■孔丹丹　楊　潔　張國棟　陳　嘯　彭　飛　王紅英

（中國農(nóng)業(yè)大學工學院，北京100083）

不同品種大麥的黏度特性及在飼料中的應用研究

■孔丹丹楊潔張國棟陳嘯彭飛王紅英

（中國農(nóng)業(yè)大學工學院，北京100083）

為了探究大麥的黏度特性，文章采集了12個品種的大麥樣品，測定了大麥籽粒的營養(yǎng)成分、容重及兩種粉碎粒度的大麥粉（粉碎篩片孔徑：1.5和2.0 mm）的RVA黏度值（峰值黏度、低谷黏度、衰減值、最終黏度和回生值），分析了不同品種間理化指標的差異顯著性和相關性。結果表明：不同品種的大麥，營養(yǎng)成分、容重和粉碎粒度均存在不同程度的差異。過2.0 mm孔徑的大麥粉樣品黏度值和變異系數(shù)明顯低于1.5 mm的。5個黏度參數(shù)均與粉碎粒度呈極顯著的負相關（P＜0.01），與粗蛋白質含量呈顯著負相關（P＜0.05）；衰減值、最終黏度和回生值還與酸性洗滌纖維含量存在顯著的負相關關系（P＜0.05）?；谒鶞y定的理化指標，將12個大麥品種分為4個類群，以指導飼料廠進行原料選購。

大麥；營養(yǎng)成分；黏度特性；相關性；聚類分析

大麥是位列于玉米、水稻和小麥之后的全球第4種最重要的禾谷類作物，具有生育期短、適應性強、分布面廣等特點，廣泛用于食品、飼料、釀造以及醫(yī)學等行業(yè)［1-3］。大麥籽粒主要作為能量飼料用于飼料生產(chǎn)（目前全球大麥總產(chǎn)的85%用于飼喂動物［4］），其粗蛋白質含量和賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸等多種氨基酸含量均高于玉米。但早期由于大麥中的NSP如β-葡聚糖、木聚糖、纖維素等抗營養(yǎng)因子的影響，其在飼料中的用量受到了很大的限制，隨著生物學酶技術的快速發(fā)展，復合酶制劑的應用日趨成熟，以及膨化、制粒等加工技術的提高［4-5］，使得大麥在飼料中的應用更加廣泛。近年來，玉米價格居高不下，大麥用于替代飼料中部分或全部的玉米，可達到節(jié)本增效的作用。

隨著顆粒飼料市場需求的不斷擴大，要增加大麥在飼料配方中的添加比率以降低原料成本，除了要消除抗營養(yǎng)因子的影響之外，還應針對大麥特有的加工特性，改善原有飼料加工技術，以提高顆粒質量和生產(chǎn)效率，最大限度地獲取經(jīng)濟效益。大麥干物質中約60%的成分為淀粉，它對大麥的加工特性起主導作用。淀粉在高溫高濕的條件下會發(fā)生淀粉顆粒的溶脹以及分子的重排等一系列變化，即熟化。熟化過程不僅可以增加原料本身的香味，還可以增大其黏度，利于顆粒飼料的成型。故大麥的黏度特性是影響顆粒飼料成型的重要因素之一。國內(nèi)外對大麥黏度特性研究主要集中于不同品種、不同直鏈淀粉含量對大麥淀粉或面粉的RVA黏度參數(shù)的影響［6-10］，而對飼用大麥全粉黏度特性的研究報道較少。

本文以12個大麥品種為研究對象，采用RVA（快速黏度分析儀）測定了大麥粉兩種粉碎粒度下的5個黏度特性參數(shù)，并分析了大麥的黏度參數(shù)與營養(yǎng)成分、容重和粉碎粒度的相關性。在此基礎上，采用系統(tǒng)聚類方法對大麥品種進行了聚類分析。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1主要材料

本研究于2014年采集了國內(nèi)廣泛種植的大麥品種12個，每個品種取3份樣品，品種及來源見表1。采集到的新鮮大麥均自然晾干到安全水分11%，然后冷藏于4℃的冰箱備用。

表1 大麥的品種及來源

1.1.2主要儀器

Kjeltec 2300凱氏定氮儀：瑞典，F(xiàn)OSS公司；SRJX-3-9高溫電爐：上海陽光實驗儀器有限公司；Fibertec 2010粗纖維測定儀：瑞典，F(xiàn)OSS公司；電子精密天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；GHCS-1000型谷物容重器：鄭州中谷科技有限公司；JFSD-100小型粉碎機：上海嘉定糧油儀器有限公司（配有1.5 mm 和2.0 mm篩孔孔徑的篩片）；試驗篩：新鄉(xiāng)同心機械責任有限公司；拍擊式振篩機：新鄉(xiāng)同心機械責任有限公司；RVA快速黏度分析儀：RVA-TecMaster，澳大利亞，Newport Scientific。

