小麦作为饲料有很多优点:1)小麦的蛋白质,赖氨酸含量高于玉米,苏氨酸含量与玉米相当,用小麦替代玉米作为能量饲料,可降低配合饲料中的豆粕用量;2)小麦中的总磷含量高于玉米,而且利用率高,这是由于小麦中含有植酸酶,能分解植酸而获得无机磷(魏凤仙等,2002);3)小麦含B族维生素和维生素E较多,铜、锰、锌较高,维生素A、D、E、K略少。目前,限制小麦大量应用以及引起小麦营养价值变异较大的主要原因是小麦中含有抗营养因子,研究表明小麦中的抗营养因子是可溶性非淀粉多糖(SNSP),主要包括阿拉伯木聚糖和 β-葡聚糖,分别占小麦(干物质基础)的1.8%和0.4%(吴孝兵等,2001)。采用经济有效的加工手段和生物技术来提高小麦的饲用价值,同时研究小麦在动物饲料中使用的合理比例,是目前国内外动物营养界需要深入研究的课题。小麦营养含量见表1。
小麦种皮中纤维素和阿拉伯木聚糖分别占其总非淀粉多糖的65%和31%,而胚乳细胞中 88%的非淀粉多糖是阿拉伯木聚糖,其中1/3是可溶性的,小麦中非淀粉多糖的结构和含量,随产地、品种和自然地理条件的不同而变化。非淀粉多糖含量与组成是影响营养价值的重要因素,对小麦代谢能影响尤为显著(Sarah,1990;朱天钦,1998)。由于小麦的高粘度,使溶质的扩散速度下降,食糜流动性降低,食糜内各组分混合不匀,从而妨碍食糜内的糖、氨基酸和其他养分向黏膜运动,养分吸收减少,在肠道内蓄积,为肠道微生物的繁殖提供了有利条件,使病原性微生物大量繁殖,改变了肠道内的微生物区系。同时,水溶性的非淀粉多糖(NSP)可通过水分、蛋白质、电解质等的内源分泌而改变消化道的功能,导致消化器官增大,增加消化液分泌,影响营养物质的吸收率。
近些年来,国外许多研究只是初步认定了某些抗营养因子及其抗营养性质,尚未建立抗营养因子降解的有效技术方案。而国内则很少涉及到小麦抗营养因子的研究。因此,研究我国主要小麦品种、主要生态环境影响下的小麦抗营养因子将具有重大意义。
1 小麦饲用的优势
小麦作为饲料资源开发利用具有巨大的市场潜力和开发前景:
1)小麦是高产作物,也是温凉地区的主要作物,种植面积大,产量高,具有充足的来源,价格低廉,用作饲料成本低。春小麦开发为饲料,将弥补饲料主要原料品种少,大量依赖和调运玉米的缺陷,减少运输环节,提高经济效益。
2)小麦营养丰富,其营养成分与玉米、豆饼有互补作用。小麦粗纤维含量稍高于玉米而低于豆饼;无氮浸出物略低于玉米而高于豆饼;能值略低于玉米而高于豆饼;粗蛋白质高于玉米而低于豆粕;粗脂肪均低于玉米、豆饼。用小麦作育肥猪饲料;可利用饲料原料品种间的营养互补性;提高配合饲料的质量;可代替部分玉米和豆粕喂育肥猪;节省豆粕等相对比较缺乏的蛋白质资源;降低饲料成本;提高畜产品质量;改善屠体品质。
3)加工方便;用途广泛;适用于各种饲料;尤其是在颗粒饲料中使用小麦可提高饲料的黏度易于成粒。国外将小麦用作饲料已有很长时间了;并对小麦用于饲喂反刍家畜和禽类进行了大量研究。
2 影响小麦饲用的主要因素
2.1 国内对小麦用作饲料缺乏足够的认识
长期以来;我国由于粮食紧缺;小麦基本上用于口粮;而极少作饲料使用。在观念上形成了小麦就是口粮;特别是北方春小麦生产地区;把小麦作为饲料;在观念上很难接受。因此;国内很少对小麦用于饲料进行研究和探讨。
2.2 小麦饲用的技术难题
用小麦取代玉米饲喂禽时,饲喂效果差,产蛋鸡饲料转化率下降,容易产脏蛋;肉用仔鸡常引起垫料过湿,氨气过多,生长受抑制,跗关节损伤和胸部水肿发病率增加,宰后等级下降等。原因是小麦中含有抗营养因子非淀粉多糖,非淀粉多糖的最大特点是黏性大,不易被分解吸收,在胃肠道中与水形成胶状溶液,逐渐形成大分子,进而与食糜形成大凝胶团,阻碍营养物质与消化液接触,减慢了养分消化吸收的速度,同时与消化酶结合,形成复合物,降低消化酶的活性。这些胶状物质不仅降低营养物质的吸收率,而且也增加畜禽消化系统的负担,进而降低采食量和生产效率(Huisman等,1991)。而玉米与小麦相比仅含有少量非淀粉多糖,生产实践中表现为小麦的营养价值不如玉米。因此,对小麦中的非淀粉多糖的抗营养机理进行研究,降低其抗营养特性,成为开辟饲料新来源的关键。
3 小麦的主要抗营养因子--阿拉伯木聚糖
早在1952年,Preece和Macrenzie 就证实了谷物饲料中主要含有两类抗营养因子-木聚糖和β-葡聚糖。在小麦中,木聚糖占整粒的6.6%,β-葡聚糖仅占0.1%,它们都是聚黏性的非淀粉多糖。这些存在于小麦籽粒中阻碍营养物质消化、吸收和利用的物质,称之为抗营养因子。
