不同压片破碎处理对玉米干物质和淀粉瘤胃降解率的影响

■杨万进 王天武 牛国一 杨 凯 严存兵 黎良航 张 曦 陶琳丽*

（1.云南农业大学动物科学技术学院，云南省动物营养与饲料重点实验室，云南昆明 650201；2.云南省草地动物科学研究院，云南昆明 650212；3.云南龙谷生物科技有限公司，云南昆明 650200）

肉牛养殖中饲料成本占比较大，如何提高饲料利用效率是降低养殖成本的关键因素。肉牛饲料由粗饲料与精料补充料构成，精料补充料中占比最大的原料是玉米，一般占精料补充料的70%～75%[1-3]，因此提高玉米的利用效率，是降低养殖成本的重要措施。

淀粉是玉米中的主要物质，大部分淀粉在瘤胃被水解为短链的低聚糖、二糖和单糖，再而被微生物降解为挥发性脂肪酸，大部分挥发性脂肪酸为瘤胃微生物所利用，少部分为宿主利用。通过瘤胃进入真胃和小肠的淀粉，即过瘤胃淀粉[4]，过瘤胃淀粉在真胃和小肠内被胰腺α-淀粉酶和黏膜寡糖酶水解成为葡萄糖[5-6]，适宜的过瘤胃淀粉有利于瘤胃氮源的利用和微生物蛋白合成[7]，还有利于瘤胃对其他营养物质的利用与合成。玉米作为精料补充料中主要的能量饲料，目前常用的加工处理方式为粉碎和蒸汽压片。不同加工方式的玉米对肉牛淀粉利用率和生产性能的影响不一致[8]。适宜的粉碎和蒸汽压片处理能够通过改变玉米的化学结构和物理形态增加过瘤胃淀粉量和提高玉米淀粉在真胃和小肠内的消化吸收[9]，使能量饲料利用最大化并降低瘤胃酸中毒风险[10]。玉米的粉碎粒度不仅会影响肉牛的采食量和降解率[11]，还关系着饲料加工成本和饲料品质，粉碎粒度太小，会增加玉米淀粉在肉牛瘤胃内的降解率，特别是在短期强化育肥饲粮精料比例超过70%时[12]，大部分饲粮精料被瘤胃微生物所降解，造成精料的严重浪费。肉牛在短期强化育肥阶段采食过多精料，瘤胃内容物高度异常发酵会产生大量挥发性脂肪酸，导致严重的消化功能紊乱，降低玉米营养成分的利用效率，甚至增加代谢性瘤胃酸中毒的风险[13]。研究表明，蒸汽压片玉米提高了后肠和全肠道的淀粉消化率，使粪便中淀粉含量减少，由此提高了玉米淀粉的利用率，减少了浪费[14]，也有研究提出蒸汽压片玉米会增加肉牛反刍时间，从而降低了瘤胃酸中毒风险[15]。因此，探索适宜于反刍动物独特消化生理特点的玉米加工工艺，对充分发挥反刍动物最佳生产性能和保证瘤胃健康具有重要的意义。为此，本课题组从反刍动物不同生长阶段所需玉米粒度不同的角度出发，研制出等差速玉米压片破碎机，压片破碎的原理是通过调节快慢轧辊差速比，将熟化玉米压片或压片破裂，以期提高反刍动物饲料中玉米加工的精准性。试验主要研究不同压片破碎处理对成年肉牛玉米干物质和淀粉瘤胃降解率的影响，为今后精料补充料生产中玉米适宜的加工方式提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验动物及地点

试验动物为3头体重（650±5）kg、健康状况良好、安装永久性瘤胃瘘管的成年西门塔尔×云岭牛杂交阉肉牛；试验在云南省草地动物科学研究院马龙区马鸣乡国家现代化农业科技示范基地进行。

1.2 压片破碎玉米的制备

不同压片破碎玉米的生产是在课题组自主研发的玉米熟化压片破碎生产线（见图1）上进行。玉米首先通过加入蒸汽的自清式长延时熟化器调质熟化，调质出口温度为（110±5）℃，熟化调质时间45 min。熟化调质后的玉米进入等差速压片破碎机进行压片破碎。压片破碎机的快辊转速为329 r/min，快慢辊差速比设为3种1∶1、3∶2、3∶1，玉米压片厚度设为3种：3.0、2.5、2.0 mm。按此生产工艺参数进行生产，共获得9 种压片破碎玉米（见图2）。生产好的9 种熟化压片破碎玉米在通风良好的仓库水泥地面摊薄（约3 cm厚度）进行72 h 自然风干，各组风干条件一致。针对这9种压片玉米进行肉牛瘤胃降解试验研究。

