苎麻资源开发利用现状分析

王满生,王延周，戴求仲,2

(1.中国农业科学院麻类研究所,湖南 长沙 410205； 2.湖南省畜牧兽医研究所动物营养与饲养技术研究室,湖南 长沙 410131)

苎麻资源开发利用现状分析

王满生1,王延周1，戴求仲1,2

(1.中国农业科学院麻类研究所,湖南 长沙 410205； 2.湖南省畜牧兽医研究所动物营养与饲养技术研究室,湖南 长沙 410131)

主要从苎麻植物用途方面详细介绍了当前苎麻资源的开发利用现状,主要包括纤维用苎麻、药用苎麻和饲用苎麻,同时提出了饲用苎麻开发过程中存在的主要问题及相应的解决措施和建议,以期为苎麻饲料化研究提供一定的技术参考。

苎麻；饲用；药用；选育；栽培；加工利用

苎麻(Boehmerianivea)起源于我国的中、西部地区[1],世界各地的苎麻均由我国直接或间接引入,故苎麻被外国人称为“中国草”[2],又是我国南方地区重要的经济作物之一。我国苎麻常年种植面积1×105～2×105hm2,占世界的90%以上[3]。一年内苎麻的收割次数主要决定于该种植地区的气候和水土条件,另外也和栽培措施与田间管理有关。例如,在我国华中地区,一般一年可以收获3次,华南地区则可以收3～4次,且通过改善田间管理等措施后,一般每年可增收1次。以湖南长沙为例,一般年收3次,头麻的生长期90 d左右,二麻的为50～60 d,三麻的则为70～80 d[4]。此外,由于苎麻自身是一种具有生态适应性强的多年生植物,在南方地区的高温、高湿的气候条件下仍能正常生长,而且还能获得较高的生物产量[5]。由于我国苎麻种质资源十分丰富,这使得我国在开发利用苎麻资源方面具有得天独厚的优势。

我们主要根据苎麻用途的多样性从纤维用、药用和饲料用等方面,对目前有关苎麻资源加工利用研究的文献报道进行综述,并提出了苎麻资源饲料化过程中存在的一些问题及相应的解决措施,以期为今后开展有关苎麻资源饲料化的研究提供一定的参考依据。

1 纤维用苎麻

来源于苎麻的纤维是我国具有非常悠久历史的纺织原材料之一。作为韧皮纤维作物的苎麻,其不会木质化胞壁的纤维粗细和长度非常类似于棉纤维,因此也是非常适合用作纺织原料,可编织加工成各种凉爽细麻布、夏布,也可用于与棉、毛、丝、化纤等进行混纺[6]。

但苎麻经打麻去皮后得到的韧皮纤维(原麻)中,一般均会含有20%～30%的胶质,其主要由果胶、半纤维素和木质素等组成。由于胶质包围在纤维的外表,使纤维胶结在一起而呈坚固的片条状物质,使得单纤维不易分开,为达到可纺标准(1.5%～2.5%的残胶),原麻中的胶质必须要尽可能的去除。因此,脱除包裹在植物纤维之外不含纤维素的胶质,也就是常说的脱胶处理,则成了苎麻纤维应用于纺织领域的一道必要工序[7-8]。

长期以来,苎麻纤维用过程中围绕在原麻脱胶开展了一系列的研究工作[9-11]。由于化学脱胶存在的种种缺陷,迫切需要探索寻求一种高效而环境友好型的脱胶方法。因此,如何开展有效利用微生物的生化活力进行脱胶的工作变得日益重要,使得生物法脱胶也受到了越来越多的关注。生物脱胶主要是一种通过采用微生物或酶制剂来替代碱液降解并脱除麻中胶质的微生物脱胶或酶法脱胶工艺。与化学法相比,明显具有脱胶专一性强、作用条件温和、所得精干麻纤维品质好,同时能大幅度地减轻环境污染等优点[12]。

我国苎麻生物脱胶技术的应用,一直走在世界的前列[13]。由于目前使用单纯的生物脱胶方法处理后苎麻纤维仍有较高的残胶率,所以在今后一段时间内生物法脱胶和化学法脱胶可能仍会是苎麻脱胶工艺的主要方法。kapoor等[14]釆用来自Bacillussp.MG-cp-2的碱性耐热聚半乳糖醛酸酶(PG)进行了苎麻脱胶的相关实验,通过与传统化学法脱胶工艺进行比较,发现在酶法、化学法和酶-化学联合法这三种脱胶处理方法中,酶-化学联合法是最优的脱胶方法,且通过观察发现非纤维素的胶质已从苎麻表面完全脱除。但是该方法依然没有很好地解决碱液处理带来的环境问题和能量消耗,因此在今后研究中还需要寻找更有效的脱胶酶系和脱胶菌株,以促进脱胶工业的健康持续发展。此外,随着科学技术的不断发展和研究的继续深入,在传统工艺基础之上,慢慢涌现出了一些新的脱胶工艺,如超临界技术、超声波或微波技术以及等离子技术等,这些技术工艺的出现,必将大大拓展苎麻纤维在纺织行业的应用程度。

