膨化加工对玉米糊化及抗营养因子消除的影响

■李 丽 孙 杰 李军国 李 俊

(中国农业科学院饲料研究所，北京 100081)

玉米中含有抗酸抗酶的晶体结构，导致玉米的消化率低下。玉米中含有大量的抗营养因子——非淀粉多糖(None-starch polysaccharides,简称NSP)，NSP是由若干单糖和糖醛酸通过糖苷键连接成的多聚体，包括淀粉以外的大部分多糖分子，一般难于被单胃动物自身分泌的消化酶所水解[1]，导致玉米的消化利用率较低。玉米中的NSP主要是阿拉伯木聚糖，也称为戊聚糖或木聚糖。根据阿拉伯木聚糖在水中的溶解性可将其分为水溶性阿拉伯木聚糖和水不溶性阿拉伯木聚糖[2]。玉米中的阿拉伯木聚糖含量为5.2%，约占总NSP的63%，其中绝大多数为水不溶性阿拉伯木聚糖，大约占总阿拉伯木聚糖的98%。已经有研究表明，阿拉伯木聚糖具有抗营养作用，日粮中添加阿拉伯木聚糖时，蛋白质、脂肪和氨基酸的消化率明显下降，生长速度、饲料转化率和采食量等也明显下降（Anto⁃niou，1990；Choct等，1992）。

膨化加工技术能够改善玉米的品质。淀粉含量与膨化物的膨化程度呈显著或极显著正相关[3]。玉米中含淀粉65%～72%，膨化加工后，玉米的淀粉糊化度显著升高，适口性得到改善，消化率显著提高。

国内外对阿拉伯木聚糖的研究，主要以麦类为主，重点研究麦类谷物中阿拉伯木聚糖的性质、分离与降解等[4-12]，关于阿拉伯木聚糖对家禽代谢影响的研究也多以肉鸡试验为主[13-14]，对玉米中阿拉伯木聚糖的研究，侧重于玉米麸和玉米皮中阿拉伯木聚糖的性质与提取[15-20]。

目前，饲料界普遍通过添加酶制剂消除抗营养因子。有研究表明[21]，木聚糖酶能有效提高家禽饲料中干物质的消化率、表观代谢能和饲料转化效率。但是，木聚糖酶将阿拉伯木聚糖切成单个的木糖，可以增强结肠渗透压，并会导致湿粪。也有相关报道[22]，使用酶制剂后，家禽的粪便更干。因此，添加酶制剂并非是最佳选择，可采用饲料加工技术——挤压膨化加工，以期有效地消除玉米中的抗营养因子。关于膨化加工对玉米中阿拉伯木聚糖消解规律的影响，及膨化玉米淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖含量的相关性等相关研究报道不多，尚待进一步研究。因此，本论文通过研究玉米膨化前后阿拉伯木聚糖的变化，及淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖含量的相关性，为膨化玉米日粮在畜禽饲料中的应用，提供一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 样品来源

本试验所用的膨化玉米和玉米原料由唐山市滦南县鑫兴膨化饲料厂提供。

1.2 单因素试验

不同梯度糊化度的膨化玉米与阿拉伯木聚糖的相关性研究：在膨化机正常生产条件下，通过调整膨化机参数，制备不同梯度糊化度的膨化玉米。分别于原料粉碎后和膨化并粉碎后取样，研究不同糊化度与阿拉伯木聚糖含量的相关性。

调质温度对阿拉伯木聚糖含量的影响研究：在膨化机正常生产条件下，保持膨化机其他参数不变，改变调质温度，调质温度设为5个梯度60、70、75、80、85 ℃，分别于原料粉碎后和膨化并粉碎后取样，研究调质温度对膨化玉米中阿拉伯木聚糖消解规律的影响。

膨化温度对阿拉伯木聚糖含量的影响研究：在膨化机正常生产条件下，保持膨化机其他参数不变，改变膨化温度，膨化温度设为5个梯度120、125、135、145、150 ℃，分别于原料粉碎后和膨化并粉碎后取样，研究膨化温度对膨化玉米中阿拉伯木聚糖消解规律的影响。

1.3 样品检测

水分含量的测定按照GB/T 6435—2006方法。

淀粉糊化度的测定按照熊易强[23]的简易酶法：通过沸水浴加热全糊化样品，然后进行酶解、沉淀过滤杂质，显色，紫外分光光度计在420 nm下检测吸光度值，计算出对应的糊化度值。

阿拉伯木聚糖的测定按照冯焱的地衣酚-盐酸法[24]：称取100 mg样品于具塞试管中，加入20 ml、2 mol/l盐酸溶液，盖上塞子，100℃水浴2 h，冷却，过滤。取1 ml滤液于5 ml刻度试管中，稀释至5 ml。准确移取1 ml稀释液于15 ml刻度试管中，依次加入2 ml蒸馏水，0.3 ml、1%地衣酚-乙醇溶液，3 ml、0.1%的FeCl3浓盐酸溶液，涡旋混合仪上混合均匀。沸水浴中加热反应30 min，取出后迅速冷却至室温。点板，酶标仪上采用双波长法测定反应液吸光度值，其中主波长为670 nm，基线波长为580 nm，反应液吸光度值为 ΔA（670-580）。

