膨化加工對(duì)玉米糊化及抗?fàn)I養(yǎng)因子消除的影響

■李 麗 孫 杰 李軍國(guó) 李 俊

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081)

玉米中含有抗酸抗酶的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致玉米的消化率低下。玉米中含有大量的抗?fàn)I養(yǎng)因子——非淀粉多糖(None-starch polysaccharides,簡(jiǎn)稱NSP)，NSP是由若干單糖和糖醛酸通過糖苷鍵連接成的多聚體，包括淀粉以外的大部分多糖分子，一般難于被單胃動(dòng)物自身分泌的消化酶所水解[1]，導(dǎo)致玉米的消化利用率較低。玉米中的NSP主要是阿拉伯木聚糖，也稱為戊聚糖或木聚糖。根據(jù)阿拉伯木聚糖在水中的溶解性可將其分為水溶性阿拉伯木聚糖和水不溶性阿拉伯木聚糖[2]。玉米中的阿拉伯木聚糖含量為5.2%，約占總NSP的63%，其中絕大多數(shù)為水不溶性阿拉伯木聚糖，大約占總阿拉伯木聚糖的98%。已經(jīng)有研究表明，阿拉伯木聚糖具有抗?fàn)I養(yǎng)作用，日糧中添加阿拉伯木聚糖時(shí)，蛋白質(zhì)、脂肪和氨基酸的消化率明顯下降，生長(zhǎng)速度、飼料轉(zhuǎn)化率和采食量等也明顯下降（Anto?niou，1990；Choct等，1992）。

膨化加工技術(shù)能夠改善玉米的品質(zhì)。淀粉含量與膨化物的膨化程度呈顯著或極顯著正相關(guān)[3]。玉米中含淀粉65%～72%，膨化加工后，玉米的淀粉糊化度顯著升高，適口性得到改善，消化率顯著提高。

國(guó)內(nèi)外對(duì)阿拉伯木聚糖的研究，主要以麥類為主，重點(diǎn)研究麥類谷物中阿拉伯木聚糖的性質(zhì)、分離與降解等[4-12]，關(guān)于阿拉伯木聚糖對(duì)家禽代謝影響的研究也多以肉雞試驗(yàn)為主[13-14]，對(duì)玉米中阿拉伯木聚糖的研究，側(cè)重于玉米麩和玉米皮中阿拉伯木聚糖的性質(zhì)與提取[15-20]。

目前，飼料界普遍通過添加酶制劑消除抗?fàn)I養(yǎng)因子。有研究表明[21]，木聚糖酶能有效提高家禽飼料中干物質(zhì)的消化率、表觀代謝能和飼料轉(zhuǎn)化效率。但是，木聚糖酶將阿拉伯木聚糖切成單個(gè)的木糖，可以增強(qiáng)結(jié)腸滲透壓，并會(huì)導(dǎo)致濕糞。也有相關(guān)報(bào)道[22]，使用酶制劑后，家禽的糞便更干。因此，添加酶制劑并非是最佳選擇，可采用飼料加工技術(shù)——擠壓膨化加工，以期有效地消除玉米中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。關(guān)于膨化加工對(duì)玉米中阿拉伯木聚糖消解規(guī)律的影響，及膨化玉米淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖含量的相關(guān)性等相關(guān)研究報(bào)道不多，尚待進(jìn)一步研究。因此，本論文通過研究玉米膨化前后阿拉伯木聚糖的變化，及淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖含量的相關(guān)性，為膨化玉米日糧在畜禽飼料中的應(yīng)用，提供一定的參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

本試驗(yàn)所用的膨化玉米和玉米原料由唐山市灤南縣鑫興膨化飼料廠提供。

1.2 單因素試驗(yàn)

不同梯度糊化度的膨化玉米與阿拉伯木聚糖的相關(guān)性研究：在膨化機(jī)正常生產(chǎn)條件下，通過調(diào)整膨化機(jī)參數(shù)，制備不同梯度糊化度的膨化玉米。分別于原料粉碎后和膨化并粉碎后取樣，研究不同糊化度與阿拉伯木聚糖含量的相關(guān)性。

