康芳菲 何貝貝 王永偉* 李愛科

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410018；2.國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院糧食品質(zhì)營養(yǎng)研究所，北京 100037)

稻谷是世界上主要的糧食作物之一，也是膳食碳水化合物的主要來源，在居民膳食營養(yǎng)中起著重要作用[1]。中國作為水稻的發(fā)源地，稻谷產(chǎn)量和種植面積分別居世界第一和第二。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2019年我國稻谷產(chǎn)量2.096 1億t，2020年稻谷產(chǎn)量2.118 5億t，我國稻谷主要用于居民食用消費(fèi)，工業(yè)和飼料消費(fèi)的比例較低[2]。而近年來我國政策性糧食收購數(shù)量大幅增加，糧食消費(fèi)量卻有所下降，導(dǎo)致稻谷庫存不斷增長。國家糧油信息中心預(yù)計，2020—2021年度全國稻谷結(jié)余1 148萬t，遠(yuǎn)超合理水平，稻谷適宜儲存年限在3年左右，超期庫存稻谷資源合理化開發(fā)和利用亟待解決。與此同時，我國飼料業(yè)常用原料玉米和豆粕則面臨著供需緊張和周期波動的突出問題，急需尋求替代解決途徑。稻谷營養(yǎng)價值與玉米相近，采用庫存稻谷及其加工副產(chǎn)物部分替代畜禽飼糧中的玉米和豆粕，可以減輕玉米和豆粕進(jìn)口的壓力，應(yīng)用潛力巨大，但如何實現(xiàn)庫存稻谷在畜禽飼糧中的合理應(yīng)用仍有很多問題亟需研究。本文將著重闡述稻米及其加工副產(chǎn)物的營養(yǎng)價值及其在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進(jìn)展。

1 稻米資源的營養(yǎng)特性

1.1 稻谷、糙米和玉米的營養(yǎng)價值比較

我國水稻按品種可分為粳稻和秈稻，按播種季節(jié)可分為早稻、中稻和晚稻。稻谷主要由稻殼和糙米組成，其中稻殼約占稻谷重量的20%，粗纖維含量高達(dá)40%。稻谷脫殼后所得的糙米由果皮、種皮、外胚乳、胚乳及胚組成，種皮含有戊聚糖等非淀粉多糖，胚乳除含少量蛋白質(zhì)外，主要成分是淀粉。

從表1可以看出，稻谷粗纖維含量高于玉米和糙米，有效能值低于玉米。糙米除粗纖維含量低于玉米外，必需氨基酸(除組氨酸和亮氨酸外)含量高于玉米，氨基酸消化率與玉米相近，亞油酸和亞麻酸的比例大約是玉米的2倍。糙米的總淀粉含量略高于玉米，直鏈淀粉含量低于玉米[3-4]，其淀粉顆粒較小(3～8 μm)，與玉米相比更易消化[5-6]。由此可見，糙米的營養(yǎng)價值與玉米接近。有研究表明，稻谷在飼糧中添加比例過高會對動物的生長性能產(chǎn)生不利影響，而糙米的飼用效果優(yōu)于稻谷，用糙米替代玉米是可行的[7]。

表1 稻米和玉米的主要營養(yǎng)成分含量(飼喂基礎(chǔ))

1.2 稻谷加工副產(chǎn)物的營養(yǎng)價值

稻谷制米過程中會產(chǎn)生一系列副產(chǎn)物，主要有碎米(2%～3%)、米糠(約6.4%)和大米次粉(2.0%～2.5%)[9](圖1)。其中，碎米為加工過程中大米被碾碎所形成的，其粗蛋白質(zhì)含量高于稻谷[10]。米糠是大米碾米過程中產(chǎn)生的糙米外皮，主要包括種皮、糊粉層和外胚乳[11]，含粗蛋白質(zhì)12.8%、粗纖維5.7%、粗脂肪16.5%、無氮浸出物44.5%、粗灰分7.3%，是一種良好的膳食纖維來源，還富含礦物質(zhì)及生育酚、角鯊烯等多種生理活性物質(zhì)[12]。脫脂米糠是米糠脫脂后得到的副產(chǎn)物，含粗蛋白質(zhì)15.0%、粗脂肪9.2%、粗纖維20.9%、無氮浸出物49.3%、粗灰分13.0%[13-15]。大米次粉是大米加工過程中去除米糠后得到的粉狀物，多為淀粉(80%)和蛋白質(zhì)(8%)的混合物[16-17]。米糠等稻米加工副產(chǎn)物已在畜禽養(yǎng)殖中廣泛使用[18-19]。

