一种被忽视的非常规饲料资源——荞麦秸秆的营养成分和应用价值

An Overlooked Alternative Feed Resource—Nutritional Composition and Application Value of Buckwheat Straw

摘要: 随着全球人口增长和畜牧业发展，人畜争粮矛盾日益突出，开发经济、可持续的新型非常规饲料资源已成为畜牧业研究的重点。荞麦作为一种药食同源的杂粮作物，其籽实被广泛食用，而大量的秸秆副产物常被废弃或直接还田。近年来，研究发现荞麦秸秆富含多种营养成分和独特的生物活性物质，展现出作为优质功能性饲料的巨大潜力。本文系统综述了荞麦秸秆的营养价值(常规养分、氨基酸组成、矿物质元素)、核心生物活性物质(黄酮类、酚酸类、D-手性肌醇等)及其功能，并深入探讨了其在反刍动物生产中的应用价值、面临的挑战及改进策略，以期为荞麦秸秆的高值化饲料开发提供理论支撑，推动农业副产物的资源化循环利用，促进畜牧业可持续发展。

Abstract: With global population growth and the expansion of animal husbandry, the conflict between human and livestock competition for grain has become increasingly prominent. Developing economical and sustainable new unconventional feed resources has thus become a key focus in animal husbandry research. Buckwheat, a grain crop with both medicinal and edible properties, has seeds that are widely consumed, while its abundant straw byproducts are often discarded or directly returned to the fields. Recent studies have revealed that buckwheat straw is rich in diverse nutrients and unique bioactive compounds, demonstrating significant potential as a high-quality functional feed ingredient. This systematic review examines the nutritional value of buckwheat straw (including conventional nutrients, amino acid composition, and mineral elements), its core bioactive compounds (flavonoids, phenolic acids, D-chiro-inositol, etc.) and their functions. It also delves into their application value, challenges, and improvement strategies in ruminant production. This aims to provide theoretical support for the high-value feed development of buckwheat straw, promote the resource-based recycling of agricultural by-products, and advance the sustainable development of animal husbandry.

1. 引言

荞麦，属于蓼科(Polygonaceae)荞麦属(Fagopyrum)，是一种起源于中国并有着数千年种植历史的伪谷物。根据联合国粮食及农业组织FAO统计的数据显示，在2018~2023年，全球荞麦种植面积超过175公顷，主要集中在俄罗斯联邦、中国和乌克兰等国家，其中中国是全球最大的荞麦生产国和消费国[1]。荞麦不仅籽实具有很高的营养价值和功能性成分，其秸秆也是一种产量巨大的农业副产物，秸秆与籽实的质量比通常介于1:1到1.5:1之间，这意味着每年全球可能产生超过200万吨的荞麦秸秆，资源总量巨大。传统上，这些秸秆除少部分用作燃料或直接还田外，大部分被废弃，不仅造成资源浪费，还可能引发环境污染问题。

在畜牧业领域，常规饲料原料如玉米、大豆价格的波动和供应不稳定，迫使科研人员和养殖业者不断寻找替代资源。农作物秸秆因其来源广泛、成本低廉，一直是反刍动物粗饲料的重要来源。然而，大多数秸秆如小麦秸秆、水稻秸秆普遍存在蛋白质含量低、木质化程度高、消化率差等缺点。与之相比，荞麦秸秆显示出相对优越的营养特性，特别是其富含的黄酮类等生物活性物质，赋予了它超越普通秸秆的功能性价值，有望成为一种新型的“功能性粗饲料”。

本文旨在全面梳理国内外关于荞麦秸秆的研究成果，从其营养基质和活性成分双重角度评估其饲料化应用潜力，并对其应用前景进行展望。

2. 荞麦秸秆的营养成分

荞麦的结构组成与化学成分十分复杂，其营养价值受品种、地域、收获期及贮存方式等因素影响而存在差异，然而，其常规养分、矿物质及功能性成分等基本营养构成却相对稳定，这构成了其作为饲料资源的开发基础。

