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饲料加工工艺营养价值影响分析

2019/09/14 阅读:

摘要:饲料加工工艺对营养价值有着重要影响,采取不同的加工工艺会得到不同性质的饲料,选择合理的饲料加工工艺有利于制作合适的动物饲料,提高动物对饲料的利用率和动物的生产性能。文章综合探讨了热处理、粉碎、制粒、碱处理、膨化等常用加工工艺对饲料营养成分蛋白质、脂肪、淀粉、维生素的影响,为合理选择饲料加工工艺提供参考。

关键词:饲料;加工工艺;营养价值;生产性能

在整个养殖生产过程中,饲料成本约占总成本的60%~70%,配合饲料的产品质量是饲料工业发展的基础,直接关系养殖业的生产效益[1]。饲料产品的优劣不仅取决于优质的原料和合理的配方,还取决于适宜的饲料加工技术。实际生产中最常见的饲料加工工艺有:热处理、膨化处理、粉碎处理、挤压处理、氨碱处理等。其中蛋白质会在很大程度上受热处理、膨化处理和挤压处理的影响,特别是氨基酸受到处理温度和湿度的影响,极易发生美拉德反应;挤压膨化会明显改变脂肪的营养价值;淀粉在一定的粉碎粒度、温度和膨化作用下,糊化度、糊化指数以及含量升高;高湿、高温以及制粒膨化是降低维生素营养价值的主要因素[2]。

1饲料加工工艺对蛋白质的影响

1.1热处理对蛋白质结构的影响

蛋白质具有构成机体新组织、参与物质代谢、提供能量和必需氨基酸、提高抵抗力等生理功能[3]。蛋白质的营养价值不仅依赖于氨基酸和蛋白质的总量,还与蛋白质的结构特征相关[4]。其中α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲结构等二级结构是蛋白质发挥作用的重要结构组成部分[5,6]。研究发现,蛋白质二级结构的变化会影响蛋白质的消化行为,蛋白质结构的α-螺旋、无规则卷曲与蛋白质体外消化率呈正相关,β-折叠则呈负相关[7];经过湿热处理后,α-螺旋、β-折叠含量和α-螺旋/β-折叠比值高于干热处理[8]。SunM等[9]在研究热处理(40~127℃)甘薯蛋白二级结构发现,热处理能显著升高无规则卷曲和β-转角的含量,而β-折叠含量显著降低。此外,在热处理对大豆分离蛋白二级结构的影响中,随着热处理温度的上升,蛋白质二级结构中α-螺旋含量和无规则卷曲含量显著上升,β-折叠含量显著下降[10]。

1.2粉碎工艺对蛋白质溶解度的影响

有研究表明,饲料原料的蛋白质溶解度与其体外消化率呈极显著的正相关关系[11]。王卫国等[12]分别用4.0、2.5、1.5、1.0、0.6mm孔径的筛片对玉米、麸皮、普通豆粕、去皮豆粕、带皮豆粕、棉粕进行粉碎,结果6种饲料原料在5种粉碎粒度下,随着粉碎粒度的降低溶解度显著升高。段海涛等[13]分别选用1.5、2.0、2.5、3.0mm筛片孔径对混合后饲料原料进行粉碎,发现粗蛋白质体外消化率随粉碎粒度的增大呈减小趋势。

1.3制粒工艺对蛋白质消化率的影响

制粒工艺影响饲料中蛋白质和氨基酸的消化率,在高温作用下氢键和其他次级键断裂致使蛋白质变性[14]。变性后的蛋白质空间结构发生改变,致使表面积膨胀、粘度系数变大、肽链疏松等。这些变化不仅加大了蛋白质与酶的接触面积,有利于酶的水解和消化吸收利用,更有利于制粒成型[15]。当制粒温度比较低时,氨基酸的损失量很小,但氨基酸的吸收却有较大幅度的提高,因此制粒后的饲料由于其氨基酸含量增加,提高了饲料的转化率[16]。饲料通过制粒工艺不仅可以使营养更加全面,还可以提升饲料的适口性,促进动物采食,提高动物的生产性能[17]。

