不同低聚糖对小龙虾饲料物理指标及消化特性的影响

杨佳怡，白家伟，邱文兴，周俊萍，杜 柳，付晓燕

(武汉设计工程学院 食品与生物科技学院,湖北 武汉 430205)

随着我国水产养殖业的迅速发展，针对水产动物非营养性添加剂的研究和使用也取得了飞速发展[1]。为了防治水产动物疾病，人们在水产养殖过程中使用大量激素和抗生素，给水产业的可持续发展、水产品安全以及人类健康带来了极大危害。通过营养调控来改善鱼虾类的免疫功能日益受到重视，目前无毒副作用、无抗药性、能增强免疫力和促进生长的饲料添加剂成为研究热点[2-3]，且具有广阔的应用前景。水产工作者长期以来研究较多的免疫增强剂有海藻多糖、细菌脂多糖、肽聚糖、植物活性物质、微生态制剂(如益生菌等)及β-葡聚糖等。

功能性低聚糖不仅具有热量低、稳定性好、安全无毒等良好的理化性质，还具有调节肠道菌群，抑制病原微生物，改善肠道健康等生理功能，是优于抗生素微生态制剂的一种新型添加剂[4-5]，现已作为一类食品和饲料添加剂广泛应用于功能性保健食品和动物饲料中[6]。

饲料的理化特性与分子结构是决定其在动物消化道内可吸收养分释放特征的根本因素[7]，不同的添加剂对饲料颗粒的物理性状影响很大，也会影响动物对饲料的利用率。本试验分别研究了低聚异麦芽糖、低聚木糖的添加量对虾饲料品质的影响，以含粉率、质量体积、黏弹性等物理特性作为评价指标，在此基础上开展体外消化实验，以期为低聚糖饲料添加剂的深入研究和小龙虾的健康养殖提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小龙虾饲料，由湖北双港生物饲料有限公司提供；低聚异麦芽糖、低聚木糖，柳州宏旭生物科技有限公司；磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、茚三酮、异亮氨酸、葡萄糖、3,5-二硝基水杨酸，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

XM-120制粒机，山东兴牧机械有限公司；FSJ-A03D1粉碎机，佛山市小熊电器有限公司；TA.XT物性测试仪，深圳市科兴精密仪器有限公司；FD-1A-50冷冻真空干燥机，北京博医康实验仪器有限公司；722可见分光光度计，天津冠泽科技有限公司；HH-S4恒温水浴锅，金坛市医疗仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1低聚糖饲料的制备

将低聚异麦芽糖和低聚木糖分别按0.6%、1%、2%、3%、4%添加到小龙虾饲料中，混合均匀，用制粒机制成颗粒饲料，以未添加低聚糖的饲料作为对照，测定含粉率、质量体积、硬度、黏弹性、沉降速度、水中稳定性、吸水性等物理指标。

1.3.2含粉率的测定

把一定质量的颗粒饲料置入不能通过的套筛网上，由摇筛机在规定时间里摇动过筛，称重筛网上的颗粒饲料，按公式(1)计算饲料含粉率。

(1)

1.3.3质量体积的测定

参考王际英等[8]的方法，在50 ml量筒中倒满饲料颗粒，将其超出量筒上边缘的颗粒用直尺削平。在装入饲料颗粒时，不断蹾实，避免在量筒内出现较大空隙。按公式(2)计算颗粒饲料质量体积，g/L。每个样品反复测量3次，求平均值。

(2)

1.3.4硬度和黏弹性的测定

将颗粒放置于物性分析仪上，测定模式选择为压缩，压缩量选择为50%，测试前与测试后的探头速度设为1 mm/s，测定时速度为0.2 mm/s，探头P6。每次测定随机选取1粒饲料，重复测定3次取平均值。

1.3.5沉降速度的测定

参照杨俊成等[9]的方法，在一个容积为500 ml的量筒中盛上脱气蒸馏水，取几粒饲料预先在除气蒸馏水中浸泡20 s，然后用吸管将饲料颗粒放在水柱的弯月面下面，用秒表记录饲料颗粒下沉30 cm所用的时间(精度为0.01 s)。重复30次。下沉距离(30 cm)与30次平均下沉时间的比值，cm/s。沉降速度按公式(3)计算。

