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泌乳牛日糧原料的明日之星--含可溶物乾燥玉米酒粕

◆ 陳淵國

前 言

　　含可溶物乾燥酒粕(Distiller’s Dried Grain with Soluble)是生產燃料用酒精(fuel ethanol)的副產物；美國中西部的玉米帶(Corn Belt)是含可溶物乾燥酒粕的主要產地，主要的原料是玉米，大部分燃料用酒精工廠都是以乾式輾磨法來生產酒精，因此我們所要探討的含可溶物乾燥酒粕將以最大宗的乾式輾磨含可溶物乾燥玉米酒粕為主。以往含可溶物乾燥酒粕的主要來源是生產威士忌酒蒸餾後的產物，呈現較深的顏色，而且在乾燥過程中因為加熱溫度過高，造成蛋白質的消化率偏低。新式的燃料用酒精工廠在發酵效率及乾燥過程都有所改善，所生產的含可溶物乾燥酒粕營養成分較高和熱破壞的程度較低。最近針對特定目的修改製程所生產的含可溶物乾燥酒粕在成分上有極大的差異，例如：高油脂含可溶物乾燥酒粕的脂肪含量高達15%以上，而去胚芽後再以溼式輾磨製造酒精所產生的含可溶物乾燥酒粕含有約44%的蛋白質。

　　在乳牛日糧中使用含可溶物乾燥酒粕並不是什麼新的話題，因為早在十九世紀末就有文獻記載用蒸餾酒粕餵飼泌乳牛的試驗(Schingoethe, 2001)。但是隨著時空的演變，目前我們所面對的含可溶物乾燥玉米酒粕因為製程的改變有了多樣性的的風貌；因此，我們有必要重新檢視含可溶物乾燥玉米酒粕用在泌乳牛日糧的可行性和可能產生的相關問題。特別在含可溶物乾燥玉米酒粕的產量隨著燃料用酒精需求的成長而急遽增加情況下，如何善加利用含可溶物乾燥玉米酒粕來提升泌乳牛生產效率成為重要的課題。

含可溶物乾燥玉米酒粕的市場概況

　　化石能源的逐漸枯竭讓人類的生活進入高油價時代，尋求可以再生的天然能源成為重要的課題；以玉米生產燃料用酒精是目前公認最具經濟效益的替代能源。近十年來美國本土所生產的玉米用於傳統用途（飼料、食品…等）的量都持平，只有用於製造燃料用酒精的部份急劇的增加，也就是說所增加的玉米產量都被用於酒精的生產。美國國會所通過的能源法案明訂燃料用酒精的生產量要在2012年達到七十五億加侖，如果以現有和興建中工廠的產能預估，這個目標可能會在2008年提早達成。台灣在大宗穀物方面極度的依賴美國，面對這樣的趨勢，飼料和畜牧生產業者需要嚴肅的思考幾個問題。首先，大量的玉米被導向酒精生產是否會使飼料用穀物供應量減少，或導致價格上揚？拜生物科技之賜，穀物的生產技術也不斷的提升，因此目前尚未出現顯著的供需失衡現象，未來的趨勢則需要審慎的觀察；另ㄧ方面，含可溶物乾燥玉米酒粕ㄧ定會隨著酒精產量的增加而增加，2005年美國含可溶物乾燥玉米酒粕的實際生產量為830萬公噸，比原先預估的700萬公噸高出許多；預計在2015年全美的含可溶物乾燥玉米酒粕生產量將達到2,500萬公噸，這樣的產量勢必成為未來飼料原料的明日之星，並且對飼料和畜產業帶來很大的衝擊。因此酪農朋友有必要先對含可溶物乾燥玉米酒粕的特性和應用有深入的了解，以便在最有利的時間點充分利用這個原料的特性，獲取最大的利益。
　　台灣從2003年開始進口含可溶物乾燥玉米酒粕，2005年的進口數量超過40,000公噸，2006年第一季的進口量已經將近30,000公噸；因此，含可溶物乾燥玉米酒粕已經成為市面上廣泛流通的飼料原料，酪農朋友也可以很容易的找到可靠的供應來源。

含可溶物乾燥玉米酒粕的生產流程與產品特性

　　乾式輾磨製程是將玉米粉碎後以酵母菌和酵素將玉米的主要成分澱粉發酵產生酒精和二氧化碳，酒精被蒸餾取出後剩下酒粕和一些可溶物，含可溶物的液體被分離出來，經過蒸發濃縮後再按比例與固形物混合乾燥就是含可溶物乾燥玉米酒粕。乾式輾磨的製程平均每一浦式耳（25.4公斤）的玉米可以產生10.2公升的酒精、8.2公斤的二氧化碳和8.2公斤的含可溶物乾燥玉米酒粕。

