陳化稻米的主要營養(yǎng)特性及其在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進展

丁 婧，呂宏偉，范晨宇，宋澤和，賀 喜

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南省畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙 410128）

為保證國民糧食安全，我國每年儲備大量糧食，國家糧油信息中心預(yù)計2019/2020 年度全國稻谷結(jié)余1 401 萬t[1]。晚秈稻和晚粳稻儲存2～3 年后極易變質(zhì)，導(dǎo)致質(zhì)量下降[2]。庫存的陳化稻谷總量十分巨大，因此稻谷的去庫存勢在必行，而對陳化糧進行高效利用成為一個亟需解決的問題。

陳化是稻米收割以后，由于呼吸、氧化和酶作用，在貯藏期間隨時間、溫度和水分而變化的一種非人為、自然發(fā)生的天然衰退現(xiàn)象，伴隨著一系列的化學(xué)與物理變化[3]。因品種、儲存條件和儲存時間等差異，新米貯藏3 個月以上其品質(zhì)就會發(fā)生一些變化[4]。判斷是否陳化的主要檢測指標包括脂肪酸值、黏度、發(fā)芽率、品嘗評分值和色澤氣味等[5]。孫術(shù)國等[6]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶體亞基B-1（B26、D09 和F16）、葡糖-1-磷酸腺苷?；D(zhuǎn)移酶（C01 和E07）、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶大亞基（B04 和F04）和乙酰輔酶A（A06 和C05）這幾個目標蛋白也有潛力成為稻谷品質(zhì)劣化程度的生物標示物。雖然目前的陳化理論尚不能完全解釋稻米在陳化時發(fā)生的所有功能性質(zhì)變化[7]，但是陳化稻米仍具有一定營養(yǎng)與飼用價值。目前，陳化稻米往往低價處理、集中用于生產(chǎn)酒精，損失巨大。本文主要綜述了陳化稻米的營養(yǎng)特性及在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用研究，旨在為陳化稻米的飼用化開發(fā)和降低畜產(chǎn)品成本提供參考。

1 稻米陳化過程中的主要變化

1.1 淀粉結(jié)構(gòu)改變 淀粉是稻米的主要成分，占其重量的80% 以上[8]，主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，兩者在稻米中含量分別為0%～30%和70%～95%。稻米中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例對淀粉的特性及稻米的品質(zhì)有很大影響[9]。在陳化過程中，淀粉總量變化不大，但物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，總淀粉和直鏈淀粉溶解度均呈下降趨勢，總淀粉、支鏈淀粉和直鏈淀粉均趨向于形成更小的分子[7]。

錢海峰等[10]研究發(fā)現(xiàn)，陳化使大米淀粉的微晶束得到加強，組織結(jié)構(gòu)變得更加緊密，使水分難以滲透，故而使淀粉老化，溶解度降低。另外，Huang 等[11]研究表明，在內(nèi)源淀粉酶的作用下，淀粉微細結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，長鏈淀粉比例下降，形成更小的分子。郭玉寶[12]報道，在陳化過程中，糙米支鏈淀粉在總淀粉中的比例明顯下降，原因是支鏈淀粉由于脫支酶的影響而使其中的最長鏈組分含量降低，部分脫支，脫下的部分可能變成小分子支鏈、直鏈淀粉片段或糊精，從而使總支鏈淀粉含量下降。Matalanis 等[13]進一步研究了支鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)對淀粉老化的影響，發(fā)現(xiàn)支鏈淀粉脫支后較高比例的長鏈結(jié)構(gòu)增加了支鏈淀粉分子鏈端的靈活性，進而促進了分子間鏈端的重結(jié)晶，加速了淀粉老化。研究也發(fā)現(xiàn)，稻米儲藏期間，可溶性直鏈淀粉含量下降明顯，而不可溶性淀粉含量增加[14-15]。造成質(zhì)變的部分原因是游離脂肪酸與直鏈淀粉復(fù)合而改變了淀粉的性質(zhì)，另一部分原因可能是直鏈淀粉分子聚合而致，也有可能是支鏈淀粉脫支形成。而不溶性直鏈淀粉使得淀粉粒晶體的結(jié)構(gòu)更加緊密，促使淀粉進一步老化[16]。并且在糧食儲藏過程中，淀粉水解成的麥芽糖與糊精逐步被水解，分解成葡萄糖，而造成還原糖增加，糊精相對減少，黏度下降[11,17]。綜上所述，陳化使稻米中淀粉結(jié)構(gòu)改變，促使淀粉老化，導(dǎo)致稻米營養(yǎng)價值降低。