1.2試驗方法

1.2.1大麥主要營養(yǎng)成分含量及容重測定

水分（moisture，M）、粗蛋白質（crude protein，CP）和粗灰分（crude ash，CA）含量分別按照國家標準GB/ T 21305-2007、GB/T 5511-2008、GB/T 22510-2008方法進行測定；中性洗滌纖維含量（crude neutral detergent fibre，CNDF）按照國家標準GB/T 20806-2006方法進行測定；酸性洗滌纖維（crude acid detergent fibre，CADF）按照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 1459-2007方法進行測定；原糧容重（Bulk density，BD）按照國家標準GB/T 5498-2013方法進行測定。

1.2.2大麥粉粉碎粒度測定

所有大麥樣品均采用裝有1.5 mm和2.0 mm篩片孔徑小型粉碎機粉碎，以得到兩種不同粒度的粉料樣品。大麥粉的粉碎粒度用幾何平均直徑（Geometric mean diameter，GMD）表示，采用14層篩法（ANSI/ ASAE S319.4-2008）測定。

1.2.3大麥粉黏度參數(shù)測定

采用RVA（快速黏度分析儀）對大麥粉樣品的黏度參數(shù)進行測定。主要步驟如下：①開啟RVA，預熱30 min；②量?。?5.0±0.1）ml蒸餾水，移入樣品筒中；

③稱量（3.50±0.01）g的大麥粉（按14%濕基校正以稱取相應的樣品量），并轉移到樣品筒內(nèi)的水面上；④用攪拌器槳葉在試樣筒中上下劇烈攪動10余次，直至水面上無團塊；⑤將樣品筒插接到儀器上，按下塔帽，選定STD-1標準程序進行測定；⑥導出系統(tǒng)直接生成的試驗報告，包括5個黏度特征值：峰值黏度（Peak viscosity）、低谷黏度（Trough viscosity）、衰減值（Breakdown viscosity）、最終黏度（Final viscosity）、回生值（Setback viscosity）。每個樣品重復測定3次，取3次的平均值作為最終結果。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對所測定的12種大麥樣品的所有理化指標進行方差分析和Pearson相關分析，并選用系統(tǒng)聚類法對12份大麥進行聚類分析。

2　結果與討論

2.1不同品種大麥主要營養(yǎng)成分含量、容重及粉碎粒度分析

12個不同品種的大麥樣品的主要營養(yǎng)成分、容重及粉碎粒度的分析結果見表2。整體來看，除粗灰分含量外，不同品種的大麥營養(yǎng)成分差異較原糧容重和粉碎粒度差異顯著，粗蛋白質含量的差異表現(xiàn)最為明顯。

表2　不同品種大麥籽粒的主要營養(yǎng)成分、容重及粉碎粒度

12個大麥樣品的粗蛋白質、粗灰分、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的平均含量分別為14.27%、2.31%、4.76%、14.23%，變幅分別為11.26%～16.30%，2.12%～2.62%，3.22%～5.50%，11.15%～16.99%。酸性洗滌纖維含量和中性洗滌纖維含量變異系數(shù)（13.03%和12.09%）均大于10%，為強變異。粗蛋白質含量的變異系數(shù)為9.81%，為中等變異。其中，9號的粗蛋白質含量（16.30%）顯著高于其余的大麥品種，而3號（11.26%）顯著低于其余的大麥品種（P＜0.05）。由于啤酒大麥要求蛋白質含量為9.0%～13.5%（干基）［11］，可見本試驗中的大麥除3號外均屬于飼用大麥。不同品種間粗灰分含量差異較小，變異系數(shù)僅為5.63%。其中，10號的粗灰分含量（2.62%）顯著高于其余的大麥品種（P＜0.05）。

中國飼料成分及營養(yǎng)價值表顯示，皮大麥的粗蛋白質、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維和粗灰分含量分別為12.64%、7.82%、21.15%、2.76%（干基）。Feedipedia［12］綜合了1.5萬份皮大麥樣品的理化指標得出其粗蛋白質含量為8.5%～16.1%（干基），酸性洗滌纖維含量4.4%～8.7%（干基），中性洗滌纖維含量約14.7%～30.0%（干基），粗灰分含量為1.9%～3.4%（干基）。而本文中，大麥的粗蛋白質含量范圍較以上結果偏高，酸洗纖維含量和中洗纖維含量，較以上研究結果偏低，這可能是因為大麥品種、生長地區(qū)的土壤和氣候條件等的差異導致，而粗灰分含量與上述研究結果一致。

