熟化條件對飼用玉米淀粉結(jié)構(gòu)及糊化特性的影響

黃 偉， 楊秀娟，2， 曹志勇， 郝欣蔚， 郭麗華， 陶琳麗，2*， 張 曦，2*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明650201；2.云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，云南昆明650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)與信息工程學(xué)院，云南昆明650201；4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，云南昆明650201；5.云南省保山市動物疫病預(yù)防控制中心，云南保山678000）

熟化條件對飼用玉米淀粉結(jié)構(gòu)及糊化特性的影響

黃 偉1， 楊秀娟1，2， 曹志勇3， 郝欣蔚4， 郭麗華5， 陶琳麗1，2*， 張 曦1，2*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明650201；2.云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，云南昆明650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)與信息工程學(xué)院，云南昆明650201；4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，云南昆明650201；5.云南省保山市動物疫病預(yù)防控制中心，云南保山678000）

熟化條件指飼料熟化過程中的高溫、高濕、高壓以及時間等，飼料熟化時能殺滅飼料原料中的細(xì)菌和病毒等微生物，降解毒素，使抗?fàn)I養(yǎng)因子失活，淀粉糊化，蛋白質(zhì)變性，熟化飼料比普通飼料色、香、味更佳，而且能提高飼料10%～30%利用率。本文就熟化條件對飼用玉米淀粉的顆粒大小、形態(tài)結(jié)構(gòu)、淀粉直/支比、結(jié)晶度以及糊化特性的影響進行了綜述，并闡明飼用玉米熟化溫度89～96℃，水分26%，壓力越高效果越好，旨在為飼用玉米熟化條件的選擇提供理論依據(jù)和參考。

熟化；玉米；淀粉結(jié)構(gòu)；糊化特性

飼料熟化就是飼料通過一定時間的濕熱、高壓處理，使其淀粉糊化，蛋白質(zhì)變性，改善飼料的適口性、穩(wěn)定性，提高消化吸收率的過程。在飼料筒體內(nèi)，飽和蒸汽和物料接觸，蒸汽在物料表面凝結(jié)時放出大量的熱，被粉料吸收使粉料溫度大幅上升（Murray等，2001）。在熱量和水分的共同作用下，粉料開始吸水膨脹，直至破裂，使淀粉變成黏性很大的淀粉糊狀物，有利于顆粒內(nèi)部相互黏結(jié)，同時物料中的蛋白質(zhì)變性，分子成纖維狀，肽鍵伸展疏松，分子表面積增大，流動滯阻，因而黏度增加，有利于顆粒成形 （Peres等，2002；Marty等，1995）。淀粉糊化的實質(zhì)是在加熱的作用下破壞分子間氫鍵的締合，淀粉分子由緊密的有序排列變?yōu)樯y的無序排列，更易于被吸收。目前采用較多的是顆粒成形前進行調(diào)質(zhì)，通過改善調(diào)質(zhì)條件和調(diào)質(zhì)系統(tǒng)提高淀粉的糊化度，進而提高飼料消化率（饒應(yīng)昌，2007）。

1 熟化對淀粉結(jié)構(gòu)的影響

淀粉是由D-葡萄糖單體組成的高聚物，為植物中糖類的主要貯存形式（鄒思湘，2011）。淀粉結(jié)構(gòu)包括淀粉顆粒大小、形態(tài)結(jié)構(gòu)、直鏈淀粉和支鏈淀粉、結(jié)晶度等（余平等，2011）。熟化過程中的高壓、蒸汽、溫度及熟化時間對淀粉結(jié)構(gòu)影響很大，進而影響淀粉糊化度。

1.1 淀粉顆粒大小淀粉顆粒大小影響淀粉的熟化過程以及淀粉的消化吸收，而熟化條件影響淀粉顆粒大小。

Swinkels等 （1985）測量了淀粉顆粒直徑范圍，結(jié)果表明，玉米淀粉的顆粒直徑范圍在3～26 μm。Wang等（2008）采用60、100、140 MPa三種高壓處理勻質(zhì)玉米淀粉，結(jié)果表明，不同壓力條件顆粒大小不同，淀粉的顆粒形狀不規(guī)則。60 MPa高壓處理，淀粉顆粒保留著原來的形狀，有一些很小的淀粉顆粒黏附大顆粒，表明高壓處理后顆粒形狀改變；100 MPa時，部分大淀粉顆粒破裂成小碎顆粒；140 MPa處理又黏附成大顆粒，有4.8%的分布在小于4 μm的范圍內(nèi)，35.1%分布在大于30 μm的范圍。包亞莉等 （2014）利用高靜壓（HHP）處理糯玉米淀粉，粉水比為1/10、3/10、5/ 10、7/10、1，研究水分含量對淀粉顆粒大小的影響，結(jié)果表明，粉水比為3/10及5/10的樣品顆粒已喪失自身形狀，發(fā)生變形，另外，水分含量不一致，顆粒大小也不同。