2 药用苎麻

苎麻属植物中含有丰富的抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗病菌、抗病毒等有效活性成分[15]。因此,苎麻本身就是一味传统中药,《本草纲目》对苎麻的部分药用功能早已作了详尽的记载和阐述[16]。

据研究报道,苎麻根中含有的功效化学成分主要是三萜类化合物,这类化合物是苎麻具有广泛药用价值的重要基础[17]。与根相比,苎麻叶中富含丰富的绿原酸这一功效成分,且有研究表明不同种(品种) 的苎麻资源,其叶片体内绿原酸含量存在较大的差异,如宁远苎麻的绿原酸质量分数高达0.715%[18]。刘闯等[19]根据理化性质及各种波谱方法分离鉴定了苎麻叶片中的8种化学成分的化学结构,其中6种是首次从苎麻属植物中分离获得。另外,苎麻属植物叶、茎、根均含有丰富的黄酮类化合物,目前已经报道的有11 种,主要集中在苎麻叶和根两个部位,且往往以糖苷形式与多糖结合在一起[20]。

由于苎麻属植物中富含有多种功效化学成分,且苎麻叶也是制作某些传统小吃的重要食材,因此在我国很多地方都有用新鲜苎麻叶制作传统美食的习俗。此外,其蛋白质结构中氨基酸组成平衡合理,被FAO 认为是一种高质量的食品[21]。因此,可以将苎麻作为一种高档的食品原料,进行健康保健食品的开发,以充分发挥其药用价值[22]。

3 饲用苎麻

长期以来,苎麻主要是作为一种纺织原料被人们所利用,但所利用的纤维仅占其植株的15%,而近85%的苎麻副产物很少能得到合理利用,造成了资源的极大浪费[23-25]。通常地,苎麻副产物可以用于制作基质种植菌菇[26],可以做成青贮饲料饲喂畜禽[27],也可以粉碎后做成颗粒饲料供各种家畜、家禽以及鱼类饲用[28]。苎麻作为饲料原料在畜禽饲料中的应用历史比较悠久,早在 20 世纪50 年代，美国等国家就研究了苎麻的营养价值、作为饲料原料对畜禽生长性能影响等[29-30]。在优质饲料资源短缺的情形下,许多学者开始将苎麻开发为非常规饲料原料。例如,在苎麻青贮过程中添加可溶性碳水化合物或者添加乳酸杆菌等有益微生物以提高苎麻青贮效率和品质[31]。苎麻由于其蛋白质含量高,营养物质含量丰富,作为反刍动物优质草料进行研究与开发能够缓解南方种草养畜的压力[32]。由于苎麻粗纤维含量较高造成能值偏低,以及粉碎耗能过大等原因使得其在单胃动物中的应用较少[33-34]。随着科学技术的不断进步和畜牧业的快速发展,当前研究已由单纯利用苎麻产业过程中产生的副产物生产饲料慢慢转向针对性地开展饲用苎麻的相关性研究。

饲用苎麻主要是以收获青绿茎、叶等营养体为目的,可在适宜生育期内多次刈割利用的高蛋白优质饲草,兼具生物产量高、营养品质好、分蘖能力强、耐刈性强、生态适应性广及适口性好等特点[35]。苎麻嫩茎叶中不仅蛋白质含量高,而且蛋白质的氨基酸组成合理,且高赖氨酸含量(多数苎麻品种的赖氨酸含量超过1%)是苎麻蛋白质最突出的特点[36]。据报道,苎麻嫩茎叶中也存在一定的抗营养因子。例如,Lee等[37]在大鼠日粮中添加 25%的苎麻叶后大鼠的生长停滞,而苎麻叶添加量超过40%后大鼠出现死亡的现象。姜涛等[38]报道了鲜苎麻叶草鱼喜食,但必须和青草搭配使用,若喂鲜苎麻叶过多,鱼采食后会引发排便困难。这其中的主要原因可能是苎麻叶中含有一定的抗营养因子,如单宁等。因此,对苎麻抗营养因子的明确及抗营养作用的研究是开发苎麻饲用资源亟待解决的问题之一。

