馬鈴薯飼用資源固體發酵研究進展

■蔡輝益 于繼英 許小軍 李宗平

(1.中國農業科學院飼料研究所，北京100081；2.生物飼料開發國家工程研究中心，北京100081；3.博益德（北京）生物科技有限公司，北京100081；4.福建泉州南安市畜牧站，福建泉州362300)

馬鈴薯是一種廣泛種植的糧食作物和經濟作物，是重要的糧、菜和工業原料。近年來，我國馬鈴薯生產快速發展，產地覆蓋我國大部分省區市，年種植面積567 萬公頃左右，總產量保持在9 000 萬噸以上[1]。四川、甘肅、貴州、云南、內蒙古和黑龍江等11個省市自治區是我國馬鈴薯主產地，其2014 年合計產量占全國產量的82.6%（見圖1）[2]。2015 年我國提出馬鈴薯戰略，計劃到2020年，種植面積擴大到667萬公頃，目標單產為19 t/hm2，總產量1.27 億噸。隨著馬鈴薯主糧化的戰略性發展，馬鈴薯種植中伴生的莖葉、加工業中伴生的廢渣也將大幅度增加。由于這些資源具有不易加工處理、流通成本高、易變質、季節性強和有一定地理范圍等特點，一般發酵處理做成飼料或肥料。本研究分析了我國馬鈴薯飼用資源固體發酵處理的現狀，并對幾種有特點的飼用模式進行了總結。

圖1 2014年我國馬鈴薯主產地產量和種植面積[2]

1 馬鈴薯飼用資源量估測

受飲食習慣影響，馬鈴薯消費結構的地區差異性較大。在我國，新鮮馬鈴薯約61%用于居民食用，約8.1%用于加工行業，飼用占比約21%，2016 年飼用量1 905 萬噸（見圖2）[1]。馬鈴薯莖葉單產約18～55.95 t/hm2，年產量約1.2～1.8億噸[3]，以可轉化率30%和青貯產品得率1∶0.4計算，可產青貯飼料1 440萬噸。馬鈴薯加工中，每生產1 t 淀粉，需消耗約6.5 t 馬鈴薯，產生5 t左右的薯渣[3]。加工行業以年消耗馬鈴薯800 萬噸計，估測年產馬鈴薯淀粉120 萬噸，年產680 萬噸馬鈴薯渣。依此估測，目前我國鮮基馬鈴薯飼用資源可達4 205 萬噸（見圖3），折算干基約達800萬噸，具有規模化開發利用價值。

2 馬鈴薯飼用資源的理化特點

在我國廣大農村，馬鈴薯是豬的優質飼料。在交通、自然條件較差的區域，馬鈴薯飼用率較高。云南省是我國馬鈴薯主產區之一，包麗仙等[4]調查結果顯示，云南省常年播種面積60萬公頃，總產量1 200萬噸，2013年平均飼用率26.7%，總飼用量320萬噸。然而，隨著馬鈴薯價格的提高，飼用的比較效益降低，飼用率趨于下降。提高馬鈴薯莖葉的飼用率將成為新的關注熱點。

2.1 馬鈴薯飼用資源營養特性

馬鈴薯飼用資源總體表現高水分、高纖維、低蛋白的特點，鮮基物料富含維生素，功能性營養因子與有毒物質共存（見表1），具有明顯的區域性、季節性和經濟性特點[5]，及時適當處理和合理飼喂畜禽，可提高飼用價值和適口性，獲得良好的飼用效果。

2.2 龍葵素毒性

龍葵素是一種糖苷生物堿，主要有茄堿（α-solanine）和卡茄堿（α-chaconine），合適濃度下具有一定的抗腫瘤作用，濃度較高時具有很強的毒性。馬鈴薯塊、皮、花、葉和莖中均含一定量的龍葵素，且花、葉、莖中的含量高于薯塊，控制不嚴或處理不當的情況下，直接飼喂動物易產生較大的危害。馬鈴薯塊莖含馬鈴薯毒素甚微，但貯存不當或時間過長，引起馬鈴薯發芽或使馬鈴薯皮變綠，龍葵素含量顯著增高，當動物誤食過多時易引起中毒。

