史長笑，李英齊，蘇華維

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京 100193）

近年來，我國玉米產(chǎn)量趨于平穩(wěn)，但隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，玉米的需求量總體呈上漲趨勢。據(jù)統(tǒng)計，我國玉米總產(chǎn)量的70% 被用于畜禽飼料。2020年的玉米產(chǎn)量同比2011 年增長23.35%，進口量同比2019 年增長135.7%。預(yù)計到2030 年，玉米需求將超過3 億t，國內(nèi)產(chǎn)需缺口將達到2 500 萬t 以上。受到2020 年新冠疫情、生豬產(chǎn)能恢復(fù)、全球經(jīng)濟下滑等因素影響，玉米的價格連連上漲，飼料成本成為困擾畜牧業(yè)發(fā)展的最大難題。在肉牛養(yǎng)殖業(yè)中，為了使育肥中后期的肉牛盡快達到出欄體重，通常使用以玉米為主的高精料進行催肥，玉米使用不當容易造成飼料浪費，無形之中增加了飼養(yǎng)成本，如何科學(xué)利用玉米成為了亟待解決的生產(chǎn)問題。本文綜述了反芻動物利用淀粉的機理、不同客觀性質(zhì)及加工方式的玉米對肉牛生產(chǎn)性能和淀粉利用的影響、淀粉消化率預(yù)測模型的建立，并重點關(guān)注干加工、蒸汽壓片、濕貯等工藝對玉米產(chǎn)生的具體效果，為生產(chǎn)者選擇玉米加工方式提供可靠的參考。

1 反芻動物利用淀粉的機理

淀粉作為植物碳水化合物的主要儲存方式，在天然狀態(tài)下以淀粉顆粒的形式存在，淀粉顆粒包括由支鏈淀粉組成的結(jié)晶區(qū)、直鏈淀粉以及非結(jié)晶支鏈淀粉組成的無定形區(qū)。一般情況下，谷物淀粉通常由16%～35% 的直鏈淀粉和65%～84% 的支鏈淀粉組成，而普通玉米的直鏈淀粉含量為22%～27%，蠟質(zhì)玉米僅含2%直鏈淀粉，而高直鏈型玉米的直鏈淀粉含量高達50%～80%。隨著玉米成熟度的提升，直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例也隨之上升。

肉?？梢酝ㄟ^瘤胃中細菌、原蟲、真菌對淀粉進行分解利用，具體降解變化：淀粉→麥芽糖→葡萄糖-6-磷酸→果酸-6-磷酸→果糖-1,6-二磷酸→丙酮酸→揮發(fā)性脂肪酸（VFA）+CO+CH+少量乳酸，碳水化合物在瘤胃中的主要發(fā)酵途徑見圖1。沒有在瘤胃中被分解的淀粉會在小腸中酶解為葡萄糖被吸收，具體過程與單胃動物相似。首先-淀粉酶將淀粉分解為小分子多糖，然后被小腸上皮細胞分泌的低聚糖酶分解為葡萄糖，經(jīng)轉(zhuǎn)運載體被小腸上皮吸收。其余淀粉進入大腸被微生物發(fā)酵分解或直接通過糞便排出體外。淀粉經(jīng)過整個消化道的分解吸收，可以作為主要能量物質(zhì)提供反芻動物機體能量需要的70%～80%。

圖1 碳水化合物在瘤胃中的主要發(fā)酵途徑[11]