12個大麥樣品的原糧容重平均值666.71 g/l，變異系數(shù)僅為2.87%，為弱變異。粉碎過1.5 mm和2.0 mm篩片孔徑的大麥粉粉碎粒度的變幅分別為464.73～554.10 μm，613.84～669.22 μm，變異系數(shù)分別為5.25%和2.67%。就同一品種而言，過2.0 mm篩片孔徑的大麥粉粒度明顯高于1.5 mm的，而就同一篩片孔徑而言，不同品種的粉碎粒度存在不同程度的差異，且1.5 mm以下的粉碎粒度差異較2.0 mm以下的明顯。

2.2不同品種大麥的黏度特性分析

2.2.1粉碎過1.5 mm篩片孔徑的大麥粉黏度特性分析

表3為粉碎過1.5 mm篩片孔徑的大麥粉通過RVA測定得到的5個黏度特性參數(shù)的分析結果。12個大麥粉樣品峰值黏度、低谷黏度、衰減值、最終黏度和回生值的平均值分別為360.04、318.13、41.92、854.88 cP和536.75 cP，變異系數(shù)均在15%以上，為強變異，可見大麥黏度特性的變異較營養(yǎng)成分、容重和粉碎粒度顯著，尤其以衰減值和回生值表現(xiàn)最為明顯。

表3　粉碎過1.5 mm篩片孔徑的不同品種大麥粉黏度特性分析（cP）

由方差分析可知，不同大麥品種間的黏度特性表現(xiàn)出不同程度的差異，以峰值黏度和回生值表現(xiàn)最為明顯。7號大麥的5個黏度參數(shù)均為12個品種中最高的，顯著高于3號以外的其余10個品種。而9號大麥的5個黏度參數(shù)為12個品種中最低的。

2.2.2粉碎過2.0 mm篩片孔徑的大麥粉黏度特性分析

表4為粉碎過2.0 mm篩片孔徑的大麥粉通過RVA測定得到的5個黏度特性參數(shù)的分析結果。大麥粉樣品峰值黏度、低谷黏度、衰減值、最終黏度和回生值的平均值分別為300.75、275.21、25.54、620.50 cP 和345.29 cP。其中，回生值、衰減值、最終黏度的變異系數(shù)較高，為強變異，峰值黏度為中等變異，而低谷黏度為弱變異?？梢钥闯?，過2.0 mm篩片孔徑的粉料黏度特性參數(shù)的變異系數(shù)均小于1.5 mm的，這是由于前者粉碎粒度的變異系數(shù)小于后者導致。

表4　粉碎過2.0 mm篩片孔徑的不同品種大麥粉粘度特性分析（cP）

由方差分析可知，不同品種粉料的黏度特性表現(xiàn)出一定程度的差異，以最終黏度的表現(xiàn)最為明顯。12號、3號和7號大麥的5個黏度參數(shù)值位居12個品種的前3，且它們的峰值黏度和低谷黏度差異不顯著。9號大麥的黏度參數(shù)值為12個品種中最低。

峰值黏度發(fā)生在溶脹和多聚體逸出導致黏度增加與破裂和多聚物重新排列導致黏度降低之間的平衡點，它顯示淀粉或混合物結合水的能力，它與最終產(chǎn)品的質量有關。最終黏度表明了物料在熟化并冷卻后形成黏糊或凝膠的能力，是在定義某種試樣的品質時最常用的參數(shù)。許多研究表明［13-16］，小麥粉的黏度參數(shù)尤其是峰值黏度與面條和饅頭等食品的加工品質（包括表觀現(xiàn)狀、內(nèi)部結構、適口性等）顯著相關，一般峰值黏度越高，產(chǎn)品品質越好。同理，本文中大麥的黏度特性參數(shù)也可用于預測顆粒飼料的成型特性與適口性。

由于測試條件包括加熱和冷卻速率、濃度、保持時間等都會影響?zhàn)ざ葏?shù)的數(shù)值，故對于欲進行比較的結果，必須采用標準化的方法。本文中大麥的RVA黏度參數(shù)值與采用相同測試條件的閻?。?7］、張勇［18］、譚彩霞［19］等報道的小麥粉黏度參數(shù)值相比，最大值偏低，但變幅介于報道中小麥粉黏度參數(shù)變幅之內(nèi)。這是因為本試驗中大麥粉粒度要比小麥面粉高得多，加之其淀粉含量較低，粗纖維等含量較高，這些都會使大麥粉的黏度嚴重降低。

