辣木蛋白质饲料资源开发利用研究

辣木蛋白质饲料资源开发利用研究

目前，中国传统蛋白质饲料资源严重不足，价格高，已成为制约畜牧业发展的主要因素。因此，我们必须以高价格、高产量和高效化的新型蛋白质饲料为诱饵，并对其进行充分或部分取代传统的蛋白质饲料。辣木(MoringaoleiferaLam.)作为一种起源于印度北部的热带、亚热带植物,具有产量高、营养丰富、适应性广、栽培简便及抗逆性强等特点,在国际上享有“奇迹之树”和“植物钻石”的美誉。我国自1997年就开始引种辣木,但迄今为止种植面积不足500hm2,仅在我国南方和西南部分地区有少量种植,且主要被开发用于食品和医药保健品。此外,辣木还具有高蛋白质低纤维的特点,符合优质蛋白质饲料的标准,这为将其开发成为一种新型植物性蛋白质饲料提供了广阔的市场前景。为此,本文就辣木的生物学特性、资源的特点及其作为植物性蛋白质饲料的研究进展等内容进行综述,旨在为其作为新型植物性蛋白质饲料的广泛推广与应用提供理论参考,以促进我国畜牧业的健康可持续发展。1辣木的生态习性辣木属于辣木科(Moringaceae)辣木属(Moringa),是多年生的深根性落叶乔木,其树冠呈伞形,主干直立且粗壮,其实生苗与嫁接苗在贫瘠的土壤中或恶劣气候条件下均能保持较快的生长速度,且抗旱能力极强,在无水的状况下能存活长达4个月,还可有效抵抗土地荒漠化。辣木适宜在海拔高度为2000m左右的地区生长,对土壤、降水及气候条件要求不高,可适应沙土和黏土等各种土壤类型,在pH4.5~8.5、年降雨量为250~4300mm、年均温为7~48℃的环境下都能正常生长。值得一提的是,辣木可耐轻度霜冻和40℃以上的高温。因辣木生命力强,人们又称它为“永生之树”,但其平均寿命和最高寿命未见报道。2辣木资源的特点2.1生物柴油、值等方面的应用辣木是一种尚未充分开发的多功能树种。研究发现,它的根、叶、豆荚和种子现已被人们广泛利用。其种子不仅可榨油以供人类食用和生产生物柴油,还可将提取蛋白质后的剩余油饼作为净化水源的媒介用于处理污染水源;其叶片、豆荚可作为蔬菜供人们食用,不仅营养价值高,医药价值也颇高,可治疗炎症与传染性疾病等一系列并发症,如心血管、胃肠、血液、肝肾等方面的疾病;其幼苗的根干燥后可打成粉末作为调味品;其种子、枝条、叶片还可饲喂动物。2.2辣木生长量和生产力辣木是多年生的速生树种,通常进入旺长期后年均增高1~2m,树高5~12m。开花前需经过3~7个月的童期,花期持续3~8个月。开花后第2年能正常结荚,1年2次大量开花、结果。为了提高其商业价值,人们常将它作为1年生植物种植。在特殊的生长条件下(如坦桑尼亚的雨养条件),辣木苗第1年平均增高量能达4.1m,树高可达16m。但目前关于辣木平均寿命的研究尚未报道。辣木的产量明显高于其他饲料作物(如大豆、牧草、木薯等)(表1),以鲜叶量计,年产量约为126t/hm2;以干物质计,年产量为10.4~24.7t/hm2。Price等报道,在高密度种植下辣木所获得的绿色物质年产量可高达650t/hm2。通常饲料作物的产量与第1次刈割的树龄、刈割频率、栽培密度、气候季节等因素有关。