随着我国人民生活水平大幅度提高,人们对动物产品的数量需求和质量要求均呈刚性增长。畜牧业的迅速发展造成人畜争粮局面,针对这一难题,我国大力推行精准营养、科学养殖、发展节粮型畜牧业,以保障畜牧业健康可持续发展。同时,集约化饲养模式下动物饲养密度较高,导致动物的氧化应激显著提高。开发和应用绿色、功能性饲料原料是无抗养殖时代保障动物健康和畜产品品质的重要途径。
沙棘(Hippophae rhamnides L.)又名酸柳、酸刺,属于胡秃子科沙棘属,为落叶性灌木。我国是世界上沙棘资源最丰富的国家,占全世界沙棘总面积的99%以上[1]。近年来,我国人工栽培沙棘的面积又进一步扩大。沙棘具有耐干旱、耐贫瘠、耐盐碱、耐热、耐寒等特点,广泛分布在我国内蒙古、新疆、西藏、青海、陕西、山西、河北等20多个省区,是一种能够防风、固沙、保持水土的生态树种[2]。沙棘果营养价值极高,富含多种维生素、必需氨基酸、黄酮类化合物,具有抗氧化、抗衰老、抗辐射、抗癌等功能,被广泛应用在食品、化妆品、保健品和医药工业等方面[3-4]。沙棘果渣是沙棘果榨汁后的残渣,约占沙棘果鲜重的20%。沙棘果渣由果皮、种子、残余果肉等组成,含有丰富的碳水化合物、维生素、矿物质、脂肪、蛋白质及抗氧化物质[5-6]。在20世纪90年代,不少学者就开始了沙棘果渣开发和利用的相关研究,但目前沙棘果渣的利用率仍然较低,一部分被用于提取功能性成分(主要是黄酮),一小部分被用作饲料,还有较大一部分直接被废弃,不仅造成了资源的严重浪费,还产生了较大的环保压力。因此,本文主要通过阐述沙棘果渣的营养特点及其作为功能性饲料对动物健康、生产性能、畜产品品质的影响,以期为沙棘果渣作为功能性饲料的开发和应用提供科学指导。
1 沙棘果和沙棘果渣中的生物活性成分据报道,沙棘果中的活性成分多达190多种,主要包括黄酮类化合物、有机酸、鞣质和多酚类化合物等[7-8]。黄酮类化合物是沙棘果中的主要功能性成分,且含量最高,目前已经分离鉴定出的黄酮类化合物有30余种[9]。沙棘果中的黄酮类化合物对动物机体代谢特别是脂代谢具有重要调节作用,能够降低血液中胆固醇和甘油三酯的水平,有效调节机体的体液免疫和细胞免疫,提高动物的生产性能和产品品质[6, 10]。沙棘果中还含有4%左右的有机酸成分,包括苹果酸、柠檬酸、草酸、酒石酸和琥珀酸[9]。有机酸可以通过改善饲料适口性、提高消化酶活性、改善消化道机能来提高畜禽对营养物质的利用率[11];前人研究发现有机酸可以调节消化道菌群、改善消化道微生态,从而提高动物机体的抗应激能力和免疫力[12-13]。鞣质(丹宁)属于多酚类化合物,沙棘中的鞣质主要分布在叶片中,果实中约含0.1%,具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、调节血糖和血脂等多种生物学功能[14]。沙棘果榨汁后剩余的果皮、果肉、种子中仍然保留有一部分生物活性成分,对改善畜禽生产性能和调节机体代谢具有重要作用。
2 沙棘果渣的加工方式及营养特点沙棘果渣生产具有明显的季节性,且沙棘鲜果渣的含水量为45%~65%,其利用受到时间和地区的限制,因此沙棘鲜果渣不作为畜牧养殖生产中饲料利用的主要形式,畜牧养殖生产中利用的沙棘果渣通常以烘干、晾晒及微生物发酵的方式先进行处理。