圖1 稻谷的加工工藝流程

米糠和碎米等副產(chǎn)物可以用來制備大米蛋白。大米蛋白與大豆蛋白相比抗?fàn)I養(yǎng)因子含量較低[20-21]，氨基酸組成較均衡，含有多種微量元素、生物活性物質(zhì)等[22]，營養(yǎng)價值高[23-24]。大米蛋白粉可以按一定比例替代早期斷奶仔豬飼糧中的乳清蛋白粉。

1.3 庫存稻谷的營養(yǎng)價值

糧食的品質(zhì)會隨著儲藏時間的延長及溫度、濕度等儲藏條件的變化發(fā)生一系列改變[25]，如陳化小麥和陳化玉米中酶活性和淀粉含量降低、脂肪酸值升高、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[26]。有關(guān)庫存稻谷品質(zhì)變化的研究較多，例如稻谷在儲存期間蛋白質(zhì)的總量基本保持不變，水溶性和鹽溶性蛋白質(zhì)比例下降，谷蛋白平均分子質(zhì)量增加[27-28]，部分巰基(-SH)被氧化成二硫鍵(-S-S-)，非淀粉粒蛋白與淀粉相互作用增強(qiáng)形成致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制了淀粉粒的膨脹，降低了蛋白質(zhì)和淀粉的可消化性[29-30]；同時，隨著稻谷蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的改變，賴氨酸和色氨酸等氨基酸極易發(fā)生氧化[31]。陳化稻谷中總淀粉含量變化較小，但不溶性直鏈淀粉比例增加、支鏈淀粉比例降低，淀粉在陳化過程中氫鍵形成高晶格化微束，影響淀粉的消化利用[32]。稻谷中脂質(zhì)的含量較低，占1%～3%，但在儲存過程中脂質(zhì)易發(fā)生氧化產(chǎn)生游離脂肪酸和醛、酮類物質(zhì)[33]，直接導(dǎo)致稻米品質(zhì)劣變和酸敗，因此，與蛋白質(zhì)和淀粉相比，脂質(zhì)對稻谷的影響更大。此外，稻谷在較差的儲存條件下可能產(chǎn)生玉米赤霉烯酮、黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、單端孢霉烯族毒素等真菌毒素[34-35]，當(dāng)其含量超過國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時，禁止在食品和飼糧中使用。

2 稻米資源的抗?fàn)I養(yǎng)特性及營養(yǎng)改善措施

2.1 稻谷和糙米

稻谷的抗?fàn)I養(yǎng)因子主要是水溶性非淀粉多糖(如β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖)、纖維素、木質(zhì)素，大部分存在于稻殼中，少量存在于種皮和糊粉層中，胚乳中含量較低[36]。稻谷中的此類抗?fàn)I養(yǎng)因子會顯著降低畜禽對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。非淀粉多糖是限制稻谷在畜禽飼糧中大量使用的主要原因，可通過稻谷去殼、減少稻谷添加量和在飼糧中添加酶制劑等方法進(jìn)行改善。稻殼中還含有胰蛋白酶抑制劑和植物凝集素等熱敏性抗?fàn)I養(yǎng)因子，可通過熱處理使其失活[37]。糙米是稻谷脫殼后的穎果，與稻谷相比含有較少的抗?fàn)I養(yǎng)因子，較精米含有更高的營養(yǎng)成分。糙米含有少量的植酸和胰蛋白酶抑制劑，會降低礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)的消化吸收，可采用糙米酵素法、發(fā)芽法去除[38-39]。為了克服稻谷作為飼料原料在其營養(yǎng)價值上的缺陷，近年來很多研究集中于通過使用外源酶制劑、預(yù)混料和濃縮料配制技術(shù)或添加少量高能物質(zhì)，以提高稻谷的飼用價值。

2.2 稻谷加工副產(chǎn)物

米糠中的抗?fàn)I養(yǎng)因子主要集中在米糠的外皮部分[40-41]，有非淀粉多糖(25%～30%)、植酸(5.5%～7.5%)[42]、胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素、生長抑制因子等。非淀粉多糖是對家禽消化代謝產(chǎn)生負(fù)面影響的主要因素[43]，將米糠添加到蛋雞[44]、肉雞[45]飼糧中會顯著降低其生產(chǎn)性能。此外，米糠中植酸的含量較高[43]，單胃動物小腸中由于不含植酸酶[46]，植酸會抑制腸道對蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)的消化和吸收，在米糠中添加植酸酶可以顯著改善其營養(yǎng)價值[47]。常見的消除米糠中抗?fàn)I養(yǎng)因子的方法有加熱法、浸泡法、化學(xué)法、生物學(xué)法(添加酶制劑法和育種法)、限制喂量法。大米加工過程中的碎米和大米次粉等其他副產(chǎn)物也存在與米糠類似的抗?fàn)I養(yǎng)因子，大量應(yīng)用到飼糧中時也應(yīng)考慮其抗?fàn)I養(yǎng)因子的負(fù)面作用。

