西兰花废弃茎叶的资源化利用模式及其在动物生产上的应用

孙 宏，姚晓红，汤江武，吴逸飞，李园成，沈 琦，王 新

（浙江省农业科学院植物保护与微生物研究所，浙江杭州 310021）

西兰花（Brassica oleracea L. var. italica）又名绿菜花，是一种被广泛认可的健康农产品，其蛋白质、维生素和矿物质含量高，富含酚类化合物并具有较强的抗氧化活性，可有效预防有机体过氧化所导致的心脑血管疾病；同时其含有的高含量硫代葡萄糖苷又具有防癌抗癌效果[1]。据估算，中国西兰花种植面积已超过2.7 万hm2，每年产西兰花超过100 万t[2]。但其中45%～50%的西兰花会因为各种原因（废弃茎叶、发育不全茎球、病虫害受损等）在种植、加工和销售过程中被丢弃，给农户造成严重损失[1]。特别是其中每年产生超过30 万t 的废弃茎叶，这些废弃茎叶含水率基本在90% 以上，极易腐烂，直接丢弃将直接导致环境臭气污染和附近水源地污染[2]。近年来，国内外研究通过针对西兰花废弃茎叶中的高营养价值在饲料化转化利用和/或深加工制备高附加值产物等方面取得了显著进展，逐步解决了当前西兰花废弃茎叶的利用瓶颈问题，并有助于缓解西兰花废弃物对环境的危害。本文将探讨当前西兰花废弃茎叶相关的资源化利用技术和研究进展，及其在动物生产上的应用情况，并对其未来研究方向进行展望。

1 西兰花废弃茎叶资源化利用模式

1.1 饲料化利用 废弃西兰花茎叶含水率高，极易腐烂变质，因而较难通过直接饲喂方式进行饲料化利用，必须先通过降低含水率实现其自身营养物质的富集。目前，根据处理工艺的不同可大致分为制备青贮饲料、烘干加工西兰花干粉和固态多菌株混合发酵饲料3 种模式。

1.1.1 制备青贮饲料 青贮是高水分农副产品长期利用的一种方法。西兰花废弃茎叶可直接粉碎后制备成青贮饲料使用。钱仲仓等[3]报道，新鲜西兰花茎叶经过粉碎和加入乳酸菌后青贮发酵45 d，其以干物质基础，粗蛋白质可达19.51%，酸洗、中洗纤维可分别达到19.24%和19.73%，并含有68.44 g/kg 的乳酸，具有较高的营养价值。同时，在青贮过程中通过加入水分较少的辅料可进一步降低水分渗出，从而有助于保留青贮物料的原有营养成分[4]。如王坚等[5]采用苜蓿、水稻秸秆和粗蛋白质（干物质计）为29.4%的西兰花茎叶混合青贮，发现添加浓度为2.5%的糖蜜即可显著提高西兰花茎叶混合青贮产品的发酵品质。

1.1.2 西兰花茎叶干粉 西兰花茎叶干粉是通过烘干或晒干手段快速降低废弃茎叶原料中的水分并粉碎后制备获得。通过该技术制备的干粉含水率可降低至10% 左右，较适宜作为饲料原料使用。易贤武[6]研究表明，西兰花茎叶干粉以干物质计的粗蛋白质高于20%，可作为蛋白原料使用，其干物质和粗蛋白质的体外降解率和豆粕等优质蛋白近似，且高于玉米；当其以不高于50%的比例替代豆粕时，对体外产气效率和模拟瘤胃发酵的影响不显著，表明西兰花茎叶粉可作为反刍动物蛋白饲料在50% 的水平下替代豆粕使用。值得注意的是，国外研究表明西兰花不同部位干粉的营养成分差异较大，与叶干粉相比，茎干粉具有更高的灰分和纤维含量以及更低的粗蛋白质含量[7]，因此西兰花干粉应用于动物养殖时，可根据不同需求进行分类处理使用。如花球和叶部干粉较适宜单胃动物使用，而茎部干粉则较适合反刍动物使用[8]。目前上述方面仍未有深入研究。此外，西兰花干粉的制备受烘干工艺和茎叶不同比例的影响较大，寻找低成本的烘干方式降低干粉的生产成本仍是进一步扩大其应用首要解决的问题。

1.1.3 固态发酵饲料 通过固态发酵饲料的制备对西兰花茎叶进行处理是近几年来兴起的技术，该技术有别于传统的青贮等发酵模式，一般采用芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌等复合菌株并添加米糠等辅料使发酵基质水分适宜来进行，其工艺控制程度更高，达到发酵终点时间更短（一般7 d 左右完成发酵），较适宜于规模化发酵饲料的制备[9]。田久东等[10]通过单因素和正交试验确定西兰花渣发酵饲料的最佳工艺，通过芽孢杆菌、屎肠球菌和酵母菌的多菌株复配（按照活菌数1:1:1），含水率47%、发酵温度31℃的条件下，西兰花渣发酵饲料中粗蛋白质含量可比对照组提高15%、还原糖含量提高50%。Liu 等[11]通过添加麸皮和玉米作为辅料固态发酵西兰花废弃茎叶后发现，发酵物料中含有大量活性微生物，其中乳酸菌和酵母菌含量分别为9.5×106CFU/g和3.1×107CFU/g；而有机酸则以醋酸含量最高，达到5 500 mg/kg。同时作者比较发现，由于目前西兰花茎叶固态发酵中，多添加有辅料来补充微生物需要的碳源，因此与西兰花茎叶的青贮发酵相比，发酵时间更短，同时发酵后的西兰花茎叶营养品质也有差异（表1）。未来研究在有关单一发酵和添加辅料发酵在条件控制、发酵时间、效果等差异方面仍有较大研究空间。