2.1 风干沙棘果渣风干沙棘果渣是沙棘鲜果渣经烘干、晾晒方式处理后的产物,风干沙棘果渣水分含量可降低至12%左右。自然晾晒不适用于风干沙棘果渣的大规模批量生产和推广应用,生产中常采用机械烘干的生产方式。不同厂家或不同批次沙棘果渣营养成分有一定的差异,可能与沙棘果的品种、产区、生产工艺等因素有关。风干沙棘果渣颜色为黄褐色,含有8%~18%的粗蛋白质,10%~17%的粗脂肪,30%~45%的中性洗涤纤维,22%~29%的酸性洗涤纤维,38%~50%的非纤维性碳水化合物,18.5~21.3 MJ/kg的总能[15-17]。风干沙棘果渣中必需氨基酸含量高于玉米,与豌豆籽实相当[18]。此外,风干沙棘果渣的矿物质含量也相当丰富。因其含有大量的营养物质,风干沙棘果渣可应用于单胃动物、反刍动物饲粮中,替代较大比例的玉米、豆粕、苜蓿干草或一些低质粗饲料,且对动物生产性能无不良影响[10, 15, 19]。
另外,风干沙棘果渣中还含有多酚类化合物、黄酮类化合物、胡萝卜素、维生素E等多种具有抗氧化、抗炎、免疫调节等功能的活性物质,作为饲料原料对增强动物机体抗氧化和免疫机能有一定作用。据报道,风干沙棘果渣中胡萝卜素的含量是苜蓿干草的3倍,维生素E含量是苜蓿干草的1.5倍左右[18];风干沙棘果渣中的黄酮类化合物可以有效清除自由基、抑制脂质过氧化。苏杰等[20]研究发现,沙棘叶总黄酮可以提高热应激状态下肉鸡的免疫功能,从而缓解热应激造成的不利影响。辛晓斌等[21]研究发现,饲粮中添加风干沙棘果渣可以提高育肥羔羊的日增重和血清总抗氧化能力。
2.2 发酵沙棘果渣由于沙棘鲜果渣含水量高、不易保存,风干沙棘果渣能量消耗较大,并且可能会影响营养价值。因此,生产中可利用微生物发酵沙棘鲜果渣,既可最大限度地保存沙棘果渣的营养物质和功能性成分,又能延长保质期,同时还可以提高发酵产物的蛋白质含量、平衡氨基酸组成、提高纤维利用率、提高沙棘果渣中益生菌数量。张强等[22]报道,发酵沙棘果渣具有维生素含量高、粗蛋白质含量高、纤维素含量低的特点,且发酵后的沙棘果渣具有醇香味,饲料风味和适口性更好。金敬红等[23]利用枯草芽孢杆菌和啤酒酵母组合发酵沙棘果渣生产菌体蛋白饲料,并得出发酵饲料的最佳发酵条件,即枯草芽孢杆菌和酿酒酵母的比例为1 : 4,4%接种量,pH小于5.0,培养周期为48 h;沙棘果渣发酵后粗蛋白质含量提高了23.94%,纤维素含量降低了4.00%。戚晓舟等[24]研究了不同菌种(黑曲霉、木霉、毛霉、枯草芽孢杆菌、酒酵母)分别发酵沙棘果渣生产蛋白质饲料的效果,结果表明利用黑曲霉、毛霉按接种量5%、35 ℃、培养72 h的条件分别发酵沙棘果渣后,粗蛋白质含量、蛋白酶活性显著提高;利用毛霉发酵沙棘果渣后氨基酸总量有明显的提高,且赖氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸的含量大幅度提高。
3 沙棘果渣在动物饲粮中的应用 3.1 沙棘果渣在反刍动物饲粮中的应用沙棘果渣含有大量的可消化纤维和非纤维性碳水化合物(主要是果胶和糖类),但淀粉含量极低[16],可以为反刍动物提供大量的能量,用其替代玉米还可以有效避免大量淀粉快速发酵造成瘤胃内环境变化。目前,对于沙棘果渣在反刍动物饲粮中应用的研究还比较少。孙守琢[25]报道,妊娠母牛每天补饲600 g沙棘果渣,可以提高血清中总蛋白、γ-球蛋白、维生素A等含量,同时还可以提高产后犊牛的日增重和抗病力;风干沙棘果渣可以作为肉羊饲粮中粗饲料的替代物,但添加比例不宜超过20%。Hao等[15]研究了风干沙棘果渣对育肥羔羊生长性能、消化率等的影响,结果显示用16%的风干沙棘果渣替代羔羊饲粮中6%的玉米、10%的粗饲料可以提高羔羊干物质采食量、日增重,对饲料转化率没有显著影响;添加16%的沙棘果渣显著提高了饲粮蛋白质的表观消化率,并促进了瘤胃微生物蛋白的合成,最终提高了代谢蛋白质的供应量。此外,Hao等[26]研究发现饲粮中添加16%的沙棘果渣可以增加羔羊能量沉积,但添加24%的沙棘果渣会降低中性洗涤纤维的表观消化率,增加粪能和甲烷能损失。
