木薯的营养价值及其在猪与禽生产中的应用研究进展

冯淦熠 杨 刚,2 李 瑞* 印遇龙,2

(1.中国科学院亚热带农业生态研究所，中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室，畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室，动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室，长沙410125；
2.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南畜禽安全生产协同创新中心，长沙410128)

饲料是生猪养殖成本的主要组成部分，占70%左右[1]，而能量原料在饲粮组成中占比最大，因此，开发能量饲料原料资源对于降低饲料生产成本、提高经济收益具有重要意义。木薯(ManihotesculentaCrantz)又称树薯、木番薯，是一种多年生灌木，与甘薯、马铃薯合称为世界三大薯类作物，产量高，有“地下粮仓”、“淀粉之王”和“特用作物”之誉称[2-4]。木薯在国内的产地主要集中在广西、海南、广东等沿海地区。自2015年以来，我国木薯种植面积及产量持续增长，据联合国粮农组织(FAO)统计，2020年中国木薯种植面积同比增长0.8%，达302 136 hm2，产量同比增长1.1%，约5 041 409 t；
据中国海关统计，2020年木薯的进口数量同比增长20.7%，达3 304 774 t。许多国家在研究应用木薯做动物饲料，以缓解常规能量饲料原料短缺、饲料成本上升的现状，且利用木薯代替玉米饲养畜禽已经取得了良好效果[5-8]。本文主要就木薯的营养价值、抗营养因子、加工工艺及在猪与禽生产上的应用进行综述，以期为木薯在猪与禽生产领域的应用提供参考。

木薯的营养价值高，可在一定程度上满足动物的能量需求，但木薯因产地、品种、生长环境、收割时间、加工工艺等不同，其营养成分有一定的差异[9-12]。表1汇总了国内外饲料原料数据库[13-16]中有关木薯及其主要产品的营养价值参数。由表可知，各国数据库中所报道的木薯的化学成分差异较大，这可能与木薯的品种、产地和加工工艺有关；
此外，国内外评价体系包含了木薯粉、木薯干和木薯等样本，未进行标准化也是造成化学成分差异的主要原因。

表1 国内外饲料原料数据库中木薯的营养成分

1.1 木薯的有效能值

不同国家饲料原料数据库中木薯的总能(GE)以及猪的消化能(DE)、代谢能(ME)及净能(NE)[14-16]见表2，其中法国INRA(2012)以淀粉含量不同为区分，记录有2种数据，这说明法国INRA(2012)对木薯有一套独特的评价体系。中国猪营养需要(2020)、美国NRC(2012)和法国INRA(2012)中的GE差异不大，在14.44～14.90 MJ/kg；
在国内外数据库中，生长猪对木薯的DE在12.60～14.26 MJ/kg，ME在12.30～14.17 MJ/kg，NE在10.00～11.17 MJ/kg；
其中以美国NRC(2012)中猪对木薯的DE、ME及NE最高；
在我国的数据库中，猪对木薯粉的DE为13.54 MJ/kg，ME为13.36 MJ/kg，若与法国INRA(2012)相比较，则其有效能值均介于淀粉含量为67%和72%的木薯原料之间。杨刚等[17]采集了国内外10个不同品种的木薯干，测得生长猪对木薯干的DE在12.63～14.49 MJ/kg，平均值为13.52 MJ/kg；
ME在12.47～14.28 MJ/kg，平均值为13.25 MJ/kg；
该数据与我国数据库所测得的数据近似，但低于美国NRC(2012)的数据，亦介于法国INRA(2012)中淀粉含量为67%和72%的木薯原料有效能值之间。

