉对动物的影响时发现,马铃薯替代小麦超过30%时可以显著提高乳脂率,同时不会对采食量和产奶量造成负面影响[59]。但也有学者认为,使用湿马铃薯渣替代成年荷斯坦奶牛饲粮中的精料时,在12%替代量时产奶量最高,而替代量达到24%时,干物质采食量(DMI)和产奶量均有所下降[60]。研究表明,使用煮熟的马铃薯或者油炸的马铃薯替代泌乳期奶牛饲粮中50%的大麦能够通过提高淀粉的糊化程度,从而提高动物对淀粉的利用率,并且刺激反刍和唾液分泌,进而提高泌乳性能[34]。研究者们对乳脂变化的分歧可能是受到马铃薯渣脂肪酸组成的影响,这也是马铃薯副产物质量不稳定的体现[61]。
在肉牛方面,Nicholson等[62]认为在18月龄海福特牛饲粮中使用40%干薯渣等量替代燕麦会产生更高的饲料效率。Busboom等[63]分别以大麦和玉米为基础,对比不同水平薯渣替代谷物对肉牛生长性能的影响,结果显示10%薯渣替代玉米会获得最佳增重效果。Duynisveld等[64]发现,随着薯渣替代量的上升,肉牛DMI有下降的趋势,这可能是由于薯渣水分较高和适口性较差的原因;使用40%薯渣替代时肉牛平均日增重(ADG)和屠宰率最高,这可能由于试验牛消化道由于饲粮水分含量上升从而受到了更充分的填充所致。而近期研究表明,分别使用25%、50%和75%湿薯渣替代育肥后期安格斯公牛饲粮中的玉米,随着湿薯渣替代比例的提升,生长性能会受到营养物质表观消化率和瘤胃微生物组成的影响而降低,但是经济效益大大提高[36]。国内有使用干薯渣部分替代玉米粉进行肉牛的饲喂试验,田莹俏等[65]认为2%的干薯渣可以替代新疆褐牛饲粮中等量玉米颗粒;王占林等[66]认为以5%薯渣等量替代玉米粉在饲喂效果和经济效益上均能产生积极影响;张兵战[67]认为在育肥牛饲粮中以15%~30%的薯渣替代谷物不会对其增重产生影响,并且更具有经济可行性。在牛肉品质方面,以往从业者和消费者通常认为,饲喂马铃薯及其副产物会使牛的肉质变得更软、水分更多、风味更差而不被市场青睐,但是目前的数据并不支持这一理论[68]。Busboom等[63]认为,饲喂20%以下薯渣对牛肉脂肪酸组成等肉品质指标均无显著影响,主观评价方面显示添加薯渣会对牛肉风味有一定的正向作用。Pen等[69]也指出,使用马铃薯渣饲喂荷斯坦阉牛会提高肌肉多不饱和脂肪酸含量。Radunz等[70]认为,牛肉的剪切力、多汁性、风味和总体可接受程度随着马铃薯渣添加量的上升有三次变化的趋势,不过在肉质分级上最少有64%及以上机会的优质肉块。
4.3 其他马铃薯副产物在反刍动物生产中的应用
由于马铃薯皮在提取酚类化合物和生物碱领域潜力巨大,同时可以用来生产乙醇和沼气,所以在畜牧领域尤其是反刍动物生产应用较少[74]。少量研究评估了马铃薯皮渣在育肥猪饲粮中作为纤维来源的添加效果[75]。李明威等[76]使用马铃薯皮渣与玉米秸秆(66∶33)混贮后以50%和100%的比例替代肉牛饲粮中的全株玉米青贮,发现能够提高动物抗氧化能力、降低饲料成本,同时不会对生长性能造成负面影响。Froidmont等[77]对比了马铃薯浓缩蛋白与豆粕在比利时蓝牛饲粮中的添加效果,发现饲喂马铃薯浓缩蛋白会降低瘤胃氨态氮含量,并且不会影响氮沉积。Nkosi等[78]分别使用同型发酵和异型发酵青贮菌剂对马铃薯泥与麦麸(70∶30)进行混贮并使用美利奴羊进行消化试验发现,异型发酵可提高饲料的好氧稳定性和发酵成功率,并提高瘤胃丁酸和氨态氮含量以及粗蛋白质和总能消化率。有研究使用马铃薯渣、酱油饼、豆腐渣及面条废料等食品工业副产物与商品精料混合青贮,并且通过饲喂试验发现,该混贮饲料能够提高绵羊营养物质表观消化率[79-80]。
5 马铃薯副产物应用注意事项
