发芽小麦的营养加工特性与饲用注意事项

2023-09-11王卫国

饲料工业 2023年17期

■ 王卫国

（河南工业大学生物工程学院，河南郑州 450001）

小麦和稻谷是我国最重要的口粮。对于我国的粮食安全具有重要的保障作用。从1978年至2022年，我国小麦的播种面积因工业化和城镇化从4.4亿亩减少到3.53 亿亩；小麦平均单产则从每亩131 kg 增长到390 kg，高产小麦亩产达到500 kg或更高；全国小麦总产量从0.54亿吨增长到1.37亿吨。近几年，我国小麦总产量稳定在1.3亿吨以上[1]。其中，小麦制作面粉每年消耗约占59%，工业消费约占7%，种子粮约占4%，饲料用小麦约占30%。由于我国人口增长减速、人们膳食结构改变，人均口粮消费稳定并略有下降，小麦的工业消费和种子用量不会有显著变化，因而每年约有4 000多万吨的小麦需要进入饲料工业[2]。小麦是良好的能量饲料原料。当玉米的价格高涨且小麦价格适宜时，小麦就成为玉米的替代品。由于小麦含有较高的粗蛋白水平，通常在11%～15%[3]，而玉米的蛋白含量通常在8%～10%[4]，当在饲料中用小麦替代玉米时，也可减少豆粕用量。

小麦在收获季节遭遇连阴雨时，容易发生芽麦。2023 年小麦收获季节，湖北北部、河南、山东西南部、河北南部等地发生连阴雨，造成较大面积的芽麦发生。小麦的发芽过程会消耗小麦中的营养成分，改变原有的营养物质组成，降低小麦的饲用价值。然而，有关发芽小麦的饲用品质评价及在畜禽和水产动物饲料中应用的研究文献报道较少，如何正确评价和使用发芽小麦就成为饲料行业和企业非常关注的问题。文章就发芽小麦的营养与加工特性与饲用中的注意事项进行综述，供行业相关人员参考。

1 发芽小麦与发芽过程

1.1 发芽小麦的定义

发芽小麦（germinated wheat, sprouted wheat）是指在适宜的水分和温度条件下胚根和胚芽生长致使胚部种皮破裂但未突破种皮的麦粒，或是芽或幼根已突破种皮但不超过本颗粒长度的麦粒[5]。小麦籽实在成熟收获季节遭遇连雨天于田间在穗上发芽的状况叫穗发芽。而小麦在储存过程中因水分、温度适合也会导致发芽。发芽后的小麦也简称芽麦。

1.2 小麦发芽（萌发）过程

小麦的发芽过程包括吸水膨胀、萌动、发芽。前者是指小麦籽粒在水分含量较高的状态下会吸水膨胀，籽粒肿大；萌动是指随时间延长、水分饱和的麦胚生长活性迅速增强而发生胚根伸长至种皮表面，致种皮破裂且有部分芽微露（露白）；发芽是指生长的胚根逐渐从种脐处伸出种皮外，而随发芽时间的延长，麦芽长度也不断加长。由于小麦的萌发与发芽过程是小麦种子的强烈生理生化反应过程，其中的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等多种酶的活力迅速上升，将小麦籽粒中的储藏性淀粉、蛋白质、脂肪、纤维、植酸盐等分解，用于麦芽的形成与生长，导致发芽小麦与未发芽小麦相比，化学与营养成分含量发生显著变化，小麦原籽粒的总营养含量降低。若伴随有小麦霉变发生，则会大大降低小麦的饲用价值。因此，了解不同发芽程度小麦的饲用营养特性对于在动物饲料中正确、合理使用发芽小麦具有重要意义。

