饲料膨化技术在动物生产中的应用

    摘 要：膨化技术是现代饲料加工中普遍应用的一项技术。饲料通过膨化技术加工后，可以使饲料中的淀粉糊化和降解、蛋白质变性、降低抗营养因子、增加适口性等诸多优点；但也存在生成不易消化物质、破坏维生素、增加成本等不利因素。文章概述了饲料膨化技术及其优缺点。
    关键词：膨化；优点；缺点；饲料

    1 膨化技术
    膨化技术是指含有一定水分的物料被送入挤压膨化机中，在螺杆、螺旋的推动作用下，物料向前成轴向移动，物料与螺旋、物料与机筒以及物料内部的机械磨擦作用，物料被强烈地挤压、搅拌、剪切，使物料进一步细化、均化，随之机腔内部压力和温度不断加大和升高，物料在高温、高压、高剪切力的作用下，使物料组分发生了复杂的物化变化。最后糊状物料由模孔喷出，瞬间产生了压力差，物料被膨化，形成结构疏松、多孔、酥脆的膨化产品，从而达到挤压膨化的目的。膨化过程中，物料在质构、组织和外观上都发生了很大的变化。物料膨化的效果与挤压温度、进料速度、原料水分、螺杆转速、模口大小等技术参数关系密切。

    2 膨化技术的优点
    饲料原料经膨化处理后，具有独特的香味和蓬松感，适口性好，糊化度高，具有很好的诱食作用。同时，部分蛋白质和脂肪等有机物的长链结构变为短链结构，使动物更容易消化吸收。
    2.1 淀粉糊化和降解
    挤压膨化后，淀粉主要发生了两方面的变化。一是淀粉糊化，膨化过程拆散生玉米中淀粉分子的致密的晶体结构，晶体结构开始吸水解体，氢键开始断裂，膨胀的淀粉颗粒破裂，变成一种黏稠的熔融体。在膨化机出口处由于瞬间压力骤降，蒸汽瞬间散失使大量的膨胀淀粉颗粒崩解，淀粉糊化，形成有许多微孔的膨化玉米。另一方面是淀粉降解，淀粉平均分子量明显减小，通过裂解可以产生麦芽糊精等小分子寡糖。糊化的淀粉具有很强的吸水性和比普通淀粉强得多的黏接功能，可减少生产中淀粉的使用量，为其他原料提供了更多的选择机会。糊化淀粉将蛋白质紧密地与淀粉基质结合在一起，形成瘤胃不可降解蛋白，即过瘤胃蛋白，可提高反刍动物对蛋白质的利用。
    2.2 蛋白质变性
    含蛋白质的物料在挤压机内受到高温、高压、高剪切力的综合作用，蛋白质的3级和4级结构被破坏，蛋白质分子结构伸展、重组，表面趋向均匀化，分子间氢键、二硫键等部分断裂，导致蛋白质最终变性。蛋白质产生变性的程度与挤压过程中的参数有密切关系。膨化过程也钝化了许多抗营养因子，如大豆中的尿酶、胰蛋白酶抑制因子和血球凝聚素，菜籽粕中的芥子酶及其分解硫苷产生的芥子甙等多酚类化合物，棉籽中的棉酚等。
    羽毛是禽类表皮细胞角质化的衍生物，占体重5%～11%。羽毛杆及其下脚料是家禽屠宰加工或羽绒制品的副产品，蛋白质含量75%～90%，它是一种优质饲料蛋白质原料。但羽毛粉的蛋白质多数是由几条多肽链沿纤维轴平行螺旋排列而成的一种索状结构，链间含大量的交联键、二硫键、氢键及疏水作用力，因此其结构非常稳定，不易被动物消化利用。未经处理的羽毛粉饲用价值非常低，体外胃蛋白酶消化率仅为7%左右。经过膨化后，羽毛中角质蛋白变性，破解角质蛋白的空间结构，使其变成可消化吸收的状态，提高了消化率。研究表明，膨化羽毛粉体外消化率可达70%以上，高于水解羽毛粉20%～30%。
    2.3 脂肪释放
    挤压加工破坏油籽的细胞壁，使其中的油脂释放出来，这种加工方法能改善油脂的利用率。在理想的加工条件下，这样加工的脂肪的消化率接近浸出粕加工提取的油脂的消化率。膨化还可将脂肪与淀粉或蛋白一起形成复合产物脂蛋白或脂多糖，降低了游离脂肪酸含量，同时钝化了脂酶，抑制了油脂的降解，减少了产品贮存与运输过程中油脂成分的酸败。
    2.4 增加适口性和消化率
    膨化的饲料的颗粒度小、酥脆，且放出焦香味，适口性提高。膨化后的饲料呈松散无序的结构，这种变化为酶的作用提供了更大的接触面积，空间位阻减小，淀粉链和肽链裸露，加快了酶的作用速度，有利于饲料的消化吸收，进而提高了饲料消化率。
    2.5 提高纤维可溶性
    大量研究表明，挤压膨化可以大大降低饲料中粗纤维含量。通过挤压膨化技术，在挤压中由于加湿、加温、加压和膨胀作用，使细胞间及细胞壁内各层木质素熔化，部分氢键断裂，结晶度降低，高分子物质发生分解反应，使原来的紧密结构变得蓬松，释放出部分可消化物质，从而提高了饲料的利用率。因此，挤压膨化加工明显提高了纤维素的消化率。
    2.6 延长饲料保质期、减少致病菌
    饲料膨化最基本的作用就是减少了原料中的细菌、霉菌和真菌的含量，从而提高了饲料的卫生品质。如在高温、高压的膨化过程中，饲料中的大肠杆菌、霉菌、黄曲霉等致病菌被杀灭，可有效降低大肠杆菌病、肠炎和下痢等疾病的发生率。

