不同因素对水产饲料淀粉糊化度的影响

冯 幼，许合金，刘 定，陈子腾，许进奉，黎相广，关立增，吴 丹

（1.湛江东腾饲料有限公司，广东 湛江 524072；2.华南农业大学动物科学学院，广州 510642；3.延边大学，吉林 延吉 133002；4.广东溢多利生物科技股份有限公司，广东 珠海 519060）

我国水产饲料行业经过几十年的发展，无论是生产规模还是生产技术都得到了较大幅度地提高。据统计，2008年我国水产饲料产量为1 348万t，较1991年增长18倍，成为世界上最大的水产饲料生产国，2012年产量再创新高，至1 855万t，同比增长12.29%[1-2]。受采食环境的限制，水产饲料在水体中必须具有良好的稳定性（耐水性），淀粉的糊化程度是影响耐水性的主要因子之一。淀粉糊化度高，不仅使饲料具有良好的耐水性，而且熟化后的淀粉更容易被水产动物消化吸收，能够降低饵料系数。本文主要从原料及饲料加工环节等方面着手，探讨其对淀粉糊化度的影响。

1 淀粉定义及糊化过程

淀粉是由多个葡萄糖分子经脱水反应聚合形成的高分子碳水化合物，其分子式为（C6H10O5）n。根据分子链的不同可将淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。其中直链淀粉仅含α-1，4-糖苷键，而支链淀粉是通过α-1，4-糖苷键和α-1，6-糖苷键将葡萄糖分子链接形成的[3]。

植物中的淀粉均以淀粉颗粒形式存在，不同种类的淀粉颗粒其理化性质存在较大差异。直链淀粉颗粒小，各分子之间缔合程度大，结晶区域也大，在50～60℃时，能够溶解于水。支链淀粉不仅颗粒大，结构疏松，而且由于支链键之间的相互作用，使得水分子不易进入其结构内部，但当温度升高到100℃时，支链淀粉开始溶解于水，随着温度继续升高，其溶解度也随之增加，形成有黏性的溶液，这种现象称之为淀粉的糊化，又称α化[4-5]。淀粉要完成整个糊化过程，必须要经历3个阶段，即可逆吸水阶段、不可逆吸水阶段以及颗粒解体阶段。在可逆吸水阶段，淀粉不发生任何性质的变化，即使在冷水中浸泡，淀粉颗粒会由于少量吸水而体积略有膨胀，但未影响到淀粉颗粒中的结晶部分，其基本性质不发生改变，在此阶段进入颗粒内的水分子可随淀粉的重新干燥而被排出。随着外界温度的进一步升高，淀粉分子内的一些化学键发生断裂，水分子开始逐渐进入淀粉颗粒内的结晶区域，使得颗粒结晶区域由排列紧密状态变为疏松状态，对水的吸入量迅速增加，这一阶段属于不可逆的吸水阶段。在颗粒解体阶段，随着外界温度继续升高，淀粉颗粒吸水膨胀到一定限度后，颗粒外围的支链淀粉被胀破，内部的直链淀粉被释放出来，扩展开的淀粉分子相互缠绕、联结，形成网状含水胶体，完成糊化过程[6]。

2 不同原料淀粉的糊化特性

淀粉的糊化特性是淀粉在糊化过程中所表现出来的一系列特征。淀粉颗粒的膨胀行为除了跟淀粉的来源和淀粉颗粒的形态结构密切相关外，还跟其支链淀粉的性质有关，其中直链淀粉起到稀释和抑制膨胀的作用[5]。曾洁等研究发现，直链淀粉含量对淀粉的糊化温度具有极显著的影响[7]。雷宏等报道，小麦糊化时的峰值黏度、糊化温度、低谷黏度、崩解值、最终黏度、衰减值和峰值时间均随直链淀粉添加量的增加而下降[8]。由于不同原料的淀粉中所含的直链淀粉和支链淀粉的比例也不同。部分淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比例见附表[5]。因此，不同原料其淀粉的糊化特性不同，即使同一原料因品种不同其糊化特性也有区别。池晓菲等进行小麦、大麦、玉米、水稻和高粱糊化特性比较，结果显示，高粱糊化温度最高，其次是玉米和水稻，最低的是小麦和大麦；在糊化所需的热能方面，水稻糊化所需热能最高，达5.74 J·g-1，其次是小麦为4.82 J·g-1，最低的是玉米，仅为2.31 J·g-1[9]。这跟马力等研究结果相类似[10]。张凯等比较了22种不同品种玉米的淀粉糊化特性，发现不同玉米品种不仅支链淀粉含量不同，而且其热力学性质和糊化特性也存在显著差异[11]。乔富强等研究结果也证实了上述观点[12]。

