动物营养学报    2019, Vol. 31 Issue (3): 994-1000    PDF    
籽用南瓜副产物用作反刍动物饲料的可行性分析
李洋, 么恩悦, 张广宁, 张永根     
东北农业大学动物科学技术学院, 哈尔滨 150030
摘要: 籽用南瓜是以种子作为主要食用器官或加工对象的南瓜类总称,属于葫芦科南瓜属。我国籽用南瓜种植面积和总产量均居世界第一,每年产生大量籽用南瓜副产物,主要包括籽用南瓜果肉、南瓜籽油、南瓜籽饼粕和南瓜籽皮等。本文综述了不同籽用南瓜副产物的营养价值特性和应用现状,并结合副产物中营养成分的特点阐述了籽用南瓜副产物的生物学作用,为合理科学地利用该副产物提供理论基础和指导意义。
关键词: 籽用南瓜副产物     反刍动物     可行性分析    
Feasibility Analysis of By-Products of Seed Pumpkin as a Feedstuff Source for Ruminants
LI Yang, YAO Enyue, ZHANG Guangning, ZHANG Yonggen     
College of Animal Science and technology, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
Abstract: Seed pumpkin is a general term for pumpkin seeds as the main edible organ or processing object, belonging to the gourd family, Cucurbita. China now ranks as the first in the world for planting area and gross production of seed pumpkin, and a large number of by-products of seed pumpkin are produced annually, including flesh of seed pumpkin, pumpkin seed oil, pumpkin seed cake or meal and pumpkin seed coat. This paper summarized the nutritional value characteristics and application status of different by-products of seed pumpkin. And the biological effects of by-products of seed pumpkin were described in combination with the characteristics of nutrients in by-products, which provided a theoretical basis and guiding significance for using by-products of seed pumpkin scientifically and reasonably.
Key words: by-products of seed pumpkin     ruminant     feasibility analysis    

近年来,由于国际奶业的冲击、进口苜蓿价格上涨、饲料转化率低、饲养成本高等原因,我国奶业正处于“微利时代”。奶牛养殖效益的急剧下滑使得我国奶业长期处于低迷、困难的局面。为解决这一难题,我国应大力推行科学饲养,助力畜牧业节本增效,并加强非常规饲料的开发和利用,运用科学评估,合理利用新型饲料资源降低饲养成本,实现我国奶业的可持续发展,提高我国奶业的竞争力。

籽用南瓜是以种子作为主要食用器官或加工对象的南瓜类总称,属于葫芦科南瓜属,属一年生草本植物。从植物学分类上,中国种植的籽用南瓜分为印度南瓜、美国南瓜和中国南瓜。我国是世界上最重要的南瓜籽生产和出口国之一,种植面积和总产量均居世界第一,主要种植地区集中在黑龙江省、新疆维吾尔族自治区、甘肃省、吉林省、内蒙古自治区和云南省等省区,年总产量可达30万~50万t[1]。籽用南瓜主要用于南瓜籽的提供,可用于食品、炼油等[2]。因此,每年产生大量籽用南瓜副产物,主要包括籽用南瓜果肉、南瓜籽皮、南瓜籽油、南瓜籽饼粕等(图 1)。大量副产物利用不充分,就地堆放或者直接焚烧会导致严重的环境污染,并且造成资源浪费。因此,深入了解不同籽用南瓜副产物的营养特性和功能作用,通过不同加工手段或处理方法,使得籽用南瓜副产物得到充分利用,可以最大程度地降低环境污染,丰富我国饲料资源库,做到节本增效,降低饲养成本,提高奶业竞争力。

图 1 籽用南瓜加工流程图 Fig. 1 Process sequence graph of seed pumpkin[3]
1 籽用南瓜果肉 1.1 营养特性

近年来,籽用南瓜产业愈发受到重视,种植面积、总产量和出口量日益增长。但是,籽用南瓜产业综合开发普遍落后,人们对籽用南瓜的副产物认识不足,利用程度很低,造成了宝贵饲料资源的浪费。以籽用南瓜果肉为例,由于籽用南瓜的果肉中可溶性糖和淀粉等成分含量相对偏低,口感不好,因此,瓜农在南瓜成熟以后并不及时采收,而是让南瓜在地里自然成熟、瓜肉腐烂,这样便于直接取得瓜籽,同时弃掉瓜肉,造成籽用南瓜果肉资源的浪费,同时,影响瓜农收益,造成环境污染。因此,为了充分发挥当地饲料资源优势,提高籽用南瓜种植经济效益,深化相应产品的加工,需要全面了解籽用南瓜果肉等副产物的营养价值,为综合利用副产物提供充足的数据基础。

