蠶沙資源多元化利用

李 睿，王海燕，馬群忠，王永亮，王介平

(重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460)

蠶沙資源多元化利用

李 睿，王海燕，馬群忠，王永亮，王介平

(重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460)

中國是養(yǎng)蠶大國，有著豐富的蠶沙資源。目前蠶沙主要被用作農(nóng)田肥料或直接被丟棄，不僅未能得到充分開發(fā)利用，而且造成環(huán)境污染和資源浪費。近年來，蠶沙資源在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥及食品工業(yè)中不斷得到利用。現(xiàn)主要對蠶沙資源的基本情況，以及在畜牧業(yè)、種植業(yè)、醫(yī)藥與食品等行業(yè)中的多元化利用進行了綜述，并對其前景進行展望。

蠶沙；多元化利用；展望

蠶沙是桑蠶采食桑葉后的排泄物，顏色墨綠，呈六菱形顆粒狀，顆粒大小根據(jù)蠶眠期不同而不同，小則如細沙，大則似綠豆，直徑2～5 mm。蠶沙含有豐富的營養(yǎng)成分和活性成分，具有祛風(fēng)除濕、清熱明目、活血定痛、鎮(zhèn)靜安神等功能[1]。

中國養(yǎng)蠶歷史悠久，不僅是世界蠶業(yè)的發(fā)源地，還是蠶業(yè)資源的主產(chǎn)國，一直以“絲綢之路”而聞名世界。蠶沙是養(yǎng)蠶過程中的副產(chǎn)物，產(chǎn)量相當豐富，僅全國五大蠶區(qū)干蠶沙的年產(chǎn)量就達100萬t以上。蠶沙主要被用作農(nóng)田肥料或直接被丟棄，未能得到充分開發(fā)利用，造成環(huán)境污染和資源浪費。隨著科技的快速發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對蠶沙的研究不斷深入，人們越來越認識到蠶沙的巨大開發(fā)價值。近年來，蠶沙資源在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥及食品工業(yè)不斷得到利用。本文將從蠶沙資源多元化開發(fā)利用角度分析，就其在畜牧業(yè)、種植業(yè)、醫(yī)藥與食品等行業(yè)的利用現(xiàn)狀及展望進行綜述。

1 蠶沙的營養(yǎng)與功能成分

蠶在生長過程中會大量采食桑葉并快速排空，桑葉中的諸多營養(yǎng)、活性成分未經(jīng)完全吸收而被排泄，致使蠶沙中蓄積有豐富的營養(yǎng)活性物質(zhì)。據(jù)文獻顯示[2-3]：蠶沙中含粗蛋白13.03 %～13.6 %，粗脂肪1.84 %～3.7 %，鈣2.78 %～3.2 %，磷0.24 %～0.82 %，粗纖維12.5 %～17.37 %，可溶性無氮物36.2 %～48.7 %，灰分12.6 %～17.75 %。除此之外，蠶沙中還含有豐富的銅、鐵、鋅等微量元素，以及類腎上腺皮質(zhì)激素，VA、VB、VC、VD、VE，煙酸、生物堿、葉黃素、葉綠素、類胡蘿卜素、葉蛋白、果膠、植物醇等活性成分[4]。蠶沙可以作為活性成分提取較為經(jīng)濟的原料來源。目前，蠶沙活性提取物已廣泛應(yīng)用于食品、飲料、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)，具有巨大的開發(fā)價值。蠶沙與畜牧業(yè)中苜蓿、米糠、麥麩等重要的飼料原料比較，營養(yǎng)價值均高于后者[5]，可作為新型飼料原料進行替代。

2 蠶沙中功能性成分的提取

蠶沙功能性成分主要指其含有的活性成分，目前蠶沙活性成分的分離、提取技術(shù)，直接影響其提取率和后續(xù)加工的難易程度。隨著技術(shù)的高速發(fā)展，一些現(xiàn)代高新技術(shù)不斷被應(yīng)用到蠶沙功能性成分的提取，對于蠶沙的研究也主要集中在蠶沙中活性物質(zhì)的提取上。