　　由於玉米的澱粉在發酵過程幾乎完全被轉換成酒精，大約只有三分之一的乾物質在剩餘的副產品中被回收，亦即其它營養成分大約被相對濃縮了三倍。影響含可溶物乾燥玉米酒粕成品品質的主要因素包括1)玉米澱粉在發酵過程被分解的程度，2)濃縮可溶物加回酒粕的比例，3)乾燥過程。在這類新式的燃料用酒精工廠所生產的含可溶物乾燥玉米酒粕(Harty, et al., 1998)比起過去出版的參考書所列的表值(NRC, 1989; NRC, 2001)含有更多的蛋白質(CP)和中洗纖維(NDF)，但是灰分(Ash)，酸洗纖維(ADF)和酸洗不可溶解蛋白(ADIP)則較NRC 所列的數值低(表一)。Harty等人(1998)在美國中西部九個燃料用酒精生產廠長期的採樣分析結果顯示，不同工廠中所生產的含可溶物乾燥玉米酒粕，其營養成分有顯著的差異；而同一工廠所生產的產品在乾物質(DM)、脂肪(Fat)、灰分(ash)、酸洗不可溶解蛋白(ADIP)和瘤胃可分解蛋白(Ruminally degradable protein, RDP)方面的變異都很顯著。脂肪的變異可能是濃縮可溶物加回的比例不同所致；乾燥過程則是造成酸洗不可溶解蛋白和瘤胃可分解蛋白差異的主要原因。含可溶物乾燥玉米酒粕是酒精生產的副產品，營養成分的變異在所難免，因此經常分析監控所使用含可溶物乾燥玉米酒粕的營養成分是必要的。在採購策略上，儘可能購買由指定工廠所生產的可溶物乾燥玉米酒粕，以減少成分的變異。

　　　　　　　　表一. 含可溶物乾燥玉米酒粕的營養成分及其變異。

　　　　　　　1NRC(2001):當乾物質採食量(DMI)是體重(BW)的2%時，RDP為57.8%；當乾物質採食量
　　　　　　　(DMI)是體重(BW)的4%時，RDP為49.2%。

乳牛日糧使用含可溶物乾燥玉米酒粕的優點與顧慮

　　不論是濕的或乾燥的含可溶物酒粕，均能有效率的作為反芻動物的蛋白質和能量來源(Larson, et al., 1993, Lodge, et al., 1997a, Lodge, et al., 1997b)。以往大部份的研究都著重在評估以含可溶物乾燥玉米酒粕來供應日糧蛋白質的效果(Liu, et al., 2000, Nichols, et al., 1998, Owen and Larson, 1991)；根據這些研究的結果，含可溶物乾燥玉米酒粕提供反芻動物優質的瘤胃可分解蛋白(Ruminally degradable protein, RDP)和瘤胃不可分解蛋白(Ruminally undegradable protein, RUP)是無庸置疑的。含可溶物乾燥玉米酒粕含有約10.5%的脂肪，而且玉米所含的纖維可以很容易被瘤胃微生物消化(Chen, et al., 1999, Schingoethe, et al., 1999)，因此，含可溶物乾燥玉米酒粕也是反芻動物很好的能量來源。

　　含可溶物乾燥玉米酒粕可能有改善瘤胃微生物代謝乳酸的能力，並且能選擇性的調整瘤胃特定微生物的族群比例。Fron, et al.,（1996）指出在試管發酵實驗中，供應瘤胃液牛隻的日糧如果添加15%的濃縮玉米酒粕可溶物，經過五週的適應期之後所取得的瘤胃液含有較多的乳酸分解菌(Lactilytic bacteria)和澱粉分解菌(Amylolytic bacteria)；而且在試管實驗中顯著地提高乳酸的代謝速率(Fron, et al., 1996)；該研究證實濃縮玉米酒粕可溶物含有乳酸，可能誘導乳酸分解菌和澱粉分解菌的增殖，因而提升瘤胃液代謝乳酸的能力。這個特性有助於動物適應高精料日糧，對於維持瘤胃環境的安定也有正面的效果。

　　在乳牛日糧中，含可溶物乾燥玉米酒粕是取代大豆粕和玉米粉的絕佳飼料原料(Powers, et al., 1995, Schingoethe, et al., 1999)。與大豆粕相比，含可溶物乾燥玉米酒粕可以讓泌乳牛生產更多(Nichols, et al., 1998, Owen and Larson, 1991)或至少是相當(Liu, et al., 2000, Schingoethe, et al., 1999)的乳量。含可溶物玉米酒粕因為含有許多脂肪且中洗纖維的消化率高，對乳脂率通常有提升的效果;對乳蛋白質率的影響則沒有一致的結論，可能是不同研究中所使用的蛋白質原料組合不同所致。

