玉米DDGS 營養特征及其在豬生產中高效利用的改善措施

扣澤華， 宋志鋒， 范越蠡， 劉 博， 車東升 ， 韓 蕊

（1.吉林農業大學動物科學技術學院，吉林長春 130118，2.動物生產及產品質量安全教育部重點實驗室，吉林長春 130118，3.吉林省動物營養與飼料科學重點實驗室，吉林省生豬產業技術科技創新中心，吉林長春 130118）

玉米DDGS 全名玉米干酒糟及其可溶物（DDGS），是采用微生物發酵法生產玉米乙醇燃料過程中，經發酵后剩余的廢渣、廢液加熱、干燥、混合所制得的副產品（Ray 等，2022）。 研究表明，玉米DDGS 脂肪、蛋白質、纖維素等營養成分含量可觀，富含維生素E、葉黃素和阿魏酸等有益物質，可部分替代玉米、大豆粉、魚粉、肉骨粉等飼料原料， 減輕集約化養殖中出現的蛋白飼料資源短缺問題（Zhu 等，2022；王曉杭等，2019；Swiatkiewicz等，2016；Mattila 等，2005）。 伴隨生物質能源產業的發展，DDGS 產量逐年增多、產量穩定、廉價易得。然而，受產地、工藝等影響，不同玉米DDGS 間營養成分差異巨大， 整體存在不溶性纖維素（IDF）和不飽和脂肪酸（UFA）含量過高、氨基酸（AA）不平衡、毒素累積過量等問題，這使其在豬生產中使用時存在一定限制。目前玉米DDGS 資源合理化利用的研究主要包括： 開發改善營養成分占比的新型生產工藝 （Rodriguez 等，2020；Yang等，2019）；添加酶制劑或進行預處理，降低IDF水平（Motta，2022；Zangaro 等，2022；Petry 和Patience，2020）；添加共軛亞油酸（CLA）或左旋肉堿減輕UFA 對豬機體的負面影響 （閆芳，2019；Wei 等，2019）；添加酪蛋白平衡熱損傷所致的氨基酸失衡等（Park 等，2018）。 本文旨在簡述玉米DDGS 營養特性、分析其在豬生產應用中的限制因素與成因，綜述目前提升其飼喂價值措施的研究進展， 為玉米DDGS 飼料資源進一步開發與利用提供參考。

1 玉米DDGS 的營養特征

1.1 玉米DDGS 的營養成分 玉米DDGS 與玉米和大豆粕主要營養成分的比較如表1 所示（中國飼料成分及營養價值表，2020；Wang，2020；Xu，2020）。 相較玉米， 玉米DDGS 中除碳水化合物（CHO）減少外，其他成分為原料的2 ～3 倍。這是由于在生產過程中，一方面，在發酵環節，淀粉經酵母菌發酵產生乙醇， 使得玉米DDGS 含量降低至4.0% ～6.0%，總CHO 含量降低40%，酵母菌的增殖也導致了玉米DDGS 的總蛋白中20%為酵母蛋白；另一方面，受濃縮干燥等環節的影響，玉米DDGS 中不可發酵的非淀粉CHO 含量增加了2.5 倍以上；除此之外，玉米DDGS 的蛋白質、油脂和灰分含量相較玉米增加了3 倍以上， 氨基酸增加2.0 ～3.5 倍（Han 等，2010）。

通過與大豆粕對比可知， 加工原料玉米本身氨基酸平衡性相比大豆粕較差， 受工藝流程的影響，在玉米DDGS 中這種不平衡性被極大的增強，這導致其蛋白質含量與氨基酸平衡性不如大豆粕，若綜合考量其目前產量與價格優勢，具備作為大豆粕等優質蛋白原料低價替代原料的能力。

