1.前言
穀物飼料是反芻動物的重要能量物質。在常見的穀物籽實中,澱粉的含量較高(約占52%-78%),容易被動物消化吸收,並且利用效率高。澱粉在瘤胃中降解的終產物為揮發性脂肪酸(VFA),VFA的營養意義在於能夠為反芻動物提供能量需求的70%-80%。近jin四si十shi多duo年nian來lai,由you於yu西xi方fang一yi些xie國guo家jia的de穀gu物wu飼si料liao的de價jia格ge低di於yu幹gan草cao的de價jia格ge,穀gu物wu產chan品pin被bei廣guang泛fan用yong作zuo反fan芻chu動dong物wu生sheng產chan的de主zhu要yao飼si料liao。在zai我wo國guo,穀gu物wu飼si料liao應ying用yong也ye非fei常chang廣guang泛fan,但dan價jia格ge通tong常chang高gao於yu幹gan草cao。一yi般ban來lai說shuo,加jia工gong處chu理li可ke在zai一yi定ding程cheng度du上shang改gai善shan瘤liu胃wei微wei生sheng物wu及ji總zong消xiao化hua道dao的de營ying養yang利li用yong效xiao率lv(韓正康,1988),因此,對穀物飼料進行加工處理以提高其利用率的研究十分必要。
2. 穀物澱粉的營養生理作用及其加工的必要性
澱粉在瘤胃內大部分被微生物發酵為VFA,一部分VFA作為碳架,被整合為微生物蛋白;另一部分VFA經瘤胃吸收進入血液參與代謝。未被瘤胃降解的澱粉直接進入皺胃和小腸(過瘤胃澱粉),在消化酶的作用下分解為葡萄糖後被吸收利用。小腸中未被消化吸收的澱粉和葡萄糖,在進入到大腸後又被微生物發酵,部分吸收後,排出體外。
澱粉在瘤胃中迅速降解,僅有少量澱粉能夠逃過瘤胃發酵而直接進入小腸(約占10%-30%),而且VFA的迅速生成會降低瘤胃的pH值,這樣就破壞了瘤胃發酵的正常進行,造成飼料分解和微生物合成之間不平衡。保持一定比例的澱粉對於有效利用瘤胃中的N源(yuan)和(he)提(ti)高(gao)微(wei)生(sheng)物(wu)蛋(dan)白(bai)質(zhi)合(he)成(cheng)效(xiao)率(lv)是(shi)必(bi)須(xu)的(de),但(dan)過(guo)量(liang)的(de)澱(dian)粉(fen)在(zai)瘤(liu)胃(wei)中(zhong)發(fa)酵(jiao)會(hui)導(dao)致(zhi)瘤(liu)胃(wei)內(nei)環(huan)境(jing)的(de)改(gai)變(bian),影(ying)響(xiang)營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)的(de)利(li)用(yong)效(xiao)率(lv),甚(shen)至(zhi)引(yin)起(qi)代(dai)謝(xie)疾(ji)病(bing)。如(ru)果(guo)日(ri)糧(liang)中(zhong)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)非(fei)結(jie)構(gou)性(xing)碳(tan)水(shui)化(hua)合(he)物(wu)NSC(澱粉及非澱粉多糖等)能夠避免瘤胃發酵,動物的生產力會提高(Bruchem,1991)。因為逃過瘤胃發酵的NSC不但能為動物提供更多的葡萄糖,而且可以防止瘤胃發酵損失(Tamminga,Jansman, 1993);為動物提供的葡萄糖可以作為乳糖的重要前體,節省氨基酸的利用,並可提高奶牛的產奶量。
對穀物飼料進行加工處理可以在一定程度上調控瘤胃降解澱粉和過瘤胃澱粉的比例,使動物發揮出最佳的生產性能。
3.加工處理對穀物澱粉營養價值的影響及其可能機理
