蒸汽压片玉米加工工艺及其在肉牛生产中应用的研究进展

伍怡佳，张含绎，李艳玲

（北京农学院动物科学技术学院，北京 102206）

玉米是畜禽的主要能量饲料，其外部被一层种皮牢牢包裹，不利于营养物质在畜禽消化道的吸收，降低了玉米的转化效率，进而使畜禽的经济效益降低。而玉米经过一系列蒸汽处理及机械剪切后，细胞内淀粉颗粒暴露增加了淀粉颗粒在消化道的接触面积，提高了淀粉消化率。本文主要对蒸汽压片技术、蒸汽压片玉米营养价值的变化及其对肉牛生产性能和牛肉品质的影响做一阐述，以期为蒸汽压片技术及蒸汽压片玉米在肉牛生产中的应用提供参考。

1 蒸汽压片技术概述

1.1 蒸汽压片技术及其原理 蒸汽压片技术是一种饲料加工方法，其原理是通过湿热处理使玉米淀粉发生凝胶糊化，促使淀粉颗粒吸水膨胀破坏其晶体结构，进而排出部分直链淀粉形成黏性物质，随后通过机械物理作用将玉米细胞内与淀粉结合的蛋白质二级结构即氢键破坏掉，从而将淀粉颗粒暴露出来，并使玉米中的蛋白质结构发生改变[1]。经过蒸汽加热和机械碾压双重工序对原料玉米进行加工处理，使玉米的化学成分及物理形态发生改变，有利于玉米淀粉颗粒的暴露和外部种皮的破坏，进而提高玉米的利用率，最终将玉米加工为具有一定密度及厚度的薄片，这种技术称之为蒸汽压片技术[2]。

1.2 蒸汽压片加工工艺 蒸汽压片技术的工艺流程包括原料接收、杂物的清除筛选、调制过程、蒸汽加热处理、机械压片、干燥冷却、包装及成品入库等步骤。在蒸汽压片技术的加工过程中，热与力的相互作用与蒸汽压片玉米质量密切相关，其工艺参数主要有蒸汽处理时间、滚筒距离及挤压压力、温度等[3]。调质温度和时间在很大程度上影响玉米淀粉的糊化程度；压片机的压辊间距影响产品的容重和压片厚度；干燥时间和方法影响水分含量，并进一步影响成品的保存[4]。因此，相同的玉米原料在不同的蒸汽压片工艺过程下生产的蒸汽压片玉米会有所不同，饲喂效果也会有一定差异，在加工过程中要严格控制加工工序，确保蒸汽压片的质量。

1.2.1 蒸汽处理时间及温度 目前，有关蒸汽处理时间的研究报道较少。理论上，延长蒸汽处理时间可使玉米淀粉颗粒水分吸收充足，从而进行湿热处理使其糊化。玉米淀粉的糊化度越高，淀粉酶的水解率就越大。Zinn[5]选用3个时间段（即34、47、67 min ）对蒸汽压片玉米进行研究，发现蒸汽处理34 min时阉牛的消化道淀粉消化率达到最佳（99.5%），且压片玉米的营养价值不随蒸汽时间的延长而有所改善，而34 min时会使玉米的营养价值得到较大提升。国内研究发现，在温度90 、时间50 min、蒸汽压片容重为363 g/L时，玉米淀粉的糊化度最高[4]。辛杭书等[6]报道，当温度、处理时间及水分含量分别为100～110 、30～60 min、18%～20%时，可利用机械力将玉米压成一定厚度的薄片。胡友军等[7]发现，淀粉的糊化度与温度升高有关，尤其当温度超过90 时，淀粉糊化度将快速地升高。李启武[8]发现，当调质温度分别为50、60、70 时，淀粉糊化度随着调质温度的升高而增加。而夏吉庆等[9]研究的参数范围与辛杭书等[6]的研究有一定差异，其温度为 121～126 ，加热时间为 64～67 min，可用机械力将玉米压成一定厚度薄片。国内外实际生产中采用的蒸汽处理时间为40～60 min，这可能是为了保证绝大部分玉米原料能进行充分、均匀的蒸汽处理。

1.2.2 滚筒距离及挤压压力 通过调节滚筒的间距可以确定蒸汽压片玉米的厚度。研究结果表明，轧辊间隙1 mm生产的玉米淀粉含量较轧辊间隙0 mm低25%，可能是因为将轧辊间隙设置为固定值后，通过机械加工后不完全挤压的玉米粒较少，使玉米挤压更充分[6]。刘基伟等[10]研究表明，将玉米的轧辊间隙设置为 0.78～2.1 mm，有利于提高蒸汽压片玉米的生产效率。

