桑叶的饲用价值及其在动物生产中的应用和研究现状
2016-04-15孟留伟周逸斌黄凌霞
孟留伟,周逸斌,黄凌霞,2*
(1.浙江大学应用生物资源研究所,浙江 杭州 310058;2.浙江大学湖州南太湖农推中心,浙江 湖州 313000)
桑叶的饲用价值及其在动物生产中的应用和研究现状
孟留伟1,周逸斌1,黄凌霞1,2*
(1.浙江大学应用生物资源研究所,浙江 杭州 310058;2.浙江大学湖州南太湖农推中心,浙江 湖州 313000)
桑叶具有许多优异的特点,比如产量高、营养含量丰富多样等,是一种具有较大开发价值的动物饲料原料。目前已有许多的研究人员将其应用到除蚕桑生产以外的畜禽、水产等动物生产之中,并且对动物的生长性能、产品品质以及经济效益都产生了影响。本文通过介绍桑叶在畜禽和水产上的应用现状,以及一些尚未解决的问题来探讨桑叶饲料在动物生产中的可行性,最后展望了桑叶饲料在未来生产中的应用前景。
桑叶;动物饲料;应用现状;问题及建议
我国是蚕桑生产的发源地,桑叶是唯一可以使蚕产生经济价值的饲料。近年来,随着蚕桑产业发展的调整,尤其在江浙传统产区,家蚕饲养量逐年减少,造成了桑树资源富余。桑叶作为一种富含蛋白质、维生素、矿物质元素等营养物质的植物性原料,开发其新用途成了目前研究的热点。值得关注的是,由于畜牧行业饲料原料紧缺等原因,使得桑叶资源的开发成了新的饲料研究方向。桑叶饲料是指把桑叶当做动物饲料的原料来进行动物生产,主要应用于畜禽,水产等动物生产上。桑叶作为动物生产饲料不仅有助于缓解动物生产饲料资源紧缺的问题,而且也使得桑树资源得到了合理利用,有利于整个畜牧行业的可持续发展。本文总结归纳了桑叶作为动物饲料的营养价值和应用研究现状并对应用中所遇到的问题提出可能的解决方案,希望通过本文能对未来桑叶饲料的研究和发展方向提供新的参考思路和方向。
1 桑叶的营养价值
1.1 基础营养物质
桑叶中的营养物质含量丰富,据测算成熟桑叶中约75%为水分,干物质占25%,具有较高的营养价值[1]。
桑叶中的基础性营养物质例如粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、粗纤维、无氮浸出物等物质含量与一些常规的饲料作物的比较,从表1中可以看出桑叶的粗蛋白和粗脂肪含量达到了29.8%和5.6%,仅次于大豆的40.8%和19.9%,高于其他所有的饲料作物。粗灰分含量为11.8%是几种饲料作物中含量最高的,而粗纤维含量为11.1%,在所有的饲料作物中排在第2位。由此可见与其他的饲料作物相比,桑叶的营养价值处于几种饲料作物的前列,因此从基础营养物质含量来说,桑叶是一种潜在的优良饲料原料。
表1 桑叶和其他常规饲料作物的基础营养成分含量比较[2~3]Table 1Mulberry compare with other conventional forage crops in the content of basic nutrition[2~3][质量分数/(%,md)]
1.2 氨基酸、维生素、矿物质元素的含量
桑叶中不仅粗蛋白含量较高而且氨基酸种类也较为丰富,表2是桑叶中氨基酸种类与其他饲料作物的比较。从表2中可以看出,相比与其他几种饲料作物,桑叶中的氨基酸含量更为全面、更为丰富,其必需氨基酸含量也仅次于大豆,由此可见桑叶是一种优质的蛋白质饲料来源。此外,在畜禽生产中的一些限制性氨基酸也含量较为丰富,整体上来说是仅次于大豆的优良饲料蛋白质来源。
桑叶中的维生素和矿物质元素含量见表3。从表中可以看出桑叶中的矿物质元素中铁的含量较高,而维生素中维生素B、维生素C的含量较高,这些物质较高的含量有利于动物生产中的生产管理,比如增强免疫力、促进营养物质的转化吸收、增强抗氧化能力、增强动物的代谢等[4]。丰富的维生素和矿物质元素含量在动物生产中具有促进营养物质吸收和增强代谢的作用。所以从维生素和矿物质含量来说,桑叶是一种优质的饲料原料。