加工處理可以改變澱粉在整個消化道的消化部位和消化程度(Huntington, 1997)。加工處理的方法很多,主要包括物理加工(如膨化﹑烘烤﹑製粒﹑破碎﹑磨碎﹑碾壓﹑蒸汽壓片等)、化學加工(如堿處理)和生物學加工(如酶製劑)等。目前生產中應用較多的是對穀物飼料進行物理加工。加工的時間、溫度、水分含量和顆粒大小都會影響加工效果。
澱粉表麵被蛋白質基質和脂肪所包圍,其表麵有時也有鋸齒﹑小溝﹑裂縫或小孔,可作為微生物和酶進攻的位點。一些加工處理方法(破碎﹑磨碎﹑碾壓)可破碎穀物顆粒的外種皮,使其顆粒減小,表麵積增加,增大瘤胃微生物和酶進入的機會,加快瘤胃對澱粉的消化速度,從而提高其營養價值。
生澱粉(β-澱粉)的de分fen子zi排pai列lie緊jin密mi,能neng形xing成cheng囊nang狀zhuang的de膠jiao囊nang,彼bi此ci的de間jian隙xi較jiao小xiao,但dan在zai水shui中zhong加jia熱re時shi,部bu分fen膠jiao囊nang會hui被bei溶rong解jie,形xing成cheng空kong隙xi,水shui分fen子zi便bian可ke由you此ci滲shen入ru澱dian粉fen分fen子zi的de內nei部bu;再繼續加熱達到糊化溫度時,膠囊會全部崩潰,分子間鍵斷裂, 形成的糊化澱粉(α-澱粉)更易被酶消化。膨化就是當水分處於高溫、高壓條件下,突然減壓,瞬間汽化,填充在間隙內的水產生強大的膨化力,促使澱粉體積膨脹而呈多孔狀。
不同的加工方法會使穀物澱粉的瘤胃降解率發生改變。大多數情況下,用蒸汽和剝皮結合處理(例如蒸汽壓片、膨化擠壓)可使瘤胃澱粉降解率提高,而烘烤處理則使瘤胃澱粉降解率顯著降低(Nocek,Tamminga,1991)。
大多數加工方法使瘤胃中的澱粉降解增加,通常也使進入小腸的澱粉的消化增加,有時可能對過瘤胃澱粉的增加更有利(Owens,Zinn,Kim, 1986)。與精細磨碎的玉米相比較,飼喂整粒的玉米使瘤胃澱粉降解率降低;較大顆粒的澱粉可能不易被小腸內的酶消化,而且顆粒和密度較大的玉米顆粒流通加快,使整個消化道的降解率降低。(Owens,Zinn,Kim,1986)。
加工處理必須掌握一個“度”,否則過猶不及。高溫長時間加工時,可能使澱粉過度保護,碳水化合物與氨基酸發生美拉德反應(Millard Reaction),形成複雜的化合物,既不能在瘤胃中降解也不能在小腸中消化。
4.穀物澱粉的加工處理在奶牛生產中的應用
據Y.Ying 報道,在幹乳期及泌乳期飼喂高水分玉米(HMC),可提高奶牛瘤胃內有機物和澱粉的消化率,增加瘤胃VFA的濃度。由於飼喂HMC,減小了瘤胃食糜的流出速度,從而改善了澱粉的消化率,但整個消化道的澱粉消化率未見提高。 R.B.Reis認為,飼喂HMC和精細粉碎的玉米,改善了奶牛各消化器官的幹物質(DM)和澱粉的消化率,提高了產奶量。B.P.Glem 報道,HMC:DC(低水分玉米)為6:4時, 提高了幹物質采食量(DMI)和產奶量。
L.G.Nussio 等人發現,用蒸汽壓片處理(SF)玉米時,提高澱粉消化率的效果要比細粉碎處理好,但出現了瘤胃pH值和纖維素消化率降低的現象,盡管提高了產奶量,但乳脂率有所下降。Huber認ren為wei飼si喂wei壓ya扁bian薄bo片pian處chu理li的de高gao粱liang,在zai瘤liu胃wei內nei降jiang解jie率lv高gao於yu其qi他ta加jia工gong處chu理li方fang法fa,試shi驗yan效xiao果guo最zui理li想xiang。與yu未wei處chu理li的de高gao粱liang相xiang比bi,盡jin管guan產chan奶nai量liang沒mei有you差cha異yi,但dan提ti高gao了le飼si料liao利li用yong率lv和he乳ru蛋dan白bai含han量liang。這zhe可ke能neng與yu瘤liu胃wei微wei生sheng物wu合he成cheng數shu量liang增zeng加jia有you關guan。