圖2 2016年我國馬鈴薯消費量（萬噸）[2]

圖3 我國馬鈴薯鮮基飼用資源可消費量（萬噸）

表1 馬鈴薯飼用資源的營養含量

龍葵素在酸性條件下分子結構中糖苷鍵發生水解，發酵后pH 值降低，龍葵素發生水解而含量降低。隨著發酵時間的延長，龍葵素含量呈遞減趨勢。因此，馬鈴薯資源做飼料，需要青貯、蒸煮、發酵等方式妥善處理。

2.3 馬鈴薯渣膠體性質

馬鈴薯淀粉以支鏈淀粉為主，果膠含量高。淀粉加工產業中，新鮮馬鈴薯渣中的水分以嵌入的方式存在于細胞中，因此，薯渣呈典型膠體的特性，黏性很高，采用機械方法除去水分較為困難，耗能多，干燥成本高，處理困難。利用薯渣+分離汁水配合其他營養物質發酵生產單細胞蛋白飼料是生產上較為有效的規?；幚矸椒ㄖ?。

3 馬鈴薯飼用資源固體發酵研究進展

微生物發酵具有可改善馬鈴薯秧藤和薯渣的粗纖維結構，改善適口性，降低毒素含量，提高營養價值和能穩定貯存等特點。采用半固態、固態發酵處理，具有能耗低，方法簡單，適合工業化生產的特點，污染少，宜推廣。

3.1 薯渣+秸稈混合青貯

馬鈴薯淀粉渣和粉碎水稻秸稈混合，滅菌冷卻后5%接種白地霉+黑曲霉+酵母菌菌液，淺層發酵后，體外瘤胃消化率提高，瘤胃乙酸型發酵提高，NDF 降解率提高[10]，飼用價值提高。馬鈴薯淀粉渣與青貯玉米按1∶2混合進行厭氧發酵，發酵速度快，發酵產物顏色佳、酸度適宜，質地松軟，營養品質提高[11]。

近年來，裹包青貯由于時間、地點限制低，機械化加工速度快、程度高、貯存期長和取飼方便等特點而得到較快的推廣。將鮮馬鈴薯淀粉渣與玉米秸稈按1∶4 混合后裹包青貯，發酵時間30～45 d 后，是良好的肉羊飼料[12]。

3.2 薯渣固體發酵

馬鈴薯渣配制不同的輔料，接種不同組合的菌種進行固體發酵，黑曲霉或產朊假絲酵母單菌發酵效果較好，雙菌組合以釀酒酵母＋黑曲霉為最佳組合[13]，熱帶假絲酵母、啤酒酵母、黑曲霉、白地霉四株菌種共生良好[14]，白地霉與產朊假絲酵母不共生[15]。隨發酵時間的延長，發酵物水分含量降低，蛋白質含量提高，糖含量呈先升后降趨勢，粗纖維降解率提高，發酵產品中的酸性蛋白酶活和纖維素酶活提高，發酵物綜合營養價值提高（見表2）。調整碳氮比對馬鈴薯渣進行固體發酵制備生物飼料，操作簡便，適于大規模推廣。

表2 幾種馬鈴薯渣固體發酵飼料

3.3 莖葉青貯發酵

馬鈴薯莖葉營養物質豐富，且含茄尼醇，具有消炎、抗菌、抗腫瘤等生物活性。高純度的茄尼醇是合成泛醌類藥物輔酶Q10、維生素K2的重要中間體，因此，馬鈴薯莖葉也是一種較好的提取原料。但馬鈴薯莖葉龍葵素含量高、適口性差，不宜直接飼喂。將馬鈴薯莖葉青貯，既能長時間保存其營養價值，又能改善適口性，還可以將龍葵素和硝酸鹽的含量降至安全范圍。由于馬鈴薯莖葉水溶性碳水化合物含量低，緩沖能值高，不利于乳酸菌繁殖，單獨青貯不易成功。實踐中常采用混貯或添加生物菌劑進行青貯。