調(diào)質(zhì)溫度對(duì)阿拉伯木聚糖含量的影響研究：在膨化機(jī)正常生產(chǎn)條件下，保持膨化機(jī)其他參數(shù)不變，改變調(diào)質(zhì)溫度，調(diào)質(zhì)溫度設(shè)為5個(gè)梯度60、70、75、80、85 ℃，分別于原料粉碎后和膨化并粉碎后取樣，研究調(diào)質(zhì)溫度對(duì)膨化玉米中阿拉伯木聚糖消解規(guī)律的影響。

膨化溫度對(duì)阿拉伯木聚糖含量的影響研究：在膨化機(jī)正常生產(chǎn)條件下，保持膨化機(jī)其他參數(shù)不變，改變膨化溫度，膨化溫度設(shè)為5個(gè)梯度120、125、135、145、150 ℃，分別于原料粉碎后和膨化并粉碎后取樣，研究膨化溫度對(duì)膨化玉米中阿拉伯木聚糖消解規(guī)律的影響。

1.3 樣品檢測(cè)

水分含量的測(cè)定按照GB/T 6435—2006方法。

淀粉糊化度的測(cè)定按照熊易強(qiáng)[23]的簡(jiǎn)易酶法：通過沸水浴加熱全糊化樣品，然后進(jìn)行酶解、沉淀過濾雜質(zhì)，顯色，紫外分光光度計(jì)在420 nm下檢測(cè)吸光度值，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的糊化度值。

阿拉伯木聚糖的測(cè)定按照馮焱的地衣酚-鹽酸法[24]：稱取100 mg樣品于具塞試管中，加入20 ml、2 mol/l鹽酸溶液，蓋上塞子，100℃水浴2 h，冷卻，過濾。取1 ml濾液于5 ml刻度試管中，稀釋至5 ml。準(zhǔn)確移取1 ml稀釋液于15 ml刻度試管中，依次加入2 ml蒸餾水，0.3 ml、1%地衣酚-乙醇溶液，3 ml、0.1%的FeCl3濃鹽酸溶液，渦旋混合儀上混合均勻。沸水浴中加熱反應(yīng)30 min，取出后迅速冷卻至室溫。點(diǎn)板，酶標(biāo)儀上采用雙波長(zhǎng)法測(cè)定反應(yīng)液吸光度值，其中主波長(zhǎng)為670 nm，基線波長(zhǎng)為580 nm，反應(yīng)液吸光度值為 ΔA（670-580）。

木糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：首先配制100 μg/ml的木糖標(biāo)準(zhǔn)液，分別吸取0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 ml木糖標(biāo)準(zhǔn)液于15 ml試管中，分別補(bǔ)加蒸餾水，使總體積達(dá)到3 ml，然后按照上述地衣酚-鹽酸法進(jìn)行測(cè)定，以吸光度值 ΔA（670-580）為縱坐標(biāo)，木糖濃度（c）為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

樣品中戊聚糖含量計(jì)算公式：

式中：c為木糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度；n為稀釋倍數(shù)；m為樣品質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨化玉米中淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖相關(guān)性的研究（見表1）

表1 不同梯度糊化度的膨化玉米中阿拉伯木聚糖的含量變化

由表1可以看出，玉米經(jīng)過膨化后，最顯著的變化是淀粉糊化度逐漸升高，水分含量降低，阿拉伯木聚糖的含量逐漸減少。

圖1 不同梯度糊化度的膨化玉米中阿拉伯木聚糖的含量變化

如圖1所示,在膨化機(jī)正常配置條件下,得到不同梯度的膨化玉米,淀粉糊化度升高,阿拉伯木聚糖含量降低,淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖含量呈線性負(fù)相關(guān),得出其關(guān)系式為y=-0.011 9x+3.121 9(R2=0.980 1)。

2.2 調(diào)質(zhì)溫度對(duì)阿拉伯木聚糖消解規(guī)律的影響（見表2）

在膨化機(jī)正常配置條件下，只改變調(diào)質(zhì)溫度，對(duì)膨化玉米各項(xiàng)指標(biāo)都有影響，從表2可以看出，隨著調(diào)質(zhì)溫度升高，膨化玉米的淀粉糊化程度加大，阿拉伯木聚糖的含量逐漸減小，由此可見，升高調(diào)質(zhì)溫度有助于減少玉米中的阿拉伯木聚糖，即調(diào)質(zhì)溫度與阿拉伯木聚糖的含量呈線性負(fù)相關(guān)。

