發(fā)酵桑葉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用
摘要:發(fā)酵桑葉中粗蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、維生素和礦物元素等含量豐富,且富含黃酮類、生物堿和多糖等多種生物活性成分,具有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力、提高機(jī)體抗氧化能力及改善畜產(chǎn)品品質(zhì)等功效。本文主要就發(fā)酵桑葉的營(yíng)養(yǎng)組成、功能活性成分及其在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用作一綜述。
桑樹屬于桑科( Moraceae)桑屬(Morus),為落葉性多年生木本植物,其抗逆性強(qiáng),種植面積范圍廣(CheckerV G,2012)。桑葉具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,含22.0%~29.8%粗蛋白質(zhì),氨基酸組成較平衡,富含多種維生素和微量元素及植物甾醇、黃酮類、生物堿和多糖等多種生物活性物質(zhì),是一種優(yōu)質(zhì)的飼用植物資源(Hao J Y,2018;Lin W C,2017)。然而,成熟的桑葉和桑枝中粗纖維含量較高,且含有單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子,在一定程度上限制了其在動(dòng)物生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用(Srivastava S,2006)。研究發(fā)現(xiàn),桑葉經(jīng)發(fā)酵后,粗纖維、抗?fàn)I養(yǎng)因子含量顯著降低,粗蛋白質(zhì)及可溶性蛋白質(zhì)含量等顯著升高(任元元,2016),同時(shí),桑葉中的生物活性物質(zhì)的含量及組成也得到了優(yōu)化,極大地改善和提高了桑葉的飼用價(jià)值(徐丹,2017)。諸多研究已證實(shí),在飼糧中添加發(fā)酵桑葉具有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)丁鵬,2018)、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力(OH N S,2017)、提高機(jī)體抗氧化能力(黃靜,2016)、調(diào)節(jié)血脂代謝(Lee M R,2017)及改善畜產(chǎn)品品質(zhì)(鄺哲師,2016)等功效。由此可見,發(fā)酵桑葉是一種新型蛋白質(zhì)飼料資源,合理開發(fā)和應(yīng)用發(fā)酵桑葉可有效緩解我國(guó)蛋白質(zhì)飼料資源短缺及潛在的生物安全問(wèn)題在畜牧生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
1.桑葉中主要的營(yíng)養(yǎng)和生物活性成分
(1)桑葉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值
桑葉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高,富含粗蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸、礦物元素和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分(Gonzalez C,2009)。成熟桑葉含有75%~90%水分,以干物質(zhì)為基礎(chǔ),含有22.0%~29.8%粗蛋白質(zhì)、8%~12%粗纖維、8%~12%粗灰分和4%~10%粗脂肪(王雯熙,2012;王永昌,2016;吳婧婧,2017)。本文就桑葉的部分常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量與幾種飼料原料進(jìn)行對(duì)比(表1),發(fā)現(xiàn)桑葉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值甚至高于苜蓿。
(2)桑葉的抗?fàn)I養(yǎng)因子
Adeduntan等(Adeduntan S A,2009)發(fā)現(xiàn)桑葉中主要的抗?fàn)I養(yǎng)因子是植酸和單寧,其中植酸含量高達(dá)488.9mg/kg,單寧含量為5.32mg/kg。飼糧中的單寧可與淀粉酶、胰蛋白酶等消化酶的底物發(fā)生反應(yīng),降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率(Chan E W C,2016)。植酸會(huì)與礦物元素和維生素結(jié)合形成沉淀或絡(luò)合物,不利于動(dòng)物對(duì)礦物質(zhì)和維生素的吸收與利用(Li K K,2018)。本文對(duì)比了桑葉、辣木葉、南洋櫻葉以及銀合歡葉的部分抗?fàn)I養(yǎng)因子含量,見表2。