3.3.1 莖葉單一青貯發酵

馬鈴薯莖葉預干后添加不同生物制劑青貯，能大大改善青貯品質。徐亞姣等[21]采用含水量為75%的馬鈴薯莖葉，分別添加酶制劑、乳酸菌、酶制劑+乳酸菌混合制劑進行青貯，物料干物質和蛋白質保護效果較好，青貯效果佳。

張敏等[22]在含水量為65%的馬鈴薯莖葉中添加1.5%甲酸后袋裝青貯發酵45 d，莖葉的pH 值、NDF、ADF、乙酸、氨態氮、龍葵素含量降低，乳酸和可溶性糖含量增加，丁酸較少產生或未產生，馬鈴薯莖葉的青貯品質和食用安全性均得到提高。

3.3.2 莖葉混合青貯發酵

何玉鵬等[23]將馬鈴薯鮮莖葉晾至水分含量約50%時，與薯渣按質量比為5∶4混合，接種5%的黑曲霉+植物乳桿菌+啤酒酵母菌復合菌劑，再添加(NH4)2SO4、過磷酸鈣，厭氧發酵20 d后，發酵料真蛋白含量、蛋白質可消化率、乳酸和一些維生素含量提高，粗纖維含量降低，尿素和龍葵素殘留量均在安全值范圍內，青貯飼料的品質得到改善，安全性得到提高。

何玉鵬等[23]在馬鈴薯莖葉中添加不同的輔料進行青貯，添加米糠和小麥麩可獲得良好的青貯品質。楊聞文等[24]研究結果顯示，添加麥麩的效果優于玉米面，添加青飼玉米優于添加燕麥草，干油菜殼不適于與馬鈴薯莖葉混貯，聚合草、紫花苜蓿與馬鈴薯莖葉混貯發酵效果差。楊永在等[25]在水分含量88%的馬鈴薯莖葉中分別添加25%的米糠、玉米秸、小麥秸，青貯料的感官品質均大幅度提高，且以添加米糠效果最好，小麥秸最差。謝婉等[26]將馬鈴薯塊莖正常收獲前10 d 左右刈割的莖葉與全株玉米以3∶7 比例混合，再添加6%糖蜜進行青貯，青貯料的粗蛋白、可溶糖、乳酸含量增加，龍葵素、NDF、ADF 含量降低，乙酸和丁酸含量及氨態氮/總氮比值降低，青貯飼料感官品質和營養品質提高。

4 馬鈴薯資源發酵產品飼用效果

4.1 發酵馬鈴薯渣在豬上的飼喂效果

李永祥[27]采用坑貯池乳酸菌發酵的馬鈴薯渣飼喂10～90 kg體重的杜×長×大三元肉豬，豬每頭每天飼喂量從第一個月的0.25 kg 增至第六個月的1 kg，豬平均日增重提高，料重比降低，投入產出比提高。董交其等[28]用飼料酵母發酵的馬鈴薯渣烘干后，豬基礎日糧中前期添加4%，后期添加8%替代麥麩，飼喂30～90 kg體重大約克夏×北京花豬Ⅱ系雜交肉豬，豬育肥效果較好，飼料成本降低。在保育、生長和肥育豬日糧中添加馬鈴薯碎片能有效地代替部分玉米。袁小忠[29]在飼糧中添加30%馬鈴薯全粉替代玉米飼喂30～110 kg體重的杜×長×大三元雜交豬，日采食量與日增重提高，每頭出欄豬飼料成本降低。

4.2 發酵馬鈴薯渣在家禽上的飼喂效果

張偉偉等[30]配制70%基礎日糧+30%發酵后干燥馬鈴薯渣飼喂38 周齡的羅曼蛋雞，日糧蛋白質利用率提高，蛋重降低，產蛋率和料蛋比增加，產蛋性能和雞蛋品質不受影響；采用70%基礎日糧+30%干燥的發酵馬鈴薯渣飼喂30日齡AA肉雞，日糧蛋白質利用率提高，脂肪利用率降低，料肉比降低，末重提高，心、肝、脾重與體重比不受影響，腿部肌肉的蛋白質含量提高，水分和脂肪含量降低，肉品質得到改善[31]。梅寧安等[20]添加10%發酵馬鈴薯渣替代5%棉粕和5%菜粕配制肉仔雞飼料，飼喂AA 肉仔雞，試驗期為42 d，肉仔雞日增重提高，料重比降低，死淘率為0，肉仔雞膚色較黃，肌肉pH 值、氣味、清烹肉湯鑒定指標等均無異常。

