擠壓膨化技術對飼料原料的影響及其在畜牧生產(chǎn)中的應用

李佳凝，劉 洋，曹淑鑫，陳盈霖，王 超，陳志輝，劉大偉，徐良梅

（東北農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，黑龍江哈爾濱 150030）

擠壓膨化技術對飼料原料的影響及其在畜牧生產(chǎn)中的應用

李佳凝，劉 洋，曹淑鑫，陳盈霖，王 超，陳志輝，劉大偉，徐良梅*

（東北農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，黑龍江哈爾濱 150030）

擠壓膨化技術是現(xiàn)代飼料加工中普遍應用的一項技術。利用擠壓膨化技術使飼料物性發(fā)生質的變化，可極大改善飼料的產(chǎn)品品質，在提高動物生長性能、預防動物腹瀉、下痢等疾病方面有著獨特的優(yōu)勢。本文主要討論擠壓膨化技術原理、擠壓膨化技術對飼料原料特性的影響，以及擠壓膨化工藝在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中的應用。最后結合我國飼料業(yè)的資源狀況，對膨化羽毛粉技術的應用前景做展望。

擠壓膨化技術；飼料；羽毛粉；生產(chǎn)應用

擠壓膨化處理能提高原料利用率、破壞抗營養(yǎng)因子使原料的營養(yǎng)成分最大限度保留下來[1]，同時可改善產(chǎn)品適口性、殺滅有害細菌、延長飼料保質期以便于貯藏、減少資源浪費，在畜牧養(yǎng)殖中具有廣闊應用前景。韓穎[2]研究發(fā)現(xiàn)，膨化過程中，蛋白分子內部空間結構變?yōu)檩^完整的定向排列結構，降低了蛋白粉容重，提高蛋白保水性；玉米擠壓膨化組通過調節(jié)水分來改變氮溶指數(shù)，當水分為12%時，蛋白氮溶指數(shù)高達61.7%，顯著高于酸、堿改性組，提高了玉米蛋白水解度。 陳建寶[3]研究發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化處理可大幅度提高麥麩淀粉的利用率及蛋白體外消化率。Sobota等[4]對膨化后飼料原料的微觀結構的分析發(fā)現(xiàn)，膨化后二硫鍵及蛋白空間結構發(fā)生變化，可促進動物消化吸收，顯著提高飼料的利用率。白兆鵬等[5]研究發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化后飼料中抗營養(yǎng)因子降低，適口性得到改善。對禽類的研究同樣發(fā)現(xiàn)，飼喂膨化菜籽的日糧能夠顯著提高肉雞[6-7]、肉鴨[8]的生長性能。隨著畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，在飼料原料開發(fā)與應用中，擠壓膨化技術受到研究者廣泛關注，且在提高動物消化率、降低飼料成本和環(huán)境污染、改善適口性、補充動物性蛋白飼料等方面具有廣闊前景。

1 擠壓膨化技術原理及擠壓膨化過程中物料原料的結構變化

飼料原料在擠壓機中的螺桿作用下，經(jīng)高溫、高壓及剪切多單元復合操作處理，由粉末變?yōu)楹隣睿鞍踪|發(fā)生變性，其他營養(yǎng)物質也發(fā)生改變[9]。飼料原料被噴出瞬間，由于壓強瞬間降低，水分迅速氣化，膠狀原料中水蒸氣逸出形成微孔并迅速冷卻定型，原料膨化過程結束。擠壓過程中溫度、壓力的變化見圖1[10]。

圖1 擠壓過程中溫度與壓力隨時間變化曲線

擠壓膨化通過改變物料原料的角蛋白空間結構，提高動物消化吸收。處理過程中角蛋白內部發(fā)生不可逆的組織化熱變性，二硫鍵、空間結構被破壞，蛋白分子重新組合成較小、易被消化吸收的線狀蛋白。但胱氨酸隨著二硫鍵的斷裂被破壞，破壞程度與膨化溫度呈正比，可通過調節(jié)膨化溫度，提高胱氨酸的留存率與消化率。

