不同蛋白質(zhì)源對(duì)高蛋白質(zhì)水產(chǎn)飼料膨化工藝參數(shù)和加工質(zhì)量的影響

梁曉芳　李軍國(guó)　薛　敏,3,4*　王　嘉　吳秀峰

鄭銀樺1　韓　芳1　秦玉昌2

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京100081；2.農(nóng)業(yè)部食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展研究所，北京100081；3.農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京100081；4.淡水水產(chǎn)健康養(yǎng)殖湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢430070)

不同蛋白質(zhì)源對(duì)高蛋白質(zhì)水產(chǎn)飼料膨化工藝參數(shù)和加工質(zhì)量的影響

梁曉芳1,2李軍國(guó)1薛敏1,3,4*王嘉1吳秀峰1

鄭銀樺1韓芳1秦玉昌2

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京100081；2.農(nóng)業(yè)部食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展研究所，北京100081；3.農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京100081；4.淡水水產(chǎn)健康養(yǎng)殖湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢430070)

摘要：本試驗(yàn)旨在研究魚粉(FM)、棉籽濃縮蛋白(CPC)、發(fā)酵豆粕(FSM)這3種蛋白質(zhì)源及不同配比對(duì)高蛋白質(zhì)水產(chǎn)飼料膨化工藝參數(shù)及加工質(zhì)量的影響。采用濕法雙螺桿擠壓膨化生產(chǎn)工藝，以魚粉飼料為對(duì)照，然后分別以棉籽濃縮蛋白、發(fā)酵豆粕及二者組合替代47%或100%的魚粉，共配制出7種飼料(粗蛋白質(zhì)含量45.45%～48.55%,總能18.11～20.33 MJ/kg)，分別命名為FM、FM×CPC、FM×FSM、CPC、FM×CPC×FSM、FSM、CPC×FSM。結(jié)果表明：植物蛋白質(zhì)源替代魚粉后，擠壓溫度降低，螺桿轉(zhuǎn)速提高，且增加了生產(chǎn)的能耗。隨著植物蛋白質(zhì)比例的增加，擠壓溫度降低，兩者呈顯著負(fù)相關(guān)(R2=0.926 2)。不同蛋白質(zhì)源對(duì)膨化飼料除耐久性指數(shù)外的加工質(zhì)量參數(shù)均產(chǎn)生了顯著影響(P<0.05)。FM組的容重、水中穩(wěn)定性顯著高于其他各組(P<0.05)；相反，隨著植物蛋白質(zhì)比例的增加，膨化飼料的硬度和膨脹度隨之增加，其中CPC組的徑向膨脹度顯著高于其余各組(P<0.05)，而發(fā)酵豆粕的添加量與飼料硬度呈顯著正相關(guān)(R2=0.978 1)。由此可知，相比魚粉，發(fā)酵豆粕和棉籽濃縮蛋白均顯著增加了膨化飼料的徑向膨脹度，使加工能耗增加顯著；棉籽濃縮蛋白的容重低于發(fā)酵豆粕和魚粉，利于加工浮性飼料，不利于加工沉性飼料。

關(guān)鍵詞：魚粉；棉籽濃縮蛋白；發(fā)酵豆粕；工藝參數(shù)；加工質(zhì)量

魚粉(fish meal,FM)作為傳統(tǒng)的肉食性魚類飼料中的主要蛋白質(zhì)源，成為水產(chǎn)飼料成本的重要構(gòu)成，近幾年受海洋環(huán)境的惡化，漁業(yè)資源的短缺，魚粉價(jià)格不斷上漲，在肉食性魚類上用植物蛋白質(zhì)源替代魚粉的研究成為趨勢(shì)[1-3]。目前的研究主要集中在植物蛋白質(zhì)源替代魚粉后對(duì)魚體生長(zhǎng)代謝[4-7]、健康免疫[8-9]等的影響方面。擠壓膨化工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用在特種水產(chǎn)動(dòng)物飼料加工中。不同蛋白質(zhì)源在擠壓膨化過(guò)程中具有不同的加工特性，例如，與魚粉相比，植物蛋白質(zhì)源容重較低、含有較高含量的碳水化合物[1]，這些特性勢(shì)必會(huì)對(duì)飼料加工質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響[10-12]。水產(chǎn)擠壓膨化飼料的加工質(zhì)量參數(shù)包括膨脹度、容重、硬度、水中穩(wěn)定性、油脂吸附力等[13]，質(zhì)量好的膨化飼料要具備多孔性、高韌性、高水中穩(wěn)定性，以便于油脂吸收、運(yùn)輸和儲(chǔ)存以及減少對(duì)水體環(huán)境的污染，這些參數(shù)很大程度上受蛋白質(zhì)源種類及配比的影響，因此研究蛋白質(zhì)源的制粒特性對(duì)水產(chǎn)飼料的生產(chǎn)工藝具有重要意義。

