植物副產(chǎn)物對(duì)反芻動(dòng)物肉類生產(chǎn)的可持續(xù)作用

江紅英，黃 立

（1.南陽(yáng)農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南南陽(yáng) 473003；2.信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院，河南信陽(yáng) 464000）

反芻動(dòng)物由于能將人類不能食用的原料轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的蛋白質(zhì)（肉和奶），對(duì)可持續(xù)的食品和營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)做出了巨大貢獻(xiàn)。另外，全球畜牧業(yè)還為13億人創(chuàng)造了就業(yè)機(jī)會(huì)，為全世界10億貧困人口提供了生計(jì)，并貢獻(xiàn)了約40%的農(nóng)業(yè)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（Steinfeld等，2006）。近年來(lái)，隨著人口、城市化和家庭收入的增長(zhǎng)，消費(fèi)者對(duì)動(dòng)物蛋白的需求不斷增加，全球?qū)?dòng)物集約化養(yǎng)殖的需求迅速增長(zhǎng)。但全球畜牧業(yè)占總?cè)藶闇厥覛怏w排放的14.5%，反芻動(dòng)物占最大份額約81%。從飼料行業(yè)發(fā)展情況來(lái)看，該行業(yè)中的飼料生產(chǎn)、加工與土地使用變化有關(guān)，約占畜牧業(yè)溫室氣體排放的45%，而全球約70%的農(nóng)業(yè)用地和30%～40%的人類食用飼料作物目前被用于畜牧業(yè)生產(chǎn)（Gerber等，2013）。與畜牧業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的眾多環(huán)境問(wèn)題因飼料競(jìng)爭(zhēng)加劇而進(jìn)一步復(fù)雜化，這對(duì)全球糧食安全構(gòu)成了威脅。但畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展應(yīng)將人類不能食用的投入轉(zhuǎn)化為人類可食用的動(dòng)物蛋白。人類不可食用的飼料生物量包括較少的食物競(jìng)爭(zhēng)飼料，如食物廢物、作物殘?bào)w和農(nóng)工業(yè)副產(chǎn)品。在動(dòng)物飼料中使用較少的食物競(jìng)爭(zhēng)飼料是一種潛在的戰(zhàn)略，可以減少食物競(jìng)爭(zhēng)，降低飼料成本，減輕畜牧業(yè)對(duì)環(huán)境的影響。

1 反芻動(dòng)物對(duì)植物副產(chǎn)物的利用

農(nóng)業(yè)殘留物可以以農(nóng)作物殘留物或植物副產(chǎn)物的形式存在，前者是收獲后留在農(nóng)場(chǎng)的初級(jí)生物質(zhì)，而后者是收獲后由農(nóng)糧工業(yè)將農(nóng)作物加工成有價(jià)值產(chǎn)品而獲得的次級(jí)生物質(zhì)。從理論上講，植物副產(chǎn)物比農(nóng)作物殘留物具有更好的營(yíng)養(yǎng)特性，可以作為蛋白質(zhì)、能量和纖維的可行來(lái)源，以滿足畜牧業(yè)發(fā)展對(duì)飼料原料的需求。但植物副產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)值的變化取決于初級(jí)產(chǎn)品制造過(guò)程中使用的技術(shù)條件。此外，對(duì)高效保存技術(shù)的需求是限制植物副產(chǎn)物在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中使用的一個(gè)主要限制因素，因?yàn)槠涔逃械牟环€(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量迅速惡化，營(yíng)養(yǎng)成分極端變化（Ajila等，2012）。

