陈化稻米的主要营养特性及其在畜禽生产中应用的研究进展

丁 婧，吕宏伟，范晨宇，宋泽和，贺 喜

（湖南农业大学动物科学技术学院，湖南省畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙 410128）

为保证国民粮食安全，我国每年储备大量粮食，国家粮油信息中心预计2019/2020 年度全国稻谷结余1 401 万t[1]。晚籼稻和晚粳稻储存2～3 年后极易变质，导致质量下降[2]。库存的陈化稻谷总量十分巨大，因此稻谷的去库存势在必行，而对陈化粮进行高效利用成为一个亟需解决的问题。

陈化是稻米收割以后，由于呼吸、氧化和酶作用，在贮藏期间随时间、温度和水分而变化的一种非人为、自然发生的天然衰退现象，伴随着一系列的化学与物理变化[3]。因品种、储存条件和储存时间等差异，新米贮藏3 个月以上其品质就会发生一些变化[4]。判断是否陈化的主要检测指标包括脂肪酸值、黏度、发芽率、品尝评分值和色泽气味等[5]。孙术国等[6]研究发现，蛋白酶体亚基B-1（B26、D09 和F16）、葡糖-1-磷酸腺苷酰基转移酶（C01 和E07）、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶大亚基（B04 和F04）和乙酰辅酶A（A06 和C05）这几个目标蛋白也有潜力成为稻谷品质劣化程度的生物标示物。虽然目前的陈化理论尚不能完全解释稻米在陈化时发生的所有功能性质变化[7]，但是陈化稻米仍具有一定营养与饲用价值。目前，陈化稻米往往低价处理、集中用于生产酒精，损失巨大。本文主要综述了陈化稻米的营养特性及在畜牧生产中的应用研究，旨在为陈化稻米的饲用化开发和降低畜产品成本提供参考。

1 稻米陈化过程中的主要变化

1.1 淀粉结构改变 淀粉是稻米的主要成分，占其重量的80% 以上[8]，主要由直链淀粉和支链淀粉组成，两者在稻米中含量分别为0%～30%和70%～95%。稻米中直链淀粉和支链淀粉的比例对淀粉的特性及稻米的品质有很大影响[9]。在陈化过程中，淀粉总量变化不大，但物理性质与结构会发生变化，总淀粉和直链淀粉溶解度均呈下降趋势，总淀粉、支链淀粉和直链淀粉均趋向于形成更小的分子[7]。

钱海峰等[10]研究发现，陈化使大米淀粉的微晶束得到加强，组织结构变得更加紧密，使水分难以渗透，故而使淀粉老化，溶解度降低。另外，Huang 等[11]研究表明，在内源淀粉酶的作用下，淀粉微细结构发生变化，长链淀粉比例下降，形成更小的分子。郭玉宝[12]报道，在陈化过程中，糙米支链淀粉在总淀粉中的比例明显下降，原因是支链淀粉由于脱支酶的影响而使其中的最长链组分含量降低，部分脱支，脱下的部分可能变成小分子支链、直链淀粉片段或糊精，从而使总支链淀粉含量下降。Matalanis 等[13]进一步研究了支链淀粉分子结构对淀粉老化的影响，发现支链淀粉脱支后较高比例的长链结构增加了支链淀粉分子链端的灵活性，进而促进了分子间链端的重结晶，加速了淀粉老化。研究也发现，稻米储藏期间，可溶性直链淀粉含量下降明显，而不可溶性淀粉含量增加[14-15]。造成质变的部分原因是游离脂肪酸与直链淀粉复合而改变了淀粉的性质，另一部分原因可能是直链淀粉分子聚合而致，也有可能是支链淀粉脱支形成。而不溶性直链淀粉使得淀粉粒晶体的结构更加紧密，促使淀粉进一步老化[16]。并且在粮食储藏过程中，淀粉水解成的麦芽糖与糊精逐步被水解，分解成葡萄糖，而造成还原糖增加，糊精相对减少，黏度下降[11,17]。综上所述，陈化使稻米中淀粉结构改变，促使淀粉老化，导致稻米营养价值降低。