王娜[18]研究發(fā)現(xiàn)，在稻谷儲藏過程中，溫度、時間、相對濕度對直鏈淀粉、支鏈淀粉含量變化的作用大小依次為時間、溫度、相對濕度，隨著儲藏時間的延長、溫度和相對濕度的升高，稻米的總淀粉含量及支鏈淀粉含量下降，而直鏈淀粉含量增加。

1.2 脂肪分解 脂肪占稻米總量的1.6%～1.8%[7]，組成稻米脂肪的脂肪酸主要有亞油酸、油酸、棕櫚酸及少量的肉豆蔻酸、硬脂酸和微量的月桂酸、棕櫚油酸、花生酸等。比重較小的脂肪更容易發(fā)生變化，對陳化的影響更大。稻米陳化前后脂肪酸值的變化最大，并且脂肪酸含量的變化對儲藏稻米品質(zhì)劣變有很大影響，因此脂肪酸值可作為一項重要指標以判斷稻米的新鮮度[12,19]。陳化對脂肪總含量的影響不大，但會影響脂肪的分子結(jié)構(gòu)，脂肪酸趨向于形成飽和度更高的脂肪酸，并且使游離脂肪酸值提高[7]。

申軍[20]研究發(fā)現(xiàn)，隨著稻米儲藏時間的延長，稻米粗脂肪含量呈下降趨勢，但下降幅度不大；也發(fā)現(xiàn)稻米籽粒油脂中含較高的不飽和脂肪酸，在儲藏過程中受到氧化和水解作用，其雙鍵極易氧化，使油脂快速降解，從而導(dǎo)致游離脂肪酸值增加，稻米品質(zhì)劣變酸敗。陳化稻米脂肪酸值增加的另一重要原因是霉菌產(chǎn)生的解脂酶的降解[12]。而脂肪酸會對稻米淀粉產(chǎn)生影響，包藏在直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)中，與直鏈淀粉形成配合物，配合物分子螺旋狀密集而結(jié)晶化，使淀粉老化[21]。此外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在稻米陳化過程中脂肪酸還會繼續(xù)降解氧化，產(chǎn)生難聞的戊醛、己醛等揮發(fā)性羰基化合物，導(dǎo)致稻米產(chǎn)生腐敗味[7]。綜上所述，陳化使稻米中脂肪分解，游離脂肪酸含量增加，導(dǎo)致稻米品質(zhì)劣變酸敗，影響適口性。

王娜[18]和嵇建族[22]研究均發(fā)現(xiàn)，在稻谷儲藏過程中，溫度、時間、相對濕度3 個因素對粗脂肪含量及脂肪酸值變化的作用大小依次為時間、溫度、相對濕度，隨著儲藏時間的延長、溫度和相對濕度的升高，粗脂肪含量降低，脂肪酸值增大。

1.3 蛋白質(zhì)變性 蛋白質(zhì)占稻米總重的7.1%～8.3%，是稻米主要成分之一，其中谷蛋白約占蛋白質(zhì)總量的85%～90%，其余為白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白。稻米陳化過程中，總蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢，但是變化不大。蛋白質(zhì)的變化主要表現(xiàn)為物化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和類型等方面的改變[7,20]。