木糖标准曲线的绘制：首先配制100 μg/ml的木糖标准液，分别吸取0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 ml木糖标准液于15 ml试管中，分别补加蒸馏水，使总体积达到3 ml，然后按照上述地衣酚-盐酸法进行测定，以吸光度值 ΔA（670-580）为纵坐标，木糖浓度（c）为横坐标，绘制标准曲线。

样品中戊聚糖含量计算公式：

式中：c为木糖质量分数浓度；n为稀释倍数；m为样品质量。

2 结果与分析

2.1 膨化玉米中淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖相关性的研究（见表1）

表1 不同梯度糊化度的膨化玉米中阿拉伯木聚糖的含量变化

由表1可以看出，玉米经过膨化后，最显著的变化是淀粉糊化度逐渐升高，水分含量降低，阿拉伯木聚糖的含量逐渐减少。

图1 不同梯度糊化度的膨化玉米中阿拉伯木聚糖的含量变化

如图1所示,在膨化机正常配置条件下,得到不同梯度的膨化玉米,淀粉糊化度升高,阿拉伯木聚糖含量降低,淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖含量呈线性负相关,得出其关系式为y=-0.011 9x+3.121 9(R2=0.980 1)。

2.2 调质温度对阿拉伯木聚糖消解规律的影响（见表2）

在膨化机正常配置条件下，只改变调质温度，对膨化玉米各项指标都有影响，从表2可以看出，随着调质温度升高，膨化玉米的淀粉糊化程度加大，阿拉伯木聚糖的含量逐渐减小，由此可见，升高调质温度有助于减少玉米中的阿拉伯木聚糖，即调质温度与阿拉伯木聚糖的含量呈线性负相关。

表2 不同调质温度对糊化度及阿拉伯木聚糖的影响

图2 不同调质温度下，膨化玉米中淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖的相关性分析

通过图2分析膨化玉米中淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖的相关性，得出结论，在不同调质温度条件下，淀粉糊化度和阿拉伯木聚糖含量呈线性负相关，y=-0.055 8x+7.162 6(R2=0.872 2)。

2.3 膨化温度对阿拉伯木聚糖消解规律的影响（见表3）

从表3结果可以看出，在膨化机正常配置条件下，随着膨化温度升高，糊化度逐渐变大，阿拉伯木聚糖的变化呈下降趋势，当糊化度达到最大值后，温度升高，阿拉伯木聚糖的含量继续下降，因此得出结论：升高膨化温度有助于降低玉米中的阿拉伯木聚糖的含量。

表3 不同膨化温度对糊化度及阿拉伯木聚糖的影响

通过分析淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖含量的相关性,由图3可以看出,阿拉伯木聚糖的含量变化整体呈下降趋势,即升高膨化温度,淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖含量呈线性负相关,y=-0.019 5x+3.72(R2=0.705 6)。

图3 不同膨化温度下，膨化玉米中淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖的相关性分析

2.4 膨化过程中调质温度与膨化温度对阿拉伯木聚糖的影响(见表4)

从表4可以看出，调质温度升高，膨化玉米中阿拉伯木聚糖含量降低；膨化温度升高，膨化玉米中阿拉伯木聚糖含量也呈下降趋势。因此，膨化加工过程中，调质温度和膨化温度均有助于降低玉米中的阿拉伯木聚糖。

通过图4和图5综合分析得出结论，相较于升高膨化温度，升高调质温度更有助于促进玉米中阿拉伯木聚糖的降解。

表4 调质温度与膨化温度对阿拉伯木聚糖的影响对比分析

图4 调质温度对玉米中阿拉伯木聚糖含量的影响

图5 膨化温度对玉米中阿拉伯木聚糖含量的影响

3 结论

3.1 膨化过程中，升高调质温度和膨化温度，均有助于降低玉米中阿拉伯木聚糖的含量。玉米经过膨化后，糊化度显著升高，阿拉伯木聚糖含量降低。膨化加工可以显著升高淀粉糊化度，有效地降低玉米中阿拉伯木聚糖的含量，膨化玉米中淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖的含量呈线性负相关。

3.2 由于膨化机内部构造复杂，在膨化过程中，即使膨化参数有很小的改变，都有可能导致膨化玉米品质及其各项指标的较大变化，因此，在不同调质温度和不同膨化温度条件下，膨化玉米中淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖含量的相关性曲线不尽相同。

4 讨论

玉米中的阿拉伯木聚糖主要存在于玉米皮中，玉米联产工艺[25]，是一种通过脱皮、破碎、分级、研磨等一系列的操作，把玉米的胚乳、胚、皮等成分加以分离，得到不同营养成分含量的玉米糁（或粉）。木聚糖酶有助于降解木聚糖，在饲料添加剂方面具展示出很大的潜力，但是木聚糖仍然存在较多问题，如木聚糖酶最适条件和热稳定性对木聚糖酶的使用存在较大限制[26]。因此，有必要对玉米脱皮工艺、添加木聚糖酶与玉米膨化加工工艺进行对比，为改进玉米日粮饲料加工工艺提供依据。玉米中阿拉伯木聚糖的抗营养作用限量问题，需要通过动物试验来完成，为膨化玉米在饲料业和养殖业的应用提供数据支撑。