王娜[18]研究发现，在稻谷储藏过程中，温度、时间、相对湿度对直链淀粉、支链淀粉含量变化的作用大小依次为时间、温度、相对湿度，随着储藏时间的延长、温度和相对湿度的升高，稻米的总淀粉含量及支链淀粉含量下降，而直链淀粉含量增加。

1.2 脂肪分解 脂肪占稻米总量的1.6%～1.8%[7]，组成稻米脂肪的脂肪酸主要有亚油酸、油酸、棕榈酸及少量的肉豆蔻酸、硬脂酸和微量的月桂酸、棕榈油酸、花生酸等。比重较小的脂肪更容易发生变化，对陈化的影响更大。稻米陈化前后脂肪酸值的变化最大，并且脂肪酸含量的变化对储藏稻米品质劣变有很大影响，因此脂肪酸值可作为一项重要指标以判断稻米的新鲜度[12,19]。陈化对脂肪总含量的影响不大，但会影响脂肪的分子结构，脂肪酸趋向于形成饱和度更高的脂肪酸，并且使游离脂肪酸值提高[7]。

申军[20]研究发现，随着稻米储藏时间的延长，稻米粗脂肪含量呈下降趋势，但下降幅度不大；也发现稻米籽粒油脂中含较高的不饱和脂肪酸，在储藏过程中受到氧化和水解作用，其双键极易氧化，使油脂快速降解，从而导致游离脂肪酸值增加，稻米品质劣变酸败。陈化稻米脂肪酸值增加的另一重要原因是霉菌产生的解脂酶的降解[12]。而脂肪酸会对稻米淀粉产生影响，包藏在直链淀粉的螺旋结构中，与直链淀粉形成配合物，配合物分子螺旋状密集而结晶化，使淀粉老化[21]。此外，经研究发现，在稻米陈化过程中脂肪酸还会继续降解氧化，产生难闻的戊醛、己醛等挥发性羰基化合物，导致稻米产生腐败味[7]。综上所述，陈化使稻米中脂肪分解，游离脂肪酸含量增加，导致稻米品质劣变酸败，影响适口性。

王娜[18]和嵇建族[22]研究均发现，在稻谷储藏过程中，温度、时间、相对湿度3 个因素对粗脂肪含量及脂肪酸值变化的作用大小依次为时间、温度、相对湿度，随着储藏时间的延长、温度和相对湿度的升高，粗脂肪含量降低，脂肪酸值增大。

1.3 蛋白质变性 蛋白质占稻米总重的7.1%～8.3%，是稻米主要成分之一，其中谷蛋白约占蛋白质总量的85%～90%，其余为白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白。稻米陈化过程中，总蛋白质含量呈下降趋势，但是变化不大。蛋白质的变化主要表现为物化性质、结构和类型等方面的改变[7,20]。

郭玉宝[12]研究发现，在陈化过程中，蛋白质发生变性，水溶性蛋白质和盐溶性蛋白质含量明显下降，醇溶性蛋白也有下降趋势。刘英[14]也发现，盐溶性蛋白质含量下降是陈化稻米蛋白质含量下降的原因之一。任顺成等[23]研究表明，稻米在陈化过程中，蛋白质会出现分子量增加的趋势，尤其是谷蛋白的平均分子量增加。刘成梅等[24]研究表明，陈化过程中，谷蛋白吸附在空气/水界面的能力逐渐降低，导致溶解度和起泡性下降，且随淀粉比例增加，降幅增大。此外，刘成梅等[24]发现陈化过程影响了谷蛋白与淀粉的消化性能，原因可能是陈化过程中谷蛋白和淀粉相互渗透、逐步缔合导致。郭玉宝[12]也发现陈化中球蛋白、谷蛋白与淀粉间的相互作用变化很大，且球蛋白与淀粉分子的相互作用加强，谷蛋白与淀粉分子的相互作用减弱；还发现稻谷陈化过程中赖氨酸、色氨酸等限制性氨基酸的含量会减少，使其蛋白质营养品质降低。任顺成等[25]根据蛋白质变性的理论推测，稻米陈化后其蛋白质荧光强度发生变化，原因可能是变性蛋白质的空间构象发生变化，从而导致荧光基团色氨酸外露，使色氨酸更容易被氧化变质。同时，蛋白质的水解变性使游离氨基酸上升，稻米酸度也增加。综上所述，陈化使稻米中蛋白质水解变性，各类蛋白质含量发生变化，并与淀粉发生互作，使其蛋白质的品质下降。

