高粱的营养特性及在猪营养中的应用

摘 要：高粱是仅次于水稻、小麦、玉米、大麦的第五大谷物作物，作为常用的能量饲料被广泛用于动物营养领域。高粱的营养组成与玉米相似，其营养价值为玉米的90%，常被用作玉米的替代原料。但单宁等抗营养因素的存在限制了高粱被大量用于畜禽饲料，因为单宁不但影响饲料的适口性，而且影响畜禽对营养物质的消化率。本文综述了高粱的营养特性、高粱在猪营养中的研究进展，为生产中使用高粱提供指导和数据支持。

关键词：高粱；营养价值；抗营养因子；猪营养

高粱（Sorghum）又名乌禾、蜀黍，属于被子植物门、单子叶植物纲、禾本目、禾本科、高粱属，是一年生草本植物。高粱的根系十分发达，具有较强的非生物（抗旱、抗涝、耐盐碱）压迫耐受性，并对鸟类、昆虫类、霉菌等有害生物具有抗性（Krishnaveni et al.，2001；Kennedy et al.，2006；Chandrashekar et al.，2006），其产量仅此于水稻、小麦、玉米和大麦，位居第五位。高粱起源于非洲的埃塞俄比亚、亚洲的印度和中国的西南部干旱地带，是人类栽培最古老的作物之一。高粱经过长时间的种植和育种产生了很多变种和类型，从成熟时间上可分为早熟、中熟和晚熟品种；口感有常规的、甜的、黏的品种；按性状和用途可分为食用高粱、糖用高粱、帚用高粱等类；按其原产地和生态类型可分成中国高粱、印度高粱、非洲高粱等；根据籽粒颜色分为红高粱（丹宁含量1-2%）、黄高粱（丹宁<0.4%）、白高粱（丹宁含量低，籽粒小）和混合高粱等几种。在玉米-豆粕为基本日粮类型的条件下，因原料供应、市场波动或企业竞争力需求，需要稳定的、有效的玉米替代原料，高粱成为理想的选择。因此，本文主要阐述高粱的营养组成、抗营养因素、及在猪营养中的研究现状，为选用高粱提供理论支持。

1 高粱的营养组成与特点

高粱粒长4mm、宽2mm、厚2.5mm，单粒重 25-35mg，密度1.28-1.36g/cm3。籽粒分为三个部分：种皮部分，约占籽粒重的7. 3%～9.3%；胚乳部分是种子的最主要部分，含有大量淀粉与一些蛋白质，占籽粒总重的80%～84%；胚约占籽粒总重7.8%～12.1%。高粱的营养组成中淀粉含量最高，在65.3%～81%之间；其次是蛋白质，约占在8%～17%；高粱的脂类含量在1.4%～6.2%，其脂肪酸组成与玉米相似，主要是不饱和脂肪酸（Rooney et al.，1982）。

在营养价值方面，与其他谷类作物相比，高粱的营养价值相对较低，其中高粱蛋白的消化率比其他谷物低，主要因为高粱蛋白中醇溶谷蛋白的含量较高（Hamaker et al.，1995），其显著影响高粱蛋白的消化性。与其他谷物一样，赖氨酸是高粱蛋白的第一限制性氨基酸，将高粱与赖氨酸含量丰富的豆类组合使用，可以起到平衡氨基酸的目的（Klopfenstein et al.，1995）。高粱是矿物质的重要来源，特别是铁、锌；还是B簇维生素的重要来源，但大部分分布在果皮、胚芽、糊粉层等部分，在脱皮的过程中大部分被脱去（Serna-Saldivar et al.，1995）。

除此之外，在人的营养中研究表明，高粱性味甘平、微寒、具有和胃健脾、消积的功效。高粱米糠中含有大量的鞣酸及鞣酸蛋白，具有收敛止泻的作用，可作为腹乳糜泻疾病患者的一种富有潜力的主食（Kamath et al.，2004）。高粱含有多种植物化学素，包括酚类化合物、植物甾醇和高级烷醇等，这些物质是二级植物代谢产物或完整细胞的组分（Shahidi，F.，1995），对植物抵御昆虫、病菌具有天然的保护作用（Shahidi et al.，1995），与其它谷物和水果相比具有较强的抗氧化性（Scalbert et al.，2000；Ragaee et al.，2006），对预防癌症和改善心血管疾病起着重要的作用（Awika et al.，2004；Dlamini et al.，2007）。每100 g高粱籽粒可以转化约38～92 mg的高级烷醇，而高级烷醇降低血液胆固醇的能力可以与statins（为目前最流行也是最贵且有潜在副作用的药物）媲美。

2 在猪营养中使用高粱的限制因素

2.1 高粱自身的结构

作为能量饲料，高粱的能量同样来源于淀粉，而高粱的淀粉主要存在其胚乳部，由于高粱本身的颗粒较小，而且表皮硬度大于其他谷物，在常规粉碎时无法完全将淀粉释放（Mandal et al.，2006）。研究也表明，降低高粱的粉碎粒度可以增加高粱营养物质的消化率（Owsley et al.，1981）。用高粱来配制断奶仔猪日粮时，高粱的粉碎粒度在500-600μm间可以得到理想的日增重和料肉比（Healy et al.，1994）。另外，高粱的淀粉中20-30%为直链淀粉，70-80%为支链淀粉，但高粱淀粉被蛋白质包裹，限制了消化酶的消化（Oria et al.，2000；Benmoussa et al.，2006）。影响高粱能值的主要因素有高粱淀粉的结构（Benmoussa et al.，2006，Ioerger et al.，2007），粒度、淀粉脂质复合物和醇溶蛋白的含量（Cao et al.，1998）。通过制粒（制粒温度68-78oC）、添加外源酶的方式可以改善高粱淀粉的消化率（Sonia et al.，2013）。高粱淀粉的糊化温度为71～80℃，高于玉米淀粉（62～76℃）与小麦淀粉（58～64℃）。而且蜡质高粱淀粉的糊化温度比普通高粱淀粉高，具有蒸煮速度快、蒸煮稳定性差、峰值黏度高、面糊透明度高、高的水结合能力、不易形成凝胶与回生等特性。因此，选用高粱作为猪的能量来源，在配置日粮时要对高粱充分粉碎，推荐粉碎粒度在500-600μm之间，随着仔猪日龄的降低，应细粉高粱。另外，高粱日粮制粒时需要更高的温度，推荐制粒温度在 68-78oC之间。