Franco等（1992）研究表明，擠壓膨化可促使分子間氫鍵斷裂，糊化生成α淀粉，同時可促使淀粉分子內(nèi)1，4糖苷鍵斷裂，致使擠壓產(chǎn)物的淀粉含量下降，淀粉顆粒膨脹。但是淀粉顆粒大小改變到哪種程度更有利于飼料的熟化，值得進一步探究。

1.2 淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu) 淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)和熟化條件相互影響。哪種形態(tài)結(jié)構(gòu)更利于消化吸收有待進一步探究。

張斌等（2010）采用偏光顯微鏡和電鏡掃描蠟質(zhì)玉米淀粉、普通玉米淀粉、高直鏈HylonⅤ玉米淀粉和高直鏈HylonⅦ玉米淀粉，結(jié)果表明，高支鏈玉米淀粉顆粒為多角形，顆粒表面具有多個平面和棱角，顆粒較大而均勻，中間有臍眼；高直鏈玉米顆粒為圓形或橢圓形，顆粒較小，臍眼不明顯。王紹清等（2011）采用電子掃描顯微鏡分析常見可食用玉米淀粉顆粒的超微結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)玉米淀粉顆粒呈多面體形，棱角圓滑，部分未成熟顆粒呈球形，顆粒的表面稍有凹凸不平，有小坑和通向顆粒中心的細(xì)孔。

王瀟（2005）研究表明，普通玉米淀粉在掃描電鏡下為表面光滑、大小不一、近圓球型或橢球型顆粒，顆粒彼此之間界限分明；膨化后淀粉顆粒消逝，在電鏡下看不到任何完整或不完整的顆粒形狀，變成沒有任何界限的膠狀物。

包亞莉等（2014）研究表明，在高壓600 MPa，粉水比1/10時，顆粒最光滑；粉水比為7/10和1的樣品顆粒發(fā)生競爭性吸水，表現(xiàn)出膨脹不均勻性，且出現(xiàn)很多碎片。

1.3 淀粉直鏈與支鏈 淀粉顆粒由直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種高聚物堆積而成 （鄒思湘，2011；余平等，2011）。直鏈淀粉是由α-D-葡萄糖以α-1，4糖苷鍵鏈接而成，分子質(zhì)量約為105～2×106Da，呈左手螺旋構(gòu)象，每6個葡萄糖殘基為一個螺旋周期。不同來源淀粉中直鏈淀粉的含量和結(jié)構(gòu)有一定的差異。支鏈淀粉是由α-D-葡萄糖分子縮合而成的高分子聚合物，分子結(jié)構(gòu)中含有許多分支，除了α-1，4糖苷鍵，還含有較多的α-1，6-糖苷鍵，分子質(zhì)量約為1×106～6×106Da。支鏈淀粉易溶于水，而直鏈淀粉僅微溶于熱水中（李京杰，2011）。

王瀟（2005）研究表明，膨化可降低總淀粉、支鏈淀粉比例，提高直鏈淀粉比例，原因可能是膨化使部分淀粉轉(zhuǎn)化成糊精和一些單糖、雙糖和低聚糖；支鏈淀粉對膨化更敏感，膨化和普通玉米養(yǎng)分分析值見表1。李勇（2010）取低直支比、中直支比和高直支比三種玉米進行研究，結(jié)果顯示，膨化前后直/支比變化不明顯，但是低直支比、中直支比組膨化后總淀粉含量增加 （干物質(zhì)基礎(chǔ)）。Tester （1999）對蠟質(zhì)玉米淀粉、普通和高直鏈玉米淀粉進行研究，表明熱處理后蠟質(zhì)玉米淀粉（全支鏈）和普通玉米淀粉變化很相似，均改善了支鏈淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