王娜[18]研究发现，在稻谷储藏过程中，温度、时间、相对湿度3 个因素对血清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量变化的作用大小依次为温度、时间、相对湿度，随着储藏温度的升高、时间的延长和相对湿度的增大，血清蛋白含量和球蛋白含量有所降低；并且随温度的升高、相对湿度的增大，总蛋白含量、谷蛋白含量及醇溶蛋白含量稍微降低。

1.4 霉变 在储藏过程中，管理不当很容易产生霉菌。稻米发生霉变的优势菌大多是曲霉，如白曲霉、米曲霉和黄曲霉。周建新等[26]研究发现，随储藏时间的延长，霉菌数目呈上升趋势，但数量在104CFU/g 以下，稻谷处于正常的储藏状态，而达到105CFU/g 时稻谷开始发生霉变，106CFU/g 以上时霉变已经相当严重。其中，高水分稻谷更易霉变。环境条件适合时，霉菌也会分泌脂肪酸和各类酶，导致稻米品质的劣变[27-28]。严睿等[29]报道，稻米被霉菌污染后，除了会引起霉变变质外，更为严重的是这些霉菌可以产生具有致畸、致癌、致突变“三致”效应的霉菌毒素，引起健康风险，而且其中具有相当强耐受力的毒素，在饲料加工过程中都不能去除。可见，如果陈化过程中发生霉变，会导致稻米品质及安全性均大大降低。

1.5 物理变化 刘英[14]研究表明，陈化稻米的气味变劣，色泽发暗，白度下降，米饭硬度上升，黏度大大降低。作者认为稻米储藏过程中淀粉粒蛋白质与淀粉的相互作用增加可能是导致陈化稻米黏度降低的一个重要原因；陈化稻米的不溶性直链淀粉增加是导致黏度降低的另一因素。

2 陈化稻米的常规养分及其与普通稻米和玉米的比较分析

陈化稻米、普通稻米和玉米的常规养分见表1。由表1 可知，与普通稻米相比，陈化后稻米的无氮浸出物（74.07%）稍低，而粗纤维含量（0.90%）稍高，故陈化后能值有所降低，这与陈化稻米淀粉的老化有关。陈化后稻米的蛋白质含量（8.38%）也有所降低，这与陈化稻米蛋白质的变性有关。陈化后稻米的粗脂肪（2.40%）含量也稍有增高，而粗灰分、干物质、钙、磷的变化不大。由此可见，陈化使其营养价值稍有降低。陈化稻米与玉米常规养分组成相近，但与玉米相比，无氮浸出物较高而粗纤维含量较低，故能值比玉米高。粗蛋白质、钙、磷含量也比玉米高，但粗脂肪含量较低，粗灰分较高。稻米是一种优质的能量饲料，总体来说，陈化后的稻米营养价值与普通稻米相比稍有降低，但与玉米相差并不大，在某些方面甚至优于玉米。中国饲料成分与营养价值表（2019 年第30 版）[30]表明，稻米的猪消化能为14.39 MJ/kg，较玉米（14.27 MJ/kg）高0.06 MJ/kg，消化能的差异也不大。因此，用陈化稻米部分代替玉米具一定可行性。若陈化稻米有望被合理利用为饲料原料，占饲料成本比重较大的能量饲料成本也可显著降低。

表1 陈化稻米、普通稻米和二级玉米的常规养分 %

3 稻米以及陈化稻米在畜牧生产中的应用研究

对于新鲜稻米的应用已经有许多研究报道，并发现稻米部分取代玉米在畜禽日粮中是可行的。孙淼等[32]研究表明，用饲料稻稻米替代部分玉米饲喂三元杂交仔猪，两者在日增重、耗料增重比和单位成本价指标上差异均不显著。张石蕊等[33]研究表明，饲用稻米型饲粮对猪肉品质影响优于玉米型饲粮，玉米型饲粮仅在鸡肉、鸡蛋黄外观品质影响上优于稻米型饲粮。李俊营等[34]、黄少文等[35]研究均表明，用稻米替代玉米饲喂产蛋鸡对蛋的品质无影响，以替代75%的比例经济效益最好，仅需要考虑色素问题。虽稻米作为饲料使用与玉米无显著差异，但并不能代表陈化稻米也可以取得相同的效果，储存时间及其发生的理化性质变化也会影响其使用效果，但可为陈化稻米的利用开发提供依据。