表2 桑叶与其他常规饲料作物中的总氨基酸组成及含量比较[2~3]Table 2Mulberry compare with other conventional forage crops in total amino acid composition and content[2~3][含量/(m·g-1,md)]
表3 桑叶中维生素和矿物质元素含量[4~6]Table 3The content ofvitamins and mineral elements in mulberry[4~6]
1.3 功能性物质
目前对桑叶中功能性物质的研究主要集中在胡萝卜素、黄酮、多糖、1-脱氧野尻霉素(DNJ)等物质上。这些物质虽然不是桑叶中主要的营养性物质,但他们是桑叶中不可替代的功能性物质。以上的几种物质具有增强免疫、抗氧化、增强代谢、改善肠道健康、改善肉品质等功能[6]。研究发现类胡萝卜素不仅具有维生素A的功能,而且还是一种天然的着色剂,对禽类的肤色、蛋黄的颜色具有改善作用。黄酮和多糖的功能则体现在增强非特异性免疫、抗氧化、降脂等方面。1-脱氧野尻霉素作为桑叶植物中独有的物质,其具有降血糖的作用,目前较多的应用在人的糖尿病治疗方面[5]。以上几种功能性成分目前的研究都是通过将单独的功能性物质提取出来以后进行研究,而很少直接用桑叶来进行动物用的实验,因此这些物质当用桑叶直接进行饲喂时,以上所阐述的功能性还未进一步研究。
2 桑叶在动物生产中的应用
2.1 在牛生产中的应用
研究发现桑叶具有良好的适口性,几乎所有的动物都容易接受并采食,并且适应以后会优先采食。用桑叶进行牛的饲喂时,由于牛是反刍动物,有特殊的生理消化吸收构造,因此用桑叶进行饲喂时,可以改善瘤胃内部微生态环境,使瘤胃内部的纤维分解菌更多的附着在纤维上,提高其繁殖率,从而提高其对饲料的转化率和利用率[7]。有研究用桑叶作为犊牛的补充料,可以节省代乳料的饲喂量,并能促进犊牛瘤胃的发育和生长[7]。Gonzale and Meji等[8]的研究证明,对0~4月龄的哺乳犊牛进行饲喂替代了50%的精饲料时,并不影响其生长性能,而且在替换25%的量时,效果最好。马双马等[9]的饲喂试验表明在给试验牛连续62 d每天中午饲喂一次桑叶后,发现牛毛细密有光泽、皮肤有弹性、肌肉丰满、体态壮实,和对照组的毛长且厚、无光泽、躯体瘦小形成明显的对比,经过计算,在经济性方面,添加桑叶的牛个体,平均日增重比对照组多0.218 kg,经济增效显著。也有研究表明在肉牛稻秸型日粮中添加桑叶粉,会使牛瘤胃内的pH和温度保持在微生物最佳的代谢范围内,在增加瘤胃内氨态氮和和血液中尿素氮时,血液尿素氮水平与瘤胃氨态氮浓度的变化呈正相关,而瘤胃氨态氮浓度随日粮蛋白质水平增加而增加,说明添加桑叶粉增加了肉牛日粮中的蛋白质含量,也说明了在肉牛的饲料中添加桑叶增加了牛的蛋白质消化率[10]。奶牛的饲喂试验表明,在其饲料中添加一定量的桑叶,会提高奶牛的产奶量、改善如品质、降低奶牛乳房炎的发生率,从而提高其经济效益。刘先珍等[11]饲喂实验结果表明,用桑叶代替部分豆饼进行荷斯坦奶牛的饲喂时,会使荷斯坦奶牛的泌乳量平均每天增加0.727 kg。除了以上研究以外还有许多的研究证实在饲料中添加一定量的桑叶进行饲喂奶牛或肉牛时,可以显著提高其经济效益。这也表明桑叶在牛饲养生产中应用的可行性。
2.2 在羊生产中的应用