(3)

1.3.6水中稳定性的测定

参照SC/T 1077—2004，并有所改进。取10 g(精确到0.1 g)样品，放入60目圆筒形网筛中，将网筛置于25±2℃的海水中5 min后，将网筛缓慢提至水面，再缓慢沉入水中，使饲料离开筛底，反复3次后，斜置网筛沥干水分。将网筛中的饲料置于105℃烘箱烘干至恒重，记录质量m2。同时，称取一份饲料测定其干物质质量m1。水中稳定性按公式(4)计算。

(4)

1.3.7吸水性的测定

参考王际英等[8]的方法，将饲料样品粉碎并过60目筛，准确称取4 g(精确到0.1 mg)粉料，置于50 ml具塞离心管中，称质量m3，沿壁缓缓加入蒸馏水30 ml，用漩涡振荡器间歇振荡30 s后，以1 000 g离心分离10 min，将离心管内上层液体沥干后称质量m4。吸水性按公式(5)计算。

(5)

1.3.8体外消化特性的测定

1.3.8.1粗酶液的制备

参考梁萍等[10]的方法，并加以改进。将活虾置于冰盘上，常规解剖取出肝胰腺和肠道，去掉表面的脂肪及内容物，称取重量，按总重量的4倍体积加入预冷的0.2 mol/L的磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液(4℃，pH值7.4)，在4℃、4 000 r/min，离心20 min，取上清液作为粗酶提取液，-20℃冷冻保存于冰箱中备用。

1.3.8.2干物质消化率的测定

准确称量不同添加量的伊乐藻饲料样品0.500 0 g放入50 ml带盖离心管中，加入0.2 mol/L、pH值7.4的磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液15 ml和酶液5 ml，然后放入28℃恒温水浴锅中振摇酶解6 h。酶解完毕后取离心管置于离心机中离心15 min(4℃，4 000 r/min)。吸出上层清液，将沉淀于105℃烘干至恒重。每个样品3次平行。

(6)

1.3.8.3氨基酸含量测定

取6支具塞比色管，分别加入不同浓度的异亮氨酸标准溶液，每管各加入1 ml茚三酮和磷酸盐缓冲液，混合均匀，沸水浴反应15 min，取出迅速冷却至室温，加水至10 ml刻度线，摇匀，静置15 min后在570 nm处比色测定吸光度。以氨基酸浓度为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。分别吸取不同消化时间(1、2、4、6 h)的样液0.2 ml，按标准曲线步骤操作，根据标准曲线方程计算氨基酸含量。

1.3.8.4还原糖含量测定

准确吸取不同浓度的葡萄糖标准溶液于具塞刻度试管中，加入4.0 ml 3,5-二硝基水杨酸试剂，置沸水浴中加热5 min。取出，立即冷却至室温，定容，摇匀，用分光光度计在540 nm处测定吸光度。以葡萄糖浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线。分别吸取不同消化时间(1、2、4、6 h)的样液0.2 ml，按标准曲线步骤操作，根据标准曲线方程计算还原糖含量。

2 结果与分析

2.1 不同低聚糖添加量对饲料含粉率的影响

颗粒饲料的含粉率和粉化率是评定颗粒饲料加工质量的重要指标[11]。不同低聚糖添加量对饲料含粉率的影响见图1。

由图1可知，随着低聚糖添加量的增加，饲料含粉率呈现一定的波动，当低聚木糖添加量为0.6%时，饲料含粉率最低为11.032%，而低聚异麦芽糖添加量为2%时，饲料含粉率最低为11.660%，均低于对照饲料，表明添加适量的低聚糖有助于降低饲料的含粉率，可能是因为低聚糖的黏度较高，一定的黏度可使饲料具有良好的可塑性，改善颗粒饲料的加工质量。

