調(diào)質(zhì)對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值影響的研究進(jìn)展

段海濤，李峰潔，楊建平，張盼盼，張 磊，袁 聰

（1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院，河南鄭州 450046；2.河南省獸藥飼料監(jiān)察所，河南鄭州 450008）

飼料工業(yè)是跨部門、跨行業(yè)、跨學(xué)科的綜合性工業(yè)，是發(fā)展畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、改善人類膳食結(jié)構(gòu)、完成植物蛋白向動(dòng)物蛋白完全轉(zhuǎn)化的農(nóng)業(yè)良性循環(huán)的基礎(chǔ)工業(yè)[1-2]。隨著飼料工業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)飼料品質(zhì)的要求不斷提高，特別是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外一直追求“高熟化、低能耗、低損耗”的飼料生產(chǎn)加工，企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)越來(lái)越重視調(diào)質(zhì)過(guò)程及飼料調(diào)質(zhì)效果[3]。在當(dāng)前“非洲豬瘟”背景下，如何通過(guò)調(diào)質(zhì)殺滅傳染因子，是對(duì)調(diào)質(zhì)提出的新要求。調(diào)質(zhì)過(guò)程中，蛋白質(zhì)及淀粉結(jié)構(gòu)的改變直接關(guān)乎飼料加工質(zhì)量。因此，本文重點(diǎn)綜述調(diào)質(zhì)工藝及調(diào)質(zhì)過(guò)程中淀粉及蛋白質(zhì)的變化對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響，以期為調(diào)質(zhì)過(guò)程中的自動(dòng)化控制提供思路。

1 調(diào)質(zhì)工藝

調(diào)質(zhì)是飼料成型前的熱熟化加工過(guò)程，1950 年前是以給料和調(diào)質(zhì)同軸組合調(diào)質(zhì)器為主的調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，該調(diào)質(zhì)器螺旋喂料器和調(diào)質(zhì)器共用1 根主軸，調(diào)質(zhì)時(shí)間短，安裝和使用不便。1960—1970 年，調(diào)質(zhì)器給料和調(diào)質(zhì)分開，調(diào)質(zhì)器長(zhǎng)度較短，調(diào)質(zhì)時(shí)間短，僅為15～30 s，但相比于之前的調(diào)質(zhì)器，調(diào)質(zhì)后物料的淀粉糊化度已有相當(dāng)大的提升，顆粒耐水性差，該調(diào)質(zhì)器只能用于畜禽飼料加工。1980 年以來(lái)，加長(zhǎng)型帶蒸汽夾套單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器、等直徑水平雙筒調(diào)質(zhì)器、雙軸差速調(diào)質(zhì)器（DDC）、釜式調(diào)質(zhì)器、高壓調(diào)質(zhì)器等多種調(diào)質(zhì)設(shè)備相繼出現(xiàn)。在飼料加工過(guò)程中，可以依據(jù)飼喂動(dòng)物對(duì)飼料產(chǎn)品的質(zhì)量要求選用合適的調(diào)質(zhì)設(shè)備。目前，調(diào)質(zhì)設(shè)備調(diào)質(zhì)時(shí)間可調(diào)（20 s～20 min）、淀粉糊化度可達(dá)40%～50%。科學(xué)的飼料調(diào)質(zhì)工藝可以提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，飼料調(diào)質(zhì)設(shè)備應(yīng)用較多的主要有以下2 種。

1.1 膨化（脹）機(jī)工藝 膨化加工技術(shù)早期主要應(yīng)用于食品加工行業(yè)，20 世紀(jì)60 年代被引進(jìn)到飼料工業(yè)中用于生產(chǎn)寵物飼料，后來(lái)逐步引用到水產(chǎn)飼料和飼料原料加工領(lǐng)域。工藝流程：大宗原料→粉碎→配料→混合→高溫調(diào)質(zhì)→膨化（脹）→冷卻→二次粉碎→配料→混合→低溫調(diào)質(zhì)→制粒→冷卻→篩分→計(jì)量包裝。膨化是對(duì)原料進(jìn)行高溫高壓瞬時(shí)處理后驟然減壓，利用水分瞬時(shí)蒸發(fā)使物料的某些理化性質(zhì)發(fā)生改變的一項(xiàng)飼料加工技術(shù)。王瀟等[4]研究發(fā)現(xiàn)，用單螺桿擠壓膨化機(jī)干法加工膨化玉米的最適工藝參數(shù)為膨化溫度110℃、螺桿轉(zhuǎn)速為250 r/min、喂料速度為350 r/min。趙克振等[5]研究發(fā)現(xiàn)，雙螺桿擠壓膨化美國(guó)轉(zhuǎn)基因大豆的最佳膨化工藝參數(shù)為水分含量13.21%、篩孔直徑3.5 mm、膨化溫度130℃。

