莧屬植物營養特性及其在動物生產中的應用

張慶國 范 富 馬金慧 牛化欣

(1.內蒙古民族大學農學院，通遼 028000；2.內蒙古民族大學動物科技學院，通遼 028000)

莧屬植物(Amaranthus)原產于拉丁美洲，被認為是世界上最古老的農作物之一，為一年生草本植物，大約有70種，其中大多數為葉菜、谷物、觀賞植物和雜草[1]。在大多數國家，莧屬的籽粒被視為重要的飼料和食品。在非洲、印度和尼泊爾等地，莧屬植物的籽粒和葉已經被確定為食物。我國莧屬植物有13種，分布較為廣泛的，常見有莧菜(A.tricolor)、籽粒莧(A.hypochondriacus)和反枝莧(A.retroflexus)等，南北分布廣泛，作為糧食、蔬菜、觀賞植物以及染料[2]。莧屬植物是一種營養價值極高的農作物，特別是在籽粒和葉片中，近年來引起了人們的廣泛關注[3-5]。此外，它還含有次生代謝產物，如酚類化合物，是一種強抗氧化劑，存在于葉片和其他部分[6-7]。

國內外研究表明，莧屬植物的多個部位可作為飼草或飼料原料，具有營養豐富、適口性較好、產量高、耐旱、耐貧瘠和抗逆性強等優點[8-10]，其飼用開發潛力巨大，應用前景廣闊，可作為一種優質的非常規飼料資源來合理開發和科學利用。因此，本文結合國內外在莧屬植物株葉、籽粒作為飼料資源及其在動物生產中應用的研究成果，從營養特性、次級代謝產物的利與弊、調制加工方式及其在動物生產中的應用等方面進行分析和綜述，以期為節約飼料用量、緩解人畜爭糧問題和合理開發優質莧屬植物飼料資源提供科學依據和生產指導。

1 莧屬植物營養特性

莧屬植物的葉片、全株和籽粒的常規營養成分含量[10-13]見表1。莧屬植物葉片與其他蔬菜如花椰菜、芹菜、菠菜等相比，具有較高的營養價值。葉片和全株可作為食用蔬菜和動物飼料，但其營養成分含量差異很大。一般來說，與全株相比，籽粒的營養價值更優。葉片和全株含水量高于籽粒，但籽粒中粗蛋白質、粗脂肪、碳水化合物、粗灰分含量高于全株。籽粒中碳水化合物的主要成分為淀粉，占籽粒干物質的48%～69%。

表1 莧屬植物葉片、全株和籽粒常規營養成分含量Table 1 Conventional nutrient contents of leaves,whole plants and grains of Amaranthus[10-13] %

莧屬植物的種子稱為假谷物或籽粒，其粗蛋白質含量高于其他谷物[14]，賴氨酸含量高于大豆，含硫氨基酸也相對豐富[15]，是一種較接近動物蛋白質組成的良好蛋白質源[8,10]。與其他谷物不同的是，莧屬植物籽粒的蛋白質由白蛋白(約40%)、谷蛋白(25%～30%)和球蛋白(約20%)組成[8,16-17]。莧屬植物籽粒中粗脂肪含量也高于其他谷物[15]，作為飼料原料可為動物提供更高的能量和更多的必需脂肪酸[10]，可更好地促進動物體內脂溶性維生素的調動和攜帶，增強動物免疫力和健康[18]。莧屬植物籽粒的礦物質含量高，尤其是鈣、磷、鎂、鉀等，含量豐富，也富含微量礦物元素[3]，如硒含量為515 μg/kg[19]。莧屬植物籽粒的部分礦物質、維生素、氨基酸和脂肪酸含量見表2。

表2 莧屬植物籽粒的部分礦物質、維生素、氨基酸和脂肪酸含量Table 2 Several mineral,vitamin,amino acid and fatty acid contents of grains of Amaranthus[8,10]

續表2項目Items含量Content組氨酸His1.9～3.8脂肪酸Fattyacids/%飽和脂肪酸SFA20.1～30.9不飽和脂肪酸UFA61.0～87.3C18∶1-9c22.7～31.8C18∶2ω-637.1～45.9C18∶3ω-30.6～1.4C20∶10.2～0.3