1.4碱处理对蛋白质结构和消化率的影响

碱处理对蛋白质结构的变化和体外消化率的影响较大,有研究表明,随着pH值的下降,蛋白质二级结构α-螺旋含量和β-转角含量显著减少,β-折叠含量和无规则卷曲含量显著增多[18,19]。研究碱腌制对蛋清凝胶形成机理发现,在形成凝胶前蛋白质二级结构中α-螺旋含量相对减少,β-折叠含量相对增多,蛋白质分子结构有序性下降;当凝胶形成后,蛋白质二级结构中α-螺旋含量和β-折叠含量显著增加,无规则卷曲结构降低,蛋白质分子结构有序性逐渐升高[20]。有研究得出,碱处理大米蛋白体外消化率和赖氨酸与精氨酸的比值呈显著正相关[21]。同时,在碱处理大米蛋白质一级结构的研究中发现,碱处理可以降低大米蛋白中赖氨酸含量与精氨酸含量的比例[22]。可见不同的加工工艺使饲料中蛋白质的理化性质产生很大的变化,进而影响蛋白质的构象,提升饲料蛋白的消化率、溶解度、适口性等。在实际生产过程中,需要针对不同的动物、不同的饲料产品品质采取不同的饲料加工方式。

2饲料加工工艺对脂肪的影响

2.1热处理对脂肪含量的影响

由于脂肪在热力作用下可被逐步水解,最终产物是甘油和游离脂肪酸,其中甘油溶于水,可使脂肪含量下降[23]。不同的热处理方式对脂肪的影响不同,其中沸水处理对大豆脂肪有显著影响,且随着处理时间的延长,脂肪含量降低,沸水处理30min时其粗脂肪含量为18.00%;热蒸汽处理对大豆脂肪没有影响;大豆脂肪随着微波热处理时间的增长,含量明显下降,4min时粗脂肪含量为12%;大豆脂肪在干炒处理下4min后含量急剧降低,此时粗脂肪含量为11%[24]。

2.2挤压工艺对脂肪变化的影响

脂肪在饲料的挤压过程中非常敏感,对饲料的质构重组、成型和口感影响较大[25]。LucyBGuzman等研究饲料经挤压后淀粉脂肪复合物形成的情况,结果在温度低于100℃以下,随着挤压温度的上升,复合体的生成量也增多,但在温度高于100℃以上时,随着温度的上升,复合体的生成量下降较为明显[26]。有研究表明,在挤压过程中,原料中的淀粉和脂肪形成复合物,影响了产品的膨化效果以及淀粉的溶解性和消化率;当脂肪含量在10%以下时,对产品膨化率的影响较小,但其含量高时产品的膨化率明显下降[27]。除了形成淀粉脂肪复合物外,挤压还会产生不饱和脂肪酸发生顺-反异构现象,且不饱和脂肪酸并发生的顺-反异构变化随着挤压温度的变化而变化,当挤压温度由55℃上升到171℃时,反式脂肪酸的含量由1%增加到1.5%[28]。

2.3制粒工艺对脂肪含量的影响

研究表明,制粒加工过程中高温高压会影响饲料中脂肪的含量,水热处理能够加速不饱和脂肪酸的氧化分解[29]。同时在制粒的挤压作用下,能破坏饲料中的脂肪细胞壁,有利于营养物质的释放,提高脂肪的消化吸收。有研究得出,经制粒的饲料在贮藏过程中游离脂肪酸的含量降低,脂质水解酸败速度减慢,因为在贮藏条件下脂肪水解酶是造成饲料脂质水解酸败的主要原因,当制粒的温度达到70~85℃时,脂肪水解酶失去活性,从而减慢水解酸败的速度[30]。可见制粒工艺过程中的高温高压及热处理会影响饲料中脂肪的含量,由于水热处理能够加速不饱和脂肪酸的氧化分解,可适当适量添加抗氧化剂阻止对脂肪成分的破坏;另外,对于脂肪型饲料合理选择加工工艺极为重要,不仅能提高动物的生产性能还能使养殖户的经济效益最大化。