    3 膨化技术的缺点
    挤压膨化加工过程中，饲料中的淀粉和脂类形成了淀粉脂类络合物，这类络合物在体外消化试验中能够抵抗α－淀粉酶的作用。饲料在某些挤压加工条件下，饲料中的还原糖和游离氨基酸之间发生美拉得反应，减少了饲料中还原糖和游离氨基酸的含量，产生的复合物不被动物消化吸收，导致了饲料中蛋白质消化率和氨基酸有效性的降低。
    温度、压力、摩擦和水分蒸发都会导致维生素损失。美国学者报道，在膨化饲料中，维生素A、维生素D、叶酸损失11%，单硝酸硫铵素与盐酸硫铵素的损失率分别为11%、17%，维生素K与维生素C的损失率为50%。
    膨化机的购置费、膨化机的电费、维护费和折旧费、人工费等费用，最后都加在膨化饲料成本上，这样就必然会提高膨化饲料的价格，增加了养殖的成本。

    4 膨化技术在动物生产中的应用
    4.1 膨化技术在猪生产中的应用
    乳猪由于其消化功能尚未发育健全，对饲料的要求很高。未经膨化过的饲料由于淀粉糊化度不够，灭菌情况不理想，极容易引起仔猪消化道的应激反应，造成腹泻下痢。有研究表明，膨化处理可以减轻或破坏大豆蛋白质中某些球蛋白抗原成分而引致的过敏反应，有利于预防仔猪腹泻。
    研究表明，膨化饲料与硬颗粒料相比，可降低饲养成本，缩短育肥时间，带来较大的经济效益。
    胡迎利（2001）年选取40头大约克仔猪，按2×2因子设计，研究20%和17%两个日粮蛋白质水平下膨化与不膨化对仔猪生产性能的影响。低蛋白质组不膨化，其生产性能明显不如高蛋白质组（P<0.05），但经膨化处理后，与高蛋白质组没有明显差别（P>0.05）。
    周兆毅（1995）选用同品种杂交的母猪77头，随机分为两组，一组为普通硬颗粒料，一组用膨化饲料饲喂，两组互为对照。在饲料生产过程中，膨化机前后道挤压膨化腔技术参数为： 前道温度为135℃，后道温度为75℃，压力为350kPa，制粒机制粒温度为82℃，蒸气压力为400kPa。结果表明，膨化饲料组平均日增重高36.4kg，提高了14.1%，同时降低了耗料量和饲养成本。除VC、VK、VE的损失率较大外，膨化饲料中各种维生素的保存率与普通硬颗粒饲料差异不大。湖北省农科院用膨化双低菜籽配制高能母猪日粮，效果略优于膨化大豆配制的仔猪日粮，可使母猪泌乳力提高10.4%；哺乳仔猪日增重提高9.7%；使母猪哺乳期（28d）失重较普通哺乳母猪料减少12.8%；饲料效率比普通母猪日粮组提高18.9%。
    研究表明，膨化猪饲料不仅能提高猪的生产性能，还能够降低生产过程中的污染。