2 擠壓膨化技術對飼料原料特性的影響

擠壓膨化處理不僅能有效地使原料中抗營養(yǎng)因子失活，而且有利于改變蛋白質空間結構、淀粉糊化、增加可溶性纖維，提高適口性和消化率，延長飼料保質期[11]。擠壓膨化技術對飼料原料特性的影響具有重要意義。

2.1 擠壓膨化技術對玉米特性的影響 玉米中富含大量淀粉、蛋白質、礦物質等營養(yǎng)物質，具有較高營養(yǎng)價值。相比其他谷物，玉米具有高磷、高維生素等特點[12]，但因其加工過程中出現(xiàn)淀粉糊化而降低蛋白質利用率，降低動物吸收利用率。齊智利等[13]對奶牛飼喂擠壓膨化玉米，當溫度為130℃，轉速為600 r/min時，擠壓膨化使淀粉內部結構由半結晶狀態(tài)轉變?yōu)榻Y晶狀態(tài)，顆粒膨脹，可溶部分提高，在瘤胃中動態(tài)降解參數(shù)提高30.87%，合理的膨化條件可提高玉米中還原糖、可溶性膳食纖維含量，吸水率、水溶性指數(shù)、糊化度較未處理組顯著提高，有效改善玉米的理化特性。

2.2 擠壓膨化技術對麩皮結構特性的影響 麩皮中富含膳食纖維，其大部分為不溶性膳食纖維，不易被動物消化吸收利用，因此麩皮在飼料中利用率較低。較多研究表明，纖維性物料在擠壓膨化過程中完全微?；?，增加纖維素分子與水分子的接觸面積，促使不可溶膳食纖維轉變?yōu)榭扇苄陨攀忱w維。例如，陳建寶[3]研究發(fā)現(xiàn)，在擠壓膨化過程中，當原料水分含量為30%、轉速為250 r/min時，麥麩植酸含量顯著降低；在溫度高于120?時，會降解部分植酸，使蛋白質的體外消化率增加；經(jīng)過高溫、高壓作用，淀粉鏈間氫鍵斷裂，生成易與酶作用的麥芽糊精和寡糖，但激烈的擠壓條件導致氨基酸發(fā)生美拉德反應，造成氨基酸損失。徐苗均[14]研究結果表明，擠壓膨化技術處理麩皮可顯著改善其表面微觀結構，增加疏松度，使持水力上升2.52%，膨脹力上升60%，顯著提高麩皮中營養(yǎng)物質利用率。

2.3 擠壓膨化技術對大豆結構特性的影響 大豆中富含胰蛋白酶抑制因子等多種抗營養(yǎng)因子，在畜牧生產(chǎn)中，大豆營養(yǎng)物吸收率顯著降低，動物生長發(fā)育受到阻礙[12]。擠壓膨化工藝可消除胰蛋白酶抑制劑等多種抗營養(yǎng)因子，原料中膠囊化油脂得到釋放，飼料的適口性及誘食性顯著提高。仔豬食用過生、受熱過度的大豆會降低氨基酸生物效價及蛋白質質量，半球蛋白發(fā)生質的改變，氨基酸氧化損失，飼料營養(yǎng)價值降低[15]。Guerrero等[16]研究發(fā)現(xiàn)，對產(chǎn)品質量影響最大的工藝參數(shù)為原料含水率，雖然大豆原料經(jīng)擠壓膨化處理后發(fā)生了美拉德反應，但其酰胺?和酰胺?的變化反映出大豆蛋白分離的糖和氨基酸的羥基基團被消耗；與對照組相比，擠壓膨化組的組織結構疏松，粒度均勻，且水解生成游離脂肪酸及單甘油等物質，有效防止脂肪氧化，產(chǎn)品的保質期延長；但膨化設備易磨損，維修費用偏高。