1.2 高附加值产物利用

1.2.1 硫代葡萄糖苷（异硫氰酸盐） 国外对废弃西兰花球、茎叶和种子中的高附加值活性成分进行调查后发现，硫代葡萄糖苷是西兰花废弃物中最为重要的活性产物，含量可高达2～20 g/kg 干重，不同部位的活性成分含量差异显著，其中废弃西兰花花球和种子部分的活性产物含量最高[1]。硫代葡萄糖苷经过介子酶水解后可产生多种异硫氰酸盐（ITCs），而ITCs 是一种高效的抗癌组分。同时，研究还发现ITCs 可通过诱导癌细胞周期停滞和凋亡来抑制肿瘤的生长[13]。因此，采用废弃西兰花茎叶酶解制备ITCs 是一种较为可行的低成本高值化应用手段。张锦华等[14]通过西兰花副产物为原料，研究确定的最佳介子酶酶解工艺为pH 5.0、超声酶解温度35℃、超声酶解时间67 min。陈颖慧[15]通过响应面优化西兰花副产物ITCs 提取效果后发现，最优工艺组合为超声16 min、功率63 W、提取温度40℃、pH 6.2，在此条件下提取的ITCs 含量可达到0.895 mmol/L。

表1 不同部位西兰花干粉和发酵西兰花渣的营养价值

1.2.2 酚类等抗氧化产物 天然抗氧化产物已被证明对预防心脑血管疾病具有显著功效，而西兰花在内的众多花菜类植物均具有较高的抗氧化活性。西兰花茎叶中的多酚等抗氧化产物的含量高达0.2 g/kg 干重以上，位居常规蔬菜植物的第二位[16]。因此，西兰花茎叶中含有的多酚类物质的提取利用是国外对于废弃西兰花资源利用的重点。目前，常用的多酚类物质提取工艺一般采用甲醇或乙醇为提取溶剂，具有潜在的食品和环境安全风险[17]。Arnáiz 等[18]采用二氧化碳超临界流体提取技术对西兰花叶中的抗氧化组分进行提取后发现，采用该技术可大大节约有机溶剂的使用量，在压力为150 bar、温度35℃、提取10 min 后，可获得最佳的DPPH 自由基去除效果；同时不同来源的西兰花叶中多酚类物质的含量差异较大，最高可达到0.79 g/kg 干重。Wu 等[19]则采用超声提取的手段，通过额外加入纤维素酶和木瓜蛋白酶，最终优化获得最佳的西兰花中多酚提取工艺为超声功率440 W、固液比1:7、pH 6.0、处理温度54.5℃，在此条件下多酚的含量可达1.816 g/kg。

1.2.3 多肽和果胶 目前有关西兰花多肽的分离纯化研究是废弃西兰花茎叶利用的另一个热点。研究表明，通过新鲜西兰花茎叶压榨和干燥后可制备获得蛋白含量在4.1%的蛋白粉[20]。以此为基础，通过加入蛋白酶并经过离心、浓缩和干燥后可获得西兰花多肽提取物，其分子量范围在310～2 600 u[20]。体内研究进一步证实，饲喂100 mg/kg·BW 剂量的西兰花多肽可显著提高小鼠的非特异性免疫功能[20]。另一方面，西兰花茎叶中膳食纤维含量达到1.6%，其中的果胶作为一种可溶性膳食纤维，具有较高的经济利用价值。田亚红等[21]研究了西兰花茎叶中的果胶提取工艺后发现，最佳的果胶提取工艺为pH 2.0、提取温度85℃、提取时间80 min，在此条件下的果胶提取率可达到0.69%。

1.3 肥料化利用 国外对废弃西兰花茎叶的利用多集中于肥料化使用方面。废弃西兰花还田的原理主要是由于西兰花等花菜类植物中普遍含有硫代葡萄糖苷，其分解后产生的ITCs 对土壤微生物有较强的去除作用，所以将西兰花废弃茎叶还田使用可作为一种经济的去除土传植物病菌的手段[22]。Omirou 等[23]研究了不同含水率的西兰花废弃茎叶还田后其硫代葡萄糖苷的释放规律，发现硫代葡萄糖苷可渗入土壤，半衰期仅为3.2～15.5 h，其渗入速度与土壤中微生物活性紧密相关。Cuijpers 等[24]进一步发现当土壤中加入10%（w/w）的西兰花茎后，可显著抑制土壤中土传真菌孢子体的含量，并推测该作用和西兰花茎中木质素含量较高有关。同时，采用废弃西兰花还田使用，也可视为一种绿色有机肥料提高农作物的产品品质。如Santos 等[25]研究了废弃西兰花茎叶还田后对作物生长的影响，发现通过添加该原料可提高作物本身的抗氧化活性物质含量。