附表 部分淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比例 %

3 饲料加工工艺对淀粉糊化特性影响

3.1 粉碎粒度

原料经适当粉碎后，饲料中有限的淀粉数变成更多的粒子数，淀粉颗粒的表面积增加，就有更多的机会水热作用。此外，粒度的减小减少了水分达到颗粒中心的距离，缩短了水分渗透时间。总之，粒度的减小有利于糊化度的提高。程译锋等研究发现，粒度和淀粉糊化度增加值呈直线负相关[13]。廖娜等以玉米粉为原料，研究了在不同粉碎粒度下玉米粉的淀粉糊化情况，结果显示，当玉米颗粒的粒径从20.01μm降至7.89μm时，淀粉糊化度也从1.28%增加到21.41%[14]。刘强等研究发现，小麦的糊化温度能够随着粒度的减小而下降，而其黏度上升[15]。潘思佚等比较了不同粒度的早籼米理化特性，结果显示，不同粉碎粒度的早籼米其糊化温度有所不同，粉碎粒度的越小，早籼米的糊化温度越低[16]。王伟等研究了不同粒度对玉米糊化度的影响，结果发现，随着粉碎粒度的减小，玉米的糊化度先上升后下降，其中，粉碎粒度为20目的玉米糊化度最高，达到35.06%，分别较6目和10目粉碎粒度提高57.15%和62.84%（P＜0.05），80目的玉米糊化度分别较6目和10目粉碎粒度提高53.38%和58.94%（P＜0.05），与20目的玉米糊化度无显著性差异（P＞0.05）[17]。导致这种现象的原因可能是在粒度较大时，玉米颗粒的分子表面跟水接触的面积较少，而且水分子进入到玉米颗粒内部结构的时间就相对较长，从而降低玉米糊化度。当粉碎粒度＞80目时，虽然玉米颗粒内部结构被破坏，降低玉米糊化度，但在数值上还是高于6目和10目粉碎粒度的玉米糊化度。这跟吴俊等研究结果相一致[18]。

3.2 调质

淀粉的糊化实质上是淀粉颗粒结构由有序状态转变为无序状态的熵增过程，提高温度有利于整个过程的转化。调质是饲料加工过程中的一个重要过程，同时也是影响淀粉糊化的一个关键环节。在调质过程中通过加入热干饱和蒸汽，使原料温度和水分增加，提高了淀粉的糊化度。李启武研究发现，随着调质温度的提高以及调质时间的增加，淀粉糊化度得到显著的提高，调质湿度和调质时间对淀粉糊化度的影响见表2[19]。王伟等报道，相同粒度的玉米，其糊化度随调质温度的升高而提高，其中，90℃组玉米糊化度较70℃组提高25.43%（P＜0.05）[17]。胡友军等研究了不同调质温度、时间和水分条件对玉米糊化度的影响，结果显示，升高温度能够在不同程度上提高玉米中淀粉的糊化度，当温度＞90℃时，其糊化度提高的幅度最大[20]。进一步研究还发现，水分是影响淀粉糊化度的重要因子之一。当水分＜31.25%时，即使改变温度（60～120℃）和时间（5～65min）的组合均难使淀粉糊化度提高到30%。高温低水分引起淀粉糊化度下降的原因可能是：在高温下干热处理淀粉，容易形成“酶阻力淀粉”和“极限糊精”；在水分含量低的情况下对淀粉进行高温处理，使直链淀粉结构发生改变，形成结构紧密的“高分子直链积聚体”，即使达到糊化温度，也只有少许微晶束结构产生轻微振动，而分子间氢键难以断裂，从而降低了淀粉的糊化度[21-22]。