目前仅有少量研究报道陈化稻米在畜禽生产中的应用。袁召光[31]研究发现，用陈化糙米取代肉鸭日粮70%的玉米对肉鸭日增重、耗料增重比等无显著影响，表明陈化稻米可以作为一种潜在的饲料原料在肉鸭日粮中使用，且能降低肉鸭饲养成本；但陈化稻米完全取代玉米则会影响肉鸭采食量及肉品质，产生一定负面影响。舒剑成[36]用陈化早籼稻米完全替代玉米饲喂断奶仔猪对仔猪增重、耗料增重比、腹泻率等无不良影响。目前已有学者对陈化玉米在畜禽生产中的应用进行了研究报道。储存1 年的玉米饲喂肉鸭对平均日增重、平均日采食量和耗料增重比均没有显著影响[37]；储存4 年的陈化玉米会显著降低肉鸭的末重和平均日增重，但对肉鸭的平均日采食量、耗料增重比和成活率均无显著影响[38]；储存5 年的玉米降低肉鸡0～3 周体增重，但对采食量和耗料增重比没有显著影响[39]。同为陈化粮，陈化玉米作为饲料原料在畜禽生产中的应用可为陈化稻米的合理利用提供一定借鉴。

陈化稻米由于营养成分损失和结构变化等，其利用效率出现不同程度下降，目前国内外对于如何提高陈化稻米饲用价值的研究还很少。刘春生等[40]、李俊波等[41]和舒剑成[36]在研究中均发现，膨化与外源酶制剂处理对储存3 年的陈化早稻籼米饲喂早期断奶仔猪的日增重和采食量无影响，膨化有提高生长猪对陈化稻米淀粉的表观回肠淀粉消化率的趋势，但未能显著改善猪能量、粗蛋白质和必需氨基酸等表观回肠消化率；添加外源酶可以显著提高断奶仔猪大部分小肠黏膜二糖酶活性，使淀粉结合态的蛋白释放出来，提高了猪回肠表观氨基酸消化率，但并不能改善仔猪的生长性能。挤压膨化对淀粉的主要作用是促使其分子间氢键断裂糊化生成α-淀粉，淀粉糊化系淀粉受热超过糊化温度后吸水膨胀，淀粉分子间键破裂并产生水合作用所致。挤压膨化还能促使淀粉分子内 1，4-糖苷键断裂而生成葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖及麦芽糊精等低分子量产物，糊化后的淀粉更容易被淀粉酶作用而改善其利用率。除此之外，适度加热处理有利于改善蛋白的品质，但如果加热过度，原料中的一些还原糖或其他羰基化合物会与赖氨酸 ε-NH2发生美拉德反应引起赖氨酸有效性降低，从而降低蛋白质的生物学效价。

4 小 结

综上所述，稻米陈化后其品质劣变，消化率、有效能值、适口性降低，使陈化稻米不能直接作为口粮，但总体来看仍具有较高的营养价值。实践表明陈化稻米用于饲料日粮是可行的，但全部替代会产生一定负面影响。然而目前对陈化稻的研究仅停留在初步探索阶段，研究并不全面，饲用化的应用研究更是缺乏，极少有陈化时间、陈化评价指标与畜禽生产性能相关性方面的研究。对于陈化稻米的加工处理也主要是膨化与添加酶制剂，且效果并不显著，这可能是由于陈化稻米自身淀粉结构变化与霉菌毒素积累的原因。所以要真正解决陈化稻米的库存问题，将其应用于畜禽生产中，今后应当着重于研究探索陈化稻米与畜禽生产性能之间的相关性，并寻求更有效的加工工艺。如益生菌发酵工艺对改善饲料品质、提高饲料利用率、提高动物免疫力等方面有显著影响。故可以尝试对陈化稻米进行发酵处理，以改善其营养价值。我国陈化稻米总量巨大，若能将陈化稻米利用为饲料原料，不仅可以降低成本，而且对农业资源循环再利用具有积极意义，在饲料原料供应不足的今天无疑是一个创新的选择。