2.2.3不同粉碎粒度的大麥粉黏度特性分析

圖1～圖5為12個大麥品種粉碎過1.5 mm和2.0 mm篩片孔徑的粉料的黏度特性參數(shù)的直觀對比圖。從圖中可以看出，過1.5 mm篩片孔徑的大麥粉黏度參數(shù)值明顯高于2.0 mm的，可見粉碎粒度對大麥粉的黏度特性的影響很大。有報道稱，由粗顆粒制成的顆粒飼料質量較差是由粗顆粒中低糊化淀粉造成的，高淀粉糊化可被用來改善顆粒耐久性［20］。在飼料加工中，可以通過適當減小大麥的粉碎粒度來增加其在調質過程中的糊化程度，以改善顆粒料的成型特性。

2.3不同品種大麥理化指標相關性分析

表5顯示的是大麥的營養(yǎng)成分、容重與粉碎粒度之間相關系數(shù)。分析表明，中性洗滌纖維含量與粗蛋白質含量呈極顯著負相關（r=-0.547**，P＜0.01），與酸性洗滌纖維含量呈極顯著正相關，且相關系數(shù)高達0.915，表明二者之間有非常強的相關性。原糧容重與粗灰分含量（r=-0.519**，P＜0.01）、酸性洗滌纖維含量（r=-0.503*，P＜0.05）、中性洗滌纖維含量（r=-0.625**，P＜0.01）三者之間均存在顯著或極顯著的負相關。可見：如果一個大麥品種中性洗滌纖維含量較高，則酸性洗滌纖維含量一般也較高，而粗蛋白質含量一般較低。

圖1　過兩種篩片孔徑的不同品種大麥粉峰值黏度

圖2　過兩種篩片孔徑的不同品種大麥粉低谷黏度

圖3　過兩種篩片孔徑的不同品種大麥粉衰減值

圖4　過兩種篩片孔徑的不同品種大麥粉最終黏度

圖5　過兩種篩片孔徑的不同品種大麥粉回生值

表5　不同品種大麥主要營養(yǎng)成分、容重和粉碎粒度相關性分析

過1.5 mm篩片孔徑的粉料粉碎粒度與粗灰分含量呈顯著負相關（r=-0.463*，P＜0.05），與原糧容重呈極顯著正相關（r=0.526**，P＜0.01），而過2.0 mm篩片孔徑的粉料粉碎粒度與營養(yǎng)成分、容重之間的相關性均不顯著，這可能是由于越粗的篩孔孔徑阻力越小，粉料越易于通過，粉碎粒徑主要取決于孔徑，而與物料的理化指標的相關性變?nèi)酢?/p>

大麥的黏度特性參數(shù)與營養(yǎng)成分、容重與粉碎粒度之間相關性分析見表6。從表中可以看出，5個黏度特性參數(shù)之間均存在極顯著的正相關，并且所有參數(shù)之間的相關系數(shù)都高于0.87，表現(xiàn)出極強的相關度。5個黏度參數(shù)均與粉碎粒度呈極顯著的負相關（P＜0.01），與粗蛋白質含量呈顯著負相關（P＜0.05）。除此之外，衰減值、最終黏度和回生值還與酸性洗滌纖維含量存在顯著的負相關關系（P＜0.05）。可見，粗蛋白質含量較高的大麥一般黏度值較低；同理，酸性洗滌纖維含量較高的大麥一般表現(xiàn)出較低的衰減值、最終黏度和回生值。

表6　大麥的黏度特性參數(shù)與營養(yǎng)成分、容重與粉碎粒度之間的相關性

2.4基于所測定的理化特性參數(shù)的不同品種大麥聚類分析

基于所測定的大麥籽粒的營養(yǎng)成分、容重以及大麥粉（1.5 mm）的黏度特性，利用系統(tǒng)聚類法對12份大麥進行聚類分析，以歐式距離平方約為2.5時將參試品種分為四個類群，如圖6及表7所示?？梢钥闯?，第Ⅰ類別和第Ⅱ類別均有4個品種，第Ⅲ類別和第Ⅳ類別均有2個品種。從歐式距離可以看出，每一類群內(nèi)部品種之間的相似度極高，第Ⅰ類別和第Ⅱ類別有較高的相似度。