表2 国内外饲料原料数据库中木薯GE及生长猪木薯有效能值

在美国NRC(2012)数据库中，猪对普通黄玉米的DE、ME与NE分别为16.45、14.44和11.18 MJ/kg；
若以此为基准，上述各数据库中所测得的猪对木薯的DE为普通黄玉米的74.77%～86.14%，ME为普通黄玉米的85.18%～98.13%，NE为普通黄玉米的89.44%～99.02%。虽然猪对木薯的DE普遍低于普通黄玉米，但对木薯的ME与NE只是略低于普通黄玉米，且就部分营养价值较高的木薯而言，其ME与NE已近似于普通黄玉米。因此，对国内外常见木薯品种进行准确地营养价值评定，从中筛选抗营养因子较低、能值较大的木薯品种，并将其作为替代畜禽饲粮中部分玉米的能量饲料，不失为降低饲料配制成本，进而提高饲料企业生产效益的良策。

1.2 木薯的粗蛋白质及氨基酸含量

木薯的粗蛋白质含量较低，据美国NRC(2012)报道，木薯粉的粗蛋白质含量为2.13%～3.63%，杨刚等[17]测得国内外10个不同品种木薯干中粗蛋白质的含量为1.76%～3.51%。木薯的粗蛋白质含量远低于玉米，但精氨酸含量高于玉米，色氨酸含量与玉米相当，其必需氨基酸不足以满足畜禽需要，因此以木薯作为能量饲料时，需补充足够的粗蛋白质和必需氨基酸。表3汇总了国内外饲料原料数据库[14-16]中木薯的粗蛋白质与氨基酸含量及猪对木薯氨基酸的表观回肠消化率(AID)和标准回肠消化率(SID)，由表可知：各国数据库中木薯粗蛋白质与氨基酸含量差异较大，且美国NRC(2012)中缺少木薯氨基酸的AID；
法国INRA(2012)中缺少木薯氨基酸的AID及SID。由此可见，各国对于木薯的营养价值研究较为欠缺，且样本量较少，数据呈现静态化、单一化的特点。

表3 国内外饲料原料数据库中木薯的粗蛋白质与氨基酸含量及猪对木薯氨基酸的表观回肠消化率和标准回肠消化率

1.3 木薯的碳水化合物含量

木薯的淀粉含量高，淀粉是木薯最主要的碳水化合物，由表1可知，其含量在62%～72%，与玉米相近。干木薯中淀粉含量为67%～74%，支链淀粉含量占总淀粉的比例高达80%，而玉米中淀粉的含量在67%～72%，其支链淀粉含量占总淀粉的比例为76%，因此木薯淀粉相较于玉米淀粉更容易被畜禽消化与吸收[18-19]。事实上，生木薯淀粉作为一种优良的、粉质细腻的可消化淀粉，在人体内的消化率与芋头、竹芋及大米相似，高于美人蕉、马铃薯和竹芋淀粉[20]。Nuwamanya等[21]将木薯、马铃薯和甘薯淀粉与玉米、小麦、小米和高粱等谷物淀粉的一些特性进行了比较，发现木薯淀粉在加热至80 ℃时直链淀粉的浸出率达到峰值(43.2%)，在此温度条件下木薯(8.58 g/g)和马铃薯淀粉(8.44 g/g)的平均膨胀度较高，且低于谷物淀粉；
木薯(48.32%)和马铃薯淀粉(42.16%)的糊状物透明度也较高，低于红薯衍生淀粉(23.22%)和所有谷物淀粉(14.97%)；
木薯淀粉在80 ℃的加热条件下溶解度较好，高于马铃薯(0.77 g/g)与甘薯淀粉(0.577 g/g)；
此外，木薯淀粉具有杂质低、黏度高、糊化温度低等良好的物理特性[3]。经过加工的木薯淀粉有多种用途，如食品、饮料、糖果等；
也是一种重要的工业产品原料，包括纸张、纸板、纺织品、胶合板、胶水、化妆品、药品、洗涤剂和许多生物制品[22]。

