蒸汽压片技术对玉米营养价值及奶牛饲用效果的影响_辛杭书

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２００６ 年 第 ４２ 卷 第 １０ 期
后， 用预热的反向旋转的轧辊将已经膨胀变形的玉米 粒压成厚度适宜的薄片， 这一过程实现了淀粉颗粒的 暴露和蛋白质空间结构的改变。只有当这两个条件同 时具备时才能使玉米的营养价值发生明显改善， 单一 蒸汽而不压片或单一破碎而不通蒸汽均不能达到最佳 效果。在 ２０ 世纪 ６０ 年代， 就有研究学者比较过不同方 式处理的玉米对体外产气量的影响， 其中一种是蒸汽 处理而不压片， 另一种是蒸汽压片， 以未进行处理的玉 米作为对照组， 结果发现， 前者的产气量几乎与对照组 相同， 而后者与对照组相比， 产气量提高了 ３０％～８７％。 这说明， 仅仅使淀粉颗粒发生凝胶糊化还远远不够， 它 只有在外力作用下发生破裂时才有可能达到最适宜的 应用效果。 １．３ 工艺参数
蒸汽压片技术主要是通过热处理和机械物理作 用 使 玉 米 的 化 学 成 分 发 生 改 变 。 当 温 度 在 ６０℃以 下 时， 玉米淀粉也可以吸收水分， 但此时的体积增大是可 逆性膨胀， 而在 １００～１１０℃的湿热环境下， 玉米发生不 可逆的凝胶糊化反应， 电子发生转移， 淀粉颗粒分子之 间的氢键被破坏， 导致其表面积增加， 分子的晶格结构 发生扩展， 即使在冷却时也难以回缩为原来的状态， 然
蒸汽压片不仅可以破坏玉米蛋白质的空间结构， 提高蛋白的消化利用率， 还可以增加机体内脏及乳腺 组织的尿素再循环次数。碳水化合物作为能源物质为 瘤胃微生物利用氮素来合成微生物蛋白提供大量能 量， 随着蛋白的不断合成及流向小肠， 瘤胃中氨的浓度 减少， 机体就会动员血液中的尿素向瘤胃转运， 进行尿 素再循环， 而被吸收的氮在内脏、乳腺等组织进行代谢 转化。２００２ 年， Ｄｅｌｇａｄｏ 通过测定奶牛内脏组织中氮的 摄入量和排出量， 主要是 α－ 氨基酸氮、氨态氮和 尿 素 氮， 来比较蒸汽压片玉米和蒸汽碾压玉米对机体氮代 谢的影响， 结果表明， 内脏组织对 α－ 氨 基酸氮和氨 态 氮的吸收量， 两种玉米没有明显的差异， 但是压片玉米 可以增加乳腺组织对 α－ 氨基酸氮的摄取量， 比碾压玉 米高出 ６％， 而且大大提高了尿素氮在门静脉回流组 织（ ＰＤＶ） 的 净 吸 收 量 ， 是 碾 压 玉 米 的 ２．４３ 倍（ ２１２ ｇ／ｄ ｖｓ ８７ ｇ／ｄ） ， 而没有增加肝脏和乳腺组织中尿素氮的摄 入量。这就说明， 蒸汽压片玉１．１ 简介 将除杂后的玉米， 输入一个立式不锈钢的蒸汽箱
内， 通入 １００～１１０℃的蒸汽处理 ３０～６０ｍｉｎ， 当玉米中的 水分含量达到 １８％～２０％时， 用预热好的大型双向条纹 轧辊将其轧成所需厚度的薄片 （ 可根据需要调节轧辊 两个滚轮之间的距离） ， 然后风干或烘干以防霉变， 置 于干燥通风处保存。 １．２ 作用机理
滚筒之间距离的调节主要有两种方式， １ 种是将 两个滚筒紧贴一起， 即二者之间的距离为零， 然后减小 挤压压力（ 约 ３ ５００ ｋＰａ） ， 以保证玉米通过滚筒时会形 成一定的间隙； 第 ２ 种方法就是先将两滚筒调到所需
间距， 然后增大挤压压力（ 约 ６ ０００ ｋＰａ） ， 使二者固定， 保证滚筒间的距离不会随着下落玉米的增加和不断的 挤压而发生改变。这两种方法各有利弊， 前者的优点在 于它所施压力较小， 原料中的一些杂物均能通过滚筒， 减少了对机器的磨损， 不足之处是在最开始两个滚筒 之间无距离时， 有可能造成玉米下落停滞而阻碍整个 设备的正常运转， 不易控制； 而后者的优势在于它能提 供一个稳定的加工环境， 使加工后的压片玉米具有一 致性， 但是它需要有很大的压力来维持一个恒定的间 距， 耗能大， 而且也需要特定的除杂设备。国内外往往 采用第二种方法。蒸汽压片玉米的厚度可通过调节滚 筒的间距来实现， 而容重则受挤压压力的控制， 压片厚 度与容重之间呈中度相关， 即 ＦＤ（ 容重， ｋｇ／Ｌ） ＝０．０４２＋ ０．１４ＦＴ（ 厚度， ｍｍ）（ ｒ２＝０．７４） ， 其中 压片厚度不随时间、 条件、地点的改变而改变 ， 而容重却受很多因素影响， 如含水量、测定容器的形状以及压片玉米的破损程度 等（ Ｚｉｎｎ 等， ２００２） 。尽管如此， 容重仍然是研究学者们 经常采用作为评定压片玉米品质的指标。大量的试验 研究表明， 容重为 ３６０ ｇ／Ｌ 的压片玉米具有较好的营养 价值。
