蛋白原料及其混合粉料理化性質(zhì)對顆粒飼料加工質(zhì)量的影響

吳雨珊，楊 潔，李軍國，許傳祥，李 俊，牛力斌，谷 旭

蛋白原料及其混合粉料理化性質(zhì)對顆粒飼料加工質(zhì)量的影響

吳雨珊，楊 潔，李軍國，許傳祥，李 俊，牛力斌，谷 旭※

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部動物產(chǎn)品質(zhì)量安全飼料源性因子風(fēng)險評估實驗室（北京），北京 100081）

該研究旨在探究豆粕、棉粕、菜粕、酒糟蛋白（Distillers Dried Grains with Solubles，DDGS）、乙醇梭菌蛋白5種蛋白原料及其混合粉料的營養(yǎng)指標(biāo)和理化性質(zhì)的差異，確定影響顆粒飼料質(zhì)量和制粒能耗的關(guān)鍵指標(biāo)，對5種蛋白原料的制粒效果進(jìn)行綜合評價。以豆粕為對照組，僅改變蛋白原料，采用相同的加工參數(shù)制備顆粒飼料，比較不同蛋白原料的制粒效果，進(jìn)行主成分分析及偏最小二乘回歸分析（Partial Least Squares Regression，PLS）。結(jié)果表明：在原料營養(yǎng)指標(biāo)和理化特性方面，乙醇梭菌蛋白具有高蛋白含量、高蛋白溶解度、低脂肪、低纖維的特點，棉粕具有高纖維的特點，菜粕具有高纖維和低蛋白溶解度的特點，DDGS具有低蛋白和高脂肪的特點。蛋白原料吸水性強(qiáng)弱排列順序為乙醇梭菌蛋白、豆粕、棉粕、菜粕、DDGS，水溶性與之相反。乙醇梭菌蛋白組和棉粕組的制粒能耗較高，豆粕組的制粒能耗最低；棉粕組和乙醇梭菌蛋白組的修正耐久性（Modified Pellet Durability Index，MPDI）較高分別為92.72%和90.57%，菜粕組的MPDI最低為79.68%；乙醇梭菌蛋白組的硬度最高為130.95 N，DDGS組的硬度最低為74.26 N；乙醇梭菌蛋白組的糊化度最高為45.56%，DDGS組的糊化度最低為31.36%。通過偏最小二乘回歸模型得到，蛋白含量、蛋白溶解度和吸水性的增加會提高顆粒飼料硬度、PDI和MPDI；粗纖維含量、蛋白溶解度和吸水性的增加會增加制粒能耗。綜合分析5種蛋白原料制粒特性，由高到低排序為乙醇梭菌蛋白、棉粕、豆粕、菜粕、DDGS。研究結(jié)果為實際生產(chǎn)顆粒飼料時蛋白原料的選擇提供參考依據(jù)。

蛋白；飼料；理化性質(zhì)；顆粒飼料質(zhì)量；偏最小二乘回歸

0 引 言

近年來，蛋白原料需求量逐漸上漲，中國大豆進(jìn)口量激增，成為世界最大的進(jìn)口國[1]，嚴(yán)重限制了飼料業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[2]。隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)的拉開，豆粕的價格上漲，尋找可替代豆粕的蛋白原料，降低對玉米-豆粕型日糧的依賴是當(dāng)前要務(wù)。因動物性蛋白原料的價格普遍高于植物性蛋白原料，所以從經(jīng)濟(jì)方面考慮動物性蛋白原料不能成為替代豆粕的首選。目前，多種雜粕可替代豆粕進(jìn)行顆粒飼料生產(chǎn)，如棉粕、菜粕和酒糟蛋白（Distillers Dried Grains with Solubles，DDGS）等。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，單細(xì)胞蛋白逐漸進(jìn)入了飼料領(lǐng)域[3-4]，如乙醇梭菌蛋白，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)83%，氨基酸平衡，具有不占用耕地，不與人爭糧，不受季節(jié)氣候影響，生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢。

飼料加工后形成顆粒飼料，便于裝袋運輸，同時對畜禽的飼料轉(zhuǎn)化率、營養(yǎng)獲取均勻度、腸道形態(tài)有很大的影響[5-6]。優(yōu)質(zhì)的飼料顆粒具有粉化率低、顆粒耐久性高、加工能耗低、淀粉糊化度適中的特點，可降低制作和運輸過程中的損耗、減少成本、提高飼料的消化率等[7-8]。顆粒飼料質(zhì)量受多因素影響，各因素占比不同，如原料組成占比40%、粉碎性能占比20%、調(diào)質(zhì)因素占比20%、環(huán)模壓輥設(shè)備占比15%、冷卻條件占比5%[9-11]。其中飼料原料對顆粒飼料質(zhì)量的影響較大，而原料主要可分為淀粉源和蛋白源。因淀粉在一定水分和溫度下發(fā)生糊化有利于制粒，所以許多有關(guān)原料對顆粒飼料質(zhì)量影響的研究聚焦于淀粉[12-14]。事實上，蛋白質(zhì)作為飼料中的主要營養(yǎng)指標(biāo)，其含量及理化性質(zhì)也會對飼料的質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。自然狀態(tài)下，蛋白質(zhì)構(gòu)象變化主要包含分子鏈的展開、結(jié)合、聚集、潛在降解或氧化交聯(lián)這4個變化[15-16]，蛋白質(zhì)自身的大分子結(jié)構(gòu)會影響諸如此類變化，會對其溶解度、黏度等功能特性產(chǎn)生影響進(jìn)而導(dǎo)致顆粒飼料質(zhì)量的差異[17-18]。有研究表明，添加鷹嘴豆[19]、乳清蛋白濃縮物超過25%[20]對顆粒質(zhì)量有很大影響。