挤压压力决定容重的大小，压片厚度（FD）与容重（FT）的表达式为FD=0.042+0.14FT（r2=0.74），FD与FT呈中度相关[11]。在上述公式中，时间、条件和地点等因素对压片FD没有影响，但FT受多种因素影响，其中包括水分含量、测定容器的形状及压片玉米的破损程度等。目前已经有很多试验表明，容重为360 g/L的蒸汽压片玉米营养价值较高。

1.3 蒸汽压片玉米质量评价 蒸汽压片玉米产品质量的评定包括FD、FT和淀粉糊化度等指标[5]。信丽凤等[12]通过试验建立蒸汽压片玉米与淀粉糊化度的检测方程，其结果可得蒸汽压片玉米的水分、FD、FT和粉化率，对其质量评价提供参考。而薛丰等[13]建立的近红外漫反射光谱技术模型可准确、快速地预测蒸汽压片玉米中粗蛋白质、中性洗涤纤维和粗脂肪的含量，可作为测定和评价蒸汽压片玉米品质的一种便捷方法。

2 蒸汽压片技术对玉米营养价值及瘤胃发酵的影响

2.1 蒸汽压片技术对玉米淀粉糊化度及淀粉消化率的影响 国内外关于蒸汽压片玉米对淀粉消化率的影响研究较多，但仍有争议。Barajas等[14]研究发现，与干碾玉米相比，蒸汽压片玉米可提高瘤胃、过瘤胃和总消化道的淀粉消化率，其增加程度分别为26%、41%和19%。Owens等[15]研究发现，干碾玉米、高湿玉米和蒸汽压片玉米的小肠淀粉消化率分别为49.8%、57.8%和96%。Dilorenzo等[16]研究表明，蒸汽压片玉米日粮较干碾压玉米可显著增加牛全消化道的淀粉消化率，而平均日增重和饲料利用率与淀粉消化率直接相关。乔富强[17]研究发现，农大105玉米的淀粉糊化度及淀粉降解率均优于高油玉米和优质蛋白玉米9409，但玉米品种的差异不会改变瘤胃的发酵模式。霍小凯等[18]对3种不同加工方式的玉米进行研究发现，蒸汽压片玉米快速降解部分的比例最大，膨化玉米次之，破碎玉米最小。马星光等[19]体外培养试验表明，蒸汽压片玉米在各个时间点的产气量及瘤胃内消化率均大于颗粒玉米，蒸汽压片玉米的利用率更高。但Joy等[20]的研究结论与上述观点不同，其认为瘤胃淀粉消化率并未因蒸汽压片玉米而改变，即蒸汽压片玉米与干碾压玉米的瘤胃淀粉消化率差异不显著，而前者在全消化道的消化率明显高于后者。造成结果差异的原因可能是由于玉米品种及其加工方式的不同或试验动物的差异。

2.2 蒸汽压片技术对玉米氮素消化及代谢的影响 在氮代谢方面，蒸汽压片玉米可在机体内将氮素更优化分配，使体内尿素再循环的次数增加，提高了饲料中氮的利用率，减少氮磷的排放量，降低环境污染[21-22]。Jennings等[23]发现，饲喂蒸汽压片玉米可促进小牛日粮的能量代谢及氮代谢。Plascencia等[24]研究表明，蒸汽压片玉米较干碾玉米可提高微生物蛋白量28%左右，提高微生物效率10%、小肠氮消化率10%、总肠道氮消化率8%，对氮消化率的提高有积极作用。除此之外，Burkholder等[25]用蒸汽压片玉米和干碾玉米饲喂舍饲牛发现，蒸汽压片玉米组的氮浓度降低，这与氮的摄入量减少和氮的消化利用率提高有关，这与Plascencia等[24]的研究结果相似，蒸汽压片玉米可提高氮消化率。而Theurer等[26]研究发现，蒸汽压片玉米和干碾玉米对小肠和总肠道的氮消化率并无显著影响，但蒸汽压片玉米分别提高了15%的微生物蛋白量和17%的微生物效率。

2.3 蒸汽压片技术对玉米能值的影响 1996年，由NRC给出的蒸汽压片玉米的维持净能（NEm）为6.48 MJ/kg、增重净能（NEg）为9.36 MJ/kg。Zinn等[27]试验发现，蒸汽压片玉米的NEm和NEg增加值在15%～18%，其认为NRC（1996）中给出的蒸汽压片玉米NEm、NEg数值偏低。不同FT的压片玉米，其能值有很大差异，因此，NRC所列出的能值是一个供参考的综合数值。

吕福清等[28]报道，与蒸汽碾压法或干式碾压法比较，蒸汽压片法使玉米NE增加，并能稳定地提高肉牛和奶牛的生长性能。除此之外，国外学者用蒸汽压片玉米代替干轧玉米对牛的生长性能有一定影响，其中蒸汽压片玉米的NEm平均为2.44 MJ/kg，较干轧玉米改善了10.7%[29]；Zinn等[27]用蒸汽压片玉米饲喂育肥牛，对其代谢能（ME）、NEm和NEg有较大提高，提高后分别为3.73、2.46、1.75 MJ/kg，与干碾压玉米相比分别提高了12.6%、14%和19%。因此，蒸汽压片技术可提高玉米原料的能值，提高养殖效益。

