《Sustainability》:Grape By-Products in Poultry Nutrition: Functional Benefits, Limits, and Circular-Economy Potential
编辑推荐:
葡萄酿酒副产物,包括葡萄渣(grape pomace)、葡萄籽粕(grape seed meal)及富含多酚的提取物,正日益被研究作为功能性家禽饲料原料。本综述汇总了2008年2月至2026年1月间发表的46项肉鸡与蛋鸡(分别为26项和20项)体内试验研究。总
葡萄酿酒副产物,包括葡萄渣(grape pomace)、葡萄籽粕(grape seed meal)及富含多酚的提取物,正日益被研究作为功能性家禽饲料原料。本综述汇总了2008年2月至2026年1月间发表的46项肉鸡与蛋鸡(分别为26项和20项)体内试验研究。总体而言,低至中等添加水平可改善抗氧化状态并降低组织及禽产品中的脂质过氧化(lipid peroxidation)。上述添加水平还可提升鸡蛋内部品质、蛋黄色泽及冷藏期间肉品氧化稳定性,而对生产性能几乎无负面影响。较高添加水平,尤其是未经加工的高纤维或高单宁组分,虽可能增强部分抗氧化效果,但可通过单宁-蛋白质互作损害消化率、生长及饲料效率。上述不良效应可通过发酵、酶预处理或配方调控手段加以限制。响应程度取决于剂量、副产物类型及氧化应激强度。蛋鸡在蛋黄着色、蛋壳矿化及鸡蛋储存稳定性方面表现出显著改善。肉鸡的主要获益体现为肉品氧化稳定性提升、脂肪沉积减少及肠道菌群调节。主要证据缺口包括副产物表征不完整、多剂量及长期或商业规模试验缺乏,以及缺少经济性或全生命周期评估。因此,葡萄副产物作为循环经济饲料投入品具有良好前景,但其商业可行性仍有待验证。
主体内容总结
1. 引言
集约化禽肉生产中,氧化应激会损害肠道功能、脂质代谢、肉蛋品质及产品货架期。合成抗氧化剂如乙氧喹(ethoxyquin)和BHT在欧盟面临监管限制,推动了植物源多酚替代研究。葡萄渣约占采收葡萄重量的20%–25%,与葡萄籽粕合计年产量超900万吨,富含多酚、生育酚(tocols)及膳食纤维。然而,高添加水平可通过缩合单宁(condensed tannins)和纤维损害生产性能,湿态季节性葡萄渣难以稳定储存,且需控制赭曲霉毒素A(ochratoxin A)污染。
2. 文献检索策略与纳入标准
本综述采用结构化叙述性综述方法,部分采纳PRISMA 2020声明的要素。检索数据库包括Web of Science Core Collection、Scopus、PubMed及CAB Abstracts,覆盖2008年2月至2026年1月发表的文献。纳入标准为经同行评议的肉鸡或蛋鸡体内饲喂试验,须报告可量化的葡萄副产物剂量及至少一项与蛋品质、肉品质、氧化稳定性、抗氧化状态、脂质谱或肠道菌群相关的结局指标。共筛选128篇记录,最终纳入46项合格研究,其中蛋鸡研究20项、肉鸡研究26项。
3. 家禽营养中使用的葡萄副产物:组成、生物活性化合物与饲料限制
3.1 主要副产物组分
全葡萄渣为压榨后残留的皮、籽及梗的异质混合物,通常含30%–60%粗纤维、5%–12%粗蛋白、3%–10%粗脂肪及10%–30%总多酚(干物质基础)。葡萄籽粕为籽实榨油后的残渣,蛋白质含量较高(15%–25%),缩合单宁尤其原花青素(proanthocyanidins)含量为10%–25%。葡萄籽提取物为经标准化制备的浓缩多酚制剂,以ppm至亚百分比水平添加。本综述将葡萄渣和葡萄籽粕视为以百分比水平添加的饲料原料,将葡萄籽提取物视为按多酚含量计量的功能性添加剂。