目前，有關(guān)蛋白原料的研究主要集中在功能性成分及對畜禽生長性能的影響等方面，但對其加工特性的研究鮮見報道。因此，本文選用豆粕、棉粕、菜粕、酒糟蛋白（Distillers Dried Grains with Solubles，DDGS）、乙醇梭菌蛋白5種蛋白原料在相同加工條件下進(jìn)行制粒，以豆粕為對照，研究不同蛋白原料及其混合粉料理化性質(zhì)的差異，找到影響顆粒飼料質(zhì)量和能耗的關(guān)鍵指標(biāo)，對蛋白原料的制粒效果進(jìn)行綜合評價，為尋找可替代蛋白原料提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 原料

玉米、豆粕、棉粕、菜粕、DDGS從南口原料廠購買，乙醇梭菌蛋白（Protein, CAP）由北京首朗生物科技有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

將玉米、豆粕、棉粕、菜粕、DDGS等需要粉碎的大料在篩片孔徑2.0 mm的條件下進(jìn)行粉碎（9FQ-50B，北京通燕機(jī)械制造有限公司），為避免其他成分影響，僅用蛋白原料與玉米粉以質(zhì)量3:7的比例進(jìn)行混合[21]（CH-100型粉碎機(jī)，無錫新標(biāo)粉體機(jī)械制造有限公司），豆粕為對照組，其他蛋白原料為試驗組，根據(jù)畜禽飼料常用加工條件，模孔直徑（3.5 mm）、長徑比（10:1）、調(diào)質(zhì)溫度80 ℃、調(diào)質(zhì)時間（80s）對混合物料進(jìn)行制粒（MUZL180型制粒機(jī)，江蘇牧羊集團(tuán)），記錄制粒過程中相關(guān)參數(shù)。

對粉碎后的原料和混合粉料進(jìn)行隨機(jī)取樣3次，檢測營養(yǎng)指標(biāo)和理化指標(biāo)。每組制粒三批及每批次產(chǎn)量為50 kg，在制粒機(jī)穩(wěn)定的制粒后，每隔5 min取一次顆粒飼料，3次重復(fù)，每次取3 kg，顆粒料攤開變涼后采用“四分法”逐漸縮減至2 kg進(jìn)行加工質(zhì)量的檢測，剩余顆粒飼料裝入自封袋中于4 ℃冰箱保存待測。

1.3 檢測指標(biāo)與方法

1.3.1 營養(yǎng)指標(biāo)

水分按照GB/T 6435-2014《飼料中水分的測定》進(jìn)行測量；蛋白含量按照GB/T 6432-2018《飼料中粗蛋白的測定-凱氏定氮法》進(jìn)行測量；粗脂肪按照GB/T 6433-2006《飼料中粗脂肪的測定》進(jìn)行測量；粗纖維按照GB/T 6434-2006《飼料中粗纖維的測定-過濾法》進(jìn)行測量。

1.3.2 理化指標(biāo)

蛋白溶解度：樣品粉碎過60目篩，稱取試樣0.3 g，準(zhǔn)確到0.1 mg，置于50 mL離心管中，加入30 mL 0.2 %的氫氧化鉀溶液，利用多管渦旋混合器（UMV-2型多管渦旋混合器，北京優(yōu)晟聯(lián)合科技有限公司）以2 500 r/min振蕩20 min，以2 700 r/min離心10 min，準(zhǔn)確移取上清液15 mL于消化管內(nèi)，按GB/T 6432-2018進(jìn)行消化，隨后使用全自動凱氏定氮儀測定蛋白含量（1），計算蛋白溶解度，公式如下：

蛋白溶解度=21/×100% （1）

式中1表示15 mL上清液中的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；表示樣品的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

吸水性（Water Absorbility Index, WAI）及水溶性（Water Solubility Index, WSI）指數(shù)：樣品粉碎過70目篩，取2.5 g樣品于50 mL離心管中，加入30 mL蒸餾水，利用多管渦旋混合器以2 500 r/min振蕩20 min，隨后在4 ℃下，以2 700 r/min離心10 min，取離心后的上清液于質(zhì)量恒定后的培養(yǎng)皿，在135 ℃下烘干3 h恒量，取出置干燥鍋內(nèi)完全冷卻。計算公式如下[22]：

WAI=g/ds×100% （2）

式中g(shù)表示離心后離心管內(nèi)膠體質(zhì)量，g；ds表示干物質(zhì)樣品質(zhì)量，g。

WSI=ss/ds×100% （3）

式中ss表示培養(yǎng)皿中的上清液烘干后干物質(zhì)質(zhì)量，g；ds表示干物質(zhì)樣品質(zhì)量，g。

黏度特征值：量?。?5.0±0.1）mL蒸餾水，移入樣品鋁筒中，然后稱?。?.00±0.01）g試樣（應(yīng)按14%濕基根據(jù)試樣水分補(bǔ)償），轉(zhuǎn)移到裝有蒸餾水樣品鋁筒內(nèi)。采用快速黏度分析儀（ZM100型快速粘度分析儀，波通瑞華科學(xué)儀器有限公司），選用程序standard1，進(jìn)行測定黏度特征值。在結(jié)果中提取峰值黏度、保持黏度、最終黏度等數(shù)值。