在实际生产中,马铃薯植株的所有部位,尤其是叶、花、表皮以及高代谢活性部位(芽眼、绿皮、芽、茎)都存在高含量的龙葵素,块茎中龙葵素的含量较少,而且马铃薯在发芽、变绿、溃烂后龙葵素会加速产生,食入过量会对单胃动物有毒害作用。欧洲食品安全局将摄入1 mg/kg BW及以上作为龙葵素摄入过量的阈值,急性中毒会导致呕吐、腹泻、意识模糊甚至死亡等风险[84]。目前,龙葵素对反刍动物的负面影响尚存在争议,有研究认为这种生物碱在反刍动物生产中危害性不强,瘤胃微生物能够将其降解为毒性不大的茄啶,使用含有88~295 mg/100 g龙葵素的马铃薯藤叶青贮饲料喂养山羊并没有对动物健康造成负面影响[47,85]。另外,在育肥羔羊饲粮中用干马铃薯藤(龙葵素含量170 mg/100 g)和青贮马铃薯藤(龙葵素含量54 mg/100 g)代替苜蓿没有对其生长性能和健康情况造成影响[40]。但是,也有报道称食用马铃薯果皮和芽的动物有出现瞳孔放大、踉跄颤抖、抽搐腹泻甚至死亡等现象[19]。综合来看,虽然目前没有针对饲料中龙葵素含量的标准,但是建议在储存马铃薯副产物时应避免阳光直射,同时防止物理对表皮造成损伤,有条件的话及时进行青贮,避免产生或者最大限度降解龙葵素[43]。
亚急性瘤胃酸中毒是反刍动物常见的消化道疾病,与淀粉含量、瘤胃降解速率以及物理有效纤维等多种营养因素密切相关。NASEM研究表明,围栏育肥牛饲粮中如果有超出90%的非粗料成分时,酸中毒风险会显著提高,在使用马铃薯副产物作为反刍动物能量饲料来源时,鉴于其营养价值的高度可变性,需要提前检测其淀粉含量[86]。前文提到生马铃薯淀粉相比玉米淀粉瘤胃可降解比例更高、降解速率更快,这可能会提高瘤胃酸中毒发生的比例。另有研究表明,马铃薯淀粉(57.0~59.7 ℃)比玉米淀粉(62.3~65.7 ℃)开始糊化的温度要低[87]。而通过不同水热作用方式进行加工的玉米淀粉糊化程度不同,蒸汽压片玉米的淀粉糊化程度相比于干碾压玉米和整粒玉米要高,这也会带来更高的瘤胃降解速率[88]。虽然还没有直接证据表明淀粉糊化程度与体内消化的关系,但是Blasel等[89]认为淀粉糊化程度可以用来评估反刍动物饲粮中玉米和玉米青贮的淀粉消化潜力差异。多种马铃薯副产物都涉及蒸煮、油炸等加热方式,而不同工艺会导致马铃薯副产物存在不同含量、不同程度的糊化淀粉,在饲喂反刍动物尤其是替代玉米等能量饲料时应进行评估,防止淀粉糊化程度过高导致潜在的瘤胃酸中毒风险[90]。
另外,在使用马铃薯副产物作为反刍动物饲料时,还需要注意霉菌毒素、寄生虫和薯块大小等问题。动物饲料尤其是果蔬副产物在潮湿、温暖的环境里极易滋生黄曲霉毒素、呕吐毒素和赭曲霉毒素等霉菌毒素[91]。在没有经过干燥处理之前,大部分马铃薯副产物都存在含水量过高的问题,如若储存不当会产生大量霉菌毒素,如果反刍动物长期食用被霉菌毒素污染的饲料,它们的生长、发育和繁殖能力均可能会受到影响[92]。另有报道称,使用马铃薯副产物与绦虫引起的牛囊尾蚴有关,Yoder等[93]指出,当牛群停止摄入含有马铃薯副产物的饲粮后,囊尾蚴虫病的患病率显著下降,这表明马铃薯副产物可能是寄生虫卵的传播媒介,特别是在美国太平洋西北部各州,建议饲喂生马铃薯副产物要进行巴氏杀菌或者厌氧发酵才能有效杀灭虫卵[27]。Sadq等[34]指出,使用熟薯渣可以改变奶牛全混合日粮的颗粒分布进而影响动物的采食行为。并且,Bradshaw[94]指出,使用完整马铃薯块茎尤其是冬季时,块茎被完全冻硬而难以咀嚼,有可能会增加牛窒息的风险。因此,需要关注马铃薯块茎的大小对反刍动物采食的影响,在饲喂之前将马铃薯切碎或者切片,另外通过食槽栏杆保证牛在采食时能够保持低头。
6 小结
在全球粮食安全、“人畜争粮”问题的大背景下,在畜牧业尤其是反刍动物生产中应用农副产物意义重大。近年来,马铃薯及其副产物产量巨大且逐年增加,这些副产物中含有丰富且优质的淀粉和蛋白质等营养成分,可以根据其分类和营养价值作为反刍动物饲料原料来源。马铃薯副产物在反刍动物饲粮中的具体使用量受限于营养成分的差异无法确定,需要结合实际情况综合判定。同时,在使用马铃薯副产物时需要注意龙葵素、霉菌毒素、寄生虫和物理性状等问题。综合来看,适量应用马铃薯副产物不会对反刍动物生产性能和畜产品品质造成负面影响,同时能够降低饲料成本,提高牧场经济效益。