不同品种大麦的黏度特性及在饲料中的应用研究

■孔丹丹　杨　洁　张国栋　陈　啸　彭　飞　王红英

（中国农业大学工学院，北京100083）

不同品种大麦的黏度特性及在饲料中的应用研究

■孔丹丹杨洁张国栋陈啸彭飞王红英

（中国农业大学工学院，北京100083）

为了探究大麦的黏度特性，文章采集了12个品种的大麦样品，测定了大麦籽粒的营养成分、容重及两种粉碎粒度的大麦粉（粉碎筛片孔径：1.5和2.0 mm）的RVA黏度值（峰值黏度、低谷黏度、衰减值、最终黏度和回生值），分析了不同品种间理化指标的差异显著性和相关性。结果表明：不同品种的大麦，营养成分、容重和粉碎粒度均存在不同程度的差异。过2.0 mm孔径的大麦粉样品黏度值和变异系数明显低于1.5 mm的。5个黏度参数均与粉碎粒度呈极显著的负相关（P＜0.01），与粗蛋白质含量呈显著负相关（P＜0.05）；衰减值、最终黏度和回生值还与酸性洗涤纤维含量存在显著的负相关关系（P＜0.05）。基于所测定的理化指标，将12个大麦品种分为4个类群，以指导饲料厂进行原料选购。

大麦；营养成分；黏度特性；相关性；聚类分析

大麦是位列于玉米、水稻和小麦之后的全球第4种最重要的禾谷类作物，具有生育期短、适应性强、分布面广等特点，广泛用于食品、饲料、酿造以及医学等行业［1-3］。大麦籽粒主要作为能量饲料用于饲料生产（目前全球大麦总产的85%用于饲喂动物［4］），其粗蛋白质含量和赖氨酸、苏氨酸、色氨酸等多种氨基酸含量均高于玉米。但早期由于大麦中的NSP如β-葡聚糖、木聚糖、纤维素等抗营养因子的影响，其在饲料中的用量受到了很大的限制，随着生物学酶技术的快速发展，复合酶制剂的应用日趋成熟，以及膨化、制粒等加工技术的提高［4-5］，使得大麦在饲料中的应用更加广泛。近年来，玉米价格居高不下，大麦用于替代饲料中部分或全部的玉米，可达到节本增效的作用。

随着颗粒饲料市场需求的不断扩大，要增加大麦在饲料配方中的添加比率以降低原料成本，除了要消除抗营养因子的影响之外，还应针对大麦特有的加工特性，改善原有饲料加工技术，以提高颗粒质量和生产效率，最大限度地获取经济效益。大麦干物质中约60%的成分为淀粉，它对大麦的加工特性起主导作用。淀粉在高温高湿的条件下会发生淀粉颗粒的溶胀以及分子的重排等一系列变化，即熟化。熟化过程不仅可以增加原料本身的香味，还可以增大其黏度，利于颗粒饲料的成型。故大麦的黏度特性是影响颗粒饲料成型的重要因素之一。国内外对大麦黏度特性研究主要集中于不同品种、不同直链淀粉含量对大麦淀粉或面粉的RVA黏度参数的影响［6-10］，而对饲用大麦全粉黏度特性的研究报道较少。

本文以12个大麦品种为研究对象，采用RVA（快速黏度分析仪）测定了大麦粉两种粉碎粒度下的5个黏度特性参数，并分析了大麦的黏度参数与营养成分、容重和粉碎粒度的相关性。在此基础上，采用系统聚类方法对大麦品种进行了聚类分析。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

1.1.1主要材料

本研究于2014年采集了国内广泛种植的大麦品种12个，每个品种取3份样品，品种及来源见表1。采集到的新鲜大麦均自然晾干到安全水分11%，然后冷藏于4℃的冰箱备用。