棉籽濃縮蛋白(cottonseed protein concentrate,CPC)和發(fā)酵豆粕(fermented soybean meal,FSM)作為魚粉替代蛋白質(zhì)源，具有高蛋白質(zhì)含量、高消化率、低抗?fàn)I養(yǎng)因子及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。目前有關(guān)大豆蛋白制粒特性的研究較多[14-16]，而鮮有棉籽濃縮蛋白和發(fā)酵豆粕對(duì)飼料加工工藝參數(shù)影響的報(bào)道。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，其對(duì)水產(chǎn)飼料的要求也越來(lái)越高，因此掌握不同原料的加工規(guī)律具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文旨在通過(guò)研究魚粉、棉籽濃縮蛋白、發(fā)酵豆粕3種蛋白質(zhì)源對(duì)高蛋白質(zhì)水產(chǎn)飼料膨化工藝參數(shù)和加工質(zhì)量的影響，為植物蛋白質(zhì)源替代魚粉的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1材料與方法

1.1原料及飼料生產(chǎn)工藝

3種蛋白質(zhì)源分別為低溫干燥魚粉(Triple-nine，丹麥)、發(fā)酵豆粕(北京金泰得生物科技股份公司)、棉籽濃縮蛋白(北京中唐瑞德生物科技有限公司)，其營(yíng)養(yǎng)成分及加工特征見(jiàn)表1。

表1　魚粉、發(fā)酵豆粕和棉籽濃縮蛋白的營(yíng)養(yǎng)成分及加工特征

無(wú)氮浸出物=100-(水分+粗蛋白質(zhì)+粗脂肪+粗灰分+粗纖維)。

Nitrogen free extract=100-(moisture+crude protein+crude lipid+ash+crude fibre).

以魚粉飼料為對(duì)照，然后分別以棉籽濃縮蛋白、發(fā)酵豆粕及二者組合替代47%或100%的魚粉，共配制出7種試驗(yàn)飼料(粗蛋白質(zhì)含量45.45%～48.55%；總能18.11～20.33 MJ/kg)，分別命名為FM、FM×CPC、FM×FSM、CPC、FM×CPC×FSM、FSM、CPC×FSM，試驗(yàn)飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表2。所有試驗(yàn)飼料均在國(guó)家飼料安全評(píng)價(jià)基地生產(chǎn)。飼料原料混合均勻后利用牧羊雙螺桿擠壓機(jī)(MY56×2A，模孔直徑2.0 mm)，設(shè)置典型沉性飼料加工參數(shù)范圍后制成擠壓膨化飼料，擠壓膨化條件根據(jù)每組飼料擠出產(chǎn)品的表觀性狀進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，詳細(xì)記錄各加工環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，包括：擠壓膨化腔溫度、擠壓溫度、水流速率、螺桿轉(zhuǎn)速、切刀轉(zhuǎn)速、孔徑面積、電流、電壓、產(chǎn)量、生產(chǎn)總能耗等，其中擠壓膨化腔溫度、水流速率、螺桿轉(zhuǎn)速通過(guò)中控傳感器顯示得到，擠壓溫度是采用紅外測(cè)溫儀測(cè)出的膨化機(jī)最后一區(qū)的溫度，記錄每組飼料做料過(guò)程中穩(wěn)定時(shí)的電流，得出每組飼料的生產(chǎn)總能耗。為了保證每組飼料在擠壓膨化過(guò)程中不受脂肪水平的影響，各組飼料的外加油脂部分和物料混合后直接擠壓，每組5%的油脂由真空后噴涂機(jī)完成。加工成型飼料采用多點(diǎn)采樣法取樣用于加工質(zhì)量指標(biāo)分析。

1.2受試原料營(yíng)養(yǎng)成分及加工飼料質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定方法

原料和飼料樣品營(yíng)養(yǎng)成分分析采用AOAC(1995)方法。其中，水分含量采用105 ℃常壓干燥法測(cè)定；粗蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮儀(FOSS KjeltecTM2300，Denmark)測(cè)定；粗脂肪含量依據(jù)GB/T 6433—2006全脂肪測(cè)定法，樣品經(jīng)酸水解后，采用脂肪儀(FOSS SoxtecTM 2050，Denmark)測(cè)定。

飼料硬度采用質(zhì)構(gòu)分析儀(TA.XT2，Surrey，UK)測(cè)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)為隨機(jī)采集20個(gè)樣品的平均值。

表2　試驗(yàn)飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1)魚油和豆油采用真空噴涂機(jī)噴涂 Fish oil and soybean oil were sprayed by vacuum coater。

2)預(yù)混料為每千克飼料提供 Provided the following per kg of diets:VA 20 mg，VD310 mg，VK320 mg，VE 400 mg，VB110 mg，VB215 mg，VB615 mg，VB128 mg，煙酸 niacin 100 mg，VC 1 000 mg，泛酸鈣 calcium patotheniate 40 mg，肌醇 inositol 200 mg，生物素 biotin 2 mg，葉酸 folic acid 10 mg，MgSO4·5H2O 2 000 mg，F(xiàn)eSO4·H2O 300 mg，ZnSO4·H2O 220 mg，MnSO4·H2O 25 mg，CuSO4·5H2O 10 mg，Na2SeO35 mg，CoCl2·6H2O 5 mg，KI 3 mg，NaCl 432 mg，抗氧化劑 antioxidant 200 mg，玉米蛋白粉 corn gluten meal 150 mg，沸石粉 zeolite powder 4 800 mg。

