熟化条件对饲用玉米淀粉结构及糊化特性的影响

黄 伟， 杨秀娟，2， 曹志勇， 郝欣蔚， 郭丽华， 陶琳丽，2*， 张 曦，2*

（1.云南农业大学动物科学技术学院，云南昆明650201；2.云南省动物营养与饲料重点实验室，云南昆明650201；3.云南农业大学基础与信息工程学院，云南昆明650201；4.云南农业大学园林园艺学院，云南昆明650201；5.云南省保山市动物疫病预防控制中心，云南保山678000）

熟化条件对饲用玉米淀粉结构及糊化特性的影响

黄 伟1， 杨秀娟1，2， 曹志勇3， 郝欣蔚4， 郭丽华5， 陶琳丽1，2*， 张 曦1，2*

（1.云南农业大学动物科学技术学院，云南昆明650201；2.云南省动物营养与饲料重点实验室，云南昆明650201；3.云南农业大学基础与信息工程学院，云南昆明650201；4.云南农业大学园林园艺学院，云南昆明650201；5.云南省保山市动物疫病预防控制中心，云南保山678000）

熟化条件指饲料熟化过程中的高温、高湿、高压以及时间等，饲料熟化时能杀灭饲料原料中的细菌和病毒等微生物，降解毒素，使抗营养因子失活，淀粉糊化，蛋白质变性，熟化饲料比普通饲料色、香、味更佳，而且能提高饲料10%～30%利用率。本文就熟化条件对饲用玉米淀粉的颗粒大小、形态结构、淀粉直/支比、结晶度以及糊化特性的影响进行了综述，并阐明饲用玉米熟化温度89～96℃，水分26%，压力越高效果越好，旨在为饲用玉米熟化条件的选择提供理论依据和参考。

熟化；玉米；淀粉结构；糊化特性

饲料熟化就是饲料通过一定时间的湿热、高压处理，使其淀粉糊化，蛋白质变性，改善饲料的适口性、稳定性，提高消化吸收率的过程。在饲料筒体内，饱和蒸汽和物料接触，蒸汽在物料表面凝结时放出大量的热，被粉料吸收使粉料温度大幅上升（Murray等，2001）。在热量和水分的共同作用下，粉料开始吸水膨胀，直至破裂，使淀粉变成黏性很大的淀粉糊状物，有利于颗粒内部相互黏结，同时物料中的蛋白质变性，分子成纤维状，肽键伸展疏松，分子表面积增大，流动滞阻，因而黏度增加，有利于颗粒成形 （Peres等，2002；Marty等，1995）。淀粉糊化的实质是在加热的作用下破坏分子间氢键的缔合，淀粉分子由紧密的有序排列变为散乱的无序排列，更易于被吸收。目前采用较多的是颗粒成形前进行调质，通过改善调质条件和调质系统提高淀粉的糊化度，进而提高饲料消化率（饶应昌，2007）。

1 熟化对淀粉结构的影响

淀粉是由D-葡萄糖单体组成的高聚物，为植物中糖类的主要贮存形式（邹思湘，2011）。淀粉结构包括淀粉颗粒大小、形态结构、直链淀粉和支链淀粉、结晶度等（余平等，2011）。熟化过程中的高压、蒸汽、温度及熟化时间对淀粉结构影响很大，进而影响淀粉糊化度。