由表1可知，木薯粗纤维含量在2.5%～4.4%，中性洗涤纤维含量在6.3%～9.5%，酸性洗涤纤维含量在4.1%～6.4%。杨刚等[17]测得国内外10个不同品种木薯干中中性洗涤纤维含量在7.82%～14.48%，酸性洗涤纤维含量在1.50%～5.02%，粗纤维含量在1.26%～3.00%。适量的膳食纤维对畜禽健康有益，可促进动物肠道蠕动、改善有益微生物群的生长等[23]。

1.4 木薯的油脂和脂肪酸含量

由表1可知，木薯的粗脂肪含量普遍较低，在0.50%～0.94%。杨刚等[17]测得国内外10个不同品种木薯干中粗脂肪含量为0.37%～1.98%。木薯的油脂含量远低于玉米，且木薯的亚油酸含量不足[24]，其脂质主要由糖脂和非极性脂肪酸组成。脂肪作为六大营养素之一，对动物的健康具有重要作用，如提供必需脂肪酸、促进脂溶性维生素吸收等。饲料中脂肪含量过低可能会带来硬脂风险，因此，使用木薯作为动物的能量饲料原料时，可能需额外补充必要的脂肪以满足需要。

2.1 氢氰酸

氢氰酸是木薯中最主要的抗营养因子，也是限制其利用的最主要因素。氢氰酸是中氰苷毒素水解后的产物，包括亚麻苦苷和百脉根苷，其中亚麻苦苷较多，占总氰含量的93%～95%，亚麻苦苷较少，只占5%～7%。氢氰酸对动物机体具有毒性，可与细胞色素C氧化酶结合，降低动物组织细胞内酶的活性，抑制细胞的有氧呼吸，造成组织细胞缺氧失活[25-26]。动物机体对氰化物解毒过程中，硫氰酸盐优先与硫代硫酸盐结合，形成低毒的硫氰酸盐进而使毒性降低200倍，因此有必要在木薯饲粮中提高蛋氨酸的添加比例或额外添加一定量的硫代硫酸钠、碘、维生素B12，这有利于缓解木薯中氢氰酸所带来的抗营养效应，并促进动物的健康生长[4]。木薯中的氢氰酸受其品种、生长条件、收割时间、加工工艺等因素的影响，在含量上存在较大差异，要提高木薯的营养价值，进而促进木薯在动物生产中的应用，就必须采取多种脱毒手段降低木薯中氢氰酸的含量：其一是通过育种的方式挑选低氢氰酸的木薯品种，从根源上脱毒；
其二是通过一些常见的理化手段脱毒，包括干燥、发酵、水煮、蒸煮、烘烤、油炸、蒸汽蒸馏等[27-28]。表4展示了木薯在不同处理条件下氢氰酸的含量[29]。从表4中可观测到，新鲜木薯氢氰酸含量在88～416 mg/kg，而对木薯进行烘干后氢氰酸含量降低到52～64 mg/kg，对木薯进行晒干后氢氰酸含量可降低至23～42 mg/kg，由此可知，对木薯进行晒干、烘干处理可有效降低氢氰酸含量；
此外，从表4中还可观察到，将烘干或晒干的木薯块茎去皮后，氢氰酸的含量亦有所降低，提示在实际生产中可对木薯采取“烘干/晒干+去皮”的加工方式进行脱毒，这对充分发挥木薯的营养特性，提高其饲用价值而言是非常合理且必要的。