1.3.3 加工質(zhì)量指標(biāo)

成型率：根據(jù)GB/T16765-1997，顆粒冷卻1 h后測定，從各組顆粒料中取出代表性樣品1.5 kg（1, g），對試樣分3次過篩（2.5 mm），篩上顆粒質(zhì)量（2, g），計算3次篩上物總質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。在飼料出口處，接取飼料顆粒500 g晾干后過篩（2.5 mm），計算篩上顆粒質(zhì)量的百分比，即成型率。

成型率=2/1×100% （4）

顆粒耐久性（Pellet Durability Index，PDI）和修正耐久性（Modified Pellet Durability Index，MPDI）：取過篩（2.5 mm）顆粒500 g，在顆粒耐久性測試裝置中不斷反轉(zhuǎn)10 min后，過篩稱量篩上顆粒飼料質(zhì)量（3, g）的百分比，即顆粒耐久性（PDI）[7]。取過篩（2.5 mm）顆粒500 g，裝入ASM-E880攪拌機(jī)內(nèi)，以50 r/min回轉(zhuǎn)6 min，測量篩上顆粒質(zhì)量（4, g）的百分比，即修正耐久性（MPDI）。

硬度：利用質(zhì)構(gòu)儀（TA-XY2i，Stable Micro System公司）進(jìn)行顆粒硬度的測定，記錄斷裂前的峰值（N），反復(fù)測量20次取平均值。

淀粉糊化度：淀粉糊化度檢測采用了美國飼料工業(yè)普遍采用測定淀粉糊化度的簡易酶法測定[23]。

1.3.4 制粒能耗

記錄生產(chǎn)過程中的每分鐘的產(chǎn)量記為（kg），記錄電度表示值記為（A），計算每噸的制粒能耗（kW·h/t），公式如下：

式中代表正常制粒過程中的電流大小，A；代表電壓，為0.38 kV；代表顆粒出口處接料1min的質(zhì)量，kg；cos代表功率因數(shù)，取0.85。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)以平均值士標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。所有數(shù)據(jù)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），Duncan多重比較法檢驗差異顯著性，以<0.05為差異顯著。首先將指標(biāo)數(shù)據(jù)正向化與標(biāo)準(zhǔn)化，判定相關(guān)性后確定主成分個數(shù)，列出主成分Z的表達(dá)式，根據(jù)數(shù)據(jù)對綜合成分值進(jìn)行計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白原料與混合粉料的營養(yǎng)和理化性質(zhì)指標(biāo)

不同蛋白原料營養(yǎng)指標(biāo)與理化性質(zhì)如表1所示。不同蛋白原料的水分變化范圍為7.12%～9.87%，棉粕和DDGS的水分顯著高于其他蛋白原料（<0.05），乙醇梭菌蛋白的水分最低；不同蛋白原料的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為16.09%～82.53%，乙醇梭菌蛋白的蛋白含量顯著高于其他蛋白原料（<0.05），DDGS的蛋白含量最低；不同蛋白原料的粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.19%～10.00%，DDGS的粗脂肪含量最高（<0.05），乙醇梭菌蛋白粗脂肪含量最低；不同蛋白原料的粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.05%～11.80%，菜粕的粗纖維含量最高（<0.05），棉粕較高，乙醇梭菌蛋白的粗纖維含量最低；不同蛋白原料的蛋白溶解度變化范圍為11.74%～93.44%，乙醇梭菌蛋白的蛋白溶解度最高（<0.05），菜粕的蛋白溶解度最低；5種蛋白原料的吸水性由強(qiáng)到弱的排列順序為乙醇梭菌蛋白、豆粕、棉粕、菜粕、DDGS；吸水性和水溶性指標(biāo)呈相反的變化趨勢。

表1 不同蛋白原料營養(yǎng)指標(biāo)與理化性質(zhì)

注：同一行數(shù)據(jù)肩標(biāo)相同字母表示差異不顯著（>0.05），不同字母表示差異顯著（<0.05），下同。

Note: In the same line, values with the same letter superscripts mean no significant difference (＞0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (<0.05). The same as below.

不同混合粉料的營養(yǎng)指標(biāo)與理化性質(zhì)如表2所示。豆粕組的黏度特征值顯著高于其他各組（<0.05）；棉粕組的粗纖維含量顯著高于其余各組（<0.05）；DDGS組的粗脂肪含量顯著高于其余各組（<0.05），并且DDGS的蛋白含量最低；菜粕組具有較高的粗纖維含量和較低的蛋白溶解度，蛋白溶解度顯著低于其他各組（<0.05）；乙醇梭菌蛋白組的蛋白含量和蛋白溶解度顯著高于其余各組（<0.05），粗纖維含量最低；不同混合粉料的吸水性由強(qiáng)到弱的排序為乙醇梭菌蛋白組、棉粕組、豆粕組、菜粕組、DDGS組，各組之間顯著差異（<0.05），水溶性指標(biāo)與吸水性呈相反趨勢。各混合粉料的差異與蛋白原料間的差異幾乎一致。

2.2 制粒能耗與顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)