2 发芽小麦的营养成分变化

发芽小麦的营养特性因小麦的品种、生长环境、发芽程度、受霉菌污染程度及收获后的不同干燥方式、储存条件等而不同。其中不同小麦品种的抗穗发芽的能力也不同。

2.1 不同发芽程度小麦的常规营养成分含量

Harpreet 等[6]研究了不同发芽时间对小麦营养成分含量的影响（表1）。

表1 不同发芽时间小麦营养成分含量（%）

由表1 可以看出，随发芽时间增加，小麦的粗蛋白和总淀粉含量呈显著下降；粗脂肪、灰分在发芽1～3 d 均显著下降，但第2 天与第1 天之间，第3 天与第2 天之间差异不显著。张玉荣等[7]的研究结果表明，随着小麦萌动和发芽程度的加深，小麦中还原糖含量从皮裂开始有显著升高，这意味着部分淀粉被淀粉酶降解成还原糖；对发芽小麦进行高温干燥对还原糖含量的上升有一定的抑制作用，原因是高温干燥会使淀粉酶失活，阻止淀粉酶的进一步降解作用。同时高温干燥也会降低其他降解酶的活性；粗脂肪、直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量随发芽程度加深逐渐下降（见图1）。张玉荣等[7]还分析了周麦27 小麦、矮抗58 小麦的发芽试验数据，得到相同的趋势。这与Harpreet等[6]的研究结果相似。不同小麦品种的抗发芽能力不同，进而导致发芽后不同小麦的常规营养成分含量降低的程度也不同。因此，在采购芽麦时应分品种进行检测，分别入库单独储存。

图1 百农207小麦中还原糖、粗脂肪、直链淀粉、支链淀粉含量随发芽程度的变化

2.2 不同发芽程度小麦的氨基酸含量

Pham 等[8]研究了发芽高直链淀粉小麦中游离氨基酸含量的变化结果见表2。由表2 可以看出，发芽小麦中的游离必需氨基酸和半必需氨基酸含量随着发芽时间加长而增加，特别是发芽时间达到24～48 h时，含量显著增加。也即在此期间，发芽小麦中的蛋白酶活力快速增加，使蛋白质降解的速度快速增加，游离氨基酸含量提高。而不同的游离必需氨基酸和游离半必需氨基酸含量的增加速度和增加量的差距较大。这与小麦蛋白质的氨基酸组成以及蛋白酶的种类与多少相关。但此试验的发芽时间仅为48 h，还不足以说明出芽达到麦粒长度1/2和更长时游离氨基酸的变化，因为此阶段的变化会更加剧烈和显著。

表2 发芽高直链淀粉小麦中游离氨基酸含量变化（mg/100 g干基）

2.3 不同发芽程度小麦的膳食纤维含量变化

小麦的皮层中具有多种活性物质，其中包含约50%的膳食纤维。麦麸膳食纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。研究结果显示，发芽可使小麦的总膳食纤维含量呈总体上升趋势。Pham 等[8]研究了48 h 小麦发芽试验的膳食纤维含量变化结果见表3。

表3 发芽小麦的膳食纤维含量变化（mg/g，干基）

从表3 可以看出，随着发芽时间的延长，小麦中的可溶性膳食纤维含量在36 h显著提高，发芽48 h与36 h 的可溶性膳食纤维含量无显著差异。不可溶性膳食纤维含量在不同发芽时间内的变化不显著。总膳食纤维含量从发芽36 h开始显著增加。膳食纤维含量增加的原因可能是：①在小麦出芽后，随着麦芽的生长，小麦在生理代谢与合成中会消耗许多的能量物质，释放出二氧化碳和水，与未发芽小麦相比，干物质有明显损失，导致膳食纤维相对含量提高；②部分不溶性膳食纤维被降解改性为可溶性膳食纤维。而发芽本身是否会合成新的可溶性膳食纤维，未见研究报道。