1.2 玉米DDGS 的豬營養效價 目前， 玉米DDGS 作為常規飼料原料， 已被廣泛應用于豬不同生產階段的日糧配制， 其豐富的脂肪含量使其在淀粉水平遠低于玉米的前提下，平均DE（4140 kcal/kg）和ME（3897 kcal/kg）分別與玉米的DE（4088 kcal/kg）和ME（3989 kcal/kg）相當，蛋白水平高于玉米，為豬生長、繁殖提供較為可觀能量和蛋白（Pedersen 等，2007）。 此外，玉米DDGS 中的IDF 可在飼喂時起到消化道填充劑的作用， 增強懷孕母豬飽腹感，而對于仔豬，少量的這種營養素可以顯著提升腸道絨毛和有益微生物群落的發育程度 （Stein 和Shurson，2009）。 合理使用玉米DDGS，不僅能夠維持豬正常的營養需要，并且可一定程度的提高飼料的營養效價。研究表明，在斷奶仔豬階段， 日糧中添加0% ～25%玉米DDGS，仔豬日糧采食量和G：F 均相近，且隨著DDGS 添加水平的增加，仔豬的ADFI 無明顯差異，可以保證仔豬正常生長（Whitney 和Shurson，2004）。 在生長豬日糧中添加20% ～30%玉米DDGS 時，相較于玉米型日糧，不僅能滿足生長豬的營養需求，還可減少日糧中無機磷的額外添加（Stein ，Shurson，2009）。這是由于玉米DDGS 中植酸磷占總磷濃度（約30%）遠低于玉米（約72%），使得玉米DDGS 磷表觀消化率（72.6% ～59.1%）顯著高于玉米 （33.5% ～19.3%）（Almeida 和Stein，2012；Pedersen 等，2007）。 而在育肥豬日糧中玉米DDGS 添加量低于20%時， 可以獲得最佳生長性能和胴體組成（Whitney，2006）。有研究表明，添加玉米DDGS 可在一定程度上降低生長-育肥豬腸道內由胞內勞氏菌引起的病變發病率（Shurson，2006）。 在哺乳母豬和妊娠母豬日糧中玉米DDGS的添加量可達20% ～40%且不會對母豬繁殖性能及其初乳組成造成負面影響 （Wang 等，2013；Song 等，2010； Benz 等，2010）。 甚至可能會提高第二繁殖周期的產仔數（Wilson，2003）。

2 玉米DDGS 營養缺陷及因素

在一定添加范圍內， 玉米DDGS 在豬生產中具備良好的飼喂價值， 但若超出該范圍則會嚴重影響其應用效果（Woyengo 等，2014）。 經研究表明，在日糧中添加40%玉米DDGS 會造成生長豬生產性能的降低 （Stein 和Shurson，2009）； 添加30%會導致育肥豬的脂肪硬度呈下降趨勢且更易變質（Shircliff 等，2019）；在母豬日糧中過量添加也會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 營養成分差異較大，IDF 和UFA 含量過高，氨基酸熱損失失衡，過量毒素的堆積等因素造成的， 不同因素會造成豬生產性能中不同指標的下降， 而這些因素的變化程度則受不同成因的影響。

2.1 不同玉米DDGS 營養成分差異較大 研究表明， 不同品質玉米DDGS 在豬生產應用中的飼喂價值存在一定差異，這可能與不同玉米DDGS 營養成分變異較大，粗脂肪和纖維的變異系數均大于10%有關（李平，2014）。 玉米DDGS 的概略養分組成如圖1 所示，必需氨基酸含量累加差異如圖2 所示（根據現有《豬營養需要量》GB/T 39235-2020 國家標準將玉米DDGS 進行分級）（Novriadi 等，2022；Kim 等，2021；Xu 等，2020；Wang 等，2018； Ruan等，2018；Magalha～es 等，2015；Welker 等，2014））。圖1 和圖2 的統計結果表明，玉米DDGS 營養成分存在顯著差異，這可能主要是由玉米品種和生長地理位置不同所致。 李婷婷（2013）對四川、遼寧、黑龍江、山東和吉林等產區玉米DDGS 營養成分的研究結果表明，不同產區玉米DDGS 的CF、EE、AME 存在顯著差異，NFE 存在極顯著差異；其次，乙醇生產工藝流程等因素也影響其終產品的質量（Iram 等，2020）。 Abd El-Hack 等（2015）的研究表明，因玉米在干磨法、半干法和濕磨法三種乙醇生產工藝的區別以及在發酵、 提油等環節的不同導致產出玉米DDGS 品質的差異顯著；此外，隨貯藏時間的延長，玉米DDGS 的營養價值也可能發生改變，其中粗蛋白質、粗脂肪、酸價、揮發性鹽基氮、巴比妥酸值和霉菌總數會發生顯著變化（李丹丹等，2017）。

