储存时间对玉米猪有效能值和营养物质消化率的影响

赵金标 张 刚 李忠超 宋孝明 刘 岭

(中国农业大学动物科学技术学院，农业农村部饲料工业中心，动物营养学国家重点实验室，北京 100193)

随着全世界人口数量的剧增，人们除了对肉、蛋、奶等食物的需求不断增加外，对于玉米等谷物饲粮的需求也急剧增加。中国是世界上玉米生产大国，也是消费大国。2019年，我国玉米的总产量高达2.35亿t，种植面积将近4 000万hm2。玉米主要可以划分为三大用途，其中70%用于畜牧业、20%用于工业生产、10%用作人类口粮[1]。由于玉米主要被用于畜牧生产和饲料工业，因此提高玉米在动物上的利用效率具有重要的意义。

玉米作为饲粮的营养价值受众多因素影响，比如品种、储存时间、加工方式和种植环境等[2]。在中国，一部分玉米将被储存作为粮食安全和可持续发展的保障[3]。然而，随着储存时间的延长，由于玉米自身的呼吸作用，其淀粉、蛋白质和微量元素含量以及物理指标都会发生变化[4-5]。玉米收获后，在储存过程中将经历未后熟化、后熟化和陈化3个阶段。玉米后熟化阶段前，水分含量较高，内源酶活性强，呼吸作用强，非淀粉多糖和抗性淀粉含量高，不易被消化；熟化后，玉米内源酶活性明显下降，各种营养成分含量较为稳定，呼吸作用减弱；随着储存时间的进一步延长，玉米开始陈化，组织细胞老化，淀粉和蛋白质含量下降，脂肪酸、纤维含量逐渐增加，同时霉菌和及其分泌的毒素等有害物质逐渐增多，导致玉米的营养价值降低[6]。根据《玉米储存品质评价规则》，当玉米的脂肪酸值高于78 KOH mg/100 g时，就判定为重度不宜存，称为陈化玉米，用于动物饲料、食品加工、淀粉和酒精生产[7]。玉米陈化现象表现在食用品质和使用品质下降，严重陈化时食味明显变差，酸度明显增加[8]。我国玉米产量增长较快，在20多年内以125%的速度快速增长，阶段性过剩问题突出。为了推动玉米减少库存，一方面，国家推进农业供给侧结构性改革和玉米收储市场化改革，主动调减玉米种植面积，累计调减玉米种植面积5 000多万亩(1亩≈666.67 m2)；另一方面，在东北玉米主产区发展深加工产业。针对我国玉米阶段过剩问题，研究玉米在储存过程中营养品质变化规律及其在养猪生产中的饲用价值，这对于适当延长其储存期，解决粮食陈化问题具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

动物试验在农业农村部饲料工业中心丰宁动物试验基地(河北承德九运农牧有限公司院士工作站)进行，按照农业部饲料效价与安全监督检验测试中心(北京)的猪饲料营养价值评价技术规程进行所有试验操作。本研究中所采集的玉米均种植和收获于河北省，在河北省隆化县储备粮仓(河北省承德市隆化县357省道北侧；北纬41°72′，东经117°09′；温带季风气候)进行仓储，储存时间分别为1、2、3、4和5年。所有玉米均储存在砖砌平房仓内，仓房内侧空间长15.8 m、宽11.2 m、高7.8 m，通风良好。玉米的储存条件符合GB/T 7415—2008，使用编织袋分袋封口包装，每袋40 kg，初始干物质含量为88.92%，主要品种有先玉335、农大372和京科968，均为普通黄色马齿型玉米。采样过程参照国家标准《饲料采样》(GB/T 14699.1—2005)提供的方法进行，每5袋作为1个取样单位，每个取样单位随机选择包装袋取样，共得到样品约20 kg，混匀后缩样至10 kg。为保证样品的代表性，采用点收集法采集玉米样品，即分别从10个不同取样单位采集不同储存时间样品各100 kg。采取的玉米样品置于-20 ℃保存，待后续试验和分析。从中各取1 kg样品粉碎后备用，以检测常规营养成分含量。