2.4 蒸汽压片技术对玉米瘤胃发酵参数的影响 有研究表明，瘤胃内pH、氨浓度（NH3）以及挥发性脂肪酸（VFA）的浓度能够有效反映瘤胃内的环境情况，因此，可以作为饲料日粮在瘤胃内发酵类型的重要内环境指标。

2.4.1 pH pH的波动原因从根本上来说是由于日粮结构以及营养水平的差异造成。而蒸汽压片玉米对维持瘤胃pH的稳定有一定作用[30]，且瘤胃pH与淀粉的消化有很高的相关性[31]。有研究发现，蒸汽压片玉米在瘤胃的发酵速度比湿碾玉米快，瘤胃液pH相对较低，说明蒸汽压片玉米能使瘤胃pH维持在稳定状态，在饲喂蒸汽压片玉米前后变化幅度小，能较平稳地升高与降低[32]。而Hales等[33]研究表明，体外培养时蒸汽压片玉米的pH在6 h最低，而在培养18、24 h时的pH差异不显著。这些研究提示了饲喂蒸汽压片玉米可能对维持瘤胃pH稳定、调控瘤胃内环境的平衡有一定作用，从而使肉牛的各项生理活动和化学反应能够顺利进行。

2.4.2 NH3在一定程度上，瘤胃NH3浓度反映了瘤胃微生物分解含氮物质产生NH3的速度以及对NH3的消化吸收情况，能够反映蛋白质降解与合成之间的平衡关系。Murphy等[34]研究发现，微生物发酵的最佳氨态氮（NH3-N）浓度为6.3～27.5 mg /dL。王桂瑛等[35]研究发现，瘤胃液最佳NH3浓度为6.70～19.79 mg/100mL，以安装永久瘤胃瘘管的云南黄牛为饲喂对象，与粉碎玉米日粮组相比，蒸汽压片玉米组黄牛的瘤胃液NH3浓度维持在较低水平，饲喂前后NH3浓度的变化程度很小，更有助于需要氨合成蛋白的微生物利用，提高了饲料中氮的利用率。综上，蒸汽压片玉米可以有效地维持瘤胃NH3浓度的稳定，从而避免对瘤胃发酵和生态环境造成不利影响。

2.4.3 VFA 辛杭书等[6]研究表明，在体外瘤胃发酵中，蒸汽压片玉米组瘤胃丙酸摩尔比较干碾压玉米组高，可增加其丙酸的产量，从而提高了能量的利用率。张婷等[36]研究表明，在低能水平下，蒸汽压片玉米的丙酸含量显著高于普通玉米。王桂瑛等[37]研究发现，瘤胃内VFA浓度在一定程度上与玉米的加工处理有关，蒸汽压片玉米组的丙酸比例有高于干碾压玉米组、粉碎蒸汽组、湿碾压组、粉碎玉米日粮组的趋势。国外学者研究发现，经蒸汽压片处理后的玉米促进了奶牛瘤胃的发酵速度和VFA浓度升高，可提高饲料的营养价值[38]。Wang 等[39]用蒸汽压片玉米代替破碎玉米饲喂56头平均12月龄的西门塔尔牛，发现瘤胃总VFA随着蒸汽压片玉米比例的增加而增加，平均日增重和饲料转化率明显提高，表明蒸汽压片玉米可以通过改善瘤胃发酵来提高肉牛的生长性能。综上，蒸汽压片玉米相较于普通破碎玉米，可以增加丙酸产量，提高VFA浓度，促进瘤胃发酵，提高饲料利用率。

3 蒸汽压片玉米在肉牛生产中的应用

3.1 蒸汽压片玉米对肉牛生长性能的影响 饲喂蒸汽压片玉米可以提高肉牛的平均日增重和饲料转化效率。与整粒玉米相比，蒸汽压片玉米可有效降低阉牛的干物质采食量和耗料增重比，增加日增重，不影响胴体品质[40]。魏曼琳[41]发现，用蒸汽压片玉米饲喂肉牛可以有效促进肉牛增重，并且随着蒸汽压片玉米添加水平的增加，增重效果也得到提高。李瑞景等[42]试验表明，用30%、60%和90%蒸汽压片玉米替代普通破碎玉米饲喂西杂肉牛，日增重较普通破碎玉米组分别提高了19.91%、29.27%、37.16%，肉牛日增重和蒸汽压片玉米的替代水平呈明显正相关；同时张亚伟等[43]在育肥鲁西牛阉牛的试验中也得到了一致结论，即用蒸汽压片玉米育肥肉牛可显著提高其平均日增重，且其增长比例与蒸汽压片玉米的饲喂量呈正相关，这可能与蒸汽压片处理后提高玉米的利用率有关。

