挤压膨化技术对饲料原料的影响及其在畜牧生产中的应用

李佳凝，刘 洋，曹淑鑫，陈盈霖，王 超，陈志辉，刘大伟，徐良梅

（东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨 150030）

挤压膨化技术对饲料原料的影响及其在畜牧生产中的应用

李佳凝，刘 洋，曹淑鑫，陈盈霖，王 超，陈志辉，刘大伟，徐良梅*

（东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨 150030）

挤压膨化技术是现代饲料加工中普遍应用的一项技术。利用挤压膨化技术使饲料物性发生质的变化，可极大改善饲料的产品品质，在提高动物生长性能、预防动物腹泻、下痢等疾病方面有着独特的优势。本文主要讨论挤压膨化技术原理、挤压膨化技术对饲料原料特性的影响，以及挤压膨化工艺在畜牧养殖业中的应用。最后结合我国饲料业的资源状况，对膨化羽毛粉技术的应用前景做展望。

挤压膨化技术；饲料；羽毛粉；生产应用

挤压膨化处理能提高原料利用率、破坏抗营养因子使原料的营养成分最大限度保留下来[1]，同时可改善产品适口性、杀灭有害细菌、延长饲料保质期以便于贮藏、减少资源浪费，在畜牧养殖中具有广阔应用前景。韩颖[2]研究发现，膨化过程中，蛋白分子内部空间结构变为较完整的定向排列结构，降低了蛋白粉容重，提高蛋白保水性；玉米挤压膨化组通过调节水分来改变氮溶指数，当水分为12%时，蛋白氮溶指数高达61.7%，显著高于酸、碱改性组，提高了玉米蛋白水解度。 陈建宝[3]研究发现，挤压膨化处理可大幅度提高麦麸淀粉的利用率及蛋白体外消化率。Sobota等[4]对膨化后饲料原料的微观结构的分析发现，膨化后二硫键及蛋白空间结构发生变化，可促进动物消化吸收，显著提高饲料的利用率。白兆鹏等[5]研究发现，挤压膨化后饲料中抗营养因子降低，适口性得到改善。对禽类的研究同样发现，饲喂膨化菜籽的日粮能够显著提高肉鸡[6-7]、肉鸭[8]的生长性能。随着畜牧养殖业的快速发展，在饲料原料开发与应用中，挤压膨化技术受到研究者广泛关注，且在提高动物消化率、降低饲料成本和环境污染、改善适口性、补充动物性蛋白饲料等方面具有广阔前景。

1 挤压膨化技术原理及挤压膨化过程中物料原料的结构变化

饲料原料在挤压机中的螺杆作用下，经高温、高压及剪切多单元复合操作处理，由粉末变为糊状，蛋白质发生变性，其他营养物质也发生改变[9]。饲料原料被喷出瞬间，由于压强瞬间降低，水分迅速气化，胶状原料中水蒸气逸出形成微孔并迅速冷却定型，原料膨化过程结束。挤压过程中温度、压力的变化见图1[10]。

图1 挤压过程中温度与压力随时间变化曲线

挤压膨化通过改变物料原料的角蛋白空间结构，提高动物消化吸收。处理过程中角蛋白内部发生不可逆的组织化热变性，二硫键、空间结构被破坏，蛋白分子重新组合成较小、易被消化吸收的线状蛋白。但胱氨酸随着二硫键的断裂被破坏，破坏程度与膨化温度呈正比，可通过调节膨化温度，提高胱氨酸的留存率与消化率。

2 挤压膨化技术对饲料原料特性的影响

挤压膨化处理不仅能有效地使原料中抗营养因子失活，而且有利于改变蛋白质空间结构、淀粉糊化、增加可溶性纤维，提高适口性和消化率，延长饲料保质期[11]。挤压膨化技术对饲料原料特性的影响具有重要意义。

2.1 挤压膨化技术对玉米特性的影响 玉米中富含大量淀粉、蛋白质、矿物质等营养物质，具有较高营养价值。相比其他谷物，玉米具有高磷、高维生素等特点[12]，但因其加工过程中出现淀粉糊化而降低蛋白质利用率，降低动物吸收利用率。齐智利等[13]对奶牛饲喂挤压膨化玉米，当温度为130℃，转速为600 r/min时，挤压膨化使淀粉内部结构由半结晶状态转变为结晶状态，颗粒膨胀，可溶部分提高，在瘤胃中动态降解参数提高30.87%，合理的膨化条件可提高玉米中还原糖、可溶性膳食纤维含量，吸水率、水溶性指数、糊化度较未处理组显著提高，有效改善玉米的理化特性。