如上所述，莧屬植物葉片、全株和籽粒營養物質豐富，可利用性強。根據動物的需求，可將莧屬植物開發為不同類型的飼料原料，如干草、青貯和能量飼料等。

2 莧屬植物次級代謝產物及其功能

2.1 酚類化合物

多酚是一種植物次生代謝產物，存在于谷類、水果和蔬菜中。多酚的含量和種類因莧屬植物品種和生育期不同而不同，常存在于籽粒、葉片、莖和花中[20-21]。Li等[22]發現，在3種不同的莧屬植物[A.hypochondriacus、尾穗莧(A.caudatus)、繁穗莧(A.cruentus)]籽粒中總酚類化合物的含量均高于葉片。莧屬植物富含維生素C、維生素E和β-胡蘿卜素等天然植物抗氧化物質，有助于動物脂肪代謝和防御心血管疾病[23]。莧屬植物的抗氧化活性主要通過抑制酶和破壞自由基來抑制活性氧的產生，如抑制過氧化物和超氧化物的生成[24]。有研究表明莧屬植物中含有蘆丁和槲皮素等酚類化合物，蘆丁和槲皮素是抑制高密度脂蛋白膽固醇氧化的重要抗氧化劑[20-21,25]。刺莧(A.spinosus)含有大量的香豆酰奎寧酸[26]。尾穗莧葉片中的主要抗氧化活性物質是咖啡酸[27]。由此可見，莧屬植物中酚類化合物的種類和含量取決于莧屬植物的種類及其部位。莧屬植物可直接用于動物飼糧，其中的酚類化合物不僅可以作為配合飼料的防腐劑，還能保護飼糧中的不飽和脂肪酸免受氧化的負面影響。

2.2 抗營養因子

抗營養因子是指對天然食物、飼料中營養物質的消化、吸收和利用產生不利影響，以及使人和動物產生不良生理反應的物質。莧屬植物中含有的次生代謝產物，如單寧、皂苷、草酸、植酸、胰蛋白酶抑制劑和硝酸鹽等，均為抗營養因子，這些抗營養因子是具有生物活性的化合物，它們會抑制動物對營養物質的吸收和利用，并干擾機體的代謝過程[3]。抗營養因子的存在是莧屬植物作為飼料原料需解決的主要問題之一。單寧是植物種皮中大量存在的苦味多酚化合物。傳統營養學認為單寧具有抗營養作用，其與蛋白質結合來抑制消化，還會干擾消化酶活性和蛋白質消化率[28]。但目前研究認為單寧具有雙重特性，其發揮有益或抗營養作用取決于其化學構型和劑量。草酸是蔬菜中的一種典型抗營因子，可與鈣形成不溶性的草酸鈣，阻止人和動物對鈣的吸收和利用，從而引起疾病[29]。植酸在許多植物組織中以磷酸鹽的形式存在，與鐵、鋅、鈣和鎂結合，產生不溶性的絡合物，不易被吸收利用，動物飼糧中植酸含量較高會降低礦物元素的生物利用度，在單胃動物中尤其突出[30]。莧菜是一種富含硝酸鹽的作物，可能在動物的消化道發生化學變化，并變得有毒[31]。莧屬植物作為飼料原料時，可以采取不同的抗營養因子鈍化或去除措施，來減少對動物的不利影響[32]。

3 莧屬植物的調制加工方法

莧屬植物富含營養物質和酚類化合物，可改善動物的生產性能和健康狀況。在反芻動物飼糧中使用時無需經過處理來減少抗營養因子。在單胃動物飼糧中添加量較大時，可選擇低廉的加工方法去除和鈍化抗營養因子，以便被單胃動物高效利用。

3.1 物理處理法

擠壓加熱是在一定壓力下瞬時高溫處理的加工方式，由加工溫度、物料水分含量、壓力和機械的剪切力協同完成的，可以減少抗營養因子。對莧屬植物籽粒來說，擠壓既可以鈍化或去除抗營養因子，也可以破壞籽粒外皮的結構，擴大與動物消化道接觸面積，與消化酶充分接觸，提高利用效率，發揮其營養價值。擠壓可減少籽粒中單寧和多酚含量，提高體外蛋白質的消化率[33]。

3.2 堿處理法

堿處理法是一種常用的去除植物中抗營養因子的化學方法。在飼料中添加氨、尿素、氫氧化鈉、聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，既能鈍化抗營養因子又能軟化植物的堅硬結構。目前，PEG和PVP處理是減少動物飼料中抗營養因子更有前景的化學方法[34]。PEG可以阻止單寧-蛋白質復合物的形成，降低單寧的活性，增加蛋白質等營養物質的利用效果，并減少微生物的抑制作用，提高營養物質消化率，改善動物的生產性能。PEG是一種惰性、不被吸收的化學物質，它含有氧離子，可以與單寧中的酚基團形成氫鍵并破壞它們，形成穩定的復合物，阻止單寧與蛋白質結合[34]。堿處理的飼料對動物產生有益或不利的影響，取決于飼料中抗營養因子的含量[35]。有關堿處理莧屬植物對單胃動物生產性能的影響有待進一步研究。

