不同因素對(duì)水產(chǎn)飼料淀粉糊化度的影響

馮 幼，許合金，劉 定，陳子騰，許進(jìn)奉，黎相廣，關(guān)立增，吳 丹

（1.湛江東騰飼料有限公司，廣東 湛江 524072；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣州 510642；3.延邊大學(xué)，吉林 延吉 133002；4.廣東溢多利生物科技股份有限公司，廣東 珠海 519060）

我國(guó)水產(chǎn)飼料行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，無(wú)論是生產(chǎn)規(guī)模還是生產(chǎn)技術(shù)都得到了較大幅度地提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年我國(guó)水產(chǎn)飼料產(chǎn)量為1 348萬(wàn)t，較1991年增長(zhǎng)18倍，成為世界上最大的水產(chǎn)飼料生產(chǎn)國(guó)，2012年產(chǎn)量再創(chuàng)新高，至1 855萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)12.29%[1-2]。受采食環(huán)境的限制，水產(chǎn)飼料在水體中必須具有良好的穩(wěn)定性（耐水性），淀粉的糊化程度是影響耐水性的主要因子之一。淀粉糊化度高，不僅使飼料具有良好的耐水性，而且熟化后的淀粉更容易被水產(chǎn)動(dòng)物消化吸收，能夠降低餌料系數(shù)。本文主要從原料及飼料加工環(huán)節(jié)等方面著手，探討其對(duì)淀粉糊化度的影響。

1 淀粉定義及糊化過(guò)程

淀粉是由多個(gè)葡萄糖分子經(jīng)脫水反應(yīng)聚合形成的高分子碳水化合物，其分子式為（C6H10O5）n。根據(jù)分子鏈的不同可將淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。其中直鏈淀粉僅含α-1，4-糖苷鍵，而支鏈淀粉是通過(guò)α-1，4-糖苷鍵和α-1，6-糖苷鍵將葡萄糖分子鏈接形成的[3]。

植物中的淀粉均以淀粉顆粒形式存在，不同種類(lèi)的淀粉顆粒其理化性質(zhì)存在較大差異。直鏈淀粉顆粒小，各分子之間締合程度大，結(jié)晶區(qū)域也大，在50～60℃時(shí)，能夠溶解于水。支鏈淀粉不僅顆粒大，結(jié)構(gòu)疏松，而且由于支鏈鍵之間的相互作用，使得水分子不易進(jìn)入其結(jié)構(gòu)內(nèi)部，但當(dāng)溫度升高到100℃時(shí)，支鏈淀粉開(kāi)始溶解于水，隨著溫度繼續(xù)升高，其溶解度也隨之增加，形成有黏性的溶液，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為淀粉的糊化，又稱(chēng)α化[4-5]。淀粉要完成整個(gè)糊化過(guò)程，必須要經(jīng)歷3個(gè)階段，即可逆吸水階段、不可逆吸水階段以及顆粒解體階段。在可逆吸水階段，淀粉不發(fā)生任何性質(zhì)的變化，即使在冷水中浸泡，淀粉顆粒會(huì)由于少量吸水而體積略有膨脹，但未影響到淀粉顆粒中的結(jié)晶部分，其基本性質(zhì)不發(fā)生改變，在此階段進(jìn)入顆粒內(nèi)的水分子可隨淀粉的重新干燥而被排出。隨著外界溫度的進(jìn)一步升高，淀粉分子內(nèi)的一些化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，水分子開(kāi)始逐漸進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)的結(jié)晶區(qū)域，使得顆粒結(jié)晶區(qū)域由排列緊密狀態(tài)變?yōu)槭杷蔂顟B(tài)，對(duì)水的吸入量迅速增加，這一階段屬于不可逆的吸水階段。在顆粒解體階段，隨著外界溫度繼續(xù)升高，淀粉顆粒吸水膨脹到一定限度后，顆粒外圍的支鏈淀粉被脹破，內(nèi)部的直鏈淀粉被釋放出來(lái)，擴(kuò)展開(kāi)的淀粉分子相互纏繞、聯(lián)結(jié)，形成網(wǎng)狀含水膠體，完成糊化過(guò)程[6]。