2.2 挤压膨化技术对麸皮结构特性的影响 麸皮中富含膳食纤维，其大部分为不溶性膳食纤维，不易被动物消化吸收利用，因此麸皮在饲料中利用率较低。较多研究表明，纤维性物料在挤压膨化过程中完全微粒化，增加纤维素分子与水分子的接触面积，促使不可溶膳食纤维转变为可溶性膳食纤维。例如，陈建宝[3]研究发现，在挤压膨化过程中，当原料水分含量为30%、转速为250 r/min时，麦麸植酸含量显著降低；在温度高于120?时，会降解部分植酸，使蛋白质的体外消化率增加；经过高温、高压作用，淀粉链间氢键断裂，生成易与酶作用的麦芽糊精和寡糖，但激烈的挤压条件导致氨基酸发生美拉德反应，造成氨基酸损失。徐苗均[14]研究结果表明，挤压膨化技术处理麸皮可显著改善其表面微观结构，增加疏松度，使持水力上升2.52%，膨胀力上升60%，显著提高麸皮中营养物质利用率。

2.3 挤压膨化技术对大豆结构特性的影响 大豆中富含胰蛋白酶抑制因子等多种抗营养因子，在畜牧生产中，大豆营养物吸收率显著降低，动物生长发育受到阻碍[12]。挤压膨化工艺可消除胰蛋白酶抑制剂等多种抗营养因子，原料中胶囊化油脂得到释放，饲料的适口性及诱食性显著提高。仔猪食用过生、受热过度的大豆会降低氨基酸生物效价及蛋白质质量，半球蛋白发生质的改变，氨基酸氧化损失，饲料营养价值降低[15]。Guerrero等[16]研究发现，对产品质量影响最大的工艺参数为原料含水率，虽然大豆原料经挤压膨化处理后发生了美拉德反应，但其酰胺?和酰胺?的变化反映出大豆蛋白分离的糖和氨基酸的羟基基团被消耗；与对照组相比，挤压膨化组的组织结构疏松，粒度均匀，且水解生成游离脂肪酸及单甘油等物质，有效防止脂肪氧化，产品的保质期延长；但膨化设备易磨损，维修费用偏高。

2.4 挤压膨化技术对羽毛粉结构特性的影响 羽毛是禽类表皮细胞角质化的衍生物，含有较多难以消化的角质蛋白[17]。常见的水解羽毛粉在一定程度上使羽毛利用率提高，但这些方法也存在设备要求高、成本高、氨基酸损失严重、有效菌种的筛选难等缺陷[18-20]。挤压膨化技术处理羽毛，通过破坏二硫键及蛋白空间结构提高动物吸收率。何武顺等[17]研究结果表明，在公鸡日粮中添加膨化羽毛粉其氨基酸的体内消化率高达86.25%，胃蛋白酶的体外消化率高达90%以上，真代谢能为13.29 MJ/kg，显著提高羽毛粉中胱氨酸的留存率。甘振威等[21]研究发现，羽毛粉膨化后水分损失9.10%左右，而干物质增加1.44%左右，导致饲料中氯化钠水平上升，饲料适口性差，动物的采食能力下降，因此设计合理的参数解决此问题成为进一步研究的方向。膨化使细胞间、细胞壁内各层木质素溶化，纤维分子间氢键断裂，分子裂解，结晶度降低。高分子物质发生反应，使粗纤维结构变化、比率下降，可溶性膳食纤维相对增加。以上结果表明，羽毛经挤压膨化工艺处理后营养成分结构发生变化，动物消化率增加。由于饲料原料在高温高压条件下水分蒸发致使维生素损失，还需要饲喂时添加外源维生素。

3 挤压膨化技术在动物生产中的应用

3.1 挤压膨化技术在猪生产中的应用 乳猪的胃容量小，肠道消化吸收能力较弱，在母乳喂养与饲喂饲料的转接过程中极易出现营养性腹泻。挤压膨化工艺处理将饲料糊化、灭菌，从而使原料组分中某些球蛋白抗原成分被破坏，减轻仔猪过敏反应，降低仔猪腹泻率。白兆鹏等[5]研究发现，挤压膨化猪饲料可有效预防和减少仔猪腹泻、下痢并提高仔猪的日增重。姜秋水等[22]研究发现，采食添加5%挤压膨化大豆日粮的刚离乳仔猪腹泻率下降14.55%，日增重比对照组提高7.54%，耗料增重比下降6.95%；唐春燕[23]研究发现，在母猪饲粮中添加挤压膨化双低菜籽可大幅度降低菜籽硫甙含量，消除对母猪血液的不良影响，且双低菜籽经膨化后菜油、脂肪含量增加，可以提高母猪乳脂肪含量、产奶量和仔猪存活率[24]。钱炳荣等[25]用挤压膨化大豆逐渐替换28日龄断奶仔猪日粮中的鱼粉，结果发现，用6%挤压膨化大豆完全取代日粮中鱼粉时耗料增重比显著低于对照组，其原因可能是由于膨化处理抑制了大豆中的抗营养因子，提高消化率。