图1 不同低聚糖添加量对饲料含粉率的影响

2.2 不同低聚糖添加量对饲料质量体积的影响

饲料质量体积可以反映饲料的密度，质量体积小的饲料颗粒较疏松，在运输过程中容易崩裂；质量体积越大，所占的体积就越小，从而可以节约包装成本[12]。不同低聚糖添加量对饲料质量体积的影响见图2。

图2 不同低聚糖添加量对饲料质量体积的影响

由图2可知，低聚异麦芽糖和低聚木糖饲料的质量体积都呈现先下降再上升的趋势，添加量为0.6%时，质量体积仅为405 g/L左右，适当增大低聚糖添加量饲料质量体积有所增加，且低聚木糖饲料的质量体积普遍高于低聚异麦芽糖。

2.3 不同低聚糖添加量对饲料硬度的影响

硬度是检测颗粒饲料品质的重要指标之一，生产中颗粒饲料硬度要求适中，硬度太高，影响适口性，进而影响生产性能；硬度太低，脆性增加，易碎，饲料粉化率增加，造成浪费，影响饲料品质[12]。不同低聚糖添加量对饲料硬度的影响见图3。由图3可知，随着低聚异麦芽糖添加比例的增大，颗粒饲料的硬度呈逐渐下降的趋势，当低聚异麦芽糖添加量为4%时，饲料硬度相较原始饲料下降了约9 085 N。而添加低聚木糖的颗粒饲料硬度呈现先下降再上升的趋势，可能是因为饲料中的粗纤维和低聚木糖中的黏性物质结合后，形成骨架，起到支撑作用，从而增加了颗粒饲料的硬度。

图3 不同低聚糖添加量对饲料硬度的影响

2.4 不同低聚糖添加量对饲料黏弹性的影响

黏弹性是饲料成型的重要影响因素，黏弹性偏低会导致饲料含粉率大，不易成形，造成原料浪费；黏性过大，饲料软糯，易溶于水中，造成水体污染。不同低聚糖添加量对饲料黏弹性的影响见图4。

图4 不同低聚糖添加量对饲料黏弹性的影响

由图4可知，颗粒饲料的黏弹性随着低聚糖添加比例的增大而呈上升趋势，且在添加量1%～4%，低聚木糖饲料的黏弹性普遍高于低聚异麦芽糖。在生产加工过程中根据对饲料颗粒黏弹性的需求，在饲料中添加一定比例的低聚糖，可有效地改变饲料的黏弹性。

2.5 不同低聚糖添加量对饲料沉降速度的影响

沉降速度是指饲料颗粒从水体表面向一定深度移动的速度，对动物的饲料采食量和生长有显著影响。影响水产饲料颗粒沉降速度的因素有颗粒密度、浮力和水质状况等[9]。不同低聚糖添加量对饲料沉降速度的影响见图5。由图5可以看出，添加低聚异麦芽糖和低聚木糖后饲料的沉降速度呈现相反的变化趋势，不同添加量的低聚异麦芽糖饲料沉降速度比对照饲料普遍增大，而低聚木糖饲料的沉降速度较对照饲料有所下降，且在添加量0.6%时沉降速率最低。对于小龙虾的养殖来说沉降速率小更为适宜，在浅水区即可采食，不仅方便观察，且剩余饲料更方便打捞，避免腐烂败坏水质。

图5 不同低聚糖添加量对饲料沉降速度的影响

2.6 不同低聚糖添加量对饲料水中稳定性的影响

水产饲料的水中稳定性是水产饲料的重要质量指标，在水中易于散开的饲料颗粒导致营养素尤其是微量组分快速流失，造成经济损失和水体污染[8]。不同低聚糖添加量对饲料水中稳定性的影响见图6。

图6 不同低聚糖添加量对饲料水中稳定性的影响

由图6可知，随着添加量的提高，两种低聚糖饲料的溶失率均高于对照饲料，说明添加低聚异麦芽糖、低聚木糖后饲料在水中的稳定性有所下降，可能是由于低聚糖的水溶性较强所致。综合比较，低聚木糖饲料的水中稳定性高于低聚异麦芽糖。在饲料生产加工中为提高其水中稳定性通常需加入黏合剂，利用黏合剂与淀粉能形成凝胶并且在低浓度下就能表现出较高的黏度，促进颗粒饲料的黏合性[13]。