　　以玉米為原料的含可溶物酒粕，其所含的脂肪當然都來自玉米；Schingoethe, et al., (1999)指出未乾燥含可溶物玉米酒粕的脂肪酸大部份(81.2%)是不飽和脂肪酸(Unsaturated fatty acids)，主要脂肪酸組成分別為亞麻油酸(C18:2, 55.9%)， 油酸(C18:1,23.4%)，棕櫚酸(C16:0, 15.0%)，硬脂酸(C18:0, 2.7%)，亞麻仁油酸(C18:3, 1.5%)，與玉米油的脂肪酸組成很接近，所以碘價(Iodine value)可能高達120至125；因此含可溶物乾燥玉米酒粕在儲存的過程必須特別注意脂肪酸敗的問題。當未乾燥含可溶物玉米酒粕大量使用在泌乳牛日糧時，牛乳中的不飽和脂肪酸比例會明顯的增加(Schingoethe, et al., 1999)。Kelley, et al., (1997)認為日糧的亞麻油酸(Linoleic acid)增加會提高乳中共軛亞麻油酸(Conjugated linoleic acid,CLA)的含量，進而影響乳脂肪的合成(Moore, et al., 2004)；雖然含可溶物玉米酒粕也?日糧帶來一些亞麻油酸，但是在所有研究報告中並未出現乳脂率受抑制的現象，可能是一般的日糧所含的亞麻油酸並不像Kelley, et al., (1997)中所用的量那麼高；此外，McGuire, et al., (1996)在日糧中添加玉米油，結果個體間牛乳的共軛亞麻油酸的濃度變異很大。因此，日糧中添加大量的含可溶物玉米酒粕是否會干擾乳脂肪合成需要進一步的研究來證實。

　　含可溶物乾燥玉米酒粕所含的蛋白質當然也無可避免地具有玉米蛋白質離胺酸(Lysine)偏低的特性；Spiehs, et al., (2002)指出美國中西部較老舊的酒精工廠所生產的含可溶物乾燥玉米酒粕平均含0.53%的離胺酸和0.50%的甲硫胺酸(Methionine)；但是，來自新建工廠所產的含可溶物乾燥玉米酒粕則分別含0.85%的離胺酸和0.55%的甲硫胺酸。這個差異可能是所使用玉米原料的差異造成的，另一個可能性是製程中玉米的蛋白質和所添加的尿素在發酵過程被酵母菌轉化成菌體蛋白質，因而提高了離胺酸的含量。該文獻也特別強調含可溶物乾燥玉米酒粕的離胺酸含量變異非常大。至於含可溶物乾燥玉米酒粕不平衡的胺基酸組成是否會影響牛乳的蛋白質率可能需要視日糧整體的蛋白質組合而定。含可溶物乾燥玉米酒粕在乾燥的過程如果過度的加熱會影響蛋白質的可利用率，過度加熱所造成的不消化產物則呈現在酸洗不可溶解蛋白(ADIP)中(Linn and Chase, 1996, Nakamura, et al., 1994)；因此酸洗不可溶解蛋白不失為衡量蛋白質受熱破壞程度的良好指標。新近的研究顯示ADIP和含可溶物乾燥玉米酒粕蛋白質的小腸消化率呈顯著的負相關(Harty, et al., personal communication)；如果將樣品依照ADIP的含量高低分組，當ADIP大於13%時，ADIP和顏色的亮度呈高度的負相關；因此顏色的亮度也可以作為含可溶物乾燥玉米酒粕蛋白質可利用率的間接指標。

　　含可溶物乾燥玉米酒粕的磷含量經過發酵過程的濃縮後高達0.89%，而且因為微生物酵素對植酸鍵的破壞，所以磷的可利用率也大幅提升。

　　含可溶物乾燥玉米酒粕的水分含量相當低，在乾燥的溫帶地區其保存性應該相當良好。但是在高溫多溼的地區則需要審慎的評估其水分含量的變化和黴菌毒素(Mycotoxins)污染的可能性。

含可溶物乾燥玉米酒粕在台灣泌乳牛日糧的適用性

　　大多數的含可溶物乾燥玉米酒粕的相關研究都是在溫帶地區進行的，為了證實其在熱帶地區適用性，我們在商業生產牧場進行了田間試驗，試驗的目的在：1）檢測含可溶物乾燥酒粕儲存在溼熱的環境中的穩定性；2）比較餵飼添加含可溶物乾燥玉米酒粕的日糧和一般玉米、大豆粕和烘焙全脂豆粉日糧對泌乳牛的影響，以及測試在溼熱的環境中餵飼含可溶物乾燥玉米酒粕的可行性。