3.2 关键生物活性化合物
主要生物活性化合物为缩合单宁,尤其是原花青素,具有强自由基清除和金属螯合活性。籽实是原花青素的主要来源,含原花青素二聚体、三聚体及寡聚体;果皮提供更广泛的多酚谱,包括花青素(anthocyanins)、黄酮醇(flavonols)、芪类(stilbenes)如白藜芦醇(resveratrol)及羟基肉桂酸。所有组分均含α-生育酚。单宁含量和组成因葡萄品种、成熟度、气候条件及酿酒工艺而异。
3.3 抗营养因子与饲料限制
主要限制为抗营养潜力。缩合单宁可结合日粮蛋白和消化酶,降低氨基酸消化率及部分淀粉和脂肪利用率。高纤维含量可稀释日粮能量密度、增加食糜体积、改变排空速率。肉鸡因生长速度快、胃肠道转运时间短,对高纤维和高单宁原料的耐受性低于蛋鸡。未经加工葡萄渣或果皮组分的添加水平超过约5%–7%应视为谨慎范围。加工策略如发酵、酶预处理、分级或单宁结合剂可降低单宁活性并允许更高添加水平。
4. 蛋鸡体内试验证据
4.1 产蛋性能与饲料效率
产蛋性能总体维持,改善在氧化或生理应激条件下最为明显。低剂量提取物补充在老龄蛋鸡中改善生产指标;在氧化油日粮挑战下,葡萄多酚提取物改善产蛋性能。原料水平添加方面,碎葡萄籽和葡萄籽提取物使产蛋量线性增加,3%–9%葡萄渣改善产蛋量、蛋重和蛋质量。老龄蛋鸡(48–60周龄)中2%–4%葡萄渣增加产蛋量和蛋质量并改善饲料转化率,4%水平优于150 mg/kg维生素E。高饲养密度条件下4.5%葡萄废料产生性能效益。
4.2 鸡蛋内部品质与蛋黄着色
哈夫单位(Haugh unit)和蛋黄颜色是最一致改善的终点指标。4%葡萄渣使哈夫单位达87.3(对照组83.1);600–1800 mg/kg葡萄籽提取物改善老龄蛋鸡哈夫单位和蛋壳厚度。葡萄提取物和葡萄渣使蛋黄颜色评分升高(约8.1 vs 7.3)。2%–4%葡萄籽粕在omega-3富集日粮中使蛋黄颜色渐进加深。3%–9%葡萄渣使哈夫单位、蛋黄颜色、蛋白指数和蛋壳超微结构线性改善。5%葡萄渣显著增加蛋黄多酚含量。
4.3 蛋黄脂质氧化与储存稳定性
降低储存期间蛋黄脂质过氧化是最可重复的结局之一。多酚提取物补充在氧化油条件下降低蛋黄硫代巴比妥酸反应物(TBARS)并保持哈夫单位。葡萄籽基质在冷藏储存中呈剂量和时间依赖性降低蛋黄氧化标志物。4%葡萄籽粕在PUFA富集蛋中储存28天后最强降低蛋黄TBARS。3%葡萄渣提高蛋黄抗氧化起点并减少冷藏期间TBARS积累。4%葡萄渣在储存15天和30天时降低蛋TBARS。3%–9%添加水平使脂质氧化线性降低。
4.4 脂质代谢与抗氧化状态
血清脂质谱和系统抗氧化酶活性的改善在各添加水平和副产物类型间一致。150 mg/kg葡萄籽提取物使蛋黄胆固醇降低约16.5%。葡萄籽两种形态均使血清胆固醇下降;2%和4%葡萄籽粕同时降低血清胆固醇和甘油三酯。3%葡萄渣使蛋黄脂肪酸组成向高多不饱和脂肪酸(PUFA)、低饱和脂肪酸(SFA)方向转变,并提高蛋黄抗氧化能力。老龄蛋鸡中1%–4%葡萄渣各水平均提高血浆超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活性。6%白葡萄渣在热处理组中提高抗氧化酶活性并改善盲肠菌群。