3饲料加工工艺对淀粉的影响

3.1热处理对淀粉理化性质的影响

刁静静等[31]用湿热加工方法处理高粱,可使其直链淀粉含量提高到28%;溶解性和膨胀度与温度呈正相关,相比在80、90℃条件下未处理组提高了3~5倍。试验表明,干热处理玉米且温度低于150℃时,与原淀粉相比干热淀粉的溶解指数较低,当干热温度为120℃时溶解指数仅为1.83%,但是当干热温度在90~150℃时,随着处理时间的延长,溶解指数逐渐增大[32];在研究热处理玉米中也得出类似的结果[33]。干热变性淀粉性质与淀粉的种类以及用量、加入组分的种类和热处理的时间、温度、pH值等都有很大关系。

3.2粉碎工艺对淀粉结构的影响

谢涛等[34]研究超微粉碎对锥栗淀粉微观结构的变化发现,随着粉碎时间的增加,淀粉大颗粒发生崩解,变成不规则、表面粗糙的多面体;当粉碎时间超过60min时,细微粒子增加并不明显,反而有些细微粒子开始发生轻度团聚。DeviAF等[35]研究冷冻碾磨对大米淀粉物理性质的影响时发现,淀粉颗粒在经过处理之后粒度变化并不明显,这种现象出现的原因可能有:(1)淀粉颗粒虽然在处理过程中颗粒结构遭到破坏,但是并没有得到很好的分散;(2)淀粉颗粒经过处理后溶解性增加,但粒度仪测试的结果反映的是不溶解的部分。徐中岳等[36]研究湿法超微粉碎对木薯淀粉微观结构的影响,发现随着粉碎时间的增加,颗粒度变小,淀粉的表面积变大,表面结构变化明显。RenG等[37]研究发现,随着研磨时间的增加,木薯淀粉颗粒的完整性逐渐被破坏,当碾磨时间超过54h时,团聚现象非常明显。超微粉碎处理对淀粉结构的破坏作用非常明显,在淀粉及其他物料的加工方面有较好的应用前景。

3.3挤压工艺对淀粉结构的影响

研究证明,挤压处理会使米糠直链淀粉的含量增加,支链淀粉含量明显减少,而支链淀粉的降解主要发生在α-1,6糖苷键,一部分支链转化成直链淀粉,还有一部分被降解成麦芽糊精等小分子物质,导致淀粉含量降低[38]。有文献报道,抗性淀粉(RS)和慢消化淀粉(SDS)能很好地解决餐后血糖快速升高的问题,借鉴抗性淀粉测量方法,测出未经螺杆挤压处理的马铃薯淀粉中RS产率为0.759%,而经螺杆挤压处理后马铃薯淀粉的RS产率显著增加,达到1.84%,而且还产生了很大一部分SDS[29,39]。

3.4制粒工艺对淀粉糊化度、硬度及PDI的影响

制粒工艺能提高淀粉的营养价值。淀粉在通过高温和调质快速挤出作用下,糊化度有所提高,这是制粒工艺提高饲料营养价值的关键[40];在二次制粒加工工艺下,随着膨化玉米添加比例的增加,颗粒饲料淀粉糊化度、硬度与耐久性指数(PDI)也逐渐增加[41,42],这是由于玉米膨化后淀粉链间氢键断裂,淀粉结构发生变化,增加了饲料的糊化度,且糊化的玉米具有黏结性,使颗粒结构更紧密稳定,从而增加了颗粒饲料的硬度和PDI[43]。调质温度对淀粉糊化的影响并非越高越好,温度过高营养价值会受到影响,特别是当温度超过95℃时,淀粉糊会变薄,降低黏度和糊化度[44];当水分含量在14%~15%时,糊化度在90%以上,膨化指数大于4[45]。

3.5膨化加工对淀粉含量的影响

膨化加工能提高淀粉含量,提高淀粉水解率。齐智利[46]研究膨化的温度对玉米淀粉含量的影响得出,与未加工玉米相比,膨化加工的玉米在130、150℃条件下,淀粉含量分别提高了3.75%、8.52%。程宗佳等[47]研究发现,膨化温度由120℃升高至171℃后,淀粉含量增加了0.5%,水解率提高了46%。胡建业[48]将玉米经过膨化处理后,直链淀粉含量增加了50.9%,膨化过程中淀粉含量增加的主要原因是直链淀粉含量增加。可见饲料中的淀粉经过不同的加工处理后,理化性质有较大的差异,挤压处理会使饲料直链淀粉的含量增加,支链淀粉的含量明显减少,而膨化加工能提高淀粉水解率。不同的加工工艺对饲料中直链淀粉的含量均有明显增加,支链淀粉的含量减少,从而提高饲料的营养价值。

