豬飼料中有機磷的利用與其環境污染之防治
壹、前言
數十年臺灣養豬事業一向欣欣向榮，為農村製造一片景氣，為國家經濟發展貢獻一份心力。然而，曾幾何時，養豬事業已成為社會高污染環境重要來源之一；依政府公告資料顯示全部污染源中，工業廢水高居54%以上，家庭廢水高佔25%；畜牧廢水約佔21%，亦即養豬廢水佔全部污染源的15%。如果畜牧業者對於污染問題不加以重視，並針對問題加以解決，則今後養豬事業將難以繼續維持景氣。
依據臺灣省事業廢水土壤處理水質標準規定：在82年畜牧業放流水標準中，將管制水源保護區內氮磷含量，其氮的排放標準為20ppm以下，磷為10ppm以下。87年以後，氮為10ppm以下，磷為4ppm以下。非水源保護區管制標準亦正在研議中(詳表1、表2)。業者為應付此局勢，採用一級、二級處理方法，但廢水中的氮含量總在50~60ppm之譜，磷含量總在60~70ppm之譜(詳表3)。要解決此問題，僅有從飼料中的污染源頭來想辦法。因此，為因應未來養豬發展受的限制，營養研究者應與環保相結合，對養豬業者再貢獻一份力量。
對於飼料中氮的污染源減少的方法，可利用有效性胺基酸配方技術，來降低粗蛋白質的用量，同時提高配方中能量的含量，除提高豬隻肌肉生長外，還可維持豬隻的正常生長，並達到降低豬隻糞便中氮污染含量；同時糞便中的氮還可利用微生物處理法如亞硝酸菌，使氮變成氣體而逸放入空氣中。
對於飼料中磷的污染減少方法，可提高飼料原料中有機磷的利用效率，降低甚至不再添加無機磷。而要提高有機磷的有效性利用率，只有藉用植酸𠕇來分解植酸複合物中的有機磷。此種概念並不是現在才發現，早在二十年前即有學者(Nelson)報告，但當時生產細菌中的植酸𠕇成本相當高，不符合經濟利益。近年來細胞ＤＮＡ重融合技術開發後，由細菌中生產植酸𠕇的成本相對的降低。在數年前歐美等國已經有業者開始在飼料中混合入植酸𠕇，藉以提高飼料中有機磷的利用效率，成果相對不錯。
本文即在介紹如何利用生物技術來提高豬飼料中有機磷的利用效率，以便降低磷環境污染的程度，繼續為養豬事業開發第二春，使養豬在賺取利潤之餘，並不被社會指為環境破壞者。至於如何開發國產的廉價植酸𠕇，以便本省畜牧業者能經濟有效的大量使用，尚待國內有心人士或相關學者的研究與開發。
表1.台灣省非草食性動物畜牧業放流水標準
| 管制項目 | 76-82年 | 82-87年 | 87年以後 |
| 酸鹼值(pH) | 5.0-9.0 | 6.0-9.0 | 6.0-9.0 |
| 生化需氧量(BOD5,mg／ｌ) | 200 | 100 | 80 |
| 懸浮固體(S . S . ,mg／ｌ) | 300 | 200 | 150 |
| 化學需氧量(COD,mg／ｌ) | --- | 400 | 250 |
註：環保署79.1.15.(79)環署水字第08049號函核定 適用豬、雞、鴨、鵝等。
表2.台灣省水源保護區畜牧業放流水標準
| 管制項目 | 76-82年 | 82-87年 | 87年以後 |
| 氨 氮(N,mg／ｌ) | --- | 20 | 10 |
| 磷 酸 鹽(P,mg／ｌ) | --- | 10 | 4 |
註：環保署79.1.15.(79)環署水字第08049號函核定 適用非草食性及草食性動物。
表3.養豬場豬糞尿處理前後氮和磷成分分析
| 處 理 前 後 | + NH4-N |
- 3 PO4 |
備 註 |
| 未 處 理 前 | 250-445 | (未測) | |
| 放 流 水 | (120) | 75-105 | (平均值) |
註：資料來源：畜研所傅政敏先生提供。單位：ｍｇ／l
貳、飼料中有機磷有效利用
一、磷對家畜的重要性：
磷是家畜必需的主要礦物質之一，有80%的磷是存在於骨架裡頭，其餘則分佈於軟體組織中，主要扮演的角色是許多有機化合物的一個重要部分，且是一系列的動物體內生化反應所必需的物質，例如在血液中的酸鹼平衡等。其在動物體組織生長的過程中，主要扮演的角色是增加肌肉及骨骼的生長。
二、植酸磷的結構與存在形式：
植酸鹽是一個混合鈣、鎂、鉀與磷等鹽的植酸，中文化學名稱叫作肌─肌(di-hydrogen phosphate)，英文化學名稱為myo-inositol-1,2,3,4,5,6-hexakis。植酸在植芽時需的磷，在飼料中的植酸主要造成磷的不能被單胃動物所吸收利用外，同時亦可能限制了重要微量元素如銅及鋅等的有效利用性。
三、豬隻無能力來利用植酸磷：