2 玉米客觀性質(zhì)對其淀粉營養(yǎng)和肉牛生產(chǎn)性能的影響

玉米的淀粉營養(yǎng)會受品種、產(chǎn)地、年份、儲存條件等客觀因素影響，其中品種對玉米品質(zhì)的影響最大，美國玉米品種主要是馬齒型玉米，淀粉含量61%～78%，平均為71.7%，而我國主要種植半馬齒型和硬粒型品種，淀粉含量為71%～75%。儲存溫度也是影響玉米淀粉含量的重要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，在15℃條件下儲存6 個月的玉米中，淀粉含量比24℃條件下高1.33%；高溫會對玉米淀粉含量產(chǎn)生負面影響，應(yīng)盡量選擇19℃以下進行長期保存。玉米的淀粉儲存于胚乳中，根據(jù)淀粉與蛋白質(zhì)基質(zhì)相結(jié)合的程度，胚乳被分為玻璃狀胚乳（角質(zhì)胚乳或硬質(zhì)胚乳）和粉質(zhì)胚乳，玻璃狀胚乳的淀粉顆粒緊密地壓縮于蛋白質(zhì)基質(zhì)之間，胚乳組織堅實且透明；粉質(zhì)胚乳的淀粉顆粒與蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)合比較松散，胚乳組織疏松且不透明。將不同品種玉米籽粒根據(jù)胚乳玻璃化程度的高低進行區(qū)分，由高到低分別為爆玉米、硬粒型玉米、馬齒型玉米、粉質(zhì)玉米。淀粉顆粒表面的醇溶蛋白為玉米胚乳的主要儲存蛋白，其含量受胚乳類型的影響，即玻璃狀胚乳中玉米醇溶蛋白含量較高。玉米胚乳玻璃化程度和淀粉與蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)合的緊密程度以及玉米醇溶蛋白含量呈正相關(guān)。對14 種馬齒型玉米（平均胚乳玻璃化程度48.2%）和5 種硬粒型玉米（平均胚乳玻璃化程度73.1%）進行體外發(fā)酵，結(jié)果表明玻璃化程度越低，瘤胃淀粉降解速率越快、利用程度越高；另一項以4 種胚乳玻璃化程度不同的馬齒型玉米為原料的試驗也顯示出玻璃化程度越低，淀粉被利用的程度越高；胚乳玻璃化程度越高，淀粉全消化道消化率（TTD）越低，肉牛的增重效率越低。

3 玉米加工方式對肉牛淀粉利用率和生產(chǎn)性能的影響

雖然胚乳玻璃化程度的升高會導(dǎo)致淀粉利用效率降低，但是這種負面效應(yīng)可以通過一定的加工處理方式進行消減。玉米的加工方式主要有粉碎、干碾壓、蒸汽壓片、濕貯等，這些方法通過破壞玉米結(jié)構(gòu)（表1），從而影響肉牛對淀粉的消化利用。

表1 不同加工方式對玉米和肉牛消化的影響[29]

3.1 干加工玉米對肉牛生產(chǎn)性能和淀粉利用率的影響常見的干加工方法有破碎、粉碎、碾壓等，通過破壞玉米的物理結(jié)構(gòu)，增加瘤胃微生物和消化酶與胚乳的接觸面積，相當于在飼喂前提前模擬了一次咀嚼，更有利于淀粉的利用。

從目前的試驗結(jié)果來看，整粒玉米和干加工玉米的飼喂效果仍存在爭議。Gorocica-Buenfil 等認為，破碎玉米和整粒玉米TTD 均能達到95%，雖然使用整粒玉米飼喂的肉牛糞便中明顯可見未消化的玉米籽粒，但是二者糞便淀粉含量差異不大。Owens 等研究表明，干加工玉米相較于整粒玉米并沒有提高TTD；此后其對164 個飼養(yǎng)試驗的數(shù)據(jù)進行綜合分析后發(fā)現(xiàn)，整粒玉米的代謝能和飼料轉(zhuǎn)化效率（日增重/采食量，G:F）均優(yōu)于干碾壓玉米，這可能是因為粗飼料占比較少，整粒玉米可以給肉牛提供更多的反芻時間，在控制瘤胃酸中毒的同時提高了整粒玉米的利用程度。但是在另外一些研究中，飼喂整粒玉米會使干物質(zhì)采食量（DMI）增加3.2%，日增重（ADG）降低2.5%；而經(jīng)過干加工后的玉米有更高的ADG 和G:F，并且在糞便分析對比結(jié)果上也顯示出飼喂干加工玉米的淀粉浪費更少。對比自由采食和限飼2 種模式，自由采食整粒玉米和干碾壓玉米的牛具有相似的TTD（分別為96%和97.1%）；但在限飼時，整粒玉米比干碾壓玉米的TTD 降低8%。而分別給2 種閹牛飼喂整粒玉米和干加工玉米，結(jié)果顯示不同牛種對淀粉消化率沒有顯著差異，但是玉米經(jīng)過干碾壓或粉碎后的TTD 均比整粒玉米提升5%。

加工后的玉米顆粒度是最應(yīng)受關(guān)注的指標。一項由俄克拉荷馬州立大學(xué)進行的調(diào)查顯示，粉碎至粒徑1.744 mm的玉米能夠帶來最高的養(yǎng)殖效益；萬發(fā)春等也認為，玉米粉碎至2 mm 能帶來最高的利潤，更小的粒度雖然會帶來更高的淀粉消化程度，但是肉牛的生產(chǎn)性能差異并不顯著。同時，玉米顆粒度對肉牛生產(chǎn)性能的影響受日糧中粗飼料水平的影響，而增加粒徑后，采食行為會更加均勻地分布在每一個測試時間段內(nèi)，發(fā)酵速率降低，能夠有效緩解瘤胃酸中毒，不同粉碎粒度的玉米組合添加在生產(chǎn)上也有積極效果。