从目前已有的研究结果来看,在羊的饲料中用一定量的桑叶替代其他饲料不会对其产生不利的影响。例如严冰[12]用桑叶代替一部分湖羊的精料,发现桑叶对湖羊来说是一种很好的蛋白质补充物。也有研究证明,只喂桑叶的试验绵羊与对照组相比,二者在外观上没有任何区别,但在屠宰以后的烹饪会发现,两者之间在风味上有一定的差异,主要表现为试验羊脂肪更多、肉更细腻、膻味更低、味道更鲜美等特点,这说明用桑叶可以肥育绵羊,改善绵羊的肉质和风味[13]。在朱启等[14]的研究中发现用桑叶替代湖羊饲料中的蛋白质饲料不会影响动物的采食量、生产性能及血液指标,并且相关的研究还表明在湖羊的精料中添加适量的桑叶粉能够提高育肥湖羊的体格发育和器官发育,合适的比例为15%左右[15]。另外也有其他研究发现,在湘东黑山羊的饲料中添加一定比例的桑叶粉对湘东黑山羊瘤胃的发酵有积极的作用,根据实验结果发现添加的适合的比例在10%[16]。但是在一些试验中也出现了桑叶和其他饲料之间的负相关的现象,例如有关研究表明当桑叶与菜籽饼以不同比例混合饲养湖羊时会存在负组合效应,也即是饲喂桑叶和菜籽饼的混合物时,其效果比单独饲喂菜籽饼还要差[12]。据推测这可能与饲料中的抗营养物质有关,例如桑叶中的单宁、植物凝集素等,以及菜籽饼中硫代葡萄糖甙等物质与饲料中的营养因子或酶结合使得湖羊的消化率和吸收率降低,而具体的原因还有待于进一步的研究证实。
2.3 在猪生产中的应用
桑叶作为一种植物性蛋白来源,经常被添加到猪的饲料中进行饲喂,而根据研究的结果显示都取得了不错的效果,也进一步证实了桑叶饲料在猪生产中的可行性。2015年2月10日中央二套电视台报道德阳市旌阳区从2013年开始开展用桑叶作饲料喂养家禽家畜的科研试验,经过两年多的努力,桑叶饲料喂养生猪科研试验取得了成功。实验结果表明用桑叶发酵加工成饲料喂养生猪,具有促进生猪生长、提高抗病性、显著改善肉质等特殊作用。据测定,桑叶生态猪与普通猪相比,四大风味氨基酸高35.4%,氨基酸总量高24.7%,蛋白质高44%,脂肪低47.6%,胆固醇低45.5%,因此桑叶生态猪具有安全、营养、健康、美味等特点,有良好的经济价值[17]。另外也有相关试验表明,在猪的日粮中添加一定量的桑叶,会使猪更加健壮,皮红毛亮、日增重也相应的增加,提高了经济效益[18]。郭建军等[19]在繁育猪的日粮中添加一定量的桑叶,发现实验组繁育母猪产后发情间隔更短,并且能促进卵泡发育,提高产仔率、初生重、断奶率和成活率[18]。总的来说,在猪日粮中添加桑叶能够提高母猪繁殖率、仔猪初生重断乳重和成活率,提高育肥猪日增重和生长速度,降低料肉比,提高经济效益。同时,猪采食后的桑叶也可以调节肠道微生物平衡,降低大肠杆菌等数量,增加有益菌如乳酸杆菌和双歧杆菌数量。此外,采食桑叶的猪经屠宰后发现桑叶还具有降低肉中胆固醇含量的作用,提高了肉的品质[20,21]。用桑叶替换一定的基础日粮后,除了基本营养物质作用以外,桑叶中所含的功能性成分也有重要的作用。比如桑叶中的1-脱氧野尻霉素和类黄酮等物质具有阻止碳水化合物向脂肪转化的作用,导致动物体脂转化、脂肪沉积受阻,从而增加猪的瘦肉率,降低猪的板油率,更能满足人们对健康饮食的需求[22,23]。因此在猪的日粮中添加一定量的桑叶以后,不仅可以起到促生产的作用,还能提高肉的品质,降低饲养成本。
2.4 在鸡生产中的应用
在蛋鸡的基础日粮中添加一定比例的桑叶可以提高鸡蛋的品质,但添加的量超过一定比例时会产生不良影响。如张乃峰等的研究结果表明,在鸡日粮中添加5%的桑叶粉对蛋鸡生产性能及蛋品质无显著影响,但显著提高了蛋黄色泽。值得注意的是,当添加量到7%时,鸡的采食量、产蛋量和产蛋率都降低[24]。而黄静[25]等的研究表明用多水平的桑叶粉和发酵桑叶粉对胡须鸡进行饲养,会降低胡须鸡的生长性能,但其同时也具有降低血脂,增强免疫力,提高抗氧化能力等作用,而经过屠宰以后的对屠宰性能,肉品质及盲肠菌群的测定发现,在胡须鸡的饲料中添加桑叶粉可添加至10%,而固态发酵桑叶粉的量可添加至20%,在这两种添加量下可提高胡须鸡的肉品质和肠道健康[26]。