李富蘭等[6]以活性炭為吸附劑對蠶沙中葉酸和果膠進行聯(lián)合提取，葉酸產(chǎn)率達0.14 %，果膠產(chǎn)率達2.4 %，且葉酸和果膠產(chǎn)品質(zhì)量均達到國家相關(guān)標準。張紅俊等[7]采用超聲輔助提取蠶沙中總黃酮，結(jié)果表明：當提取溶劑為60 %乙醇，液料比l∶8，提取時間25 min，提取2次時提取效果最佳，黃銅含量達4.66 %。海洪等[8]采用2∶1丙酮乙醇溶液為提取劑輔以微波處理，得出微波提取蠶沙中葉綠素的最佳工藝條件：微波輻射59 s，提取溶劑與蠶沙用量比例27 mL/g，提取時間26 min，提取溫度70 ℃，葉綠素提取率預(yù)測值為4.41 mg/g，驗證值為4.26 mg/g，與預(yù)測值的相對誤差為3.4 %，與傳統(tǒng)有機溶劑法相比，提取率提高了4.8倍。凌敏等[9]以蠶沙為原料，利用溶劑從中提取得到葉綠素，經(jīng)過皂化、酸化、鈷代及成鹽等過程，制備得到葉綠素鈷鈉鹽，并對其光、熱穩(wěn)定性進行測定。結(jié)果表明，葉綠素鈷鈉鹽易溶于水，在溫度低于90 ℃，pH為7～11范圍及室內(nèi)自然光條件下具有較好的穩(wěn)定性。

3 蠶沙的多元化開發(fā)利用

3.1 蠶沙在畜牧業(yè)的應(yīng)用

蠶沙由于營養(yǎng)豐富，適口性好，可作為飼料原料應(yīng)用在魚、豬、山羊、兔和禽類等的養(yǎng)殖上，從而可大大降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，獲取經(jīng)濟效益。

早在1983年，胡保同[10]就開始研究種桑、養(yǎng)蠶、養(yǎng)魚人工生態(tài)系統(tǒng)，利用蠶沙、蠶的脫皮及殘剩的桑葉養(yǎng)魚。蠶沙施入魚池以后，既可作為肥料，又可作為魚飼料。

陳翠玲等[11]以生長豬為研究對象，采用消化試驗、飼養(yǎng)試驗并結(jié)合屠宰研究了蠶沙的飼用價值。結(jié)果表明，蠶沙的消化能含量為11.02 MJ/kg；在育肥豬日糧中添加7 %的蠶沙，不影響豬的屠宰率，并且瘦肉率隨著蠶沙添加比例的提高而增加。

柏雪等[3]對蠶沙作為山羊飼料進行研究，蠶沙對山羊的消化能為8.44 MJ/kg、代謝能為8.23 MJ/kg；其蛋白質(zhì)的消化率為52.68 %、氮存留率為43.73 %，瘤胃降解率高達45.47 %；其粗纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率均較高，分別為41.4 %、57.85 %和59.56 %，而粗纖維的瘤胃降解率較低，為36.05 %。結(jié)果表明蠶沙營養(yǎng)價值介于精料與粗料之間，是一種飼用價值較高的新型反芻動物飼料。郭春華等[12]用蠶沙替代精料飼喂生長山羊發(fā)現(xiàn)：適宜比例蠶沙替代精料(25 %～50 %)可提高山羊的產(chǎn)肉性能，而對其肉品質(zhì)無影響。