4.5 应激韧性:热应激、饲养密度、氧化油与老龄蛋鸡
性能相关响应在氧化、热、衰老、繁殖或密度相关应激升高时更易检测到。葡萄多酚提取物的性能、蛋品质和肝脏保护效益依赖于日粮氧化脂肪的存在。老龄蛋鸡中葡萄渣产生明确的生产和抗氧化效益。4.5%葡萄废料在高饲养密度下改善产蛋量、哈夫单位、蛋黄颜色并缓解应激标志物(血清皮质酮、氧化指标)。6%白葡萄渣在热应激条件下对蛋品质参数、抗氧化酶活性和储存脂质过氧化的改善均被放大。
5. 肉鸡体内试验证据
5.1 生长性能与饲料转化率
生长响应不如抗氧化或肉品质响应一致。低剂量葡萄籽提取物(125–2000 ppm)不损害生长,主要改善生化指标和脂质谱。1.5%黑曲霉发酵葡萄渣增加体重和平均日增重。2%葡萄籽产生最优生长和饲料转化率响应,而4%产生最强抗氧化效果但非最佳生长。2%–6%发酵葡萄籽粕实现剂量依赖性平均日增重和饲料转化率改善。未经加工的高单宁组分抑制生长,3%和6%未发酵葡萄皮均导致生长抑制。
5.2 胴体性状与肉品技术品质
中等添加水平下胴体产量一般不受影响。发酵葡萄籽粕以剂量依赖方式减少腹脂。1.5%–5%红葡萄渣在高饲养密度下改善系水力并降低蒸煮损失。2.5%葡萄渣改变肉色并改善脂肪酸谱(不饱和比例升高)。10%葡萄渣经聚乙二醇(PEG)和纤维分解酶处理后改善系水力并恢复体重。
5.3 储存期间肉品氧化稳定性
降低储存肉品脂质过氧化是最一致的终点。125–2000 ppm葡萄籽提取物降低腿肌TBARS。1.5%–6%葡萄渣浓缩物改善冷藏期间胸肉氧化稳定性,效果与200 mg/kg维生素E相当。4%葡萄籽和果皮混合物在果皮占比≥50%时最有效降低腿肌TBARS,并在无额外维生素E补充下增加血浆和肌肉α-生育酚。3%葡萄籽粕在PUFA富集日粮中改善慢速生长肉鸡氧化稳定性。6%葡萄皮在冷藏储存期间的氧化稳定性与维生素E相当,尽管生长受抑。
5.4 肠道形态、菌群与免疫应答
0.1%–0.4%葡萄籽提取物调节肠道结构和免疫功能。0.5%全葡萄籽使盲肠菌群向高乳酸杆菌、低大肠杆菌方向转变。4%葡萄籽产生最强菌群和SOD/CAT/GPx/GSH响应。发酵葡萄渣降低盲肠产气荚膜梭菌,而原料葡萄渣产生更强生化抗氧化信号。2.5%葡萄渣恢复热应激损伤的肠道形态并改善菌群。5%–10%葡萄渣改善肠道形态及抗氧化和免疫指标。低剂量葡萄籽提取物增强抗新城疫抗体滴度。
5.5 高添加风险与加工解决方案
未经加工葡萄副产物在肉鸡中的性能安全添加上限约为全葡萄渣3%–5%、高单宁组分(如葡萄皮)2%–4%。10%红葡萄渣未经处理导致严重生长抑制,但PEG(单宁结合剂)和纤维分解酶可显著恢复体重、胴体产量和肉品质。发酵是最具可扩展性的加工方案:2%–6%发酵葡萄籽粕不仅消除性能惩罚,还产生剂量依赖性ADG、FCR、腹脂和菌群组成改善。将葡萄籽和果皮以最大化果皮贡献的比例混合(总添加4%)可保持生育酚节约和肉品氧化稳定性效益而不产生生长惩罚。
6. 跨物种综合:一致性、物种特异性与剂量依赖性
6.1 跨物种一致响应
最一致复现的结局为系统抗氧化酶活性(SOD、CAT、GPx)和总抗氧化能力提高,组织及产品TBARS降低,血清脂质谱改善(总胆固醇、LDL、甘油三酯降低,HDL升高),以及肠道菌群向乳酸杆菌增加、病原指示菌减少方向调节。蛋鸡中18项评估蛋品质或蛋氧化稳定性的研究全部报告阳性效果,11项评估系统抗氧化状态的研究全部报告改善。肉鸡中12项测量肉脂质氧化的研究全部报告至少一个处理组氧化降低,13项中12项报告抗氧化状态改善。