2.3 庫存稻谷

在庫存稻谷營養(yǎng)成分和毒素含量符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)時，可以通過不同的加工處理方式和使用飼料添加劑等來改善庫存稻谷的營養(yǎng)價值。例如，針對陳化稻谷淀粉結(jié)構(gòu)改變和消化率降低的問題，可采用擠壓膨化技術(shù)提高畜禽對淀粉的消化率[32]，該技術(shù)對玉米[48]、大豆[49]等其他谷物也有類似的改善效果。飼喂長期儲存的糧食會降低畜禽的免疫功能和抗氧化功能[50-51]，而通過添加抗氧化劑則可以顯著改善脂肪氧化對畜禽造成的不利影響[52]。常用的抗氧化劑有維生素E、茶多酚等，它們在提高機(jī)體抗氧化功能的同時還可提高畜禽的生長性能[53]。除此之外，庫存稻谷在畜禽飼糧中應(yīng)用時可采用添加吸附劑等方法進(jìn)行霉菌毒素的脫毒[54]，水合鋁硅酸鈉鈣、活性炭是常見的飼料霉菌毒素脫毒吸附劑，通過水合鋁硅酸鈉鈣可有效降低黃曲霉毒素含量，而活性炭可有效降低玉米赤霉烯酮含量[55]。

3 稻米資源在畜禽和水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 稻谷和糙米在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

有研究表明，稻谷替代玉米的比例在40%～50%時對肉雞的料重比、屠宰性能無顯著影響[56-57]，而當(dāng)替代比例達(dá)到100%時，肉雞的增重、腹脂率顯著降低[7,56]。糙米替代玉米的比例在40%～50%時對肉雞的生長性能有提高作用[57-58]，當(dāng)糙米替代玉米比例大于50%時，肉雞對糙米中各種營養(yǎng)成分的表觀利用率和真利用率高于玉米[59-60]，生長性能得到改善。也有研究表明，糙米部分或完全替代玉米對肉雞的生長性能無顯著影響[57,61](表2)。對蛋雞而言，生長階段用稻谷和糙米替代50%～100%的玉米對蛋雞的采食量、日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)蛋性能均無顯著影響(表3)。

表2 稻谷和糙米替代玉米對肉雞生長性能和胴體性狀的影響

表3 稻谷和糙米替代玉米對蛋雞生產(chǎn)性能的影響

飼糧谷物結(jié)構(gòu)對家禽腸道形態(tài)和發(fā)育具有重要的影響。有研究證明，適當(dāng)?shù)奶岣唢暭Z中不溶性纖維的含量可以促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)與消化酶之間的接觸，因此稻谷型飼糧可能比玉米型飼糧更有益于肉雞腸道的健康[62-63]。而飼喂稻谷和糙米型飼糧的肉雞的胃pH低于飼喂玉米型飼糧的肉雞，可能是稻谷和糙米中較高含量的纖維通過機(jī)械感受器刺激前腸系膜產(chǎn)生更多鹽酸，從而降低了胃腸道上部的pH[64-65]。此外，用稻谷和糙米替代飼糧中的玉米有助于肉雞回腸絨毛高度和隱窩深度比值的增加[66]。

3.2 稻谷和糙米在家畜生產(chǎn)中的應(yīng)用

稻谷和糙米替代玉米作為能量飼料在家畜上的飼用效果見表4。有研究表明，稻谷替代玉米比例為70%、100%時會對豬的生長性能產(chǎn)生不利影響，具體表現(xiàn)為豬的采食量下降，營養(yǎng)物質(zhì)消化率降低，腹瀉率升高，可通過添加酶制劑改善這一情況，達(dá)到與普通玉米相當(dāng)?shù)娘曫B(yǎng)效果[73]。大部分研究選擇采用糙米替代玉米，且隨著糙米替代玉米比例的增加，育肥豬的日增重和料重比得到改善[74]。糙米替代玉米比例為40%、50%時可提高豬的瘦肉率和屠宰性能[75]，替代比例為100%時可提高豬的氨基酸消化率和生長速度[76]。也有研究表明糙米替代玉米的比例為50%、100%時飼養(yǎng)效果差異均不顯著[75,77]。