膨脹器（Expander）全稱為環(huán)隙膨脹器，于1987年開始應(yīng)用于油脂工業(yè)，是作為一種新型的高壓調(diào)質(zhì)設(shè)備以增大油料前處理時(shí)的容積，從而提高出油率，降低浸出溶劑的損耗。20 世紀(jì)80 年代末，英國(guó)Robison 公司首次推出一種新型飼料加工設(shè)備——膨脹器，被國(guó)外飼料生產(chǎn)企業(yè)利用。膨脹器相對(duì)于膨化機(jī)而言，膨脹加工生產(chǎn)成本較低，飼料原料選擇范圍更廣，加工過(guò)程中最高壓力可達(dá)10 MPa，最高料溫可達(dá)170℃，使物料能充分地調(diào)質(zhì)和相當(dāng)強(qiáng)的熟化。段海濤等[6]研究膨脹器不同環(huán)隙開度對(duì)大宗原料飼料品質(zhì)的影響，以及在同一配方下大宗原料不同膨脹度對(duì)斷奶仔豬顆粒飼糧加工質(zhì)量、斷奶仔豬生長(zhǎng)性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)膨脹器環(huán)隙開度為3.2 cm 時(shí)，斷奶仔豬耗料增重比（1.5）最低，平均日增重（0.33 kg）最高。

1.2 二次制粒調(diào)質(zhì)工藝 二次制粒調(diào)質(zhì)工藝是指經(jīng)過(guò)制粒加工的熱飼料，經(jīng)過(guò)冷卻、粉碎后，再次經(jīng)過(guò)配料、混合后通過(guò)第2 個(gè)壓模對(duì)物料進(jìn)行重復(fù)制粒，第1次的制粒實(shí)質(zhì)上起調(diào)質(zhì)工藝的作用。物料經(jīng)過(guò)2 次混合，物料第1 次混合后高溫蒸汽調(diào)質(zhì)，一般調(diào)質(zhì)溫度為90～95℃，高溫調(diào)質(zhì)能提高大宗原料的熟化度。工藝流程：大宗原料→粉碎→配料→混合→高溫調(diào)質(zhì)→一次制?！鋮s→二次粉碎→配料→混合→低溫調(diào)質(zhì)→制?！鋮s→篩分→計(jì)量包裝。有企業(yè)為了使第1 次制粒后物料有較高的熟化度，在一次制粒后加設(shè)顆粒穩(wěn)定器以延長(zhǎng)顆粒飼料的熟化保溫時(shí)間。第1 次制粒?？字睆揭话爿^大，長(zhǎng)徑比較小。二次制粒工藝生產(chǎn)顆粒飼料，外觀細(xì)膩、均勻，能有效的保護(hù)熱敏成分。

綜上，不同調(diào)質(zhì)工藝的調(diào)質(zhì)強(qiáng)度及調(diào)質(zhì)效果不同，其主要依據(jù)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要及日糧配方結(jié)構(gòu)來(lái)提高飼料淀粉糊化度及保護(hù)熱敏性飼料原料成分。調(diào)質(zhì)效果一般為單層調(diào)制器＜雙層調(diào)制器＜多層調(diào)制器≤膨脹器≤膨化機(jī)。

2 調(diào)質(zhì)對(duì)淀粉的影響

飼料原料中的淀粉在原始狀態(tài)下稱之為生淀粉，生淀粉顆粒是復(fù)雜而緊密排列的結(jié)構(gòu)，其中無(wú)定形和結(jié)晶層交替形成半結(jié)晶顆粒，大小在1～50 μm。普遍認(rèn)為，這種高度緊密的組織結(jié)構(gòu)不易消化吸收。生淀粉在一定條件下轉(zhuǎn)化為熟化淀粉，本質(zhì)是濕熱蒸汽水分進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，淀粉分子失去原有緊密排列結(jié)構(gòu)，變成無(wú)序狀態(tài)，即淀粉粒中有序結(jié)晶態(tài)及無(wú)序非結(jié)晶態(tài)間的氫鍵斷開，晶體結(jié)構(gòu)消失，形成非結(jié)晶性淀粉[7]。

