玉米DDGS 营养特征及其在猪生产中高效利用的改善措施

扣泽华， 宋志锋， 范越蠡， 刘 博， 车东升 ， 韩 蕊

（1.吉林农业大学动物科学技术学院，吉林长春 130118，2.动物生产及产品质量安全教育部重点实验室，吉林长春 130118，3.吉林省动物营养与饲料科学重点实验室，吉林省生猪产业技术科技创新中心，吉林长春 130118）

玉米DDGS 全名玉米干酒糟及其可溶物（DDGS），是采用微生物发酵法生产玉米乙醇燃料过程中，经发酵后剩余的废渣、废液加热、干燥、混合所制得的副产品（Ray 等，2022）。 研究表明，玉米DDGS 脂肪、蛋白质、纤维素等营养成分含量可观，富含维生素E、叶黄素和阿魏酸等有益物质，可部分替代玉米、大豆粉、鱼粉、肉骨粉等饲料原料， 减轻集约化养殖中出现的蛋白饲料资源短缺问题（Zhu 等，2022；王晓杭等，2019；Swiatkiewicz等，2016；Mattila 等，2005）。 伴随生物质能源产业的发展，DDGS 产量逐年增多、产量稳定、廉价易得。然而，受产地、工艺等影响，不同玉米DDGS 间营养成分差异巨大， 整体存在不溶性纤维素（IDF）和不饱和脂肪酸（UFA）含量过高、氨基酸（AA）不平衡、毒素累积过量等问题，这使其在猪生产中使用时存在一定限制。目前玉米DDGS 资源合理化利用的研究主要包括： 开发改善营养成分占比的新型生产工艺 （Rodriguez 等，2020；Yang等，2019）；添加酶制剂或进行预处理，降低IDF水平（Motta，2022；Zangaro 等，2022；Petry 和Patience，2020）；添加共轭亚油酸（CLA）或左旋肉碱减轻UFA 对猪机体的负面影响 （闫芳，2019；Wei 等，2019）；添加酪蛋白平衡热损伤所致的氨基酸失衡等（Park 等，2018）。 本文旨在简述玉米DDGS 营养特性、分析其在猪生产应用中的限制因素与成因，综述目前提升其饲喂价值措施的研究进展， 为玉米DDGS 饲料资源进一步开发与利用提供参考。

1 玉米DDGS 的营养特征

1.1 玉米DDGS 的营养成分 玉米DDGS 与玉米和大豆粕主要营养成分的比较如表1 所示（中国饲料成分及营养价值表，2020；Wang，2020；Xu，2020）。 相较玉米， 玉米DDGS 中除碳水化合物（CHO）减少外，其他成分为原料的2 ～3 倍。这是由于在生产过程中，一方面，在发酵环节，淀粉经酵母菌发酵产生乙醇， 使得玉米DDGS 含量降低至4.0% ～6.0%，总CHO 含量降低40%，酵母菌的增殖也导致了玉米DDGS 的总蛋白中20%为酵母蛋白；另一方面，受浓缩干燥等环节的影响，玉米DDGS 中不可发酵的非淀粉CHO 含量增加了2.5 倍以上；除此之外，玉米DDGS 的蛋白质、油脂和灰分含量相较玉米增加了3 倍以上， 氨基酸增加2.0 ～3.5 倍（Han 等，2010）。

通过与大豆粕对比可知， 加工原料玉米本身氨基酸平衡性相比大豆粕较差， 受工艺流程的影响，在玉米DDGS 中这种不平衡性被极大的增强，这导致其蛋白质含量与氨基酸平衡性不如大豆粕，若综合考量其目前产量与价格优势，具备作为大豆粕等优质蛋白原料低价替代原料的能力。

