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发酵桑叶在畜禽生产中应用的最新研究进展


现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2020/5/25 10:54:27 关注:763 评论: 我要投稿

  发酵桑叶在畜禽生产中应用的最新研究进展
  朱沛霁,贾代汉,毛俊舟
  (江苏立华牧业股份有限公司,江苏 常州  213000)摘  要:在畜牧生产中饲料成本占比很高,在替代抗生素(以下简称“替抗”)背景下选择合适的饲料添加剂成为降低生产成本的重要措施之一。发酵桑叶富含畜禽生长所需的重要营养物质,且富含黄酮类和生物碱等多种具有促进动物生长与繁殖、改善肠道腔中微环境、肉质风味以及增强机体免疫力等作用的生物活性物质。本文就发酵桑叶的营养特征、所含生物活性物质及其在畜禽生产中的最新应用效果进行综述,以期为选择替抗型饲料添加剂以及降低生产成本提供一定的参考依据。
  关键词:发酵桑叶;营养特征;动物繁殖;生产应用桑树是桑属多年生木本植物,又名荆桑和家桑等,在我国有着几千年的种植历史[1]。桑树的桑叶起初以用于饲喂桑蚕而被广为人知,但随着养殖业对饲料资源的开发,因其具有独特的营养特征而被用作饲料添加剂。普通桑叶富含蛋白质、氨基酸和维生素等营养物质,同样也含有大量的抗营养因子,如植酸和单宁[2];此外,桑叶还含有较高水平的粗纤维[3],这些因素限制了普通桑叶在畜禽饲料中的添加量。随着饲料发酵技术的发展,研究发现桑叶经不同菌种的分解和发酵后粗纤维和抗营养因子的含量明显减少,从而使畜禽所需的营养物质的含量显著提高。研究人员在畜禽饲料中添加不同浓度的发酵桑叶后发现,发酵桑叶在促进动物对营养物质的消化与吸收、提高饲料转化率、调节机体的抗氧化和免疫能力以及改善肉的品质等方面所产生的作用远强于普通桑叶的[4-5]。因此,发酵桑叶是动物饲料中一种具有广阔应用前景的新型蛋白质原料,合理利用能够缓解当下我国畜牧生产中绿色安全蛋白质原料短缺的现状,降低动物生产的成本。
  1  桑叶的营养特征
  桑树具有广泛的生态幅,能在不同条件下生长,在阳光充足的环境中能快速生长。桑叶的产量较高,且含有丰富的营养物质。然而,桑叶除富含粗蛋白(Crude Protein,CP)和粗脂肪(Ether Extract,EE)等营养物质外,还含有以植酸和单宁为主的抗营养因子,且含量较高。植酸能够与饲料中的磷络合形成动物难以消化利用的植酸磷。单宁有苦涩味,能与淀粉酶等消化酶的底物反应,影响动物对饲料的消化利用[6]。据相关研究报道,桑叶还含有多种脂肪酸和碳水化合物,前者主要由亚麻酸、亚油酸、油酸和棕榈酸等组成,其中以亚麻酸的含量最高,约占所含总脂肪酸的23%,亚麻酸属于ω-3不饱和脂肪酸,有降低血脂、抗血栓和防止动脉粥样硬化的效果[7];后者主要包括葡萄糖、半乳糖和果糖等,它们能够为动物提供能量,促进动物的生长和发育。
  2  桑叶所含的生物活性物质
  在人医上,桑叶被认为是一种中草药,具有清肺、润燥、抗炎和灭菌等功效,其所含的生物活性物质种类繁多(如黄酮类、生物碱类、甾醇类和有机酸),且含量丰富[17]。
  在桑叶所含的生物活性物质中,黄酮类和酚类生物活性物质,如黄芪苷、异槲皮苷和山奈酚系列等[18-19],占据着较大的比例,占干物质质量的1%~3%。在中医上,黄酮类生物活性物质主要有以下生理作用:(1)促进人的外周组织对葡萄糖的利用,降低血糖;(2)促进胰岛β细胞的修复,通过上调抗凋亡基因(Bcl-2)的水平和下调促凋亡基因(Bax)的表达,减缓胰岛β细胞的凋亡;                         (3)抑制葡萄糖和蛋白质的结合,减少糖基化终末产物的合成;(4)清除机体自由基,提高抗氧化能力[20-21],对2,2-联苯基-1-苦基肼基(DPPH)和-OH有较强的清除能力[22]。