辣木第1次刈割在种植或移栽后的10~14周进行,每月2次,但当辣木作为饲料时,为使其蛋白质含量最大化和木质素含量最小化,可隔33~40d刈割1次,1~2年生辣木的最适收割频率是每隔75d1次,使辣木干物质总产量、生长率和树高均达最大值。辣木产量与种植密度之间的关系如表2所示。辣木种植最适种植密度为1000000株/hm2或者株行距为10cm×10cm,但干旱时期和雨水充足时期产量有较大差异,雨季次刈割量约为115t/hm2,而干旱时期仅为45t/hm2。2.3辣木蛋白饲料辣木营养价值颇高,其豆荚、叶片(鲜叶和叶粉)和种子粗蛋白质含量高、纤维物质含量低,且富含多种矿物质、维生素及氨基酸。因此,辣木不仅可作为高营养价值的蔬菜供人类食用,还可作为优质的植物性蛋白质饲料供动物采食。辣木叶与几种传统蛋白质饲料的营养水平存在一定差异,如表3所示。3动物饲料的使用辣木用作饲料的历史悠久,早在1962年就有关于辣木籽油饲喂动物的报道,后来其叶片(鲜叶和干叶)、种子榨油后的油饼以及枝条也逐渐被人们用作动物饲料。近年来,辣木作为传统蛋白质饲料替代物添加到饲粮中饲喂反刍动物(如牛、羊)、单胃动物(如猪、兔、鸡)及水产动物均取得了良好的效果。3.1辣木用于反刍动物饲料3.1.1辣叶轮粉可部分替代牛奶饲粮中的蛋白质源辣木叶粉作为低质草料的蛋白质补充料,不仅可以提高奶牛干物质采食量(drymatterintake,DMI)、养分消化率及牛奶产量,且不影响牛奶品质,还可降低饲喂成本。Nadir等在臂形草(Brachiariabrizantha)基础饲粮(12.4kg臂形草+0.5kg甘蔗渣)中分别加入2、3kg辣木叶粉后,干物质采食量由8.5kg/d相应增加到10.2和11.0kg/d,干物质、有机物、粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的表观消化率及牛奶产量均显著提高。但Mendieta等以象草(Pennisetumpurpureum)为基础饲粮,添加辣木叶粉后牛奶产量没有发生变化,采食量与消化率有显著提高。Sarwa等和Mendieta-Araica不仅证明了辣木叶粉作为低质草料的蛋白质补充料的可行性,还研究了它替代牛饲粮中的常用蛋白质源的效果。他们均以象草为基础饲粮,Sarwa等报道辣木叶粉可有效部分替代奶牛饲粮中的棉籽粕,还可提高牛奶产量,但未达显著水平,两者最佳配比为40(辣木叶粉)∶60(棉籽粕);Mendieta-Araica用辣木叶粉替代奶牛混合精料中的豆粕后发现所有消化吸收指标除蛋白质消化吸收率显著降低外,其余均无显著差异,牛奶品质也未受到影响。因此,辣木叶粉在等能量等蛋白质基础上可替代豆粕作为奶牛饲粮中的蛋白质源。近年来,在我国高产奶牛饲养中瘤胃酸中毒病症普遍存在,该病不仅可直接影响奶牛的生产、繁殖性能,还会诱发其他疾病甚至死亡,给养殖者造成严重的经济损失。Hoffmann等等利用体外法研究报道了辣木籽粗提物对奶牛瘤胃发酵的影响,结果发现辣木籽粗提物可延迟蛋白质退化和加快蛋白质代谢,从而降低了瘤胃酸中毒的可能性。3.1.2辣叶轮粉添加量对牧草原素及营养成分的影响据报道,辣木鲜叶和辣木叶粉都可作为羊饲粮的蛋白质补充料。Aregheore为确定辣木鲜叶的最适添加量,将不同比例辣木鲜叶与有芒鸭嘴草(原变种)(Ischaemumaristatumvar.indicum)混合肥育山羊,20%和50%的辣木鲜叶添加量效果较好,在此添加量下山羊的平均日增重、干物质采食量以及粗蛋白质和中性洗涤纤维的消化率均显著提高。