郭玉寶[12]研究發(fā)現(xiàn)，在陳化過程中，蛋白質(zhì)發(fā)生變性，水溶性蛋白質(zhì)和鹽溶性蛋白質(zhì)含量明顯下降，醇溶性蛋白也有下降趨勢。劉英[14]也發(fā)現(xiàn)，鹽溶性蛋白質(zhì)含量下降是陳化稻米蛋白質(zhì)含量下降的原因之一。任順成等[23]研究表明，稻米在陳化過程中，蛋白質(zhì)會出現(xiàn)分子量增加的趨勢，尤其是谷蛋白的平均分子量增加。劉成梅等[24]研究表明，陳化過程中，谷蛋白吸附在空氣/水界面的能力逐漸降低，導(dǎo)致溶解度和起泡性下降，且隨淀粉比例增加，降幅增大。此外，劉成梅等[24]發(fā)現(xiàn)陳化過程影響了谷蛋白與淀粉的消化性能，原因可能是陳化過程中谷蛋白和淀粉相互滲透、逐步締合導(dǎo)致。郭玉寶[12]也發(fā)現(xiàn)陳化中球蛋白、谷蛋白與淀粉間的相互作用變化很大，且球蛋白與淀粉分子的相互作用加強，谷蛋白與淀粉分子的相互作用減弱；還發(fā)現(xiàn)稻谷陳化過程中賴氨酸、色氨酸等限制性氨基酸的含量會減少，使其蛋白質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)降低。任順成等[25]根據(jù)蛋白質(zhì)變性的理論推測，稻米陳化后其蛋白質(zhì)熒光強度發(fā)生變化，原因可能是變性蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象發(fā)生變化，從而導(dǎo)致熒光基團色氨酸外露，使色氨酸更容易被氧化變質(zhì)。同時，蛋白質(zhì)的水解變性使游離氨基酸上升，稻米酸度也增加。綜上所述，陳化使稻米中蛋白質(zhì)水解變性，各類蛋白質(zhì)含量發(fā)生變化，并與淀粉發(fā)生互作，使其蛋白質(zhì)的品質(zhì)下降。

王娜[18]研究發(fā)現(xiàn)，在稻谷儲藏過程中，溫度、時間、相對濕度3 個因素對血清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量變化的作用大小依次為溫度、時間、相對濕度，隨著儲藏溫度的升高、時間的延長和相對濕度的增大，血清蛋白含量和球蛋白含量有所降低；并且隨溫度的升高、相對濕度的增大，總蛋白含量、谷蛋白含量及醇溶蛋白含量稍微降低。

1.4 霉變 在儲藏過程中，管理不當很容易產(chǎn)生霉菌。稻米發(fā)生霉變的優(yōu)勢菌大多是曲霉，如白曲霉、米曲霉和黃曲霉。周建新等[26]研究發(fā)現(xiàn)，隨儲藏時間的延長，霉菌數(shù)目呈上升趨勢，但數(shù)量在104CFU/g 以下，稻谷處于正常的儲藏狀態(tài)，而達到105CFU/g 時稻谷開始發(fā)生霉變，106CFU/g 以上時霉變已經(jīng)相當嚴重。其中，高水分稻谷更易霉變。環(huán)境條件適合時，霉菌也會分泌脂肪酸和各類酶，導(dǎo)致稻米品質(zhì)的劣變[27-28]。嚴睿等[29]報道，稻米被霉菌污染后，除了會引起霉變變質(zhì)外，更為嚴重的是這些霉菌可以產(chǎn)生具有致畸、致癌、致突變“三致”效應(yīng)的霉菌毒素，引起健康風(fēng)險，而且其中具有相當強耐受力的毒素，在飼料加工過程中都不能去除?？梢?，如果陳化過程中發(fā)生霉變，會導(dǎo)致稻米品質(zhì)及安全性均大大降低。