2.1. 常规饲料营养成分对比

与常规谷物秸秆相比，荞麦秸秆的整体营养价值更高，其中有较高含量的粗蛋白和较低含量的粗脂肪，主要成分如表1所示[2]-[5]，这也为其高值化饲料开发奠定基础。

Table 1. Nutritional comparison of buckwheat straw and common straws

表1. 荞麦秸秆与常见秸秆常规营养成分对比

成分	荞麦秸秆	小麦秸秆	水稻秸秆	玉米秸秆
干物质(DM)	90.0~95.0	88.0~92.0	85.0~90.0	88.0~93.0
粗蛋白(CP)	6.0~12.0	3.0~5.0	4.0~6.0	5.0~8.0
粗脂肪(EE)	1.5~2.5	1.0~2.5	1.5~2.5	1.5~3.0
粗纤维(CF)	30.0~40.0	38.0~45.0	32.0~40.0	30.0~35.0
中性洗涤纤维(NDF)	55.0~68.0	70.0~80.0	60.0~75.0	55.0~65.0
酸性洗涤纤维(ADF)	40.0~50.0	45.0~55.0	40.0~50.0	35.0~45.0
酸性洗涤木质素(ADL)	8.0~15.0	10.0~16.0	8.0~12.0	5.0~10.0

2.2. 氨基酸组成

除上述营养成分，荞麦秸秆中还含有丰富的氨基酸，如表2 [6]。其中包括多种动物必需的氨基酸，尤其是赖氨酸含量相对较高，而赖氨酸正是大多数谷物饲料的第一限制性氨基酸。因此，荞麦秸秆在改善日粮整体氨基酸平衡方面具有积极意义。

Table 2. Amino acid composition of buckwheat plant parts

表2. 荞麦全株部分氨基酸组成

氨基酸	含量	氨基酸	含量	氨基酸
天冬氨酸	2.07	缬氨酸*	1.39	天冬氨酸
苏氨酸*	1.58	蛋氨酸*	1.27	苏氨酸*
丝氨酸	1.56	异亮氨酸*	1.48	丝氨酸
谷氨酸	2.21	亮氨酸*	2.35	谷氨酸
脯氨酸	1.56	酪氨酸	1.22	脯氨酸
甘氨酸	1.95	苯丙氨酸*	2.01	甘氨酸
丙氨酸	1.92	赖氨酸*	5.72	丙氨酸
精氨酸	2.01	组氨酸*	1.92	精氨酸

2.3. 矿物质

Figure 1. Comparison of calcium and phosphorus content in straws from different crops

图1. 不同作物秸秆中钙和磷的含量比较

荞麦秸秆是矿物质元素的良好来源，其灰分中富含钾(K)、钙(Ca)和磷(P)等多种元素。研究表明，与常规如小麦秸秆和水稻秸秆相比，荞麦秸秆中含有较为丰富的钙和磷，如图1所示[2] [4] [5]，这种丰富的矿物质有助于满足动物生长、骨骼发育和多种代谢活动的需要。

3. 荞麦秸秆中的生物活性物质及其功能

荞麦秸秆的核心优势在于茎、叶及花器官中富含多种具有显著生理调节功能的生物活性化合物，主要包括黄酮类和酚酸类化合物等[7]-[9]。例如，从荞麦秸秆中可分离鉴定芦丁、槲皮素等黄酮类化合物，这些活性物质不仅具有强大的抗氧化、抗菌和抗炎特性，还能显著改善血糖血脂水平[1]。在反刍动物饲养实验中，添加适当比例的荞麦秸秆饲料可改善饲料转化效率。因此，荞麦秸秆作为一种功能性饲料资源，其开发应用不仅能够提升农业副产物的附加值，更为畜牧业可持续发展提供了新的解决方案。