3.2 挤压膨化技术在家禽生产中的应用 饲料经高温高压处理后，大部分致病菌被灭活，家禽发病率降低。张巍等[7]试验表明，与对照组相比，挤压膨化菜籽组肉鸡的平均日采食量增加6.84%、平均日增重增加8.16%、耗料增重比下降1.26%。严念东等[6]研究发现，与对照组相比，玉米-豆粕型日粮中添加6%挤压膨化菜籽的试验组肉鸡血清中碱性磷酸酶（AKP）活性高，骨骼沉积速率高，血清中代表蛋白质合成和代谢能力的总蛋白（TP）含量提高、蛋白代谢的废物尿素氮（BUN）呈下降趋势，说明挤压膨化菜籽可促进肉鸡骨骼发育、蛋白合成及代谢。张巍等[8]在日粮中添加挤压膨化菜籽，发现肉鸭日增重显著提高，耗料增重比下降，且膨化菜籽组的AKP、总氧化指标（T-AOC）显著高于其他试验组，而丙二醛（MDA）含量较低，健康状况较好。挤压膨化技术在家禽生产中应用广泛，可显著提高饲料的利用率，但在挤压膨化过程中，可能降低游离氨基酸的含量及氨基酸的有效性。

3.3 挤压膨化技术在反刍动物生产中的应用 挤压膨化饲料可以提高育肥肉牛的增重率，显著提高奶牛的乳脂率。齐智利等[13]用挤压膨化玉米饲喂泌乳奶牛，瘤胃中干物质和淀粉的降解率显著增加。Goelema 等[26]研究结果表明，大豆经挤压膨化加工处理后，大幅度提高淀粉溶解度，淀粉瘤胃降解率显著升高，与Walhain等[27]研究结果一致。刘萍等[28]对3日龄内吃足初乳的犊牛研究发现，挤压膨化大豆可以替代代乳粉饲喂断奶后犊牛，并能增大其眼肌面积。固体膨化饲料也可有效促进犊牛的前胃发育[29]。因此，动物摄食挤压膨化饲料可提高尿素利用率，饲料中蛋白质添加量降低，降低成本，但膨化高温也会降低饲料中酶制剂、微生物制剂的活性。

3.4 挤压膨化技术在水产养殖中的应用 传统颗粒水产饲料耐水性差，粉化率高，营养容易流失；而水产膨化饲料具备多孔性、高韧性、高水中稳定性等优点。经膨化后的饲料，2～10 h不溶解，可避免饲料中营养成分流失、溶胀和溃散等现象发生，减少铒料的损失[30]，通过饲喂水产膨化饲料可较为直观地了解鱼类采食情况。魏立飞等[31]研究表明，挤压膨化过程可使其细胞壁中纤维成分被彻底破坏，释放营养物质。蛋白质变性分解，鱼类对营养成分的利用率、进食率显著改善。刘凡等[32]研究发现，与对照组相比，草鱼对膨化玉米的消化利用率提高30%。经挤压膨化工艺处理的水产饲料，可减少水质污染、饲料分解浪费等问题，但挤压膨化加工工艺较传统的颗粒料制作方法繁琐，设备投资高、成本比传统颗粒料高20%左右。

4 展 望

饲料的挤压膨化技术生产工艺简单，可减少环境污染，降低生产成本，提高动物消化率，拓展饲料资源，在玉米、大豆及麸皮等饲料原料中研究成果较多，但挤压膨化羽毛粉由于技术尚不成熟导致应用较少，仍处于初级阶段。另外，原料中氨基酸、水分及维生素的损失等问题有待解决。目前，全球蛋白质饲料资源短缺，高效利用家禽废弃物羽毛粉能有效解决动物性蛋白饲料不足问题，挤压膨化羽毛粉技术的开发与利用有着很高的研究价值和广阔的应用前景。开展膨化结合发酵工艺处理羽毛粉的技术，为营养平衡的蛋白质饲料提供合理依据将成为进一步研究的热点。

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Effect of Extrusion Technology on Feed Properties and Its Application in Animal Husbandry Production

LI Jia-ning, LIU Yang, CAO Shu-xin, CHEN Ying-lin, WANG Chao, CHEN zhi-hui, LIU Da-wei, XU Liang-mei*
(College of Animal Science and Technology, Northeast Agricultural University, Heilongjiang Harbin 150030, China )

Extrusion is a technology widely used in modern feed processing, which is used to make feed material quality changes, greatly improv the quality of feed products, expand the feed resources, effectively prevent animal diarrhea and other diseases. In this paper, the principle of extrusion technology, the effects of extrusion technology on the properties of feedstuffs and the application of puf fi ng technology in animal husbandry weve discussed. Moreover, combining with the status of feed resources in China, the development prospect of this technology was discussed.

Extrusion technology; Feedstuff; Feather powder; Production applications

S816

A

10.19556/j.0258-7033.2017-12-005

2017-06-07；

2017-08-03

哈尔滨市应用技术研究与开发项目（2016RAXXJ015）；哈尔滨市科技局科技创新人才研究专项资金（2017RAQXJ055）作者简介：李佳凝（1993-），女，黑龙江富锦人，硕士，主要从事家禽营养与肉质研究，E-mail：1115300561@qq.com

*通讯作者：徐良梅，E-mail：xuliangmei@sina.com