1.2 玉米DDGS 的猪营养效价 目前， 玉米DDGS 作为常规饲料原料， 已被广泛应用于猪不同生产阶段的日粮配制， 其丰富的脂肪含量使其在淀粉水平远低于玉米的前提下，平均DE（4140 kcal/kg）和ME（3897 kcal/kg）分别与玉米的DE（4088 kcal/kg）和ME（3989 kcal/kg）相当，蛋白水平高于玉米，为猪生长、繁殖提供较为可观能量和蛋白（Pedersen 等，2007）。 此外，玉米DDGS 中的IDF 可在饲喂时起到消化道填充剂的作用， 增强怀孕母猪饱腹感，而对于仔猪，少量的这种营养素可以显著提升肠道绒毛和有益微生物群落的发育程度 （Stein 和Shurson，2009）。 合理使用玉米DDGS，不仅能够维持猪正常的营养需要，并且可一定程度的提高饲料的营养效价。研究表明，在断奶仔猪阶段， 日粮中添加0% ～25%玉米DDGS，仔猪日粮采食量和G：F 均相近，且随着DDGS 添加水平的增加，仔猪的ADFI 无明显差异，可以保证仔猪正常生长（Whitney 和Shurson，2004）。 在生长猪日粮中添加20% ～30%玉米DDGS 时，相较于玉米型日粮，不仅能满足生长猪的营养需求，还可减少日粮中无机磷的额外添加（Stein ，Shurson，2009）。这是由于玉米DDGS 中植酸磷占总磷浓度（约30%）远低于玉米（约72%），使得玉米DDGS 磷表观消化率（72.6% ～59.1%）显著高于玉米 （33.5% ～19.3%）（Almeida 和Stein，2012；Pedersen 等，2007）。 而在育肥猪日粮中玉米DDGS 添加量低于20%时， 可以获得最佳生长性能和胴体组成（Whitney，2006）。有研究表明，添加玉米DDGS 可在一定程度上降低生长-育肥猪肠道内由胞内劳氏菌引起的病变发病率（Shurson，2006）。 在哺乳母猪和妊娠母猪日粮中玉米DDGS的添加量可达20% ～40%且不会对母猪繁殖性能及其初乳组成造成负面影响 （Wang 等，2013；Song 等，2010； Benz 等，2010）。 甚至可能会提高第二繁殖周期的产仔数（Wilson，2003）。

2 玉米DDGS 营养缺陷及因素

在一定添加范围内， 玉米DDGS 在猪生产中具备良好的饲喂价值， 但若超出该范围则会严重影响其应用效果（Woyengo 等，2014）。 经研究表明，在日粮中添加40%玉米DDGS 会造成生长猪生产性能的降低 （Stein 和Shurson，2009）； 添加30%会导致育肥猪的脂肪硬度呈下降趋势且更易变质（Shircliff 等，2019）；在母猪日粮中过量添加也会引起其繁殖性能的下降（Wei，2019）。 添加量的限制可能是由不同玉米DDGS 营养成分差异较大，IDF 和UFA 含量过高，氨基酸热损失失衡，过量毒素的堆积等因素造成的， 不同因素会造成猪生产性能中不同指标的下降， 而这些因素的变化程度则受不同成因的影响。

2.1 不同玉米DDGS 营养成分差异较大 研究表明， 不同品质玉米DDGS 在猪生产应用中的饲喂价值存在一定差异，这可能与不同玉米DDGS 营养成分变异较大，粗脂肪和纤维的变异系数均大于10%有关（李平，2014）。 玉米DDGS 的概略养分组成如图1 所示，必需氨基酸含量累加差异如图2 所示（根据现有《猪营养需要量》GB/T 39235-2020 国家标准将玉米DDGS 进行分级）（Novriadi 等，2022；Kim 等，2021；Xu 等，2020；Wang 等，2018； Ruan等，2018；Magalha～es 等，2015；Welker 等，2014））。图1 和图2 的统计结果表明，玉米DDGS 营养成分存在显著差异，这可能主要是由玉米品种和生长地理位置不同所致。 李婷婷（2013）对四川、辽宁、黑龙江、山东和吉林等产区玉米DDGS 营养成分的研究结果表明，不同产区玉米DDGS 的CF、EE、AME 存在显著差异，NFE 存在极显著差异；其次，乙醇生产工艺流程等因素也影响其终产品的质量（Iram 等，2020）。 Abd El-Hack 等（2015）的研究表明，因玉米在干磨法、半干法和湿磨法三种乙醇生产工艺的区别以及在发酵、 提油等环节的不同导致产出玉米DDGS 品质的差异显著；此外，随贮藏时间的延长，玉米DDGS 的营养价值也可能发生改变，其中粗蛋白质、粗脂肪、酸价、挥发性盐基氮、巴比妥酸值和霉菌总数会发生显著变化（李丹丹等，2017）。