4饲料加工工艺对维生素的影响

4.1热处理对维生素保留率的影响

脂溶性维生素(A、D、E、K)以及维生素B2、泛酸、生物素和尼克酸对热相对稳定,所以损失较小;水溶性维生素硫胺素(维生素B1)对热很敏感,可以通过测定硫胺素的破坏率来反映体系维生素的保留率[49]。吕玉翠等[50]在探究热处理破坏豆浆和浓缩蛋白(SPC)蛋白乳中硫胺素(维生素B1)的动力学发现,热破坏速率随着加热温度的升高而增加,低温、长时间同样可以达到高温、短时间对硫胺素的破坏效果;高温、短时间的热处理能够使硫胺素的保留率达到最大。

4.2制粒工艺对维生素稳定性的影响

随着调质温度的上升,环模制粒工艺对猪饲料中维生素在整个加工过程中的损失率为:维生素A从6.02%上升到11.4%,维生素D3从7.4%上升到9.4%,维生素E从3.9%上升到6.0%,维生素的损失主要是在湿热、高温和高压处理的调质和制粒环节,占到整个加工过程损失的90%以上[51]。严芳芳[52]研究湿法挤压膨化工艺和环模颗粒饲料加工对脂溶性维生素保留率的影响,结果表明环模制粒工艺对维生素E的保留率为70.04%。LewisLL等[53]研究调质温度和调质时间对维生素保留率的影响时发现,调质温度对维生素的保留率呈弱显著性,88℃时的维生素保留率弱显著低于77℃。段海涛等[54]用不同低温(50、55、60、65℃)调制颗粒饲料,研究温度对维生素E的保留率,结果表明,普通饲料加工维生素E的保留率为68%,高效调质低温制粒工艺维生素E的保留率为98%左右,维生素E保留率提高了44%左右,其中65℃组维生素E保留率显著低于50、55、60℃组。

4.3膨化加工对维生素保留率的影响

刘万涵等[55]报道,调制膨化时,温度为90~145℃结晶维生素C的损失率从13%升高至78%。程译锋[56]研究表明,随着膨化温度的上升,维生素C活性的保存率迅速下降,在90℃时能保留70%,而当温度为165℃时保存率仅为2%。甘振威等[57]报道,膨化处理对维生素B1、维生素B2、维生素B6、叶酸和维生素K损失较大,损失率分别达到97.33%、84.27%、100%、100%、50.83%;维生素A、维生素D、维生素E的损失率分别为12.16%、15.38%、15.49%。可见饲料加工很容易使维生素损失,因此一般在饲料配方中添加维生素时要高于动物实际需求的量10%~20%,用于补偿在热处理、膨化和制粒等加工过程中所损失的维生素。在目前的实际生产中,使用最多的是溶液喷涂方法。

5小结

综上所述,饲料加工工艺对饲料营养价值既有有利的一面,也有不利的一面。有利的一面是可提高粗蛋白、淀粉等含量,使饲料的营养成分更加丰富;不利的一面是导致脂肪和维生素等含量减少。合理的饲料加工工艺可提高动物对营养物质的利用,对饲料的开发利用有极大的推进作用。目前我国的饲料加工产品质量较低,饲料转化率平均低于20%~30%,与畜牧业发达国家相比还有较大的差距。加工设备也存在很多问题,如国产设备质量不可靠、寿命短、稳定性差、耗电量高等。虽然我国已经建立了1套较为完整的饲料工业体系,但各个厂生产出来的饲料品质不同,使饲料工业和养殖业不能高效地结合起来。在饲料加工生产中要严格把关每一步的加工工序,不断完善自动化控制,解决在生产过程中遇到的质量问题,使饲料工艺品质达到最佳。

作者:卢盛勇 单位:贵州大学动物科学学院

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2019/09/14 阅读:

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