表1 大麦的品种及来源

1.1.2主要仪器

Kjeltec 2300凯氏定氮仪：瑞典，FOSS公司；SRJX-3-9高温电炉：上海阳光实验仪器有限公司；Fibertec 2010粗纤维测定仪：瑞典，FOSS公司；电子精密天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；GHCS-1000型谷物容重器：郑州中谷科技有限公司；JFSD-100小型粉碎机：上海嘉定粮油仪器有限公司（配有1.5 mm 和2.0 mm筛孔孔径的筛片）；试验筛：新乡同心机械责任有限公司；拍击式振筛机：新乡同心机械责任有限公司；RVA快速黏度分析仪：RVA-TecMaster，澳大利亚，Newport Scientific。

1.2试验方法

1.2.1大麦主要营养成分含量及容重测定

水分（moisture，M）、粗蛋白质（crude protein，CP）和粗灰分（crude ash，CA）含量分别按照国家标准GB/ T 21305-2007、GB/T 5511-2008、GB/T 22510-2008方法进行测定；中性洗涤纤维含量（crude neutral detergent fibre，CNDF）按照国家标准GB/T 20806-2006方法进行测定；酸性洗涤纤维（crude acid detergent fibre，CADF）按照农业行业标准NY/T 1459-2007方法进行测定；原粮容重（Bulk density，BD）按照国家标准GB/T 5498-2013方法进行测定。

1.2.2大麦粉粉碎粒度测定

所有大麦样品均采用装有1.5 mm和2.0 mm筛片孔径小型粉碎机粉碎，以得到两种不同粒度的粉料样品。大麦粉的粉碎粒度用几何平均直径（Geometric mean diameter，GMD）表示，采用14层筛法（ANSI/ ASAE S319.4-2008）测定。

1.2.3大麦粉黏度参数测定

采用RVA（快速黏度分析仪）对大麦粉样品的黏度参数进行测定。主要步骤如下：①开启RVA，预热30 min；②量取（25.0±0.1）ml蒸馏水，移入样品筒中；

③称量（3.50±0.01）g的大麦粉（按14%湿基校正以称取相应的样品量），并转移到样品筒内的水面上；④用搅拌器桨叶在试样筒中上下剧烈搅动10余次，直至水面上无团块；⑤将样品筒插接到仪器上，按下塔帽，选定STD-1标准程序进行测定；⑥导出系统直接生成的试验报告，包括5个黏度特征值：峰值黏度（Peak viscosity）、低谷黏度（Trough viscosity）、衰减值（Breakdown viscosity）、最终黏度（Final viscosity）、回生值（Setback viscosity）。每个样品重复测定3次，取3次的平均值作为最终结果。

1.3数据处理

采用SPSS 22.0统计软件对所测定的12种大麦样品的所有理化指标进行方差分析和Pearson相关分析，并选用系统聚类法对12份大麦进行聚类分析。

2　结果与讨论

2.1不同品种大麦主要营养成分含量、容重及粉碎粒度分析

12个不同品种的大麦样品的主要营养成分、容重及粉碎粒度的分析结果见表2。整体来看，除粗灰分含量外，不同品种的大麦营养成分差异较原粮容重和粉碎粒度差异显著，粗蛋白质含量的差异表现最为明显。

表2　不同品种大麦籽粒的主要营养成分、容重及粉碎粒度

12个大麦样品的粗蛋白质、粗灰分、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的平均含量分别为14.27%、2.31%、4.76%、14.23%，变幅分别为11.26%～16.30%，2.12%～2.62%，3.22%～5.50%，11.15%～16.99%。酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量变异系数（13.03%和12.09%）均大于10%，为强变异。粗蛋白质含量的变异系数为9.81%，为中等变异。其中，9号的粗蛋白质含量（16.30%）显著高于其余的大麦品种，而3号（11.26%）显著低于其余的大麦品种（P＜0.05）。由于啤酒大麦要求蛋白质含量为9.0%～13.5%（干基）［11］，可见本试验中的大麦除3号外均属于饲用大麦。不同品种间粗灰分含量差异较小，变异系数仅为5.63%。其中，10号的粗灰分含量（2.62%）显著高于其余的大麦品种（P＜0.05）。