可溶性膳食纤维多是可发酵纤维。此纤维的增加可以增加动物后肠道发酵供能物质。但同时会增加食糜在前肠道的吸水能力，导致食糜黏稠，可能会影响营养物质的充分吸收。

2.4 不同发芽程度小麦的抗氧化活性、还原力、总酚量及黄酮含量

Harpreet 等[6]研究了不同发芽时间对小麦的抗氧化活性、还原力、总酚量及黄酮含量的影响（见图2）。

图2 发芽0～72 h小麦的抗氧化活性（a）、还原力（b）、总酚含量（c）及类黄酮总量（d）

从图2 可以看出，小麦的抗氧化活性、还原能力、总酚量及类黄酮总量随发芽时间的延长而增加。经72 h 发芽，抗氧化活性虽有增加，但各组间差异不显著；还原力显著提高，但发芽24 h 与48 h 组间差异不显著；总酚量显著提高，但48 h 及以下各组间差异不显著；类黄酮含量增加显著，但24～72 h各组间差异不显著。总体而言，发芽72 h可以改善小麦的抗氧化活性、还原能力、总酚量及类黄酮总量。Arashdeep 等[9]的研究表明，在25、30、35 ℃经48 h 发芽，小麦的总酚含量、抗氧化活性、还原力均显著提高，且培养温度越高，提高越显著。在35 ℃、48 h 发芽的小麦的总酚含量、抗氧化活性比25 ℃、48 h 发芽小麦的均提高约15.4%，还原力提高18%。与未发芽小麦相比，35 ℃、48 h发芽的小麦的总酚含量、抗氧化活性及还原力分别提高了59.2%、58.9%和80.4%。

3 发芽小麦的营养物消化率

3.1 淀粉的消化率

Arashdeep 等[9]进行的发芽小麦淀粉的体外消化率测定结果表明，与未发芽小麦43.08%的淀粉消化率相比，经25、30、35 ℃和48 h 发芽的各小麦组的淀粉消化率分别达到53.39%、57.71%和61.61%，分别提高23.9%、33.9%和43.0%，均有显著增加。培养温度越高，淀粉的消化率越高。Harpreet 等[6]研究了不同发芽时间对发芽小麦淀粉体外消化率的影响。研究结果表明，发芽0～48 h，总淀粉的消化率从69%下降至57%，下降显著；发芽48 h 与72 h 小麦的总淀粉消化率之间无显著差异；而发芽对于不同类型淀粉消化率的影响不同。其中快消化淀粉在不同发芽时间的消化率无显著变化；慢消化淀粉的消化率在发芽0～48 h内显著降低，从31%降低至18%；而发芽48～72 h内，慢消化淀粉的消化率无显著变化。另外，发芽0～48 h，抗性淀粉的消化率显著增加，从32%增加到35%；而发芽48～72 h内，抗性消化淀粉的消化率无显著增加。

3.2 蛋白质的消化率

Arashdeep 等[9]进行的发芽小麦蛋白质的体外消化率测定结果表明，与未发芽小麦60.03%的蛋白质消化率相比，经25、30、35 ℃和48 h 发芽的各小麦组的淀粉消化率分别达到69.95%、77.64%和86.46%，分别提高16.5%、29.3%和44.0%，均有显著增加。培养温度越高，蛋白质的消化率越高。而各温度组内，小麦蛋白质的消化率也随发芽时间的延长而显著增加。

3.3 对小麦能量的影响

未发芽的小麦因品种、种植环境与管理等因素的影响，猪消化能、净能，鸡代谢能、净能，牛的净能值差异较大。中国饲料营养成分及营养价值表2022 版中提供的小麦的猪消化能、净能值分别为14.18 MJ/kg和10.64 MJ/kg；鸡的代谢能值为12.72 MJ/kg[4]。通常正常小麦的猪消化能值为14.0～14.2 MJ/kg，鸡的代谢能值为12.9～13.4 MJ/kg。澳大利亚的研究结果显示，发生萌动的小麦的消化能值、代谢能值与未发芽小麦相比，无明显降低。但麦芽长度为1/2 麦粒长度的发芽小麦的能值会降低2%左右，而麦芽长度为麦粒长度的发芽小麦的能值会降低5%～8%。但总体而言，这方面的研究数据很少。