对于添加桑叶到蛋鸡的日粮中能改善蛋黄颜色的原因,有报道称是因为在饲喂桑叶以后,蛋鸡采食的桑叶中的类胡萝卜素、叶黄素会沉积到蛋黄中,使蛋黄颜色加深[27]。另外,su⁃do等[28]还发现在蛋鸡的饲料中添加一定的桑叶粉,会明显的降低粪便中氨气的含量,而对硫化氢的含量无显著影响,这表明添加桑叶对畜禽的粪便具有除臭作用。目前对于用桑叶饲喂蛋鸡存在一些相悖的实验结论,主要是还是围绕添加量的问题,从现有的研究结果来看,当添加的比例较低时,不会对蛋鸡的产蛋性能,产蛋重、产蛋率产生显著的影响,反而会提高鸡蛋的品质,但当添加量超过一定比例时,会显著降低蛋鸡的产蛋量,产蛋率以及采食量等指标。桑叶在肉鸡中的应用主要测定的是其生长性能、屠宰性能及肉品质的相关指标。结合目前的相关研究结果来看,在肉鸡的日粮中添加桑叶有助于改善肉的品质和风味,但对其料肉比、饲料转化率、日增重等影响研究结果不相一致,这可能与研究对象的品种有关。对于提高肉的品质方面,有研究结果表明以3%的桑叶粉饲喂肉鸡,发现鸡肉肉质变细,香味变浓[28];也有研究证实,添加桑叶粉饲喂肉鸡以后能有效提高胸肌肌苷酸含量和鸡肉口感[29],兰翠英等[30]的研究结果表明在肉鸡的饲粮中添加桑叶粉可以提高肉鸡采食量和饲料增重比,但是对日增重的影响并不显著;添加桑叶粉具有降低肉鸡腹脂率的效果,而对其他屠宰性能指标无显著影响;添加桑叶粉具有降低肌肉IMF、SFA含量和(ω-6/ω-3)比值,以及提高UFA和ω-3 UPFA含量的效果。总的来说,在鸡的日粮中添加桑叶有助于提升鸡蛋和肉的品质,但对采食量,料肉比、日增重等的影响还需进一步的研究证实,以确定合适的添加量。
2.5 在水产中的应用
目前以桑叶作为人工饲料的应用研究主要集中在畜禽的生产中,在水产养殖中应用的研究较少,但随着研究的越来越深入,研究人员也开始关注桑叶饲料在水产行业中的应用。由于桑叶在被鱼采食后难以被消化,因此很难在鱼的饲料中大量添加。陈文燕等[31]的试验结果表明罗非鱼的低鱼粉饲料(含5%鱼粉)中,桑叶发酵蛋白替代40%的鱼粉不会影响罗非鱼的生长,但替代80%的鱼粉则会显著抑制罗非鱼的生长,而且降低了罗非鱼的血脂和血糖含量。也有研究人员通过构建高脂血症罗非鱼,而后用不同添加量的发酵桑叶来进行饲养研究,结果表明能剂量依赖性地降低高脂血症罗非鱼的血脂、血糖水平,提高机体的抗氧化能力[32]。林仕梅[33]课题组通过研究发现,在罗非鱼的饲料中添加10%的桑叶粉不会影响其生长性能,但可以调节罗非鱼的脂代谢,改善其肉的品质。针对桑叶在鱼饲料中的添加量较少的问题,已有学者通过研究证明,将桑叶经过发酵以后再进行鱼的饲喂,可以提高其在日粮中的添加量[34,35]。也有研究报道,用含5%桑叶的饲料对草鱼进行饲喂时,对其生长性能无显著影响,但能降低草鱼的脏体比、内脏和肌肉中的脂肪率,还可以降低草鱼体内的血清胆固醇及甘油三酯,提升草鱼的肉质;而当添加量达到10%时,草鱼的生长会受到显著影响,日增重和生长率受到抑制[36]。结合以上研究结果可以发现,目前将桑叶应用于水产饲料中的研究较少。从已有的结果来看,桑叶可以应用于水产饲料中,但对桑叶的用量范围还需进一步探索,以免影响鱼类的生长性能。究其原因,可能与桑叶中所含的某些抗营养因子有关,需要进一步的研究和证实。
3 桑叶饲料存在的问题、解决建议及应用前景
3.1 存在问题和解决方法
虽然桑叶在动物生产已经取得了一定的进展,但根据现有的研究结果表明,距其成熟地、商业化地在动物生产中应用还有一段距离。基于现有的研究,我们认为存在以下几个方面的问题并提出相应的解决方法和思路。
3.1.1 饲料桑新品种的缺乏