籽用南瓜果肉包括南瓜皮和南瓜肉,由于皮瓤分离技术复杂费事,因此可将南瓜皮和南瓜肉同时利用,节省大量的人力、物力。籽用南瓜果肉含有一定量的淀粉、可溶性糖、果胶、蛋白质、纤维素、氨基酸以及矿物质和维生素等,但不同品种间存在一定差异(表 1)[4]。因此,在制作反刍动物饲粮配方时,应实测不同品种、批次籽用南瓜的营养价值,做到配方的精准配制。

表 1 不同品种籽用南瓜果肉的营养成分含量 Table 1 Nutritional contents of different kinds of seed pumpkin flesh

作为籽用南瓜果肉的主要营养成分,淀粉和糖的有效利用是非常重要的。糖类物质为反刍动物机体提供能量,是构成物质代谢的基础和细胞代谢的能量来源。反刍动物的能量饲料以玉米为主,大量的淀粉摄入在为反刍动物提供泌乳能量的同时,也容易引起瘤胃酸中毒。籽用南瓜果肉中淀粉含量为5%~10%,果胶含量为0.57%~2.03%,高于富含果胶的胡萝卜[1]。而对于反刍动物来说,果胶能够有效地改善瘤胃功能,提高瘤胃内容物的黏度,在瘤胃pH降低时会减慢瘤胃发酵速度,减少瘤胃产酸量,从而减少瘤胃酸中毒的发生。同时,果胶的解毒作用能够消除反刍动物体内的细菌和重金属毒性[1]

籽用南瓜果肉中蛋白质含量的研究已多有报道,吴素玲等[5]的研究指出,籽用南瓜果肉的蛋白质含量为8.53%~15.68%。由于籽用南瓜果肉干物质含量降低,因此,蛋白质含量相对较低。但是,对于反刍动物饲粮配方而言,籽用南瓜果肉中的蛋白质能够与粮食类食物蛋白质形成互补作用,从而提高粮食类蛋白质的营养价值[1]。籽用南瓜果肉中含有反刍动物所需的绝大多数氨基酸以及赖氨酸、亮氨酸、苏氨酸等人体必需氨基酸[6]。其中,籽用南瓜皮所含有的氨基酸种类就有18种之多,亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸含量最为突出,并且丝氨酸、谷氨酸、精氨酸等在非必需氨基酸种类中的含量较高[7]。因此,籽用南瓜果肉的补充能够有效维持反刍动物饲粮中氨基酸的平衡。籽用南瓜果肉中还有209 mg/kg的瓜氨酸[8]和丰富的南瓜籽氨酸[9],这2种成分具有清除动物体内的自由基、提高免疫力、维持胆固醇水平[10-11]和驱除绦虫和血吸虫[12]的作用,对于反刍动物的机体健康具有积极的影响。

籽用南瓜果肉中钾、钙、镁等矿物质元素含量较丰富,另外,还富含硒、锌等微量元素。β-胡萝卜素等维生素含量高于胡萝卜和菠菜[13]。由于硒是谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分,因此,籽用南瓜果肉的摄入可能提高反刍动物机体的免疫力,降低体细胞数,控制隐性乳房炎的发生[14]。南瓜果肉中的锌可以有效预防奶牛肢蹄病的发生[15]。而籽用南瓜果肉中含有的维生素A前体β-胡萝卜素能够提高反刍动物机体的免疫力、抗氧化能力,增加黄体内类固醇含量,缩短产后首次发情时间,降低卵巢囊肿,提高受胎率[16]

除了营养成分含量丰富外,籽用南瓜果肉还含有多糖、生物碱和葫芦巴碱等功能性成分。南瓜多糖具有降糖、降脂[17]、降胆固醇[18]等作用,能够通过增加胰岛细胞增殖,抑制细胞凋亡,促进胰岛素分泌,从而实现降糖作用[19-20],减少反刍动物酮病的发生,对反刍动物健康和生产性能的提高有重要意义。

1.2 加工方式和应用现状

籽用南瓜果肉水分含量很大,且适口性差,饲喂过程中难以保存,自然条件下3 d左右就会腐烂,失去饲喂价值。因此,籽用南瓜果肉通常采用冷冻保鲜、晾晒烘干和混合发酵等方式制作反刍动物饲料。

保鲜和冷冻是长期保存籽用南瓜果肉的有效方式,且不影响营养成分,饲喂时融化即可。但是,作为反刍饲料大批冻存会浪费大量空间、电力,且多数牧场难以实现。

将籽用南瓜果肉晾晒和烘干至安全水(13%)是长期保存该饲料的有效手段。但是,晾晒所需时间较长,受天气影响明显,发霉变质常见,导致营养价值损失。烘干耗费大量能量,成本高,且营养成分随水分蒸发损失。