2.1 調(diào)質(zhì)過(guò)程中原料水分含量對(duì)淀粉糊化度的影響 調(diào)質(zhì)器類型或原料水分含量的不同將導(dǎo)致最終淀粉糊化度不同。Rouille 等[8]研究表明，調(diào)質(zhì)腔內(nèi)水分含量不超過(guò)35%時(shí)，原料糊化溫度將從50～60℃升高至100℃以上，這與Svihus 等[9]研究結(jié)果一致。Asomaning 等[10]報(bào)道，調(diào)質(zhì)過(guò)程中啟動(dòng)淀粉糊化的先決條件是水分與淀粉的最低比例為3:10。在普通畜禽飼料加工過(guò)程中，由于有限的水分與調(diào)質(zhì)溫度，只有5%～30% 淀粉糊化；在高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)過(guò)程中（如膨脹、膨化等），淀粉有40%～60%的糊化度，相比于普通畜禽飼料淀粉糊化度有所提升。

2.2 調(diào)質(zhì)過(guò)程中添加預(yù)糊化淀粉對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響 日糧配方中常加入熟化淀粉以提高產(chǎn)品熟化程度，尤其是斷奶仔豬料中。Thomas 等[11]研究表明，當(dāng)原料中使用預(yù)熟化淀粉時(shí)，顆粒硬度及耐久性指數(shù)顯著增加；Zimonja 等[7]取得相似的研究成果，預(yù)糊化淀粉對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量具有顯著性影響，可能是因?yàn)楹矸墼陬w粒成形過(guò)程中起到粘結(jié)劑的作用。然而，一些研究認(rèn)為預(yù)糊化淀粉對(duì)顆粒粘結(jié)性并無(wú)無(wú)顯著性影響。Perez 等[12]認(rèn)為，在普通畜禽飼料加工過(guò)程中，淀粉對(duì)顆粒飼料的粘結(jié)性作用微乎其微，因?yàn)檎{(diào)質(zhì)制粒過(guò)程對(duì)飼料中淀粉糊化度的提升較小。Gilpin 等[13]研究表明，淀粉糊化的程度與顆粒耐久性之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。Zimonja 等[7]研究飼料配方中預(yù)糊化淀粉和生淀粉對(duì)顆粒耐久性影響的結(jié)果表明，普通畜禽飼料加工過(guò)程中，淀粉并不是影響顆粒飼料加工質(zhì)量的主要因素。

2.3 調(diào)質(zhì)過(guò)程中糊化淀粉的形態(tài)對(duì)畜禽生長(zhǎng)性能及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化利用率的影響 Vangsoe 等[14]指出，淀粉結(jié)晶度與淀粉消化率呈反比關(guān)系；王宏偉等[14]證實(shí)，淀粉的消化性能與其有序結(jié)構(gòu)有關(guān)，糊化淀粉有序結(jié)構(gòu)破壞[15]，淀粉酶更易與糊化淀粉的酶結(jié)合位點(diǎn)接觸，從而提高淀粉的消化率。然而，糊化后淀粉如果形成老化淀粉，則淀粉消化利用率將顯著下降[16]。因長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存及水分含量高時(shí)淀粉會(huì)發(fā)生老化，在制粒過(guò)程中老化不可能發(fā)生，同時(shí)由于淀粉糊化程度有限，在普通畜禽飼料加工工藝中，淀粉老化程度較小[17-18]。因此，糊化淀粉中的無(wú)定形態(tài)對(duì)淀粉的消化性能具有顯著改善作用。但糊化淀粉與脂質(zhì)復(fù)合物的形成可以降低淀粉的消化率。高直鏈淀粉——玉米淀粉經(jīng)濕熱加工處理后進(jìn)行飼喂，大鼠小腸內(nèi)直鏈淀粉含量較低，盲腸和糞便中的直鏈淀粉含量增加[19-20]。飼料原料在制?；驍D壓膨化處理后，淀粉消化率有所降低?？傊{(diào)質(zhì)可以提高飼料淀粉糊化度，可在一定程度上可以改善顆粒飼料加工質(zhì)量及動(dòng)物生長(zhǎng)性能，但過(guò)度加工則會(huì)產(chǎn)生抗消化復(fù)合物，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)效價(jià)下降。

3 調(diào)質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)是由氨基酸以“脫水縮合”方式組成的多肽鏈，經(jīng)過(guò)盤曲折疊形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。蛋白質(zhì)的變性過(guò)程可以認(rèn)為是2 個(gè)階段：第一階段是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，調(diào)質(zhì)過(guò)程中的濕熱處理，使維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的氫鍵和范德華力等作用力破壞，該過(guò)程一般是可逆的；第二階段是蛋白質(zhì)的功能性發(fā)生變化，共價(jià)鍵斷裂，蛋白質(zhì)二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，該過(guò)程一般是不可逆的[21-22]。