除此之外，王洪亮等[44]用普通破碎玉米、蒸汽压片玉米和湿贮发酵玉米分别饲喂育肥奶公犊，发现蒸汽压片玉米饲喂效果最好，饲料转化效率高，其日增重和日利润可达1.29 kg和13.87元/d，高于普通破碎玉米。另外，毛红霞等[45]试验发现，育肥初期和后期蒸汽压片玉米组犏牛的增长速度显著快于粉碎玉米组，饲喂蒸汽压片玉米的犏牛日增重提高了26.37%。以上研究表明，经蒸汽压片处理后的玉米可有效促进饲料的转化效率，促进日增重。还有试验研究表明，用蒸汽压片玉米补饲牦牛显著降低了冷季的掉膘率，提高了饲料转化效率，增加了经济效益[46]。梁国飞等[47]报道，用蒸汽压片玉米饲喂肉牛可降低耗料增重比约17.8%。这些研究表明在日粮中添加蒸汽压片玉米可不同程度地提高肉牛的日增重和饲料转化效率，育肥效果好，增加了养殖利润。

Zinn等[27]研究发现，用蒸汽压片玉米代替干加工玉米饲喂肉牛，其平均日增重增加了6.3%，其干物质采食量降低了5%。Xie等[48]研究表明，蒸汽压片玉米和膨化大豆共同使用可以促进犊牛瘤胃发育和胃肠道吸收功能，并且提高犊牛的后期增重。Ramos-Aviña等[49]用蒸汽压片玉米饲喂荷斯坦阉牛可提高其日增重，提高生长性能。

综上，经蒸汽压片处理的玉米在促进日增重和提高饲料转化效率方面均优于干加工、破碎等加工方式的玉米。因此，用蒸汽压片玉米饲喂肉牛可以提高饲料转化效率和动物的生长性能，促进肉牛增重，提高经济效益。

3.2 蒸汽压片玉米对肉牛屠宰性能及肉品质的影响

3.2.1 屠宰性能 有研究发现，当蒸汽压片玉米替代比例增加，鲁西牛阉牛的屠宰率呈线性下降，而眼肌面积和大理石花纹等级线性增加[43]。刘萍[50]研究发现，用蒸汽压片玉米及膨化大豆混合精料饲喂犊牛的宰前活体最重，但屠宰率最低，或因饲喂周期较长，使其内脏器官发育完全所致，但饲喂蒸汽压片玉米和膨化大豆有增加奶公犊眼肌面积及产肉率的趋势。

Woolsoncroft[51]研究发现，蒸汽压片玉米组的阉牛胴体指标较破碎玉米组优质。但万发春等[52]研究表明，饲喂蒸汽压片玉米会降低高档肉块占活重比例，并且对不同部位高档肉块重量也会产生不同影响，眼肌面积和大理石花纹等级有一定下降趋势，这与Woolsoncroft[51]的研究结果不一致，可能是因为试验动物的品种、屠宰日龄或玉米加工方式等不同。

3.2.2 肉品质 魏曼琳[53]研究表明，饲喂蒸汽压片玉米可有效促进育肥牛的脂肪沉积、改善胴体品质并提高优质切块产量。另有研究表明，蒸汽压片玉米组饲喂育肥牛的剪切力比普通破碎玉米组低，并且随着蒸汽压片玉米饲喂量的增加而降低，这与提高肌肉的嫩度有关，并且添加蒸汽压片玉米可以大幅度提高育肥牛优质切块的总产量[42]。闰祥林[54]报道，提高日粮营养水平（添加蒸汽压片玉米）可明显提高肉牛生长速度和饲料报酬，对提高优质切块肉牛产量有显著效果；且牛肉品质与日粮营养水平有一定关系，营养水平越高，牛肉质量越好。Erjaei等[55]报道，蒸汽压片玉米和膨化大豆混合饲喂时能够增加肉牛肋条肉中的多不饱和脂肪酸和共轭亚油酸含量，这些物质对人类某种疾病的预防有相应帮助。因此，日粮中应用蒸汽压片玉米有助于提升和改善肉品质。

4 结 语

蒸汽压片技术的加工方式和工艺参数不同会影响蒸汽压片玉米的质量以及饲喂效果。在饲喂肉牛时，蒸汽压片玉米的加工工艺及其评价指标等需要进一步研究和探索；国内外研究多见该技术对玉米淀粉消化率及瘤胃发酵参数等方面的影响，鲜少涉及蒸汽压片玉米中微量元素和维生素的作用机制；玉米品种差异也会影响蒸汽压片玉米的质量，因此确定各品种差异以及最优的搭配选择需要进一步研究。