苋属植物营养特性及其在动物生产中的应用

张庆国 范 富 马金慧 牛化欣

(1.内蒙古民族大学农学院，通辽 028000；2.内蒙古民族大学动物科技学院，通辽 028000)

苋属植物(Amaranthus)原产于拉丁美洲，被认为是世界上最古老的农作物之一，为一年生草本植物，大约有70种，其中大多数为叶菜、谷物、观赏植物和杂草[1]。在大多数国家，苋属的籽粒被视为重要的饲料和食品。在非洲、印度和尼泊尔等地，苋属植物的籽粒和叶已经被确定为食物。我国苋属植物有13种，分布较为广泛的，常见有苋菜(A.tricolor)、籽粒苋(A.hypochondriacus)和反枝苋(A.retroflexus)等，南北分布广泛，作为粮食、蔬菜、观赏植物以及染料[2]。苋属植物是一种营养价值极高的农作物，特别是在籽粒和叶片中，近年来引起了人们的广泛关注[3-5]。此外，它还含有次生代谢产物，如酚类化合物，是一种强抗氧化剂，存在于叶片和其他部分[6-7]。

国内外研究表明，苋属植物的多个部位可作为饲草或饲料原料，具有营养丰富、适口性较好、产量高、耐旱、耐贫瘠和抗逆性强等优点[8-10]，其饲用开发潜力巨大，应用前景广阔，可作为一种优质的非常规饲料资源来合理开发和科学利用。因此，本文结合国内外在苋属植物株叶、籽粒作为饲料资源及其在动物生产中应用的研究成果，从营养特性、次级代谢产物的利与弊、调制加工方式及其在动物生产中的应用等方面进行分析和综述，以期为节约饲料用量、缓解人畜争粮问题和合理开发优质苋属植物饲料资源提供科学依据和生产指导。

1 苋属植物营养特性

苋属植物的叶片、全株和籽粒的常规营养成分含量[10-13]见表1。苋属植物叶片与其他蔬菜如花椰菜、芹菜、菠菜等相比，具有较高的营养价值。叶片和全株可作为食用蔬菜和动物饲料，但其营养成分含量差异很大。一般来说，与全株相比，籽粒的营养价值更优。叶片和全株含水量高于籽粒，但籽粒中粗蛋白质、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为淀粉，占籽粒干物质的48%～69%。

表1 苋属植物叶片、全株和籽粒常规营养成分含量Table 1 Conventional nutrient contents of leaves,whole plants and grains of Amaranthus[10-13] %

苋属植物的种子称为假谷物或籽粒，其粗蛋白质含量高于其他谷物[14]，赖氨酸含量高于大豆，含硫氨基酸也相对丰富[15]，是一种较接近动物蛋白质组成的良好蛋白质源[8,10]。与其他谷物不同的是，苋属植物籽粒的蛋白质由白蛋白(约40%)、谷蛋白(25%～30%)和球蛋白(约20%)组成[8,16-17]。苋属植物籽粒中粗脂肪含量也高于其他谷物[15]，作为饲料原料可为动物提供更高的能量和更多的必需脂肪酸[10]，可更好地促进动物体内脂溶性维生素的调动和携带，增强动物免疫力和健康[18]。苋属植物籽粒的矿物质含量高，尤其是钙、磷、镁、钾等，含量丰富，也富含微量矿物元素[3]，如硒含量为515 μg/kg[19]。苋属植物籽粒的部分矿物质、维生素、氨基酸和脂肪酸含量见表2。

表2 苋属植物籽粒的部分矿物质、维生素、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]

续表2项目Items含量Content组氨酸His1.9～3.8脂肪酸Fattyacids/%饱和脂肪酸SFA20.1～30.9不饱和脂肪酸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，苋属植物叶片、全株和籽粒营养物质丰富，可利用性强。根据动物的需求，可将苋属植物开发为不同类型的饲料原料，如干草、青贮和能量饲料等。