2.2 单宁酸

单宁酸又称鞣酸、单宁、鞣质、丹宁酸、没食子鞣酸、二倍酸、柔酸，是植物生长过程中经代谢产生的次生物，广泛存在于五倍子、茶、紫荆、可可、葡萄等多种植物中，根据结构组成可分为缩合型和水解型2种[30]，两者皆可产生相似的抗营养作用：其一是单宁具有结合并沉淀蛋白质的能力，会降低蛋白质的利用率，提高动物粪样中氮的含量，并减少其体重的增加量；
其二是单宁能够与消化道中的酶结合，抑制消化酶的活性[31]。但适量的单宁能够选择性地抑制有害菌的生长，促进有益菌群的增殖，有益菌群的大量繁殖将竞争性抑制有害菌群的繁殖，降低致病菌侵袭寄主的风险[32]。木薯中也含有一定量的单宁酸，且不同品种的木薯其单宁酸含量有一定差异。林莹等[33]通过研究16个木薯品种发现，其单宁酸含量在1.59%～2.61%。Ofuya等[34]对木薯皮进行研究发现，新鲜木薯单宁酸含量为120 mg/100 g，晒干后单宁酸含量达到113 mg/100 g，对其进行发酵后单宁酸含量降为81 mg/100 g。

3.1 木薯干、木薯粉

新鲜的木薯块根含水量较高，在60%以上，将其冲洗干净、切割成块状后晒干或烘干使其含水量在14%以下，即可得到木薯干(又称为木薯粒)[4]。晒干和烘干不仅可以降低氢氰酸的含量，亦可方便木薯运输和储存，在实际生产中多被采用。将木薯干粉碎即可制得木薯粉，木薯粉多用作动物饲料原料。Regnier等[35]研究表明，将木薯干燥6 h后粉碎配制猪饲粮最为合适。

3.2 木薯淀粉、木薯渣

木薯干经过破碎、过滤、提纯、脱水、干燥、筛分可得到木薯淀粉，木薯淀粉中直链淀粉含量范围为0～30.3%，淀粉颗粒呈椭圆形、矩形和圆形。天然或改性形式的木薯淀粉具有降胆固醇、降血糖和抗糖尿病作用，适度食用一些木薯淀粉对动物健康有利[36-38]。木薯淀粉可作为食品中的黏结剂、增稠剂、稳定剂及膨化剂，也是甜味剂、增量剂、脂肪替代品和调味剂载体[39]。加工木薯淀粉分离出的脚料混合物即木薯渣，由木薯的外皮、内部的薄壁组织和大部分有毒的氰苷类物质组成；
木薯加工乙醇的副产物亦可产生木薯渣，由于加工工艺的不同，木薯淀粉渣与木薯乙醇渣营养成分差异较大，木薯乙醇渣的营养价值相对较高，其粗蛋白质、粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、矿物质等以及大部分氨基酸含量较高，无氮浸出物含量较低[40-43]。

3.3 发酵(青贮)木薯粉

木薯的粗蛋白质含量较低，通过发酵不仅可以提高其粗蛋白质含量，也能提高蛋白质质量和纤维消化率，从而提高营养价值；
发酵还能提高微量营养素的生物利用度，并有助于降解抗营养因子[44]。发酵提高木薯粗蛋白质含量的方法已经在一些国家得到发展，Oboh等[45]研究发现，对木薯粉进行发酵可显著提高其粗蛋白质、粗灰分及粗脂肪含量，且抗营养因子氢氰酸及单宁酸的含量显著降低；
Araújo等[5]研究表明，木薯块根青贮饲料具有较高的营养价值，是热带地区生长猪的潜在玉米替代品。

3.4 发酵木薯渣

木薯渣的营养价值虽较高，但其含有较多的粗纤维及抗营养因子，且适口性较差，不利于动物的消化吸收，利用微生物对木薯渣进行发酵处理不仅可以降低木薯渣中的粗纤维及抗营养因子，且发酵可以产出蛋白质、多肽等，提高其营养价值[46]。微生物的选择是木薯渣发酵的关键，不同的菌种使得木薯渣发酵后的营养成分、适口性、安全性、pH不同，有研究表明，混合菌种的发酵效果比之单一菌种好[47]。