反芻動(dòng)物的前胃或瘤胃中含有多種微生物，與單胃動(dòng)物相比，它們具有獨(dú)特的生理適應(yīng)性，以便更好地利用植物副產(chǎn)物。瘤胃內(nèi)的微生物生態(tài)系統(tǒng)由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、古生菌和噬菌體組成，它們與宿主動(dòng)物相互作用。瘤胃微生物發(fā)酵釋放低質(zhì)量、高纖維日糧中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸和微生物蛋白，分別為動(dòng)物提供能量和高消化蛋白。日糧對(duì)瘤胃微生物群落的組成和多樣性有重要影響，而植物副產(chǎn)物中營(yíng)養(yǎng)成分偏低或不平衡可能導(dǎo)致瘤胃營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不平衡，從而對(duì)瘤胃微生物群的穩(wěn)定性和功能產(chǎn)生不利影響（Loor等，2016）。然而，在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中存在提高植物副產(chǎn)物價(jià)值的有效營(yíng)養(yǎng)選擇，許多選擇集中在調(diào)控瘤胃微生物組來(lái)優(yōu)化瘤胃發(fā)酵和微生物蛋白合成的效率。這些策略包括用能量、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)來(lái)平衡日糧、添加非蛋白氮、使用植物添加劑、飼料酶和益生菌。

含有高濃度植物次生代謝物和真菌毒素等污染物的副產(chǎn)物可能引起抗?fàn)I養(yǎng)作用，損害反芻動(dòng)物的健康和飼養(yǎng)經(jīng)濟(jì)效益。但瘤胃微生物菌群具有降解污染物的巨大潛力，以及適應(yīng)植物活性化合物的抗?fàn)I養(yǎng)作用（Smith等，2005）。此外，含有高殘留油脂的油脂提取副產(chǎn)物可增加日糧脂肪水平，特別是不飽和脂肪酸，可能對(duì)瘤胃微生物菌群產(chǎn)生抑制作用，損害瘤胃功能。對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃功能的負(fù)面影響可能導(dǎo)致采食量減少，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率降低，最終影響反芻動(dòng)物的飼養(yǎng)經(jīng)濟(jì)效益。但植物副產(chǎn)物在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用可以通過(guò)物理特性等加工技術(shù)、化學(xué)或生物發(fā)酵手段來(lái)提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2 植物副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的影響

畜牧業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響與溫室氣體、氮和磷的排放、土地退化、水污染和生物多樣性的喪失有關(guān)，且飼料生產(chǎn)、運(yùn)輸和利用在畜牧業(yè)生產(chǎn)環(huán)境問(wèn)題中扮演著重要的角色。以腸道甲烷和氮排放為例，反芻動(dòng)物排放的溫室氣體包括二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。反芻動(dòng)物將作為飼料基質(zhì)在瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷放到環(huán)境中，瘤胃甲烷占反芻動(dòng)物攝入總能量損失的2%～12%。反芻動(dòng)物的腸內(nèi)甲烷排放約占總甲烷排放的90%，占總溫室氣體排放的47%（Opio等，2013）。此外，瘤胃微生物對(duì)蛋白的過(guò)度水解會(huì)產(chǎn)生用于尿素合成的氨，這大大增加了反芻動(dòng)物尿液和糞便氮的損失。氮的損失與嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題有關(guān)，如土壤中硝酸鹽的浸出和積累，以及揮發(fā)性氨的轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的一氧化二氮排放（Steinfeld等，2006）。甲烷的排放和氮的損失都是低效過(guò)程，會(huì)降低反芻動(dòng)物的生產(chǎn)力。同樣，甲烷和一氧化二氮是造成氣候變化的重要溫室氣體，其全球變暖潛力分別是二氧化碳的25倍和298倍。

3 植物副產(chǎn)物對(duì)肉類生產(chǎn)的影響

最近生命周期評(píng)估研究表明，基于人不可食用飼料的可持續(xù)動(dòng)物飼料原料是改善動(dòng)物生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境可持續(xù)性的有效補(bǔ)充策略。這些環(huán)境效益包括減少溫室氣體、氮和磷的排放、更好的水土保持、減少使用殺蟲劑、淡水和不可再生能源、減少耕地的使用。不可食用的飼料生物質(zhì)包括牧草、食物廢棄物、農(nóng)作物殘?bào)w和農(nóng)工業(yè)副產(chǎn)品。但在可持續(xù)的家畜飼料中采用不可食用的飼料生物質(zhì)存在一些限制。利用農(nóng)作物秸稈作為動(dòng)物飼料可以減少土壤有機(jī)碳，因此，有人提出在田間進(jìn)行分解（Van Zanten等，2016）。此外，將食物廢物和動(dòng)物副產(chǎn)品用作動(dòng)物飼料通常受到嚴(yán)格的監(jiān)管控制，因?yàn)樗鼈儤O有可能將傳染性人畜共患病原體傳播到食物鏈中。