图1 玉米DDGS 的概略养分组成差异对比统计图

图2 玉米DDGS 必需氨基酸含量累加差异对比统计图

2.2 IDF 水平过高 玉米DDGS 中IDF 水平主要由两方面决定，一方面是原料中IDF 的含量相对较高， 致使纤维素占玉米DDGS 中非淀粉多糖（NSP）的38.2%，过高的IDF 水平可能导致猪对膳食成分利用不足， 降低在猪体内能量和氨基酸等营养素的消化率（Jaworski，2015；Gutierrez，2013）。另一方面是由于乙醇加工过程中的加热环节可能造成植物细胞壁中氮化合物与纤维素的结合，生成人工木质素聚合物。导致玉米DDGS 中酸洗涤纤维、 木质素、 特别是酸性洗涤不溶性氮（ADIN）含量的升高，造成日粮总消化率的降低（Bo..ttger，2017；Van，1991）。

2.3 UFA 含量过高 受原料影响，玉米DDGS 的粗脂肪中含有大量UFA（86.7%），所含的UFA 中约有59%为亚油酸（Shurson 等，2006）。 由于物种特点， 猪体内的脂肪组织和肌肉中的多不饱和脂肪酸（PUFA）尤其是长链（C20-22） PUFA 含量相较牛羊等反刍动物更高，且猪可能更容易将UFA沉积到其背膘和腹部脂肪中（Wood 等，2008）。 饮食中添加30%玉米DDGS 可以增加背膘和腹部脂肪中的PUFA 浓度，继而导致猪脂肪硬度下降，对胴体品质造成不利影响 （Shircliff 等，2019；Graham 等，2014）。 研究表明，日粮中亚油酸含量与机体碘值（IV）存在显著的正相关关系，IV 越大表明脂肪的不饱和程度越高， 越容易发生氧化反应，肉品质越差（Kellner 等，2014），过量添加玉米DDGS 可能还会导致脂肪变软、熔点降低，使猪肉在储存过程中更容易发生过氧化并产生异味，造成猪肉在加工切片时产量降低、 外观变差并极大地缩短了猪肉保质期。此外，若在乙醇生产过程中的干燥环节温度过高， 可能会导致玉米DDGS 脂质中的PUFA 发生过氧化自由基链式反应， 形成过氧化脂质、有毒醛，产生的二级脂质过氧化产物可能导致妊娠晚期母猪的氧化应激， 并抑制胎盘发育， 进而使产活仔数和出生猪体重下降（Wei，2019；Li，2012）。

2.4 热损伤导致的氨基酸失衡 玉米DDGS 的氨基酸不平衡受原料和加工过程的共同作用，在加工过程中热损伤对氨基酸平衡的影响尤其显著。 加热、干燥环节可能诱发美拉德反应，使氨基酸与还原糖进行一系列的化学反应， 氨基酸的氨基侧链形成新的交联， 导致氨基酸发生改变，甚至完全破坏，从而改变蛋白质二、三级空间结构（Almeida 等，2013）。由于Lys 的ε 氨基特别容易受到热损伤， 因此热损伤可能会显著影响Lys 水平，加剧玉米DDGS 中氨基酸的失衡或缺乏。 氨基酸的失衡一方面可能导致依赖于底物浓度梯度的肠上皮细胞刷状缘边界膜中氨基酸转运蛋白受阻，另一方面，由于在吸收特定氨基酸过程中， 部分其他氨基酸可作为反端口或共生体组分共同被氨基酸转运蛋白转运， 作为辅助部分的氨基酸缺乏同样也会阻碍氨基酸转运蛋白的转运效率， 这两方面都可能导致饲料的粗蛋白质和氨基酸的消化率降低。 美拉德反应产物也可能会通过抑制消化酶活性影响整体营养物质的消化率（Mauron 等，1990）。

2.5 霉菌毒素累积过量 由于玉米在高湿度贮藏条件下易滋生霉菌， 导致其含有黄曲霉毒素（AF）、呕吐毒素（DON）、玉米赤霉烯酮（ZEN）等多种霉菌毒素。在多数情况下，玉米中毒素含量低于动物机体能承受的最大阈值，所以，直接饲喂时不会对动物机体造成影响。 但由于乙醇生产工艺特性致使毒素在玉米DDGS 成品中浓缩两至三倍，且各加工环节无法对霉菌毒素造成有效破坏，最终导致毒素堆积并可能过量。 饲用含过量毒素的玉米DDGS 会严重危害动物生理健康， 抑制生长猪生长产性能，诱发妊娠母猪流产，母猪假发情等现象， 严重影响畜牧生产效益（Rykaczewska 等，2018；Pinton 等，2008）。

