膨化玉米品质评价指标的研究

2014-01-22李军国石华乐

饲料工业 2014年3期

■李丽孙杰李军国石华乐李俊

（中国农业科学院饲料研究所，北京 100081）

近年来，膨化技术的推广，为玉米的综合利用开辟了新途径[1]。玉米经膨化加工，营养成分及淀粉结构均发生显著变化[2]，淀粉分子间键断裂，淀粉链变短，淀粉被充分糊化，具有很好的水溶性，便于溶解、吸收与消化。因此，探讨玉米膨化前后营养成分的变化，对膨化玉米品质评价指标体系的建立具有理论和实践的意义。

玉米经过膨化，发生复杂的理化变化，淀粉粒解体，蛋白质变性等[3]，膨化玉米的品质存在很大差别。目前，市场上以膨化度和熟化度来评价膨化玉米，即通过容重和淀粉糊化度来衡量，由于膨化玉米的容重受终产品的水分含量、粉碎粒度和淀粉糊化度的影响，因此，容重并不能够真正评价膨化玉米的品质。

为了更好地评价膨化玉米的品质，需要运用统计的方法对膨化玉米各项指标进行综合评价。变异系数法是直接利用各项指标所包含的信息，通过计算得到指标的权重[4]，是一种客观赋权的方法，即在评价指标体系中，指标取值差异越大的指标，也就是越难以实现的指标，这样的指标更能反映被评价单位的差距。通过变异系数法分析膨化玉米的理化指标及其相关性，为建立膨化玉米的品质评价指标体系提供数据支撑。

大量研究[5-7]及企业调研表明，调质温度在70～80℃之间，膨化温度在130～150℃之间，膨化效果最佳，淀粉糊化度达到90%以上，基本能满足乳猪料的需求。尽管如此，调质温度、膨化温度对膨化玉米品质指标的影响规律不够明确，膨化玉米品质评价体系尚不完善。因此，有必要深入研究不同加工温度对膨化玉米主要指标的影响规律及其相关性进行深入研究，筛选并建立膨化玉米的品质评价指标体系。

本实验旨在研究加工温度对膨化玉米品质指标的影响，及膨化玉米主要指标之间的相关性，为膨化玉米加工温度的调整及营养品质的评价提供数据支撑，最终筛选出膨化玉米的品质评价指标，建立膨化玉米品质评价体系。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验所用的玉米原料和膨化玉米由唐山市滦南县鑫兴膨化饲料厂提供。

1.2 实验方法

调质温度对玉米品质的影响规律的研究：在膨化机正常生产条件下，保持膨化机其他参数不变，膨化温度稳定在145～150℃，改变调质温度，调质温度设为五个梯度 60、70、75、80、85 ℃ ，分别于调质前和膨化后取样，研究调质温度对膨化玉米品质的影响。

膨化温度对玉米品质的影响规律的研究：在膨化机正常生产条件下，保持膨化机其他参数不变，调质温度稳定在75～80℃，改变膨化温度，膨化温度设为五个梯度 120、125、135、145、150 ℃ ，分别于调质前和膨化后取样，研究膨化温度对膨化玉米品质的影响。

加工温度对膨化玉米品质的影响规律的研究：在膨化机正常生产条件下，逐渐升高调质温度和膨化温度，制备不同梯度糊化度的膨化玉米，取样并现场记录调质温度和膨化温度，研究调质温度和膨化温度对膨化玉米品质的影响。

1.3 样品检测

水分含量的测定按照GB/T 6435-2006的方法。

淀粉糊化度的测定按照熊易强的简易酶法[8]：通过沸水浴加热全糊化样品，酶解、沉淀过滤杂质，显色，紫外分光光度计于420 nm下检测吸光度值，计算出糊化度值。

粗蛋白的测定按照GB/T 6432-1994的方法。

可溶性蛋白及蛋白溶解度的测定参照DB 13/T 812-2006的方法，蛋白溶解度即为试样中可溶性蛋白质量占试样总粗蛋白质量的百分数。

粗脂肪的测定按照GB/T 6433-2006的方法。

直链淀粉及支链淀粉的测定采用双波长比色法测定[9]：

取样品0.1 g加1 mol/l KOH 10 ml，于85℃水浴中充分搅拌20 min，冷却后用蒸馏水定容至50 ml，摇匀静置15 min后过滤，取滤液5 ml，加25 ml蒸馏水，以2 mol/l盐酸和0.1 mol/l盐酸溶液调pH值至3.0，加0.5 ml碘试剂，用蒸馏水定容至50 ml，于25℃下静置25 min，以蒸馏水作空白，测吸光度值，计算出样品中直链淀粉和支链淀粉的含量。