表1 膨化和普通玉米養(yǎng)分分析值

直/支比是影響淀粉糊化效果的因素之一。在飼料熟化過程中，總淀粉含量、快消化淀粉、抗性淀粉、直支比會發(fā)生改變。直鏈淀粉含量與高溫蒸煮后抗性淀粉的形成呈正相關(guān)，支鏈淀粉對淀粉熟化更敏感。

1.4 淀粉結(jié)晶度 淀粉的結(jié)晶度是衡量淀粉結(jié)晶程度的指標(biāo)，指淀粉中晶體區(qū)所占的比例。依據(jù)粉末X-射線衍射波譜，淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)分為A型（高度可消化）、B型（不容易消化）和C型（介于A和B之間）（劉培玲等，2014；田曉琳，2014；徐斌等，2012）。

Hizukuri（1985）選取20種不同鏈長分布的支鏈淀粉（11種A型，6種B型，3種C型），研究支鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)以及淀粉的晶體結(jié)構(gòu)。A型支鏈淀粉分子有較短的鏈長，短鏈部分比B類型的多。C類型的鏈長居兩者中間，并且晶體結(jié)構(gòu)取決于溫度，而A、B型對溫度不敏感。Srichuwong （2005）采用15種不同植物來源的淀粉，研究其結(jié)構(gòu)特征與消化酶的關(guān)系。通過豬胰腺α-淀粉酶的消化，不同淀粉的顆粒消化率有顯著差異，A型＞C型＞B型，B型淀粉只有2.5%～7.2%的淀粉能被水解。王瀟（2005）研究膨化對普通玉米淀粉的影響，發(fā)現(xiàn)X-射線衍射波譜峰寬、峰高、峰形發(fā)生一定變化，說明膨化使玉米淀粉的晶體結(jié)構(gòu)受到明顯破壞。

直鏈淀粉含量越高，淀粉結(jié)晶度越低。淀粉的結(jié)晶度影響著畜禽的消化吸收。不同淀粉來源，結(jié)晶度不同。

2 熟化條件對淀粉糊化特性的影響

淀粉膨化過程中膨脹首先發(fā)生在無定形區(qū)，隨著水分增加和溫度的升高，淀粉顆粒會不斷膨脹爆裂，最終導(dǎo)致淀粉的結(jié)晶區(qū)被破壞，發(fā)生糊化。糊化特性包括糊化溫度、峰值黏度、峰值時間、衰減值、回生值等。糊化度是表示飼料熟化程度的一個指標(biāo)。淀粉糊化的實質(zhì)是在加熱的作用下破壞結(jié)晶或非結(jié)晶的淀粉分子間的氫鍵締合，淀粉分子由緊密的有序排列變?yōu)樯y的無序排列，更易于被吸收。糊化度越高，可以認(rèn)為淀粉的可消化性越高。

2.1 壓力對淀粉糊化特性的影響 Liu等（2009）研究熱處理對不同直/支鏈比例淀粉，蠟質(zhì)玉米淀粉0/100，普通玉米淀粉23/77，高直鏈淀粉Ⅰ50/50，高直鏈淀粉Ⅱ80/20的影響。表明熱處理顯著提高了高直鏈玉米淀粉的糊化焓，但是在高支鏈淀粉中沒有改變。Wang等（2008）對1.0%的玉米淀粉水懸液，采用60、100、140 MPa三種高壓處理，結(jié)果表明，隨著壓力的升高，淀粉的糊化開始溫度、峰值溫度均糊化焓、峰高指數(shù)均降低，但是糊化程度升高。葉懷義等（2000）研究高壓對小麥、玉米、綠豆、藕、木薯、甘薯和土豆淀粉糊化特性的影響，結(jié)果表明，糊化溫度的變化趨勢與淀粉種類關(guān)系不大，當(dāng)壓力小于150MPa時，隨壓力升高糊化溫度升高；壓力在150～250 MPa時，糊化溫度變化不大；當(dāng)壓力大于250 MPa時，糊化溫度隨壓力的升高而降低，降低的程度與壓力不呈直線關(guān)系，而是壓力越高，糊化溫度降低越多。Buckow等（2007）采用不同溫度，不同壓力（450、500、550、600、650 MPa）對玉米進行糊化，結(jié)果表明，溫度為40、60℃時，壓力越高，糊化度越高。