2 不同原料淀粉的糊化特性

淀粉的糊化特性是淀粉在糊化過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的一系列特征。淀粉顆粒的膨脹行為除了跟淀粉的來(lái)源和淀粉顆粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)外，還跟其支鏈淀粉的性質(zhì)有關(guān)，其中直鏈淀粉起到稀釋和抑制膨脹的作用[5]。曾潔等研究發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉含量對(duì)淀粉的糊化溫度具有極顯著的影響[7]。雷宏等報(bào)道，小麥糊化時(shí)的峰值黏度、糊化溫度、低谷黏度、崩解值、最終黏度、衰減值和峰值時(shí)間均隨直鏈淀粉添加量的增加而下降[8]。由于不同原料的淀粉中所含的直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例也不同。部分淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例見(jiàn)附表[5]。因此，不同原料其淀粉的糊化特性不同，即使同一原料因品種不同其糊化特性也有區(qū)別。池曉菲等進(jìn)行小麥、大麥、玉米、水稻和高粱糊化特性比較，結(jié)果顯示，高粱糊化溫度最高，其次是玉米和水稻，最低的是小麥和大麥；在糊化所需的熱能方面，水稻糊化所需熱能最高，達(dá)5.74 J·g-1，其次是小麥為4.82 J·g-1，最低的是玉米，僅為2.31 J·g-1[9]。這跟馬力等研究結(jié)果相類(lèi)似[10]。張凱等比較了22種不同品種玉米的淀粉糊化特性，發(fā)現(xiàn)不同玉米品種不僅支鏈淀粉含量不同，而且其熱力學(xué)性質(zhì)和糊化特性也存在顯著差異[11]。喬富強(qiáng)等研究結(jié)果也證實(shí)了上述觀點(diǎn)[12]。

附表 部分淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例 %

3 飼料加工工藝對(duì)淀粉糊化特性影響

3.1 粉碎粒度

原料經(jīng)適當(dāng)粉碎后，飼料中有限的淀粉數(shù)變成更多的粒子數(shù)，淀粉顆粒的表面積增加，就有更多的機(jī)會(huì)水熱作用。此外，粒度的減小減少了水分達(dá)到顆粒中心的距離，縮短了水分滲透時(shí)間?？傊?，粒度的減小有利于糊化度的提高。程譯鋒等研究發(fā)現(xiàn)，粒度和淀粉糊化度增加值呈直線(xiàn)負(fù)相關(guān)[13]。廖娜等以玉米粉為原料，研究了在不同粉碎粒度下玉米粉的淀粉糊化情況，結(jié)果顯示，當(dāng)玉米顆粒的粒徑從20.01μm降至7.89μm時(shí)，淀粉糊化度也從1.28%增加到21.41%[14]。劉強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)，小麥的糊化溫度能夠隨著粒度的減小而下降，而其黏度上升[15]。潘思佚等比較了不同粒度的早秈米理化特性，結(jié)果顯示，不同粉碎粒度的早秈米其糊化溫度有所不同，粉碎粒度的越小，早秈米的糊化溫度越低[16]。王偉等研究了不同粒度對(duì)玉米糊化度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著粉碎粒度的減小，玉米的糊化度先上升后下降，其中，粉碎粒度為20目的玉米糊化度最高，達(dá)到35.06%，分別較6目和10目粉碎粒度提高57.15%和62.84%（P＜0.05），80目的玉米糊化度分別較6目和10目粉碎粒度提高53.38%和58.94%（P＜0.05），與20目的玉米糊化度無(wú)顯著性差異（P＞0.05）[17]。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是在粒度較大時(shí)，玉米顆粒的分子表面跟水接觸的面積較少，而且水分子進(jìn)入到玉米顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時(shí)間就相對(duì)較長(zhǎng)，從而降低玉米糊化度。當(dāng)粉碎粒度＞80目時(shí)，雖然玉米顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，降低玉米糊化度，但在數(shù)值上還是高于6目和10目粉碎粒度的玉米糊化度。這跟吳俊等研究結(jié)果相一致[18]。

3.2 調(diào)質(zhì)