蒸汽压片玉米品质好坏取决于整个加工过程中热 与力的综合效果， 也就是说， 工艺参数的不同对其营养 价值具有很大的影响， 主要的因素有蒸汽时间、滚筒之 间的距离及挤压压力等。
蒸汽时间包括玉米静止在蒸汽箱中的时间和下落 到出口处的时间。由于大型饲料厂在设计蒸汽箱的尺 寸时都尽可能的加大其承载力， 所以， 蒸汽箱高度一般 在 ５～１０ ｍ 之间， 因此就不能忽略玉米下落 所用的时 间， Ｚｉｎｎ （ １９９０） 提出了一个公式来估测蒸汽时间， 即 ＳＴ＝Ｃ／（ＲＲ－ Ｍ）， 其中 ＳＴ 代表蒸汽时间； Ｃ 代表蒸汽箱容 积 （ 以干玉米为基准） ； ＲＲ 代表蒸汽箱出口处的流速； Ｍ 代表玉米前后吸水量的差值。一般情况下， 可以根据 蒸汽箱出口处的流速来调整蒸汽时间， 但实际生产中， 很难精确控制蒸汽时间， 因为出口处流速的细微变化， 就会对蒸汽时间造成极大的影响， 因此有关蒸汽时间 的研究报道很少， 仅在 ９０ 年代初， Ｚｉｎｎ 选用 ３ 个时间 段（ ３４ ｍｉｎ、４７ ｍｉｎ、６７ ｍｉｎ） 对其进行研究， 得出的结论 是 ， ３４ｍｉｎ 是 消 化 道 淀 粉 消 化 率 达 到 最 佳 的 时 间 段 （ ９９．５％） ， 延长蒸汽时间并不能改善压片玉米的营养价 值。然而， 国内外大多采用 ４０～６０ ｍｉｎ 作为蒸汽时间， 这 可能与玉米的品种以及试验动物的选用有关。理论上， 延长蒸汽时间， 玉米淀粉颗粒可以充分吸收水分， 当其 达到饱和状态时， 就会到达 １ 个平台期， 但是蒸汽时间 与玉米水分饱和度之间的关系还有待进一步的研究。
力将玉米压成一定厚度的薄片， 以增加营养成分的暴露面积。蒸汽压片技术通过破坏玉米淀粉颗粒外周的蛋白质结
构， 增加糊化淀粉颗粒与酶的接触面积， 从而提高玉米的淀粉消化率， 蛋白质及其他营养物质的消化率也有所提高。
压片玉米不仅可以增加奶牛的泌乳净能， 改善其生产性能， 对奶牛的健康方面也起到一定的维护作用。本文主要介
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现， 蒸汽压片的瘤胃淀粉消化率与干碾压玉米没有显 著差异， 而十二指肠和全消化道的消化率， 压片玉米要 明显好于干碾压玉米， 这可能与试验中所选用的玉米 品种及动物所处的生理时期不同有关。 ２．２ 对能值的影响
２ 蒸汽压片技术对玉米营养价值的影响
２．１ 对淀粉消化率的影响 日粮中玉米的主要贡献是提供能量， 而这些能量
大都来自于碳水化合物， 玉米中含有 ７２％的淀粉， 所以 通过加工来改善谷物的重点就是使淀粉的利用率达到 最大化。玉米淀粉以颗粒的形式存在于胚乳中， 其中包 括 ２７％直 链 淀 粉 和 ７３％的 支 链 淀 粉 。 在 干 燥 的 情 况 下， 直链淀粉的线性结构使其形成一个致密的晶体。淀 粉颗粒的外周是蛋白质层， 当充入蒸汽淀粉颗粒发生 不可逆凝胶糊化反应的同时， 蛋白质也在热的作用下 发生变性， 之后用外力破坏淀粉颗粒以及外围蛋白质 的空间结构， 使之成薄片， 这样， 已糊化的淀粉加之其 与消化液接触面积的扩大， 使得玉米在动物机体内更 易被消化吸收。国外研究表明， 蒸汽压片处理可将玉米 的 淀 粉 消 化 率 由 ９０％提 高 到 ９９％（ Ｚｉｎｎ 等 ， １９９５） ， 比 普 通 玉 米 平 均 提 高 ７％（ Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ 等 ， １９９５； Ｃｒｏｃｋｅｒ 等， １９９８） ； ２００２ 年， Ｃｏｏｐｅｒ 发现， 蒸汽压片玉米在瘤胃 内和整个消化道的淀粉消化率均与高水分玉米相似， 但比干碾压玉米高 １８％和 ３％； 而淀粉的过瘤胃消 化 率， 压片玉米明显高于高水分玉米和干碾压玉米 （ ９８．３％ｖｓ８６．５％， ８４．４％） 。但在 １９９７ 年， Ｊｏｙ 经过试验发