保存性試驗
　　可溶物乾燥玉米酒粕自美國用40呎的貨櫃運送，抵達台灣後再以50公斤有塑膠襯裡的袋子重新裝袋，儲放在鐵皮屋頂飼料倉庫中。每週從儲存的含可溶物乾燥酒粕中隨機取樣，分析乾物質，並以HPLC或TLC分析黴菌毒素和檢測的脂肪氧化酸敗程度（過氧化價和游離脂肪酸）。結果顯示，經過十週的保存，脂肪的過氧化價未受影響，但游離脂肪酸的含量稍微增加；同時並未發現黴菌毒素的產生。另一組保存性試驗將可溶物乾燥玉米酒粕存放在散裝桶中，在冬天和夏天各進行一次，經過十二週的儲存並未發現有黴菌毒素明顯升高的現象，只是水分含量隨著儲存的時間稍有增加。

田間飼養試驗
　　五十頭初產的荷仕登(Holstein)乳牛依據泌乳天數，產乳量，以及體態評分隨機分為對照組(Control)和含可溶物乾燥玉米酒粕組(DDGS)。兩組牛隻分別餵飼中含有0%（對照組）或10%（DDGS組）乾物質的含可溶物乾燥玉米酒粕的等蛋白質完全混合日糧。含可溶物乾燥玉米酒粕是取代完全混合日糧中部分的大豆粕，玉米粉，蒸煮壓片玉米，和烘焙全脂豆粉。試驗用含可溶物乾燥玉米酒粕的化學分析詳列於(表二)。

　　　　　　　　　表二. 試驗用含可溶物乾燥玉米酒粕的化學成份分析。（以乾物質為基準）

　　如(圖一)所示，本實驗所用的含可溶物乾燥玉米酒粕在試管中與瘤胃液培養時幾乎被完全消化；在發酵的前6小時，71%的含可溶物乾燥玉米酒粕已經被分解；經過30小時的發酵後，可被分解的部分(90%)幾乎已經完全被消化了。含可溶物乾燥玉米酒粕的中洗纖維，也很容易被消化，以瘤胃液在試管發酵48小時後，有69%的中洗纖維被消化。這項結果與Chen et al.,（1999）和Schingoethe et al., (1999）所提出的結論一致。

圖一.試驗用含可溶物乾燥玉米酒粕的試管真消化率與中洗纖維消化率。

　　實驗結果顯示，對照組和含可溶物乾燥玉米酒粕組的平均每日乾物質採食量（DMI）分別為17.8 ± 1.2和17.6 ± 1.0公斤，並無顯著差異。含可溶物乾燥玉米酒粕組牛隻的產乳量明顯高於（0.9公斤/天/頭）對照組的牛隻（P＜ .05）。含可溶物乾燥玉米酒粕組的日糧脂肪含量較高可能是使該組的乳牛產乳量較高的主要原因。雖然乳脂率不受日糧或畜欄的影響，含可溶物乾燥玉米酒粕組牛隻每天所產的乳脂量高於對照組（P= .1）；含可溶物乾燥玉米酒粕組的乳脂量較高，可能很單純的就是因為該群牛隻的產乳量高於對照組的牛隻。日糧中添加的10%的含可溶物乾燥玉米酒粕，使含可溶物乾燥玉米酒粕組的乳中蛋白質率明顯的降低(P= .001)，但是對每天平均的乳蛋白質量並沒有顯著的影響；在泌乳牛的日糧中添加含可溶物乾燥玉米酒粕的顧慮之一就是它的胺基酸不平衡且脂肪含量較高，可能會影響瘤胃的發酵，降低瘤胃中微生物蛋白質的產量及乳蛋白的含量；但是因為添加含可溶物乾燥玉米酒粕提高產乳量，乳蛋白質產量並沒有明顯的減少。

結 論
　　含可溶物乾燥玉米酒粕是泌乳牛蛋白質、脂肪、磷與能量的良好來源。品質良好的含可溶物乾燥玉米酒粕在瘤胃中非常容易被消化，而且能改善泌乳牛的表現。以10%的含可溶物乾燥玉米酒粕取代玉米，大豆粕和烘焙全脂豆粉會增加完全混合日糧中的脂肪含量，減少非纖維性碳水化合物含量。添加10%的含可溶物乾燥玉米酒粕能使泌乳牛的產乳量平均每頭每天增加0.9公斤；乳脂率並沒有差異，但乳脂量略為增加；乳蛋白質率會稍微降低，但乳蛋白量並不受影響。在熱緊迫的環境下，含可溶物乾燥玉米酒粕可以有效率的用在泌乳中期的乳牛日糧；因此，優質的含可溶物乾燥玉米酒粕是熱帶或亞熱帶酪農業相當有潛力的高品質飼料原料。

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