2.4 擠壓膨化技術對羽毛粉結構特性的影響 羽毛是禽類表皮細胞角質化的衍生物，含有較多難以消化的角質蛋白[17]。常見的水解羽毛粉在一定程度上使羽毛利用率提高，但這些方法也存在設備要求高、成本高、氨基酸損失嚴重、有效菌種的篩選難等缺陷[18-20]。擠壓膨化技術處理羽毛，通過破壞二硫鍵及蛋白空間結構提高動物吸收率。何武順等[17]研究結果表明，在公雞日糧中添加膨化羽毛粉其氨基酸的體內消化率高達86.25%，胃蛋白酶的體外消化率高達90%以上，真代謝能為13.29 MJ/kg，顯著提高羽毛粉中胱氨酸的留存率。甘振威等[21]研究發(fā)現(xiàn)，羽毛粉膨化后水分損失9.10%左右，而干物質增加1.44%左右，導致飼料中氯化鈉水平上升，飼料適口性差，動物的采食能力下降，因此設計合理的參數(shù)解決此問題成為進一步研究的方向。膨化使細胞間、細胞壁內各層木質素溶化，纖維分子間氫鍵斷裂，分子裂解，結晶度降低。高分子物質發(fā)生反應，使粗纖維結構變化、比率下降，可溶性膳食纖維相對增加。以上結果表明，羽毛經(jīng)擠壓膨化工藝處理后營養(yǎng)成分結構發(fā)生變化，動物消化率增加。由于飼料原料在高溫高壓條件下水分蒸發(fā)致使維生素損失，還需要飼喂時添加外源維生素。

3 擠壓膨化技術在動物生產(chǎn)中的應用

3.1 擠壓膨化技術在豬生產(chǎn)中的應用 乳豬的胃容量小，腸道消化吸收能力較弱，在母乳喂養(yǎng)與飼喂飼料的轉接過程中極易出現(xiàn)營養(yǎng)性腹瀉。擠壓膨化工藝處理將飼料糊化、滅菌，從而使原料組分中某些球蛋白抗原成分被破壞，減輕仔豬過敏反應，降低仔豬腹瀉率。白兆鵬等[5]研究發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化豬飼料可有效預防和減少仔豬腹瀉、下痢并提高仔豬的日增重。姜秋水等[22]研究發(fā)現(xiàn)，采食添加5%擠壓膨化大豆日糧的剛離乳仔豬腹瀉率下降14.55%，日增重比對照組提高7.54%，耗料增重比下降6.95%；唐春燕[23]研究發(fā)現(xiàn)，在母豬飼糧中添加擠壓膨化雙低菜籽可大幅度降低菜籽硫甙含量，消除對母豬血液的不良影響，且雙低菜籽經(jīng)膨化后菜油、脂肪含量增加，可以提高母豬乳脂肪含量、產(chǎn)奶量和仔豬存活率[24]。錢炳榮等[25]用擠壓膨化大豆逐漸替換28日齡斷奶仔豬日糧中的魚粉，結果發(fā)現(xiàn)，用6%擠壓膨化大豆完全取代日糧中魚粉時耗料增重比顯著低于對照組，其原因可能是由于膨化處理抑制了大豆中的抗營養(yǎng)因子，提高消化率。

3.2 擠壓膨化技術在家禽生產(chǎn)中的應用 飼料經(jīng)高溫高壓處理后，大部分致病菌被滅活，家禽發(fā)病率降低。張巍等[7]試驗表明，與對照組相比，擠壓膨化菜籽組肉雞的平均日采食量增加6.84%、平均日增重增加8.16%、耗料增重比下降1.26%。嚴念東等[6]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，玉米-豆粕型日糧中添加6%擠壓膨化菜籽的試驗組肉雞血清中堿性磷酸酶（AKP）活性高，骨骼沉積速率高，血清中代表蛋白質合成和代謝能力的總蛋白（TP）含量提高、蛋白代謝的廢物尿素氮（BUN）呈下降趨勢，說明擠壓膨化菜籽可促進肉雞骨骼發(fā)育、蛋白合成及代謝。張巍等[8]在日糧中添加擠壓膨化菜籽，發(fā)現(xiàn)肉鴨日增重顯著提高，耗料增重比下降，且膨化菜籽組的AKP、總氧化指標（T-AOC）顯著高于其他試驗組，而丙二醛（MDA）含量較低，健康狀況較好。擠壓膨化技術在家禽生產(chǎn)中應用廣泛，可顯著提高飼料的利用率，但在擠壓膨化過程中，可能降低游離氨基酸的含量及氨基酸的有效性。