4.1 木薯在猪生产中的应用

木薯作为生长猪饲料原料时，相较于其他谷物原料，木薯的有效能值较高，但粗蛋白质含量较低，营养品质相对较差，主要在于木薯中含有氢氰酸、单宁酸等抗营养因子，对生长猪的健康及适口性有一定的负面影响。但是，经过一些研究发现，在适当的饲粮添加比例下，以木薯代替部分玉米提供能量是完全可行的。

沈传坤等[48]研究发现，以木薯代替饲粮中28%的玉米饲喂断奶仔猪，前14 d显著增加了料重比，但显著降低了断奶仔猪的日增重，后14 d日增重、日采食量与料重比则无显著变化；
前28 d显著降低了日增重，且前14 d的影响大于后14 d，这说明以木薯代替部分玉米饲喂断奶仔猪是完全可行的，且能有效降低饲养成本。吴端钦等[49]在玉米-豆粕-麦麸型基础饲粮中分别添加0、5%、10%、15%、20%的木薯渣，并将其饲喂给体重约22 kg的生长猪，结果发现，低水平添加对平均日增重和饲料转化率无显著影响，但较高水平添加会降低猪的平均日增重和饲料转化率，木薯渣的添加量以5%～10%为宜。王旭莉等[50]在玉米-豆粕型基础饲粮中分别添加0、4%、6%、8%、10%的木薯渣，饲喂35 kg左右的生长猪，结果发现，低水平添加木薯渣可明显改善日增重和料重比，且能降低饲料成本，但添加量超过8%会导致日增重降低、料重比增加，因此添加量以8%为宜。张刚[51]研究发现，木薯渣的营养成分较为丰富，具有较高的饲喂价值，生长猪饲粮中木薯渣的适宜添加量为5%～10%。梁明振等[52]在玉米-豆粕-麦麸型基础饲粮中分别添加30%发酵木薯和30%普通木薯，饲喂体重约45 kg的生长猪，结果表明，普通木薯经发酵后其粗蛋白质含量显著升高，由4%升高到18%，且可消化蛋白质和生物学效价亦显著升高。雷跃等[53]研究发现，饲喂发酵木薯饲粮的试验组与饲喂玉米-米糠-菜叶饲粮的对照组相比，福香猪的总增重、平均日增重显著升高，瘦肉率、熟肉率、屠宰率、肌内脂肪率升高了3%～6%。蒋慧姣等[54]利用3种微生物发酵剂发酵木薯渣，结果表明，微生物发酵能够有效提高木薯渣的营养价值，利用植物乳酸菌-枯草芽孢杆菌-酿酒芽孢杆菌发酵木薯渣14 d，对其粗脂肪和粗蛋白质含量的提高效果最为显著，利用发酵木薯渣替代一部分饲粮饲喂江香猪不会影响其生长性能，并可改善其肉品质和胴体性状，添加量以5%～10%为宜。Boonnop等[55]研究表明，在经过面包酵母发酵后的木薯根浆与木薯片中，干物质和氢氰酸含量显著降低，而粗蛋白质、赖氨酸、粗脂肪和总磷含量显著升高，可见酵母发酵不失为提高木薯产品营养价值的一种有效手段。Ziska等[56]比较了甘薯、木薯及红薯的营养成分，发现木薯的碳水化合物含量仅次于甘薯，比红薯要高，在55%左右，几乎全为淀粉；
数据表明，甘薯和木薯作为酒精发酵来源的潜力比现有的玉米更大，因此可以用来替代玉米作为发酵原料的来源。综上所述，在生产中可以使用木薯或木薯渣替代一定比例的玉米饲喂猪，但必须合理控制用量，以避免其对猪的生产性能产生不利影响；
在实际生产中可以采取发酵等手段提高木薯和木薯加工产物中粗蛋白质、某些必需氨基酸和粗脂肪等重要营养组分的含量，降低氢氰酸等抗营养因子的含量；
此外，将发酵木薯或发酵木薯渣饲喂给猪也可提高其生产性能，并改善其胴体性状，这对充分发挥木薯在猪生产领域的饲用价值十分有益。