  1-脱氧野尻霉素(1-DeoxyNoJirimycin,1-DNJ)是桑叶所含生物碱的主要成分,能够显著抑制糖苷酶的活性,其作用机制为能非竞争性地结合α-糖苷酶,抑制动物体内二糖的转化,Kimura等在小鼠体内得到了验证[23-24]。桑树中DNJ的含量按叶梗、桑叶和叶柄的顺序递减,且夏天采摘的桑叶所含DNJ的数量约是秋冬采摘的桑叶所含的5倍[25-26]。桑叶中植物甾醇的含量比普通植物中的高3.5倍左右。
  有机酸是目前畜牧生产中被用作替代抗生素(以下简称“替抗”)型饲料添加剂的备选产品之一。动物在摄入有机酸后,其肠道腔中微环境的pH降低,大多数有害菌无法在这种低pH环境中生存。桑叶中的有机酸会产生类似的效果,可降低肠道腔中微环境的pH,抑制有害菌的繁殖,保护肠道的健康。此外,上述桑叶中的多种生物活性物质还能够预防癌细胞的产生,抑制肿瘤细胞的转移[27-28]。
  3  发酵处理对桑叶营养特征的影响
  桑叶中含有丰富的营养物质,如何最大化地有效利用桑叶是近年的研究重点。目前,桑叶的利用方式主要有三种:第一种方式是将新鲜的桑叶直接饲喂畜禽;这种方式可以节省养殖业的生产成本,但桑叶的利用率低,且由于桑叶含有多种有害物质,长期饲喂容易导致动物发生消化系统疾病。第二种方式是将桑叶风干,粉碎后与饲料一起饲喂畜禽;桑叶粉能够储存更长的时间,但干燥成本偏高,另外此方法依然会导致饲料中的抗营养因子含量偏高。第三种方式是利用微生物发酵桑叶,再加入饲料中饲喂畜禽;发酵后的桑叶储存便利,更重要的是抗营养因子的含量降低,营养价值提高,且可提高动物对发酵桑叶的消化率,从而可以提高桑叶在饲料中的添加剂量。
  多项研究表明,发酵能够显著提高桑叶中CP、EE和各种生物活性物质的含量,同时会明显降低粗纤维(Crude Fibre,CF)和单宁等抗营养因子的含量[4,29]。桑叶发酵前后及其与其他常用蛋白质原料的营养物质含量对比见表1。桑叶的发酵效果会受所用菌种种类的影响,如植物乳杆菌可提高桑叶中CP和EE的含量,降低CF的含量;枯草芽孢杆菌能够显著降低桑叶中单宁的含量,利用混合菌种进行发酵会取得更佳的效果。徐丹等[11]在桑叶中以1∶1的比例添加乳酸菌和枯草芽孢杆菌,结果发现发酵后的桑叶所含的CP较未发酵桑叶的提高23.26%,所含的单宁较发酵前的显著降低28.33%。任元元等[30]利用枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌等复合菌种发酵桑叶,结果是可溶性蛋白质和氨基态氮的含量分别提高了176.53%和546.34%。通常,芽孢杆菌等能够产生蛋白酶和淀粉酶,前者可以分解大分子蛋白质,形成小肽和氨基酸;后者能够降解粗纤维。此外,乳酸菌和乳杆菌则能够分解桑叶中的抗营养因子[31-32]。桑叶发酵后变化的组分还包括生物活性物质,其中变化较大的为黄酮类和多酚类生物活性物质,具体含量变化如表2所示。

  4  发酵桑叶在畜禽生产中的应用
  近年来,桑叶的应用范围逐渐扩大,桑叶粉、青贮桑叶和发酵桑叶都可被用作单胃动物、反刍动物和水产动物的饲料原料,但它们的使用效果和添加剂量不同,各项研究表明发酵桑叶在畜禽饲料中的使用效果最佳。
  4.1 发酵桑叶在养鸡生产中的应用