3.3 擠壓膨化技術在反芻動物生產(chǎn)中的應用 擠壓膨化飼料可以提高育肥肉牛的增重率，顯著提高奶牛的乳脂率。齊智利等[13]用擠壓膨化玉米飼喂泌乳奶牛，瘤胃中干物質和淀粉的降解率顯著增加。Goelema 等[26]研究結果表明，大豆經(jīng)擠壓膨化加工處理后，大幅度提高淀粉溶解度，淀粉瘤胃降解率顯著升高，與Walhain等[27]研究結果一致。劉萍等[28]對3日齡內吃足初乳的犢牛研究發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化大豆可以替代代乳粉飼喂斷奶后犢牛，并能增大其眼肌面積。固體膨化飼料也可有效促進犢牛的前胃發(fā)育[29]。因此，動物攝食擠壓膨化飼料可提高尿素利用率，飼料中蛋白質添加量降低，降低成本，但膨化高溫也會降低飼料中酶制劑、微生物制劑的活性。

3.4 擠壓膨化技術在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應用 傳統(tǒng)顆粒水產(chǎn)飼料耐水性差，粉化率高，營養(yǎng)容易流失；而水產(chǎn)膨化飼料具備多孔性、高韌性、高水中穩(wěn)定性等優(yōu)點。經(jīng)膨化后的飼料，2～10 h不溶解，可避免飼料中營養(yǎng)成分流失、溶脹和潰散等現(xiàn)象發(fā)生，減少鉺料的損失[30]，通過飼喂水產(chǎn)膨化飼料可較為直觀地了解魚類采食情況。魏立飛等[31]研究表明，擠壓膨化過程可使其細胞壁中纖維成分被徹底破壞，釋放營養(yǎng)物質。蛋白質變性分解，魚類對營養(yǎng)成分的利用率、進食率顯著改善。劉凡等[32]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，草魚對膨化玉米的消化利用率提高30%。經(jīng)擠壓膨化工藝處理的水產(chǎn)飼料，可減少水質污染、飼料分解浪費等問題，但擠壓膨化加工工藝較傳統(tǒng)的顆粒料制作方法繁瑣，設備投資高、成本比傳統(tǒng)顆粒料高20%左右。

4 展 望

飼料的擠壓膨化技術生產(chǎn)工藝簡單，可減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本，提高動物消化率，拓展飼料資源，在玉米、大豆及麩皮等飼料原料中研究成果較多，但擠壓膨化羽毛粉由于技術尚不成熟導致應用較少，仍處于初級階段。另外，原料中氨基酸、水分及維生素的損失等問題有待解決。目前，全球蛋白質飼料資源短缺，高效利用家禽廢棄物羽毛粉能有效解決動物性蛋白飼料不足問題，擠壓膨化羽毛粉技術的開發(fā)與利用有著很高的研究價值和廣闊的應用前景。開展膨化結合發(fā)酵工藝處理羽毛粉的技術，為營養(yǎng)平衡的蛋白質飼料提供合理依據(jù)將成為進一步研究的熱點。

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Effect of Extrusion Technology on Feed Properties and Its Application in Animal Husbandry Production

LI Jia-ning, LIU Yang, CAO Shu-xin, CHEN Ying-lin, WANG Chao, CHEN zhi-hui, LIU Da-wei, XU Liang-mei*
(College of Animal Science and Technology, Northeast Agricultural University, Heilongjiang Harbin 150030, China )

Extrusion is a technology widely used in modern feed processing, which is used to make feed material quality changes, greatly improv the quality of feed products, expand the feed resources, effectively prevent animal diarrhea and other diseases. In this paper, the principle of extrusion technology, the effects of extrusion technology on the properties of feedstuffs and the application of puf fi ng technology in animal husbandry weve discussed. Moreover, combining with the status of feed resources in China, the development prospect of this technology was discussed.

Extrusion technology; Feedstuff; Feather powder; Production applications

S816

A

10.19556/j.0258-7033.2017-12-005

2017-06-07；

2017-08-03

哈爾濱市應用技術研究與開發(fā)項目（2016RAXXJ015）；哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才研究專項資金（2017RAQXJ055）作者簡介：李佳凝（1993-），女，黑龍江富錦人，碩士，主要從事家禽營養(yǎng)與肉質研究，E-mail：1115300561@qq.com

*通訊作者：徐良梅，E-mail：xuliangmei@sina.com