3.2 蒸汽壓片玉米對肉牛淀粉利用率和生產(chǎn)性能的影響蒸汽壓片工藝最早在20 世紀60 年代被提出，即先采用蒸汽對玉米進行調(diào)制，然后由輾輥加工成薄片，由于實踐效果良好，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于肉牛生產(chǎn)。

蒸汽壓片玉米飼喂肉牛能夠帶來良好的生產(chǎn)效果，與干加工玉米相比，使用蒸汽壓片玉米飼喂肉?？梢允笰DG 提升6.3%，同時DMI 降低5%。不過有學(xué)者對其試驗條件穩(wěn)定性提出質(zhì)疑，并分別在限飼和自由采食的試驗條件對干碾壓玉米和蒸汽壓片玉米的飼喂效果進行比對，雖然限飼條件下蒸汽壓片玉米ADG 更低，但是在自由采食條件下，蒸汽壓片玉米替代干碾壓玉米可提高ADG 和G:F，綜合來看，蒸汽壓片工藝在2 種試驗條件下均對玉米凈能和飼養(yǎng)效益有積極作用。近期也有試驗表明，用4 種不同水平粗飼料飼喂內(nèi)洛爾牛，蒸汽壓片玉米的飼喂效果比粗粉碎玉米（粒徑3.2 mm）更好，可使DMI 降低7%，并使ADG、G:F 分別提高10.6%、19%，同時蒸汽壓片玉米的維持凈能（NEm）和增重凈能（NEg）較粗粉碎玉米分別高14.9%和19.4%；并且相較于細粉碎玉米（粒徑1.3 mm），使用蒸汽壓片玉米的肉牛ADG、G:F 都更好。

蒸汽壓片工藝的優(yōu)良效果是由于在水、熱、力共同作用下，使淀粉顆粒發(fā)生了凝膠化或糊化反應(yīng)，破壞了蛋白質(zhì)基質(zhì)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，多糖溶解并從破裂的淀粉顆粒中擴散出來，從而使淀粉TTD 提升。蒸汽壓片玉米的質(zhì)量可以從壓片厚度、容重、淀粉溶解度和酶活性4 個方面進行判斷，而蒸汽箱溫度、蒸汽處理時間、對輥表面起伏紋路、輥輪間隙、輥輪張力是決定質(zhì)量的5 個因素。最受關(guān)注的蒸汽壓片玉米容重有一些不同的推薦建議，如260～360 g/L、309～412 g/L、310～390 g/L等。Zinn 等認為，容重過高有可能會誘導(dǎo)瘤胃酸中毒和瘤胃臌氣的發(fā)生，并且不會帶來更高的淀粉TTD。目前，美國國家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)院推薦的蒸汽壓片玉米容重范圍是310～360 g/L。而關(guān)于新型加壓蒸汽壓片裝置的研究提出，最適加工溫度為100～105℃，最佳調(diào)制時間為700～720 s，壓片玉米的厚度需要控制在2.5～3 mm。

3.3 高濕玉米對肉牛淀粉利用率和生產(chǎn)性能的影響 高濕玉米（又稱高水分玉米、濕貯玉米）是指將水分含量為28%～32%的玉米籽粒收獲后經(jīng)過粉碎、加工、壓窖、封窖進行厭氧發(fā)酵后的產(chǎn)物。國外在20 世紀50 年代就開始將高濕玉米應(yīng)用在反芻動物生產(chǎn)上。高濕玉米具有早收割、省加工、產(chǎn)量高、營養(yǎng)保存好、淀粉瘤胃消化率高等優(yōu)點，但目前在我國肉牛生產(chǎn)上應(yīng)用并不廣泛。

有研究表明，給12 月齡閹牛飼喂破碎高濕玉米后其ADG 和G:F 均均優(yōu)于整粒高濕玉米、干碾壓玉米；Hopfauf 等認為，相比于干碾壓玉米，用高濕玉米飼喂肉?？梢蕴嵘鼼:F。綜合來看，高濕玉米NEm 比干碾壓玉米提高6%，肉牛TTD 提高近10%，與傳統(tǒng)的干加工方式相比，飼喂高濕玉米會使肉牛ADG 降低0.8%，DMI 降低6.6%，G:F 增加18.3%。由于原料和制作工藝存在一定差異，高濕玉米飼喂肉牛的效果并不穩(wěn)定，這與高濕玉米較高的瘤胃消化率有關(guān)，并且淀粉消化率和消化速率會隨著濕貯原料加工時水分含量的增加而提高，這就需要在制作高濕玉米時尋找最佳的濕貯水分含量和貯存時間以避免肉牛發(fā)生瘤胃酸中毒，并且在使用高濕玉米時，進行更精準的營養(yǎng)測定和更科學(xué)的飼料配比。