1.2 试验设计

试验一：采用完全随机试验设计，选取30头初始体重为(45.21±1.51) kg的杜×长×大三元杂交去势公猪，分别饲喂5种玉米饲粮。每种玉米饲粮饲喂6头猪，每头猪作为1个重复。玉米饲粮由96.90%的玉米、1.70%的磷酸氢钙、0.30%的食盐、0.60%的石粉、0.50%的维生素与微量元素预混料组成。玉米作为唯一的能量来源，通过直接法计算玉米的消化能和代谢能。试验期19 d，其中7 d为消化代谢笼适应期，7 d为饲粮适应期，5 d为粪尿收集期。试验二：采用6×6拉丁方试验设计，选取6头初始体重为(32.61±1.15) kg装有简单T型瘘管的杜×长×大三元杂交去势公猪，分别饲喂1种无氮饲粮和5种玉米饲粮。玉米饲粮由96.60%的玉米、0.80%的石粉、1.50%的磷酸氢钙、0.30%的三氧化二铬、0.30%的食盐和0.50%的维生素与微量元素预混料组成。无氮饲粮由74.70%的玉米淀粉、3.00%的大豆油、15.00%的蔗糖、4.00%的醋酸纤维素、3%的磷酸氢钙、0.30%的三氧化二铬、0.45%的食盐、0.30%的碳酸钾、0.10%的氧化镁和0.50%的维生素与微量元素预混料组成。通过直接法和校正内源氨基酸计算玉米氨基酸的表观和标准回肠末端消化率。试验共6期，每期持续7 d，其中5 d为饲粮适应期，2 d为食糜收集期。试验一和试验二所用饲粮中维生素与矿物质营养水平参照《猪饲养标准》(NY/T 65—2004)[9]推荐值进行设计。

1.3 饲养管理

所有试验猪均单独饲养在猪专用不锈钢代谢笼中，代谢笼的规格为1.4 m×0.7 m×0.6 m。试验猪自由饮水，每天的采食量为其初始体重的4%[10]，每天09:00和16:00将饲粮分2次等量饲喂。试验期间每天不定时巡视，观察记录采食、饮水、排粪、瘘管护理等情况。每天对猪舍进行常规消毒，舍温控制在(21±3) ℃。每天17:00对圈舍进行清扫，保持猪舍环境的干净卫生。

1.4 样品收集

试验一采用全收粪法收集样品。收集期开始时，将收尿桶放置于代谢笼下面，并加入50 mL 6 mol/L盐酸(HCl)，混合均匀，将每头猪第15～19天连续5 d所收集的全部尿样解冻并充分混匀，取部分尿样装入50 mL离心管中，4 ℃静置待检。将收粪盘放置在猪笼漏缝板下，保证猪所排的粪全部落入收粪盘中。结束后将收集的粪进行称重，于65 ℃烘箱中烘72 h至风干状态，回潮24 h后至恒重，粉碎过60目筛，装袋备用。试验二在每期的第6天和第7天的08：00—18：00，使用橡皮筋将样品收集袋固定在瘘管上。每隔0.5 h更换1次收集袋以防止食糜发酵，取下的收集袋立刻转移到-20 ℃冰柜。试验结束后将每头猪每期的食糜混合，然后取500 mL使用冻干机进行真空冷冻干燥，最后置于4 ℃储存室待检。

1.5 检测指标和方法

玉米中干物质、粗蛋白质、粗脂肪、淀粉、粗灰分、铬和18种氨基酸含量分别按照GB/T 6435—2006[11]、GB/T 6432—1994[12]、GB/T 6433—2006[13]、GB/T 20194—2006[14]、GB/T 6438—2007[15]、GB/T 13088—2006[16]和GB/T 18246—2000[17]所述方法测定；中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量按照Van Soest等[18]报道的方法进行测定；总能按照国际标准ISO9831:1998推荐的方法使用氧弹式测热仪(Parr 6300，Parr公司，美国)测定。按照GB/T 21514—2008[19]所述方法测定玉米中脂肪酸含量，使用配备荧光检测器(Agilent 1100，Agilent Technologies，美国)的高效液相色谱仪定量玉米中霉菌毒素含量。