通常家畜飼養的主要原料為黃豆、玉米配方，而上述原料外，其他如穀類、油籽粉副產物等原料中，三分之二的磷是以植酸形式存在。以植酸形式存在的磷是不能被動物所利用的，因為單胃動物消化道中，缺乏植酸𠕇酵素，以便來分解植酸的分子結構中的有機磷。反之，反芻動物可確實利用植酸磷，因為反芻動物的瘤胃中的微生物可產生相當多的植酸𠕇。表4中顯示植酸磷在各種飼料原料總磷中所佔的百分比情形。
一般而言，豬隻有能力來利用玉米中的植酸磷約10~12%，可利用黃豆粉中的植酸磷約25~35%(Cromwe11,1989ab,1990)。亦即約有15%的有效磷，是由玉米及黃豆粉提供給生長肥育豬隻。如果飼料配方中不提供無機磷的來源，則豬隻的一切生長性狀及骨骼強度均受影響(詳表5)。因此，豬隻飼料中必需補充相當量的無機磷如磷酸二鈣、去氟磷酸鈣等，以及動物產品如肉骨粉、魚粉等，藉以滿足豬隻對飼料中磷的需求。
四、糞便中的磷造成環境污染問題：
表4.飼料原料中植酸磷佔總磷的百分比情形
| 飼料原料名稱 | 總磷，％ | 植酸磷，％ |
| 玉米粉 | 0.26 | 66 |
| 高粱 | 0.31 | 68 |
| 大麥 | 0.34 | 56 |
| 小麥 | 0.30 | 67 |
| 燕麥 | 0.34 | 56 |
| 黃豆粉 | 0.61 | 61 |
| 棉籽粕 | 1.07 | 70 |
| 芝麻粉 | 1.27 | 81 |
| 麩皮 | 1.37 | 70 |
平均 |
0.65 | 66.1 |
註：取自Nelson et al.(1968)。
表5.生長肥育豬隻供餵缺磷飼料的反應情形
| 性能項目 | 足夠磷飼料 (0.5%) | 低磷飼料* (0.32%) |
| 隻日增重，kg | 0.77(100) | 0.54(70) |
| 飼料：增重 | 3.08(100) | 3.82(124) |
| 瘦肉率，％ | 58.50(100) | 55.90(96) |
| 骨骼強度，kg | 146.00(100) | 77.00(53) |
| 骨骼灰份，％ | 57.40(100) | 52.80(92) |
註：取自Cromwell et al.(1972)；17~92kg體重。
*低磷配方為黃豆─玉米不加磷補充物。
由上述得知在飼料中大部份的磷是不能被利用的，因此最後將由豬隻糞便中排出。糞便中大量的磷排出，已經成為一個環境污染問題，尤其在水資源缺乏地區以及動物密度極高的地區尤然。因為磷不像糞便中的氮，可藉用亞硝酸菌來吸收利用，而形成含氮物質排入空氣中。
事實上豬隻與家禽所排出的磷，大部份是歸回於土壤，或做作物肥料。磷對於水中的植物生長，一般均認為最受限制的營養素(Syers et al.,1973)。如此，糞便中大量的磷比土壤或作物所需的磷還要多得多，而磷與氮最大不同點是前者具有不可濾性，很難從土壤中被沖洗移出(Page and Prat,1975)。被植物利用後多餘的磷，將被轉換成土壤分子中水所不溶解的物質。在土壤中長久多餘磷的蓄積，將成為新鮮水資源的潛在的污染源。尤其是溪流、河川及湖泊等。此種情況將形成環境有關的態勢，尤其當市郊開發後，土地減少的地區，當此地區被開發利用後，土壤中的廢物可能將被重新加以利用。
以美國為例，每年有一億一仟萬噸的家畜及家禽排泄物產生，其中豬糞尿約佔一仟三百四十萬噸(約合10.3%)。而含在豬隻及家禽糞便中的磷約佔1.5~1.7%，比反芻動物糞便中的磷多出2~3倍。每年有一百萬噸的磷被家畜排出，而其中豬隻約排出20萬噸，家禽約排出12萬噸，在美國的豬隻與家禽包辦了三分之一的磷排出量(詳表6)。
而台灣省飼養豬隻頭數79年底在養頭數857萬頭，年約排出3.88百萬噸糞便(以肉豬濕糞便1.24公斤／日計算)，其中約含有磷1.67%，故共排出65萬噸的磷進入土壤中。
表6.美國全年牛豬隻與家禽糞便與磷的排出量情形
家畜名稱 |
糞便量(百萬噸) | 糞便磷含量，% | 磷排出量(千噸) |
| 反芻動物 | |||
| 肉牛 | 52.0 | 0.9 | 468 |
| 圈飼肉牛 | 10.4 | 0.6 | 94 |
| 乳牛 | 25.2 | 0.6 | 151 |
| 羊隻 | 3.8 | 0.6 | 23 |
| 單胃動物 | |||
| 豬隻 | 13.4 | 1.5 | 200 |
| 家禽 | 6.8 | 1.7 | 120 |
合計 |
111.6 | - | 1,056 |