4.3 發酵馬鈴薯渣在肉兔上的飼喂效果

徐興軍等[32]對馬鈴薯渣+麥麩+水滅菌后，先用黑曲霉糖化處理，接著用白地霉發酵，然后用啤酒酵母+熱帶假絲酵母+產朊假絲酵母協同發酵調整飼料的適口性，替代20%基礎日糧飼喂伊普呂肉兔，對肉兔的肝、腎、脾無不良影響，促進肉兔增重，降低飼料消耗。

4.4 發酵馬鈴薯渣在肥羊上的應用

王典等[12]研究結果表明，馬鈴薯淀粉渣+玉米秸稈混合青貯料可以替代白薩雜交肉羊飼糧中75%的全株玉米青貯料，有提高肉羊日增重的趨勢，可以提高血清尿素氮含量，顯著降低瘤胃液氨態氮濃度。馬鈴薯渣加玉米秸稈發酵料組成育肥羊的全混合日糧與相同量的玉米秸稈混合而成的育肥羊全混合日糧相比，其育肥羊的日增重顯著或極顯著提高。梅寧安等[33]用發酵馬鈴薯渣和葡萄渣顆粒飼料飼喂30 kg左右的灘寒雜交育肥肉羊，顯著提高了肥羊的生長速度，提高肉羊日糧的飼料報酬、降低飼料成本和平均料重比，提高肥羊養殖經濟效益。張凡華等[34]將馬鈴薯淀粉渣堆存在水泥池并用塑料膜覆蓋密封后自然發酵1 個月左右時間，在原有飼喂精粗料的基礎上，以每天每只補加0.5 kg 發酵馬鈴薯渣飼喂18～40 kg體重階段的肉羊，飼喂90 d，肉羊日增重、屠宰率、胴體重提高，養殖經濟效益提高。

4.5 發酵馬鈴薯渣在牛上的應用

陳亮等[35]利用馬鈴薯淀粉渣與玉米秸稈混貯代替全株玉米青貯飼喂肉牛，結果顯示可有效促進肉牛生長，提高增重效果，降低飼養成本，增加經濟效益。益蕊等[36]用馬鈴薯淀粉渣與玉米秸稈混貯料代替部分全株玉米青貯飼喂奶牛，適口性好，奶牛采食速度明顯提高，產奶量不受影響，可提高牛奶品質，節約奶牛的飼養成本，提高經濟效益。李偉等[37]研究結果表明，馬鈴薯糟渣飼料15%～25%替代精料中的玉米對奶牛產奶量無顯著影響，其中以15%比例替代玉米飼喂效果較好。夏季高溫季節馬鈴薯是飼喂奶牛的一種優質多汁塊莖類飼料。馬希景[38]在泌乳奶牛產后30～100 d 的泌乳高峰期，在奶牛采食完粗、精料之后，每頭每天增喂切成0.4～0.5 cm 厚的馬鈴薯薄片3.5 kg，奶牛增重增加，產奶量增加。

5 馬鈴薯產業中的飼用模式

5.1 農戶種養循環自給模式

馬鈴薯打碎+蘿卜+秸稈+青菜等，煮熟后飼喂豬、牛、馬和羊，且馬鈴薯通常和玉米粉、小麥粉、豆粉、蕎麥粉輪換飼喂，這種模式在四川和云南山區養殖中起著十分重要的作用。包麗仙等[4]調查研究報道，以農戶種養自給模式為例，一農戶家共6人，種地0.4 hm2，年產10.5 t 鮮薯，銷售2 t，自己食用1.5 t，留種1 t，作飼料6 t，養8頭豬，1頭牛，年出欄2頭豬。馬鈴薯與玉米輪作，年產玉米1.1 t，飼喂時隔天使用。以農戶為單位的馬鈴薯-養殖的種養循環自給模式，可自給、有收益、可借鑒。