一般來(lái)說(shuō)，反芻動(dòng)物的大部分生產(chǎn)周期都是用飼料和農(nóng)作物飼養(yǎng)的。但這種飼養(yǎng)策略可能會(huì)有一個(gè)相互沖突的環(huán)境管理問(wèn)題，特別是當(dāng)牧草和飼料作物種植在適合耕地的土地上可能需要大量人財(cái)物的投入。此外，與高濃度日糧相比，牧草和農(nóng)作物廢棄物的高纖維飼料在腸內(nèi)甲烷排放量更高。因此，為了提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)的可持續(xù)性，在選擇不可食用植物副產(chǎn)物時(shí)需要慎重考慮。值得注意的是，使用植物副產(chǎn)物作為動(dòng)物飼料，通常受到更寬松的監(jiān)管評(píng)估，它們?cè)诜雌c動(dòng)物生產(chǎn)中開發(fā)精料混合飼料是可行的。

4 植物副產(chǎn)物對(duì)肉品質(zhì)和安全的影響

營(yíng)養(yǎng)在調(diào)控動(dòng)物肌肉發(fā)育的理化和代謝特性方面起主要作用，有助于肉類營(yíng)養(yǎng)、感官和貨架期的質(zhì)量。因此，研究植物副產(chǎn)物對(duì)反芻動(dòng)物肉品質(zhì)屬性和消費(fèi)者接受度的影響具有重要意義。肉類的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與人類健康最為相關(guān)，而諸如顏色、質(zhì)地和味道等感官特征與消費(fèi)者的購(gòu)買欲成正向關(guān)系。反芻動(dòng)物肉類是一種高蛋白、低血糖指數(shù)的食物，是生物活性肽、維生素、礦物質(zhì)和共軛亞油酸的重要來(lái)源（Biesalski，2005）。但反芻動(dòng)物肉中對(duì)健康有益的多不飽和脂肪酸含量較低，與人類心血管疾病和致癌疾病相關(guān)的飽和脂肪酸和反式脂肪酸含量較高。有趣的是，含有殘余油和植物化學(xué)物質(zhì)的植物副產(chǎn)物可以抑制瘤胃生物氫化，增強(qiáng)肌肉組織中有益脂肪酸的內(nèi)源性合成（Vasta和Luciano，2011），這可能導(dǎo)致反芻動(dòng)物肉中多不飽和脂肪酸和共軛亞油酸含量增加，飽和脂肪酸水平和n-6/n-3多不飽和脂肪酸比例降低。

此外，肌內(nèi)脂肪含量和脂肪酸組成可以影響肉的感官特性（顏色、質(zhì)地和味道）和氧化穩(wěn)定性（Wood等，2008）。日糧中添加含有單寧的植物副產(chǎn)物可以改善肉味，這是因?yàn)閱螌幠芤种频鞍踪|(zhì)在瘤胃中向糞溴素和吲哚揮發(fā)物的生物轉(zhuǎn)化，而這兩種揮發(fā)物強(qiáng)烈地賦予了羊肉的典型風(fēng)味（Tavendale等，2006）。植物副產(chǎn)物中存在的植物化學(xué)物質(zhì)的抗氧化作用也可以被探索，以抑制顏色和味道的氧化變質(zhì)，延長(zhǎng)肉制品貨架期。此外，飼喂富含植物化學(xué)物質(zhì)的植物副產(chǎn)物可以促進(jìn)這些生物活性化合物在肌肉組織中的沉積，從而促進(jìn)具有健康功能肉制品的開發(fā)。