我国丰富的苎麻种质资源,为饲用苎麻品种的筛选提供了丰富的材料,科研人员在此基础上筛选出了一批适合作饲料开发利用的苎麻品种[39]。已筛选出的其它饲用苎麻品种还有巫山线麻、平和苎麻、苎麻2 号、涟源竹根麻、邻水野麻、青皮麻、青麻苎、天柱青麻、梁平青麻、泸县青皮、阳新细叶绿等[40-42]。国外科研人员在饲用苎麻品种选育方面的研究未见报道。目前,为了在短期内获得较好的饲用苎麻品种,科研人员主要是从现有种质资源中筛选出蛋白质含量高、纤维含量低、分蘖能力强、前期生长快、耐刈性强、生物产量高、生态适应性强的苎麻品种,以满足生产需要[43]。

此外,中国农业科学院麻类研究所与湖南省畜牧研究所联合攻关,在苎麻饲料化方面开展了许多基础性的研究工作。在饲用苎麻营养评价方面,蒋桂韬等[44]通过研究不同苎麻与精料配合比饲粮对朗德鹅生长性能和肠道黏膜形态结构发育的影响,发现以生长性能和肠道形态结构发育为评价指标,肉鹅2～4周龄和5～7周龄2个阶段饲粮中饲用苎麻的添加比例控制在50%以内较为适宜。李闯等通过研究不同精料与苎麻配比对湘白鹅生长性能的影响,发现湘白鹅饲养的2～4周龄阶段日粮中按精料与苎麻1∶3配比,5～7周龄阶段日粮中按精料与苎麻1∶4配比饲喂,再通过后期补饲精料,可获得较好的养殖效益。李闻等[45]比较分析了不同刈割高度整株苎麻和成熟期苎麻叶的营养成分及其对鹅的饲用价值,结果发现对鹅的饲用价值高低依次为成熟期饲用苎麻叶、刈割高度为40 cm的整株苎麻和刈割高度为50 cm的整株苎麻。为了探讨了苎麻的饲用特性及所含果胶的生物活性与抗营养特性,王向荣等人报道了饲用苎麻中果胶的消除方法,为饲用苎麻在畜禽生产中更好的应用提供了一些新的思路[46]。此外,在饲用苎麻品种选育方面,孙鏖等[47]通过用PEG-6000对饲用苎麻幼苗进行不同时间的干旱胁迫,发现饲用苎麻的自身保护系统能够进行自身的调节以抵抗外界干旱引发的伤害。在饲用苎麻高产栽培方面,唐守伟等[48]发明了一种省时、省工、省水,可实现饲用苎麻稳产高产的坡耕地栽培技术。

总体来看,目前将饲用苎麻当作我国南方地区的新型蛋白牧草资源已经获得了较为广泛认可[49],有望缓解南方畜牧业发展过程中饲料用粮的压力。

4 苎麻饲料化的几点建议及展望

通过文献资料的查阅和研究基地的实地走访调查发现,当前饲用苎麻的科学研究与应用过程中仍然存在许多亟需解决的问题,主要表现在以下一些方面：

(1)缺乏用于区分传统纤维用苎麻和饲用苎麻的标志性差异性状。

(2)缺乏明显区别于传统纤维用苎麻的饲用苎麻栽培品种。

(3)缺乏农艺与机械相结合的高产栽培技术标准。

(4)缺乏统一、高效的饲用苎麻收储、加工及利用技术与规范。

针对当前出现的这一系列问题,今后在开展苎麻饲料化研究过程中,建议着重以青叶苎麻为主要研究材料,以无表皮毛和青叶性状作为显著的作物标志,以打造全新的饲料作物为品种选育目标,开展与饲用相关的性状解析、品种选育、栽培技术和收割装备研发、无抗营养的饲料化加工及其高值化利用研究,通过实现相关技术的一体化集成,缓解南方牧草资源短缺和人畜争粮现状,最终推动南方畜牧业的快速发展。

[1] KIRBY R H.Vegetable fibres[J].Soil Science,1964,97(4):55-57.

[2] ANGELINI L G,TAVARINI S.Ramie [Boehmerianivea(L.) Gaud.] as a potential new fibre crop for the mediterranean region:growth,crop yield and fibre quality in a long-term field experiment in central Italy[J].Industrial Crops & Products,2013,51(6):138-144.

[3] 揭雨成,冷 鹃.中国苎麻种质资源研究的现状与展望[J].中国麻业科学,2000,22(3):13-15.

[4] 严文淦.搞好麻收四快 夺取季季高产[J].中国麻业科学,1987(2):28-30.