2 苋属植物次级代谢产物及其功能

2.1 酚类化合物

多酚是一种植物次生代谢产物，存在于谷类、水果和蔬菜中。多酚的含量和种类因苋属植物品种和生育期不同而不同，常存在于籽粒、叶片、茎和花中[20-21]。Li等[22]发现，在3种不同的苋属植物[A.hypochondriacus、尾穗苋(A.caudatus)、繁穗苋(A.cruentus)]籽粒中总酚类化合物的含量均高于叶片。苋属植物富含维生素C、维生素E和β-胡萝卜素等天然植物抗氧化物质，有助于动物脂肪代谢和防御心血管疾病[23]。苋属植物的抗氧化活性主要通过抑制酶和破坏自由基来抑制活性氧的产生，如抑制过氧化物和超氧化物的生成[24]。有研究表明苋属植物中含有芦丁和槲皮素等酚类化合物，芦丁和槲皮素是抑制高密度脂蛋白胆固醇氧化的重要抗氧化剂[20-21,25]。刺苋(A.spinosus)含有大量的香豆酰奎宁酸[26]。尾穗苋叶片中的主要抗氧化活性物质是咖啡酸[27]。由此可见，苋属植物中酚类化合物的种类和含量取决于苋属植物的种类及其部位。苋属植物可直接用于动物饲粮，其中的酚类化合物不仅可以作为配合饲料的防腐剂，还能保护饲粮中的不饱和脂肪酸免受氧化的负面影响。

2.2 抗营养因子

抗营养因子是指对天然食物、饲料中营养物质的消化、吸收和利用产生不利影响，以及使人和动物产生不良生理反应的物质。苋属植物中含有的次生代谢产物，如单宁、皂苷、草酸、植酸、胰蛋白酶抑制剂和硝酸盐等，均为抗营养因子，这些抗营养因子是具有生物活性的化合物，它们会抑制动物对营养物质的吸收和利用，并干扰机体的代谢过程[3]。抗营养因子的存在是苋属植物作为饲料原料需解决的主要问题之一。单宁是植物种皮中大量存在的苦味多酚化合物。传统营养学认为单宁具有抗营养作用，其与蛋白质结合来抑制消化，还会干扰消化酶活性和蛋白质消化率[28]。但目前研究认为单宁具有双重特性，其发挥有益或抗营养作用取决于其化学构型和剂量。草酸是蔬菜中的一种典型抗营因子，可与钙形成不溶性的草酸钙，阻止人和动物对钙的吸收和利用，从而引起疾病[29]。植酸在许多植物组织中以磷酸盐的形式存在，与铁、锌、钙和镁结合，产生不溶性的络合物，不易被吸收利用，动物饲粮中植酸含量较高会降低矿物元素的生物利用度，在单胃动物中尤其突出[30]。苋菜是一种富含硝酸盐的作物，可能在动物的消化道发生化学变化，并变得有毒[31]。苋属植物作为饲料原料时，可以采取不同的抗营养因子钝化或去除措施，来减少对动物的不利影响[32]。

3 苋属植物的调制加工方法

苋属植物富含营养物质和酚类化合物，可改善动物的生产性能和健康状况。在反刍动物饲粮中使用时无需经过处理来减少抗营养因子。在单胃动物饲粮中添加量较大时，可选择低廉的加工方法去除和钝化抗营养因子，以便被单胃动物高效利用。

3.1 物理处理法

挤压加热是在一定压力下瞬时高温处理的加工方式，由加工温度、物料水分含量、压力和机械的剪切力协同完成的，可以减少抗营养因子。对苋属植物籽粒来说，挤压既可以钝化或去除抗营养因子，也可以破坏籽粒外皮的结构，扩大与动物消化道接触面积，与消化酶充分接触，提高利用效率，发挥其营养价值。挤压可减少籽粒中单宁和多酚含量，提高体外蛋白质的消化率[33]。

3.2 碱处理法

碱处理法是一种常用的去除植物中抗营养因子的化学方法。在饲料中添加氨、尿素、氢氧化钠、聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，既能钝化抗营养因子又能软化植物的坚硬结构。目前，PEG和PVP处理是减少动物饲料中抗营养因子更有前景的化学方法[34]。PEG可以阻止单宁-蛋白质复合物的形成，降低单宁的活性，增加蛋白质等营养物质的利用效果，并减少微生物的抑制作用，提高营养物质消化率，改善动物的生产性能。PEG是一种惰性、不被吸收的化学物质，它含有氧离子，可以与单宁中的酚基团形成氢键并破坏它们，形成稳定的复合物，阻止单宁与蛋白质结合[34]。碱处理的饲料对动物产生有益或不利的影响，取决于饲料中抗营养因子的含量[35]。有关碱处理苋属植物对单胃动物生产性能的影响有待进一步研究。