淀粉标准曲线的绘制：分别取直链淀粉标准工作液0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5 ml于100 ml烧杯中，加25 ml蒸馏水，以0.1 mol/l盐酸溶液调pH值至3.0，加0.5 ml碘试剂，用蒸馏水定容至50 ml。室温下静置25 min后测定。以支链淀粉质量分数为横坐标，以吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。另外分别取支链淀粉标准工作液 2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 ml于100 ml烧杯中，此后步骤同直链淀粉标准曲线的绘制。以直链淀粉质量分数为横坐标，以吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。

阿拉伯木聚糖的测定按照地衣酚-盐酸法[10]测定：

取100 mg样品于具塞试管中，加入20 ml的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%的地衣酚-乙醇溶液、3 ml 0.1%的Fe-Cl3-浓盐酸溶液，涡旋混合仪上混合均匀。沸水浴中加热30 min后迅速冷却至室温。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。

以木糖质量分数为横坐标，以吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。

样品中戊聚糖含量计算公式：

其中：c为木糖浓度；n为稀释倍数；m为样品重量。

1.4 数据处理

变异系数是衡量资料中各观测值变异程度的一个统计量[11]。当进行两个或多个资料变异程度的比较时，如果度量单位与平均数相同，可以直接利用标准差来比较。如果单位和（或）平均数不同时，就不能用标准差比较其变异程度，需采用标准差与平均数的比值（相对值）来比较。变异系数可以消除单位和（或）平均数不同对两个或多个资料变异程度比较的影响。

标准差与平均数的比值称为变异系数，记为CV，

其中：SD为标准差；MN为平均数。

变异系数不仅受变量值离散程度的影响，而且还受变量值平均水平大小的影响。一般来说，变量值平均水平高，其离散程度的测度值也大，反之越小[12]。变异系数的标准值大小，与被检量的大小、允许被检量变化范围的大小、对被检量观测值波动要求的严格程度等有关[13]。因此，变异系数的大小，同时受平均数和标准差两个统计量的影响[14]。

2 结果与分析

2.1 调质温度对膨化玉米品质的影响

2.1.1 调质温度对膨化玉米营养品质影响的基本参数估计（见表1）

表1结果表明，调质温度在60～85℃的变化范围内，膨化玉米各项指标的变化情况如下：

淀粉糊化度：膨化玉米的淀粉糊化度平均值为94.33%，变幅为86.71%～99.51%，调质温度在60～85℃范围内，对淀粉糊化度的影响不大，变异系数为5.40%；

水分含量：膨化玉米的水分含量平均值为7.82%，变幅为7.30%～8.33%，样品间存在差异，变异系数为4.87%；

粗蛋白：膨化玉米中的粗蛋白含量平均值为9.28%，变幅为9.18%～9.46%，样品间差异不大，变异系数为1.24%；

可溶性蛋白：膨化玉米中可溶性蛋白的平均值为4.80%，变幅为4.23%～5.41%，差异较明显，变异系数为9.94%；

蛋白溶解度：蛋白溶解度是可溶性蛋白与粗蛋白的比值，平均值为51.64%，变幅为45.34%～57.16%，变异系数为9.59%，调质温度对蛋白溶解度的影响较大；

直链淀粉：膨化玉米中直链淀粉含量平均值为18.24%，变幅为17.52%～18.65%，调质温度在60～85℃范围内对支链淀粉影响不大，变异系数为2.99%；

支链淀粉：膨化玉米中的支链淀粉含量平均值为85.17%，变幅为81.79%～90.51%，样品间差异不大，变异系数为3.90%；

阿拉伯木聚糖：膨化玉米中的阿拉伯木聚糖的含量平均值为1.86%，变幅为1.52%～2.22%，样品间差异显著，变异系数为14.34%，即调质温度可以显著促进阿拉伯木聚糖的降解。

根据表1结果，调质温度在60～85℃范围内，膨化玉米的淀粉糊化度、水分含量、粗蛋白、粗脂肪、直链淀粉和支链淀粉的变化不显著，可溶性蛋白（蛋白溶解度）和阿拉伯木聚糖发生显著变化，各项指标变异程度依次为：CV阿拉伯木聚糖＞CV可溶性蛋白＞CV蛋白溶解度＞CV淀粉糊化度＞CV水分＞CV支链淀粉＞CV直链淀粉＞CV粗脂肪＞CV粗蛋白。

表1 膨化玉米评价指标的基本参数估计

2.1.2 调质温度对膨化玉米营养品质影响的相关性分析(见表2)

表2 膨化玉米评价指标的相关性分析

从膨化玉米各项指标的相关性分析结果来看，淀粉糊化度与可溶性蛋白、阿拉伯木聚糖存在相关性，R2＞0.9，其余各项指标之间相关性不大，R2＜0.6。

2.2 膨化温度对膨化玉米品质的影响

2.2.1 膨化温度对膨化玉米营养品质影响的基本参数估计(见表3)