图1 玉米熟化压片破碎生产线

图2 9种压片破碎玉米

1.3 试验设计

采用单因素试验设计，设9个压片破碎玉米处理组，每个处理3 个重复，每个重复设4 个尼龙袋，每个尼龙袋装样5.0 g，每个重复放于1 头牛瘤胃内，每头牛瘤胃内放置36个尼龙袋。于晨饲前同一时间将装有样品的尼龙袋放入瘤胃，8 h后同时取出。

1.4 尼龙袋法试验过程

选用孔径为40 μm 的尼龙布，制成12 cm×8 cm的尼龙袋。装袋前将尼龙袋和尼龙绳风干至恒重，按分组每个尼龙袋装入5.0 g 压片破碎玉米样品，样品按同进同出原则放入瘤胃瘘管，试验时间一到，立即取出尼龙袋，放入冷水中，终止发酵，然后用清水冲洗，直至水澄清为止。样品在105 ℃烘箱中烘干15 min，立即把温度降至65 ℃，烘6～8 h，取出在空气中冷却回潮4 h，直至风干恒重。

1.5 测定指标

1.5.1 压片破碎玉米含粉率

含粉率测定参考饲料粉碎粒度测定方法（GB/T 5917.1—2008），采用一层筛筛分法，分级筛孔径为1.6 mm，测得筛下物的百分比即为含粉率。

1.5.2 压片破碎玉米干物质、淀粉的含量和瘤胃降解率

样品水分含量测定参考《饲料中水分的测定》（GB/T 6435—2014）中的直接干燥法进行。

淀粉组分检测：总淀粉含量测定参考《饲料中淀粉含量的测定-旋光法》（GB/T 20194—2018）；直链淀粉和支链淀粉含量测定采用紫外双波长分光光度法[16]。淀粉糊化度检测方法采用张名伟[17]淀粉糊化度测定方法。

测定压片破碎玉米瘤胃降解前后的风干干物质、总淀粉、直链淀粉和支链淀粉的含量，计算某一营养成分降解率。

某一营养物质降解率（%）=（样品初始营养物质含量-降解后样品营养物质含量）/样品初始营养物质含量×100

1.6 数据统计与分析

数据分析采用yik=μ+τi+εik模型，其中：μ是总平均效应；τi是压片破碎玉米第i水平的效应；εik是随机误差分量；i=1,2,3,4,5,6,7,8,9；k=1,2,3。采用SPSS 软件ANOVA 进行单因素方差分析，多重比较采用Duncan’s法，以P＜0.05作为差异显著性判断标准；含粉率与干物质降解率、淀粉降解率进行相关分析，P＜0.01表示强相关，P＜0.05表示相关。

2 结果与分析

2.1 压片破碎玉米的水分和淀粉含量

由表1可知，试验的9种压片玉米样本，水分含量存在一定差异，group9和group7的水分含量显著低于其余7 个试验组（P＜0.05），group4 水分含量显著高于其余8 个试验组（P＜0.05），9 个试验组的水分平均值均在11.79%～13.35%。试验样本处理组间的淀粉糊化度、总淀粉、支链淀粉、直链淀粉含量均无显著差异（P＞0.05）。

表1 压片破碎玉米的水分和淀粉含量

2.2 压片破碎玉米的含粉率

如图3所示，group2、group5、group8的压片破碎玉米的含粉率显著高于group1、group3、group4、group7（P＜0.05），group6 显著高于group1、group3、group4、group7（P＜0.05），group3 显 著 高 于group1、group4、group7（P＜0.05）。结合生产工艺参数可以看出，在本试验条件下，快慢辊差速比为3∶2时，生产的压片破碎玉米含粉率最高，其次为快慢辊差速比为2∶1 条件下的含粉率，快慢辊差速比为1∶1 条件下的含粉率最低，此时获得的玉米基本为整片玉米。相同快慢辊差速比条件下，压片厚为3.0 mm 的group3 含粉率显著低于group6 和group9（P＜0.05）；相同厚度条件下，压片厚度为2.0 mm 的group7 含粉率显著低于group8和group9（P＜0.05）。