綜上所述，不同研究者在自己特定的試驗條件下研究得出結(jié)論，壓力越大淀粉的糊化度越高。

2.2 溫度對淀粉糊化特性的影響 淀粉糊化度越高，越有利于畜禽的消化吸收。淀粉的糊化隨著溫度的升高而增大。直鏈淀粉含量越高，所需糊化溫度越高。熱處理顯著提高了高直鏈玉米淀粉的糊化焓，但是高支鏈淀粉沒有改變，說明支鏈淀粉對糊化溫度不敏感。

張現(xiàn)玲等（2013）、胡彥茹等（2011）、Cowieson等（2005）用不同溫度處理玉米基礎(chǔ)日糧，結(jié)果表明，溫度為70～90℃時，隨著溫度升高，糊化度增加。胡友軍等（2002）對玉米進行不同溫度處理，結(jié)果表明，溫度為88.6～95.8℃時，淀粉糊化度最高。玉米基礎(chǔ)日糧與單純玉米熟化溫度有一定的差異（表2）。

表2 玉米日糧與玉米最適糊化溫度

2.3 水分對淀粉糊化特性的影響 水分含量（水和蒸汽）在熟化的過程中具有重要的作用，對淀粉的糊化過程有一定的影響。水作為一種增塑劑，可影響淀粉分子的遷移，決定淀粉分子鏈間的聚合速率，對淀粉的糊化和老化特性影響很大。不同淀粉完全糊化所需的水分含量不同。周國燕等（2009）采用差示掃描量熱法（DSC）研究水分含量對大米淀粉熱力學(xué)行為的影響，結(jié)果表明，隨著水分含量的增加，淀粉糊化溫度提高，糊化熱焓變化明顯，且不同淀粉完全糊化所需的水分含量不同。Svihus等（2008）認(rèn)為，淀粉的特性決定糊化溫度和糊化程度，而飼料加工中水分含量較低能夠限制淀粉的糊化程度。程譯鋒和過世東（2009）探究工藝參數(shù)對配合飼料淀粉糊化度的影響，結(jié)果表明，當(dāng)水分含量為17%～26%時，隨著水分含量的增大，淀粉糊化度增加，當(dāng)水分含量為26%～32%時，隨著水分含量的升高，糊化度又有下降的趨勢（傅曉麗等，2012）。當(dāng)水分含量為26%時，淀粉的糊化度較高，效果較好。

壓力、溫度、水分對淀粉糊化特性影響較大，此外，作用時間也對淀粉糊化度有一定的影響，若時間較短可能導(dǎo)致熟化不完全，時間較長又會造成過度熟化及資源的浪費。

3 小結(jié)

通過對飼用玉米進行一定時間的高溫、高壓、蒸汽處理，使其淀粉糊化，改善飼料的適口性、穩(wěn)定性，完成飼料熟化過程，進而提高飼料的消化吸收率，但是不同粉碎粒度的玉米所需要的條件不同。本文綜述得出飼用玉米熟化條件為：溫度89～96℃，水分26%，壓力越高，飼料糊化度越高。為以后不同淀粉結(jié)構(gòu)和不同粉碎粒度玉米熟化條件的研究提供了理論依據(jù)。

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Curing conditions refers to the high temperature，high humidity，high pressure and time in the process of feed maturation.When the feed maturation，it can kill microorganisms such as bacteria and viruses in feed ingredients and it can degrade toxins.The curing make the antinutritional factors inactivation，starch gelatinization and protein denaturation. The curing feed are better than ordinary in color，aroma，taste.It can improve the feed utilization rate of 10%～30%.Therefore，this paper reviews the effect of curing conditions on the change of forage-corn starch particle size，morphology of starch，amylose/amylopectin ratio，crystallinity and the influence of gelatinization characteristics.It is concluded that in the process of curing.Forage-corn ripening temperature at 89～96℃，26%moisture and the higher pressure the better.Those results provided the theoretical basis for selection and reference in forage maize curing conditions.

curing；corn；starch structure；gelatinization characteristics

S816.9

A

1004-3314（2017）03-0012-04

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20170304

云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室開放基金（DYCX2015003）；云南省重大科技專項“高原優(yōu)質(zhì)肉雞產(chǎn)業(yè)工程化技術(shù)研發(fā)集成與示范推廣”（2016ZA008）

*通訊作者