淀粉的糊化實(shí)質(zhì)上是淀粉顆粒結(jié)構(gòu)由有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序狀態(tài)的熵增過(guò)程，提高溫度有利于整個(gè)過(guò)程的轉(zhuǎn)化。調(diào)質(zhì)是飼料加工過(guò)程中的一個(gè)重要過(guò)程，同時(shí)也是影響淀粉糊化的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在調(diào)質(zhì)過(guò)程中通過(guò)加入熱干飽和蒸汽，使原料溫度和水分增加，提高了淀粉的糊化度。李啟武研究發(fā)現(xiàn)，隨著調(diào)質(zhì)溫度的提高以及調(diào)質(zhì)時(shí)間的增加，淀粉糊化度得到顯著的提高，調(diào)質(zhì)濕度和調(diào)質(zhì)時(shí)間對(duì)淀粉糊化度的影響見(jiàn)表2[19]。王偉等報(bào)道，相同粒度的玉米，其糊化度隨調(diào)質(zhì)溫度的升高而提高，其中，90℃組玉米糊化度較70℃組提高25.43%（P＜0.05）[17]。胡友軍等研究了不同調(diào)質(zhì)溫度、時(shí)間和水分條件對(duì)玉米糊化度的影響，結(jié)果顯示，升高溫度能夠在不同程度上提高玉米中淀粉的糊化度，當(dāng)溫度＞90℃時(shí)，其糊化度提高的幅度最大[20]。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，水分是影響淀粉糊化度的重要因子之一。當(dāng)水分＜31.25%時(shí)，即使改變溫度（60～120℃）和時(shí)間（5～65min）的組合均難使淀粉糊化度提高到30%。高溫低水分引起淀粉糊化度下降的原因可能是：在高溫下干熱處理淀粉，容易形成“酶阻力淀粉”和“極限糊精”；在水分含量低的情況下對(duì)淀粉進(jìn)行高溫處理，使直鏈淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成結(jié)構(gòu)緊密的“高分子直鏈積聚體”，即使達(dá)到糊化溫度，也只有少許微晶束結(jié)構(gòu)產(chǎn)生輕微振動(dòng)，而分子間氫鍵難以斷裂，從而降低了淀粉的糊化度[21-22]。

表2 調(diào)質(zhì)溫度和調(diào)質(zhì)時(shí)間對(duì)淀粉糊化度的影響%

3.3 制粒

經(jīng)過(guò)水熱處理后的粉狀飼料通過(guò)制粒機(jī)的機(jī)械壓縮并強(qiáng)制通過(guò)?？?，使其形成顆粒飼料，在高溫和高壓環(huán)境條件下，淀粉的糊化度也得到進(jìn)一步提高。在壓力700MPa條件下，2min可使86.8%玉米淀粉完成糊化，當(dāng)調(diào)質(zhì)時(shí)間增至5min時(shí)，可使玉米淀粉達(dá)到100%的糊化。李啟武研究了制粒對(duì)淀粉糊化度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在70和75℃制粒溫度下，顆粒飼料的糊化度分別較制粒前提高53.66%和61.90%（P＜0.05）；通過(guò)二次調(diào)質(zhì)后，在65和70℃制粒溫度下，顆粒飼料的糊化度分別較制粒前提高84.14%和87.70%（P＜0.05）[19]。周兵等分別對(duì)制粒前后鯉魚(yú)前期料、中期料和后期料的糊化度進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，鯉魚(yú)前期料、中期料和后期料制粒前的淀粉糊化度分別為46.02%、43.19%和41.01%，制粒后的淀粉糊化度分別較制粒前提高24.29%（P＜0.05）、12.53%（P＜0.05）和9.51%（P＞0.05）[23]。程譯鋒等報(bào)道，飼料在制粒后其淀粉糊化度分別較調(diào)質(zhì)前和調(diào)質(zhì)后提高92.13%（P＜0.05）和10.94%（P＞0.05）[13]。