3.1. 黄酮类化合物

黄酮类是荞麦中研究最广泛、含量最丰富的活性物质，主要包括芦丁和槲皮素。研究表明，多种来源的黄酮类化合物可以减少氧化应激、改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，调节脂质代谢和脂肪细胞分化，抑制炎症和细胞凋亡，并改善内皮功能障碍[10]。另外，有研究表明，黄酮类物质在荞麦中广泛分布，除种子外，其花、茎、叶等地上组织器官同样含量丰富，如表3 [11]-[14]，这为推进荞麦秸秆的高值化研究提供理论依据。

Table 3. Distribution of Flavonoids in Buckwheat Straw

表3. 荞麦秸秆中类黄酮的分布

分类	黄酮类化合物	分布范围
黄酮醇	芦丁	花、叶、茎、根[11]
	异槲皮素	花、叶、茎、根[12]
	槲皮素	花、叶、茎[11] [12]
	山奈酚	茎[12]
花青素	花青素-3-芸香糖苷	花、叶、茎[13]
	花青素-3-葡糖苷	花、茎[13]
黄烷-3-醇，原花青素	儿茶素	花、叶、根[12]
	表儿茶素	花、叶、茎、根[12]
	儿茶素水合物	花、叶、茎、根[12]
	表没食子儿茶素	花、叶、茎、根[12]
	总原花青素	花、叶、茎、根[14]

3.1.1. 芦丁

芦丁是荞麦中含量最多的黄酮类物质。苦荞籽粒的芦丁含量高达2.4%，除了谷物，苦荞的地上部分也含有芦丁。苦荞草本植物含有高达4.4%的芦丁，普通荞麦含有高达3.8%的芦丁[15]。

芦丁具有强大的抗氧化、抗炎、抗菌和血管保护活性。研究表明，芦丁在反刍动物的生产性能方面表现出显著的积极作用[16]。张迪等人研究发现，在辅助卵母细胞生殖的玻璃化溶液中添加适当浓度的芦丁，可改善卵母细胞的线粒体功能，减少绵羊生发泡期卵母细胞玻璃化后线粒体自噬引起的细胞凋亡，从而增强发育潜力[17]。崔国等人发现，在日粮中适当添加芦丁可增加奶牛产奶量并改善奶牛消化率和新陈代谢[18]。杨永红、乔林慧等人发现，在奶牛高精料日粮中添加适量浓度的芦丁能提高瘤胃发酵PH，增强机体的抗氧化和免疫能力，从而缓解瘤胃酸中毒对奶牛代谢的损伤[19] [20]。

3.1.2. 槲皮素

在反刍动物中，槲皮素影响体外瘤胃发酵和菌群组成，减少甲烷的产生，促进瘤胃氮的利用和微生物菌体蛋白的合成[21]。研究表明，槲皮素通过破坏细胞粘附抑制金黄色葡萄球菌诱导的牛乳腺上皮细胞的炎症反应，有望成为牛乳腺炎新的治疗方法[22]。葛静等人发现，在绵羊中，槲皮素通过调控NF-κB、线粒体功能和肠道微生物，减轻羊茅中毒诱导的心血管损伤[23]。张红珠等人发现，槲皮素通过IL-6/STAT3信号通路调节铁蛋白吞噬和细胞内铁外排抑制铁死亡，从而减轻肝损伤，为研究奶牛瘤胃生态失调诱发的肝损伤提供理论依据[24]。综上所述，槲皮素在反刍动物生产性能方面具有积极作用。

3.1.3. 其他黄酮类物质

除了芦丁和槲皮素，还有其他多种类黄酮在反刍动物生产性能中发挥积极作用。罗宇文等人发现，原花青素通过激活PPARγ/UCP1介导的线粒体解偶联纸质分解代谢并减轻氧化应激，从而提高牛卵母细胞的发育能力[25]。研究发现，木犀草素通过PI3K/AKT通路抑制1型牛疱疹病毒复制，从而提高养牛业的生产安全[26]。