有研究表明,粒度變小可以增加澱粉降解率(Thomas等,1988;Cerneau, Michalet, 1991)。奶牛飼料經過製粒處理,玉米澱粉瘤胃降解率從56%提高到62%,大麥澱粉從92%增加到94%,木薯澱粉從93%提高到96%。因yin為wei粒li度du減jian小xiao時shi降jiang解jie速su度du加jia快kuai,同tong時shi可ke能neng瘤liu胃wei流liu通tong速su率lv也ye高gao,這zhe樣yang會hui對dui慢man速su降jiang解jie的de纖xian維wei物wu質zhi的de降jiang解jie率lv不bu利li,而er中zhong速su降jiang解jie的de澱dian粉fen的de降jiang解jie率lv則ze增zeng加jia。
Peisker(1993) 報道,給奶牛飼喂膨化飼料比飼喂未膨化飼料產奶量提高。但有相反的結論,Arieli等(1995)研究認為膨化處理導致澱粉在瘤胃的降解率減少。Goelema(1999)則認為:膨化處理時的剪切力造成顆粒變小,而顆粒大小與澱粉凝膠化、liuweineidanbaizhihedianfendejiangjielvchengfuxiangguan。jianqielichulejianxiaokelidaxiao,haikenenggaibianlekelibiaomianjiegoushiqiduokong,shishuijierongyifasheng,yinerrongyizailiuweizhongfajiao。
5.研究展望
目mu前qian,國guo外wai的de研yan究jiu主zhu要yao集ji中zhong在zai用yong各ge種zhong不bu同tong的de加jia工gong方fang法fa處chu理li豆dou科ke和he禾he本ben科ke籽zi實shi,以yi改gai善shan澱dian粉fen在zai瘤liu胃wei和he小xiao腸chang中zhong的de降jiang解jie和he消xiao化hua特te性xing,從cong而er達da到dao優you化hua瘤liu胃wei發fa酵jiao,改gai善shan營ying養yang物wu質zhi利li用yong率lv,提ti高gao反fan芻chu動dong物wu生sheng產chan性xing能neng及ji減jian少shao環huan境jing汙wu染ran的de目mu的de。國guo外wai采cai取qu的de加jia工gong方fang法fa主zhu要yao有you高gao壓ya膨peng化hua、顆粒化、蒸zheng汽qi壓ya片pian等deng。隨sui著zhe加jia工gong技ji術shu的de逐zhu步bu改gai進jin,新xin的de方fang法fa還hai在zai不bu斷duan湧yong現xian,而er且qie加jia工gong處chu理li的de方fang法fa由you定ding性xing向xiang定ding量liang研yan究jiu轉zhuan變bian。我wo國guo在zai這zhe方fang麵mian的de研yan究jiu剛gang剛gang起qi步bu,國guo內nei的de加jia工gong處chu理li還hai停ting留liu在zai簡jian單dan的de粉fen碎sui上shang,而er且qie加jia工gong的de費fei用yong較jiao高gao。隨sui著zhe我wo國guo畜chu牧mu業ye生sheng產chan力li水shui平ping的de不bu斷duan提ti高gao,對dui穀gu物wu飼si料liao進jin行xing加jia工gong處chu理li潛qian力li很hen大da,有you待dai於yu進jin一yi步bu研yan究jiu和he開kai發fa。
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