3.4 膨化

飼料在膨化腔內(nèi)經(jīng)過(guò)一個(gè)高溫瞬時(shí)的過(guò)程，形成一種膨松多孔的顆粒[24-26]。張祥等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)膨化加工后，玉米糊化度能夠達(dá)到94.8%，而未經(jīng)膨化的玉米糊化度僅為14.7%，膨化過(guò)程中蒸汽添加量以及壓力環(huán)的直徑均對(duì)玉米糊化度產(chǎn)生顯著性影響，在一定范圍內(nèi)，壓力環(huán)直徑越大，玉米糊化度越高[27]。壓力環(huán)對(duì)淀粉糊化度的影響原因可能是原料在推進(jìn)過(guò)程中，隨著壓力環(huán)直徑的增大，升高了擠壓腔內(nèi)的壓力和溫度，從而提高了淀粉的糊化度[27]。趙建偉等報(bào)道，原料在經(jīng)過(guò)膨化機(jī)的揉和區(qū)、熟化區(qū)時(shí)隨溫度的升高而提高原料的糊化度。除了溫度、水分和時(shí)間外，剪切力可通過(guò)對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械破裂而引起原料糊化度發(fā)生變化。在轉(zhuǎn)速為130～210 rpm，淀粉糊化度能夠隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而提高[28]。程譯鋒等研究也發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)速為50～150 rpm，淀粉糊化度隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而顯著提高（P＜0.05）。然而，螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)于提高淀粉糊化度有一定限度，當(dāng)螺桿速度超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)使原料在膨化機(jī)內(nèi)停留時(shí)間減少，減弱了其受摩擦和剪切作用的程度，從而降低了淀粉的糊化度[29]。趙建偉等研究結(jié)果表明，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速＞210 rpm時(shí)，淀粉糊化度不但沒(méi)有提高，反而有下降的趨勢(shì)[28]。關(guān)正軍等報(bào)道，擠壓膨化系統(tǒng)參數(shù)對(duì)原料淀粉糊化度影響的主次順序依次為：擠壓機(jī)模頭溫度、?？卓讖?、物料水分以及螺桿轉(zhuǎn)速[30]。李麗等在膨化機(jī)正常配置條件下，改變調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度，制備不同梯度糊化度的膨化玉米，研究結(jié)果表明，調(diào)質(zhì)溫度或膨化溫度升高，淀粉糊化度增大，阿拉伯木聚糖含量降低。淀粉糊化度與阿拉伯木聚糖呈線(xiàn)性負(fù)相關(guān)[31]。程譯鋒等研究表明，在調(diào)質(zhì)后水分26%～30%，喂料速度30～60 rpm，螺桿轉(zhuǎn)速150～250 rpm，機(jī)筒溫度120～135℃。飼料的淀粉糊化度為90%～92%，蛋白質(zhì)體外消化率為90%～92%[32]。

3 小結(jié)

原料中淀粉的含量以及淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例是影響淀粉糊化的決定性因素，而糊化現(xiàn)象的發(fā)生需要滿(mǎn)足一定溫度和水分條件。在飼料加工環(huán)節(jié)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)原料的溫度和水分，從而引起淀粉糊化度發(fā)生改變。通過(guò)了解影響淀粉糊化度各因素，可為提高飼料生產(chǎn)過(guò)程中淀粉糊化度、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益奠定基礎(chǔ)。

[1]鐘文彪，馮幼，許合金，等.水產(chǎn)動(dòng)物誘食劑的研究進(jìn)展[J].飼料博覽，2013（7）:34-37.

[2]張璐.2012年水產(chǎn)飼料銷(xiāo)售實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)[J].廣東飼料，2013，22（5）:23.

[3]潘明.馬鈴薯和玉米淀粉的特性及其應(yīng)用比較[J].中國(guó)馬鈴薯，2001，15（4）:222-226.

[4]孫成斌.直鏈淀粉與支鏈淀粉的差異[J].黔南民族師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（2）:36-38.

[5]葉元土，蔡春芳，張寶彤，等.魚(yú)類(lèi)營(yíng)養(yǎng)與飼料配制[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[6]徐恒.小麥淀粉糊化特性及相關(guān)因素的研究[D].合肥:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[7]曾潔，李新華，高海燕.直鏈淀粉含量對(duì)玉米糊化性質(zhì)的影響[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，37（5）:740-743.

[8]雷宏，王曉曦，曲藝，等.小麥粉中的淀粉對(duì)其糊化特性的影響[J].糧食與飼料工業(yè)，2010（10）:8-11.

[9]池曉菲，吳殿星，樓向陽(yáng)，等.五種禾谷作物淀粉糊化特性的比較研究[J].作物學(xué)報(bào)，2003，29（2）:300-304.