图3 压片破碎玉米的含粉率

2.3 玉米干物质的瘤胃降解率

由图4可知，group5和group8的干物质瘤胃降解率显著高于其余处理组（P＜0.05）。group9的干物质瘤胃降解率显著高于group4、group3、group2 和group1（P＜0.05）。group1 和group3 干物质瘤胃降解率差异不显著（P＞0.05），但显著低于group2（P＜0.05）。在相同玉米压片厚度条件下，快慢辊差速比为3∶2 的处理组干物质瘤胃降解率显著高于差速比为2∶1和1∶1的处理组（P＜0.05）。快慢辊差速比为1∶1时，压片厚度为2.0 mm的group7干物质瘤胃降解率显著高于压片厚度为3.0 mm 的group1（P＜0.05）。快慢辊差速比为3∶2时，压片厚度为2.0 mm的group8和压片厚度为2.5 mm的group5 干物质瘤胃降解率也显著高于压片厚度为3.0 mm的group2（P＜0.05）。

图4 压片破碎玉米的干物质瘤胃降解率

2.4 玉米淀粉的瘤胃降解率

由图5 可知，总淀粉、支链淀粉和直链淀粉的瘤胃降解率均是group8 最高，总淀粉瘤胃降解率是group7最低，支链淀粉瘤胃降解率是group1最低。压片厚度3.0 mm 时，group1、group2、group3 的总淀粉和直链淀粉瘤胃降解率差异不显著（P＞0.05），但呈现上升趋势，支链淀粉group1 和group3 差异显著（P＜0.05），3 组间也呈升趋势。压处厚度2.5 mm 时，group4、group5、group6的总淀粉、支链淀粉、直链淀粉瘤胃降解率均呈现先上升后下降趋势，总淀粉和支链淀粉瘤胃降解率group4显著低于group5，直链淀粉瘤胃降解率group6 显著低于group5。压片厚度2.0 mm时，group7、group8、group9 的总淀粉、支链淀粉、直链淀粉瘤胃降解率变化趋势与压片厚度2.5 mm 时一致，group7 均显著低于group8。快慢辊差速比1∶1时，group1、group4、group7 的总淀粉瘤胃降解率呈逐渐下降趋势。快慢辊差速比3∶2 时，group2、group5、group8 的总淀粉、支链淀粉瘤胃降解率呈逐渐上升趋势。快慢辊差速比2∶1 时，group3、group6、group9 的总淀粉瘤胃降解率呈先上升后下降趋势，支链淀粉和直链淀粉的瘤胃降解率呈先下降后上升趋势。

图5 压片破碎玉米的淀粉瘤胃降解率

2.5 含粉率与干物质瘤胃降解率、淀粉瘤胃降解率的相关性

由表2 可知，压片破碎玉米的含粉率与干物质、总淀粉、支链淀粉的瘤胃降解率呈极显著相关（P＜0.01），相关系数分别为0.545、0.632、0.664，与直链淀粉呈显著相关（P＜0.05），相关系数为0.445，说明压片破碎玉米的含粉率对干物质和淀粉的瘤胃降解率有较大影响。