1.1 淀粉颗粒大小淀粉颗粒大小影响淀粉的熟化过程以及淀粉的消化吸收，而熟化条件影响淀粉颗粒大小。

Swinkels等 （1985）测量了淀粉颗粒直径范围，结果表明，玉米淀粉的颗粒直径范围在3～26 μm。Wang等（2008）采用60、100、140 MPa三种高压处理匀质玉米淀粉，结果表明，不同压力条件颗粒大小不同，淀粉的颗粒形状不规则。60 MPa高压处理，淀粉颗粒保留着原来的形状，有一些很小的淀粉颗粒黏附大颗粒，表明高压处理后颗粒形状改变；100 MPa时，部分大淀粉颗粒破裂成小碎颗粒；140 MPa处理又黏附成大颗粒，有4.8%的分布在小于4 μm的范围内，35.1%分布在大于30 μm的范围。包亚莉等 （2014）利用高静压（HHP）处理糯玉米淀粉，粉水比为1/10、3/10、5/ 10、7/10、1，研究水分含量对淀粉颗粒大小的影响，结果表明，粉水比为3/10及5/10的样品颗粒已丧失自身形状，发生变形，另外，水分含量不一致，颗粒大小也不同。

Franco等（1992）研究表明，挤压膨化可促使分子间氢键断裂，糊化生成α淀粉，同时可促使淀粉分子内1，4糖苷键断裂，致使挤压产物的淀粉含量下降，淀粉颗粒膨胀。但是淀粉颗粒大小改变到哪种程度更有利于饲料的熟化，值得进一步探究。

1.2 淀粉形态结构 淀粉形态结构和熟化条件相互影响。哪种形态结构更利于消化吸收有待进一步探究。

张斌等（2010）采用偏光显微镜和电镜扫描蜡质玉米淀粉、普通玉米淀粉、高直链HylonⅤ玉米淀粉和高直链HylonⅦ玉米淀粉，结果表明，高支链玉米淀粉颗粒为多角形，颗粒表面具有多个平面和棱角，颗粒较大而均匀，中间有脐眼；高直链玉米颗粒为圆形或椭圆形，颗粒较小，脐眼不明显。王绍清等（2011）采用电子扫描显微镜分析常见可食用玉米淀粉颗粒的超微结构。发现玉米淀粉颗粒呈多面体形，棱角圆滑，部分未成熟颗粒呈球形，颗粒的表面稍有凹凸不平，有小坑和通向颗粒中心的细孔。

王潇（2005）研究表明，普通玉米淀粉在扫描电镜下为表面光滑、大小不一、近圆球型或椭球型颗粒，颗粒彼此之间界限分明；膨化后淀粉颗粒消逝，在电镜下看不到任何完整或不完整的颗粒形状，变成没有任何界限的胶状物。

包亚莉等（2014）研究表明，在高压600 MPa，粉水比1/10时，颗粒最光滑；粉水比为7/10和1的样品颗粒发生竞争性吸水，表现出膨胀不均匀性，且出现很多碎片。

1.3 淀粉直链与支链 淀粉颗粒由直链淀粉和支链淀粉两种高聚物堆积而成 （邹思湘，2011；余平等，2011）。直链淀粉是由α-D-葡萄糖以α-1，4糖苷键链接而成，分子质量约为105～2×106Da，呈左手螺旋构象，每6个葡萄糖残基为一个螺旋周期。不同来源淀粉中直链淀粉的含量和结构有一定的差异。支链淀粉是由α-D-葡萄糖分子缩合而成的高分子聚合物，分子结构中含有许多分支，除了α-1，4糖苷键，还含有较多的α-1，6-糖苷键，分子质量约为1×106～6×106Da。支链淀粉易溶于水，而直链淀粉仅微溶于热水中（李京杰，2011）。

王潇（2005）研究表明，膨化可降低总淀粉、支链淀粉比例，提高直链淀粉比例，原因可能是膨化使部分淀粉转化成糊精和一些单糖、双糖和低聚糖；支链淀粉对膨化更敏感，膨化和普通玉米养分分析值见表1。李勇（2010）取低直支比、中直支比和高直支比三种玉米进行研究，结果显示，膨化前后直/支比变化不明显，但是低直支比、中直支比组膨化后总淀粉含量增加 （干物质基础）。Tester （1999）对蜡质玉米淀粉、普通和高直链玉米淀粉进行研究，表明热处理后蜡质玉米淀粉（全支链）和普通玉米淀粉变化很相似，均改善了支链淀粉的双螺旋结构。