2 西兰花废弃茎叶在畜牧生产上的应用

2.1 猪 西兰花废弃茎叶在生猪上的应用主要以青贮料为主（表2）。钱仲仓等[3]在育肥阶段杜× 仙F1代土猪的传统豆粕-玉米日粮中添加西兰花茎叶青贮料后发现，与对照组相比，试验组育肥猪日增重略有提高但未见显著差异，可显著降低养殖饲料成本。王德刚等[26]进一步采用西兰花茎叶青贮料饲喂育肥猪，发现添加青贮饲料可显著降低育肥猪肉质胆固醇含量，并提高肉中豆蔻酸和棕榈油酸等含量，表明饲喂西兰花茎叶青贮料可提高猪肉品质。西兰花青贮料在不同动物日粮上的添加量与动物品种也有关。如褚晓红等[27]研究了不同添加量下西兰花茎叶青贮饲料在仙居花猪上的应用效果后发现，土猪饲料中可添加最高至30%的青贮发酵饲料。

2.2 禽类 西兰花废弃茎叶在禽类中的应用主要以固态发酵西兰花为主。Liu 等[9]在肉鸡日粮中添加不同浓度的发酵西兰花茎叶后发现，添加50、75 g/kg 发酵料的肉鸡在受到产气荚膜梭菌侵染时具有更低的死亡率；同时在空肠中的免疫球蛋白IgA、IgG 和IgM 含量较对照组均有显著提高。相同的学者进一步探讨了该种发酵原料对散养肉鸡肉质的影响后证明，日粮中添加最高至10%的发酵西兰花茎叶可显著提高肉鸡的抗氧化能力[11]。同样，国内学者也报道通过添加最高量为10% 的西兰花茎叶粉可改善大型草鸡生长性能，并显著降低鸡胸肌和肝脏胆固醇水平[28]。

需要注意的是，由于西兰花中含有大量的纤维素组分，过高的添加量将对单胃动物营养物质的消化吸收产生不良影响。如Mustafa 等[8]报道采用西兰花茎叶粉不同比例替代蛋鸡中的玉米和豆粕后可显著提高鸡蛋蛋重，但对蛋鸡的生长性能无显著影响，仅降低了营养物质的消化率；并推测西兰花茎叶粉的合适替代比例为120 g/kg 以下。而在肉鸡中使用西兰花茎叶粉时，最高的添加量需要控制在9%以下才不会对肉鸡的肠道营养吸收产生负面作用[29]。郑卫兵等[30]探讨了西兰花茎叶粉对三黄蛋鸡鸡蛋品质、孵化率的影响后发现，最高添加至8%的西兰花茎叶粉可改善三黄蛋鸡的鸡蛋品质，降低蛋黄胆固醇含量，但随着茎叶粉添加量的提高，鸡蛋的孵化率有降低趋势，并推测该副作用可能与添加西兰花茎叶粉后提高了种蛋的蛋壳厚度有关。

表2 不同西兰花废弃茎叶制备的饲料原料在畜禽日粮中的添加量

2.3 奶牛 目前，西兰花废弃茎叶在反刍动物中的应用研究较少。易贤武[6]采用粗蛋白质含量为20%的西兰花茎叶粉替代荷斯坦奶牛精料中的玉米和豆粕等组分，研究表明当替代率为20% 时，对奶牛的产奶量无显著影响，但可显著降低奶牛精料的原料成本，具有较好的经济价值。杨光等[31]采用西兰花茎叶发酵物替代17%的基础日粮中的青贮料（替代料约为3 kg/d）后发现，用西兰花茎叶发酵物替代玉米青贮饲料饲喂高产奶牛，不会产生显著的负面效果。上述结果揭示西蓝花废弃茎叶在反刍动物上有广阔的应用前景。

3 小结及展望

利用西蓝花废弃茎叶进行饲料化转化或进一步开发提取具有高附加值的活性产物，不仅可解决当前西兰花废弃茎叶存在的利用困难问题，还可降低其对环境的危害，具有重要的现实意义。但目前国内外研究在西蓝花废弃茎叶应用中仍存在不少难点，主要是在利用其制备青贮饲料方面，缺少优选的培养参数及应用效果评价，特别是目前在生猪和反刍动物养殖上的相关应用研究仍较少，较难为进一步提高西蓝花废弃茎叶饲料化利用提供数据依据。另一方面，虽然近年来在西蓝花废弃茎叶高值化利用方面研究报道较多，但主要的提取工艺仍停留在实验室或中试水平，制备成本较高，且所提取活性产物的安全性和有效性等还需补充完善。随着相关技术的不断深入完善，以西蓝花废弃茎叶为原料的饲料化和高值化应用手段将具有更为广阔的应用前景。