表4 稻谷和糙米替代玉米對豬生長性能的影響

與玉米相比，糙米對家畜生產(chǎn)性能有所改善的原因可能是糙米中異亮氨酸和亮氨酸的平衡比玉米更好，異亮氨酸在低異亮氨酸飼糧中發(fā)揮重要作用，并可能影響斷奶仔豬的生長性能[78]。此外，糙米粗纖維含量比玉米低，有利于豬對飼糧養(yǎng)分的吸收和利用。而糙米適口性較玉米差，且葉黃素含量較玉米低[79]，添加到斷奶仔豬飼糧中時可采取將糙米磨得更細(xì)或調(diào)整預(yù)混料等措施進(jìn)行改善[70]。

3.3 稻谷加工副產(chǎn)物在畜禽和水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

米糠、脫脂米糠、大米次粉都是良好的飼料原料(表5)，然而，稻谷加工副產(chǎn)物中的抗?fàn)I養(yǎng)因子會影響飼養(yǎng)效果，生產(chǎn)中可通過添加酶制劑進(jìn)行改善。目前，米糠在畜禽飼糧中的添加量在1%～50%，隨著米糠和脫脂米糠添加量的增加，飼養(yǎng)效果下降，具體表現(xiàn)在消化能、代謝能的下降和采食量的降低[85-86]。飼糧中米糠添加量為34.8%時，對生長豬的日增重、屠宰性能等無顯著影響，但可改善豬肉脂肪酸組成[85]，促進(jìn)豬的腸道健康[87]。研究表明，米糠和酶制劑同時添加可以提高肉雞的生長性能[88]、蛋雞的蛋品質(zhì)和產(chǎn)蛋率[89-90]，改善豬肉品質(zhì)[91-92]和豬的生長性能[93-94]。大米次粉應(yīng)用于家畜飼養(yǎng)的研究較少，當(dāng)添加量為20%、50%時，豬的料重比呈下降趨勢，但差異不顯著[19]。

表5 稻谷加工副產(chǎn)物對畜禽生長或生產(chǎn)性能的影響

除此之外，大米蛋白粉可以替代魚粉應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中[95]，改善水產(chǎn)養(yǎng)殖中魚粉供應(yīng)不足的問題[96]。有研究表明，在虹鱒和黑頭鯛飼料中添加20%的大米蛋白粉時飼養(yǎng)效果良好[97]；在黃鱔飼料中添加50%～70%的大米蛋白粉替代魚粉可顯著提高肝臟脂蛋白酶、肝脂酶和總脂酶活性[98]；大米蛋白粉應(yīng)用于凡納濱對蝦飼料時最多可以替代60%的魚粉[99]。

3.4 庫存稻谷在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，關(guān)于庫存稻谷在畜禽飼糧中應(yīng)用的研究較少。在家禽上的研究表明，采用儲存7年的陳化稻糙米替代肉鴨飼糧中70%的玉米，對肉鴨日增重和料重比無顯著影響[100]。在豬上的研究表明，儲存3年的糙米與新收獲糙米在營養(yǎng)成分含量無明顯差異，且對斷奶仔豬和生長豬的生長性能無不良影響[101]。

有關(guān)庫存玉米在畜禽飼糧中應(yīng)用的研究較多。例如，有研究表明，在較好的儲藏條件下，儲藏3年的玉米飼喂仔豬可取得與當(dāng)年收獲玉米相同的效果[25]。在家禽上的研究表明，儲存較好的陳化玉米對肉鴨和肉雞的采食量、料重比無顯著影響[102-103]。儲存不當(dāng)?shù)年惢衩字|(zhì)發(fā)生氧化且含有較高的赤霉烯酮和麥角素等毒素，不僅會影響豬肉的品質(zhì)[104-105]，對斷奶仔豬的生長性能也造成負(fù)面影響[106]，應(yīng)用于母豬飼糧還會對母豬的繁殖性能造成不利影響[107-108]。

5 小 結(jié)

本文主要綜述了國內(nèi)外關(guān)于稻谷及其加工副產(chǎn)物、庫存稻谷的營養(yǎng)價值、抗?fàn)I養(yǎng)特性及相應(yīng)改善措施，以及在畜禽飼糧中的應(yīng)用情況。稻谷、糙米和稻谷加工副產(chǎn)物具有較高的營養(yǎng)價值，在一定條件下可合理應(yīng)用于畜禽飼糧中，具有和玉米相當(dāng)?shù)娘曃剐ЧＴ谑褂脦齑娴竟葧r應(yīng)重點關(guān)注稻谷的儲藏條件及儲存時間對其營養(yǎng)成分、霉菌毒素含量以及脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化的影響，在母豬及斷奶仔豬飼糧中應(yīng)謹(jǐn)慎使用庫存稻谷。此外，針對稻谷及其加工副產(chǎn)物中粗纖維、非淀粉多糖和其他抗?fàn)I養(yǎng)因子含量較高的問題，以及庫存稻谷在畜禽飼糧中的應(yīng)用效果，仍有待進(jìn)一步研究。