  在日粮中添加适量的发酵桑叶能够提高鸡的生长性能和饲料转化率,改善机体的抗氧化能力和肠道菌群组成。邝哲师等[35]在胡须鸡日粮中分别添加桑叶粉和发酵桑叶粉,对比相关指标后发现发酵桑叶粉有改善胡须鸡盲肠中乳酸菌与大肠杆菌比值的趋势,即可提高肠腔中有益菌的比例,改善肠道腔中的微环境,这可能是由于桑叶所含的有机酸被释放出后降低了肠道腔中微环境的pH,从而抑制了大肠杆菌的繁殖,提高了有益菌的竞争力。该试验还表明胡须鸡采食发酵桑叶后,其胸肌的剪切力明显降低,即肉品嫩度提高;而胡须鸡在采食添加20%桑叶粉的日粮后,其腿肌的pH较对照组胡须鸡的提高了2.6%,意味着给胡须鸡饲喂发酵桑叶能够延缓动物屠宰后腿肌糖原酵解和酸败的速度,延长产品的销售期。桑叶具有这些作用的可能原因是发酵后黄酮类和多酚类生物活性物质的含量提高,提高了动物机体的抗氧化能力,从而改善了肉品质。该试验对肉鸡日粮中发酵桑叶粉的推荐添加剂量为20%,远高于普通桑叶粉的可添加剂量。黄静等[4]同样在胡须鸡的日粮中添加发酵桑叶粉,结果发现添加发酵桑叶粉能显著提高胡须鸡体内白蛋白和球蛋白等物质的含量,降低血清中甘油三酯等的含量,表明饲喂发酵桑叶粉能够降低胡须鸡的血脂含量,增强机体的免疫力和抗氧化能力等。后续研究还发现发酵桑叶能极显著提高胡须鸡血清中超氧化物歧化酶的水平,降低肝脏中丙二醛的含量[5]。因此,在肉鸡日粮中添加适量的发酵桑叶能够调控肉鸡的新陈代谢,提高肉鸡的免疫力和抗氧化能力,改善肉质风味。张金龙等[36]利用罗斯308肉鸡进行试验,证实了在肉鸡日粮中添加2%的发酵桑叶可显著提高肉鸡的日增重和采食量,提高42日龄肉鸡空肠和回肠的绒毛高度。小肠绒毛高度的提高可以提高肠道对饲料中营养物质的吸收利用率,这可能也是肉鸡增重加快的原因。综上,不同品种的鸡对发酵桑叶的耐受性可能有所不同,因此各品种所用饲料中的适宜添加剂量有待进一步分类研究。
  4.2 发酵桑叶在养猪生产中的应用
  在非洲猪瘟猖獗的背景下,饲料的安全性是养猪业关注的重点之一。桑叶发酵后能有效降低其所含的各种细菌和真菌的水平,改善营养物质的组成,成为一种绿色健康的饲料原料。有研究发现,发酵银杏叶和桑叶的混合制剂对引起仔猪腹泻的致病菌有中度敏感性,能够抑制致病菌的繁殖,治疗效果与板蓝根的相似。在仔猪日粮中添加5 g/kg的这种混合剂能有效地治疗病毒性胃肠炎,提高仔猪的抗病能力[37]。王亚男等[38]在育肥猪的日粮中分别添加4%和6%的发酵桑叶,发现6%发酵桑叶组育肥猪的平均日增重和采食量显著提高,猜测可能是发酵桑叶改变了育肥猪肠道腔中的微环境,促进了猪对饲料中营养物质的吸收。Su等[39]给用5-氟尿嘧啶诱导的大鼠饲喂发酵桑叶提取物,结果是大鼠的肠黏膜炎症有了明显的改善,肠道健康得到了改善,这可能也是饲喂发酵桑叶能提高动物生长性能的原因之一。给猪饲喂添加6%发酵桑叶的日粮后,猪肉中饱和脂肪酸的含量减小,不饱和脂肪酸和氨基酸的总量增大。丁鹏等[40]在给平均体重为30 kg的宁乡花猪饲喂含9%、12%或15%发酵桑叶的日粮后发现宁乡花猪的生长性能得到了提高,这可能是桑叶发酵后所含的单宁和植物凝集素等抗营养因子的含量减小所致。该试验还发现宁乡花猪的平均背膘厚、肉质风味和血清中胆固醇含量均得到了改善,可能是发酵后的桑叶中生物活性物质的含量提高,影响了育肥猪脂肪代谢,降低了背膘厚。该试验最后建议育肥猪日粮中发酵桑叶的添加剂量为9%。张娜娜等[41]在育肥阶段给商品猪补充发酵桑叶后发现,日粮中添加15%的发酵桑叶可显著提高猪的平均日增重(提高2.15%)和肌内脂肪的含量(提高17.82%);同时还发现猪的肌肉剪切力降低了9.86%,肉中的脂肪酸配比更加合理,猪肉风味得到了改善,这与王亚男的研究结果相吻合。发酵桑叶中粗纤维含量的降低以及生物活性物质浓度的提高是猪生产性能改善的主要原因。对在猪日粮中添加发酵桑叶后所带来的经济效益影响进行研究后发现,在不影响断奶仔猪生长性能的前提下,在日粮中添加2%~4%的发酵桑叶,猪的饲料成本可以降低1.67元/kg~2.29元/kg,且此添加量能显著降低料重比。结合各项研究的结果可见,发酵桑叶在猪日粮中的适宜添加水平并不一致,最大添加水平建议不超过15%。
  4.3 发酵桑叶在反刍动物生产中的应用