3)無(wú)氮浸出物=100-(水分+粗蛋白質(zhì)+粗脂肪+粗灰分+粗纖維) Nitrogen free extract=100-(moisture+crude protein+crude lipid+ash+crude fibre)。

膨脹度：包括徑向膨脹度和軸向膨脹度，飼料的徑向和軸向粒徑如圖1所示，徑向膨脹度是指膨化飼料的徑向粒徑與?？字睆?2 mm)的比值，軸向膨脹度是指各植物蛋白質(zhì)替代組膨化飼料的軸向粒徑與魚粉組飼料的軸向粒徑的比值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)為隨機(jī)采集30個(gè)樣品的平均值。

耐久性指數(shù)：利用二箱式耐久性指數(shù)測(cè)試儀測(cè)定。

水中穩(wěn)定性：根據(jù)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T 1077—2004[17]測(cè)定。

容重：根據(jù)單位體積的飼料重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

淀粉糊化度：參照熊易強(qiáng)[18]的方法測(cè)定。

油脂吸附力：取1 000 g膨化飼料樣品，置于真空噴涂機(jī)中，再將過(guò)量的(150 g)豆油通過(guò)噴涂機(jī)進(jìn)行噴涂。油脂被吸收后，取出膨化飼料，多余的油脂用紙巾吸除。測(cè)定最終被膨化飼料吸收的油脂重量，得出油脂吸附力。

圖1　膨化飼料徑向粒徑和軸向粒徑示意圖

1.3數(shù)據(jù)分析

用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 17.0對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SE)表示，單因素方差分析(one-way ANOVA)通過(guò)Duncan氏法多重比較檢驗(yàn)差異顯著性，以P<0.05為差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)。由于飼料加工質(zhì)量的不同變量單位不同，數(shù)據(jù)首先經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后采用SPSS因子分析法對(duì)飼料加工質(zhì)量參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1蛋白質(zhì)源對(duì)膨化機(jī)主機(jī)制粒加工工藝參數(shù)的影響

不同蛋白質(zhì)源對(duì)膨化機(jī)主機(jī)制粒加工工藝參數(shù)的影響見(jiàn)表3。7組飼料在制粒系統(tǒng)中擠壓腔溫度均以擠壓腔2最高，然后依次是擠壓腔1、擠壓腔3、擠壓腔4。其中FM、FM×CPC、CPC×FSM組4個(gè)擠壓腔溫度均高于其余4組對(duì)應(yīng)擠壓腔溫度。擠壓溫度測(cè)定結(jié)果接近擠壓腔4溫度，將FM、FM×CPC×FSM、CPC×FSM組的擠壓溫度進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，隨著植物蛋白質(zhì)比例的增加，擠壓溫度降低，兩者呈顯著負(fù)相關(guān)，如圖2所示。FM×FSM、CPC、FSM、CPC×FSM組的螺桿轉(zhuǎn)速高于其余3組。生產(chǎn)總能耗結(jié)果表明，F(xiàn)M和FM×CPC組較低，F(xiàn)SM和CPC×FSM組較高，即相比魚粉，植物蛋白質(zhì)作為蛋白質(zhì)源會(huì)增加生產(chǎn)的能耗。

表3　飼料膨化工藝參數(shù)

2.2不同蛋白質(zhì)源對(duì)飼料加工質(zhì)量的影響

不同蛋白源對(duì)擠壓膨化高蛋白質(zhì)水產(chǎn)飼料的容重、硬度、膨脹度、水中穩(wěn)定性、耐久性指數(shù)、淀粉糊化度、油脂吸附力等加工質(zhì)量指標(biāo)均產(chǎn)生了影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

7組飼料的容重在426.7～604.7 g/L之間，F(xiàn)M組顯著高于其余6組(P<0.05)；而CPC組最低，顯著低于其余6組(P<0.05)。

7組飼料中，硬度在FSM組最高(P<0.05)，顯著高于其他各組(P<0.05)；在CPC×FSM組最低，但與FM、FM×CPC×FSM組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。將添加發(fā)酵豆粕作為蛋白質(zhì)源的4組飼料進(jìn)行一元線性回歸分析，結(jié)果表明硬度隨發(fā)酵豆粕添加量的增加而升高，呈顯著正相關(guān)，如圖3所示。

圖2　植物蛋白質(zhì)比例與擠壓溫度的關(guān)系

在相同切刀轉(zhuǎn)速下，徑向膨脹度在CPC組最高，顯著高于其余各組(P<0.05)；在CPC×FSM組最低，顯著低于其余各組(P<0.05)。軸向膨脹度在FM×FSM組最高，顯著高于其余各組(P<0.05)；在FM組最低，顯著低于其余各組(P<0.05)。在3種單一蛋白質(zhì)源飼料(FM、FSM、CPC組)中，F(xiàn)M組的徑向膨脹度和軸向膨脹度均顯著低于其余2組(P<0.05)。