圖1 玉米DDGS 的概略養分組成差異對比統計圖

圖2 玉米DDGS 必需氨基酸含量累加差異對比統計圖

2.2 IDF 水平過高 玉米DDGS 中IDF 水平主要由兩方面決定，一方面是原料中IDF 的含量相對較高， 致使纖維素占玉米DDGS 中非淀粉多糖（NSP）的38.2%，過高的IDF 水平可能導致豬對膳食成分利用不足， 降低在豬體內能量和氨基酸等營養素的消化率（Jaworski，2015；Gutierrez，2013）。另一方面是由于乙醇加工過程中的加熱環節可能造成植物細胞壁中氮化合物與纖維素的結合，生成人工木質素聚合物。導致玉米DDGS 中酸洗滌纖維、 木質素、 特別是酸性洗滌不溶性氮（ADIN）含量的升高，造成日糧總消化率的降低（Bo..ttger，2017；Van，1991）。

2.3 UFA 含量過高 受原料影響，玉米DDGS 的粗脂肪中含有大量UFA（86.7%），所含的UFA 中約有59%為亞油酸（Shurson 等，2006）。 由于物種特點， 豬體內的脂肪組織和肌肉中的多不飽和脂肪酸（PUFA）尤其是長鏈（C20-22） PUFA 含量相較牛羊等反芻動物更高，且豬可能更容易將UFA沉積到其背膘和腹部脂肪中（Wood 等，2008）。 飲食中添加30%玉米DDGS 可以增加背膘和腹部脂肪中的PUFA 濃度，繼而導致豬脂肪硬度下降，對胴體品質造成不利影響 （Shircliff 等，2019；Graham 等，2014）。 研究表明，日糧中亞油酸含量與機體碘值（IV）存在顯著的正相關關系，IV 越大表明脂肪的不飽和程度越高， 越容易發生氧化反應，肉品質越差（Kellner 等，2014），過量添加玉米DDGS 可能還會導致脂肪變軟、熔點降低，使豬肉在儲存過程中更容易發生過氧化并產生異味，造成豬肉在加工切片時產量降低、 外觀變差并極大地縮短了豬肉保質期。此外，若在乙醇生產過程中的干燥環節溫度過高， 可能會導致玉米DDGS 脂質中的PUFA 發生過氧化自由基鏈式反應， 形成過氧化脂質、有毒醛，產生的二級脂質過氧化產物可能導致妊娠晚期母豬的氧化應激， 并抑制胎盤發育， 進而使產活仔數和出生豬體重下降（Wei，2019；Li，2012）。

2.4 熱損傷導致的氨基酸失衡 玉米DDGS 的氨基酸不平衡受原料和加工過程的共同作用，在加工過程中熱損傷對氨基酸平衡的影響尤其顯著。 加熱、干燥環節可能誘發美拉德反應，使氨基酸與還原糖進行一系列的化學反應， 氨基酸的氨基側鏈形成新的交聯， 導致氨基酸發生改變，甚至完全破壞，從而改變蛋白質二、三級空間結構（Almeida 等，2013）。由于Lys 的ε 氨基特別容易受到熱損傷， 因此熱損傷可能會顯著影響Lys 水平，加劇玉米DDGS 中氨基酸的失衡或缺乏。 氨基酸的失衡一方面可能導致依賴于底物濃度梯度的腸上皮細胞刷狀緣邊界膜中氨基酸轉運蛋白受阻，另一方面，由于在吸收特定氨基酸過程中， 部分其他氨基酸可作為反端口或共生體組分共同被氨基酸轉運蛋白轉運， 作為輔助部分的氨基酸缺乏同樣也會阻礙氨基酸轉運蛋白的轉運效率， 這兩方面都可能導致飼料的粗蛋白質和氨基酸的消化率降低。 美拉德反應產物也可能會通過抑制消化酶活性影響整體營養物質的消化率（Mauron 等，1990）。

2.5 霉菌毒素累積過量 由于玉米在高濕度貯藏條件下易滋生霉菌， 導致其含有黃曲霉毒素（AF）、嘔吐毒素（DON）、玉米赤霉烯酮（ZEN）等多種霉菌毒素。在多數情況下，玉米中毒素含量低于動物機體能承受的最大閾值，所以，直接飼喂時不會對動物機體造成影響。 但由于乙醇生產工藝特性致使毒素在玉米DDGS 成品中濃縮兩至三倍，且各加工環節無法對霉菌毒素造成有效破壞，最終導致毒素堆積并可能過量。 飼用含過量毒素的玉米DDGS 會嚴重危害動物生理健康， 抑制生長豬生長產性能，誘發妊娠母豬流產，母豬假發情等現象， 嚴重影響畜牧生產效益（Rykaczewska 等，2018；Pinton 等，2008）。