1.6 计算公式

猪玉米饲粮消化能、代谢能和营养物质表观全肠道消化率的计算公式参照Adeola[10]。

猪玉米饲粮消化能和代谢能的计算公式如下：

玉米饲粮消化能(MJ/kg，饲喂基础)=(食入的总能-排粪总能)/采食量；玉米饲粮代谢能(MJ/kg，饲喂基础)=(食入的总能-排粪总能-尿能)/采食量。

猪对玉米中营养物质表观全肠道消化率的计算公式如下：

营养物质表观全肠道消化率(%)=100×(饲粮营养物质摄入量-粪中营养物质排出量)/饲粮营养物质摄入量。

猪玉米消化能和代谢能的计算公式如下：

玉米消化能或代谢能(MJ/kg，饲喂基础)=玉米饲粮消化能或代谢能/0.969。

式中：0.969为玉米饲粮中玉米添加的比例。

玉米中氨基酸表观和标准回肠消化率的计算公式如下[20]：

氨基酸表观回肠末端消化率(%)=100-(待测饲粮铬含量×食糜氨基酸含量/食糜铬含量×待测饲粮氨基酸含量)×100；回肠内源氨基酸流量(g/kg)=食糜氨基酸含量×饲粮铬含量/食糜铬含量；氨基酸标准回肠末端消化率(%)=氨基酸表观回肠末端消化率+(回肠内源氨基酸流量/待测饲粮氨基酸含量)×100。

1.7 统计分析方法

试验数据采用SAS 9.2统计软件中GLM程序进行统计分析，以每头试验猪作为统计单位。不同的饲粮处理为固定效应，试验动物状态和试验期为随机效应。通过UNIVARIATE程序检验模型残差和等方差的正态分布，本试验数据无异常值。采用正交多项式对比(orthogonal polynomial contrasts)法检测储存时间的线性和二次效应。另外，在储备粮仓采用点取样法收集同一库存时间的6份样品作为6个重复，探究储存时间对玉米样品中营养物质含量的影响。所有试验结果均用最小二乘法的均值以及均值标准误(SEM)表示，P<0.05为差异显著，0.05

2 结果与分析

2.1 储存时间对玉米中营养物质以及霉菌毒素含量的影响

随着储存时间的延长，玉米中干物质和淀粉含量线性降低(P<0.05)，但是玉米中总能、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量并没有发生显著变化(P>0.05，表1)。另外，玉米中C16∶0、C18∶1、C18∶2、不饱和脂肪酸以及总脂肪酸含量随着储存时间的延长而线性增加(P<0.05，表2)。除了精氨酸，储存时间对玉米中粗蛋白质和氨基酸的含量均未产生显著影响(P>0.05，表3)。储存过程中玉米中霉菌毒素的含量并没有随储存时间的延长而呈线性或二次变化(P>0.05)，从数值上看，储存1年的玉米中玉米赤霉烯酮含量低于储存2、3、4、5年的玉米。

表1 不同储存时间玉米样品的常规营养成分和毒素含量(风干基础)

表2 不同储存时间玉米样品的脂肪酸组成(风干基础)

表3 不同储存时间玉米样品的氨基酸组成(风干基础)

2.2 储存时间对玉米消化能、代谢能和营养物质表观全肠道消化率的影响

随着储存时间的延长，玉米的消化能和代谢能线性降低(P<0.05，表4)。另外，除了干物质，玉米的总能、淀粉、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观全肠道消化率均随着储存时间的延长而呈现线性降低(P<0.05)。

表4 不同储存时间玉米样品的消化能、代谢能和营养物质表观全肠道消化率(风干基础)

2.3 储存时间对玉米粗蛋白质和氨基酸表观和标准回肠消化率的影响

随着储存时间的延长，玉米的粗蛋白质以及各氨基酸的表观和标准回肠末端消化率均呈线性降低(P<0.05，表5和表6)。

表5 不同储存时间玉米样品的粗蛋白质和氨基酸表观回肠末端消化率

表6 不同储存时间玉米样品的粗蛋白质和氨基酸标准回肠末端消化率

3 讨 论

3.1 储存时间对玉米营养价值的影响

研究显示，玉米储存2个月以上时，支链淀粉含量随储存时间的延长而降低，而直链淀粉和抗性淀粉的含量则逐渐增加[21]。在27 ℃和85%～90%的相对湿度下储存6个月，玉米淀粉的糊化焓变和峰值黏度随储存时间的延长而降低，淀粉和长支链淀粉的分子质量随储存时间的延长而减小，淀粉结晶度的百分比则增加[22]。本试验中，随着储存时间的延长，玉米中淀粉含量呈现线性降低。由于本研究没有检测不同类型淀粉含量的变化，因此储存时间对直链淀粉、支链淀粉和抗性淀粉含量的影响尚未明确。另外，在储存过程中，玉米因为发生呼吸作用而消耗水分，因此随着储存时间的延长，其水分含量应该会逐渐降低，已有研究证实了这一观点[23]。和前人研究结果不同，本试验中玉米中干物质含量随着储存时间的延长呈现线性降低，造成这一现象的具体原因尚未可知，推断可能是与不同年份的储存环境和外界天气有关，如降雨量和温湿度等。