不同顆粒飼料的制粒能耗與顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)如表3所示。不同顆粒飼料的制粒能耗變化范圍為50.81～59.62 kW·h/t，棉粕組和乙醇梭菌蛋白組的制粒能耗較高，豆粕組的制粒能耗顯著低于其余各組（<0.05）；不同顆粒飼料的成型率變化范圍為99.34%～99.77%，各組成型率均在99%以上；不同顆粒飼料的PDI變化范圍為96.43%～98.53%，乙醇梭菌蛋白組和棉粕組的PDI顯著高于其他組（<0.05）；不同顆粒飼料的MPDI變化范圍為79.68%～92.72%，棉粕組的MPDI顯著高于其他組（<0.05），菜粕組的MPDI最低；不同顆粒飼料的硬度變化范圍為74.26～130.95N，棉粕組和乙醇梭菌蛋白組的硬度顯著高于其他組（<0.05），DDGS組的硬度最低；不同顆粒飼料的淀粉糊化度變化范圍為31.36%～45.56%，乙醇梭菌蛋白組的淀粉糊化度顯著高于其他組（<0.05），豆粕組的淀粉糊化度最低。

表3 不同顆粒飼料的制粒能耗與顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)

2.3 混合粉料特性與制粒能耗及顆粒質(zhì)量指標(biāo)偏最小二乘回歸分析

混合粉料特性與制粒能耗及顆粒質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)如表4所示，制粒能耗與峰值黏度、保持黏度和最終黏度呈顯著負(fù)相關(guān)；成型率與蛋白含量、吸水性呈顯著正相關(guān)，與蛋白溶解度呈極顯著正相關(guān)，與水溶性呈顯著負(fù)相關(guān)；PDI與蛋白含量、蛋白溶解度、吸水性顯著正相關(guān)；MPDI與蛋白溶解度、吸水性呈顯著正相關(guān)性；硬度與蛋白含量、吸水性呈顯著正相關(guān)性，淀粉糊化度與蛋白含量呈正相關(guān)性。僅通過相關(guān)性的數(shù)據(jù)大小不能夠直接評估制粒能耗及顆粒質(zhì)量指標(biāo)與混合粉料特性直接的影響關(guān)系。

表4 混合粉料特性與制粒能耗及顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

注：*與**分別表示0.05和0.01水平上顯著差異。

Note: *and**show significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

以混合粉料的營養(yǎng)指標(biāo)和理化指標(biāo)等為自變量，以制粒能耗、淀粉糊化度、成型率、PDI、MPDI、硬度為因變量分別建立回歸模型，建立因變量和自變量之間的PLS模型，僅保留在置信區(qū)間內(nèi)的變量。偏最小二乘回歸模型系數(shù)表如表5所示，成型率受蛋白含量、蛋白溶解度、吸水性、水溶性影響；硬度、PDI和MPDI受蛋白含量、蛋白溶解度、最終黏度和吸水性影響；制粒能耗受粗纖維、蛋白溶解度、峰值黏度、保持黏度、最終黏度和吸水性的影響；淀粉糊化度受蛋白含量、峰值黏度、保持黏度、最終黏度、吸水性和水溶性的影響。

表5 偏最小二乘回歸模型系數(shù)表

采用2和2兩個指標(biāo)評價PLS模型的擬合效果，2表示所有提取的偏最小二乘模型的所能解釋的自變量和因變量總方差的比例。2是交叉驗證平方系數(shù)，代表著模型的預(yù)測能力。一般來說2越大代表擬合模型代表性強(qiáng)，2>0.5時，所得模型就具有良好的預(yù)測能力。偏最小二乘回歸分析模型的擬合能力（2）與預(yù)測能力（2）的結(jié)果，如表6所示，模型中偏最小二乘回歸分析中，2為0.831～0.970，此模型擬合效果較好。2為0.738～0.909，則此模型的預(yù)測能力也較佳。

表6 偏最小二乘回歸分析模型的擬合與預(yù)測能力

注：2：因變量模型擬合度；2因變量模型預(yù)測度。

Note:2: fitting degree of dependent variable model;2: prediction degree of dependent variable model.

2.4 蛋白原料制粒特性的綜合評價

為評價5種蛋白原料的制粒效果，對5種蛋白原料的制粒能耗和顆粒質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，方差及主成分貢獻(xiàn)率如表7所示，按照選擇特征值大于1的原則，前4個因子的特征值均大于1，因此選擇前4個因子替代原變量，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到96.28%（>80%），選擇前4個主成分對蛋白原料的制粒性能進(jìn)行綜合評價。通過主成分載荷矩陣，得到用每個特征向量表示的主成分與相對應(yīng)變量的關(guān)系，結(jié)果見表8。

第一主成分：

1=0.2261+0.2882+0.2683+0.2864+0.2965+0.3246

第二主成分：

2=?0.2891?0.2432+0.2483+0.0584+0.0975?0.0056

第三主成分：

3=0.2221?0.0792+0.113+0.4054+0.3395+0.2316

第四主成分：

4=?0.2061+0.1642?0.2513+0.0864+0.0255+0.0756

式中1、2、3、4、5、6分別為制粒能耗、淀粉糊化度、成型率、PDI、MPDI和硬度標(biāo)準(zhǔn)化值；1、2、3、4為第一主成分、第二主成分、第三主成分和第四主成分。