3 玉米DDGS 在猪生产中应用的改善措施

3.1 生产工艺的改进 近期研究表明，加工工艺的改进能有效提升玉米DDGS 品质， 提高其氨基酸的SID。 近期生产出的新型玉米DDGS 主要有冷发酵DDGS， 采用分离并分别干燥可溶物中高蛋白和低纤维组分开发的新型玉米DDGS（Pro-CaP DDGS） 和高蛋白干酒糟及其可溶物 （HPDDGS）。 其中冷发酵DDGS（6.82%脂肪）与常规DDGS（9.54%脂肪）相比在生长猪中氨基酸的SID更高（Rodriguez 等，2020）。 ProCaP DDGS 氨基酸的SID 显著高于脱脂DDGS， 代谢能显著高于玉米或脱脂DDGS（Cristoba，2020）。 HP-DDGS 消化能和代谢能均显著高于玉米和传统玉米DDGS（Espinosa 等，2018）。 但也有研究表明，HP-DDGS受其过量亮氨酸导致的拮抗作用以及纤维含量较高的影响，随添加水平的增加，使育肥猪生长性能呈线性下降趋势（Yang 等，2019）。 现阶段的研究结果表明， 新型工艺生产出的玉米DDGS 具有良好的开发前景， 其营养特性和具体消化特点有待进一步探究。

3.2 应用酶制剂 由于阿拉伯木聚糖（AX）具备显著抗营养作用，玉米DDGS 中AX 含量较高，占总NSP 的48.7%，这导致其潜在饲喂价值难以在单胃动物中展现（Baker 等，2021）。 木聚糖酶等碳水化合物酶， 可靶向作用AX 的β-1，4-糖苷键，释放出能被猪利用的多糖、寡糖和戊糖的混合物，减轻NSP 的抗营养作用，提高猪对玉米DDGS 中纤维以及其他营养物质的消化利用率 （Petry 和Patience，2020）。 Li （2012） 的研究结果显示，在15% DDGS 日粮中以0.2 g/kg 添加量添加黑曲霉提取的复合酶可显著提高育肥猪的ADG。 在Motta（2022）的研究中，使用碳水化合物水解酶能显著提高20%玉米DDGS 替代的玉米-豆粕型日粮的干物质、粗蛋白质、总能量的消化率系数和能量代谢系数， 减少日粮中钙的粪便排泄量。 在Chen（2020）的研究中，添加木聚糖酶、β-葡聚糖酶和混合酶可以在饲喂DDGS （1141 ～1267g/d）的条件下， 将NDF、ADF 和半纤维素的平均消化率分别提高33%、30% 和34%。 但由于纤维素具有晶体结构， 不易被碳水化合物水合酶降解（Huisman 等，2000），所以在Rho（2018）的试验条件下用外源性纤维降解酶浸泡DDGS 并未改善纤维和能量的消化率。这可能代表着，添加纤维素酶对改善玉米DDGS 的IDF 水平存在着局限性，有待进一步改进。

3.3 在酸性或碱性条件下的热处理 除添加酶制剂外， 热处理可破坏多糖及其糖苷酸键间的弱键（De Vries 等，2012），在酸性或碱性条件下的热处理可引起NSP 部分水解（Kootstra 等，2009）。 体外消化试验的结果表明，未过滤酒糟（WS）与浓度为10 g/L 柠檬酸混合并处于70 Psi、160 ℃条件下加热20 min， 或添加90 mmol 硫酸以及1%氨水，可以有效降低其中NSP 的含量，将WS 干燥后的玉米DDGS 的干物质体外消化率提高了11%（CA）至15%（氨）（Zangaro 等，2018）。Zangaro等（2022）的饲养试验结果证实，采用热或柠檬酸预处理WS 可以破坏其中的NSP 结构，经干燥后制得的DDGS，在饲喂（500 g/kg）过程中能显著提高饮食中总能量和粗蛋白质的表观回肠消化率系数（CAID）。 但热处理存在着一定的副作用，其可能导致美拉德反应加剧， 使玉米DDGS 中的氨基酸热损伤加剧， 致使采用该方法预处理WS 获得的玉米DDGS 中除苏氨酸外的必需氨基酸的CAID 显著降低了至少2.91%。