1.5 物理變化 劉英[14]研究表明，陳化稻米的氣味變劣，色澤發(fā)暗，白度下降，米飯硬度上升，黏度大大降低。作者認為稻米儲藏過程中淀粉粒蛋白質(zhì)與淀粉的相互作用增加可能是導(dǎo)致陳化稻米黏度降低的一個重要原因；陳化稻米的不溶性直鏈淀粉增加是導(dǎo)致黏度降低的另一因素。

2 陳化稻米的常規(guī)養(yǎng)分及其與普通稻米和玉米的比較分析

陳化稻米、普通稻米和玉米的常規(guī)養(yǎng)分見表1。由表1 可知，與普通稻米相比，陳化后稻米的無氮浸出物（74.07%）稍低，而粗纖維含量（0.90%）稍高，故陳化后能值有所降低，這與陳化稻米淀粉的老化有關(guān)。陳化后稻米的蛋白質(zhì)含量（8.38%）也有所降低，這與陳化稻米蛋白質(zhì)的變性有關(guān)。陳化后稻米的粗脂肪（2.40%）含量也稍有增高，而粗灰分、干物質(zhì)、鈣、磷的變化不大。由此可見，陳化使其營養(yǎng)價值稍有降低。陳化稻米與玉米常規(guī)養(yǎng)分組成相近，但與玉米相比，無氮浸出物較高而粗纖維含量較低，故能值比玉米高。粗蛋白質(zhì)、鈣、磷含量也比玉米高，但粗脂肪含量較低，粗灰分較高。稻米是一種優(yōu)質(zhì)的能量飼料，總體來說，陳化后的稻米營養(yǎng)價值與普通稻米相比稍有降低，但與玉米相差并不大，在某些方面甚至優(yōu)于玉米。中國飼料成分與營養(yǎng)價值表（2019 年第30 版）[30]表明，稻米的豬消化能為14.39 MJ/kg，較玉米（14.27 MJ/kg）高0.06 MJ/kg，消化能的差異也不大。因此，用陳化稻米部分代替玉米具一定可行性。若陳化稻米有望被合理利用為飼料原料，占飼料成本比重較大的能量飼料成本也可顯著降低。

表1 陳化稻米、普通稻米和二級玉米的常規(guī)養(yǎng)分 %

3 稻米以及陳化稻米在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

對于新鮮稻米的應(yīng)用已經(jīng)有許多研究報道，并發(fā)現(xiàn)稻米部分取代玉米在畜禽日糧中是可行的。孫淼等[32]研究表明，用飼料稻稻米替代部分玉米飼喂三元雜交仔豬，兩者在日增重、耗料增重比和單位成本價指標上差異均不顯著。張石蕊等[33]研究表明，飼用稻米型飼糧對豬肉品質(zhì)影響優(yōu)于玉米型飼糧，玉米型飼糧僅在雞肉、雞蛋黃外觀品質(zhì)影響上優(yōu)于稻米型飼糧。李俊營等[34]、黃少文等[35]研究均表明，用稻米替代玉米飼喂產(chǎn)蛋雞對蛋的品質(zhì)無影響，以替代75%的比例經(jīng)濟效益最好，僅需要考慮色素問題。雖稻米作為飼料使用與玉米無顯著差異，但并不能代表陳化稻米也可以取得相同的效果，儲存時間及其發(fā)生的理化性質(zhì)變化也會影響其使用效果，但可為陳化稻米的利用開發(fā)提供依據(jù)。

目前僅有少量研究報道陳化稻米在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用。袁召光[31]研究發(fā)現(xiàn)，用陳化糙米取代肉鴨日糧70%的玉米對肉鴨日增重、耗料增重比等無顯著影響，表明陳化稻米可以作為一種潛在的飼料原料在肉鴨日糧中使用，且能降低肉鴨飼養(yǎng)成本；但陳化稻米完全取代玉米則會影響肉鴨采食量及肉品質(zhì)，產(chǎn)生一定負面影響。舒劍成[36]用陳化早秈稻米完全替代玉米飼喂斷奶仔豬對仔豬增重、耗料增重比、腹瀉率等無不良影響。目前已有學(xué)者對陳化玉米在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了研究報道。儲存1 年的玉米飼喂肉鴨對平均日增重、平均日采食量和耗料增重比均沒有顯著影響[37]；儲存4 年的陳化玉米會顯著降低肉鴨的末重和平均日增重，但對肉鴨的平均日采食量、耗料增重比和成活率均無顯著影響[38]；儲存5 年的玉米降低肉雞0～3 周體增重，但對采食量和耗料增重比沒有顯著影響[39]。同為陳化糧，陳化玉米作為飼料原料在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用可為陳化稻米的合理利用提供一定借鑒。