6.2 物种特异性响应
蛋鸡在蛋黄着色(花青素和类胡萝卜素向蛋黄转移)、蛋壳矿化(厚度、抗裂强度、超微结构)和鸡蛋内部品质(哈夫单位)方面表现出特别显著的响应。肉鸡在肠道形态(绒毛高度、隐窝深度、吸收表面积)、肠道菌群多样性和组成以及免疫功能指标(抗体滴度、异嗜细胞/淋巴细胞比率)方面表现出相对更强且更充分表征的响应。
6.3 性能响应及影响因素
剂量-响应关系在两种物种中均存在但并非均匀线性。低剂量(ppm至亚百分比)主要产生抗氧化和免疫代谢调节效应;中等剂量(约1%–4%)在生物活性和消化率间达到有利平衡;高剂量(约5%–10%)抗氧化和品质效益可能进一步增加,但消化率相关性能惩罚风险非线性上升。优化生产性能的剂量不一定与优化抗氧化或品质保护的剂量重合。功能添加剂(葡萄籽提取物)极少改变性能,而饲料原料(葡萄渣、葡萄籽粕)同时改变日粮营养和抗营养含量。性能效益在氧化或环境应激(氧化油、热应激、高饲养密度)及老龄蛋鸡中最为明显。
7. 作用机制
7.1 直接抗氧化活性
葡萄多酚(尤其原花青素及其单体前体儿茶素和表儿茶素)可清除自由基、螯合过渡金属(铁、铜),并可能通过从自由基形式再生α-生育酚实现维生素E节约。最直接的证据为补充后蛋、肉、血清或肝脏中TBARS/MDA反复降低。
7.2 内源性抗氧化防御上调
直接家禽证据主要为功能性,反映为SOD、CAT、GPx、GSH或总抗氧化能力升高及MDA降低。这些响应与Nrf2-Keap1信号通路的可能参与一致,但家禽中的直接确认仍有限。葡萄渣补充肉鸡中观察到肝脏抗氧化基因表达改变。
7.3 抗炎效应
原花青素和花青素被提出可调节炎症信号,可能通过抑制NF-κB激活、减少促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)产生及抑制环氧合酶-2活性。家禽中这些通路很少被直接测量,抗炎效应主要从改善的异嗜细胞/淋巴细胞比率、免疫标志物、降低的血清转氨酶和肠道健康结局推断。
7.4 肠道菌群调节
家禽研究直接报告乳酸杆菌增加、大肠杆菌或梭菌指示菌减少或盲肠菌群组成广泛改变。多酚经微生物发酵产生酚酸或尿石素样代谢物可能提供额外抗氧化和抗炎活性,但这些代谢物在家禽中的形成和系统相关性尚未充分表征。
7.5 脂质代谢效应
家禽饲喂试验直接证明血清胆固醇、甘油三酯、腹脂沉积和蛋或肉脂肪酸谱的改变。胰腺脂肪酶抑制或SREBP-1c和FAS下调等具体分子机制在家禽中证据较少,应视为基于更广泛营养和多酚文献的合理解释。
7.6 生育酚节约与转移
肉鸡饲喂葡萄籽-果皮混合物日粮(无额外维生素E补充)后血浆和肌肉α-生育酚含量增加,提供生育酚节约的直接证据。蛋鸡中该机制有助于增强蛋黄抗氧化能力和PUFA富集蛋的氧化稳定性。
8. 实用配方考虑与加工策略
8.1 添加水平指导
肉鸡日粮中,葡萄籽提取物评估范围约100–2000 ppm,最一致响应涉及抗氧化状态、脂质代谢和免疫指标。全葡萄籽或葡萄籽粉通常以约0.5%–2%低水平添加。未经加工葡萄渣或葡萄籽粕约2.5%–3%的中等添加与肉鸡性能最一致兼容。发酵葡萄籽粕或加工副产物在某些研究中允许4%–6%更高添加。未经加工葡萄渣或果皮组分超过约5%–7%应视为谨慎范围。蛋鸡的实验添加窗口比肉鸡更宽,葡萄渣和葡萄籽粕约3%–6%与蛋黄颜色、蛋白品质、蛋氧化稳定性和抗氧化指标改善相关,营养平衡日粮下对产蛋性能的不利影响有限。