表7 方差及主成分貢獻(xiàn)率

表8 各主成分的載荷矩陣

結(jié)合表8，第一主成分貢獻(xiàn)率53.690%，主要提取硬度、PDI、MPAI和淀粉糊化度；第二主成分貢獻(xiàn)24.506%，主提取制粒能耗、糊化度、成型率；第三主成分貢獻(xiàn)9.878%，主要提取PDI、MPDI；第四主成分貢獻(xiàn)8.206%，主要提取成型率、制粒能耗。綜合四個主成分系數(shù)及其貢獻(xiàn)的方差，得到綜合得分公式=0.5371+0.2452+ 0.0993+0.0824。通過評價公式計算出5種蛋白原料制粒特性的綜合得分如表9所示，根據(jù)綜合得分進(jìn)行排序。5種蛋白原料制粒特性由高到低依次是乙醇梭菌蛋白、棉粕、豆粕、菜粕、DDGS。

表9 各主成分得分及綜合得分

3 討 論

5種蛋白原料的營養(yǎng)指標(biāo)及理化性質(zhì)均有不同。從各組顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)中可以看出，乙醇梭菌蛋白組和棉粕組的MPDI、硬度均較高，所以顆粒穩(wěn)定性較佳。

本試驗證明了不同蛋白原料對制粒能耗、顆粒質(zhì)量有很大影響。這與理化性質(zhì)有密切關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示混合粉料各指標(biāo)的變化與蛋白原料各指標(biāo)變化幾乎一致。因此對混合粉料的理化性質(zhì)與顆粒質(zhì)量進(jìn)行分析。

3.1 不同蛋白原料及其混合粉料的營養(yǎng)和理化性質(zhì)指標(biāo)對制粒能耗和淀粉糊化度的影響

在本文結(jié)果中，蛋白原料和混合粉料的蛋白溶解度、吸水性會增加制粒能耗，黏度特征值會降低制粒能耗。一般來說粗纖維含量不超過10%，增加纖維含量會增加制粒能耗[24]，因為纖維含量越高，使環(huán)模內(nèi)物料間的摩擦力增大，提高了相應(yīng)的剪切力和制粒能耗[25]。普遍研究結(jié)果顯示，制粒能耗隨特征黏度值的增加而增大[26]。RVA儀器測的表觀黏度特征值是使樣品持續(xù)保持95 ℃近6 min，接近完全糊化而測得的數(shù)值。而本試驗的最高糊化度僅為45.56%，各組糊化度普遍較低，沒有發(fā)揮出黏度特性的效果而導(dǎo)致與普遍結(jié)論不同[27]。在淀粉糊化度模型中，蛋白含量和吸水性對淀粉糊化度有著正向影響。淀粉糊化主要是為了保持顆粒飼料結(jié)構(gòu)的完整[28]。當(dāng)飼料中小肽或氨基酸的含量增加時，可能會導(dǎo)致淀粉糊化度提高[29-30]。而實際本試驗中的顆粒飼料，蛋白含量最高的乙醇梭菌蛋白組的糊化度最高。適宜的溫度和足夠的水分是淀粉糊化的前提，吸水性指蛋白原料在水中能吸收水分的能力，在調(diào)質(zhì)過程中吸收更多的水分，發(fā)揮保水能力，即使通過調(diào)質(zhì)箱后仍可以為淀粉顆粒的糊化提供更多可用的水分，從而提高糊化度，所以吸水性高對糊化度有著正向影響。Samuelsen等[31]研究顯示，物料糊化度高，會增加物料的熔融黏度從而提高機(jī)械制粒能耗。從本試驗結(jié)果中同樣可以看出，淀粉糊化度較高的乙醇梭菌蛋白組、棉粕組的制粒能耗較高，而豆粕組淀粉糊化度最低，制粒能耗最小。

3.2 不同蛋白原料及其混合粉料的營養(yǎng)和理化性質(zhì)指標(biāo)對顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)的影響

有許多研究結(jié)果表明，飼料質(zhì)量的好壞主要由原料成分和理化性質(zhì)而決定的[31]。畜禽飼料顆粒耐久性一般保持在90%以上，畜禽飼料的顆粒硬度一般在20～35 N之間。本試驗沒有按實際生產(chǎn)配方進(jìn)行制粒所以顆粒飼料的硬度高于常規(guī)范圍，成型率和PDI均是高于常規(guī)值。硬度、PDI、MPDI都受蛋白含量、蛋白溶解度、吸水性正向影響。已有試驗證明蛋白質(zhì)是促進(jìn)顆粒成型的物質(zhì)[32-33]，并且原料中未加工的非變性蛋白會提高顆粒耐久性和硬度[34]，與本文結(jié)果相同。蛋白溶解度代表著蛋白質(zhì)的變性程度，變性程度越高則蛋白溶解度越低是因為蛋白質(zhì)受熱后會形成溶解度低的聚集體，蛋白質(zhì)持續(xù)處于高溫、高濕的條件下，大多數(shù)情況下混合飼料進(jìn)行吸水、升溫的過程，在擠壓腔達(dá)到蛋白質(zhì)的變性條件，蛋白質(zhì)分解結(jié)構(gòu)開始重組，重組后結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定堅挺。相比較而言，不同物料同樣時間、同樣溫度經(jīng)過調(diào)質(zhì)器，接受蒸汽調(diào)質(zhì)，吸水性強(qiáng)的物料會吸收更多的水蒸汽，在熔融過程中可降低蛋白原料的組織化溫度，使蛋白質(zhì)更易變性可塑性增強(qiáng)[35]，可提高顆粒飼料質(zhì)量的穩(wěn)定性，利于顆粒飼料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。正如Silva等研究結(jié)果，在飼料中添加1.6%的水分，除提高顆粒成型率外，同樣可以提高顆粒耐久性指數(shù)（PDI）[36]。