虽然当前我国的桑树品种较多,但适合用来进行适合畜禽水产生产的大量商品化饲料加工和动物饲养的品种较少,因此在未来应进一步加强饲用新品种的培育,使得新品种具有更强的抗逆性、产量更高、营养更丰富、同时在进行饲料加工时营养流失更少,含有更低的抗营养因子等特性。从而解决目前所面临的缺乏合适的饲料桑品种的问题。但由于新品种的培育需花费较长的时间,因此短期内很难取得明显的效果,所以除了加强育种工作以外,也应该加强对桑叶饲料加工处理新方法、新工艺的研究,以及草本化栽培、机械化收割等园艺技术的探究。
3.1.2 桑叶对其他饲料营养消化吸收的抑制作用
许多的研究表明当桑叶与其他饲料一起进行饲喂时,会出现抑制营养物质消化吸收的问题,根据目前的研究结果表明这是由于桑叶中所含较高的抗营养因子,主要是粗纤维、粗灰分、酚类这三类物质[6],因此在将桑叶饲料和其他饲料混合饲喂时应先去除桑叶中所含的这些物质,以保证不对动物的生长产生抑制效应。目前所用的方法主要有四种,分别是物理处理法、化学处理法、生物处理法、添加酶制剂法,在这四种方法中最常用和最有效的就是生物法,也即通过发酵来降低桑叶中所含的抗营养因子。但根据相关研究文献发现,虽然桑叶经过发酵以后饲喂有所提高但效果有限,因此还需进一步改善发酵方法,而其中最重要的就是找到合适的发酵菌种,因此通过对发酵菌种的筛选,来找到合适的菌种进而来提高发酵的效果,从而来尽可能降低饲料中的各种抗营养因子。除了生物处理法以外,也可以尝试其他三种类别的方法,找出一个经济合适的方法来降低饲料桑中抗营养物质的含量,进而提高桑叶在饲料中的添加量和动物对其的消化吸收率,增大在动物生产中的应用价值。
3.1.3 适口性问题和添加量少
当用桑叶进行动物生产时,非反刍动物会出现采食障碍,而反刍动物则无此现象,研究发现这主要是由于桑叶表面所含的蜡质层造成的,它也是一种抗营养因子,影响动物的消化吸收[6]。因此我们应当在动物采食前应通过对桑叶进行加工处理来除去桑叶表面的蜡质层,可以通过上述(3.1.2)中的几种方法来进行,也可以利用现代的一些分子生物学技术来培育出不含蜡质层的桑树新品种,从而来解决此问题。
在饲喂试验中还存在另外一个问题,在动物的饲料中添加的桑叶量较少,例如在鸡饲料中的添加量为3%~10%,猪饲料中的添加量为5%~15%,牛饲料中的添加量为20%~40%,羊饲料中的添加量为10%~20%,一旦超过一定的量以后会对动物生产造成不良的影响,降低动物的生产性能。究其原因是由于桑叶中所含的几种抗营养因子或有毒物质所致,如单宁、植物凝集素、蜡质层等,因此降低桑叶中的抗营养因子和有毒物质成了解决此类问题的关键,这也是桑叶在动物生产应用中所遇到的主要难题,虽然目前也有一些处理方法,但效果均不理想,解决抗营养因子的问题,一直都是桑叶饲料推广应用的难点,因此除了要加强育种工作、筛选菌种以外,还应该更多的去尝试一些其他的方法,例如上文所提到的物理、化学和添加酶制剂的方法来解决抗营养因子的问题,另外我们也可以从分子生物学的角度去探究和解决抗营养因子和有毒物质含量的问题,总的来说就是不断地尝试新方法和新技术,尽可能降低桑叶中的抗营养因子和有毒物质,从而增加其在动物日粮中的添加量。
3.2 桑叶饲料的前景
我国从古至今一直是一个产桑大国,据统计我国现有桑树种植面积约80万hm2,但随着近些年经济的快速发展,造成了劳动量大、效益低的蚕桑行业的落没,以至于出现弃桑毁桑现象,造成了桑树资源的浪费,与此相反的另一方面是我国畜牧、水产业的快速发展,这使得饲料粮短缺的问题越来越严峻,据统计每年大约需要8000~9000万t饲料粮,但我国耕地面积有限,这就造成了人与动物争粮、从国外进口饲料粮的局面,使我国畜牧行业的发展受到越来越严峻的考验。