中国饲料成分及营养价值表显示，皮大麦的粗蛋白质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和粗灰分含量分别为12.64%、7.82%、21.15%、2.76%（干基）。Feedipedia［12］综合了1.5万份皮大麦样品的理化指标得出其粗蛋白质含量为8.5%～16.1%（干基），酸性洗涤纤维含量4.4%～8.7%（干基），中性洗涤纤维含量约14.7%～30.0%（干基），粗灰分含量为1.9%～3.4%（干基）。而本文中，大麦的粗蛋白质含量范围较以上结果偏高，酸洗纤维含量和中洗纤维含量，较以上研究结果偏低，这可能是因为大麦品种、生长地区的土壤和气候条件等的差异导致，而粗灰分含量与上述研究结果一致。

12个大麦样品的原粮容重平均值666.71 g/l，变异系数仅为2.87%，为弱变异。粉碎过1.5 mm和2.0 mm筛片孔径的大麦粉粉碎粒度的变幅分别为464.73～554.10 μm，613.84～669.22 μm，变异系数分别为5.25%和2.67%。就同一品种而言，过2.0 mm筛片孔径的大麦粉粒度明显高于1.5 mm的，而就同一筛片孔径而言，不同品种的粉碎粒度存在不同程度的差异，且1.5 mm以下的粉碎粒度差异较2.0 mm以下的明显。

2.2不同品种大麦的黏度特性分析

2.2.1粉碎过1.5 mm筛片孔径的大麦粉黏度特性分析

表3为粉碎过1.5 mm筛片孔径的大麦粉通过RVA测定得到的5个黏度特性参数的分析结果。12个大麦粉样品峰值黏度、低谷黏度、衰减值、最终黏度和回生值的平均值分别为360.04、318.13、41.92、854.88 cP和536.75 cP，变异系数均在15%以上，为强变异，可见大麦黏度特性的变异较营养成分、容重和粉碎粒度显著，尤其以衰减值和回生值表现最为明显。

表3　粉碎过1.5 mm筛片孔径的不同品种大麦粉黏度特性分析（cP）

由方差分析可知，不同大麦品种间的黏度特性表现出不同程度的差异，以峰值黏度和回生值表现最为明显。7号大麦的5个黏度参数均为12个品种中最高的，显著高于3号以外的其余10个品种。而9号大麦的5个黏度参数为12个品种中最低的。

2.2.2粉碎过2.0 mm筛片孔径的大麦粉黏度特性分析

表4为粉碎过2.0 mm筛片孔径的大麦粉通过RVA测定得到的5个黏度特性参数的分析结果。大麦粉样品峰值黏度、低谷黏度、衰减值、最终黏度和回生值的平均值分别为300.75、275.21、25.54、620.50 cP 和345.29 cP。其中，回生值、衰减值、最终黏度的变异系数较高，为强变异，峰值黏度为中等变异，而低谷黏度为弱变异。可以看出，过2.0 mm筛片孔径的粉料黏度特性参数的变异系数均小于1.5 mm的，这是由于前者粉碎粒度的变异系数小于后者导致。

表4　粉碎过2.0 mm筛片孔径的不同品种大麦粉粘度特性分析（cP）

由方差分析可知，不同品种粉料的黏度特性表现出一定程度的差异，以最终黏度的表现最为明显。12号、3号和7号大麦的5个黏度参数值位居12个品种的前3，且它们的峰值黏度和低谷黏度差异不显著。9号大麦的黏度参数值为12个品种中最低。

峰值黏度发生在溶胀和多聚体逸出导致黏度增加与破裂和多聚物重新排列导致黏度降低之间的平衡点，它显示淀粉或混合物结合水的能力，它与最终产品的质量有关。最终黏度表明了物料在熟化并冷却后形成黏糊或凝胶的能力，是在定义某种试样的品质时最常用的参数。许多研究表明［13-16］，小麦粉的黏度参数尤其是峰值黏度与面条和馒头等食品的加工品质（包括表观现状、内部结构、适口性等）显著相关，一般峰值黏度越高，产品品质越好。同理，本文中大麦的黏度特性参数也可用于预测颗粒饲料的成型特性与适口性。