本試驗只利用蛋白原料和玉米進(jìn)行混合制粒，所以制得的顆粒飼料硬度高于實際畜禽飼料的顆粒硬度。在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)生產(chǎn)需要，改變蛋白原料的配比而對蛋白含量和顆粒飼料質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整。菜粕和DDGS的制粒特性排名較低，菜粕特點是纖維含量較高、蛋白溶解度低，DDGS是蛋白含量低、粗脂肪含量較高，并且兩者的吸水性低。在生產(chǎn)中可以與吸水性好、蛋白含量高的蛋白原料配合使用。

4 結(jié) 論

本文在相同添加比例下，測定5種蛋白原料和混合粉料的營養(yǎng)指標(biāo)和制粒指標(biāo)以及顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)，對混合粉料的營養(yǎng)指標(biāo)和理化指標(biāo)建立回歸模型確定了影響顆粒質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，另外對蛋白原料的制粒效果進(jìn)行綜合評價，得到以下結(jié)論：

1）不同蛋白原料的理化性質(zhì)差異顯著（<0.05），乙醇梭菌蛋白具有高蛋白含量、高蛋白溶解度、高吸水性、低脂肪和低纖維的特點，DDGS具有高脂肪、低纖維、吸水性弱的特點；棉粕具有高纖維的特點；菜粕具有高纖維、低蛋白溶解度的特點。

2）不同蛋白原料的顆粒飼料質(zhì)量指標(biāo)差異顯著（<0.05），乙醇梭菌蛋白組的硬度、淀粉糊化度較高，棉粕組能制粒能耗較高、MPDI較高；豆粕組的制粒能耗較低。

3）不同蛋白原料的蛋白含量、蛋白溶解度、吸水性的增加和水溶性的降低會提高顆粒飼料硬度、PDI和MPDI，粗纖維含量、蛋白溶解度和吸水性的增加會增加制粒能耗。

4）利用主成分分析提取4個主成分，主成分1到4的貢獻(xiàn)率分別是53.690%、24.506%、9.878%、8.206%。累計貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上。應(yīng)用評價公式比較5種蛋白原料制粒特性，順序由高到低為乙醇梭菌蛋白、棉粕、豆粕、菜粕、DDGS。

實際生產(chǎn)中可根據(jù)需要，利用乙醇梭菌蛋白或棉粕適當(dāng)替代豆粕提高顆粒飼料質(zhì)量。后續(xù)可在禽類日糧中，通過蛋白原料的特性，利用多種蛋白原料進(jìn)行復(fù)配。找到滿足營養(yǎng)需求并且可以提高顆粒飼料質(zhì)量的蛋白配比。

[1] 王永剛，李豪強(qiáng)，王妍霏，等. 貿(mào)易爭端背景下世界油料、植物油生產(chǎn)和貿(mào)易格局變動分析[J]. 中國油脂，2020，45(7)：5-9.

Wang Yonggang, Li Haoqiang, Wang Yanfei, et al. Changes in production and trade patterns of global oilseeds and vegetable oils under the background of trade disputes[J]. China Oils and Fats, 2020, 45(7): 5-9. (in Chinese with English abstract)

[2] 李愛科. 新型蛋白源飼料開發(fā)與應(yīng)用[J]. 飼料與畜牧，2019(4)：71-75.

[3] Bouvarel I, Chagneau A M, Lescoat P, et al. Forty-eight-hour cycle sequential feeding with diets varying in protein and energy contents: adaptation in broilers at different ages[J]. Poultry Science, 2008, 87(1): 196-203.

[4] Najib H. Feeding value of single cell protein produced from date palm () fruits for broiler chickens[J]. Clothing & Textiles Research Journal, 2014, 4(14): 2406-2413.

[5] 韓浩月，陳健康，?uro Vukmirovi?，等. 飼料結(jié)構(gòu)（顆粒粒度）和飼料形態(tài)（粉料對制粒）在營養(yǎng)中的重要性（綜述）[J]. 國外畜牧學(xué)（豬與禽），2017，37(8)：81-84.

Han Haoyue, Chen Jiankang, ?uro Vukmirovi?, et al. Importance of feed structure (particle size) and feed form (mash vs.pellets) in pig nutrition:A review[J]. Animal Science Abroad (Pigs and Poultry), 2017, 37(8): 81-84. (in Chinese with English abstract)

[6] Hossein M G A M, Moravej H, Shivazad M, et al. Effects of feed form and particle size, and pellet binder on performance, digestive tract parameters, intestinal morphology, and cecal microflora populations in broilers[J]. Poultry Science, 2018, 98(3): 1432-1440.

[7] 葛春雨，李軍國，楊潔，等. 二次制粒工藝下膨化玉米添加比例對顆粒飼料加工質(zhì)量及斷奶仔豬生長性能的影響[J]. 動物營養(yǎng)學(xué)報，2018，30(11)：4379-4387.

Ge Chunyu, Li Junguo, Yang Jie, et al. Effects of expanded corn additive proportion under secondary pelleting process on processing quality of pellet feed and growth performance of weaned piglets[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2018, 30(11): 4379-4387. (in Chinese with English abstract)

[8] 楊強(qiáng). 不同加工技術(shù)對硬顆粒飼料加工質(zhì)量的影響研究[D]. 鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，2019.

Yang Qiang. The Effect of Different Processing Technology on Processing Quality of Hard Pellet[D]. Zhengzhou: Henan University of Technology, 2019. (in Chinese with English abstract)

[9] 張亮，許艷芬，楊在賓，等. 飼料原料對顆粒飼料制粒質(zhì)量的影響[J]. 飼料與畜牧，2013(1)：13-17.