该试验的适宜添加量与Nouala等所做的牛饲喂试验的研究结果一致。辣木叶粉不仅能提高干物质采食量、平均日增重、养分消化率等,还可改善羊的血液生理生化指标并保持氮平衡,Akinyemi等将辣木叶粉添加到天竺草(PanicummaximumJacq.)饲粮中饲喂绵羊的研究结果就说明了这一点,当添加量为25%时氮平衡、血液指标及粗纤维消化率表现最佳。而辣木叶粉在落花生(ArachispintoiKrapov.)牧草饲粮中的最佳添加量与上述报道不同,辣木叶粉添加量为50%时,氮素的吸收利用及养分消化率较单一的落花生牧草饲粮、50%竹叶∶50%落花生牧草混合饲粮好。此外,Akinyemi等还报道了辣木不仅可作为多种饲粮的蛋白质补充料还可作为饲料原料,用100%辣木叶粉饲喂绵羊时干物质、有机物、粗蛋白质、中性洗涤纤维的消化率均最高。Luu等也认为辣木叶粉可作为单一的山羊饲粮,因饲喂后干物质采食量、反刍率及消化率都与已应用于生产中的山羊单一饲粮———银合欢叶无显著差异。Asaolu等运用辣木叶粉、银合欢叶和鼠豆叶作对比试验进一步证实了辣木叶粉作为单一饲粮的可行性,同时还发现西非矮山羊饲喂100%辣木叶粉后经粪便和尿液流失的氮素最少,饲料相对营养价值最高。Busani等研究发现,在等能量-等蛋白质饲粮中将辣木叶粉部分替代葵花籽粕饲喂山羊可明显改善其生长性能和胴体品质。Sarwatt等在此基础上研究了不同比例辣木叶粉替代葵花籽粕的饲喂效果,发现干物质、中性洗涤纤维的消化率随辣木叶粉替代比例的增加而升高,且干物质采食量和代谢能在替代比例为75%、100%时较佳,氮沉积率在替代比例为25%时最高。Salem等选择脱脂辣木籽粉替代牧草-豆粕羊饲粮中的豆粕成分饲喂羔羊,以牧草为基础饲料,每100g豆粕中分别添加0、2、4、6g的脱脂辣木籽粉,结果供试羔羊平均日增重分别为63.8、88.5、97.0、76.6g,并且添加脱脂辣木籽粉不仅没有影响消化率以及氮平衡,还改善了瘤胃发酵功能。3.2辣木用于单胃动物的饲料3.2.1猪饲料的表观消化率目前,辣木叶粉在猪及兔饲粮中应用的报道还比较鲜见。Ly等对辣木叶粉作为猪饲料进行了相关报道。他们采用胃蛋白酶-胰蛋白酶两步体外消化法测定了多种热带林木或灌木的叶片作为猪饲料的表观消化率,结果表明辣木的蛋白质体外消化率最高,达79.2%。Frederick将辣木叶粉分5个梯度(0、5%、10%、15%、20%)替代混合饲粮中的豆粕饲喂幼兔,结果发现试验组平均日增重显著高于对照组,生殖能力及血液指标均无不良反应,说明辣木叶粉在兔饲粮中可以部分甚至全部替代豆粕。3.2.2辣叶轮粉替代物Onu等将辣木叶粉添加至饲粮中饲喂雏鸡,发现其采食量、总增重、平均日增重及饲料转化率均显著提高。Ayssiwede等的结论与上述试验一致,同时还发现将辣木叶粉添加量增至24%时对试验鸡的总增重、平均日增重、饲料转化率、畜体及器官特征、健康率与死亡率都没有负面影响,且8%和16%辣木叶粉对鸡的生长率和饲料的经济效益均有显著提高。