3.3 酶处理法

随着饲用酶的开发、高效生产及推广，酶制剂作为一种新型高效饲料添加剂被广泛应用。酶处理抗营养因子优于加热、挤压和碱处理等加工方法。研究显示，在含有25%苋菜干叶的饲粮中添加复合酶(纤维素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶)，可改善肉鸡的营养物质消化率、减少氮和磷的排泄、提高肉鸡的生产性能[36]。因此，饲用酶制剂可用于含有苋属植物的饲粮中，以降低抗营养因子的副作用和提高替代饲料的利用率。

4 苋属植物在动物生产中的应用

4.1 在单胃动物生产中的应用

苋属植物的叶片和籽粒营养丰富且平衡，能满足单胃动物的生长需要，可以作为非常规饲料原料应用在家禽、猪和鱼等单胃动物的配合饲料中。苋属植物的叶粉在单胃动物饲料配方中应用，可改善其生长性能[10]。苋属植物的籽粒在动物饲粮中具有部分替代玉米和豆粕的潜力。苋属植物籽粒的粗蛋白质含量是其他谷物的2倍，且赖氨酸、蛋氨酸含量高，能量水平与其他谷物类似，可作为肉仔鸡的饲料原料。Ravindran等[37]研究表明，饲粮中添加40%的苋菜籽粒作为能量饲料，对肉鸡不会产生负面影响。Popiela等[38]研究显示，在饲粮中添加5%的挤压膨化苋菜籽粒，可以提高蛋鸡的产蛋量和饲料转化率。Shilov等[39]研究表明，饲粮中添加10%的繁穗苋水解籽粒可提高断奶仔猪的蛋白质、脂肪和纤维素消化率，促进其生长发育。Niewiadomski等[40]研究证明，用繁穗苋籽粒粉替代饲料中5%的豆粕可促进虹鳟生长。关于苋属植物籽粒在猪、鸡等单胃动物营养健康和饲料配制应用方面的研究有待进一步开展。

4.2 在反刍动物生产中的应用

作为饲用的苋属植物较多的是籽粒苋，可以调制成干草和全株青贮，作为反刍动物的优质饲料[10,41-43]。干草和青贮饲料是反刍动物饲粮中重要的组成部分。孙国庆等[44]研究发现，饲料中添加适量的籽粒苋青贮、干草可替代玉米青贮、苜蓿干草，对泌乳奶牛瘤胃发酵、营养物质表观消化率、血液指标和生产性能没有产生负面影响，并可提高经济效益。Rezaei等[45]研究表明，用不同比例的苋菜青贮代替等量的玉米青贮，在饲粮中苋菜青贮为105 g/kg DM时，显著提高了荷斯坦泌乳牛的采食量、饲料消化率、微生物蛋白合成量和产奶量。Nogoy等[46]采用肉牛瘤胃体外发酵和原位(insitu)消化方法评估了不同种类苋属植物的总挥发性脂肪酸浓度、总产气量、氨氮浓度，结果显示均无显著差异，且干物质和粗蛋白质降解率高，且具有良好的发酵特性，可作为肉牛优质的饲料原料。苋属植物全株可部分取代苜蓿干草、玉米青贮，籽粒可部分替代玉米、豆粕在反刍动物饲粮中的应用，是一种有潜力的反刍动物饲草和能量饲料资源。

5 小 结

随着养殖业规模的不断扩大，饲料用量加剧，动物与人争粮的矛盾日益突出。饲料资源短缺成为畜牧业面临的重要问题之一，直接关系到养殖业的饲养成本和生产效益。寻找一种具有抗逆性强、生产成本低、营养价值和收获效益高的农作物饲料替代品，是解决饲粮中玉米、豆粕减量替代方案的措施之一。苋属植物富含淀粉、蛋白质和脂肪等，其籽粒可替代玉米作为能量饲料来减少豆粕等蛋白质源的用量，进而减轻人畜争粮。但苋属植物营养特性在动物饲粮中精准替代的作用以及其含有的活性物质的生物学作用机制尚不清晰。因此，为充分发挥苋属植物的饲用价值，需要进一步深入开展其饲料加工与动物高效利用等方面的研究，使其成为一种符合饲料原料端的新品种和具有开发潜力的优质饲料资源。