當(dāng)動(dòng)物飼料原料被生物和化學(xué)病原物質(zhì)污染，并被轉(zhuǎn)移到人類食用的動(dòng)物源性食品中時(shí)，可能對(duì)人類健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。這些病原體包括廣泛的細(xì)菌、朊病毒、真菌毒素、二惡英和重金屬。2001年，歐盟禁止使用大量動(dòng)物性蛋白質(zhì)作為動(dòng)物飼料，其中包括肉類副產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈兣c牛海綿狀腦病和變異型克雅氏病的流行有關(guān)（Smith，2003）。但目前沒(méi)有證據(jù)表明使用植物副產(chǎn)物作為動(dòng)物飼料會(huì)危害食品安全和公眾健康。因此，目前的監(jiān)管權(quán)限并不限制在動(dòng)物飼料中使用植物副產(chǎn)物。盡管如此，公共衛(wèi)生監(jiān)測(cè)面臨越來(lái)越大的壓力，要求不斷評(píng)估使用植物副產(chǎn)物作為動(dòng)物飼料對(duì)食品安全的影響。

目前關(guān)于日糧中添加植物副產(chǎn)物對(duì)動(dòng)物性食品安全與人類健康的影響的信息比較少。但從一些獨(dú)立的研究中可以推斷出與日糧中添加植物副產(chǎn)物相關(guān)的潛在人類健康風(fēng)險(xiǎn)。受污染的植物原料可能會(huì)將病原體轉(zhuǎn)移到它們各自的工業(yè)副產(chǎn)品中，在處理和加工動(dòng)物飼料時(shí)也可能發(fā)生植物副產(chǎn)物的交叉污染。微生物污染與植物副產(chǎn)物的高水分有關(guān)，因?yàn)橛羞m合病原體生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。水果和蔬菜是腸道致病菌的潛在危險(xiǎn)因素，如彎曲桿菌、沙門氏菌、李斯特菌、諾如病毒和大腸桿菌，這些病原體可轉(zhuǎn)移到受污染的水果和蔬菜中，然后當(dāng)受污染的副產(chǎn)品用作動(dòng)物飼料時(shí)就有傳播到人類食品中的風(fēng)險(xiǎn)。此外，有新證據(jù)表明，通過(guò)促進(jìn)這些人畜共患病微生物在胃腸道內(nèi)的定植或最終脫落，會(huì)增加食源性致病菌的風(fēng)險(xiǎn)（Wells等，2011），這種影響程度可能與日糧中植物副產(chǎn)物添加水平有關(guān)。

5 結(jié)論與展望

在全球范圍內(nèi)，植物副產(chǎn)物是一種重要的人類不可食用的動(dòng)物飼料資源。利用植物副產(chǎn)物的日糧結(jié)構(gòu)，有利于發(fā)展低投入、低排放的飼養(yǎng)策略，以減少飼養(yǎng)成本，減輕畜牧業(yè)發(fā)展對(duì)環(huán)境的影響。此外，由于飼料運(yùn)輸是減少溫室氣體排放的一個(gè)重要熱點(diǎn)，使用植物副產(chǎn)物作為動(dòng)物飼料應(yīng)以本地化為主。基于使用富含生物活性的植物副產(chǎn)物的飼喂策略，將減少腸內(nèi)甲烷和氮的排放，所以其可有效改善肉類的營(yíng)養(yǎng)脂肪組成和貨架期質(zhì)量，改善消費(fèi)者的健康和滿意度。植物副產(chǎn)物成為對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)力的潛在影響，需要進(jìn)一步探討其在反芻動(dòng)物飼料中的添加水平，同時(shí)還需要進(jìn)一步研究日糧添加植物副產(chǎn)物對(duì)肉類安全和飼養(yǎng)經(jīng)濟(jì)效益的影響。