段海濤，李峰潔，楊建平，張盼盼，張 磊，袁 聰

（1.河南牧業(yè)經濟學院動物科技學院，河南鄭州 450046；2.河南省獸藥飼料監(jiān)察所，河南鄭州 450008）

飼料工業(yè)是跨部門、跨行業(yè)、跨學科的綜合性工業(yè)，是發(fā)展畜牧水產養(yǎng)殖業(yè)、改善人類膳食結構、完成植物蛋白向動物蛋白完全轉化的農業(yè)良性循環(huán)的基礎工業(yè)[1-2]。隨著飼料工業(yè)的不斷發(fā)展，市場對飼料品質的要求不斷提高，特別是近幾年來國內外一直追求“高熟化、低能耗、低損耗”的飼料生產加工，企業(yè)及科研機構越來越重視調質過程及飼料調質效果[3]。在當前“非洲豬瘟”背景下，如何通過調質殺滅傳染因子，是對調質提出的新要求。調質過程中，蛋白質及淀粉結構的改變直接關乎飼料加工質量。因此，本文重點綜述調質工藝及調質過程中淀粉及蛋白質的變化對顆粒飼料加工質量的影響，以期為調質過程中的自動化控制提供思路。

1 調質工藝

調質是飼料成型前的熱熟化加工過程，1950 年前是以給料和調質同軸組合調質器為主的調質工藝和設備，該調質器螺旋喂料器和調質器共用1 根主軸，調質時間短，安裝和使用不便。1960—1970 年，調質器給料和調質分開，調質器長度較短，調質時間短，僅為15～30 s，但相比于之前的調質器，調質后物料的淀粉糊化度已有相當大的提升，顆粒耐水性差，該調質器只能用于畜禽飼料加工。1980 年以來，加長型帶蒸汽夾套單軸槳葉式調質器、等直徑水平雙筒調質器、雙軸差速調質器（DDC）、釜式調質器、高壓調質器等多種調質設備相繼出現(xiàn)。在飼料加工過程中，可以依據飼喂動物對飼料產品的質量要求選用合適的調質設備。目前，調質設備調質時間可調（20 s～20 min）、淀粉糊化度可達40%～50%?？茖W的飼料調質工藝可以提高產品品質，降低生產成本，創(chuàng)造更好的經濟效益。目前，飼料調質設備應用較多的主要有以下2 種。

1.1 膨化（脹）機工藝 膨化加工技術早期主要應用于食品加工行業(yè)，20 世紀60 年代被引進到飼料工業(yè)中用于生產寵物飼料，后來逐步引用到水產飼料和飼料原料加工領域。工藝流程：大宗原料→粉碎→配料→混合→高溫調質→膨化（脹）→冷卻→二次粉碎→配料→混合→低溫調質→制?！鋮s→篩分→計量包裝。膨化是對原料進行高溫高壓瞬時處理后驟然減壓，利用水分瞬時蒸發(fā)使物料的某些理化性質發(fā)生改變的一項飼料加工技術。王瀟等[4]研究發(fā)現(xiàn)，用單螺桿擠壓膨化機干法加工膨化玉米的最適工藝參數為膨化溫度110℃、螺桿轉速為250 r/min、喂料速度為350 r/min。趙克振等[5]研究發(fā)現(xiàn)，雙螺桿擠壓膨化美國轉基因大豆的最佳膨化工藝參數為水分含量13.21%、篩孔直徑3.5 mm、膨化溫度130℃。

膨脹器（Expander）全稱為環(huán)隙膨脹器，于1987年開始應用于油脂工業(yè)，是作為一種新型的高壓調質設備以增大油料前處理時的容積，從而提高出油率，降低浸出溶劑的損耗。20 世紀80 年代末，英國Robison 公司首次推出一種新型飼料加工設備——膨脹器，被國外飼料生產企業(yè)利用。膨脹器相對于膨化機而言，膨脹加工生產成本較低，飼料原料選擇范圍更廣，加工過程中最高壓力可達10 MPa，最高料溫可達170℃，使物料能充分地調質和相當強的熟化。段海濤等[6]研究膨脹器不同環(huán)隙開度對大宗原料飼料品質的影響，以及在同一配方下大宗原料不同膨脹度對斷奶仔豬顆粒飼糧加工質量、斷奶仔豬生長性能的影響，發(fā)現(xiàn)當膨脹器環(huán)隙開度為3.2 cm 時，斷奶仔豬耗料增重比（1.5）最低，平均日增重（0.33 kg）最高。