绍了蒸汽压片技术的机理、工艺参数、对玉米营养价值的影响及其在奶牛业上的应用， 并讨论了其潜在机制。
关键词： 蒸汽压片技术； 玉米； 营养价值； 奶牛
中图分类号：Ｓ８１６．３４， Ｓ８２３．９＋１
文 献 标 识 码 ：Ｂ
玉米以其高能量被称作“饲料之王”， 其籽粒中 含 有高达 ７０％的无氮浸出物， 主要是胚乳中的淀粉， 淀粉 消化率高， 极易被动物机体吸收利用。我国是世界上玉 米生产和消费的第二大国， ２００５ 年玉米 产 量 为 １．３ 亿 ｔ， 如此丰富的资源除了作为粮食供人类食用外， 相当 大的一部分（ 约 ７０％） 是用作饲料粮， 而且随 着人口增 长和生活水平的提高， 肉奶蛋的需求不断增加， 玉米作 为饲料原料的需求量也必将增加。然而， 国内的饲用玉 米加工方式单一， 一般采用整粒或粉碎玉米来饲养畜 禽。对反刍动物而言， 粉碎粒度控制不当会给动物健康 和 生 产 性 能 带 来 不 利 影 响 。为 了 提 高 玉 米 的 营 养 价 值 ， 在 ２０ 世纪 ６０ 年代， 美国已经广泛采用蒸汽压片技术， 并大多应用在反刍动物养殖业中。实践证明， 蒸汽压片 技术在很大程度上可改善玉米的生物学价值， 有效提 高动物机体对其利用率。本文主要对蒸汽压片技术的 作用机理， 压片玉米营养价值的改变以及其在奶牛业 中的饲喂效果的研究进展作一阐述。
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蒸汽压片技术对玉米营养价值 及奶牛饲用效果的影响
辛杭书， 许曾曾， 张跃文， 孟庆翔 （中国农业大学肉牛研究中心， 北京 １０００９４）
摘 要： 蒸汽压片是一种整粒玉米的加工方法， 先进行蒸汽处理使淀粉发生凝胶糊化， 然后通过反向旋转滚筒的剪切
２００５ 年 ， Ｃｏｒｏｎａ 总 结 了 １８３ 个 试 验 研 究 结 果 发 现， 当玉米占日粮干物质比例的 ７５．３％时， 蒸汽压片玉 米 的 ＮＥｍ、ＮＥｇ 值 分 别 比 干 碾 压 玉 米 高 １５．３％ 和 １９．８％ ， 与 Ｚｉｎｎ（ ２００２） 得 出 蒸 汽 压 片 玉 米 的 ＮＥｍ、ＮＥｇ 增 长 值 平 均 在 １５％～１８％ 之 间 的 结 论 相 吻 合 。 ＮＲＣ （ １９９６） 列 出 蒸 汽 压 片 玉 米 的 ＮＥｍ、ＮＥｇ 值 分 别 为 ９．７４ ＭＪ／ｋｇ、６．７７ ＭＪ／ｋｇ， 但 是 ， 许 多 研 究 学 者（ Ｏｗｅｎｓ 等， １９９７； Ｂａｒａｊａｓ 等， １９９８） 经过大量的试验发现， 压片 玉 米 实 际 的 ＮＥｍ 和 ＮＥｇ 值 均 高 于 ＮＲＣ（ １９９６） 中 所 列 出的数值， 引 起这种差异可能有两 种 原 因： １ 是 ＮＲＣ 中 ＮＥｍ 值 是 根 据 ＴＤＮ 值 推 算 出 来 的 ， 即 ＮＥｍ ＝ ０．０３０５ＴＤＮ－ ０．５０５８， 并且 ＮＲＣ 认为玉米经过蒸汽压片 技术处理后， 其 ＴＤＮ 值上升了 ５．７％， 而将其全部增值 归结为压片玉米淀粉利用率的提高。实际上， 蒸汽压片 技术不仅能大大提高淀粉的消化利用率， 其他营养物 质如蛋白质等的消化率也随之而改善； ２ 是压片玉米 的能值与其容重的相关系数很大， 不同容重的压片玉 米能值差异很大， 有的甚至超过了与干碾压玉米的差 值， 所以 ＮＲＣ 所列出的能值是一个综合数值。 ２．３ 对氮素消化及代谢的影响