由于测试条件包括加热和冷却速率、浓度、保持时间等都会影响黏度参数的数值，故对于欲进行比较的结果，必须采用标准化的方法。本文中大麦的RVA黏度参数值与采用相同测试条件的阎俊［17］、张勇［18］、谭彩霞［19］等报道的小麦粉黏度参数值相比，最大值偏低，但变幅介于报道中小麦粉黏度参数变幅之内。这是因为本试验中大麦粉粒度要比小麦面粉高得多，加之其淀粉含量较低，粗纤维等含量较高，这些都会使大麦粉的黏度严重降低。

2.2.3不同粉碎粒度的大麦粉黏度特性分析

图1～图5为12个大麦品种粉碎过1.5 mm和2.0 mm筛片孔径的粉料的黏度特性参数的直观对比图。从图中可以看出，过1.5 mm筛片孔径的大麦粉黏度参数值明显高于2.0 mm的，可见粉碎粒度对大麦粉的黏度特性的影响很大。有报道称，由粗颗粒制成的颗粒饲料质量较差是由粗颗粒中低糊化淀粉造成的，高淀粉糊化可被用来改善颗粒耐久性［20］。在饲料加工中，可以通过适当减小大麦的粉碎粒度来增加其在调质过程中的糊化程度，以改善颗粒料的成型特性。

2.3不同品种大麦理化指标相关性分析

表5显示的是大麦的营养成分、容重与粉碎粒度之间相关系数。分析表明，中性洗涤纤维含量与粗蛋白质含量呈极显著负相关（r=-0.547**，P＜0.01），与酸性洗涤纤维含量呈极显著正相关，且相关系数高达0.915，表明二者之间有非常强的相关性。原粮容重与粗灰分含量（r=-0.519**，P＜0.01）、酸性洗涤纤维含量（r=-0.503*，P＜0.05）、中性洗涤纤维含量（r=-0.625**，P＜0.01）三者之间均存在显著或极显著的负相关。可见：如果一个大麦品种中性洗涤纤维含量较高，则酸性洗涤纤维含量一般也较高，而粗蛋白质含量一般较低。

图1　过两种筛片孔径的不同品种大麦粉峰值黏度

图2　过两种筛片孔径的不同品种大麦粉低谷黏度

图3　过两种筛片孔径的不同品种大麦粉衰减值

图4　过两种筛片孔径的不同品种大麦粉最终黏度

图5　过两种筛片孔径的不同品种大麦粉回生值

表5　不同品种大麦主要营养成分、容重和粉碎粒度相关性分析

过1.5 mm筛片孔径的粉料粉碎粒度与粗灰分含量呈显著负相关（r=-0.463*，P＜0.05），与原粮容重呈极显著正相关（r=0.526**，P＜0.01），而过2.0 mm筛片孔径的粉料粉碎粒度与营养成分、容重之间的相关性均不显著，这可能是由于越粗的筛孔孔径阻力越小，粉料越易于通过，粉碎粒径主要取决于孔径，而与物料的理化指标的相关性变弱。

大麦的黏度特性参数与营养成分、容重与粉碎粒度之间相关性分析见表6。从表中可以看出，5个黏度特性参数之间均存在极显著的正相关，并且所有参数之间的相关系数都高于0.87，表现出极强的相关度。5个黏度参数均与粉碎粒度呈极显著的负相关（P＜0.01），与粗蛋白质含量呈显著负相关（P＜0.05）。除此之外，衰减值、最终黏度和回生值还与酸性洗涤纤维含量存在显著的负相关关系（P＜0.05）。可见，粗蛋白质含量较高的大麦一般黏度值较低；同理，酸性洗涤纤维含量较高的大麦一般表现出较低的衰减值、最终黏度和回生值。

表6　大麦的黏度特性参数与营养成分、容重与粉碎粒度之间的相关性

2.4基于所测定的理化特性参数的不同品种大麦聚类分析

基于所测定的大麦籽粒的营养成分、容重以及大麦粉（1.5 mm）的黏度特性，利用系统聚类法对12份大麦进行聚类分析，以欧式距离平方约为2.5时将参试品种分为四个类群，如图6及表7所示。可以看出，第Ⅰ类别和第Ⅱ类别均有4个品种，第Ⅲ类别和第Ⅳ类别均有2个品种。从欧式距离可以看出，每一类群内部品种之间的相似度极高，第Ⅰ类别和第Ⅱ类别有较高的相似度。