沙棘果渣不仅可以提高育肥羊的生长性能,而且还可以改善肉品质。已有研究显示,沙棘果渣可以提高育肥羔羊的肉品质,改善肠道内环境[27];饲喂含有8%和16%沙棘果渣的饲粮可以降低羔羊肌肉剪切力,添加16%和24%沙棘果渣时可以提高羔羊的肌内脂肪含量;利用沙棘果渣替代玉米和谷秸饲喂育肥羔羊,沙棘果渣可以促进消化道器官发育、提高血清抗氧化性,并且可以改变肌内脂肪酸组成,其中不饱和脂肪酸比例提高,而饱和脂肪酸比例显著降低[21];给9~10月龄放牧关中奶山羊公羔补饲100 g/d沙棘果渣后,补饲组采食量、饲料转化率、胴体品质均大幅度提高[17]。
另外,研究表明沙棘果渣中的功能性成分还会影响反刍动物的繁殖性能。韩晓强等[28]利用25 kg体重的杜泊小尾寒羊杂交公羔研究不同添加量的沙棘果渣对公绵羊睾丸与附睾抗氧化性能的影响,结果表明,沙棘果渣添加量为10%和20%时可以促进公羊睾丸和附睾抗氧化相关基因mRNA的表达;然而,沙棘果渣添加量达到30%时会降低睾丸和附睾抗氧化相关基因mRNA及蛋白的表达,表明饲粮中添加30%的沙棘果渣对25 kg公羊属于过量添加。
以上研究结果表明,在反刍动物饲粮中添加沙棘果渣不仅可以提高反刍动物的生产性能和饲料效率,而且可以提高机体的抗氧化能力。其主要机制可能是沙棘果渣中可利用的营养成分含量高,且黄酮类化合物、多酚类化合物在体内发挥了相应的生物学功能,从而提高了机体的抗氧化能力。但目前关于沙棘果渣在奶牛和肉牛生产中的应用研究还很少,有关沙棘果渣对乳品质的影响尚未见报道。
3.2 沙棘果渣在单胃动物饲粮中的应用沙棘果渣中含有大量的可消化碳水化合物和有机酸,因此在单胃动物饲粮中添加沙棘果渣可能会促进动物消化道发育、改善消化道微生态环境、提高饲料利用率。孙守琢[25]报道,沙棘果渣可以提高断奶仔猪的生长速度,在断奶仔猪饲粮中添加3%~7%的沙棘果渣后日增重提高了9.4%~21.3%;沙棘果渣还可以作为妊娠母猪的饲料原料,在妊娠母猪饲粮中按5 g/kg BW添加沙棘果渣可以有效提高仔猪成活率[25]。另有研究证明沙棘果渣可以作为动物n-3多不饱和脂肪酸的来源之一,且沙棘果渣油脂中含有动物必需的脂肪酸,如亚麻油酸、十八烯酸等,可以调节动物机体神经内分泌和免疫功能[16]。但Dannenberger等[29]研究沙棘果渣对生长育肥猪脂肪酸代谢、下丘脑-垂体-肾上腺轴活性、免疫功能的影响时发现,饲粮中添加12%的沙棘果渣饲喂生长育肥猪8周,对血清脂肪酸组成和总不饱和脂肪酸含量略有影响,对下丘脑-垂体-肾上腺活性和免疫机能没有显著影响。这可能是因为沙棘果渣中n-3多不饱和脂肪酸含量不足或饲喂时间较短不足以发挥明显的神经内分泌和免疫调节作用。因此,沙棘果渣在育肥猪饲粮中的最佳添加量还需进一步研究。
沙棘果渣作为功能性饲料,还可以应用在蛋鸡饲粮中用以提高蛋鸡的产蛋率和蛋品质。因禽类饲粮配制所需,沙棘果渣需粉碎后再添加。沙棘果渣对蛋鸡脂类代谢有调节作用,饲粮中添加1%和2%沙棘果渣时可以显著降低血清总胆固醇和甘油三酯水平,产蛋率分别提高2.84%和3.41%,且平均蛋重分别提高3.27%和3.51%[19]。沙棘果渣改善蛋鸡生产性能的机理可能在于其主要功能成分黄酮类化合物促进了母鸡促黄体素、雌激素和孕酮的分泌。另外,蛋鸡饲粮中添加1%和2%沙棘果渣可以提高产蛋率,降低料蛋比和破蛋率,降低盲肠大肠杆菌和沙门氏菌数量,显著提高盲肠双歧杆菌数量[30]。沙棘果渣中大量的有机酸成分可以降低肠道内容物pH,同时作为螯合剂与饲粮中的矿物质发生螯合作用以促进机体对矿物质的吸收和利用,从而提高机体的抗应激能力[11]。有机酸还可以改善饲料适口性,提高蛋白质消化率,抑制肠道有害微生物生长,从而增强机体免疫力,提高生产性能[31]。Shaker等[32]利用5%沙棘果渣替代饲粮中等量小麦饲喂产蛋鸡,结果表明沙棘果渣对蛋重、蛋黄重、蛋壳强度、蛋形指数等均无显著影响,但提高了总产蛋量,并且改善了蛋黄颜色。沙棘果渣的添加大大提高了饲粮中类胡萝卜素的水平,蛋黄颜色的改善可能与摄入沙棘果渣中植物色素有关。