3.1 調(diào)質(zhì)過(guò)程中原料pH 對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響 飼料原料中蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性主要取決于蛋白質(zhì)共價(jià)鍵或輔基修飾的程度，穩(wěn)定性除受限于自身結(jié)構(gòu)外，還受調(diào)質(zhì)器內(nèi)蒸汽壓力、調(diào)質(zhì)時(shí)間、原料pH 的影響。He 等[23]研究表明，在低pH 條件下，大豆蛋白質(zhì)在加熱時(shí)沉淀并產(chǎn)生堅(jiān)硬且高度粘稠的凝膠，而在pH 為7.6 時(shí)，形成較少的粘稠凝膠，表明蛋白質(zhì)在不同pH 下變性程度不同[24]。

3.2 調(diào)質(zhì)過(guò)程中原料水分含量對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響 水分子通過(guò)非共價(jià)范德華鍵與蛋白質(zhì)相互作用，甚至可能通過(guò)在蛋白質(zhì)周圍形成覆膜來(lái)提高其構(gòu)象穩(wěn)定性[25-26]。然而，隨著溫度升高，水分子達(dá)到更高的能量狀態(tài)，將會(huì)破壞蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。由于這種相互作用，蛋白質(zhì)可以在非常低的水分條件下經(jīng)受較高的熱處理[27]。在含水量較高的情況下，大多數(shù)蛋白質(zhì)會(huì)在60～70℃開始變性，甚至一些蛋白質(zhì)可能在高于40℃時(shí)已經(jīng)失活[25]。Molina 等[28]研究表明，在較高的水分條件下，豆粕中主要的蛋白質(zhì)（即伴大豆球蛋白和大豆球蛋白）的變性溫度（Td）分別為76.5℃和93.3℃；當(dāng)水分含量下降到29%時(shí)，大豆球蛋白的Td 不能被檢測(cè)到，而伴大豆球蛋白的Td 升高到180℃以上。Abdollahi 等[29]報(bào)道了類似的試驗(yàn)結(jié)果，在水分含量為0～30% 的條件下，葵花蛋白質(zhì)的Td 從190℃變化到120℃。這表明諸如大豆球蛋白或葵花蛋白在制粒過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定。

3.3 調(diào)質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)消化率的影響 高溫高濕的調(diào)質(zhì)過(guò)程會(huì)使蛋白質(zhì)發(fā)生變性。Alonso 等[30]研究表明，調(diào)質(zhì)可以提高豆粕蛋白質(zhì)消化率，但試驗(yàn)中并未考慮抗?fàn)I養(yǎng)因子蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變及其對(duì)消化率的影響，一些研究取得與Alonso 相反的試驗(yàn)結(jié)果。有研究表明，濕熱調(diào)質(zhì)可以打開蛋白質(zhì)間共價(jià)鍵，破壞蛋白質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)，如肽鍵的水解、修正氨基酸側(cè)鏈或美拉德反應(yīng)[31]。美拉德反應(yīng)是氨基酸（賴氨酸）和還原性糖（葡萄糖、戊糖）之間的反應(yīng)，最終產(chǎn)物無(wú)法被酶降解[7]。Bellagamba等[32]研究表明，與對(duì)照組相比，大鼠和豬對(duì)熱處理下賴氨酸、丙氨酸和D-氨基酸形成的蛋白質(zhì)（如酪蛋白、乳蛋白、大豆分離蛋白和小麥蛋白）消化率下降28%?？傊?，飼料調(diào)質(zhì)過(guò)程可以改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而有助于提高飼料加工質(zhì)量及飼料營(yíng)養(yǎng)效應(yīng)，但也可能發(fā)生美拉德反應(yīng)形成難以消化利用的化合物。

3.4 調(diào)質(zhì)過(guò)程中變性蛋白質(zhì)對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響變性蛋白具有很強(qiáng)的凝膠性質(zhì)，有助于提高顆粒飼料耐久性。Ciannamea 等[33]研究表明，小麥面筋蛋白轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)鏈纖維絲，可使懸浮顆粒相互鏈接。在大豆蛋白中也觀察到類似的結(jié)果。但調(diào)質(zhì)過(guò)程中蛋白質(zhì)變性提高顆粒料加工質(zhì)量的機(jī)制仍不清楚。Kaliyan 等[34]利用掃描電鏡分析顆粒飼料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)由木質(zhì)素和蛋白質(zhì)引起的緊密結(jié)構(gòu)可能是提高顆粒飼料硬度和顆粒耐久性指數(shù)的重要因素。