表1 膨化和普通玉米养分分析值

直/支比是影响淀粉糊化效果的因素之一。在饲料熟化过程中，总淀粉含量、快消化淀粉、抗性淀粉、直支比会发生改变。直链淀粉含量与高温蒸煮后抗性淀粉的形成呈正相关，支链淀粉对淀粉熟化更敏感。

1.4 淀粉结晶度 淀粉的结晶度是衡量淀粉结晶程度的指标，指淀粉中晶体区所占的比例。依据粉末X-射线衍射波谱，淀粉的颗粒结构分为A型（高度可消化）、B型（不容易消化）和C型（介于A和B之间）（刘培玲等，2014；田晓琳，2014；徐斌等，2012）。

Hizukuri（1985）选取20种不同链长分布的支链淀粉（11种A型，6种B型，3种C型），研究支链淀粉的分子结构以及淀粉的晶体结构。A型支链淀粉分子有较短的链长，短链部分比B类型的多。C类型的链长居两者中间，并且晶体结构取决于温度，而A、B型对温度不敏感。Srichuwong （2005）采用15种不同植物来源的淀粉，研究其结构特征与消化酶的关系。通过猪胰腺α-淀粉酶的消化，不同淀粉的颗粒消化率有显著差异，A型＞C型＞B型，B型淀粉只有2.5%～7.2%的淀粉能被水解。王潇（2005）研究膨化对普通玉米淀粉的影响，发现X-射线衍射波谱峰宽、峰高、峰形发生一定变化，说明膨化使玉米淀粉的晶体结构受到明显破坏。

直链淀粉含量越高，淀粉结晶度越低。淀粉的结晶度影响着畜禽的消化吸收。不同淀粉来源，结晶度不同。

2 熟化条件对淀粉糊化特性的影响

淀粉膨化过程中膨胀首先发生在无定形区，随着水分增加和温度的升高，淀粉颗粒会不断膨胀爆裂，最终导致淀粉的结晶区被破坏，发生糊化。糊化特性包括糊化温度、峰值黏度、峰值时间、衰减值、回生值等。糊化度是表示饲料熟化程度的一个指标。淀粉糊化的实质是在加热的作用下破坏结晶或非结晶的淀粉分子间的氢键缔合，淀粉分子由紧密的有序排列变为散乱的无序排列，更易于被吸收。糊化度越高，可以认为淀粉的可消化性越高。

2.1 压力对淀粉糊化特性的影响 Liu等（2009）研究热处理对不同直/支链比例淀粉，蜡质玉米淀粉0/100，普通玉米淀粉23/77，高直链淀粉Ⅰ50/50，高直链淀粉Ⅱ80/20的影响。表明热处理显著提高了高直链玉米淀粉的糊化焓，但是在高支链淀粉中没有改变。Wang等（2008）对1.0%的玉米淀粉水悬液，采用60、100、140 MPa三种高压处理，结果表明，随着压力的升高，淀粉的糊化开始温度、峰值温度均糊化焓、峰高指数均降低，但是糊化程度升高。叶怀义等（2000）研究高压对小麦、玉米、绿豆、藕、木薯、甘薯和土豆淀粉糊化特性的影响，结果表明，糊化温度的变化趋势与淀粉种类关系不大，当压力小于150MPa时，随压力升高糊化温度升高；压力在150～250 MPa时，糊化温度变化不大；当压力大于250 MPa时，糊化温度随压力的升高而降低，降低的程度与压力不呈直线关系，而是压力越高，糊化温度降低越多。Buckow等（2007）采用不同温度，不同压力（450、500、550、600、650 MPa）对玉米进行糊化，结果表明，温度为40、60℃时，压力越高，糊化度越高。