通过微生物发酵的方式长期保存水分含量高的糟渣类饲料是一种较常见的方式[21-23]。对于高水分含量的籽用南瓜果肉,可以添加廉价、低水分的饲料原料来平衡多余的水分,以保证发酵条件和质量。混合发酵的原料可选择具有地域特色的、大宗的、水分较低的廉价饲料。陈艳君等[24]将内蒙古地区盛产的葵花盘与籽用南瓜壳混合青贮发酵也取得了良好的发酵效果。

结合上述研究,籽用南瓜果肉产量大、营养丰富、功能性作用广泛,是一种宝贵的反刍动物饲料资源。籽用南瓜果肉营养成分的准确分析,利用现代微生物技术生产反刍动物饲料是解决籽用南瓜果肉这一副产物的有效手段和方法,其添加量和饲喂效果则有待进一步研究。

2 南瓜籽油 2.1 营养特性

南瓜籽油是籽用南瓜的主要副产物之一,是南瓜籽经过物理压榨或化学浸提得到的植物液体油。南瓜籽油含有丰富的不饱和脂肪酸,如亚麻酸、亚油酸等。此外,南瓜籽油还富含磷脂、植物甾醇、生育酚、维生素和氨基酸,以及丰富的锌、镁、钙和磷[25],其中生育酚含量较高,α-生育酚和γ-生育酚含量分别是2~91 mg/kg和41~620 mg/kg[26]。因此,南瓜籽油具有很强的抗氧化、免疫调节、解毒、抗炎和血糖调节能力[27-29]。南瓜籽油中还含有一种可称为男性荷尔蒙的活性生物触媒剂成分,能够消除前列腺的初期肿胀,对泌尿系及前列腺增生具有良好的治疗和预防作用[30]

对于南瓜籽油而言,其优秀的抗氧化性能和免疫提高作用是非常值得深入研究和应用的。Seif[31]研究发现南瓜籽油中的天然成分(不饱和脂肪酸、植物甾醇、类胡萝卜素、维生素A和维生素E)能够缓解酒精引起的大鼠肝损伤和氧化应激,明显改善血液生化指标。程红娜等[32]也证明了南瓜籽油对大鼠有显著降低血脂和抗氧化作用,显著提高了大鼠血清的抗氧化酶活性。Eraslan等[27]建立霉菌毒素模型,通过大鼠灌胃试验证明了南瓜籽油能够减弱黄曲霉毒素引起的大鼠负面影响。以上作用对反刍动物机体的健康和生产性能的提高意义重大,非常值得深入研究。

2.2 应用现状

南瓜籽油在反刍动物中的应用研究报道较少,主要集中在犊牛和泌乳牛免疫能力的提高和产后恢复方面。已有研究证明,将南瓜籽油直接加入初乳中饲喂犊牛能够提高犊牛的平均日增重、血清杀菌活性、溶菌酶活性、血清总蛋白含量、肠道中各种消化酶活性[33]。而南瓜籽油在泌乳牛中的研究证明其能加快奶牛产后子宫恢复,提高受胎率。且南瓜籽油对奶牛阴道炎和宫颈炎也有治疗效果,可加速阴道和宫颈的创面愈合。

南瓜籽油营养价值高,功能多样,将南瓜籽油的多种生物学功能转移到反刍动物及其产品中是很有意义的,因此,未来南瓜籽油在反刍动物中的应用及其作用机制需要进一步研究。

3 南瓜籽饼粕 3.1 营养特性

南瓜籽饼粕是南瓜籽油加工的副产物,是一种优质的蛋白质资源。随着南瓜籽油产量不断增大,南瓜籽饼粕的产量也逐年增加,其综合利用也亟待解决。提油后的南瓜籽饼粕中的可利用资源主要包括残存的脂肪、磷脂、蛋白质等。作为南瓜籽饼粕中的主要成分,蛋白质是植物油饼粕类资源中研究比较集中的物质,是南瓜籽饼粕综合开发利用的重点。

南瓜籽饼粕的蛋白质含量普遍达到40%以上。文献指出,作为极具潜力的反刍动物饲料,南瓜籽饼粕的蛋白质含量要高于豆粕[34],其中,含有包括南瓜籽氨基酸在内的17种氨基酸,完全满足人体所需的必需氨基酸种类和组成模式,是一种优质的植物蛋白质资源[35]。南瓜籽饼粕不仅营养价值高,而且其中的蛋白质还具有降血糖[36]、抗氧化[37]和诱导肿瘤细胞凋亡的作用。因此,南瓜籽饼粕不仅可以作为优质的蛋白质饲料使用,还可以在反刍动物生产过程中发挥其特有的功能性作用。并且,与棉籽粕含有的棉酚和菜籽粕含有的硫甙衍生物、植酸等有毒物质不同,南瓜籽饼粕不含对动物机体有害的成分,更安全,有着更为广阔的开发前景[38]