4 調(diào)質(zhì)對(duì)飼料中維生素的影響

維生素是機(jī)體維持正常生理功能而必須從食物中獲得的一類微量有機(jī)物質(zhì)，在生長(zhǎng)、代謝、發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[35]。在飼料生產(chǎn)過(guò)程中，不同的加工方式將直接影響維生素的生物學(xué)活性。在普通畜禽飼料加工過(guò)程中，如調(diào)質(zhì)溫度過(guò)高，則引起維生素?fù)p失嚴(yán)重，達(dá)不到應(yīng)有的功效。目前往往采用過(guò)量添加的方式來(lái)彌補(bǔ)飼料加工過(guò)程中的維生素?fù)p失以達(dá)到預(yù)期效果，但成本高、浪費(fèi)大。Lewis 等[36]研究表明，調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)時(shí)間及其交互作用均對(duì)日糧中的核黃素、煙酸及維生素D3有破壞作用，但不同調(diào)質(zhì)溫度或調(diào)質(zhì)時(shí)間組間差異不顯著。此外，嚴(yán)芳芳[37]研究飼料加工工段及儲(chǔ)藏期間維生素含量的變化發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化過(guò)程中維生素（維生素A、D、E 及K）損失率在5% 以上，環(huán)模顆粒料生產(chǎn)過(guò)程中損失率在4%左右，改善加工方法、超量添加易損性維生素等可提高飼料中維生素保留率。Anderson 等[35]研究制粒后維生素晶體的保留率時(shí)發(fā)現(xiàn)，維生素K 和維生素C 保留率僅為50%，B 組維生素保留率為82%～96%，葉酸保留率為65%，添加包膜可以提高維生素保留率。為此，Cutlip 等[38]研究表明，在日糧中添加7 200 IU/kg 包膜維生素A，維生素A 在制粒過(guò)程中只有輕微的氧化損傷。張若寒[39]報(bào)道，維生素A 在制粒過(guò)程中保留率為95%，但隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，保留率急劇下降，6 周后保留率僅為91%；除調(diào)質(zhì)過(guò)程中濕熱處理對(duì)維生素引起損失外，原料之間的相容性同樣重要，比如日糧中添加煙酸與泛酸鈣具有不相容性，會(huì)引起煙酸大量損失。盡管目前各位學(xué)者都致力于提高維生素的穩(wěn)定性，但制粒過(guò)程中維生素的損失仍然是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。

5 調(diào)質(zhì)對(duì)飼料中益生菌的影響

益生菌是指對(duì)人或動(dòng)植物的生長(zhǎng)或健康有益的一類微生物的總稱，對(duì)機(jī)體無(wú)害或其代謝產(chǎn)物對(duì)機(jī)體有益，能改善人和動(dòng)物機(jī)體的微生態(tài)平衡[40]。目前在飼料中應(yīng)用的益生菌主要有34 種，包括枯草芽孢桿菌、糞腸球菌、乳酸腸球菌等，由于益生菌添加劑多為活菌制劑，其生物活性受溫度、水分、pH、加工工藝等因素影響，在應(yīng)用過(guò)程中常采用微膠囊技術(shù)包被處理，以提高其保留率[41-42]。張琳[43]研究結(jié)果表明，高溫度（130℃）下乳酸菌存活率顯著下降。然而，目前通過(guò)改變調(diào)質(zhì)溫度對(duì)飼料中益生菌保留率的相關(guān)研究較少。

6 小 結(jié)

調(diào)質(zhì)過(guò)程可改變淀粉及蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，提高淀粉及蛋白質(zhì)利用率，但仍然存在一些未知問(wèn)題。首先，調(diào)質(zhì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分及原料結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而對(duì)畜禽生長(zhǎng)性能的影響機(jī)理未知；其次，調(diào)質(zhì)后糊化淀粉冷卻重結(jié)晶形成的聚合物及該聚合物與脂質(zhì)等小分子化合物復(fù)合形成的具有抗消化能力的產(chǎn)物等對(duì)畜禽消化率的影響未知；此外，調(diào)質(zhì)過(guò)程中，水分、pH 及調(diào)質(zhì)溫度影響蛋白質(zhì)變性的作用機(jī)理未知；蛋白質(zhì)構(gòu)象及結(jié)構(gòu)的改變對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響未知；調(diào)質(zhì)過(guò)程中熱敏性成分（維生素、益生菌）有所損失，控制好調(diào)質(zhì)參數(shù)將提高飼料配方中熱敏性飼料原料保留率。飼料加工過(guò)程中調(diào)質(zhì)對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的作用機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。