3 玉米DDGS 在豬生產中應用的改善措施

3.1 生產工藝的改進 近期研究表明，加工工藝的改進能有效提升玉米DDGS 品質， 提高其氨基酸的SID。 近期生產出的新型玉米DDGS 主要有冷發酵DDGS， 采用分離并分別干燥可溶物中高蛋白和低纖維組分開發的新型玉米DDGS（Pro-CaP DDGS） 和高蛋白干酒糟及其可溶物 （HPDDGS）。 其中冷發酵DDGS（6.82%脂肪）與常規DDGS（9.54%脂肪）相比在生長豬中氨基酸的SID更高（Rodriguez 等，2020）。 ProCaP DDGS 氨基酸的SID 顯著高于脫脂DDGS， 代謝能顯著高于玉米或脫脂DDGS（Cristoba，2020）。 HP-DDGS 消化能和代謝能均顯著高于玉米和傳統玉米DDGS（Espinosa 等，2018）。 但也有研究表明，HP-DDGS受其過量亮氨酸導致的拮抗作用以及纖維含量較高的影響，隨添加水平的增加，使育肥豬生長性能呈線性下降趨勢（Yang 等，2019）。 現階段的研究結果表明， 新型工藝生產出的玉米DDGS 具有良好的開發前景， 其營養特性和具體消化特點有待進一步探究。

3.2 應用酶制劑 由于阿拉伯木聚糖（AX）具備顯著抗營養作用，玉米DDGS 中AX 含量較高，占總NSP 的48.7%，這導致其潛在飼喂價值難以在單胃動物中展現（Baker 等，2021）。 木聚糖酶等碳水化合物酶， 可靶向作用AX 的β-1，4-糖苷鍵，釋放出能被豬利用的多糖、寡糖和戊糖的混合物，減輕NSP 的抗營養作用，提高豬對玉米DDGS 中纖維以及其他營養物質的消化利用率 （Petry 和Patience，2020）。 Li （2012） 的研究結果顯示，在15% DDGS 日糧中以0.2 g/kg 添加量添加黑曲霉提取的復合酶可顯著提高育肥豬的ADG。 在Motta（2022）的研究中，使用碳水化合物水解酶能顯著提高20%玉米DDGS 替代的玉米-豆粕型日糧的干物質、粗蛋白質、總能量的消化率系數和能量代謝系數， 減少日糧中鈣的糞便排泄量。 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飼喂DDGS （1141 ～1267g/d）的條件下， 將NDF、ADF 和半纖維素的平均消化率分別提高33%、30% 和34%。 但由于纖維素具有晶體結構， 不易被碳水化合物水合酶降解（Huisman 等，2000），所以在Rho（2018）的試驗條件下用外源性纖維降解酶浸泡DDGS 并未改善纖維和能量的消化率。這可能代表著，添加纖維素酶對改善玉米DDGS 的IDF 水平存在著局限性，有待進一步改進。

3.3 在酸性或堿性條件下的熱處理 除添加酶制劑外， 熱處理可破壞多糖及其糖苷酸鍵間的弱鍵（De Vries 等，2012），在酸性或堿性條件下的熱處理可引起NSP 部分水解（Kootstra 等，2009）。 體外消化試驗的結果表明，未過濾酒糟（WS）與濃度為10 g/L 檸檬酸混合并處于70 Psi、160 ℃條件下加熱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，將WS 干燥后的玉米DDGS 的干物質體外消化率提高了11%（CA）至15%（氨）（Zangaro 等，2018）。Zangaro等（2022）的飼養試驗結果證實，采用熱或檸檬酸預處理WS 可以破壞其中的NSP 結構，經干燥后制得的DDGS，在飼喂（500 g/kg）過程中能顯著提高飲食中總能量和粗蛋白質的表觀回腸消化率系數（CAID）。 但熱處理存在著一定的副作用，其可能導致美拉德反應加劇， 使玉米DDGS 中的氨基酸熱損傷加劇， 致使采用該方法預處理WS 獲得的玉米DDGS 中除蘇氨酸外的必需氨基酸的CAID 顯著降低了至少2.91%。