(3)桑葉的生物活性成分
桑葉中生物活性成分含量和種類也較為豐富,主要包括黃酮類、甾類和生物堿,還有多種多糖、揮發(fā)性油、有機(jī)酸等,具有抗氧化、抗炎、降血脂、降血糖等生理功能(王玉詩(shī),2018)。陶程(2018)和郝靜怡(2019)測(cè)定了桑葉的部分生物活性成分(表3)發(fā)現(xiàn)1-脫氧野尻霉素(DNJ)和綠原酸含量較高,其中DNJ是一種重要的生物堿,具有降血糖、改善胰島素抵抗的作用,目前桑葉已成為提取天然DNJ的主要來(lái)源。
2.發(fā)酵處理對(duì)桑葉營(yíng)養(yǎng)及功能成分的影響
在飼糧中添加一定比例的發(fā)酵桑葉粉可以提高其產(chǎn)品品質(zhì),但是在飼糧中添加較高比例的發(fā)酵桑葉粉可導(dǎo)致畜禽的生長(zhǎng)性能下降(黃靜,2016)。究其原因,主要是桑葉粉中粗纖維含量較高,且含有單寧和植酸等,使飼糧中抗?fàn)I養(yǎng)因含量超過(guò)畜禽耐受水平,影響畜禽的生產(chǎn)性能和機(jī)體健康(Porres J M,2004)。諸多試驗(yàn)證明,木本植物經(jīng)微生物發(fā)酵處理后,多肽和氨基酸含量升高,抗?fàn)I養(yǎng)因子含量降低,并且富含益生菌生物活性成分等多種有益產(chǎn)物(Gilani G S,2012;Melesse A,2013;熊羅英,2010;Phesatcha K,2016)。市場(chǎng)上常用細(xì)菌(乳桿菌、芽孢桿菌等)和真菌(酵母菌、霉菌等)作為發(fā)酵菌種(D’ESTE M,2018),一般情況下,芽孢桿菌和米曲菌主要產(chǎn)生蛋白酶,乳酸菌和乳桿菌主要消除抗?fàn)I養(yǎng)因子,而木霉和根霉對(duì)活性成分進(jìn)行優(yōu)化(胡仁建,2015;張洪燕,2016)。因此,不同菌種的配伍對(duì)發(fā)酵底物的營(yíng)養(yǎng)成分變化是不一樣的。而目前關(guān)于不同菌種對(duì)桑葉進(jìn)行發(fā)酵處理后營(yíng)養(yǎng)成分的變化研究較少,因此本文對(duì)此進(jìn)行綜述。
(1)桑葉發(fā)酵后營(yíng)養(yǎng)成分含量變化
微生物發(fā)酵可通過(guò)其生命活動(dòng)改變桑葉中的營(yíng)養(yǎng)成分組成及含量,桑葉經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵后,大分子蛋白質(zhì)被降解成小肽、可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸,其中非蛋白氮經(jīng)微生物作用可轉(zhuǎn)化為菌體蛋白,提高真蛋白含量(張洪燕,2016)。研究表明,枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和乳酸菌等生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生淀粉酶、纖維素酶等酶類,對(duì)桑葉中的粗纖維以及抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行降解,可以大量的消除抗?fàn)I養(yǎng)因子(陶榮霞,2012)。桑葉發(fā)酵后營(yíng)養(yǎng)成分含量變化見表4。
(2)發(fā)酵桑葉中活性成分含量變化
微生物發(fā)酵桑葉過(guò)程中,常發(fā)生生物轉(zhuǎn)化反應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)桑葉中生物活性成分的修飾和優(yōu)化。通過(guò)近幾年微生物發(fā)酵研究發(fā)現(xiàn),黃酮類的生物轉(zhuǎn)化的報(bào)道相對(duì)較多。黃酮類化合物是桑葉的重要活性成分組成,多以酯類糖基化、聚合物等形式存在,致使其生物利用率低(郝靜怡,2018),通過(guò)微生物分解代謝的作用,可改變其原來(lái)結(jié)構(gòu),提高黃酮類化合物的利用率(常華松,2019)。桑葉發(fā)酵后生物活性成分含量變化見表5。
3.發(fā)酵桑葉在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用
(1)發(fā)酵桑葉在豬生產(chǎn)上的應(yīng)用
在生豬飼糧中添加5%~15%發(fā)酵桑葉粉可顯著提高生長(zhǎng)性能、縮短生長(zhǎng)周期、降低飼料成本以及改善腸道健康。但其最高添加量不超過(guò)15%,添加過(guò)量的發(fā)酵桑葉粉會(huì)顯著降低斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能;在育肥豬飼糧中添加適量比例的發(fā)酵桑葉粉可以改善產(chǎn)品品質(zhì),且添加5%~15%效果最好(李棟棟,2017;林標(biāo)聲,2016;張娜娜,2016)。李棟棟等(2017)發(fā)現(xiàn)飼糧中添加2%~4%發(fā)酵桑葉粉能顯著提高斷奶仔豬的料重比,每千克飼糧可節(jié)約1.67~2.29元的生產(chǎn)成本。