8.2 加工策略
发酵是最广泛评估且最一致有效的策略。使用选定微生物(曲霉属、木霉属、乳酸杆菌或混合培养物)的受控发酵通过单宁酰基水解酶活性降解缩合单宁,通过纤维素酶和木聚糖酶产生减少非淀粉多糖,增加可溶性酚酸含量并改善蛋白质消化率。纤维分解酶 cocktails(纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶)预处理可部分降解细胞壁多糖以提高葡萄渣组分的可消化能值。制粒条件(温度、水分、调质时间)影响多酚稳定性,低温调质或膨胀器技术更有利于保持生物活性。
8.3 日粮背景与互作
葡萄副产物的有益效应在增加氧化挑战的日粮背景(PUFA富集日粮、氧化脂肪日粮、热应激环境、高饲养密度)中持续更强。葡萄渣与菊粉组合在某些参数上表现出非加性或拮抗效应。葡萄多酚可能贡献生育酚节约和氧化稳定性保护,但以葡萄副产物替代维生素E或合成抗氧化剂不应在所有生产系统中假定成立,须针对每种葡萄基质、添加水平、日粮配方、禽基因型和储存条件进行验证。
9. 葡萄源饲料原料与功能性添加剂的实施约束
新鲜葡萄渣含水50%–70%且极易变质,干燥至10%以下水分对储存依赖型供应链至关重要,但干燥能耗高且成本高昂。主要安全关切为真菌毒素污染,赭曲霉毒素A在葡萄源材料中反复检出,在ppb浓度即对家禽具有免疫毒性和肾毒性,采购协议必须包含强制真菌毒素筛查。多酚含量、缩合单宁浓度、粗纤维、粗蛋白和代谢能随葡萄品种、年份和酿酒方法大幅变化,须逐批表征并制定明确验收规格。经济价值取决于定位:作为大宗原料使用时价值受限于适中的代谢能和可消化蛋白贡献;作为功能性抗氧化添加剂使用时,应与BHT、乙氧喹或天然维生素E浓缩物比较。高价值用途(营养品和食品应用的多酚提取)竞争同一副产物,干燥葡萄渣体积大且价值低,短供应链(酒厂与饲料厂或农场地理邻近)中最具可行性。干燥、加工和运输计入后的净循环经济效益尚未通过全生命周期评估量化。
10. 证据局限性、研究空白与未来优先事项
主要局限包括实验异质性(试验时长从3–4周肉鸡生长期到超过30周蛋鸡研究不等)、原料表征不完整(多酚谱、原花青素或缩合单宁浓度、纤维组分、残油含量等关键组成数据常缺失)、剂量-响应证据不完整(少数研究测试超过两三个添加水平)、试验时长较短且生物学范围狭窄、葡萄多酚在家禽中的生物利用度和代谢表征不足、肉蛋储存方案不标准化、加工方法需系统研究、经济性和可持续性证据有限、商业规模验证缺乏。未来优先事项包括标准化组成报告、明确添加水平披露、预注册研究设计、统一储存和氧化方案、更长试验周期、生物利用度研究、优化加工方法、精确剂量模型、商业验证、经济分析和全生命周期评估。
11. 结论
现有体内证据支持葡萄副产物作为肉鸡和蛋鸡的循环经济饲料原料,尤其在改善抗氧化状态、脂质氧化稳定性和产品品质方面。肉鸡最一致响应涉及肉品氧化稳定性、脂质代谢、肠道调节和部分技术品质性状;蛋鸡最一致关联为蛋黄着色、哈夫单位、蛋黄氧化稳定性和系统抗氧化或脂质相关指标改善。实际实施需要标准化表征葡萄源基质、剂量-响应验证、降低纤维和单宁限制的加工策略,以及商业饲喂条件下的经济和环境评估。这些原料可将季节性酒厂残渣转化为禽产品的天然抗氧化源,但净环境效益须通过计入干燥和运输的全生命周期评估加以确认。