[5] 喻春明,王延周,郭运玲,等.饲用苎麻收割高度对产量和粗蛋白质含量影响的研究[J].中国麻业科学,2002,24(4):31-33.

[6] 李燕立.关注麻纤维在产业用纺织品中的应用[J].非织造布,2012(1):35-38.

[7] CAO J,ZHENG L,CHEN S.Screening of pectinase producer from alkalophilic bacteria and study on its potential application in degumming of ramie[J].Enzyme & Microbial Technology,1992,14(12):1 013-1 016.

[8] SAID S,FONSECA M J,SIéSSERE V.Pectinase production by penicillium frequentans[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology,1991,7(6):607-608.

[9] 彭源德.亚麻生物脱胶研究综述[J].中国麻业科学,2004,26(6):293-295.

[10] BRUHLMANN F,KIM K S,ZIMMERMAN W,et al.Pectinolytic enzymes from actinomycetes for the degumming of ramie bast fibers[J].Applied & Environmental Microbiology,1994,60(6):2 107-2 112.

[11] CAO J,ZHENG L,CHEN S.Screening of pectinase producer from alkalophilic bacteria and study on its potential application in degumming of ramie[J].Enzyme & Microbial Technology,1992,14(12):1 013-1 016.

[12] 郭双庆,谢光银.苎麻纤维生物脱胶[J].轻纺工业与技术,2009,38(6):18-20.

[13] 张运鹏,陈洪高,方 刚,等.一种兼顾黄酮提取的苎麻生物脱胶预处理方法[J].应用化工,2016(7):1 251-1 254.

[14] KAPOOR M,BEG Q K,BHUSHAN B,et al.Application of an alkaline and thermostable polygalacturonase fromBacillussp.MG-cp-2 in degumming of ramie (Boehmerianivea) and sunn hemp (Crotalariajuncea) bast fibres[J].Process Biochemistry,2001,36(8):803-807.

[15] 陈保锋,陈建华,母 波,等.苎麻药用研究进展[J].中国麻业科学,2016,38(5):237-241.

[16] 王 坚.中药苎麻的研究概况[J].内蒙古中医药,2011,30(21):128-129.

[17] 许琼明,陈国庆,范金胤,等.苎麻根化学成分研究[J].中国中药杂志,2009,40(20):2 610-2 612.

[18] 刘俊欢,杜晓华,揭红东,等.提取方法对饲用苎麻绿原酸和总黄酮提取效率的影响[J].中国农学通报,2015,20:1-4.

[19] 刘 闯,邹 坤,郭志勇,等.苎麻叶化学成分研究[J].中国中药杂志,2010,35(11):1 432-1 434.

[20] 肖呈祥,崔国贤,孙敬钊,等.苎麻属植物黄酮类化合物研究进展[J].作物研究,2014(3):324-327.

[21] SINGH A K,SHARMA D N.Effect of growth stage on the extractability of leaf protein concentrates[J].Acta Botanica Indica,1981,9(2):247-251.

[22] 朱涛涛,喻春明,王延周,等.“中苎1号”和“中苎2号”苎麻营养价值的初步评价[J].中国麻业科学,2014(3):113-121.

[23] 熊和平.苎麻多功能深度开发利用系列报道之一 苎麻多功能开发潜力及利用途径[J].中国麻业科学,2001(1):56-60.

[24] 刘 瑛,李选才.麻类作物副产品的综合利用现状[J].棉花科学,2003,25(1):3-7.

[25] 李雪玲,佘 玮,白玉超,等.苎麻副产物利用及成龄麻园套作技术研究现状[J].中国农学通报,2016,33:109-113.

[28] 张 兴,熊杵林,揭雨成.机械剥制苎麻副产物栽培平菇的研究[J].作物研究,2013(5):457-460.

[27] DESPAL,PERMANA I G,SAFARINA S N,et al.Addition of water soluble carbohydrate sources prior to ensilage for ramie leaves silage qualities improvement[J].Media Peternakan,2011:456-461.

[28] 罗正玮,兰丙基,陈孝珊,等.苎麻叶饲用效果及苎麻叶配制浓缩饲料的研究[J].湖南农业大学学报(自科版),1989(1):137-143.

[29] SQUIBB R L,GUZMáN M,SCRIMSHAW N S.Dehydrated desmodium,kikuyu grass,ramie,and banana leaf forages as supplements of protein,riboflavin,and carotenoids in chick rations[J].Poultry Science,1953(6):489-494.

[30] SQUIBB R L,RIVERA C,JARQUIN R.Ramie forages with sheep digestable nutrient content of kikuyu grass and digestion trial for determination of the comparison of chromogen method with standard[J].Journal of Animal Science,1958,17(2):318-321.