3.1 阿拉伯木聚糖的结构
Annison等(1992)提出了木聚糖的结构。由于它是由阿拉伯糖和木糖两种单糖组成的,故称之为阿拉伯木聚糖或戊聚糖。这种物质是一类由D-木糖聚合成的主干(由1,4-木吡喃糖残基组成)和L-阿拉伯糖分枝(带有1-2,1-3阿拉伯呋喃残基)所组成具有分枝结构的聚合物。木聚糖在黑麦中又有两种类型,木聚糖工是由系列阿拉伯糖单位(1-3)糖苷键连接的聚合物,木聚糖Ⅱ是由系列木聚糖残基,在位点2,3相互连接成的许多分枝结构。
3.2 理化特性
小麦中的木聚糖是非淀粉多糖的一种,所以它也具有非淀粉多糖的黏度、表面活性、持水性等理化特性,并在溶液中影响消化过程。
3.2.1黏度
具多糖性质的木聚糖在水中溶解后都变成有黏性的溶液,随浓度的增加,溶液黏度会大增。研究表明,肉用仔鸡采食小麦阿拉伯木聚糖,增加了消化物的黏度(Choct和Annison,1992)。对大麦β-葡聚糖的研究,也得出相似的结果。
3.2.2 表面活性
木聚糖的表面带电荷,在溶液中趋于与其他物质表面结合。小麦消化时木聚糖可与肠道中饲料颗粒、脂类、蛋白质表面相结合。
3.2.3持水性
无论是可溶性的还是不溶性的木聚糖都具有持水活性。不溶性的具有海绵一样的功能,而可溶性的则通过网状结构的形成而吸收水分子,这种能力称为系水力。浓度较高时该种特性表现尤为显著,因为此时可以形成凝胶。这些效应能从根本上改变消化物的物理特性,并改变肠道的生理活性(即增强对肠蠕动的抵抗力)。
3.3 小麦阿拉伯木聚糖抗营养作用机理
3.3.1对消化道黏度的影响
小麦含有的木聚糖为大分子物质,持水力强,它可以吸收大量水分或溶于水后产生黏性溶液,增加消化道内容物的黏稠度。小肠内容物黏稠度增加后,会显著增加食糜在肠道的停留时间,一方面造成肠黏膜上不动水层加厚,内源氨排除增加,另一方面引起营养物质在肠道内积累,降低单位时间内养分的同化作用,使饲料脂肪、蛋白质和碳水化合物消化作用降低,导致畜禽生产性能下降。
3.3.2 对饲料表观代谢能的影响
木聚糖含量的多少直接影响到饲料中的表观代谢能(ApparenMetabolization Energy,AME)。小麦中的木聚糖是组成非淀粉多糖的主要成分。Annison等(1991)检测了非淀粉多糖含量和表观代谢能的关系,当小麦阿拉伯木聚糖添加到肉用仔鸡日粮中时,日粮的表观代谢能呈线性降低,这是木聚糖引起淀粉回肠消化率(ISD)蛋白质回肠消化率(IPD)脂类消化率(ⅡD)降低而直接导致的。
3.3.3对脂肪和维生素D消化吸收的影响
木聚糖能使脂肪消化吸收降低,特别是引起饱和长链脂肪酸吸收不良,这种影响在大麦、燕麦、黑麦日粮中均有发现。由于木聚糖能相互结成网状物,降低饲料的扩散率,阻止脂肪形成脂肪微粒,导致胆汁酸盐降低而影响脂肪消化;同时也阻止内源酶与肠道内容物接触,并伴随产生有毒、有害物质。木聚糖在降低脂肪消化吸收率的同时,也降低脂溶性维生素 A、D、E、K的吸收。
3.3.4 对消化道酶活性的影响
小麦中的木聚糖能直接结合消化道中胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶,使其活性降低(Ikeda和Kusano,1983);同时和胆汁盐、脂类、胆固醇结合,影响小肠脂类代谢。由于代谢补偿作用,从而显著增加蛋白质、脂类和电解质等内源物质的分泌,降低了它们在体内的贮备(Low,1989)。
3.3.5 对肠道微生物的影响
肉鸡日粮中添加水溶性非淀粉多糖显著增加了小肠内的发酵,而添加木聚糖酶可克服这一现象。用木聚糖含量高的小麦饲喂小鸡,其肠内的微生物显著增加,其中用黑麦饲喂小鸡微生物数目更高。由于木聚糖能使食糜在消化道内的停留时间延长,Patel等(1980)研究发现,它将更有利于微生物的增殖,微生物的增殖使动物消化吸收养分减少。家禽饲喂小麦日粮比饲喂玉米日粮(可溶性非淀粉多糖低)更容易感染球虫和发生坏死性肠炎。由此可见,水溶性非淀粉多糖对肠道微生物菌群有影响。由于水溶性非淀粉多糖延长了消化物在小肠内滞留时间,减少消化道内的氧气,有助于厌氧微生物菌群生长。
4 展望
目前,酶制剂日益广泛地用于饲料,随着酶制剂研究的深入,开发高效木聚糖酶用于小麦,小麦完全可以作为饲料,以增加饲料原料来源。同时要打破小麦只用作粮食作物的观念,针对我国的具体国情,对小麦用于饲料进行产业化开发,从而优化饲料资源结构。