不同类别的大麦营养成分、容重、粉碎粒度和黏度特性参数的平均值见表8。从表中可以看出：第Ⅰ类大麦的酸性洗涤纤维含量、中性洗涤纤维含量、容重和粉碎粒度均为四类中最高，而粗灰分的含量为4类中最低，粗蛋白质含量和黏度特性参数值也仅高于第Ⅲ类，可见第Ⅰ类大麦难粉碎，导致粉碎粒度大、黏度值低，影响原料在调质过程中的糊化以及制粒成型，制成的颗粒饲料耐久度将较低［20］。第Ⅲ类大麦的粗蛋白质含量最高和粗灰分含量最高，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量也较高，这就导致了其淀粉含量较低，故即使粉碎粒度最小，其黏度值也最低，制成的颗粒饲料耐久度将较低。第Ⅳ类大麦的黏度特性参数值最高，粗蛋白质和酸性洗涤纤维含量最低，粗灰分和中性洗涤纤维含量也较低，并且较易粉碎，故其在调质过程中易糊化，成型特性好，制成的颗粒耐久度将较高。同理，第Ⅱ类大麦的粗蛋白质含量和黏度参数较高，制粒特性也较好。

图6　不同品种大麦的聚类结果

表7　不同品种大麦聚类结果

表8　不同类别大麦理化指标统计结果

3　结论

①不同品种的大麦，营养成分、容重和粉碎粒度均存在不同程度的差异。整体来看，除粗灰分含量外，大麦营养成分差异较原粮容重和粉碎粒度差异显著。

②粉碎过1.5 mm筛片孔径的大麦粉样品RVA黏度参数均表现为强变异。粉碎过2.0 mm筛片孔径的大麦粉样品黏度参数值和变异系数明显低于1.5 mm的，可见粉碎粒度对大麦粉的黏度特性的影响很大，粉碎粒度越高，淀粉的糊化度越低，进而黏度值越低。

③相关分析显示：5个黏度特性参数之间的均存在极显著的正相关，且相关度极高；5个黏度参数均与粉碎粒度呈极显著的负相关，与粗蛋白质含量呈显著负相关；衰减值、最终黏度和回生值还与酸性洗涤纤维含量存在显著的负相关关系。

④基于所测定的理化指标，采用系统聚类法，将12个大麦品种分为4个类群：第Ⅰ类和第Ⅲ类大麦黏度特性参数值较低，影响其在调质过程中的糊化，制成的颗粒饲料耐久度将较低。第Ⅱ类和第Ⅳ类黏度特性参数值较高，制粒特性较好。

本文中大麦营养品质指标及RVA黏度参数可对饲料加工过程中粉碎、调质、制粒工艺参数优化以及颗粒料成型特性与适口性的预测和改善提供理论依据。一般峰值黏度越高，产品品质越好。在饲料加工中，可以通过适当地减小大麦的粉碎粒度来增加其在调质过程中的糊化程度，以改善颗粒料的成型特性。

［1］（美）拉斯姆逊（Rasmusson，Donald C.）主编；许耀奎等译.大麦.北京：农业出版社，1992：03.

［2］ FAO.FAOSTAT［M］.Food and Agriculture Organization of the United Nations，2011.

［3］刘少君编.大麦［M］.海口：南方出版社，1999：5-9.

［4］Jacob J P，Pescatore A J.Using barley in poultry diets-A review ［J］.J.Appl.Poult.Res.，2012，21：915-940.

［5］谢申伍，田姣.大麦在猪饲料生产应用中的研究进展［J］.今日畜牧兽医，2014（7）：7-10.

［6］任嘉嘉，孟少华，曹永政，等.大麦品种籽粒，制粉和黏度特性研究［J］.粮油加工（电子版），2014（6）：50-53.