不同類別的大麥營養(yǎng)成分、容重、粉碎粒度和黏度特性參數(shù)的平均值見表8。從表中可以看出：第Ⅰ類大麥的酸性洗滌纖維含量、中性洗滌纖維含量、容重和粉碎粒度均為四類中最高，而粗灰分的含量為4類中最低，粗蛋白質含量和黏度特性參數(shù)值也僅高于第Ⅲ類，可見第Ⅰ類大麥難粉碎，導致粉碎粒度大、黏度值低，影響原料在調質過程中的糊化以及制粒成型，制成的顆粒飼料耐久度將較低［20］。第Ⅲ類大麥的粗蛋白質含量最高和粗灰分含量最高，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量也較高，這就導致了其淀粉含量較低，故即使粉碎粒度最小，其黏度值也最低，制成的顆粒飼料耐久度將較低。第Ⅳ類大麥的黏度特性參數(shù)值最高，粗蛋白質和酸性洗滌纖維含量最低，粗灰分和中性洗滌纖維含量也較低，并且較易粉碎，故其在調質過程中易糊化，成型特性好，制成的顆粒耐久度將較高。同理，第Ⅱ類大麥的粗蛋白質含量和黏度參數(shù)較高，制粒特性也較好。

圖6　不同品種大麥的聚類結果

表7　不同品種大麥聚類結果

表8　不同類別大麥理化指標統(tǒng)計結果

3　結論

①不同品種的大麥，營養(yǎng)成分、容重和粉碎粒度均存在不同程度的差異。整體來看，除粗灰分含量外，大麥營養(yǎng)成分差異較原糧容重和粉碎粒度差異顯著。

②粉碎過1.5 mm篩片孔徑的大麥粉樣品RVA黏度參數(shù)均表現(xiàn)為強變異。粉碎過2.0 mm篩片孔徑的大麥粉樣品黏度參數(shù)值和變異系數(shù)明顯低于1.5 mm的，可見粉碎粒度對大麥粉的黏度特性的影響很大，粉碎粒度越高，淀粉的糊化度越低，進而黏度值越低。

③相關分析顯示：5個黏度特性參數(shù)之間的均存在極顯著的正相關，且相關度極高；5個黏度參數(shù)均與粉碎粒度呈極顯著的負相關，與粗蛋白質含量呈顯著負相關；衰減值、最終黏度和回生值還與酸性洗滌纖維含量存在顯著的負相關關系。

④基于所測定的理化指標，采用系統(tǒng)聚類法，將12個大麥品種分為4個類群：第Ⅰ類和第Ⅲ類大麥黏度特性參數(shù)值較低，影響其在調質過程中的糊化，制成的顆粒飼料耐久度將較低。第Ⅱ類和第Ⅳ類黏度特性參數(shù)值較高，制粒特性較好。

本文中大麥營養(yǎng)品質指標及RVA黏度參數(shù)可對飼料加工過程中粉碎、調質、制粒工藝參數(shù)優(yōu)化以及顆粒料成型特性與適口性的預測和改善提供理論依據(jù)。一般峰值黏度越高，產(chǎn)品品質越好。在飼料加工中，可以通過適當?shù)販p小大麥的粉碎粒度來增加其在調質過程中的糊化程度，以改善顆粒料的成型特性。

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（編輯：王芳，xfang2005@163.com）

Analysis of viscosity properties of different barley cultivars

Kong Dandan，Yang Jie，Zhang Guodong，Chen Xiao，Peng Fei，Wang Hongying

In order to study the viscosity properties of barley，12 barley cultivars samples were collected，the nutritional components，bulk density of barley grain and RVA viscosity parameters（peak viscosity，trough viscosity，breakdown viscosity，final viscosity，setback viscosity）of barley meal ground on a mini-mill with 1.5 mm and 2.0 mm screens were determined.Difference significance and correlations of these physicochemical properties among barley cultivars were analyzed.The results showed that，there were differences of different degrees in nutritional components，bulk density and geometric mean diameter among barley cultivars.Geometric mean diameters of barley meal samples grounded through 1.5 mm screens were strongly lower than those grounded through 2.0 mm screens，and the values of viscosity parameters were correspondingly higher for higher starch gelatinization degree.Correlation analysis showed that，all five viscosity parameters presented significant negative correlations with geometric mean diameter（P＜0.01）and crude protein content（P＜0.05）.Breakdown viscosity，final viscosity and setback viscosity were negatively and significantly correlated with crude acid detergent fibre content（P＜0.05）.System cluster analysis was conducted according to these physicochemical properties，the barley samples were clustered into four categories for guiding the purchase of barley cultivars in practical production.

barley；nutritional components；viscosity properties；correlation；cluster analysis

10.13302/j.cnki.fi.2016.05.006

S816.15

A

1001-991X（2016）05-0022-07

孔丹丹，博士，研究方向為飼料加工工藝。

王紅英，教授，博士生導師。

2015-10-08

“十二五”國家科技計劃項目［2011BAD26B0401］；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項［201203015］