1.2 二次制粒調質工藝 二次制粒調質工藝是指經過制粒加工的熱飼料，經過冷卻、粉碎后，再次經過配料、混合后通過第2 個壓模對物料進行重復制粒，第1次的制粒實質上起調質工藝的作用。物料經過2 次混合，物料第1 次混合后高溫蒸汽調質，一般調質溫度為90～95℃，高溫調質能提高大宗原料的熟化度。工藝流程：大宗原料→粉碎→配料→混合→高溫調質→一次制?！鋮s→二次粉碎→配料→混合→低溫調質→制?！鋮s→篩分→計量包裝。有企業(yè)為了使第1 次制粒后物料有較高的熟化度，在一次制粒后加設顆粒穩(wěn)定器以延長顆粒飼料的熟化保溫時間。第1 次制粒?？字睆揭话爿^大，長徑比較小。二次制粒工藝生產顆粒飼料，外觀細膩、均勻，能有效的保護熱敏成分。

綜上，不同調質工藝的調質強度及調質效果不同，其主要依據動物營養(yǎng)需要及日糧配方結構來提高飼料淀粉糊化度及保護熱敏性飼料原料成分。調質效果一般為單層調制器＜雙層調制器＜多層調制器≤膨脹器≤膨化機。

2 調質對淀粉的影響

飼料原料中的淀粉在原始狀態(tài)下稱之為生淀粉，生淀粉顆粒是復雜而緊密排列的結構，其中無定形和結晶層交替形成半結晶顆粒，大小在1～50 μm。普遍認為，這種高度緊密的組織結構不易消化吸收。生淀粉在一定條件下轉化為熟化淀粉，本質是濕熱蒸汽水分進入淀粉顆粒內部，淀粉分子失去原有緊密排列結構，變成無序狀態(tài)，即淀粉粒中有序結晶態(tài)及無序非結晶態(tài)間的氫鍵斷開，晶體結構消失，形成非結晶性淀粉[7]。

2.1 調質過程中原料水分含量對淀粉糊化度的影響 調質器類型或原料水分含量的不同將導致最終淀粉糊化度不同。Rouille 等[8]研究表明，調質腔內水分含量不超過35%時，原料糊化溫度將從50～60℃升高至100℃以上，這與Svihus 等[9]研究結果一致。Asomaning 等[10]報道，調質過程中啟動淀粉糊化的先決條件是水分與淀粉的最低比例為3:10。在普通畜禽飼料加工過程中，由于有限的水分與調質溫度，只有5%～30% 淀粉糊化；在高強度調質過程中（如膨脹、膨化等），淀粉有40%～60%的糊化度，相比于普通畜禽飼料淀粉糊化度有所提升。

2.2 調質過程中添加預糊化淀粉對顆粒飼料加工質量的影響 日糧配方中常加入熟化淀粉以提高產品熟化程度，尤其是斷奶仔豬料中。Thomas 等[11]研究表明，當原料中使用預熟化淀粉時，顆粒硬度及耐久性指數顯著增加；Zimonja 等[7]取得相似的研究成果，預糊化淀粉對顆粒飼料加工質量具有顯著性影響，可能是因為糊化淀粉在顆粒成形過程中起到粘結劑的作用。然而，一些研究認為預糊化淀粉對顆粒粘結性并無無顯著性影響。Perez 等[12]認為，在普通畜禽飼料加工過程中，淀粉對顆粒飼料的粘結性作用微乎其微，因為調質制粒過程對飼料中淀粉糊化度的提升較小。Gilpin 等[13]研究表明，淀粉糊化的程度與顆粒耐久性之間呈現(xiàn)負相關。Zimonja 等[7]研究飼料配方中預糊化淀粉和生淀粉對顆粒耐久性影響的結果表明，普通畜禽飼料加工過程中，淀粉并不是影響顆粒飼料加工質量的主要因素。