表3 膨化玉米评价指标的基本参数估计

表3结果表明，膨化温度在120℃～150℃的变化范围内，膨化玉米的水分、可溶性蛋白（蛋白溶解度）、直链淀粉及阿拉伯木聚糖的变化较显著，其余指标变化不大，各项指标变化程度依次为：CV水分＞CV蛋白溶解度＞CV可溶性蛋白＞CV直链淀粉＞CV阿拉伯木聚糖＞CV支链淀粉＞CV淀粉糊化度＞CV粗脂肪＞CV粗蛋白。

2.2.2 膨化温度对膨化玉米营养品质影响的相关性分析(见表4)

表4 膨化玉米评价指标的相关性分析

膨化玉米各项指标的相关性分析结果表明，膨化温度在120～150℃范围内递增，膨化温度与淀粉糊化度呈线性正相关，R2＞0.6；膨化温度对可溶性蛋白（蛋白溶解度）的影响较大，二者呈现显著的线性正相关，R2＞0.9；阿拉伯木聚糖与淀粉糊化度、支链淀粉及粗脂肪存在线性相关性；其余各项指标之间相关性不大，R2＜0.6。

2.3 调质温度和膨化温度对膨化玉米品质的综合影响

2.3.1 膨化参数现场记录结果

表5 膨化参数现场记录

2.3.2 调质温度和膨化温度对膨化玉米营养品质影响的基本参数估计(见表6）

淀粉糊化度：膨化玉米的淀粉糊化度平均值为84.78%，变幅为62.39%～100%，不同来源的膨化玉米淀粉糊化度差异较大，变异系数为16.35%；

水分含量：膨化玉米的水分含量平均值为8.81%，变幅为11.42%～5.29%，差异较明显，变异系数为18.66%；

粗蛋白：膨化玉米中的粗蛋白含量平均值为8.89%，变幅为9.14%～8.52%，样品间存在差异，变异系数为1.97%；

可溶性蛋白：膨化玉米中可溶性蛋白的平均值为6.26%，变幅为7.01%～5.63%，差异较明显，变异系数为7.01%；

蛋白溶解度：蛋白溶解度是可溶性蛋白与粗蛋白的比值，平均值为70.44%，变幅为77.21%～63.09%，变异系数为6.67%；

直链淀粉：膨化玉米中直链淀粉含量平均值为20.27%，变幅为15.22%～23.87%，样品间差异较明显，变异系数为13.85%；

支链淀粉：膨化玉米中的支链淀粉含量平均值为77.73%，变幅为72.81%～83.81%，样品间差异较大，变异系数为4.89%；

表6 加工温度对膨化玉米评价指标的基本参数估计

阿拉伯木聚糖：膨化玉米中的阿拉伯木聚糖的含量平均值为2.03%，变幅为1.57%～2.52%，样品间差异较大，变异系数为12.30%；

表6结果表明，温度变化范围较大时，调质温度和膨化温度逐渐升高，膨化玉米的粗蛋白和粗脂肪变化不明显，其余各项指标均发生显著变化，其中淀粉糊化度和阿拉伯木聚糖变化最显著，CV水分＞CV淀粉糊化度＞CV直链淀粉＞CV阿拉伯木聚糖＞CV可溶性蛋白＞CV蛋白溶解度＞CV支链淀粉＞CV粗蛋白＞CV粗脂肪。

表7 膨化玉米评价指标的相关性分析

2.3.3 膨化玉米评价指标的相关性分析(见表7)

根据表7结果，在调质温度和膨化温度双因子作用下，调质温度和膨化温度均对淀粉糊化度有显著影响，R2＞0.9；粗蛋白与调质温度、膨化温度及淀粉糊化度之间存在相关性，R2＞0.6；支链淀粉与粗脂肪和阿拉伯木聚糖之间存在相关性，R2＞0.6；其余各项指标之间相关性不大。

3 讨论

膨化加工过程中，调质温度和膨化温度均有助于促进淀粉糊化，粗蛋白含量变化不明显，但可溶性蛋白显著减少，从而导致蛋白溶解度降低。膨化温度稳定在145～150℃，调质温度在60～85℃区间内递增，淀粉糊化度的变幅为86.71%～99.51%，变异系数为5.40%，蛋白溶解度的变异系数为9.59%，而调质温度稳定在75～80℃，膨化温度在120～150℃区间内递增，淀粉糊化度的变幅为90.47%～100%，变异系数为4.19%，蛋白溶解度的变异系数为13.60%，该结果表明：①调质温度对淀粉糊化度的影响比膨化温度的影响更显著；②当调质温度较低时，需要高温膨化才能实现较高的淀粉糊化度，当调质温度达到75℃时，膨化温度120℃即可实现90%糊化，即高温调质低温膨化更有利于膨化加工；③相对于高温调质，高温膨化对蛋白溶解度的破坏性较大。玉米膨化加工主要目的是提高玉米的淀粉糊化度，但是，蛋白溶解度也是衡量玉米营养价值的重要指标，因此，高温调质、低温膨化能提高玉米的营养利用价值，降低能耗，提高膨化加工效率。