[31] NING T T,XU C C,WANG H L,et al.Effects of ensiling fodder ramie (BoehmerianiveaL.) with lactic acid bacteria and molasses on fermentation quality[J].Advanced Materials Research,2012,524-527:2 167-2 171.

[32] JAYANEGARA A,RIDLA M,NAHROWI.Screening approaches for methane mitigating potential of tannin-containing plants under in vitro rumen environment.[J].Journal of the Indonesian Tropical Animal Agriculture,2012,37(4):278-285.

[33] TOLEDO G S P D.Productive performance of rabbits fed with diets containing ramie (Boehmerianivea) hay in substitution to alfalfa (Medicagosativa) hay[C].Verona:World Rabbit Congress,2008.

[34] 王贤芳,揭雨成.蛋鸡苎麻配合饲料的效果试验[J].中国畜禽种业,2012,8(10):140-142.

[35] 郭 婷,佘 玮,肖呈祥,等.饲用苎麻研究进展[J].作物研究,2012,26(6):730-733.

[36] 熊和平,喻春明,王延周,等.饲料用苎麻新品种中饲苎1号的选育研究[J].中国麻业科学,2005,27(1):1-4.

[37] LEE J J,PARK M R,KIM A R,et al.Effects of ramie leaves on Improvement of lipid metabolism and antiobesity effect in rats fed a high fat/high cholesterol diet[J].Korean Journal of Food Science & Technology,2011,43(1):135-139.

[38] 姜 涛,熊和平,喻春明,等.苎麻在饲料中的研究及开发应用[J].饲料工业,2008,29(3):53-55.

[39] 熊和平,喻春明,王延周,等.饲料用苎麻新品种中饲苎1号的选育研究[J].中国麻业科学,2005,27(1):1-4.

[40] 曾日秋.饲用苎麻资源筛选及其高产栽培技术研究[D].北京:中国农业科学院,2010.

[41] 姜 涛.苎麻饲用资源产量与品质性状的研究[D].北京:中国农业科学院,2008.

[42] 揭雨成,康万利,邢虎成,等.苎麻饲用资源筛选[J].草业科学,2009,26(9):30-33.

[43] 朱涛涛,朱爱国,余永廷,等.苎麻饲料化的研究[J].草业科学,2016,33(2):338-347.

[44] 蒋桂韬,林 谦,李 闯,等.不同苎麻与精料配合比饲粮对朗德鹅生长性能和肠道黏膜形态结构发育的影响[J].家畜生态学报,2015,36(11):32-36.

[45] 李 闻,蒋桂韬,林 谦,等.饲用苎麻对朗德鹅的饲用价值评定[J].中国饲料,2016(4):23-26.

[46] 王向荣,戴求仲,蒋桂韬,等.饲用苎麻中果胶的生物活性与抗营养作用及其消减[J].家畜生态学报,2016,37(8):80-83.

[47] 孙 鏖,邓荟芬,刘海林,等.干旱胁迫对苎麻苗期理化指标的影响[J].草地学报,2016,24(3):577-580.

[48] 唐守伟,汤清明,朱四远,等.一种坡耕地苎麻栽培方法:中国,CN201510222267.X [P].2015-7-15.

[49] 朱涛涛.苎麻与南方主要牧草的饲用价值比较研究[D] .北京:中国农业科学院,2014.

(责任编辑：梅 竹)

Current status analysis of the ramie(Boehmerianivea) for their exploitation and utilization

WANG Man-Sheng1,WANG Yan-zhou1,DAI Qiu-Zhong1,2

(1.Institute of Bast Fiber Crops,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Changsha 410205,China；2.Department of Animal Nutrition and Feeding Technology,Hunan Institute of Animal Science and Veterinary Medicine,Changsha 410131,China)

The current status of exploitation and utilization for the ramie was discussed detailed,mainly including the research progress of fibrous ramie,officinal ramie and fodder ramie.In addition,the problems existing in the development process for the fodder ramie were comprehensively proposed.We also put forward the corresponding solution measures,which will be contribute to the deeply research of fodder ramie in the future.

ramie;fodder;officinal;breeding;cultivation;processing and utilization

2017-02-03；

2017-03-23

中国农业科学院科技创新工程(ASTIP-IBFC02)；中国农业科学院基本科研业务费专项(Y2017LM11)。

王满生(1987-),男,博士,主要从事农产品深加工与饲料加工。

戴求仲(1969-),男,博士,研究员,主要从事动物营养及饲料资源开发等研究。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.05.014

S816.43

A

1003-6202(2017)05-0055-04