將高濕玉米與干加工谷物聯(lián)合使用（高粱組合、與干玉米組合、與小麥組合等）可取得正向效果。此外，應(yīng)用高濕玉米會對肌內(nèi)脂肪酸的比例產(chǎn)生影響。Silva 等研究表示，使用高濕玉米會提高背最長肌多不飽和脂肪酸（PUFA）和共軛亞油酸CLA（c9，t11）的水平。Archibeque 等發(fā)現(xiàn)，雜交牛飼喂高濕玉米的淀粉消化率較干碾壓玉米更高，糞便中用于微生物發(fā)酵的淀粉較少，這對減少糞便中惡臭味化合物的合成有積極作用，是一種減輕肉牛養(yǎng)殖場氣味的有效方法。

不同加工方式處理的玉米會不同程度地影響肉牛對淀粉的消化利用（表2）?？偟膩碚f，蒸汽壓片玉米對肉牛TTD 和生產(chǎn)性能的提升效果最好，但是具體使用何種加工方式還需要綜合考慮生產(chǎn)效果是否能彌補加工成本的增加。對比干碾壓玉米、蒸汽壓片玉米、高濕玉米在不同規(guī)模肉牛場使用的加工成本發(fā)現(xiàn)，蒸汽壓片玉米的加工成本最為昂貴，但是蒸汽壓片玉米對提升飼料效率最具優(yōu)勢。干加工玉米可能更適合小規(guī)模的育肥場，高濕玉米的經(jīng)濟回報有較大的可變性。針對育肥后期肉牛，萬發(fā)春等傾向于使用粒徑2 mm的玉米粉，而王洪亮等則認為蒸汽壓片玉米能夠帶來最高的收益。因此，選用何種加工方式在具體應(yīng)用中還需進行綜合考量。

表2 不同加工方式玉米對肉牛消化和能值的影響

4 淀粉消化率預(yù)測模型的建立

對于反芻動物淀粉利用的研究在奶牛上已較成熟。張霞等認為，奶牛糞便淀粉含量應(yīng)小于5%，在攝入同樣干物質(zhì)的情況下，糞便淀粉含量每減少1%，產(chǎn)奶量增加0.3 kg。通過精準調(diào)控淀粉攝入可以降低產(chǎn)奶成本；Fredin 等應(yīng)用近紅外反射光譜法預(yù)測糞便淀粉含量，從而確定淀粉TTD。針對提高肉牛對高精料的利用，通過測算肉牛飼料和糞便中的淀粉可以計算淀粉的TTD，并能夠建立糞便淀粉含量與淀粉消化率的估測曲線模型（圖2），也有學(xué)者通過近紅外光譜分析法將糞便成分與肉牛TTD 聯(lián)系起來并建立模型，其中淀粉TTD 的驗證系數(shù)大于0.94，預(yù)測準確程度較高。但是將糞便淀粉含量作為淀粉TTD 測定的指標仍存在一定缺點，淀粉TTD 受到玉米品種、玉米加工方式、飼料配方、肉牛類型（體重、飼養(yǎng)階段、遺傳背景等）、DMI 等因素的影響，而且能否通過大量樣本消除模型誤差仍然有待驗證。

圖2 糞便淀粉含量與全消化道淀粉消化率的關(guān)系[78]

5 總結(jié)

玉米的品種、產(chǎn)地、加工方式等因素均會使肉牛對其淀粉利用率產(chǎn)生影響，而最直接的途徑便是利用合適的加工方式使玉米能量利用最大化。在不考慮加工成本的情況下，蒸汽壓片是最值得推薦的加工方式，但2 mm粒徑玉米粉飼喂肉牛產(chǎn)生的經(jīng)濟效益并不遜色于前者。生產(chǎn)者可以通過分析糞便淀粉含量來評估淀粉的利用率，并對于是否改變玉米加工方式進行決策。就目前玉米價格趨勢來看，不同加工方式玉米進行組合添加的飼喂效果與玉米和其他能量飼料不同比例添加的飼喂效果仍然值得進一步探討。