综上所述，不同研究者在自己特定的试验条件下研究得出结论，压力越大淀粉的糊化度越高。

2.2 温度对淀粉糊化特性的影响 淀粉糊化度越高，越有利于畜禽的消化吸收。淀粉的糊化随着温度的升高而增大。直链淀粉含量越高，所需糊化温度越高。热处理显著提高了高直链玉米淀粉的糊化焓，但是高支链淀粉没有改变，说明支链淀粉对糊化温度不敏感。

张现玲等（2013）、胡彦茹等（2011）、Cowieson等（2005）用不同温度处理玉米基础日粮，结果表明，温度为70～90℃时，随着温度升高，糊化度增加。胡友军等（2002）对玉米进行不同温度处理，结果表明，温度为88.6～95.8℃时，淀粉糊化度最高。玉米基础日粮与单纯玉米熟化温度有一定的差异（表2）。

表2 玉米日粮与玉米最适糊化温度

2.3 水分对淀粉糊化特性的影响 水分含量（水和蒸汽）在熟化的过程中具有重要的作用，对淀粉的糊化过程有一定的影响。水作为一种增塑剂，可影响淀粉分子的迁移，决定淀粉分子链间的聚合速率，对淀粉的糊化和老化特性影响很大。不同淀粉完全糊化所需的水分含量不同。周国燕等（2009）采用差示扫描量热法（DSC）研究水分含量对大米淀粉热力学行为的影响，结果表明，随着水分含量的增加，淀粉糊化温度提高，糊化热焓变化明显，且不同淀粉完全糊化所需的水分含量不同。Svihus等（2008）认为，淀粉的特性决定糊化温度和糊化程度，而饲料加工中水分含量较低能够限制淀粉的糊化程度。程译锋和过世东（2009）探究工艺参数对配合饲料淀粉糊化度的影响，结果表明，当水分含量为17%～26%时，随着水分含量的增大，淀粉糊化度增加，当水分含量为26%～32%时，随着水分含量的升高，糊化度又有下降的趋势（傅晓丽等，2012）。当水分含量为26%时，淀粉的糊化度较高，效果较好。

压力、温度、水分对淀粉糊化特性影响较大，此外，作用时间也对淀粉糊化度有一定的影响，若时间较短可能导致熟化不完全，时间较长又会造成过度熟化及资源的浪费。

3 小结

通过对饲用玉米进行一定时间的高温、高压、蒸汽处理，使其淀粉糊化，改善饲料的适口性、稳定性，完成饲料熟化过程，进而提高饲料的消化吸收率，但是不同粉碎粒度的玉米所需要的条件不同。本文综述得出饲用玉米熟化条件为：温度89～96℃，水分26%，压力越高，饲料糊化度越高。为以后不同淀粉结构和不同粉碎粒度玉米熟化条件的研究提供了理论依据。

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Curing conditions refers to the high temperature，high humidity，high pressure and time in the process of feed maturation.When the feed maturation，it can kill microorganisms such as bacteria and viruses in feed ingredients and it can degrade toxins.The curing make the antinutritional factors inactivation，starch gelatinization and protein denaturation. The curing feed are better than ordinary in color，aroma，taste.It can improve the feed utilization rate of 10%～30%.Therefore，this paper reviews the effect of curing conditions on the change of forage-corn starch particle size，morphology of starch，amylose/amylopectin ratio，crystallinity and the influence of gelatinization characteristics.It is concluded that in the process of curing.Forage-corn ripening temperature at 89～96℃，26%moisture and the higher pressure the better.Those results provided the theoretical basis for selection and reference in forage maize curing conditions.

curing；corn；starch structure；gelatinization characteristics

S816.9

A

1004-3314（2017）03-0012-04

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20170304

云南省动物营养与饲料重点实验室开放基金（DYCX2015003）；云南省重大科技专项“高原优质肉鸡产业工程化技术研发集成与示范推广”（2016ZA008）

*通讯作者