［7］Yanagisawa T，Domon E，Fujita M，et al.Starch pasting properties and amylose content from 17 waxy barley lines［J］.Cereal chemistry，2006，83（4）：354-357.

［8］ Yoshimoto Y，Takenouchi T，Takeda Y.Molecular structure and some physicochemical properties of waxy and low-amylose barley starches［J］.Carbohydrate polymers，2002，47（2）：159-167.

［9］Song Y，Jane J.Characterization of barley starches of waxy，normal，and high amylose varieties［J］.Carbohydrate Polymers，2000，41（4）：365-377.

［10］Macgregor A W，Bazin S L，Izydorczyk M S.Gelatinisation Characteristics and Enzyme Susceptibility of Different Types of Barley Starch in the Temperature Range 48-72°C1［J］.Journal of the Institute of Brewing，2002，108（1）：43-47.

［11］GB/T 7416-2008，啤酒大麦［S］.

［12］Feedipedia.http：//www.feedipedia.org.2014.

［13］Crosbie G B，et al.Wheat quality for Japanese flour milling and noodle industries［J］.Journal of Agriculture，Western Australia，1990，31：83-94.

［14］刘爱华，何中虎，王光瑞，等.小麦品质与馒头品质关系的研究［J］.中国粮油学报，2000，15（2）：10-15.

［15］Huang S D.Flour quality guidelines for Chinese steamed bread In Proc.of Inter.Symposiumon New Approaches to Functional Cerealsand Oils［C］.Exhibitionand Posters，1997：51-55.

［16］范玉顶，李斯深，孙海艳，等.利用RIL群体分析小麦淀粉粘度性状与慢头品质的关系［J］.中国粮油学报，2005，20（1）：68.

［17］阎俊，张勇，何中虎.小麦品种糊化特性研究［J］.中国农业科学，2001，34（1）：9-13.

［18］张勇，何中虎.我国春播小麦淀粉糊化特性研究［J］.中国农业科学，2002，35（5）：471-475.

［19］谭彩霞，封超年，郭文善，等.不同品种小麦粉黏度特性及破损淀粉含量的差异［J］.中国粮油学报，2011，26（6）：4-7.

［20］Amerah A M，Ravindran V，Lentie R G，et al.饲料颗粒：家禽生长不可忽视的基础［J］.中国家禽，2009（5）：34-39.

（编辑：王芳，xfang2005@163.com）

Analysis of viscosity properties of different barley cultivars

Kong Dandan，Yang Jie，Zhang Guodong，Chen Xiao，Peng Fei，Wang Hongying

In order to study the viscosity properties of barley，12 barley cultivars samples were collected，the nutritional components，bulk density of barley grain and RVA viscosity parameters（peak viscosity，trough viscosity，breakdown viscosity，final viscosity，setback viscosity）of barley meal ground on a mini-mill with 1.5 mm and 2.0 mm screens were determined.Difference significance and correlations of these physicochemical properties among barley cultivars were analyzed.The results showed that，there were differences of different degrees in nutritional components，bulk density and geometric mean diameter among barley cultivars.Geometric mean diameters of barley meal samples grounded through 1.5 mm screens were strongly lower than those grounded through 2.0 mm screens，and the values of viscosity parameters were correspondingly higher for higher starch gelatinization degree.Correlation analysis showed that，all five viscosity parameters presented significant negative correlations with geometric mean diameter（P＜0.01）and crude protein content（P＜0.05）.Breakdown viscosity，final viscosity and setback viscosity were negatively and significantly correlated with crude acid detergent fibre content（P＜0.05）.System cluster analysis was conducted according to these physicochemical properties，the barley samples were clustered into four categories for guiding the purchase of barley cultivars in practical production.

barley；nutritional components；viscosity properties；correlation；cluster analysis

10.13302/j.cnki.fi.2016.05.006

S816.15

A

1001-991X（2016）05-0022-07

孔丹丹，博士，研究方向为饲料加工工艺。

王红英，教授，博士生导师。

2015-10-08

“十二五”国家科技计划项目［2011BAD26B0401］；公益性行业（农业）科研专项［201203015］