表2 压片破碎玉米的含粉率与干物质、淀粉瘤胃降解率的相关系数

3 讨论

研究表明，瘤胃可降解淀粉是决定反刍动物消化道健康与养分利用的关键日粮因子，淀粉在瘤胃的降解速率与降解量是影响瘤胃代谢和健康的重要营养因素[18]。姚军虎等[19]提出日粮淀粉能量利用效率（SEF）的计算公式为：SEF（%）=0.70RDS+1.0SIDS+0.40LIDS，其中RDS为瘤胃降解淀粉占日粮的百分比（%），SIDS为小肠降解淀粉占日粮的百分比（%），LIDS为大肠降解淀粉占日粮的百分比（%），且假设淀粉在小肠完全降解的能量利用效率为1，从公式可看出，提高小肠可消化淀粉可提高淀粉的能量利用效率。适宜的过瘤胃淀粉可以给反刍动物提供大量的外源性葡萄糖，减少体内合成葡萄糖的能量损失，节约体内的生糖氨基酸，增加氮的沉积[20]。瘤胃中淀粉消化率过高，其代谢产物可能会破坏瘤胃内环境稳态，引起酸中毒和瘤胃炎症等代谢性疾病，但过瘤胃淀粉并不是越多越好，小肠淀粉的利用存在限制性，超出小肠消化吸收能力的部分以粪便淀粉形式排出，造成日粮淀粉的浪费。研究表明，玉米的加工方式对淀粉在瘤胃中的消化率有很大影响，蒸汽压片玉米提高了后肠和全肠道的淀粉消化率，使得粪便中淀粉含量减少，由此提高了玉米淀粉的利用率，减少了浪费[14]。霍小凯等[21]在杂交阉牛上采用尼龙袋法测定结果表明，蒸汽压片玉米淀粉的快速降解部分最高，膨化玉米淀粉潜在降解率和有效降解率最高，但其快速降解部分较低，可提供的过瘤胃淀粉量也最低，破碎玉米可提供的过瘤胃淀粉量最高。杜学海等[22]发现，与普通粉碎玉米相比，蒸汽压片玉米可提高瘤胃淀粉消化率26%，提高过瘤胃淀粉消化率41%，干碾玉米的小肠淀粉消化率为49.8%，高湿玉米为57.8%，蒸汽压片玉米的小肠淀粉消化率可达96%。以上研究表明，蒸汽压片玉米淀粉利用效率是优于粉碎玉米的，这与蒸汽压片玉米的瘤胃降解率、小肠降解率密切相关。目前，蒸汽压片玉米均采用整粒压片形式，玉米经熟化后再进行压片破碎的相关研究未见报道。但饲料颗粒大小对饲料降解过程有重要的影响，减小饲料颗粒可增加饲料表面积，增加饲料的降解，但同时加快了饲料的外流速度[23]，增加饲料颗粒大小可使瘤胃外流速度下降，还能降低饲料的瘤胃降解率[24-25]。顾剑新[26]采用瘤胃尼龙袋法测定了粉碎、压碎和整粒玉米干物质和淀粉瘤胃降解率，发现粉碎玉米在湖羊瘤胃内的降解率最高，压碎玉米的瘤胃降解率也显著高于整粒玉米。在本试验中，经熟化压片破碎后含粉率较高的group8 的干物质瘤胃降解率显著高于除group5外的其余试验组，支链淀粉瘤胃降解率显著高于其余8 个试验组，group5、group2 的含粉率与group8、group9相近显著高于其余试验组。虽然group9 生产时快慢辊的差速比大于group8，但由于其含粉率较低，所以其干物质、支链淀粉和直链淀粉的瘤胃降解率显著低于group8。由本试验研究结果可知，加工产生的细粉对瘤胃降解率的影响也较大。表2 显示含粉率与干物质、总淀粉和支链淀粉均呈极显著正相关，与总淀粉和支链淀粉的相关性超过了0.6，也证明了玉米破碎压片含粉率对营养物质的瘤胃降解率影响均较大。

压片厚度对蒸汽压片玉米的淀粉消化率具有一定影响。郭亮等[27]对未处理玉米、压片厚度为1.5、2.0 mm的蒸汽玉米进行体外瘤胃发酵试验，结果显示发酵4 h，1.5 mm组干物质瘤胃降解率和淀粉产气率显著高于2.0 mm组，不同厚度蒸汽压片处理可显著提高玉米在瘤胃内淀粉降解率和降解速度。在本试验中，在快慢辊差速比为1∶1的整片压片条件下，压片厚度3.0 mm 的group1干物质瘤胃降解率显著低于2.5 mm的group4 和2.0 mm 的group7，但总淀粉、支链淀粉和直链淀粉瘤胃降解率3组之间差异不显著；在快慢辊差速比为3∶2的压片破碎条件下，压片厚度3.00 mm的group2 干物质和支链淀粉瘤胃降解率显著低于2.5 mm的group5和2.0 mm的group8，总淀粉瘤胃降解率显著低于2.0 mm的group8；在快慢辊差速比为2∶1的压片破碎条件下，group3、group6、group9 干物质和淀粉瘤胃降解率的变化规律和差速比为1∶1 时一致。通过本试验可以看出干物质瘤胃降解率随压片厚度变小而增大，但淀粉瘤胃降解率受压片厚度的影响的程度较小。本文仅对不同压片厚度和快慢辊差速比对熟化玉米干物质和淀粉的8 h瘤胃降解率进行研究，对试验样本的瘤胃、小肠和全肠道的利用效率还需进一步试验。

4 结论

以上研究表明，在本试验条件下，快慢辊差速比为3∶2 时压片破碎玉米的含粉率较高，含粉率对干物质和淀粉8 h瘤胃降解率的影响较大。