膨化对实验犬粮营养成分影响的研究

李慧贤 常银莲 卓志勇 张海峰 史 良

(北京科澳协力饲料有限公司，北京 100107)

实验动物是生命科学研究的基础和条件，是衡量一个国家或一个单位科研水平的重要标志[1]。作为活的“精密仪器”，实验动物的标准化程度直接影响研究成果的确立、研究水平的高低以及研究产品的质量等。而标准化的实验动物饲料则是保证实验动物质量标准化的重要条件之一[2]。

犬作为实验动物，在生命科学领域已应用多年。目前，实验犬粮的生产常采用膨化技术。挤压、膨化技术作为饲料加工方法起始于八十年代末，它是将粉状饲料采用加温、加压处理，挤出模孔或突然喷出压力容器，压力迅速降低、体积突然膨大而成[3]。根据膨化过程中是否进行水热处理，可将膨化分为干法膨化和湿法膨化两种，湿法膨化相对干法膨化更具有优势，一方面生产效率大大提高，另一方面也降低了机器部件的磨损。较粉料和颗粒料来讲，膨化饲料具有适口性好和致病微生物杀灭量大等特点，还能有效破坏饲料中的抗营养因子。有利于动物对营养物质的消化吸收。但由于膨化会涉及到高温、高压的处理过程，会导致部分营养物质损失[4-7]。一般认为，膨化对饲料蛋白质的含量基本没有影响，但是会使蛋白质发生变性，提高其在动物肠道中的消化和吸收率。而氨基酸的破坏程度与加工条件有关，在加工温度不是很高时，膨化对氨基酸的影响不大。但膨化温度升高后(170～200 ℃)，对热敏感的氨基酸容易受到损失，如赖氨酸、胱氨酸等[8]。饲料中维生素含量受到膨化处理的影响较大，尤其是水溶性维生素损失率较高。而膨化对微量元素影响不大[9]。多数研究表明，生产饲料不同，膨化设定参数不同，如温度为100～200 ℃之间，压力为0.4～0.8 MPa之间，停留时间也是几十秒到几分钟不等，而生产参数设定的不同，膨化过程对营养物质损失率的影响差异也很大[10-11]。

目前，我国实验动物饲料主要参照的标准为实验动物配合饲料营养成分标准(GB 14924.3—2010)，该标准对实验动物配合饲料及饲料原料的质量作了强制性要求，明确规定了每种饲料营养成分限值[12]，并规定了强制性指标以及推荐性指标。因此，要想生产出符合生长繁殖营养需要、安全可靠的犬粮，确定膨化条件下犬粮营养成分的变化则十分重要。本文则主要研究在固定生产条件下，实验犬粮经膨化后蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素以及微量元素的变化情况。以期为实验动物饲料生产企业设置合理配方比例，优化生产参数，为生产优质实验犬粮提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料

实验犬粮由北京科澳协力饲料有限公司提供。

1.2 设备

MY135(SJPS135)单螺杆膨化机组，江苏牧羊集团有限公司。

1.3 工艺

原料粉碎→筛分→混合→调制(温度：105～115 ℃、压力为0.6～0.8Mpa、时间3～5 min)→膨化→干燥→冷却→成品

1.4 方法

随机抽取2016、2017以及2018年6个批次实验犬粮饲料送至美国 Midwest Laboratories检测。分析方法采用美国分析化学家协会AOAC(Association of Official Chemists)规定的检测方法。水分测定采用AOAC 930.15，蛋白测定采用AOAC 990.03，脂肪测定采用AOAC 954.02，纤维测定采用AOCS Ba 6a-05，灰分测定采用AOAC 942.05，氨基酸测定采用AOAC 994.1，色氨酸测定采用(AOAC 988.15)，微量元素测定采用AOAC 985.01，维生素检测采用AOAC 992.03。

2 结果

2.1 实验犬粮常规营养指标

本研究中选用的实验犬粮常规营养指标符合国标要求，经过膨化工艺后，与配方值对比，饲料中粗脂肪、钙、磷有损失，损失率分别为6%、20%、24%,见表1。

表1 实验犬粮常规营养指标Table 1 Common nutritional indicators of experimental dogs

注：* 配方数据库采用《中国饲料成分及营养价值表》(第28版)，下表同。

损失率=(配方折算干物质-检测折算干物质)/配方折算干物质×100%，下表同。

Note: * the formula database is based on the table of feed ingredients and nutritional values of China (twenty-eighth Edition).

Loss rate=(formula converted to dry matter-Detection converted to dry matter) / formula converted to dry matter × 100%, the same as in the following table.