飼料水中穩(wěn)定性以FM組最高，顯著高于含有植物蛋白質(zhì)源的各組(P<0.05)，以FSM組最低，但與CPC×FSM組無(wú)顯著差異(P>0.05)。

FM×FSM和CPC組淀粉糊化度達(dá)到100%，但FM×CPC×FSM組的淀粉糊化度也很高(達(dá)到91.04%)，與上述2個(gè)淀粉全糊化組無(wú)顯著差別(P>0.05)。7組飼料中，CPC×FSM組淀粉糊化度最低，但與FM、FM×CPC、FSM組無(wú)顯著差異(P>0.05)。飼料耐久性指數(shù)在各組之間差別較小，均在99.808%～99.968%之間，相互之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，但以CPC組最高，CPC×FSM組最低。

表4　不同蛋白質(zhì)源對(duì)膨化飼料加工質(zhì)量的影響

同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)無(wú)字母或相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Values in the same row with no letter or the same small letter superscripts indicated no significant difference (P>0.05), while with different capital letter superscripts indicated significant difference (P<0.05).

對(duì)4種純植物或純動(dòng)物蛋白質(zhì)源飼料(FM、CPC、FSM、CPC×FSM組)進(jìn)行油脂吸附力的測(cè)定，結(jié)果表明，CPC組最高，其次為CPC×FSM組，兩者無(wú)顯著差異(P>0.05)；FM組最低，顯著低于CPC、CPC×FSM組(P<0.05)；FSM與其余3組均無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.3飼料加工質(zhì)量各參數(shù)的相關(guān)關(guān)系

飼料加工質(zhì)量各參數(shù)具有很高的相關(guān)性。由7組飼料加工質(zhì)量參數(shù)采用因子分析得到的矩陣見(jiàn)表5。相關(guān)系數(shù)大于0.6被認(rèn)為相關(guān)性顯著。因此，容重與徑向膨脹度、淀粉糊化度呈顯著負(fù)相關(guān)；硬度與徑向膨脹度、軸向膨脹度、淀粉糊化度和耐久性指數(shù)均呈顯著正相關(guān)；徑向膨脹度與淀粉糊化度和耐久性指數(shù)具有顯著正相關(guān)性，而軸向膨脹度與水中穩(wěn)定性具有顯著負(fù)相關(guān)；油脂吸附力與容重呈顯著負(fù)相關(guān)，與軸向膨脹度呈顯著正相關(guān)。

圖3　發(fā)酵豆粕添加量與硬度的關(guān)系

3討論

通過(guò)優(yōu)化原料加工工藝和蛋白質(zhì)源的合理配比，開(kāi)發(fā)高比例替代魚粉的植物蛋白質(zhì)源是未來(lái)水產(chǎn)飼料發(fā)展的重點(diǎn)。本研究評(píng)估了魚粉、棉籽濃縮蛋白、發(fā)酵豆粕3種蛋白質(zhì)源對(duì)高蛋白質(zhì)水產(chǎn)飼料濕法膨化系統(tǒng)膨化工藝參數(shù)和加工質(zhì)量的影響。植物蛋白質(zhì)源替代魚粉后對(duì)膨化機(jī)工藝參數(shù)和飼料加工質(zhì)量產(chǎn)生了顯著影響。物料在擠壓腔內(nèi)經(jīng)擠壓、剪切、摩擦、混合、擠出使飼料中的淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性，物料之間的各組分產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理和化學(xué)反應(yīng)，物料在宏觀和微觀結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生重大變化。該試驗(yàn)所用膨化機(jī)分為4個(gè)擠壓腔，分別包括供料區(qū)、揉和區(qū)、熟化區(qū)、膨脹區(qū)，每個(gè)腔可實(shí)施分別控制，調(diào)節(jié)、平衡前后腔的溫度，用于不同物性飼料加工不同階段所需溫度的調(diào)節(jié)。供料區(qū)段的主要作用是物料輸送以及對(duì)物料的初步壓縮，在揉和區(qū)段，物料滯留時(shí)間最長(zhǎng)，物料經(jīng)強(qiáng)烈攪拌、混合、剪切等作用，逐漸熟化或熔化；再進(jìn)入熟化區(qū)段，物料得到進(jìn)一步的熟化，淀粉進(jìn)一步糊化，蛋白質(zhì)完全變性，最后進(jìn)入擠壓腔體的最后一區(qū)，擠壓腔溫度下降，熔融的物料由于溫度和壓力的突然下降，水蒸汽迅速膨脹和散失，使產(chǎn)品形成多孔結(jié)構(gòu)。分析該試驗(yàn)結(jié)果，7組飼料的擠壓腔溫度變化規(guī)律為擠壓腔2>擠壓腔1>擠壓腔3>擠壓腔4，說(shuō)明混合、剪切、熟化以及糊化過(guò)程主要在前3個(gè)區(qū)完成，最后一區(qū)主要負(fù)責(zé)溫度下降形成飼料多孔結(jié)構(gòu)。