3.4 添加CLA 或左旋肉碱 玉米DDGS 内UFA过高导致的危害主要分为两种情况， 一种是其UFA 直接导致的猪脂肪变软、IV 升高等现象，严重危害猪的胴体品质；另一种是UFA 受热过氧化生成有毒过氧化物，容易造成母猪的氧化应激，影响其繁殖性能。 为减轻UFA 的负面影响，除在生产中建议屠宰前3 ～4 周停止使用DDGS 外（Buenavista 等，2021）， 目前针对第一种情况，还可采用添加CLA 的方式进行缓解。 由于CLA 可以降低脂肪组织中乙酰辅酶A 羧化酶 （ACC）和Δ9 去饱和酶活性， 在日粮中添加CLA 能显著降低IV，从而减少饱和脂肪酸向UFA 的转化数量，使SFA 增加，脂肪硬度增强（闫芳，2019）。 针对第二种情况，Wei 等（2019）研究发现，补充左旋肉碱可以缓解因脂质过氧化造成的负面影响， 提高母猪产活仔数。这可能是由于在代谢过程中，左旋肉碱作为过氧化物酶体氧化的重要辅助因子， 可以将细胞质基质中的游离脂肪酸（FFA）通过线粒体内膜转运至线粒体中。之后由于FFA 可通过β 氧化降解为酰基辅酶A 并进入三羧酸（TCA）循环，期间消耗大量氧气， 在电子传递链和氧化磷酸化的步骤中合成ATP。 导致氧浓度降低， 减少了活性氧（ROS）的生成，进而延缓了氧化应激的产生（Gülcin 等，2006）。

3.5 平衡氨基酸 目前在解决因热损伤导致玉米DDGS 中氨基酸不平衡现象的研究相对较少，除进行工艺改进外， 目前具有显著效果有两种方法。其一是采用固定营养（CNU）的配料方式，该方式可显著提升Lys 和Met 的AID （Acosta 等，2020）。 其二，Park 等（2018）的研究结果显示，添加一定范围内酪蛋白的玉米DDGS 日粮在生长猪阶段的CP 和氨基酸的AID 与酪蛋白水平呈正向线性增加关系，含酪蛋白日粮的AID 显著高于不含酪蛋白日粮，Lys 和Phe 的SID 也显著高于不含酪蛋白日粮。 这表明在玉米DDGS 饲粮中额外添加高质量蛋白可能对因热损伤导致的氨基酸不平衡现象具有一定缓解作用。

4 小结与展望

玉米DDGS 产量较大，价格相对低廉，饲喂价值较高，在适宜添加量范围内，可以将猪的生长性能、胴体品质、繁殖性能稳定在正常水平，并具有一定的积极作用，可作为豆粕、鱼粉等高价蛋白源饲料的有效替代。 但由于玉米DDGS 受原料、工艺、储存等多方面因素的影响，其营养特性相对其他饲料原料更为复杂，在使用时限制条件更多。目前采用的处理方式可有效缓解UFA、纤维素等对猪脂肪的IV、干物质消化率的不利影响。 其次，在针对DDGS 品质不稳定问题中，除上述原因外，由于我国现行的以脂肪作为主体进行评级的标准存在一定的局限性，主要表现为：所划分的不同品质等级玉米DDGS 中纤维水平和氨基酸含量相近，难以有效区分； 其他营养素并未与脂肪水平等级呈现相同的分级趋势。 根据此评级标准划分的玉米DDGS 可能会在饲喂中造成理论与实际营养成分存在差异， 致使不同营养构成的玉米DDGS 在猪生产应用中添加量的错误估计， 无法满足或超出猪正常生理状态下的营养需求， 影响猪的生产性能， 增加畜牧生产中饲料资源的浪费。 针对这一可能性， 需要优化玉米DDGS 的品质评级标准以达到精准营养的目的。 此外在加工过程中热损伤致使其氨基酸不平衡、 陈化粮霉菌毒素积累过量等方面的问题还有待进一步的研究， 找寻缓解热损伤的方法、开发高效的霉菌毒素去除剂，还原玉米DDGS 的营养价值， 促进玉米DDGS 在猪生产领域资源的合理利用，开拓更广阔的应用前景。