4 发芽小麦的物理与物化特性

4.1 千粒重与容重

小麦在发芽过程中特别是发芽前期即萌动期，千粒重和容重变化不大。但在发芽后期，由于发芽过程储藏性物质的分解与新物质的合成会消耗许多淀粉、蛋白质等物质，产生热能损耗，释放二氧化碳和水，导致小麦的单颗粒重量减小和容重的降低。张钟等[10]研究了发芽对小麦千粒重的影响，结果表明，在发芽时间为24、48 h 时，试验小麦的千粒重从未发芽的44.71 g 降低到42.15 g 和39.02 g，分别降低了5.7%和12.7%，差异显著。正常质量较好的小麦容重通常为750～800 g/L。我国小麦国家标准GB 1351—2023 中规定的1、2、3、4 级小麦的容重分别应大于等于790、770、750、730 g/L。麦芽长度为麦粒长度1/2的小麦容重会降低6.25%～6.67%，而麦芽长度等于麦粒长度的小麦容重会降低6.25%～20.00%[11]。伴随发芽小麦的千粒重和容重显著降低，芽麦的营养价值也会降低。此外，芽麦的仓内、管道流动性会变差，需要引起注意。

4.2 吸水性、吸油性、降落值、pH

小麦的吸水性、吸油性、降落值会影响小麦在饲料加工中调质效果和成型后颗粒的质量。尤其是水产饲料的水中稳定性。Harpreet 等[6]研究了发芽过程对小麦吸水能力和吸油能力的影响。结果显示，与未发芽小麦的吸水能力1.22 g/g 相比，发酵24、48 h 和72 h的吸水能力分别降低至1.18、1.11 g/g和1.02 g/g，各组间差异显著。说明发芽显著降低了小麦的吸水能力，这对于使用发芽小麦饲料的调质与制粒效果有不利影响；与未发芽小麦的吸油能力2.23 g/g 相比，发芽24、48 h 和72 h 的小麦粉的吸油能力分别增加至2.28、2.33 g/g和2.38 g/g，各组间差异显著。说明发芽显著提高了小麦的吸油能力。这对于使用了发芽小麦的饲料中添加和吸收油脂是有利的。

Dhillon 等[13]研究了发芽过程对小麦降落值的影响。经72 h、（30±2）℃的发芽培养，小麦的降落值从未发芽时的420 s 下降至62 s，下降极显著。这意味着72 h 发芽的小麦的α-淀粉酶活性很高，面粉形成面团中的面筋网络会在短时间内失去支撑结构。而当使用芽麦作为原料制作水产硬颗粒饲料和膨化颗粒饲料时，对颗粒饲料的坚实度、耐水性可能有不利影响。

小麦发芽会提高小麦粉的酸度，即降低pH。Dhillon 等[13]的研究结果显示，72 h 发芽小麦的pH 由未发芽时的6.81降至6.12。

5 发芽小麦的卫生指标

由于小麦发芽过程所处的环境同样适宜于微生物的生长，通常会导致细菌总数、霉菌总数与酵母菌等的增加。Dhillon等[13]的研究结果表明，在实验室经72 h、（30±2）℃的发芽培养，小麦的细菌平板计数从未发芽时的1×102.9CFU/g 增加到1×105.4CFU/g；酵母和霉菌总数从未发芽时的1×102.5CFU/g增加到1×103.9CFU/g。而在自然环境下，遇到霉雨季节通常可能会导致发芽小麦产生更高的细菌总数和霉菌总数，并有发生霉菌毒素超标的可能。据河南全印检测技术有限公司今年对300 多个样品的检测，呕吐毒素检出率1%～2%，赤霉烯酮的检出率也为1%～2%。其中呕吐毒素最高含量达4 000 mg/kg。而对河北不同地区发芽小麦的呕吐毒素检出率与全印检测技术有限公司的检测结果相似，呕吐毒素最高含量为2 000 mg/kg。

我国饲料卫生标准GB 13078—2017 中规定[12]，发芽小麦的霉菌毒素限量标准值为：黄曲霉毒素B1≤30 μg/kg，赭曲霉毒素A≤100 μg/kg，玉米赤霉烯酮≤1 mg/kg，呕吐毒素≤5 mg/kg，T-2毒素≤0.5 mg/kg。