3.3 酶處理法

隨著飼用酶的開發、高效生產及推廣，酶制劑作為一種新型高效飼料添加劑被廣泛應用。酶處理抗營養因子優于加熱、擠壓和堿處理等加工方法。研究顯示，在含有25%莧菜干葉的飼糧中添加復合酶(纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶)，可改善肉雞的營養物質消化率、減少氮和磷的排泄、提高肉雞的生產性能[36]。因此，飼用酶制劑可用于含有莧屬植物的飼糧中，以降低抗營養因子的副作用和提高替代飼料的利用率。

4 莧屬植物在動物生產中的應用

4.1 在單胃動物生產中的應用

莧屬植物的葉片和籽粒營養豐富且平衡，能滿足單胃動物的生長需要，可以作為非常規飼料原料應用在家禽、豬和魚等單胃動物的配合飼料中。莧屬植物的葉粉在單胃動物飼料配方中應用，可改善其生長性能[10]。莧屬植物的籽粒在動物飼糧中具有部分替代玉米和豆粕的潛力。莧屬植物籽粒的粗蛋白質含量是其他谷物的2倍，且賴氨酸、蛋氨酸含量高，能量水平與其他谷物類似，可作為肉仔雞的飼料原料。Ravindran等[37]研究表明，飼糧中添加40%的莧菜籽粒作為能量飼料，對肉雞不會產生負面影響。Popiela等[38]研究顯示，在飼糧中添加5%的擠壓膨化莧菜籽粒，可以提高蛋雞的產蛋量和飼料轉化率。Shilov等[39]研究表明，飼糧中添加10%的繁穗莧水解籽粒可提高斷奶仔豬的蛋白質、脂肪和纖維素消化率，促進其生長發育。Niewiadomski等[40]研究證明，用繁穗莧籽粒粉替代飼料中5%的豆粕可促進虹鱒生長。關于莧屬植物籽粒在豬、雞等單胃動物營養健康和飼料配制應用方面的研究有待進一步開展。

4.2 在反芻動物生產中的應用

作為飼用的莧屬植物較多的是籽粒莧，可以調制成干草和全株青貯，作為反芻動物的優質飼料[10,41-43]。干草和青貯飼料是反芻動物飼糧中重要的組成部分。孫國慶等[44]研究發現，飼料中添加適量的籽粒莧青貯、干草可替代玉米青貯、苜蓿干草，對泌乳奶牛瘤胃發酵、營養物質表觀消化率、血液指標和生產性能沒有產生負面影響，并可提高經濟效益。Rezaei等[45]研究表明，用不同比例的莧菜青貯代替等量的玉米青貯，在飼糧中莧菜青貯為105 g/kg DM時，顯著提高了荷斯坦泌乳牛的采食量、飼料消化率、微生物蛋白合成量和產奶量。Nogoy等[46]采用肉牛瘤胃體外發酵和原位(insitu)消化方法評估了不同種類莧屬植物的總揮發性脂肪酸濃度、總產氣量、氨氮濃度，結果顯示均無顯著差異，且干物質和粗蛋白質降解率高，且具有良好的發酵特性，可作為肉牛優質的飼料原料。莧屬植物全株可部分取代苜蓿干草、玉米青貯，籽粒可部分替代玉米、豆粕在反芻動物飼糧中的應用，是一種有潛力的反芻動物飼草和能量飼料資源。

5 小 結

隨著養殖業規模的不斷擴大，飼料用量加劇，動物與人爭糧的矛盾日益突出。飼料資源短缺成為畜牧業面臨的重要問題之一，直接關系到養殖業的飼養成本和生產效益。尋找一種具有抗逆性強、生產成本低、營養價值和收獲效益高的農作物飼料替代品，是解決飼糧中玉米、豆粕減量替代方案的措施之一。莧屬植物富含淀粉、蛋白質和脂肪等，其籽粒可替代玉米作為能量飼料來減少豆粕等蛋白質源的用量，進而減輕人畜爭糧。但莧屬植物營養特性在動物飼糧中精準替代的作用以及其含有的活性物質的生物學作用機制尚不清晰。因此，為充分發揮莧屬植物的飼用價值，需要進一步深入開展其飼料加工與動物高效利用等方面的研究，使其成為一種符合飼料原料端的新品種和具有開發潛力的優質飼料資源。