郭盼盼[24]研究发现，小麦中中性洗涤纤维含量随着储存时间的延长显著增加，而非淀粉多糖含量则随着储存时间的延长显著下降。中性洗涤纤维含量随着储存时间的延长而增加是由于淀粉和非淀粉多糖发生了聚合作用[25]。研究显示，当青贮苜蓿储存在60 ℃时，随着储存时间的延长，中性洗涤纤维含量升高，这是由于蛋白质溶解度的变化、葡基胺的形成和美拉德反应产物的形成。中性洗涤纤维中的含氮物是由于构象变化和美拉德反应形成的蛋白质、葡基胺和不可溶蛋白质附着在细胞壁上[26]。在储存过程中，玉米中蛋白质的变化表现为蛋白质的水解和变性，许多学者认为蛋白质的量在粮食储存过程中基本保持不变，而变化主要为质变，其表现为结构和类型等方面的改变[27-28]。本试验的结果与此一致，即玉米中粗蛋白质和绝大多数氨基酸含量随着储存时间的延长均没有发生显著变化，但是粗蛋白质和氨基酸的消化率却显著降低，这是由于玉米中的蛋白质在储存过程中容易发生美拉德反应。

刚收获的玉米脂肪酸含量较高，而收获后2～3个月发生后熟化，在内源酶的作用下由脂肪酸合成脂肪。因此，后熟化过程中玉米的脂肪酸含量逐渐降低，合成的脂肪含量逐渐升高[29]。但是，玉米后熟化作用结束后，随着储存时间的延长，玉米进行呼吸作用导致脂肪分解成脂肪酸，使得脂肪酸含量增加，抗氧化酶(过氧化物酶等)活性降低，氧化型脂肪酸含量增加，一些酮、醛等有害物质含量增加[30]。氧化型脂肪酸不仅会降低饲粮的适口性[31]，而且会对动物健康造成伤害，降低营养物质消化吸收率[29,32]。另外，储存过程中玉米中脂肪含量受水分含量和储存条件的影响。玉米在25 ℃条件下储存6个月，其pH会明显降低，酸度明显增加，水分、总可溶性赖氨酸和维生素B1含量逐渐减少[33]。

已有研究表明，随着储存时间的延长，谷物原料容易发生霉变，霉菌毒素含量逐渐增加，从而导致其营养价值降低[8]。但是在本试验中，随着储存时间的延长，玉米中霉菌毒素的含量无显著变化。不同研究结果存在差异，这可能与玉米储存时的初始水分含量有关，初始水分含量越大，玉米呼吸作用越明显，越容易导致霉变。

3.2 储存时间对玉米消化能、代谢能和营养物质消化率的影响

张磊[34]探究了玉米分别储存0、3和10个月后生长猪消化能、代谢能和营养物质消化率的变化。随着储存时间的延长，玉米的猪消化能、代谢能以及有机物、总能、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗蛋白质和粗脂肪的表观全肠道消化率呈先升高后降低的二次变化。这是由于新玉米收获后3个月左右会经历后熟化的过程，这个过程玉米的营养价值逐渐升高；储存3个月后，由于呼吸作用，玉米开始消耗自身养分维持生命作用，使得玉米逐渐陈化，导致其消化能、代谢能和营养物质消化率下降。这和本研究所得结果一致，当玉米储存1年以上时，玉米猪消化能、代谢能以及总能、淀粉、粗蛋白质、氨基酸、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率随着储存时间的延长均呈现线性降低。其中，粗蛋白质和氨基酸消化率降低是由于在储存过程中玉米中蛋白质易于发生美拉德反应，从而降低猪对氨基酸的利用效率[35]。

4 结 论

以河北省国家粮仓储存1年以上的玉米为研究对象，结果表明，随着储存时间的延长，玉米的猪消化能和代谢能以及纤维物质和氨基酸的消化率均线性下降，从而导致其饲用价值逐渐降低。