我国的桑叶资源丰富,桑叶具有产量高、营养丰富、适口性好、含有许多天然的活性物质等特点,因而将桑叶开发成动物生产饲料,具有广阔的前景,不仅可以解决大量桑树资源浪费的问题,而且还能缓解我国畜牧行业饲料紧缺的问题。用桑叶饲喂畜禽,具有改善产品品质,降低生产成本,增加经济效益、减少污染等的优点。此外,由于桑树具有耐寒耐旱、保持水土的功能,因此饲料桑的种植也有助于增加植被面积,防风固沙,既能生产畜禽饲料产生直接的经济效益还能保护环境,发挥其生态价值,取得一举两得的效果。综合以上几点可以看出,在我国发展桑叶饲料具有广阔的前景,应大力开发桑叶饲料。
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Feeding Value of Mulberry Leaves and Current Status of Research and Application in Animal Production
MENG Liu-wei1,ZHOU Yi-bin1,HUANG Ling-xia1,2*
(1.Research Institute of Applied Bioresource,Zhejiang University,Hangzhou,310058 China; 2.South Taihu Agriculutural Technology Extension Center,Zhejiang University, Huzhou 313000 Zhejiang,China)
Mulberry is an animal forage material that has a large development value.In addition,it also has many excellent features,such as high yield,nutrient-rich and diverse,rich resource and so on.Now,many researchers have applied it into the production oflivestock,aquaculture and other animals,and which has had a obviously effect on animal growth performance,product quality and economic benefits.This article described the application status of mulberry leaves in livestock and fisheries,as well as some unresolved issues to explore the feasibility of mulberry leaves forage in animal production,and the future of the applications of mulberry leaves forage in the production of animals.
mulberry leaf;animal forage;current status of application;problems and suggestions
S886.9
A
0258-4069[2016]03-0011-07
现代农业产业技术体系专项(CARS-22);湖州市公益性技术应用研究项目(2015GZ12)
孟留伟(1989-),男,河南周口人,硕士研究生。从事数字蚕桑研究。E-mail:1193414839@qq.com
黄凌霞,女,副研究员,硕士生导师。E-mail:lxhuang@zju.edu.cn