5.2 產地莖葉綜合利用模式

在現代化程度較高的馬鈴薯種植業中，為了促進地下馬鈴薯塊莖的成熟老化、便于機械收獲馬鈴薯作業以及預防各類病原體的傳播，一般在馬鈴薯收獲前幾天至十幾天，采用化學殺秧、機械打秧等方式，將秧藤打碎還田或清除出田地。在33.3 hm2噴灌圈單元的規模化種植基地，適宜轉化應用的秧藤產量占比30.8%，這種秧藤處理技術為規模化利用馬鈴薯秧藤提供了作業條件。

2016年，寧夏馬鈴薯種植面積約26萬公頃，風干馬鈴薯秧年理論產量達到26.5 萬噸，按可轉化率30.8%計算，年可提供莖葉干草約8 萬噸。按照每頭成年牛日采食2 kg 風干馬鈴薯秧，年頭均需要0.73 t干草計算，可供飼喂11 萬頭基礎母牛或23 萬頭育肥肉牛所需。寧夏青貯或混貯后飼喂肉牛技術的應用和推廣，可緩解春季肉牛青綠飼草料短缺。

張雄杰等[7]研究報道，2016 年，內蒙古馬鈴薯全區種植面積70.7 萬公傾，規?；壤?5%，鮮秧藤產量975.2 萬噸，適宜轉化的鮮秧藤341.3 萬噸，青貯莖葉產量136.52萬噸。通常1頭牛年需要青貯飼料3.6～5.4 t，1頭羊0.5～1.5 t，則供3.8萬頭肉牛存欄規模，或27萬頭肉羊存欄所需。馬鈴薯秧藤經過采拾-打碎-裝運-入窖-壓榨-封窖-抽出榨汁的機械一體化作業，壓榨液提取糖苷生物堿、茄尼醇和揮發油，青貯料用于飼喂肉牛，生產效率高。在馬鈴薯打秧和收獲季，采用20 m3小窖或400 m3大窖對收集的優質莖葉進行青貯，青貯濾液用于茄尼醇的提取，“青貯飼料＋混合粗提取物”的綜合利用技術路線，對提升馬鈴薯產業的綜合經濟性能、保護環境和緩解半農半牧區青貯飼料匱乏的問題具有重要意義。

5.3 馬鈴薯渣生產發酵飼料模式

黑龍江省綏化地區是馬鈴薯適宜種植區，也是馬鈴薯淀粉加工基地，薯渣資源豐富。以綏化某馬鈴薯淀粉廠為例，周邊脫毒馬鈴薯種植面積4 667 hm2，年產量20萬噸，10萬噸鮮食以蔬菜型式，10萬噸收購用于淀粉生產，可得到約1.5 萬噸淀粉，約7.6 噸鮮薯渣（見圖4）。高水分薯渣適當脫水后，配伍麥麩、米糠、稻殼粉和秸稈等，接種薯渣專用菌劑，利用微生物技術發酵，烘干或不烘干處理，發酵飼料年產量可達3～8 萬噸。馬鈴薯渣固體發酵飼料適合牛、羊、兔、豬和魚等動物養殖，在家禽飼料中可適量添加。馬鈴薯渣固體發酵飼料的開發利用，不僅變廢為寶，而且減少環境污染，具有良好的環保、經濟和社會效益。

圖4 馬鈴薯淀粉加工物料產出情況

6 結語

隨著我國馬鈴薯主糧化的戰略性發展，馬鈴薯種植中伴生的莖葉、加工業中伴生的廢渣將大幅度增加。這些鮮基物料不僅營養豐富，而且含有毒因子，難處理，發酵處理是一種有優勢的方法。通過熟制、混合貯存、青貯和固體發酵等方式制備發酵飼料，可提高馬鈴薯飼用資源利用率。農戶種養循環自給模式、產地莖葉綜合利用模式、馬鈴薯渣生產發酵飼料模式的探索應用和推廣，可有助于馬鈴薯產業健康發展。