沙棘果渣还可以改善肉鸡的生长性能和肉品质。丁保安等[6]研究表明,饲粮中添加4%沙棘果渣饲喂肉雏鸡,在15~28日龄和29~42日龄2个阶段,与对照组相比可显著提高肉鸡的日增重,降低料重比,提高肉品质。Ziyad等[33]研究表明,沙棘果渣还作为肉鸡的天然色素和其他生物活性物质的来源,在肉鸡饲粮中添加5%的沙棘果渣可以有效增加皮肤色素沉积,对健康没有不良影响。吴华等[34]在放牧肉鸡饲粮中分别补充0、3%、4%、5%沙棘果渣,饲喂48 d后屠宰,与对照组相比,添加沙棘果渣组鸡肉中蛋白质含量升高,但脂肪含量降低。诸多有关沙棘黄酮对肉鸡生长性能、胴体品质影响方面的研究表明沙棘黄酮或沙棘提取物可以提高肉鸡的生长性能,提高肉品质[35-36];给肉鸡饲喂含5%沙棘嫩枝叶的饲粮后平均日增重可以提高12.67%,鸡肉中蛋白质和脂肪含量分别提高36.57%和15.41%,脂肪利用率提高3.30%[37]。综合前人研究结果发现,在肉鸡饲粮中添加沙棘果渣不足5%时,可能会因黄酮类化合物或其他活性成分含量不足导致肉鸡生长性能和胴体品质改善不明显。因此,有关肉鸡饲粮中沙棘果渣的最佳添加量还有待于进一步深入研究。
3.3 沙棘果渣在草食动物饲粮中的应用沙棘果渣也可以作为繁殖种兔、育肥肉兔的饲料原料,适量应用可以提高繁殖力和产肉性能。研究表明,在发情母兔饲粮中添加沙棘果渣(10 g/kg BW),受胎率可以提高10%~15%,且可以有效降低畸形率和死胎率[38];在哺乳期母兔饲粮中添加沙棘果渣(10 g/kg BW)可以显著提高泌乳量和仔兔成活率,且幼兔的日增重提高11%~19%[38]。沈莉[39]报道,在肉兔饲粮中添加10%~60%的沙棘果渣可以使幼兔日增重提高15%以上,青年兔日增重提高20%~35%。
沙棘果渣还是赛马的优质饲料原料。赛马因全年训练和参赛,放牧时间少,容易因青草采食不足导致维生素、电解质和蛋白质的摄入不足。沙棘果渣中含有多种营养成分,并富含维生素、矿物质,可以与其他饲料原料配合制备满足赛马营养需求的饲粮。朱光辉等[40]将10%~20%的沙棘果渣与沙棘叶、沙棘枝、番茄果渣、胡萝卜渣、谷草、豆粕、甜叶菊渣混合粉碎,并与10%的地衣芽孢杆菌发酵液混匀,在pH 6.5~7.5、28 ℃条件下发酵5~7 d制得沙棘复合饲料;沙棘复合饲料可显著提高赛马驹的体高、体长和体重,表明沙棘复合饲料促进了马驹的生长和发育,可作为一种优质的赛马饲粮。
4 小结综上所述,沙棘果渣在动物生产中的应用具有经济和环保的双重意义。饲粮中适量添加沙棘果渣可以提高动物的生产性能和畜产品品质,节约常规饲料资源,降低饲料成本,提高养殖的经济效益,同时还可以解决沙棘果渣废弃带来的环境污染问题。然而,目前关于不同加工工艺、不同贮存时长对沙棘果渣营养成分和活性成分的影响方面的研究很少;满足不同品种和不同生理阶段动物营养需要的沙棘果渣的最适添加量暂无标准;另外,沙棘果渣作为饲料原料时,其中活性成分如多酚类化合物、黄酮类化合物、植物色素等发挥最佳生理功能时的沙棘果渣添加量也暂无定论。因此,沙棘果渣在动物饲粮中的应用还需要进一步的深入研究。
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