據(jù)Ilo等[19]報(bào)道，大豆?jié)饪s蛋白組與擠壓溫度值之間具有顯著的正相關(guān)性是由于轉(zhuǎn)矩增加和黏性耗散的間接作用，而本試驗(yàn)中植物蛋白質(zhì)比例與擠壓溫度之間呈顯著負(fù)相關(guān)，很可能是由于擠壓溫度測(cè)定結(jié)果與擠壓腔溫度有關(guān)，數(shù)值上接近擠壓腔4，而植物蛋白質(zhì)源替代魚粉后，更有利于膨脹，因此所需擠壓腔溫度隨替代比例的增加呈降低趨勢(shì)。本試驗(yàn)中，植物蛋白質(zhì)原料的吸水性大于魚粉(魚粉：1.43±0.02；棉籽濃縮蛋白：2.26±0.07；發(fā)酵豆粕：1.98±0.01)，而原料吸水性強(qiáng)會(huì)引起飼料黏度的增加[15,20]，進(jìn)而導(dǎo)致植物蛋白質(zhì)作為蛋白源相比魚粉會(huì)增加生產(chǎn)的能耗。也有研究表明高含量的豆粕會(huì)增加能耗，過(guò)世東等[21]研究豆粕部分替代魚粉、菜籽粕、棉籽粕對(duì)水產(chǎn)飼料的影響后發(fā)現(xiàn)，隨著豆粕替代比例的增加，電耗升高。電耗升高的主要原因是原料具有較大的摩擦阻力，但原料的摩擦阻力尚未見(jiàn)有人進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)定。

水產(chǎn)飼料的膨脹度是一項(xiàng)重要指標(biāo)，它會(huì)影響飼料的容重、硬度、油脂吸附力等[22]。飼料膨脹的主要原因分別來(lái)自壓模膨脹和水的驟蒸發(fā)，后者引起的膨脹更明顯。目前，對(duì)于不同淀粉源引起膨脹度變化的研究較多[23-26]，而對(duì)蛋白質(zhì)源的研究相對(duì)較少。本試驗(yàn)中，F(xiàn)M組的徑向膨脹度和軸向膨脹度均顯著低于添加了棉籽濃縮蛋白和發(fā)酵豆粕的組，主要由于魚粉的淀粉含量低于植物蛋白質(zhì)源。徑向膨脹度以CPC組最高，可能由于棉籽濃縮蛋白原料的容重低，利于膨脹，而發(fā)酵豆粕則主要是軸向膨脹，大豆蛋白傾向于形成纖維性結(jié)構(gòu)的特性可能是導(dǎo)致添加了大豆?jié)饪s蛋白的組徑向膨脹度低于添加了棉籽濃縮蛋白的組的原因[15]。而本試驗(yàn)軸向膨脹度的結(jié)果差異除了與植物蛋白質(zhì)源的膨脹特性有關(guān)外，也與飼料生產(chǎn)過(guò)程中人為調(diào)節(jié)切刀轉(zhuǎn)速有關(guān)，切刀轉(zhuǎn)速增加會(huì)導(dǎo)致軸向膨脹度減小。因?yàn)樵趯?shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，不同蛋白質(zhì)源在相同的膨化工藝條件下并不能得到理想長(zhǎng)度的膨化料產(chǎn)品，因此需要根據(jù)實(shí)際出料情況進(jìn)行人為調(diào)整。

表5　膨化飼料加工質(zhì)量參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系

*表示顯著相關(guān)。

* mean significant correlation.

高蛋白質(zhì)水產(chǎn)飼料分沉性和浮性飼料兩大類，前者主要適用于鱘魚、鮭鱒類等品種，后者廣泛應(yīng)用于鱸魚、真鯛及石斑魚等高檔海水魚，還有部分品種如大口黑鱸適宜投喂懸浮性顆粒飼料。水產(chǎn)飼料的容重直接影響飼料的沉浮性。Glencross等[27]研究表明，對(duì)于水產(chǎn)飼料，容重小于525 g/L的飼料呈浮性。本試驗(yàn)7組配方飼料中，CPC組容重最低，為(426.7±2.7) g/L，顯著低于其余6組，為浮性飼料，這與3種蛋白質(zhì)原料中棉籽濃縮蛋白的容重最低(表1)有關(guān)。其次，F(xiàn)M×FSM組的容重為(461.3±2.7) g/L，也為浮性飼料，而容重最高的為FM組，達(dá)到600 g/L以上，為絕對(duì)沉性飼料，其余幾組容重均在500～600 g/L之間，為懸浮性飼料。容重與膨脹度呈顯著負(fù)相關(guān)[28]，徑向膨脹度是直接影響飼料浮性或者沉性的，膨脹度越高，則容重越低。在單一蛋白質(zhì)源條件下，F(xiàn)M組的膨脹度低于CPC和FSM組，說(shuō)明植物蛋白質(zhì)源部分替代魚粉有利于降低飼料容重，便于浮性飼料的生產(chǎn)，動(dòng)物蛋白質(zhì)有利于生產(chǎn)沉性飼料，原料容重與飼料容重直接相關(guān)。棉籽濃縮蛋白適合在懸浮性和浮性高檔海水魚飼料中應(yīng)用，而生產(chǎn)快沉性飼料則需要容重較高的動(dòng)物蛋白質(zhì)原料。