    4.2 膨化技术在反刍动物生产中的应用
    利用膨化技术可以提高反刍动物对尿素的利用率，增加过瘤胃蛋白质的量，减少饲料中动物蛋白质和植物蛋白质的添加量，提高反刍动物对饲料的消化利用，从而达到降低饲养成本的作用（表1）。齐智利等（2007）研究膨化玉米在泌乳奶牛瘤胃内干物质和淀粉降解的规律，结果表明，膨化玉米能明显提高干物质和淀粉在泌乳奶牛瘤胃中的降解率（P<0.05），随着挤压膨化温度的升高，干物质和淀粉的瘤胃降解率线性下降。

表1 膨化技术对过瘤胃蛋白含量的影响

    Maiga（1992）报道，在1～12周采食膨化豆饼的荷斯坦犊牛的日增生稍高于普通豆饼组（P<0.08），干物质采食量稍高于普通豆饼组（P<0.05），二组间料肉比类似。
    膨化日粮饲喂奶牛后，其乳脂率有降低的趋势，其增乳效果与奶牛的日产奶量有关。一般来说，越是低产的奶牛增乳效果越不明显，随产奶量的增加，其增乳效果越强。或者说，只有产奶量达到一定水平后，添加膨化日粮才会有反应（Kvasha，1994）。而且，不同的饲料膨化后，其增乳效果也不相同。有研究表明，膨化日粮对肉牛和犊牛的增重效果也与饲料品种相关，膨化大麦的日增重效果较好，而膨化大豆或豆粕的日增重效果相对较差。Kvasha（1994）报道，在以小麦和大麦为基础的奶牛日粮中添加膨化油菜籽，可以使产奶量增加14.7%。Mccoy（1992）报道，饲喂膨化棉籽和全脂大豆的产奶量显著高于豆饼组，乳脂率、乳蛋白率比豆饼组低，但4%标准乳二组差异不显著。
    蒋林树等（2007）研究表明，膨化大豆与全脂大豆相比，可以明显改善牛乳的品质，提高组织中的长链不饱和脂肪酸的比例。

    5 小结
    饲料的膨化加工技术在近十几年迅速发展起来，这是膨化加工设备日益改进和加工工艺水平日益提高，促使膨化饲料品质改善和加工成本降低的结果。同时，也得益于对膨化饲料的营养学、酶学、物理性状、卫生学等领域内的研究成果，促成了在配合饲料工业上的应用。
    与单一作用的化学处理相比，膨化技术能够以较低的成本获得多重效果，如增加瘤胃蛋白质，影响营养物质在瘤胃中的降解，使产品无菌化，等等，从而使产品结构更符合动物的营养需求。但众多学者的研究并不完全一致，造成这些研究结果有出入的很大一部分原因就在于饲料原料的膨化工艺和膨化程度不一致。所以，在实际应用中还有一些问题需要得到解决，如生产各种膨化饲料适宜的工作参数，膨化饲料膨化程度的测定等。
    （参考文献略）