陳化稻米由于營養(yǎng)成分損失和結(jié)構(gòu)變化等，其利用效率出現(xiàn)不同程度下降，目前國內(nèi)外對于如何提高陳化稻米飼用價值的研究還很少。劉春生等[40]、李俊波等[41]和舒劍成[36]在研究中均發(fā)現(xiàn)，膨化與外源酶制劑處理對儲存3 年的陳化早稻秈米飼喂早期斷奶仔豬的日增重和采食量無影響，膨化有提高生長豬對陳化稻米淀粉的表觀回腸淀粉消化率的趨勢，但未能顯著改善豬能量、粗蛋白質(zhì)和必需氨基酸等表觀回腸消化率；添加外源酶可以顯著提高斷奶仔豬大部分小腸黏膜二糖酶活性，使淀粉結(jié)合態(tài)的蛋白釋放出來，提高了豬回腸表觀氨基酸消化率，但并不能改善仔豬的生長性能。擠壓膨化對淀粉的主要作用是促使其分子間氫鍵斷裂糊化生成α-淀粉，淀粉糊化系淀粉受熱超過糊化溫度后吸水膨脹，淀粉分子間鍵破裂并產(chǎn)生水合作用所致。擠壓膨化還能促使淀粉分子內(nèi) 1，4-糖苷鍵斷裂而生成葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖及麥芽糊精等低分子量產(chǎn)物，糊化后的淀粉更容易被淀粉酶作用而改善其利用率。除此之外，適度加熱處理有利于改善蛋白的品質(zhì)，但如果加熱過度，原料中的一些還原糖或其他羰基化合物會與賴氨酸 ε-NH2發(fā)生美拉德反應(yīng)引起賴氨酸有效性降低，從而降低蛋白質(zhì)的生物學(xué)效價。

4 小 結(jié)

綜上所述，稻米陳化后其品質(zhì)劣變，消化率、有效能值、適口性降低，使陳化稻米不能直接作為口糧，但總體來看仍具有較高的營養(yǎng)價值。實踐表明陳化稻米用于飼料日糧是可行的，但全部替代會產(chǎn)生一定負面影響。然而目前對陳化稻的研究僅停留在初步探索階段，研究并不全面，飼用化的應(yīng)用研究更是缺乏，極少有陳化時間、陳化評價指標與畜禽生產(chǎn)性能相關(guān)性方面的研究。對于陳化稻米的加工處理也主要是膨化與添加酶制劑，且效果并不顯著，這可能是由于陳化稻米自身淀粉結(jié)構(gòu)變化與霉菌毒素積累的原因。所以要真正解決陳化稻米的庫存問題，將其應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)中，今后應(yīng)當著重于研究探索陳化稻米與畜禽生產(chǎn)性能之間的相關(guān)性，并尋求更有效的加工工藝。如益生菌發(fā)酵工藝對改善飼料品質(zhì)、提高飼料利用率、提高動物免疫力等方面有顯著影響。故可以嘗試對陳化稻米進行發(fā)酵處理，以改善其營養(yǎng)價值。我國陳化稻米總量巨大，若能將陳化稻米利用為飼料原料，不僅可以降低成本，而且對農(nóng)業(yè)資源循環(huán)再利用具有積極意義，在飼料原料供應(yīng)不足的今天無疑是一個創(chuàng)新的選擇。