4.2 木薯在禽生产中的应用

木薯的能量和纤维含量较高，可促进微生物的发酵，将其添加在禽饲粮中可改善肠道健康。Yadav等[57]研究发现，在玉米-豆粕型饲粮中，添加25%～37.5%的木薯对肉鸡的采食量、日增重等无负面影响，并可促进其肠道健康，降低饲养成本。Ande等[58]的试验表明，以木薯替代饲粮中15%的玉米饲喂产蛋鸡不会影响鸡蛋质量，添加氨基酸可以消除饲粮氨基酸不平衡的影响，提高产蛋量。据Stevenson[59]报道，在蛋鸡饲粮中添加50%的木薯不会影响其生产性能，但需增提高蛋白质原料的比例。Panigrahi等[60]研究发现，木薯的干燥速率越慢，其中的氢氰酸含量越低，总氰化物含量低于40 mg/kg的木薯根粉以500 g/kg的添加量添加在饲粮中对肉鸡无不良影响。Akapo等[61]以含未去皮木薯粉的饲粮饲喂雏鸡，结果发现，雏鸡的血液携氧能力下降，这是由于氢氰酸含量过高而引起的，未去皮的木薯根对肉鸡的生长性能和健康状况有一定的不良影响，但在饲粮中可以添加100 g/kg的去皮木薯根来降低这种负面效应。上述研究结果说明木薯在肉鸡饲养方面具有一定的应用前景和经济意义。

将发酵后的木薯和木薯渣饲喂家禽，对降低饲料成本、促进家禽健康生长和维护养殖场良好环境有利。Aladi等[62]研究发现，不进行进一步加工(如晒干)的木薯和棕榈仁饼的固态发酵混合物可有效地替代肉鸡饲粮中的玉米，显著降低饲养成本。Hermida等[63]的研究则表明，在饲粮中加入高达40%的木薯根粉并不影响K-53雄性鸡的生长性能，经过42 d的饲养，K-53雄性鸡健康和肠道微生物指标保持稳定。于向春等[64]在文昌鸡饲粮中添加不同比例的发酵木薯渣粉，发现用发酵木薯渣粉替代文昌鸡饲粮中的其他饲料原料对雏鸡增重无显著影响，但可降低饲养成本；
经对比发现，添加15%的木薯渣粉(经40%酿酒酵母、20%枯草芽孢杆菌和40%米曲霉组成的复合菌剂发酵制备而成)来替代饲粮中9%的玉米粉、3%的麸皮和3%的花生粉是完全可行的，其增重效果较好。蒋建生等[65]在肉鸭饲粮中添加不同比例的发酵木薯渣以替代部分全价饲料，发现添加1%的发酵木薯渣能够促进雏鸭的饲料转化，对其生长性能无显著影响，而在养殖环境方面，以发酵木薯渣替代部分全价饲料能够降低养殖场环境中氨气(NH3)及硫化氢(H2S)的浓度，且添加比例越高改善效果越明显，说明发酵木薯渣可以提高肉鸭成活率、改善养殖环境、降低养殖成本。

木薯淀粉含量较高，能值近似于玉米，进行粉碎、发酵等工艺处理后，木薯中氰化物的含量可降低，有利于提高木薯的饲用价值。近年来，木薯的加工产物正逐渐受到饲料企业重视，然而，目前国内有关木薯有效能值、氨基酸消化率等重要营养参数的研究较少，且现有文献与数据库中提供的静态值无法适应木薯营养成分的变化。因此，目前不仅需要有针对性地挑选出国内外具有代表性的若干个木薯品种，并开展对其营养价值的评估工作，还要对饲喂木薯型饲粮的猪的有效能值及氨基酸消化率做动态预测，这对于完善我国的木薯原料数据库，帮助养猪企业充分地、精准地使用木薯，进而精准地制作饲料配方是非常重要的。