[10]馬力，李新華，路飛，等.小米淀粉與玉米淀粉糊性質(zhì)比較研究[J].糧食與油脂，2005（2）:22-25.

[11]張凱，李新華，趙前程，等.不同品種玉米淀粉糊化特性比較[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，36（1）:107-109.

[12]喬富強(qiáng)，姚華，王曉霞，等.不同品種玉米的化學(xué)成分、淀粉糊化度及活體外發(fā)酵特性的比較[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2007，19（4）:424-428.

[13]程譯鋒，袁信華，過(guò)世東.加工對(duì)飼料蛋白質(zhì)體外消化率和糊化度的影響[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2009，24（2）:125-128.

[14]廖娜，譚鶴群.不同微細(xì)化程度玉米粉的淀粉糊化度研究[J].飼料工業(yè)，2007，28（21）:27-30.

[15]劉強(qiáng)，田建珍，李佳佳.小麥粉粒度對(duì)其糊化特性影響的研究[J].現(xiàn)代面粉工業(yè)，2012（6）:16-20.

[16]潘思軼，王可興，劉強(qiáng).不同粒度超微粉碎米粉理化特性研究[J].食品科學(xué)，2004，25（5）:58-62.

[17]王偉，王洪榮，朱素華，等.處理溫度、時(shí)間和物料粒度對(duì)玉米糊化度的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（6）:2 836-2 837，2 892.

[18]吳俊，謝守和.玉米淀粉的粒度效應(yīng)對(duì)其糊化行為影響研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2006，21（1）:51-54.

[19]李啟武.不同加工工段對(duì)淀粉糊化度的影響[J].飼料工業(yè)，2002，23（1）:7-9.

[20]胡友軍，周安國(guó)，楊鳳，等.飼料淀粉糊化的適宜加工工藝參數(shù)研究[J].飼料工業(yè)，2002，23（12）:5-8.

[21]Xue Q，Newman R K，Newman CW.Effects of heat treatment of barley starches on in vitro digestibility and glucose response in rats[J].CerealChemistry，1996，73（5）:588-592.

[22]王德培.干熱處理對(duì)淀粉化學(xué)組成的影響及與粉絲品質(zhì)關(guān)系研究[J].仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，10（1）:62-66.

[23]周兵，李樹(shù)文，張宏玲，等.不同淀粉含量飼料制粒后淀粉糊化度、水分、溫度以及顆粒質(zhì)量的變化初探[J].飼料廣角，2006（8）:24-26.

[24]Singh B，Sekhonk S，Singh N.Effects of moisture，temperature and levelofpea gritson extrusion behavior and product characteristicsofrice[J].Food Chemistry，2007，100（1）:198-202.

[25]汪沐.雙螺桿擠壓膨化機(jī)在水產(chǎn)飼料加工中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[J].新飼料，2007，1:37-41.

[26]劉雄偉，范文海.水產(chǎn)飼料擠壓膨化機(jī)的特性分析和正確選用[J].飼料工業(yè)，2006，27（7）:1-3.

[27]張祥，程秀花，趙國(guó)琦，等.擠壓膨化工藝對(duì)玉米糊化度的影響[J].飼料工業(yè)，2005，26（19）:1-4.

[28]趙建偉，金征宇.單螺桿擠壓沉性膨化飼料的工藝研究[J].飼料工業(yè)，2004，25（5）:30-34.

[29]程譯鋒，過(guò)世東.膨化參數(shù)對(duì)飼料淀粉糊化度和蛋白質(zhì)體外消化率的影響[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2009，36（6）:54-59，70.

[30]關(guān)正軍，申德超，劉遠(yuǎn)洋.擠壓膨化對(duì)玉米淀粉糊化程度影響的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2003（1）:51-55.

[31]李麗，孫杰，李軍國(guó)，等.膨化加工對(duì)玉米糊化及抗?fàn)I養(yǎng)因子消除的影響[J].飼料工業(yè)，2013，34（7）:20-23.

[32]程譯鋒，過(guò)世東.膨化參數(shù)對(duì)飼料淀粉糊化度和蛋白質(zhì)體外消化率的影響[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2009，36（6）:54-60.