2.2 实验犬粮氨基酸营养指标

本研究中选用的实验犬粮氨基酸营养指标符合国标要求，在该结果中，可以发现组氨酸、赖氨酸经过膨化后会有部分损失，损失率分别为8%、6%。其余氨基酸不仅没有损失，相反其含量还有所增加，见表2。

表2 实验犬粮氨基酸营养指标Table 2 Amino acid nutritional indicators of experimental dogs

2.3 实验犬粮维生素指标

膨化工艺对维生素指标影响较大，其中维生素E、维生素B2、烟酸、胆碱、维生素B6损失率分别为29%、65%、46%、1%、81%。见表3。

表3 实验犬粮维生素指标Table 3 Vitamin index of experimental dog food

2.4 实验犬粮微量元素指标

膨化对微量元素的影响不大，除铜元素膨化后较膨化前损失31%外，其他微量元素检测值要显著高于配方值，其中铁、锰、锌、硒、碘分别高出7%、171%、136%、62%、36%，见表4。

表4 实验犬粮微量元素指标Table 4 Indicators of trace elements in experimental dogs

3 讨论

3.1 膨化对实验犬粮常规营养指标的影响

本研究中发现，经过膨化工艺后，实验犬粮蛋白质含量变化不大，粗脂肪、钙、磷分别损失6%、20%、24%，而粗纤维和粗灰分较配方值比分别增加了45%和33%。甘振威等[8]报道，饲料经膨化后其粗脂肪含量较膨化前降低了6.46%，本研究结果与其一致。这可能是跟脂肪在挤压过程中发生了部分水解，产生的甘油和游离脂肪酸容易与淀粉、蛋白质形成复合物有关。大部分研究认为，饲料中钙、磷含量不会因为膨化加工而有所增减，但在该研究中，钙、磷有损失，与之前研究结果不符。这可能是由于该配方采用的数据库与原料之间存在差异导致的，粗纤维和粗灰分结果同理。

3.2 膨化对实验犬粮氨基酸营养指标的影响

一般认为，氨基酸的破坏程度与加工条件有关，在较为温和的膨化条件下(温度125～165 ℃、水分12%～18%)赖氨酸的损失较小，在9%以下[13]。在加工温度不是很高时，膨化对合成的赖氨酸和蛋氨酸稳定性影响不大。但膨化温度升高(170～210 ℃)时会降低氨基酸含量和利用率，限制性氨基酸的损失加剧。Björck 等[14]报道，膨化温度上升，赖氨酸损失加剧，其次是含硫氨基酸，如蛋氨酸、胱氨酸等，其他氨基酸损失较小。本研究中，检测值较配方值比组氨酸、赖氨酸损失分别为8%、6%。损失相对较小，与前人研究结果一致。其余氨基酸不仅没有损失，相反其含量还有所增加。原因可能是部分蛋白原料中氨基酸含量丰富，而采用的数据库中不包括该部分数据造成的。总的来说，在该研究的膨化过程中，氨基酸损失可忽略不计。

3.3 膨化对实验犬粮维生素的影响

维生素是一类具有生物活性的化合物，对其所处的物理及化学环境相当敏感，其在膨化加工过程中的保存率一直是大家关注的焦点。膨化调制过程中的高温处理以及较长时间的挤压所产生的强大压力使饲料与模孔以及饲料与饲料之间产生剧烈的摩擦，导致温度急剧上升，从而造成维生素生物活性下降[15]。本研究中，相较其他营养素来讲，膨化对维生素的影响较大，其中维生素E、维生素B2、烟酸、胆碱、维生素B6损失率分别为29%、65%、46%、1%、81%。这与王忠艳[16]之前的报道趋势相同，但结论稍有差异，他发现膨化对水溶性维生素影响较大，对脂溶性维生素影响较小，其中维生素B1、维生素B2、维生素B6损失最大，达80%以上，而脂溶性维生素的损失约为12%～50%。不同的生产工艺及参数下，维生素的损失率也有所不同。在本研究中，没有分析维生素A，这是由于Midwest Laboratories只分析了β-胡萝卜素的数据，不能完全代表维生素A含量，故维生素A的数据暂不做参考。

3.4 膨化对实验犬粮微量元素的影响

微量元素是饲料组分中含量较少，但这是所必需的物质，一般不会因为膨化加工而有所增减。在本研究中，膨化过后，除了铜元素有31%的损失率之外，其他微量元素指标较配方值相比，均有不同程度增加。其中锌元素和硒元素指标超出标准，但其配方值是控制在国标范围内的，这可能是因为犬粮使用的某些原料中含有大量的锌和硒元素，提示我们要监控一些原料当中的锌和硒的指标，及时调整配方。除此之外的其他微量指标都在国标范围内。从本研究结果中可知，设计配方时，微量元素指标的控制相对复杂，受原料干扰较大，因为不同种类或相同种类不同产区的原料中微量元素差异较大，此外生产、运输等环节也会造成微量元素之间的差异。在设计配方时，要考虑到这一方面因素。

综上所述，在生产膨化实验犬粮时，膨化过程中实验犬粮营养素如脂肪、氨基酸、维生素等会有部分损失，在温度为105～115 ℃，压力为0.6～0.8 MPa时，粗脂肪会损失6%，维生素E、维生素B2、烟酸、胆碱、维生素B6分别损失29%、65%、46%、1%、81%。膨化参数不同，对营养素的影响不同。因此，设计实验犬粮配方时，配方师应根据自身情况将该部分损失考虑在内，增加相应营养素的添加量，以保证成品营养成分值。此外，对于粗纤维、粗灰分和矿物元素指标，建议配方师在采用原料时，应根据不同原料特性，对这些指标进行检测，以便更加精准地设计日粮配方。