Zhang Liang, Xu Yanfen, Yang Zaibin, et al. Effects of feedstuffs on the quality of the pellet feeds[J]. Animal Agriculture, 2013(1): 13-17. (in Chinese with English abstract)

[10] 萬志生，單慧勇，宋欣. 影響顆粒飼料質(zhì)量和制粒性能的因素分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(10)：5929-5930.

Wan Zhisheng, Shan Huiyong, Song Xin. Factors affecting quality and granulation property of pellet feeds[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2011, 39(10): 5929-5930. (in Chinese with English abstract)

[11] 孔丹丹，方鵬，金楠，等. 溫度和粉碎粒度對不同能量飼料原料熱物理特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(6)：296-306.

Kong Dandan, Fang Peng, Jin Nan, et al. Effect of temperature and particle size on thermophysical properties of different energy feedstuffs material[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(6): 296-306. (in Chinese with English abstract)

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

Yuan Jun, Xue Min, Wu Lixin, et al. Effects of different starch sources on pellet quality of extruded feed and apparent digestibility of genetic improvement of farmed tilapia (,GIFT)[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2014, 26(8): 2209-2216. (in Chinese with English abstract)

[13] 張嘉琦. 緩沉性水產(chǎn)膨化飼料加工參數(shù)研究及高粱作為淀粉源對水產(chǎn)膨化飼料產(chǎn)品質(zhì)量影響[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2019.

Zhang Jiaqi. Study on Influence of Processing Paramaeters of Slow-sinking Aquatic Products and Effect of Sorghum as Starch Source on Quality of Aquatic Products[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences Dissertation, 2019. (in Chinese with English abstract)

[14] 楊潔，李軍國，許傳祥，等. 不同淀粉源對水產(chǎn)膨化飼料加工及品質(zhì)特性影響研究進(jìn)展[J]. 水產(chǎn)學(xué)報，2019，43(10)：2102-2108.

Yang Jie, Li Junguo, Xu Chuanxiang, et al. Research progress on the effects of different starch sources on processing and quality characteristics of extruded aquatic feed[J]. Journal of Fisheries of China, 2019, 43(10): 2102-2108. (in Chinese with English abstract)

[15] Liu K S, Hsieh F H. Protein-protein interactions during high-moisture extrusion for fibrous meat analogues and comparison of protein solubility methods using different solvent systems[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2008, 56(8): 2681.

[16] Day L, Swanson B G. Functionality of protein‐fortified extrudates[J]. Comprehensive Reviews in Food ence & Food Safety, 2013, 12(5): 546-564.

[17] 鄧留坤，周慶安，任建存. 影響飼料制粒的因素及其控制方法分析[J]. 飼料廣角，2005(6)：14-16.

[18] 王紅英，鄧志剛，于慶龍，等. 高蛋白飼料加工質(zhì)量影響因素分析[J]. 飼料工業(yè)，2004(2)：8-9.

[19] Bhattacharya S, Prakash M. Extrusion of blends of rice and chick pea flours: A response surface analysis[J]. Journal of Food Engineering, 1994, 21(3): 315-330.

[20] Onwulata C I, Konstance R P, Smith P W, et al. Co-extrusion of dietary fiber and milk proteins in expanded corn products[J]. LWT-Food Science and Technology, 2001, 34(7): 424-429.

[21] 趙丹陽，李軍國，秦玉昌，等. 玉米和豆粕不同粉碎粒度組合對顆粒加工質(zhì)量和肉雞生長性能的影響[J]. 動物營養(yǎng)學(xué)報，2019，31(10)：4553-4562.

Zhao Danyang, Li Junguo, Qin Yuchang, et al. Effects of different crushing particle size combination of corn and soybean meal on processing quality of granules and growth performance of broilers[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(10): 4553-4562. (in Chinese with English abstract)

[22] Wang H, Ma S, Yang J, et al. Optimization of the process parameters for extruded commercial sinking fish feed with mixed plant protein sources[J]. Journal of Food Process Engineering, 2020, 44: e13599.

[23] 熊易強(qiáng). 飼料淀粉糊化度（糊化度）的測定[J]. 飼料工業(yè)，2001(3)：30-31.

[24] Carvalho C W P, Takeiti C Y, Onwulata C I, et al. Relative effect of particle size on the physical properties of corn meal extrudates: Effect of particle size on the extrusion of corn meal[J]. Journal of Food Engineering, 2010, 98(1): 103-109.

[25] 張燕青，崔清亮，辛琳，等. 谷子秸稈剪切力與其飼料營養(yǎng)特性變化規(guī)律及相互關(guān)系[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(5)：41-50.

Zhang Yanqing, Cui Qingliang, Xin Lin, et al. Variations and correlations of shearing force and feed nutritional characteristics of millet straw[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(5): 41-50. (in Chinese with English abstract)

[26] 趙學(xué)偉，魏益民，張波. 加壓對小米淀粉理化特性的影響[J]. 食品工業(yè)科技，2012(6)：185-188.

Zhao Xuewei, Wei Yimin, Zhang Bo. Effect of extrusion on the physicochemical properties of foxtail millet starch[J]. Science and Technology of Food Industry, 2012(6): 185-188. (in Chinese with English abstract)

[27] 金楠，段恩澤，王紅英，等. 梯度恒溫水熱處理飼料的糊化時間溫度特性研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(14)：300-307.