2.7 不同低聚糖添加量对饲料吸水性的影响

饲料颗粒吸水会导致颗粒膨胀、变形和松散，较低的吸水性反映产品对水分的有限吸附能力，表明其具有紧密的结构[8]。不同低聚糖添加量对饲料吸水性的影响见图7。由图7可见，添加低聚异麦芽糖和低聚木糖后饲料的吸水性呈现相反的变化趋势，添加低聚异麦芽糖后饲料的吸水性较对照饲料有所降低，表明其有效降低了饲料吸附水分的能力，且添加量1%时饲料吸水性最低。而添加低聚木糖后饲料的水分吸附能力增强，这会增加养殖动物的饱食感，从而减少采食量，影响生长性能。

图7 不同低聚糖添加量对饲料吸水性的影响

2.8 低聚异麦芽糖添加量对饲料体外消化特性的影响

2.8.1饲料干物质消化率的变化

干物质的表观消化率是动物对饲料原料总体消化能力的反映[14]。低聚异麦芽糖添加量对饲料干物质消化率的影见响图8。

图8 低聚异麦芽糖添加量对饲料干物质消化率的影响

由图8可知，饲料的干物质消化率随着低聚异麦芽糖添加量的增大呈现逐渐上升的趋势，添加量在0%～4%，饲料干物质消化率由66.38%增加至76.95%，提高了10.57%，说明在饲料中添加低聚糖可有效地提高饲料的消化特性，有利于营养物质的吸收。

2.8.2消化液氨基酸含量的变化

氨基酸含量是间接反映小龙虾对饲料中蛋白质体外消化情况的指标。低聚异麦芽糖添加量对饲料消化液氨基酸含量的影响见图9。由图9可知，消化液中氨基酸含量随着消化时间的延长呈明显上升趋势，且与低聚异麦芽糖添加量呈正相关，消化时间4 h后，添加低聚糖的饲料消化液中氨基酸含量明显高于对照饲料，可能是因为低聚异麦芽糖使消化液pH值下降，为消化过程提供了酸性环境，导致蛋白酶活力升高。因此，在饲料中添加低聚糖有助于蛋白质的消化吸收利用。

图9 低聚异麦芽糖添加量对饲料消化液氨基酸含量的影响

2.8.3消化液还原糖含量的变化

低聚异麦芽糖添加量对饲料消化液还原糖含量的影响见图10。

图10 低聚异麦芽糖添加量对饲料消化液还原糖含量的影响

由图10可见，随着消化时间的增加，低聚异麦芽糖饲料消化后产生的还原糖含量均呈现逐渐上升的趋势，且普遍高于对照饲料。消化6 h后，添加量为1%的低聚糖饲料产生的还原糖最多，达到了对照组的3倍。由此可见，在饲料中添加一定比例的低聚异麦芽糖可以促进饲料中营养物质消化吸收利用。

3 结论

本研究分别考察了不同添加量的低聚异麦芽糖和低聚木糖对小龙虾饲料物理指标的影响。结果表明，添加适量的低聚糖有助于降低饲料的含粉率；添加低聚木糖的饲料质量体积普遍高于低聚异麦芽糖；较低添加量下低聚异麦芽糖饲料的硬度和黏弹性高于低聚木糖，较高添加量下则呈现相反的趋势；添加低聚木糖可使饲料的沉降速度下降、水中稳定性提高，但同时饲料的水分吸附能力增加。采用低聚异麦芽糖饲料进行模拟体外消化实验，结果表明：随着低聚异麦芽糖添加量的增加，饲料干物质消化率、氨基酸和还原糖含量均呈上升趋势，表明添加低聚糖可促进饲料中营养物质的消化吸收利用。

功能性低聚糖在饲料中的应用效果受到诸多因素的影响，如何根据动物的生理状况选择适宜的功能性低聚糖种类、添加量，以及如何提升低聚糖利用率是现如今需要攻克的难题。同时功能性低聚糖会对饲料的物理特性造成影响，添加量须在适宜的范围内才能够达到理想的效果。