2.3 調質過程中糊化淀粉的形態(tài)對畜禽生長性能及營養(yǎng)物質消化利用率的影響 Vangsoe 等[14]指出，淀粉結晶度與淀粉消化率呈反比關系；王宏偉等[14]證實，淀粉的消化性能與其有序結構有關，糊化淀粉有序結構破壞[15]，淀粉酶更易與糊化淀粉的酶結合位點接觸，從而提高淀粉的消化率。然而，糊化后淀粉如果形成老化淀粉，則淀粉消化利用率將顯著下降[16]。因長時間儲存及水分含量高時淀粉會發(fā)生老化，在制粒過程中老化不可能發(fā)生，同時由于淀粉糊化程度有限，在普通畜禽飼料加工工藝中，淀粉老化程度較小[17-18]。因此，糊化淀粉中的無定形態(tài)對淀粉的消化性能具有顯著改善作用。但糊化淀粉與脂質復合物的形成可以降低淀粉的消化率。高直鏈淀粉——玉米淀粉經濕熱加工處理后進行飼喂，大鼠小腸內直鏈淀粉含量較低，盲腸和糞便中的直鏈淀粉含量增加[19-20]。飼料原料在制?；驍D壓膨化處理后，淀粉消化率有所降低。總之，調質可以提高飼料淀粉糊化度，可在一定程度上可以改善顆粒飼料加工質量及動物生長性能，但過度加工則會產生抗消化復合物，導致營養(yǎng)效價下降。

3 調質對蛋白質的影響

蛋白質是由氨基酸以“脫水縮合”方式組成的多肽鏈，經過盤曲折疊形成的具有一定空間結構的物質。蛋白質的變性過程可以認為是2 個階段：第一階段是蛋白質結構發(fā)生變化，調質過程中的濕熱處理，使維持蛋白質三維結構的氫鍵和范德華力等作用力破壞，該過程一般是可逆的；第二階段是蛋白質的功能性發(fā)生變化，共價鍵斷裂，蛋白質二級、三級結構發(fā)生改變，該過程一般是不可逆的[21-22]。

3.1 調質過程中原料pH 對蛋白質穩(wěn)定性的影響 飼料原料中蛋白質的熱穩(wěn)定性主要取決于蛋白質共價鍵或輔基修飾的程度，穩(wěn)定性除受限于自身結構外，還受調質器內蒸汽壓力、調質時間、原料pH 的影響。He 等[23]研究表明，在低pH 條件下，大豆蛋白質在加熱時沉淀并產生堅硬且高度粘稠的凝膠，而在pH 為7.6 時，形成較少的粘稠凝膠，表明蛋白質在不同pH 下變性程度不同[24]。

3.2 調質過程中原料水分含量對蛋白質穩(wěn)定性的影響 水分子通過非共價范德華鍵與蛋白質相互作用，甚至可能通過在蛋白質周圍形成覆膜來提高其構象穩(wěn)定性[25-26]。然而，隨著溫度升高，水分子達到更高的能量狀態(tài)，將會破壞蛋白質的穩(wěn)定性。由于這種相互作用，蛋白質可以在非常低的水分條件下經受較高的熱處理[27]。在含水量較高的情況下，大多數蛋白質會在60～70℃開始變性，甚至一些蛋白質可能在高于40℃時已經失活[25]。Molina 等[28]研究表明，在較高的水分條件下，豆粕中主要的蛋白質（即伴大豆球蛋白和大豆球蛋白）的變性溫度（Td）分別為76.5℃和93.3℃；當水分含量下降到29%時，大豆球蛋白的Td 不能被檢測到，而伴大豆球蛋白的Td 升高到180℃以上。Abdollahi 等[29]報道了類似的試驗結果，在水分含量為0～30% 的條件下，葵花蛋白質的Td 從190℃變化到120℃。這表明諸如大豆球蛋白或葵花蛋白在制粒過程中相對穩(wěn)定。

3.3 調質對蛋白質消化率的影響 高溫高濕的調質過程會使蛋白質發(fā)生變性。Alonso 等[30]研究表明，調質可以提高豆粕蛋白質消化率，但試驗中并未考慮抗營養(yǎng)因子蛋白質結構的改變及其對消化率的影響，一些研究取得與Alonso 相反的試驗結果。有研究表明，濕熱調質可以打開蛋白質間共價鍵，破壞蛋白質的主要結構，如肽鍵的水解、修正氨基酸側鏈或美拉德反應[31]。美拉德反應是氨基酸（賴氨酸）和還原性糖（葡萄糖、戊糖）之間的反應，最終產物無法被酶降解[7]。Bellagamba等[32]研究表明，與對照組相比，大鼠和豬對熱處理下賴氨酸、丙氨酸和D-氨基酸形成的蛋白質（如酪蛋白、乳蛋白、大豆分離蛋白和小麥蛋白）消化率下降28%?？傊暳险{質過程可以改變蛋白質的結構，從而有助于提高飼料加工質量及飼料營養(yǎng)效應，但也可能發(fā)生美拉德反應形成難以消化利用的化合物。