6 发芽小麦在动物饲料产品中应用时的决策流程

发芽小麦在动物饲料中应用的决策流程见图3。采用发芽小麦用作饲料原料的关键的控制步骤如下：

图3 发芽小麦在动物饲料中应用的决策流程

① 检测发芽小麦的霉菌毒素是否超过国家饲料卫生标准的规定限值。只要有一项指标超标，就不能用作饲料原料。如果企业有生物脱毒技术将该原料霉菌毒素含量降低到符合国家标准要求，可以先行脱毒处理至合格后再作为原料使用，否则就应拒收。

② 对于未发霉发芽小麦，应进行常规营养成分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量测定，还可进行体外仿生消化测定发芽小麦的可消化营养物质含量。以便进行配方精准设计。也可使用现有小麦可消化营养物和可利用能量的估测公式计算出可消化营养物含量和能量值，再以此数据设计配方等。

③ 对于检出霉菌毒素但未超标的发芽小麦，可以减量使用，也可以进行物理减毒处理和生物脱毒处理。如采用脱皮工艺去除部分表皮来降低霉菌毒素含量，提高麦粒的清洁度。还可以采用发酵脱毒技术处理后再使用。

7 发芽小麦在动物饲料中使用时应注意的事项

7.1 实测发芽小麦的真实质量数据

发芽小麦因小麦品种、种植环境、收获手段、梅雨情况、发芽程度、受霉菌污染程度、干燥方式等的不同，实际营养成分、营养价值、霉菌毒素含量等会有很大差异。因此，应实测拟采购发芽小麦的营养成分、抗营养因子（水溶性非淀粉多糖含量）、霉菌毒素以及物理质量，拿到第一手数据，并依该数据将发芽小麦分等级单独存放和分别用于不同质量等级的饲料产品中。

7.2 购买质量较好的高筋发芽小麦、中筋发芽小麦和低筋发芽小麦

高筋发芽小麦通常具有较高的蛋白质含量，其小麦粉面团有较高的面筋强度，应用到特种水产、虾饲料中能增强颗粒饲料的坚实度和耐水性，亦可减少豆粕等蛋白质原料的用量。中筋发芽小麦可用于普通畜禽饲料中。低筋发芽小麦可用于烘焙、酥脆型饲料产品的生产。如能在原料采购中发现具有较高价值或性价比的发芽小麦原料并合理使用，则可以使企业获益。

7.3 注意正确储存发芽小麦

因发芽小麦的容重较正常小麦低，麦芽又增加大了发芽小麦与仓壁、流管的摩擦系数，降低了流动性。因此，发芽小麦的储存应选用较小的筒仓，仓底出料斗与水平面的夹角应采用较大角度保证能小麦自流，或采用强制出仓机，防止仓内结拱和排料不畅。

发芽小麦中的α-淀粉酶活性高于普通小麦，其他酶的活性也较高，麦芽的生理活性也较高。为防止通风不畅，温度升高，发芽小麦发热变质，应注意发芽小麦储存仓的通风、降温。遵循先进先出原则使用。包装储存时堆垛不宜过高，垛的平面尺寸不宜过大，各垛位之间应留出通道供通风和巡检。

7.4 选择科学合理的加工工艺和加工参数

应为使用发芽小麦制作不同动物饲料选择合理的饲料粉碎粒度，如对麦芽长度较长、容重较低的小麦采用较细的粉碎粒度；通过生产试验优选出适合于有发芽小麦的饲料的调质参数；选用碾压/压片工艺生产反刍动物用饲料；采用膨胀工艺来钝化发芽小麦中的酶活和抗营养因子，提高非淀粉多糖的消化利用率。

7.5 科学添加稳定性好的小麦型饲料用酶制剂

发芽小麦仍然具有小麦的饲用特性。因而需要适当添加耐热型或经微囊包被保护的木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶、植酸酶等酶制剂。不过一些研究发现，因为发芽过程本身已经降解了部分植酸盐（植酸磷、植酸钙）、β-葡聚糖、木聚糖等，可以提高发芽小麦中磷、钙等的利用率等[14]，所以在使用发芽小麦的饲料产品中可以适当降低这些酶制剂的用量，以便节约成本。