3.2. 酚酸类化合物

荞麦秸秆中还含有绿原酸和咖啡酸等多种酚酸类化合物，同样具有抗氧化、抗炎、抗菌和调节糖脂代谢的潜在功效。研究表明，绿原酸通过NF-κB信号通路减轻牛乳腺上皮细胞中的氧化损伤和炎症反应[27] [28]，还可以提高牛卵巢组织中的卵泡存活率和基质细胞密度等多种指标[29]，从而提高奶牛生产性能。咖啡酸可以有效缓解牛乳腺上皮的炎症级联反应，以及抑制革兰氏阴性菌的生长和生物膜的形成[30]。

3.3. D-手性肌醇

D-手性肌醇(D-chiro-Inositol, DCI)是荞麦中一种独特的生物活性成分，是胰岛素信号通路中的次级信使，被誉为“胰岛素敏化剂”，参与调节葡萄糖代谢[31]。目前，DCI在女性多囊卵巢综合症中被广泛研究，另外还参与调控胰岛素抵抗、氧化应激和肝脏保护[32] [33]。但是，DCI在反刍动物生产性能方面的研究还不广泛，这有望成为未来荞麦秸秆的研究热点。

3.4. 其他活性物质

除了以上物质，荞麦秸秆中还含有少量的植物甾醇等物质。研究表明，植物甾醇不仅促进牛乳腺上皮细胞中的乳汁合成，还能改变围产期奶牛瘤胃中瘤胃细菌群落和微生物群的能量代谢途径，从而提高围产期奶牛的能量利用[34] [35]。

4. 荞麦秸秆在动物饲料中的应用

4.1. 在反刍动物生产中的应用

反刍动物拥有发达的瘤胃及复杂的微生物生态系统，使其成为利用纤维性饲料的主要成员。荞麦秸秆不仅含有多种活性物质，还有丰富的粗纤维。因此，荞麦秸秆有望成为反刍动物主要的粗饲料来源。

4.1.1. 替代部分传统粗饲料

研究显示，在肉牛、绵羊和山羊日粮中，以干物质基础按5%~10%比例用荞麦秸秆替代羊草或玉米秸，是一种可行的策略。该替代方案不仅能够维持动物正常的采食水平与生长性能，部分研究还揭示其能有效提高饲料转化效率，显示出其作为优质粗饲料的应用价值[36] [37]。

4.1.2. 功能性效益

荞麦秸秆中的活性物质在瘤胃中可能部分降解，但仍有相当部分可以进入后消化道被吸收或发挥局部作用。在山羊日粮中加入适量的荞麦秸秆，通过减轻脂质氧化，从而增加哺乳期奶山羊的血浆抗氧化能力和产奶量、并改善泌乳奶山羊瘤胃发酵和色胺酸代谢[38]。活性物质的抗氧化和抗炎特性有助于维持瘤胃健康，稳定瘤胃微生物区系，减少亚急性瘤胃酸中毒的发生风险[39]。

4.1.3. 改善乳肉品质

荞麦是一种常见的秸秆作物，除了含有大量粗蛋白、粗纤维和微量元素外，还含有丰富的黄酮类化合物，可用作动物日粮中的抗氧化添加剂。研究表明，在猪日粮中添加10%荞麦秸秆饲料替代部分饲料后，可以降低猪肉中胆固醇含量，增加肉质的嫩度和系水力，从而提高猪肉品质[37]。

4.2. 应用挑战

尽管荞麦秸秆作为非常规饲料来源潜力巨大，但其直接规模化应用仍然面临着巨大的挑战。首先，最核心的问题是适口性较差。苦荞秸秆中含有丰富的芦丁、槲皮素等黄酮类及酚酸类物质，造成其具有一定的苦涩味，这会显著影响畜禽的采食行为，进而会影响饲养效果。其次，营养利用瓶颈突出。秸秆中含有高纤维素和木质素构成的致密细胞壁结构，不仅阻碍了微生物和酶的高效利用，导致能量与营养物质的消化率低，更对单胃动物的肠道消化系统增加了巨大压力。最后，存在一定的代谢干预风险。荞麦秸秆中含有的单宁等抗营养因子，与蛋白质及消化酶易形成不可逆复合物，不仅降低了蛋白质的生物利用率，还可能对动物的生长代谢和肠道健康产生负面影响。