Jin Nan, Duan Enze, Wang Hongying, et al. Time and temperature characteristics of feed gelatinization by gradient isothermal hydrothermal treatment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(14): 300-307. (in Chinese with English abstract)

[28] Kannadhason S, Muthukumarappan K, Rosentrater K A. Effect of starch sources and protein content on extruded aquaculture feed containing DDGS[J]. Food & Bioprocess Technology, 2011, 4(2): 282-294.

[29] Mohtar N F, Perera C, Quek S Y. Optimisation of gelatine extraction from hoki () skins and measurement of gel strength and SDS-PAGE[J]. Food Chemistry, 2010, 122(1): 307-313.

[30] Tan I, Torley P J, Halley P J. Combined rheological and optical investigation of maize, barley and wheat starch gelatinisation[J]. Carbohydrate Polymers, 2008, 72(2): 272-286.

[31] 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 & Technology, 2013, 179(1/2/3/4): 77-84.

[32] Overland M, Morken T, Kraugeruol O F, et al. Effects of feed processing conditions and acid salts on nutrient digestibility and physical quality of soy-based diets for Atlantic salmon ()[J]. Aquaculture Nutrition, 2012, 18(1): 21-34.

[33] Cavalcanti W B, Behnke K C. Effect of composition of feed model systems on pellet quality: A mixture experimental approach. II[J]. Cereal Chemistry, 2005, 82(4): 455-461.

[34] Wood, John F. The functional properties of feed raw materials and their effect on the production and quality of feed pellets[J]. Animal Feed ence & Technology, 1987, 18(1): 1-17.

[35] 康立寧. 大豆蛋白高水分?jǐn)D壓組織化技術(shù)和機(jī)理研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2007.

Kang Lining. Texturization Technology and Mechanism of Soy Protein by High Moisture Extrusion[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2007. (in Chinese with English abstract)

[36] Silv P G D, Oliveir L M S, Oliveir N R D, et al. Effects of processing, particle size and moisturizing of sorghum-based feeds on pellet quality and broiler production[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2018, 31(1): 98-105.

Effects of physicochemical properties of protein raw materials and their mash feed on the processing quality of pellet feed

Wu Yushan, Yang Jie, Li Junguo, Xu Chuanxiang, Li Jun, Niu Libin, Gu Xu※

(-,(),,,100081,)

The purpose of this study is to explore the nutritional components and physicochemical properties in five types of protein raw materials and their mixed powder, including soybean meal, cottonseed meal, rapeseed meal, Distillers Dried Grains with Solubles (DDGS), andProtein (CAP). Key indicators were determined on the processing quality of pellet feed and energy consumption of granulation. A comprehensive evaluation was also performed on the granulation of protein raw materials. Five kinds of protein raw materials were mixed with ground corn at the weight ratio of 3:7 in a single-factor experimental design. The soybean meal was taken as the control group, whereas, the pelletized feed was prepared with the same processing parameters. Correlation analysis and Partial Least Squares regression (PLS) were conducted to compare the pelletizing quality of different protein raw materials. The results showed that there were significant differences in nutritional components and physicochemical properties of raw materials, where the CAP presented a high protein content and solubility while low fat and fiber, the cottonseed meal with high fiber, the rapeseed meal with high fiber and low protein solubility, as well as the DDGS with low protein and high fat. Water absorption of protein raw materials was ranked in descending order: CAP, soybean meal, cottonseed meal, rapeseed meal, and DDGS. The energy consumption of CAP group and cottonseed meal group was higher than other group, and soybean meal group was lowest; the higher Modified Pellet Durability Index (MPDI) of the cotton meal group and CAP group was 92.72% and 90.57% respectively, and the lowest MPDI of rapeseed group was 79.68%. The highest hardness of CAP group was 130.95 N, and the lowest hardness was 74.26 N in DDGS group. The highest gelatinization degree of CAP group was 45.56% and the lowest of gelatinization degree was 31.36% in DDGS group. The partial least squares regression model demonstrated that the protein content and solubility, as well as the water absorption significantly improved the hardness, PDI, and MPDI of pellet feed. The crude fiber content, protein solubility, and water absorption contributed tosaving the energy consumption of pelletizing. The granulation characteristics were ranked in the order from high to low: CAP, cottonseed meal, soybean meal, rapeseed meal, and DDGS. The findings can provide a sound reference for the selection of protein raw materials in the actual production of pellet feed.

protein; feed; physicochemical properties; pellet feed quality; Partial Least Squares Regression

2020-11-25

2021-04-02

國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFD0900200），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市家禽創(chuàng)新團(tuán)隊項目（BAIC04-2020）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程項目（CAAS-ASTIP-2020-FRI-08）

吳雨珊，研究方向為動物營養(yǎng)與飼料安全。Email：wuyushan51@163.com

谷旭，副研究員，研究方向為動物營養(yǎng)與飼料安全。Email：guxu@caas.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.037

TS201.1; O242.1

A

1002-6819(2021)-07-0301-08

吳雨珊，楊潔，李軍國，等. 蛋白原料及其混合粉料理化性質(zhì)對顆粒飼料加工質(zhì)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37(7)：301-308. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.037 http://www.tcsae.org

Wu Yushan, Yang Jie, Li Junguo, et al. Effects of physicochemical properties of protein raw materials and their mash feed on the processing quality of pellet feed[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(7): 301-308. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.07.037 http://www.tcsae.org