3.4 調質過程中變性蛋白質對顆粒飼料加工質量的影響變性蛋白具有很強的凝膠性質，有助于提高顆粒飼料耐久性。Ciannamea 等[33]研究表明，小麥面筋蛋白轉化為長鏈纖維絲，可使懸浮顆粒相互鏈接。在大豆蛋白中也觀察到類似的結果。但調質過程中蛋白質變性提高顆粒料加工質量的機制仍不清楚。Kaliyan 等[34]利用掃描電鏡分析顆粒飼料內部結構，發(fā)現(xiàn)由木質素和蛋白質引起的緊密結構可能是提高顆粒飼料硬度和顆粒耐久性指數的重要因素。

4 調質對飼料中維生素的影響

維生素是機體維持正常生理功能而必須從食物中獲得的一類微量有機物質，在生長、代謝、發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用[35]。在飼料生產過程中，不同的加工方式將直接影響維生素的生物學活性。在普通畜禽飼料加工過程中，如調質溫度過高，則引起維生素損失嚴重，達不到應有的功效。目前往往采用過量添加的方式來彌補飼料加工過程中的維生素損失以達到預期效果，但成本高、浪費大。Lewis 等[36]研究表明，調質溫度、調質時間及其交互作用均對日糧中的核黃素、煙酸及維生素D3有破壞作用，但不同調質溫度或調質時間組間差異不顯著。此外，嚴芳芳[37]研究飼料加工工段及儲藏期間維生素含量的變化發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化過程中維生素（維生素A、D、E 及K）損失率在5% 以上，環(huán)模顆粒料生產過程中損失率在4%左右，改善加工方法、超量添加易損性維生素等可提高飼料中維生素保留率。Anderson 等[35]研究制粒后維生素晶體的保留率時發(fā)現(xiàn)，維生素K 和維生素C 保留率僅為50%，B 組維生素保留率為82%～96%，葉酸保留率為65%，添加包膜可以提高維生素保留率。為此，Cutlip 等[38]研究表明，在日糧中添加7 200 IU/kg 包膜維生素A，維生素A 在制粒過程中只有輕微的氧化損傷。張若寒[39]報道，維生素A 在制粒過程中保留率為95%，但隨著儲存時間的延長，保留率急劇下降，6 周后保留率僅為91%；除調質過程中濕熱處理對維生素引起損失外，原料之間的相容性同樣重要，比如日糧中添加煙酸與泛酸鈣具有不相容性，會引起煙酸大量損失。盡管目前各位學者都致力于提高維生素的穩(wěn)定性，但制粒過程中維生素的損失仍然是一個有待解決的問題。

5 調質對飼料中益生菌的影響

益生菌是指對人或動植物的生長或健康有益的一類微生物的總稱，對機體無害或其代謝產物對機體有益，能改善人和動物機體的微生態(tài)平衡[40]。目前在飼料中應用的益生菌主要有34 種，包括枯草芽孢桿菌、糞腸球菌、乳酸腸球菌等，由于益生菌添加劑多為活菌制劑，其生物活性受溫度、水分、pH、加工工藝等因素影響，在應用過程中常采用微膠囊技術包被處理，以提高其保留率[41-42]。張琳[43]研究結果表明，高溫度（130℃）下乳酸菌存活率顯著下降。然而，目前通過改變調質溫度對飼料中益生菌保留率的相關研究較少。

6 小 結

調質過程可改變淀粉及蛋白質空間結構，提高淀粉及蛋白質利用率，但仍然存在一些未知問題。首先，調質對營養(yǎng)成分及原料結構的影響，進而對畜禽生長性能的影響機理未知；其次，調質后糊化淀粉冷卻重結晶形成的聚合物及該聚合物與脂質等小分子化合物復合形成的具有抗消化能力的產物等對畜禽消化率的影響未知；此外，調質過程中，水分、pH 及調質溫度影響蛋白質變性的作用機理未知；蛋白質構象及結構的改變對顆粒飼料加工質量的影響未知；調質過程中熱敏性成分（維生素、益生菌）有所損失，控制好調質參數將提高飼料配方中熱敏性飼料原料保留率。飼料加工過程中調質對動物生長性能的作用機理尚需進一步研究。