表2 不同調(diào)質(zhì)溫度對(duì)糊化度及阿拉伯木聚糖的影響

圖2 不同調(diào)質(zhì)溫度下，膨化玉米中淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖的相關(guān)性分析

通過圖2分析膨化玉米中淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖的相關(guān)性，得出結(jié)論，在不同調(diào)質(zhì)溫度條件下，淀粉糊化度和阿拉伯木聚糖含量呈線性負(fù)相關(guān)，y=-0.055 8x+7.162 6(R2=0.872 2)。

2.3 膨化溫度對(duì)阿拉伯木聚糖消解規(guī)律的影響（見表3）

從表3結(jié)果可以看出，在膨化機(jī)正常配置條件下，隨著膨化溫度升高，糊化度逐漸變大，阿拉伯木聚糖的變化呈下降趨勢(shì)，當(dāng)糊化度達(dá)到最大值后，溫度升高，阿拉伯木聚糖的含量繼續(xù)下降，因此得出結(jié)論：升高膨化溫度有助于降低玉米中的阿拉伯木聚糖的含量。

表3 不同膨化溫度對(duì)糊化度及阿拉伯木聚糖的影響

通過分析淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖含量的相關(guān)性,由圖3可以看出,阿拉伯木聚糖的含量變化整體呈下降趨勢(shì),即升高膨化溫度,淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖含量呈線性負(fù)相關(guān),y=-0.019 5x+3.72(R2=0.705 6)。

圖3 不同膨化溫度下，膨化玉米中淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖的相關(guān)性分析

2.4 膨化過程中調(diào)質(zhì)溫度與膨化溫度對(duì)阿拉伯木聚糖的影響(見表4)

從表4可以看出，調(diào)質(zhì)溫度升高，膨化玉米中阿拉伯木聚糖含量降低；膨化溫度升高，膨化玉米中阿拉伯木聚糖含量也呈下降趨勢(shì)。因此，膨化加工過程中，調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度均有助于降低玉米中的阿拉伯木聚糖。

通過圖4和圖5綜合分析得出結(jié)論，相較于升高膨化溫度，升高調(diào)質(zhì)溫度更有助于促進(jìn)玉米中阿拉伯木聚糖的降解。

表4 調(diào)質(zhì)溫度與膨化溫度對(duì)阿拉伯木聚糖的影響對(duì)比分析

圖4 調(diào)質(zhì)溫度對(duì)玉米中阿拉伯木聚糖含量的影響

圖5 膨化溫度對(duì)玉米中阿拉伯木聚糖含量的影響

3 結(jié)論

3.1 膨化過程中，升高調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度，均有助于降低玉米中阿拉伯木聚糖的含量。玉米經(jīng)過膨化后，糊化度顯著升高，阿拉伯木聚糖含量降低。膨化加工可以顯著升高淀粉糊化度，有效地降低玉米中阿拉伯木聚糖的含量，膨化玉米中淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖的含量呈線性負(fù)相關(guān)。

3.2 由于膨化機(jī)內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，在膨化過程中，即使膨化參數(shù)有很小的改變，都有可能導(dǎo)致膨化玉米品質(zhì)及其各項(xiàng)指標(biāo)的較大變化，因此，在不同調(diào)質(zhì)溫度和不同膨化溫度條件下，膨化玉米中淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖含量的相關(guān)性曲線不盡相同。

4 討論

玉米中的阿拉伯木聚糖主要存在于玉米皮中，玉米聯(lián)產(chǎn)工藝[25]，是一種通過脫皮、破碎、分級(jí)、研磨等一系列的操作，把玉米的胚乳、胚、皮等成分加以分離，得到不同營(yíng)養(yǎng)成分含量的玉米糝（或粉）。木聚糖酶有助于降解木聚糖，在飼料添加劑方面具展示出很大的潛力，但是木聚糖仍然存在較多問題，如木聚糖酶最適條件和熱穩(wěn)定性對(duì)木聚糖酶的使用存在較大限制[26]。因此，有必要對(duì)玉米脫皮工藝、添加木聚糖酶與玉米膨化加工工藝進(jìn)行對(duì)比，為改進(jìn)玉米日糧飼料加工工藝提供依據(jù)。玉米中阿拉伯木聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用限量問題，需要通過動(dòng)物試驗(yàn)來完成，為膨化玉米在飼料業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。