註：取自Sommers and Sutton(1980)與Gillbertson et al.(1984)。
五、如何提高有機磷在單胃動物消化道中的利用性：
(一)提高飼料配方技術選擇有效性磷高的原料：
上述提過原料中有效性磷，因原料別而有不同，為因應政府82年起對水源保護區內畜牧放流水標準，今後飼料方者應考慮飼料原料中有效磷的含量，以便降低配方中無機磷的使用量，源少豬隻糞便中磷的排出量。茲將各種飼料原料中磷的含量與其可消化百分比列如表7、表8、表9、表10等。
(二)提高飼料中有機磷的利用效率：
有一種酵素叫作植酸𠕇(Phytase)，存在於自然界中此酵素有能力來分解釋放植酸中的磷。此植酸𠕇廣泛的分佈於植物體內，真菌屬(Fungi)及某些細菌中，有些甚至於存在某些穀類如小麥及大麥中。
如果在玉米粉與黃豆粉配方飼料中的能添加一些植酸𠕇，使植酸𠕇來分解植酸，即可提高飼料中植酸磷的有效利用性。如此，便可降低飼料配方中無機磷的補充量，終究將減少豬隻糞便中的磷含量。在飼料中添加植酸𠕇並不是一個新的觀念，早在20年前Nelson等(1971)即提出報告謂：細菌中的植酸𠕇可在豬隻及家禽的玉米粉與黃豆粉配方飼料中，改善植酸中有機磷的利用效率。惟當時在製造生產這種酵素時，成本不合經濟效所致，故很少被採用。(待續)
表7.含較高磷量的動物性飼料原料
原料名稱 |
含磷 % | 有效性 % | 原料名稱 |
含磷 % | 有效性 % |
| 骨粉 | 12.40 | 81.7 | 魚精粉 | 1.62 | - |
| 肉骨粉 | 4.58 | 67.9 | 烏賊粉 | 1.33 | - |
| 肉粉 | 5.44 | 93 | 肝末粉 | 1.20 | - |
| 魚粉 | 2.82 | 100 | 脫脂奶粉 | 0.97 | - |
| 蝦殼粉 | 1.72 | - | 乳清粉 | 0.76 | 76.3 |
| 血粉 | 0.30 | 93.3 |
註：佔原乾基％，台灣飼料成分分析(1987)。
NRC(1988)及各研究者等提供生物有效性磷％。
表8.含較高磷量的植物性能量飼料原料
原料名稱 |
含磷 % | 有效性 % | 原料名稱 |
含磷 % | 有效性 % |
| 脫脂米糠 | 2.14 | - | 小麥粉 | 0.33 | 44.9 |
| 米糠(清) | 1.37 | 24.8 | 糙米 | 0.32 | - |
| 麩皮 | 1.16 | 35.3 | 高粱 | 0.31 | 22 |
| 燕麥粉 | 0.62 | 30 | 玉米粉 | 0.28 | 11 |
| 裸麥 | 0.52 | - | 苜蓿粒 | 0.26 | 100 |
| 大麥 | 0.37 | 31 | 未乾燥玉米 | 0.28 | 53.6 |
| 雜交麥 | 0.30 | 46.7 |
註：佔原乾基%，台灣飼料成分分析(1987)。
NRC(1988)及各研究者等提供生物有效性磷％。
表9.含較高磷量的植物性蛋白質飼料原料
原料名稱 |
含磷 % | 有效性 % | 原料名稱 |
含磷 % | 有效性 % |
亞麻仁餅 |
1.94 | 3.2 | 紅花籽粕 |
0.75 | - |
| 棉子粕 | 1.17 |
1.0 | 大豆粕 | 0.71 | 38 |
| 菜籽粕 | 1.17 | - | 椰子粕 | 0.66 | - |
| 葵花籽粕 | 1.15 | 3.2 | 花生粕 | 0.61 | 11.5 |
| 芝麻粕 | 1.03 | - | 全脂粉 | 0.62 | - |
| 玉米筋料 | 0.90 | 59.0 | 豌豆籽 | 0.46 | - |
| 大麥胚芽 | 0.76 | - | 棕櫚仁餅 | 0.59 | 11.0 |
註：佔原乾基%，台灣飼料成分分析(1987)。
NRC(1988)及各研究者等提供生物有效性磷％。
表10.含較高磷量的微生物性飼料原料
原料名稱 |
含磷，％ | 有效性，％ |
| 米酒粕 | 1.80 | - |
| 啤酒酵母 | 1.28 | - |
| 紅露酒粕 | 0.83 | - |
| 啤酒粕 | 0.66 | 71.2 |
| 糖蜜酵母 | 0.66 | - |
註：(1)佔原乾基％，台灣飼料成分分析(1987)。
(2)細胞壁磷脂質成分中的磷其消化亦不佳。
飼料營養雜誌(p.37~43)－張繁雄 ．九二年第七期
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