膨化料的硬度和耐久性指數(shù)是為了保證在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中的物料完整性，硬度太小、耐久性指數(shù)太低均會(huì)產(chǎn)生過(guò)多碎料[29]。本試驗(yàn)的7組配方飼料中，F(xiàn)SM組的硬度最大，且發(fā)酵豆粕的添加量與硬度呈顯著正相關(guān)，本試驗(yàn)的結(jié)果與前人的觀點(diǎn)[15-16]一致。對(duì)本試驗(yàn)7組配方飼料的相關(guān)性分析表明，硬度與徑向膨脹度呈顯著正相關(guān)，該結(jié)果與S?rensen等[30]的報(bào)道一致。耐久性指數(shù)的結(jié)果分析表明，各組飼料的耐久性指數(shù)均較高，各組之間無(wú)顯著差異。

水中穩(wěn)定性是指飼料入水浸泡一定時(shí)間后保持組成成分不被溶解和不散失的性能。穩(wěn)定性差的飼料容易在水中發(fā)生溶解、溶脹和潰散[31]。因此，水中穩(wěn)定性是水產(chǎn)飼料特有的衡量水產(chǎn)飼料質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本試驗(yàn)的7組飼料中，以純魚粉飼料的水中穩(wěn)定性最高，而添加發(fā)酵豆粕會(huì)降低飼料的水中穩(wěn)定性。據(jù)報(bào)道，常用原料加工后水中穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次為面粉、棉籽粕、小麥、魚粉、菜籽粕、豆粕、蠶蛹、麩皮、玉米黃粉、玉米、米糠。此外，蛋白質(zhì)原料的種類也是影響飼料水中穩(wěn)定性的重要因素，一般新鮮優(yōu)質(zhì)原料的黏結(jié)能力強(qiáng)[32]。本試驗(yàn)所用魚粉為丹麥進(jìn)口魚粉，采用低溫干燥技術(shù)制備，高質(zhì)量魚粉本身的加工功能性較高是其所配制飼料水中穩(wěn)定性最高的主要原因。

膨化飼料干燥后進(jìn)行油脂的后噴涂有利于產(chǎn)品能夠快速地吸收油脂，以滿足魚類對(duì)能量的需求以及減少在加工過(guò)程中對(duì)熱敏性組分的損失，并且極大提高了飼料的外觀價(jià)值。真空噴涂工藝主要是通過(guò)真空系統(tǒng)管路抽出混合腔內(nèi)的空氣，包括膨化料中的氣體，以保證壓入外界大氣后噴進(jìn)的油脂更多深入飼料內(nèi)部，使油脂在膨化料內(nèi)外均勻分布。由此可以看出，飼料的膨脹度越高，比表面積越大，對(duì)油脂的吸附越充分。本試驗(yàn)對(duì)單一蛋白質(zhì)源的飼料進(jìn)行了油脂吸附力的測(cè)定，結(jié)果表明，不同蛋白質(zhì)源、不同膨脹度飼料對(duì)油脂吸附力會(huì)產(chǎn)生顯著影響，膨脹度越高，油脂吸附力越大，二者呈顯著正相關(guān)。

4結(jié)論

相比魚粉，發(fā)酵豆粕和棉籽濃縮蛋白均增加了膨化飼料的徑向膨脹度，使加工能耗增加顯著；且棉籽濃縮蛋白的容重低于發(fā)酵豆粕和魚粉，利于加工浮性飼料，不利于加工沉性飼料。

參考文獻(xiàn)：

[1]CARTER C G,HAULER R C.Fish meal replacement by plant meals in extruded feeds for Atlantic salmon,SalmosalarL.[J].Aquaculture,2000,185(3/4):299-311.

[2]ASLAKSEN M A,KRAUGERUD O F,PENN M,et al.Screening of nutrient digestibilities and intestinal pathologies in Atlantic salmon,Salmosalar,fed diets with legumes,oilseeds,or cereals[J].Aquaculture,2007,272(1/2/3/4):541-555.

[3]YUN B,XUE M,WANG J,et al.Fishmeal can be totally replaced by plant protein blend at two protein levels in diets of juvenile Siberian sturgeon,AcipenserbaeriiBrandt[J].Aquaculture Nutrition,2014,20(1):69-78.

[4]PRATOOMYOT J,BENDIKSEN E ?,CAMPBELL P J,et al.Effects of different blends of protein sources as alternatives to dietary fishmeal on growth performance and body lipid composition of Atlantic salmon (SalmosalarL.)[J].Aquaculture,2011,316(1/2/3/4):44-52.