林標(biāo)聲等(2016)發(fā)現(xiàn),在斷奶仔豬飼糧中添加5%發(fā)酵桑葉復(fù)合物能有效治療仔豬病毒性胃腸炎,發(fā)酵桑葉粉中存在大量的益生菌,進(jìn)而可調(diào)節(jié)仔豬胃腸道的菌群環(huán)境,從而維持胃腸道健康。張娜娜等(2016)通過(guò)育肥豬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在基礎(chǔ)飼糧中添加15%發(fā)酵桑葉粉可顯著提高育肥豬的平均日增重,縮短生長(zhǎng)周期,這可能是桑葉粉經(jīng)過(guò)發(fā)酵后,其粗纖維含量降低,粗蛋白質(zhì)含量提高,抗?fàn)I養(yǎng)因子作用減小,有效改善其適口性,從而提高育肥豬的生長(zhǎng)性能。丁鵬等(2018)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),飼喂添加9%桑葉粉全價(jià)發(fā)酵料組的寧鄉(xiāng)花豬料重比顯著降低,有效提高了寧鄉(xiāng)花豬的生長(zhǎng)性能。添加發(fā)酵桑葉粉可降低寧鄉(xiāng)花豬的背膘厚,且隨著發(fā)酵桑葉粉劑量的增加效果更為明顯。這可能是發(fā)酵桑葉粉中黃酮類化合物和生物堿可以調(diào)控脂質(zhì)代謝,且有研究證明桑葉中的DNJ通過(guò)調(diào)控細(xì)胞外蛋白激酶(ERK)/過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體γ(PPARγ)信號(hào)通路抑制豬肌內(nèi)脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中的脂質(zhì)積累(Wang G Q,2015)。
綜上可知,在斷奶仔豬階段,由于其消化道尚未發(fā)育健全,添加2%~4%的發(fā)酵桑葉粉可增加飼糧特殊香味和誘食性,提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能有利于斷奶仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收和利用。隨著仔豬的生長(zhǎng)發(fā)育,其消化系統(tǒng)發(fā)育健全,在生長(zhǎng)育肥階段,可添加15%以內(nèi)的發(fā)酵桑葉粉,在提高生長(zhǎng)性能的同時(shí)改善了豬肉品質(zhì),在一定程度上降低了生產(chǎn)成本。
(2)發(fā)酵桑葉在肉雞生產(chǎn)上的應(yīng)用
肉雞飼糧中添加發(fā)酵桑葉粉具有提高機(jī)體抗氧化能力、增強(qiáng)免疫功能和改善肉品質(zhì)等作用。黃靜等(2016)研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加20%發(fā)酵桑葉粉能顯著提高胡須雞血清總蛋白(TP)和球蛋白(GLB)含量,同時(shí)顯著降低血清總膽固醇(TC)和甘油三酯(TG)含量。這說(shuō)明發(fā)酵桑葉粉具有增強(qiáng)免疫力和降低血脂等作用。為探究發(fā)酵桑葉粉在胡須雞飼糧中最適添加量和飼用效果,黃靜等(2017)進(jìn)行了后續(xù)研究,綜合各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)現(xiàn),添加10%~20%發(fā)酵桑葉粉能增強(qiáng)胡須雞血清中谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,并在一定程度上提高胡須雞生長(zhǎng)性能,飼用效果較好。鄺哲師等(2016)研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加20%發(fā)酵桑葉粉能顯著降低胡須雞肌肉pH45min,緩解肌肉糖原酵解和肌肉酸敗的速度,從而延長(zhǎng)貨架期;隨著發(fā)酵桑葉粉添加量的增加,肉色黃度(b*)值逐漸減少,可能是桑葉中豐富的黃酮、多糖生物堿等生物活性物質(zhì)具有明顯的抗氧化作用,減弱了肌紅蛋自的氧化程度(Terashima M,2012)。此外,有研究發(fā)現(xiàn),在飼糧中添加發(fā)酵桑葉粉可引起肉雞腸道菌群的變化,主要變化為顯著增加了乳酸菌的含量,降低大腸桿菌的含量。通過(guò)發(fā)酵處理,飼糧pH降低,為腸道中乳酸菌等有益菌提供酸性環(huán)境,促使有益菌通過(guò)營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)和占位作用來(lái)抑制有害菌的大量繁殖(Caggianiello G,2016)。因此在肉雞飼糧中添加5%~10%的發(fā)酵桑葉粉有利于提高肉雞免疫功能和抗氧化能力,還具有調(diào)控肉雞脂質(zhì)代謝、改善肉品質(zhì)和促進(jìn)腸道健康功能。
(3)發(fā)酵桑葉在反芻動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用