2.2 单宁

单宁是高粱特有的抗营养因子，在高粱中含量差异较大，在0.05%-1.61%之间。丹宁是水溶性的酚类化合物，分子量50-3000间，除具有酚的一般性质外，还可与生物碱、白明胶或某些蛋白质发生沉淀反应。高粱中的缩合丹宁影响动物味觉，对畜禽产生直接的毒性作用。丹宁具有显著的收敛作用，是导致“富含丹宁”高粱劣质性的主要原因。但“富含丹宁”高粱对反刍动物的食欲却没有影响（Butler，1989）。在啮齿类动物的营养研究中发现，在日粮中添加高单宁的高粱显著降低鼠的增重和饲料转化率（Mehansho et al.，1985）。高粱丹宁的某些毒性作用在动物摄食后出现，表现为饲喂富含丹宁日粮的鸡容易发生两腿畸形，主要表现为关节肿胀，两腿外曲（Elkin.，1978）。除此之外，研究报道显示，单宁酸与体内消化酶结合影响蛋白、淀粉的消化吸收（Asquith et al.，1986），进而影响高粱的可消化性。高粱中单宁含量与代谢能呈显著的负相关，ME（kcal/kg）=3386-438*单宁含量（%）（r=0.978）。Lucbert 和Castaing（1986）研究发现，当高粱单宁含量由0.23%增加到1.4 %时，高粱的代谢能由3306 kcal/kg降低到2888 kcal/kg，单宁在0.23%的基础上每增加0.1%，代谢能降低40 kcal。

2.3 高粱蛋白质和氨基酸

高粱蛋白质含量主要受基因型和生态环境等因素影响，高粱蛋白质的主要成分有谷蛋白、白蛋白和球蛋白以及醇溶蛋白组成（Subramanian，1990），这些蛋白中一半以上是醇溶蛋白，约占总蛋白的54.4%（Paulis and Wall，1979）。在单胃动物营养中，高粱醇溶蛋白是高粱营养价值的一个重要的限制因素。一方面由于醇溶蛋白的结构和低溶解性使其不易被消化，另一方面缺乏一些必需氨基酸，特别是赖氨酸（Mosse et al.，1988；Duodu et al.，2003）。因此，高粱不能单独饲喂，特别是用于泌乳母猪和仔猪日粮（Etuk et al.，2012）。另外，增加日粮中高粱添加水平时，应该注重日粮的氨基酸平衡或适当提高日粮蛋白水平（Ezeogou et al.，2008）。

2.4 其他抗营养因素；

除了上述抗营养因素外，还含有植酸、多酚等抗营养物质，使其生物有效性较差（Thompson et al.，1993）。多酚、植酸可以与Ca、P、Fe等结合，影响矿物质的溶解性和有效性（Sankara Rao et al.，1980；Mandal et al.，2006）。

3 在猪营养中的研究现状

3.1 高粱在仔猪保育阶段的应用概况

高粱是重要的能量饲料，由于其营养组成和玉米非常相似，常被用做玉米的替代原料。有众多研究发现，在保育阶段高粱可以替代玉米，。对这些研究统计分析后可以发现，饲喂高粱组仔猪的ADG、ADFI和G：F分别为饲喂玉米组的98%、99%和99%。保育仔猪料中添加高粱不影响饲料转化效率，但对ADG和ADFI的影响不同研究的结果并不一致。有报道在仔猪日粮添加高粱降低了仔猪ADFI和ADG（Richert et al.，1992），但也有学者的研究表明，与玉米相比，饲喂高粱日粮可提高仔猪ADG和F：G（Hongtrakul et al.，1998），多数的研究表明，用高粱替代玉米没有对仔猪ADFI、ADG和F：G产生显著负面影响（Jones et al.，2000；Fialho et al.，2004）。

3.2 高粱在生长育肥猪营养中的应用概况

从1985年至今，共有10个在生长育肥猪日粮中使用高粱的试验报道。由试验结果可以看出，饲喂高粱组仔猪的ADG和G：F分别为饲喂玉米组的98% 和97%（Cromwell et al.，1985）。在生长猪日粮中添加高粱可以改善仔猪的ADFI（103%）、ADG（106%）和G：F（98%），可以全部替代玉米，并没有对猪的生产性能产生负面影响（Brand et al.，1990；Hancock et al.，1992；Johnston et al.，1998；Shelton et al.，2004）。本公司营养研究中心的研究也发现，在日粮中添加20%的高粱并没有对育肥猪生产性能产生负面影响（表5）。

4 总结

由上述可知，高粱的营养组成与玉米相似，是一种优质的能量饲料。由于单宁等抗营养因素的存在限制了高粱的大量使用，但随着作物育种、饲料加工技术的发展，逐级降低或消除了高粱的抗营养因素。大量的动物试验也表明，在猪营养的不同阶段，高粱可以用来替代玉米，整体上没有对各阶段猪的生产性能产生负面影响。通过对高粱营养组成和抗营养因素的充分理解，我们可以更好的使用高粱作为能量饲料。