Gadziray等将辣木叶粉加入豆粕型基础饲粮中饲喂雏鸡和成年肉鸡后显著提高了饲料转化率,但采食量变化不显著,辣木叶粉的最适添加量为25%,这说明辣木叶粉作为豆粕的替代物对肉鸡总增重及生长率同传统蛋白质饲料的功效相近。Zanu等将辣木叶粉作为鱼粉的替代物加入2周龄、体重相近的柯布肉鸡饲粮中发现饲喂效果良好,饲喂成本显著降低,且对肉鸡的胴体品质、血液指标及死亡率没有产生负面影响。由于动物采食后的血液生化指标是衡量该饲料品质及适用性的重要标准之一,因此上述试验说明辣木叶粉作为鸡饲料符合该标准。Onu等的试验结果进一步证明了上述观点,他们在鸡饲粮中加入不同比例(0、2.5%、5.0%、7.5%)辣木叶粉饲喂0~2周龄的肉雏鸡后发现,除血球容积比(PVC)和血红细胞数量与对照组有显著差异外,其他指标(如血红蛋白、血清蛋白、血球蛋白等)均无显著差异,说明肉雏鸡饲粮中可添加7.5%的辣木叶粉且无不良反应。研究发现,辣木叶粉和辣木鲜叶均可作为蛋鸡饲粮的蛋白质补充料且对鸡蛋产量和品质没有不良影响。Mohammed等用以已推广的蛋鸡饲粮蛋白质源———银合欢叶为对照,发现辣木叶粉对鸡蛋产量和品质的影响无显著差异,10%辣木叶粉为最适添加量。Kakengi等用辣木叶粉替代葵花籽粉作为蛋鸡饲粮的蛋白质源,并对饲料采食量、干物质采食量、鸡蛋重量、产卵率及饲料转化率进行分析后得出,辣木叶粉可替代饲粮中20%的葵花籽粉且不产生任何负面影响,但10%辣木叶粉的利用率最高,为最适添加量。3.3辣叶轮粉对罗非鱼的生长影响目前,辣木作为水产动物饲料的报道也比较少见。Ofelia等研究了含有13%粗蛋白质的辣木叶粉的饲料对驴耳鲍生长情况的影响,结果发现饲喂该饲料后驴耳鲍呈现出高生长率、低饲料转化率和高蛋白质利用率,说明辣木叶粉可作为驴耳鲍饲料的蛋白质源。但是,Nahid等对罗非鱼的饲喂试验有不同发现,其研究结果表明添加10%的辣木叶粉对罗非鱼的生长影响不显著,而且当辣木叶粉添加量超过10%后会对其生长造成负面影响,并认为这是由于抗营养因子(如皂苷、丹宁酸、凝集素、胰蛋白酶抑制剂、肌醇六磷酸等)随辣木叶粉添加量增加而增加造成的。不过,Makkar等解决了此问题,他们发现用80%乙醇萃取辣木鲜叶后除了肌醇六磷酸还有2.5%的残留,其他抗营养因子均可去除。Afuang等研究发现,乙醇萃取后的辣木叶粉可替代30%的鱼粉,且不会影响罗非鱼的生长性能。Astuti等将乙醇萃取后的辣木叶粉与桑叶进行了对比试验,发现两者均可替代30%的鱼粉,前者与鱼粉饲喂罗非鱼的能源预算相同,但后者的能源预算不及鱼粉。不过溶剂萃取法对于小型渔农来说可操作性不强,成本过高,Nazael考虑到成本问题所利用的水提法对于小型渔农而言更具有可操作性和实用性。4辣叶轮粉的制备辣木最初主要以鲜叶、干叶或叶粉的形式作为动物饲粮的蛋白质补充料,后来人们发现用辣木鲜叶饲喂奶牛会影响牛奶风味,遂将其制成青贮饲料,即先将辣木单独在地窖贮存,再加入10或50g/kg的糖浆生产出高质量的青贮饲料。为提高辣木的适口性以及降低抗营养因子的含量,Dongmeza等用80%乙醇萃取辣木叶粉后发现此方法不仅可去除大部分抗营养因子还可大幅度提高粗蛋白质含量,但溶剂萃取法成本较高,难以向农户推广。在此基础上由Nazael所开发的水提法可降低成本,且与溶剂萃取法的效果相似。具体步骤如下:先将辣木叶与水以