表2 调质温度和调质时间对淀粉糊化度的影响%

3.3 制粒

经过水热处理后的粉状饲料通过制粒机的机械压缩并强制通过模孔，使其形成颗粒饲料，在高温和高压环境条件下，淀粉的糊化度也得到进一步提高。在压力700MPa条件下，2min可使86.8%玉米淀粉完成糊化，当调质时间增至5min时，可使玉米淀粉达到100%的糊化。李启武研究了制粒对淀粉糊化度的影响，结果发现，在70和75℃制粒温度下，颗粒饲料的糊化度分别较制粒前提高53.66%和61.90%（P＜0.05）；通过二次调质后，在65和70℃制粒温度下，颗粒饲料的糊化度分别较制粒前提高84.14%和87.70%（P＜0.05）[19]。周兵等分别对制粒前后鲤鱼前期料、中期料和后期料的糊化度进行比较，结果显示，鲤鱼前期料、中期料和后期料制粒前的淀粉糊化度分别为46.02%、43.19%和41.01%，制粒后的淀粉糊化度分别较制粒前提高24.29%（P＜0.05）、12.53%（P＜0.05）和9.51%（P＞0.05）[23]。程译锋等报道，饲料在制粒后其淀粉糊化度分别较调质前和调质后提高92.13%（P＜0.05）和10.94%（P＞0.05）[13]。

3.4 膨化

饲料在膨化腔内经过一个高温瞬时的过程，形成一种膨松多孔的颗粒[24-26]。张祥等研究发现，经过膨化加工后，玉米糊化度能够达到94.8%，而未经膨化的玉米糊化度仅为14.7%，膨化过程中蒸汽添加量以及压力环的直径均对玉米糊化度产生显著性影响，在一定范围内，压力环直径越大，玉米糊化度越高[27]。压力环对淀粉糊化度的影响原因可能是原料在推进过程中，随着压力环直径的增大，升高了挤压腔内的压力和温度，从而提高了淀粉的糊化度[27]。赵建伟等报道，原料在经过膨化机的揉和区、熟化区时随温度的升高而提高原料的糊化度。除了温度、水分和时间外，剪切力可通过对淀粉结构进行机械破裂而引起原料糊化度发生变化。在转速为130～210 rpm，淀粉糊化度能够随着螺杆转速的增加而提高[28]。程译锋等研究也发现，在转速为50～150 rpm，淀粉糊化度随螺杆转速的增加而显著提高（P＜0.05）。然而，螺杆转速对于提高淀粉糊化度有一定限度，当螺杆速度超过一定限度时，会使原料在膨化机内停留时间减少，减弱了其受摩擦和剪切作用的程度，从而降低了淀粉的糊化度[29]。赵建伟等研究结果表明，当螺杆转速＞210 rpm时，淀粉糊化度不但没有提高，反而有下降的趋势[28]。关正军等报道，挤压膨化系统参数对原料淀粉糊化度影响的主次顺序依次为：挤压机模头温度、模孔孔径、物料水分以及螺杆转速[30]。李丽等在膨化机正常配置条件下，改变调质温度和膨化温度，制备不同梯度糊化度的膨化玉米，研究结果表明，调质温度或膨化温度升高，淀粉糊化度增大，阿拉伯木聚糖含量降低。淀粉糊化度与阿拉伯木聚糖呈线性负相关[31]。程译锋等研究表明，在调质后水分26%～30%，喂料速度30～60 rpm，螺杆转速150～250 rpm，机筒温度120～135℃。饲料的淀粉糊化度为90%～92%，蛋白质体外消化率为90%～92%[32]。

3 小结

原料中淀粉的含量以及淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比例是影响淀粉糊化的决定性因素，而糊化现象的发生需要满足一定温度和水分条件。在饲料加工环节主要是通过调节原料的温度和水分，从而引起淀粉糊化度发生改变。通过了解影响淀粉糊化度各因素，可为提高饲料生产过程中淀粉糊化度、生产效率和经济效益奠定基础。

[1]钟文彪，冯幼，许合金，等.水产动物诱食剂的研究进展[J].饲料博览，2013（7）:34-37.

[2]张璐.2012年水产饲料销售实现较快增长[J].广东饲料，2013，22（5）:23.

[3]潘明.马铃薯和玉米淀粉的特性及其应用比较[J].中国马铃薯，2001，15（4）:222-226.

[4]孙成斌.直链淀粉与支链淀粉的差异[J].黔南民族师范学院学报，2000（2）:36-38.

[5]叶元土，蔡春芳，张宝彤，等.鱼类营养与饲料配制[M].北京:化学工业出版社，2013.