[5]BURR G S,WOLTERS W R,BARROWS F T,et al.Replacing fishmeal with blends of alternative proteins on growth performance of rainbow trout (Oncorhynchusmykiss),and early or late stage juvenile Atlantic salmon (Salmosalar)[J].Aquaculture,2012,334-337:110-116.

[6]YUN B,MAI K S,ZHANG W B,et al.Effects of dietary cholesterol on growth performance,feed intake and cholesterol metabolism in juvenile turbot (ScophthalmusmaximusL.) fed high plant protein diets[J].Aquaculture,2011,319(1/2):105-110.

[7]KORTNER T M,GU J N,KROGDAHLA ?,et al.Transcriptional regulation of cholesterol and bile acid metabolism after dietary soyabean meal treatment in Atlantic salmon (SalmosalarL.)[J].British Journal of Nutrition,2013,109(4):593-604.

[8]DENG J M,KANG B,TAO L L,et al.Effects of dietary cholesterol on antioxidant capacity,non-specific immune response,and resistance toAeromonashydrophilain rainbow trout (Oncorhynchusmykiss) fed soybean meal-based diets[J].Fish & Shellfish Immunology,2013,34(1):324-331.

[9]KOKOU F,RIGOS G,HENRY M,et al.Growth performance,feed utilization and non-specific immune response of gilthead sea bream (SparusaurataL.) fed graded levels of a bioprocessed soybean meal[J].Aquaculture,2012,364-365:74-81.

[10]KRAUGERUD O F,SVIHUS B.Effects of online pretreatment of plant ingredients on processing responses and physical properties in extruded fish feed[J].Animal Feed Science and Technology,2011,168(3/4):250-256.

[11]DRAGANOVIC V,VAN DER GOOT A J,BOOM R,et al.Wheat gluten in extruded fish feed:effects on morphology and on physical and functional properties[J].Aquaculture Nutrition,2013,19(6):845-859.

[12]KRAUGERUD O F,J?RGENSEN H Y,SVIHUS B.Physical properties of extruded fish feed with inclusion of different plant (legumes,oilseeds,or cereals) meals[J].Animal Feed Science and Technology,2011,163(2/3/4):244-254.

[13]SAMUELSEN T A,MJ?S S A,OTERHALS ?.Impact of variability in fishmeal physicochemical properties on the extrusion process,starch gelatinization and pellet durability and hardness[J].Animal Feed Science and Technology,2013,179(1/2/3/4):77-84.

[14]DRAGANOVIC V,BOOM R M,JONKERS J,et al.Lupine and rapeseed protein concentrate in fish feed:a comparative assessment of the techno-functional properties using a shear cell device and an extruder[J].Journal of Food Engineering,2014,126:178-189.

[15]DRAGANOVIC V,VAN DER GOOT A J,BOOM R,et al.Assessment of the effects of fish meal,wheat gluten,soy protein concentrate and feed moisture on extruder system parameters and the technical quality of fish feed[J].Animal Feed Science and Technology,2011,165(3/4):238-250.

[16]S?RENSEN M,STJEPANOVIC N,ROMARHEIM O H,et al.Soybean meal improves the physical quality of extruded fish feed[J].Animal Feed Science and Technology,2009,149(1/2):149-161.

[17]中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部.SC/T 1077—2004漁用配合飼料通用技術(shù)要求[S].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2005.

[18]熊易強(qiáng).飼料淀粉糊化度(熟化度)的測(cè)定[J].飼料工業(yè),2000,21(3):30-31.

[19]ILO S,TOMSCHIK U,BERGHOFER E,et al.The effect of extrusion operating conditions on the apparent viscosity and the properties of extrudates in twin-screw extrusion cooking of maize grits[J].LWT-Food Science and Technology,1996,29(7):593-598.

[20]LIN S,HUFF H E,HSIEH F.Texture and chemical characteristics of soy protein meat analog extruded at high moisture[J].Journal of Food Science,2000,65(2):264-269.

[21]過(guò)世東,胡建偉,趙娟,等.豆粕部分替代魚粉、菜籽粕、棉籽粕對(duì)水產(chǎn)飼料的影響[J].糧食與飼料工業(yè),2003(12):48-50.

[22]ROSENTRATER K A,MUTHUKUMARAPPAN K,KANNADHASON S.Effects of ingredients and extrusion parameters on aquafeeds containing DDGS and potato starch[J].Journal of Aquaculture Feed Science and Nutrition,2009,1(1):22-38.

[23]GLENCROSS B,BLYTH D,TABRETT S,et al.An assessment of cereal grains and other starch sources in diets for barramundi (Latescalcarifer)-implications for nutritional and functional qualities of extruded feeds[J].Aquaculture Nutrition,2012,18(4):388-399.

[24]KANNADHASON S,MUTHUKUMARAPPAN K,ROSENTRATER K A.Effect of starch sources and protein content on extruded aquaculture feed containing DDGS[J].Food and Bioprocess Technology,2011,4(2):282-294.