在反芻動(dòng)物飼糧中添加發(fā)酵桑葉粉可在不影響其生產(chǎn)性能的狀況下,提高經(jīng)濟(jì)效益,提高肉品質(zhì)以及降低瘤胃揮發(fā)性脂肪酸含量。吳配全等(2011)研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加20%及以下的發(fā)酵桑葉粉對(duì)生長(zhǎng)育肥牛生長(zhǎng)性能和血液生化指標(biāo)無(wú)顯著影響,且每千克飼糧可降低0.29~0.49元的生產(chǎn)成本。吳浩(2012)在飼糧中添加22.5%發(fā)酵桑葉粉可改善胴體品質(zhì),提高屠宰率和眼肌面積,同時(shí)調(diào)控肉牛體內(nèi)脂質(zhì)代謝。而肖建中等(2019)則發(fā)現(xiàn),在新晃黃牛飼糧中添加30%發(fā)酵桑葉粉,對(duì)其脂質(zhì)代謝的影響不顯著,但能夠顯著改善肉品質(zhì)和增強(qiáng)機(jī)體免疫力。Zhou等(2014)和Li等(2017)發(fā)現(xiàn)在肉牛飼糧中添加青貯桑葉粉,對(duì)肉牛的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響能顯著降低瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸含量,但對(duì)其糞便菌群的影響極少。劉自新等(2014)將青貯桑葉粉加入灘寒雜交肉羊飼糧中進(jìn)行育肥試驗(yàn),結(jié)果表明,添加青貯桑葉粉能顯著提高肉羊平均日增重降低料重比。
(4)發(fā)酵桑葉在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)上的應(yīng)用
魚粉因具有高蛋白質(zhì)、豐富氨基酸含量的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在水產(chǎn)飼料中,近年來(lái)隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大,魚粉的價(jià)格不斷上漲,尋找新的蛋白質(zhì)來(lái)源已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn),由于發(fā)酵桑葉粉粗蛋白質(zhì)消化吸收率高、氨基酸組成豐富、價(jià)格較低等特點(diǎn),所以在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用潛力巨大。陳文燕等(2015)研究了不同比例發(fā)酵桑葉粉替代魚粉在羅非魚生產(chǎn)上的應(yīng)用,試驗(yàn)表明,在飼糧(5%魚粉)中,發(fā)酵桑葉替代40%魚粉對(duì)羅非魚的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著差異,當(dāng)替代量高于40%時(shí),不利于羅非魚的生長(zhǎng)。徐韜等(2016)研究了發(fā)酵桑葉粉替代15%、30%的魚粉對(duì)大口黑鱸的影響,發(fā)現(xiàn)了添加低劑量發(fā)酵桑葉粉替代魚粉對(duì)大口黑鱸的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響,添加高劑量發(fā)酵桑葉粉會(huì)顯著降低大口黑鱸終末體重和特定生長(zhǎng)率,此外,飼喂添加高劑量發(fā)酵桑葉粉的大口黑鱸其血清低密度指蛋白(LDL)和丙二醛(MDA)含量顯著降低,超氧化物歧化酶活性顯著升高。因此,進(jìn)一步說(shuō)明了發(fā)酵桑葉粉可以改善其脂質(zhì)代謝和增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力。在水產(chǎn)飼料中發(fā)酵桑葉粉可替代10%~15%的魚粉,保證水產(chǎn)生物生長(zhǎng)狀況良好的情況下有效節(jié)約生產(chǎn)成本。
4.小結(jié)
利用微生物發(fā)酵技術(shù),可以顯著降低桑葉粉中的抗?fàn)I養(yǎng)因子含量,并可將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì),有利于動(dòng)物機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收;同時(shí),對(duì)其活性成分進(jìn)行了優(yōu)化,具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然發(fā)酵桑葉粉在動(dòng)物生產(chǎn)上得到了部分應(yīng)用,并取得了一定的效果。但對(duì)于不同種類不同發(fā)育階段的動(dòng)物,發(fā)酵桑葉粉的最適添加量還需要開展更多研究加以確定?,F(xiàn)階段發(fā)酵桑葉粉使用的發(fā)酵菌群種類多,發(fā)酵工藝多樣,容易造成產(chǎn)品不穩(wěn)定。因此,發(fā)酵桑葉在不同品種、不同發(fā)育階段的畜禽中的應(yīng)用及其功能性作用和作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。
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