[6]徐恒.小麦淀粉糊化特性及相关因素的研究[D].合肥:安徽农业大学，2005.

[7]曾洁，李新华，高海燕.直链淀粉含量对玉米糊化性质的影响[J].沈阳农业大学学报，2006，37（5）:740-743.

[8]雷宏，王晓曦，曲艺，等.小麦粉中的淀粉对其糊化特性的影响[J].粮食与饲料工业，2010（10）:8-11.

[9]池晓菲，吴殿星，楼向阳，等.五种禾谷作物淀粉糊化特性的比较研究[J].作物学报，2003，29（2）:300-304.

[10]马力，李新华，路飞，等.小米淀粉与玉米淀粉糊性质比较研究[J].粮食与油脂，2005（2）:22-25.

[11]张凯，李新华，赵前程，等.不同品种玉米淀粉糊化特性比较[J].沈阳农业大学学报，2005，36（1）:107-109.

[12]乔富强，姚华，王晓霞，等.不同品种玉米的化学成分、淀粉糊化度及活体外发酵特性的比较[J].动物营养学报，2007，19（4）:424-428.

[13]程译锋，袁信华，过世东.加工对饲料蛋白质体外消化率和糊化度的影响[J].中国粮油学报，2009，24（2）:125-128.

[14]廖娜，谭鹤群.不同微细化程度玉米粉的淀粉糊化度研究[J].饲料工业，2007，28（21）:27-30.

[15]刘强，田建珍，李佳佳.小麦粉粒度对其糊化特性影响的研究[J].现代面粉工业，2012（6）:16-20.

[16]潘思轶，王可兴，刘强.不同粒度超微粉碎米粉理化特性研究[J].食品科学，2004，25（5）:58-62.

[17]王伟，王洪荣，朱素华，等.处理温度、时间和物料粒度对玉米糊化度的影响[J].安徽农业科学，2010，38（6）:2 836-2 837，2 892.

[18]吴俊，谢守和.玉米淀粉的粒度效应对其糊化行为影响研究[J].中国粮油学报，2006，21（1）:51-54.

[19]李启武.不同加工工段对淀粉糊化度的影响[J].饲料工业，2002，23（1）:7-9.

[20]胡友军，周安国，杨凤，等.饲料淀粉糊化的适宜加工工艺参数研究[J].饲料工业，2002，23（12）:5-8.

[21]Xue Q，Newman R K，Newman CW.Effects of heat treatment of barley starches on in vitro digestibility and glucose response in rats[J].CerealChemistry，1996，73（5）:588-592.

[22]王德培.干热处理对淀粉化学组成的影响及与粉丝品质关系研究[J].仲恺农业技术学院学报，1997，10（1）:62-66.

[23]周兵，李树文，张宏玲，等.不同淀粉含量饲料制粒后淀粉糊化度、水分、温度以及颗粒质量的变化初探[J].饲料广角，2006（8）:24-26.

[24]Singh B，Sekhonk S，Singh N.Effects of moisture，temperature and levelofpea gritson extrusion behavior and product characteristicsofrice[J].Food Chemistry，2007，100（1）:198-202.

[25]汪沐.双螺杆挤压膨化机在水产饲料加工中应用优势[J].新饲料，2007，1:37-41.

[26]刘雄伟，范文海.水产饲料挤压膨化机的特性分析和正确选用[J].饲料工业，2006，27（7）:1-3.

[27]张祥，程秀花，赵国琦，等.挤压膨化工艺对玉米糊化度的影响[J].饲料工业，2005，26（19）:1-4.

[28]赵建伟，金征宇.单螺杆挤压沉性膨化饲料的工艺研究[J].饲料工业，2004，25（5）:30-34.

[29]程译锋，过世东.膨化参数对饲料淀粉糊化度和蛋白质体外消化率的影响[J].渔业现代化，2009，36（6）:54-59，70.

[30]关正军，申德超，刘远洋.挤压膨化对玉米淀粉糊化程度影响的研究[J].农机化研究，2003（1）:51-55.

[31]李丽，孙杰，李军国，等.膨化加工对玉米糊化及抗营养因子消除的影响[J].饲料工业，2013，34（7）:20-23.

[32]程译锋，过世东.膨化参数对饲料淀粉糊化度和蛋白质体外消化率的影响[J].渔业现代化，2009，36（6）:54-60.