尹永志等[13]對蠶沙作為新西蘭兔飼料的可行性及其適宜添加水平進行研究，發(fā)現(xiàn)在斷奶新西蘭兔日糧中可以加入6 %～24 %的蠶沙，以12 %添加量經(jīng)濟效益最佳。陳翠玲等[14]將含不同水平蠶沙的日糧飼喂萊茵鵝，通過消化代謝試驗、飼養(yǎng)試驗、屠宰分析，發(fā)現(xiàn)添加15 %蠶沙試驗組在日增重、飼料轉(zhuǎn)化、經(jīng)濟效益方面均最佳；不同水平蠶沙添加量屠宰率的影響均不顯著；15 %蠶沙組的全凈膛率與其他組比較最高。鄭學(xué)斌等[15]選用5 %蠶沙添加量作飼料喂肉仔雞的對比試驗，結(jié)果表明試驗組在平均增重、料肉比方面均比對照組有所提高，如果蠶沙作為飼料用于大批量的肉雞生產(chǎn)，有可觀的經(jīng)濟效益。

3.2 蠶沙在種植業(yè)的應(yīng)用

蠶沙中糖分、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)含量豐富，將其作為有機肥料可提供齊全的營養(yǎng)基質(zhì)。當蠶沙經(jīng)過腐熟發(fā)酵作用后，能被農(nóng)作物充分吸收利用，在農(nóng)作物增產(chǎn)上有明顯的效果。除此之外，還能有效提高葉綠素、維生素含量，降低蔬菜中硝酸鹽的含量，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量安全[16]。

瞿廷廣等[17]對葉菜類蔬菜施用蠶沙有機無機復(fù)混肥進行研究，發(fā)現(xiàn)蠶沙復(fù)混肥比普通無機復(fù)混肥增產(chǎn)36.0 %～57.6 %，比普通有機無機肥增產(chǎn)20.8 %～34.3 %，葉綠素也有類似提高趨勢；與普通無機復(fù)混肥、普通有機無機肥相比，施用蠶沙復(fù)混肥的3種蔬菜中還原糖含量分別增加37.8 %～72.3 %和11.8 %～21.8 %，VC含量分別增加25.6 %～74.6 %和5.5 %～27.5 %，硝酸鹽含量分別減少23.6 %～42.7 %和4.0 %～6.8 %。顧文杰等[18]利用蠶沙為原料，以廢棄蘑菇基料作為調(diào)理劑制造養(yǎng)分豐富的有機肥料，研究結(jié)果表明，在蠶沙堆肥過程中添加25 %的廢棄蘑菇基料有利于改善堆肥的反應(yīng)條件，提高堆肥的氮素養(yǎng)分含量。

羅珍等[19]研究發(fā)現(xiàn)，施用蠶沙發(fā)酵有機肥能夠有效提高煙草植株葉片的生物量，且優(yōu)化N、P、K 3種營養(yǎng)元素在煙草植株不同部位的分配比率，減少N、K在根和莖中的積累，提高N、K在煙葉中的分配比率。與對照相比，施用蠶沙發(fā)酵有機肥可使煙葉中的水溶性總糖含量提高30.17 %，施木克值趨于適中，使煙葉的化學(xué)成分更趨合理。陳曉萍等[20]將廢棄蠶沙進行無害化處理和適度發(fā)酵開發(fā)出蠶沙有機肥，并對其養(yǎng)分特點、肥效進行研究，結(jié)果表明：施用發(fā)酵蠶沙有機肥不僅可提高小白菜產(chǎn)量、營養(yǎng)養(yǎng)分、VC含量，減少硝酸鹽積累量，還可提高土壤pH值，增加土壤速效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量，增強土壤酶活性，其效果優(yōu)于發(fā)酵羊糞有機肥。以蠶沙為主要有機物料開發(fā)肥料，不僅能保護環(huán)境，還能促進蠶沙資源的多元化開發(fā)，變廢為寶，拓寬原料渠道，具有良好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。

3.3 蠶沙在綠色能源開發(fā)中的應(yīng)用

蠶沙中含有大量的不溶有機物，也含有大量致病菌，如果對蠶沙處理不當，將其直接排入池塘、河流，不僅殘渣會使水體的固態(tài)和懸浮物增多，其豐富的營養(yǎng)物質(zhì)還會使微生物大量生長，導(dǎo)致水質(zhì)富營養(yǎng)化，產(chǎn)生變臭現(xiàn)象。空氣流動也會使融入大氣的病源微生物等擴散，造成污染。如家蠶微粒子病的大量孢子可在病蠶蠶沙中大量繁殖，對蠶室、蠶具、蔟室、蔟具、儲桑室具，以及養(yǎng)蠶環(huán)境和桑園造成污染[21]。