[25]AH-HEN K,LEHNEBACH G,LEMUS-MONDACA R,et al.Evaluation of different starch sources in extruded feed for Atlantic salmon[J].Aquaculture Nutrition,2014,20(2):183-191.

[26]袁軍,薛敏,吳立新,等.不同淀粉源對(duì)膨化飼料顆粒質(zhì)量及吉富羅非魚表觀消化率的影響[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2014,26(8):2209-2216.

[27]GLENCROSS B,RUTHERFORD N,JONES B.Evaluating options for fishmeal replacement in diets for juvenile barramundi (Latescalcarifer)[J].Aquaculture Nutrition,2011,17(3):e722-e732.

[28]ILO S,LIU Y,BERGHOFER E.Extrusion cooking of rice flour and amaranth blends[J].LWT-Food Science and Technology,1999,32(2):79-88.

[29]AAS T S,OEHME M,S?RENSEN M,et al.Analysis of pellet degradation of extruded high energy fish feeds with different physical qualities in a pneumatic feeding system[J].Aquacultural Engineering,2011,44(1):25-34.

[30]S?RENSEN M,MORKEN T,KOSANOVIC M,et al.Pea and wheat starch possess different processing characteristics and affect physical quality and viscosity of extruded feed for Atlantic salmon[J].Aquaculture Nutrition,2011,17(2):e326-e336.

[31]HILTON J W,CHO C Y,SLINGER S J.Effect of extrusion processing and steam pelleting diets on pellet durability,pellet water absorption,and the physiological response of rainbow trout (SalmogairdneriR.)[J].Aquaculture,1981,25(2/3):185-194.

[32]李振,陳玉林.提高水產(chǎn)飼料水中穩(wěn)定性的措施[J].中國(guó)飼料,2004(12):26-27.

(責(zé)任編輯菅景穎)

Effects of Different Protein Sources on Extrusion Processing Parameters and Processing Quality for High Protein Aquatic Feed

LIANG Xiaofang1,2LI Junguo1XUE Min1,3,4*WANG Jia1WU Xiufeng1ZHENG Yinhua1HAN Fang1QIN Yuchang2

(1. Feed Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, China; 2. Institute of Food and Nutrition Development, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China; 3. Key Laboratory of Feed Biotechnology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China; 4. Freshwater Aquaculture Collaborative Innovation Center of Hubei Province, Wuhan 430070, China)

Abstract:In this study, we determined the effects of fish meal (FM), cottonseed protein concentrate (CPC) and fermented soybean meal (FSM) formulated as sole or combined protein sources in aquatic feed on the extrusion processing parameters and processing quality. Extrusion processing was conducted by a twin-screw extruder with steam heating and pre-conditioning system. FM diet was set as control diet, CPC and FSM were sole or combined used to replace 47% or 100% of FM, and then, seven diets with 45.45% to 48.55% crude protein and 18.11 to 20.33 MJ/kg gross energy were formulated and named as FM, FM×CPC, FM×FSM, CPC, FM×CPC×FSM, FSM and CPC×FSM, respectively. The results showed that the reduction of extrusion temperature and increase of screw speed and energy consumption were caused after the FM was replaced by plant proteins. With the plant protein proportion increasing, the extrusion temperature was reduced, and there was a significant negative correlation between them (R2=0.926 2). Processing quality parameters except durable index of extrusion feed were significantly affected by different protein sources. The bulk density and stability in water in FM group were significantly higher than those in other group (P<0.05). On the contrary, with the increase of plant protein proportion, hardness and expansion degree of extrusion feed were increased. Moreover, the radial expansion degree in CPC group was significantly higher than that in other groups (P< 0.05), and there was a significant positive correlation between the supplementation of fermented soybean meal and hardness of extrusion feed (R2=0.978 1). In conclusion, both FSM and CPC can significantly increase feed radial expansion and energy consumption compared with FM. Moreover, the bulk density of CPC is significantly lower than that of FSM and FM, which is beneficial to the production of floating feed, but not good to the production of sinking feed.[Chinese Journal of Animal Nutrition, 2016, 28(5)：1496-1505]

Key words:fish meal; cottonseed protein concentrate; fermented soybean meal; extrusion processing parameters; processing quality

doi：10.3969/j.issn.1006-267x.2016.05.026

收稿日期：2015-12-15

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)(2014CB138600)；國(guó)家自然科學(xué)基金(31372539，31572631)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201203015，201203023)；北京市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(SCGWZJ201600031-1)

作者簡(jiǎn)介：梁曉芳(1988—)，女，山東威海人，博士研究生，研究方向?yàn)樗a(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料安全。E-mail: liangxiaofanglxf@163.com *通信作者：薛敏，研究員，博士生導(dǎo)師，E-mail: xuemin@caas.cn

中圖分類號(hào)：S963

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-267X(2016)05-1496-10

*Corresponding author, professor, E-mail: xuemin@cass.cn