  发酵桑叶在反刍动物生产中的应用相对较少,主要在肉牛的日粮中使用。肖建中等[42]研究表明,在22~26月龄的新晃黄牛日粮中分别添加10%、20%、30%和35%的发酵桑叶以替代部分豆粕和酒糟后,新晃黄牛的生长性能和脂质代谢受影响程度较小,但它的抗氧化能力、肉品质和机体免疫能力得到了显著改善,且以30%的添加剂量最佳。吴浩[43]在肉牛日粮中添加7.5%、15%和22.5%的发酵桑叶后发现,各添加水平对肉牛生长性能均无显著的影响,但肉牛单位增重的饲料成本分别降低了0.92元、1.12元和0.64元;发酵桑叶还能够提高肉牛的屠宰率,促进脂质代谢。吴配全等[44]在肉牛日粮中添加不同水平的发酵桑叶后证实,10%~20%的添加水平对肉牛生长性能无明显的影响,但能降低肉牛每千克增重的饲料成本。反刍动物饲料成本的变化受日粮中发酵桑叶添加比例的影响,总体而言每千克的增重成本能降低0.2~0.8元。因此,发酵桑叶是一种有较大应用前景的饲料添加剂。
  4.4 发酵桑叶在水产养殖中的应用
  在水产动物所用的饲料中,鱼粉是主要的蛋白质原料,但是近年来鱼粉价格与日俱增,并且有掺假的现象,因此养殖过程存在风险。发酵桑叶同样含有较高水平的粗蛋白,同时氨基酸和各类脂肪酸的组成丰富,性价比高于鱼粉。Adewumi[45]利用发酵桑叶替代水产动物饲料中20%的鱼粉后饲喂非洲鲶鱼,结果证实发酵桑叶能够有效改善非洲鲶鱼的存活率、饲料转化率和生长速度,且无其他不良影响。沈黄冕等[46]用高脂饲料来建立高脂血症罗非鱼模型,在日粮中添加发酵桑叶研究其对鱼体内的血脂和血糖水平的调控作用。该试验表明,发酵桑叶组的罗非鱼在饲养8周后血糖水平显著降低,血清中超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等抗氧化酶的水平提高,机体的抗氧化能力得到了改善。徐韬等[47]用发酵桑叶替代饲料中部分鱼粉后饲喂大口黑鲈,发现大口黑鲈在喂给含30%发酵桑叶的日粮后,其在蛋白质利用率、摄食率和肥满度等方面无显著的改变,血清总胆固醇和甘油三酯的含量显著减小,与机体抗氧化性能相关的酶的含量显著升高。另外,该试验还发现在发酵桑叶组的饲料中添加晶体氨基酸可以提高桑叶的利用率,促进大口黑鲈的生长。赵鹏飞等[48]通过大口黑鲈进行了类似的试验,结果证实大口黑鲈在饲喂含10%发酵桑叶的饲料后,其血脂和血糖的水平显著降低,抗氧化能力得到增强,这与徐韬等的研究结果相佐证。由此表明给鱼饲喂发酵桑叶对其生长性能影响不大,但可以调控机体的脂质代谢,提高抗氧化能力,改善肉质,降低饲养成本。
  5  小结与展望
  桑树因其具有优越的生态幅等特性在我国有广阔的种植范围,但受市场的影响每年蚕桑产业对桑叶的消耗量有限,导致大量桑叶未得到合理的利用。然而,桑叶的营养物质组成优于多数畜禽饲料的原料,是饲料蛋白的理想来源。桑叶所含的抗营养因子影响了其在畜禽饲料中的添加剂量,但发酵技术可以很好地解决这一难题,能够提高桑叶在养殖业中的使用量。另外,中华人民共和国农业农村部在2018年7月2日印发的《农业绿色发展技术导则(2018——2030)》中指出,未来一段时间我国应大力发展和推广绿色高效饲料。发酵饲料应用广泛,发酵产品高效安全,符合国家对饲料产品的发展要求。目前,桑叶的发酵方式复杂,发酵菌种选择多变,后续研究需要进一步优化并明确发酵方式,以保证发酵桑叶质量的稳定,提高发酵桑叶作为绿色饲料原料的可能性。
  参考文献:(48篇,略)
  作者简介:朱沛霁(1977- ),男,江苏南通,博士,从事动物营养工作;E-mail:2568758585@qq.com

 

文章作者:朱沛霁,贾代汉 国外畜牧学猪与禽     文章编辑:一米优讯     
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