沼氣技術(shù)轉(zhuǎn)化蠶沙中的不溶有機物，使之變?yōu)榭扇苡袡C物，達到無公害化、多元化利用的目的，同時還能生產(chǎn)沼氣這種綠色能源，對緩解中國能源緊張的局面，降低蠶種場環(huán)境污染的壓力，改善蠶業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，提高蠶業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量有重大意義[22]。

羅紅燕等[23]采用L9(34)正交設(shè)計法，對影響蠶沙沼氣發(fā)酵的基質(zhì)濃度、原料配比、pH值、接種物種類等主要因素的綜合效應(yīng)進行了初步研究。結(jié)果表明：在自然溫度及C/N為25/1條件下，原料配比和適當?shù)膒H值是確保蠶沙沼氣發(fā)酵正常進行的關(guān)鍵。蠶沙沼氣發(fā)酵的基本條件為：蠶沙與豬糞比為1∶1，pH值在中性或微酸性范圍(6.5)，用沼池底部污泥作接種物(接種量10 %)，基質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為6 %～10 %。在上述條件下，蠶沙與豬糞混合進行沼氣發(fā)酵啟動l d后開始進入正常狀態(tài)，120 d的日均產(chǎn)氣量比純蠶沙(對照)增加126 %，沼氣中的CH4含量達71.2 %，比對照提高40.2 %。覃舟等[24]利用蠶沙作為發(fā)酵原料，在不同條件下進行了沼氣池的啟動投料、常規(guī)加料和日常應(yīng)用加料試驗。試驗表明，采用適當?shù)姆椒ǎQ沙能成功啟動和保障戶用沼氣池日常正常運行的產(chǎn)氣需求，可替代豬糞作為戶用沼氣池的發(fā)酵原料。

農(nóng)村沼氣是節(jié)能減排的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是多方面推進應(yīng)對氣候變化的有效途徑。作為一種特殊的清潔能源，進行發(fā)酵生產(chǎn)沼氣處理，不僅提高資源利用率，還降低生產(chǎn)成本。把蠶沙資源轉(zhuǎn)化為綠色能源，在為農(nóng)村節(jié)能減排、應(yīng)對氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟與促進新農(nóng)村建設(shè)等方面發(fā)揮出巨大的作用[25]。

3.4 蠶沙在醫(yī)藥食品領(lǐng)域的應(yīng)用

蠶沙中含有豐富的葉綠素、葉黃素、葉蛋白、植物醇、果膠、類胡蘿卜素等活性成分，為其進一步開發(fā)利用提供原料基礎(chǔ)。以蠶沙為原料提取的各種活性成分，在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域顯現(xiàn)巨大的潛力。蠶沙中提取的葉蛋白可加工生產(chǎn)膠黏劑，可應(yīng)用于生產(chǎn)蛋糕、蛋白肉等食品；蠶沙中葉綠素、葉黃素符合中國食用色素使用衛(wèi)生標準(GB 2761—2005《食品中真菌毒素限量》)，可作為安全可靠的食用色素添加劑。蠶沙中提取果膠可作為果醬與果凍的膠凝劑，也可作為酸奶中的增稠劑與穩(wěn)定劑使用[26]。越來越多的研究表明，蠶沙活性物質(zhì)在醫(yī)療、食品等領(lǐng)域有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