3.4 添加CLA 或左旋肉堿 玉米DDGS 內UFA過高導致的危害主要分為兩種情況， 一種是其UFA 直接導致的豬脂肪變軟、IV 升高等現象，嚴重危害豬的胴體品質；另一種是UFA 受熱過氧化生成有毒過氧化物，容易造成母豬的氧化應激，影響其繁殖性能。 為減輕UFA 的負面影響，除在生產中建議屠宰前3 ～4 周停止使用DDGS 外（Buenavista 等，2021）， 目前針對第一種情況，還可采用添加CLA 的方式進行緩解。 由于CLA 可以降低脂肪組織中乙酰輔酶A 羧化酶 （ACC）和Δ9 去飽和酶活性， 在日糧中添加CLA 能顯著降低IV，從而減少飽和脂肪酸向UFA 的轉化數量，使SFA 增加，脂肪硬度增強（閆芳，2019）。 針對第二種情況，Wei 等（2019）研究發現，補充左旋肉堿可以緩解因脂質過氧化造成的負面影響， 提高母豬產活仔數。這可能是由于在代謝過程中，左旋肉堿作為過氧化物酶體氧化的重要輔助因子， 可以將細胞質基質中的游離脂肪酸（FFA）通過線粒體內膜轉運至線粒體中。之后由于FFA 可通過β 氧化降解為酰基輔酶A 并進入三羧酸（TCA）循環，期間消耗大量氧氣， 在電子傳遞鏈和氧化磷酸化的步驟中合成ATP。 導致氧濃度降低， 減少了活性氧（ROS）的生成，進而延緩了氧化應激的產生（Gülcin 等，2006）。

3.5 平衡氨基酸 目前在解決因熱損傷導致玉米DDGS 中氨基酸不平衡現象的研究相對較少，除進行工藝改進外， 目前具有顯著效果有兩種方法。其一是采用固定營養（CNU）的配料方式，該方式可顯著提升Lys 和Met 的AID （Acosta 等，2020）。 其二，Park 等（2018）的研究結果顯示，添加一定范圍內酪蛋白的玉米DDGS 日糧在生長豬階段的CP 和氨基酸的AID 與酪蛋白水平呈正向線性增加關系，含酪蛋白日糧的AID 顯著高于不含酪蛋白日糧，Lys 和Phe 的SID 也顯著高于不含酪蛋白日糧。 這表明在玉米DDGS 飼糧中額外添加高質量蛋白可能對因熱損傷導致的氨基酸不平衡現象具有一定緩解作用。

4 小結與展望

玉米DDGS 產量較大，價格相對低廉，飼喂價值較高，在適宜添加量范圍內，可以將豬的生長性能、胴體品質、繁殖性能穩定在正常水平，并具有一定的積極作用，可作為豆粕、魚粉等高價蛋白源飼料的有效替代。 但由于玉米DDGS 受原料、工藝、儲存等多方面因素的影響，其營養特性相對其他飼料原料更為復雜，在使用時限制條件更多。目前采用的處理方式可有效緩解UFA、纖維素等對豬脂肪的IV、干物質消化率的不利影響。 其次，在針對DDGS 品質不穩定問題中，除上述原因外，由于我國現行的以脂肪作為主體進行評級的標準存在一定的局限性，主要表現為：所劃分的不同品質等級玉米DDGS 中纖維水平和氨基酸含量相近，難以有效區分； 其他營養素并未與脂肪水平等級呈現相同的分級趨勢。 根據此評級標準劃分的玉米DDGS 可能會在飼喂中造成理論與實際營養成分存在差異， 致使不同營養構成的玉米DDGS 在豬生產應用中添加量的錯誤估計， 無法滿足或超出豬正常生理狀態下的營養需求， 影響豬的生產性能， 增加畜牧生產中飼料資源的浪費。 針對這一可能性， 需要優化玉米DDGS 的品質評級標準以達到精準營養的目的。 此外在加工過程中熱損傷致使其氨基酸不平衡、 陳化糧霉菌毒素積累過量等方面的問題還有待進一步的研究， 找尋緩解熱損傷的方法、開發高效的霉菌毒素去除劑，還原玉米DDGS 的營養價值， 促進玉米DDGS 在豬生產領域資源的合理利用，開拓更廣闊的應用前景。