5. 提高荞麦秸秆饲用价值的技术策略

为了有效解决荞麦秸秆适口性差、消化率低等问题，多种物理、化学及生物预处理技术已被广泛研究，这些技术旨在通过破坏秸秆中的纤维结构、降解有害物质，从而释放营养成分，最终提升荞麦秸秆在动物生产中的利用价值。

5.1. 膨胀处理

膨胀是通过高温高压蒸汽使秸秆瞬间泄压，产生“爆破”效应，优点在于能够破坏秸秆的物理结构，使纤维束变得疏松多孔，显著增加微生物的附着面积[40]。研究发现，膨胀能降低荞麦秸秆中DNF的含量，半纤维素部分水解，木质素重新分布，解决了荞麦秸秆木质化程度高和适口性差等问题，提高了体外消化率，进一步提高了荞麦秸秆作为反刍动物饲料的营养价值[41]。

5.2. 碱性过氧化氢处理

碱性过氧化氢处理是改善纤维饲料品质的有效手段。碱能有效破坏木质素与纤维素、半纤维素间的酯键，溶解部分木质素和硅酸盐，过氧化氢能进一步氧化降解木质素，漂白秸秆，并降解部分单宁[42]。研究表明，碱性过氧化氢处理显著增强了荞麦秸秆中不溶性膳食纤维的水化性能、α-淀粉酶抑制活性和葡萄糖吸附能力，提高了荞麦秸秆的营养价值[43]。

5.3. 酶和细菌处理

酶和细菌处理是一种高效且专一性强的生物策略。该技术通过利用木质素过氧化物酶或纤维素酶等降解细胞壁组分，接着用特定益生菌如乳酸菌进行发酵，在降解纤维的同时，提高秸秆的粗蛋白含量，改善适口性，实现营养增值。研究表明，采用酶和细菌处理的荞麦秸秆喂养滩羊，不仅增加了瘤胃中纤维素分解菌的形成，还增强了部分功能基因的表达[44]。

6. 结论与展望

荞麦秸秆并非简单的农业废弃物，而是一种蕴藏巨大潜力的非常规饲料资源。与传统秸秆相比，它不仅含有丰富的蛋白质以及钙、磷等矿物质，还蕴藏丰富的黄酮类化合物、酚酸类化合物以及D-手性肌醇等生物活性物质，这些成分使荞麦具有抗氧化、抗炎、免疫增强和代谢调节功能，使其有望成为一种极具潜力的“功能性粗饲料”。在实际应用层面，荞麦秸秆展现出广泛的适配性。在反刍动物日粮中，经过适当的膨化或碱性预处理后，它能作为优质的粗饲料部分替代传统草料，在降低饲养成本的同时，还能改善动物健康、提升肉制品质。对于单胃动物来说，通过酶菌协同发酵等生物处理，可以将其转化为富含益生元和功能成分的饲料添加剂，促进动物肠道健康。

尽管如此，要全面释放荞麦秸秆的潜能，仍需不断深入研究，未来荞麦秸秆的深度开发可聚焦于四个方向。一是选育高质量的荞麦品种，系统分析不同品种和不同部位中活性物质的分布规律，为选育高活性品种提供依据。二是优化秸秆加工工艺，致力于开发低成本、高效率且易于规模化推广的处理工艺。三是深度挖掘其中活性物质的分子机制，在分子层面阐明其活性物质在动物体内的代谢途径、作用靶点及其对肠道微生物的调控机制。四是安全评估，建立完整的长期饲喂毒理学数据库，为不同动物种类及生理阶段指定最安全、最有效的添加比例标准。

综上所述，系统性地开发荞麦秸秆资源，完美契合“变废为宝”、发展循环农业的国家战略导向。这项研究对缓解饲料资源短缺、降低养殖成本、生产功能性动物产品及减少环境污染等具有重要的现实意义，前景广阔。

基金项目

浙江省重点研发项目NO.2022C04003。

NOTES

^*通讯作者。