3.2 应用现状

南瓜籽饼粕作为反刍动物优质蛋白质饲料的研究已有报道,但是在我国应用不多。自从欧洲禁用动物性来源饲料以来,人们就已经开始采用植物蛋白质饲料来替代动物蛋白质饲料,出现通过热处理来提高棉籽粕或菜籽粕蛋白质的过瘤胃率,从而南瓜籽饼也逐渐走进了人们的视野。Klir等[39]研究发现,采用南瓜籽饼完全替代奶山羊饲粮中的昂贵的豆粕不仅不会降低产奶量,而且能够从人类健康和商业价值角度出发大幅改变乳中的脂肪酸组成。因此,南瓜籽饼粕对奶牛生产性能和机体健康的影响还有待研究,有助于我国充分利用该优质饲料原料。

4 南瓜籽皮

目前,对南瓜籽皮的研究未见报道。南瓜籽皮是南瓜籽经浸泡、脱皮、晾晒之后得到的南瓜种子外皮。南瓜籽皮属于短纤维粗饲料,本实验室测得南瓜籽皮的营养成分见表 2,发现南瓜籽皮的营养成分较丰富,粗蛋白质含量优于羊草和秸秆,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量与其类似[40-41]。但是南瓜籽皮24 h干物质和粗蛋白质瘤胃消失率只有34.44%和35.57%,与羊草、玉米秸秆接近[41]。因此,在未来应用中,可以考虑将南瓜籽皮作为低质粗饲料搭配其他粗饲料使用,降低饲养成本。

表 2 南瓜籽皮的营养成分(干物质基础) Table 2 Nutritional contents of pumpkin seed coat (DM basis)
5 籽用南瓜副产物的生物学作用机制

籽用南瓜副产物(籽用南瓜果肉和南瓜籽油)的生物学作用主要取决于其含有的活性成分。例如,籽用南瓜果肉中含有的瓜氨酸是其发挥抗氧化和免疫提高作用的关键。瓜氨酸为α氨基酸,是一种非蛋白氨基酸,从鸟氨酸及胺基甲酰磷酸盐在尿素循环中生成,或是通过一氧化氮合酶(NOS)催化精氨酸生成一氧化氮(NO)的副产物[42]。瓜氨酸能替代精氨酸并促进动物生长,并且在细胞代谢和调节器官功能方面具有重要作用,能够调节蛋白代谢、清除自由基,被认为是肠道和肾脏功能的标志物之一[42]。药代动力学表明,与补充精氨酸相比,补充瓜氨酸可以获得更多的内源性精氨酸,从而提高精氨酸浓度,合成更多的NO[43-44]。而NO作为一种重要的信号分子器和神经递质,参与了动物机体99.9%的疾病与免疫,作用于免疫系统、中枢神经系统、血液循环系统和泌尿生殖系统。瓜氨酸本身也能够降低小鼠体内促炎因子(γ-干扰素)水平,提高肠液中可溶性免疫球蛋白水平,从而改善其免疫功能[45]

植物甾醇是南瓜籽油的主要活性物质之一,具有良好的降血脂和抗氧化性作用,广泛应用在食品、医药、化妆品、动物生长剂等领域,对预防和治疗心脑血管疾病和癌症有明显效果。植物甾醇在各种食品中含量不一,但广泛存在于各种油脂中。研究证明,植物甾醇具有降低血清胆固醇含量、提高抗氧化酶活性和免疫器官相对重量的作用[46],能够沉淀小肠中的胆固醇,使其难以溶解而不能吸收;植物甾醇通过置换肠腔中胆汁酸微胶束(主要由胆汁盐和磷脂组成)所溶解的胆固醇,使之不能经此形式被运送至小肠微绒毛的吸收部位,在小肠微绒毛膜吸收胆固醇时与之相互竞争,阻碍胆固醇的吸收,起到降胆固醇的作用[47]。并且,南瓜籽甾醇对自由基有较好的清除能力,与维生素C和为维生素E具有良好的抗氧化协同能力,显著抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌等致病菌,说明南瓜籽植物甾醇可以用作食品中的天然抗氧化剂[48]

籽用南瓜副产物中含有的维生素A、维生素E和硒等微量元素,都参与了动物机体抗氧化酶的合成和机体炎性因子水平的调节,从而发挥抗氧化和免疫作用[49]。因此,深入了解籽用南瓜副产物的生物学作用机制有助于更加明确的使用该饲料,使其生物学作用得到充分的发挥。

6 结论

综上所述,籽用南瓜副产物种类多样,营养丰富,且作用和特点不同,不仅可以作为反刍动物饲料原料,降低生产成本,避免资源浪费和环境污染,而且利用其含有的生物活性成分发挥益生作用,在用作反刍动物饲料方面具有很好的可行性。

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