劉泉等[27]研究發(fā)現(xiàn)蠶沙提取物可抑制α-糖苷酶活性，改善糖尿病動物的糖、脂代謝異常，可有益于糖尿病慢性并發(fā)癥的防治。Jayashree P等[28]研究發(fā)現(xiàn)蠶沙葉綠酸具有抑制膜損傷的作用，是一種高效抗氧化劑，能使線粒體免受各類ROS的誘導(dǎo)從而導(dǎo)致氧化損傷。Kim[29]對蠶沙中的生物堿等活性物質(zhì)進行研究，結(jié)果表明其中一種活性物質(zhì)1-脫氧野尻霉素(DNJ)具有很高的α-葡萄糖苷酶的抑制活性，對治療糖尿病、病毒感染等疾病有很好的效果。劉賀等[30]研究了色素在低甲氧基大豆皮果膠和殼聚糖復(fù)合凝膠中的擴散行為。結(jié)果表明，果膠及殼聚糖的質(zhì)量濃度越大，色素在形成的復(fù)合凝膠擴散能力越小，色素在凝膠內(nèi)部擴散的速度越慢，擴散系數(shù)越小。但此過程與果膠及殼聚糖與鈣離子的質(zhì)量濃度配比有很大的相關(guān)度，三者具有明顯的交互作用。黃增霞等[31]將葉黃素單體添加入食用油中制成葉黃素強化食用油，將50只SD大鼠隨機分為正常組，模型組及葉黃素高、中、低劑量組，定期測定各組大鼠體重及血糖值，試驗結(jié)束后測定各組大鼠晶狀體生化指標。結(jié)果表明葉黃素強化食用油能夠有效提高眼晶體的總抗氧化能力，對視疲勞具有緩解作用。

4 蠶沙多元化開發(fā)利用展望

中國的蠶桑資源居世界首位，每年將產(chǎn)生大量蠶沙，豐富的蠶沙資源為其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥及食品等方面的多元化開發(fā)利用提供原料保障。蠶沙中富含豐富的營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)，蠶沙資源的多元化開發(fā)既能變廢為寶，又能充分挖掘其潛在價值，提高經(jīng)濟效益。從長遠來看，加快蠶沙資源的多元化開發(fā)利用有利于蠶桑生產(chǎn)基礎(chǔ)的穩(wěn)定，有利于提高蠶沙資源的經(jīng)濟價值，可緩解中國飼料原料短缺問題，有利于解決中國糧食安全問題，有利于豐富中國醫(yī)藥資源。

發(fā)展蠶沙資源多元化利用，開展蠶沙資源綜合利用研究，不僅可以防止蠶桑產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物對環(huán)境的污染，還可以深入發(fā)展蠶桑產(chǎn)業(yè)鏈，促進循環(huán)經(jīng)濟模式形成，把資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟優(yōu)勢，且有利于環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展方向。充分發(fā)掘蠶沙的多種功能，正確把握蠶沙資源多元化開發(fā)利用的發(fā)展方向，認識其與傳統(tǒng)蠶桑產(chǎn)業(yè)的關(guān)系，建立蠶沙多元化開發(fā)利用模式，開展適應(yīng)蠶沙資源多元化開發(fā)利用的科學(xué)研究，不僅能促進蠶沙資源的進一步多元化開發(fā)利用，還可在蠶桑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上產(chǎn)生強大的推動力。

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Diverse utilization of silkworm excrement resources

LI Rui, WANG Hai-yan, MA Qun-zhong, WANG Yong-liang, WANG Jie-ping
(Chongqing Academy of Animal Sciences, Chongqing 402460, China)

China is a big country of sericulture, which has rich resources of silkworm excrement. At present,silkworm shit has not been fully exploited, mainly used as agricultural fertilizer or be dropped, which caused environmental pollution and resource waste. In recent years, silkworm excrement resources continued to be utilized in industry, agriculture, pharmaceutical and food industries. This article mainly reviewed the basic situation and diverse utilization of silkworm excrement resources in animal husbandry, farming, pharmaceutical and food industries, and the future of applications prospect is presented.

Silkworm excrement; Diverse utilization; Prospects

TS149

B

1001-7003(2012)03-0017-04

2011-11-05

李睿(1982― )，男，研究實習(xí)員，碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工及儲藏工程研究。通訊作者：王永亮，高級政工師，whydetian@yahoo.cn。