挤压膨化对玉米、大豆和亚麻籽营养品质的影响

■秦 毅 王金荣* 乔汉桢 陈勇江 李林儒 张良玉 王小辉

（1.河南工业大学生物工程学院，河南郑州450001；2.河南神农膨化饲料科技有限公司，河南荥阳450100）

饲料的挤压膨化技术是一种集混合、杀菌、脱毒、加压和成型的加工技术，多用于水产、宠物和早期断奶仔猪饲料的加工。饲料原料通过高温、高压、挤压和剪切等一系列处理，其理化性质均会发生变化，如原料表面蓬松、蛋白质变性、淀粉糊化、脂肪氧化等，同时可以钝化物料中的抗营养因子。挤压膨化技术可以改变饲料原料中营养成分的结构，对原料中有效成分具有改善作用。李次力等[1]研究发现亚麻籽经挤压膨化处理后，氨基酸和可溶性纤维含量增加，脂肪含量减少，改善了亚麻籽粕的饲用品质。Sobota 等[2]对玉米-小麦型饲料膨化后发现，饲料蛋白质的二硫键及蛋白空间结构发生改变，有利于动物的消化吸收，进而提高饲料利用率。郭树国等[3]研究发现豆粕膨化过程中，蛋白质分子结构发生伸展、重组、分子表面的电荷重新分布，显著提高蛋白消化率。饲料原料中含有多种抗营养因子，导致动物对营养物质的吸收率显著降低，生长发育受到阻碍。挤压膨化工艺后可以有效降低抗营养因子活性。例如挤压膨化加工可降低大豆脲酶和胰蛋白酶抑制因子的活性，并且不同加工工艺参数对抗营养因子的灭活效果有显著的影响。Mustakas 等[4]研究表明，随着膨化设定的温度和原料水分含量升高，脲酶和胰蛋白酶抑制剂被有效地破坏，可以显著提高产品质量和胰蛋白酶抑制因子的钝化效果。白兆鹏等[5]研究了挤压膨化处理后的全脂大豆，结果表明大豆的抗营养因子显著降低，适口性得到明显改善。此外挤压膨化还可以使饲料具有特殊的香味，有利于增加动物食欲，促进动物采食。

本试验拟通过对挤压膨化处理的玉米、大豆及亚麻籽常规养分、抗营养因子和蛋白溶解度等指标的分析，探究经过膨化加工后饲料原料组分的变化规律，以期为膨化饲料在动物生产中的应用提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米、大豆和亚麻籽，购于河南某饲料原料厂。

1.2 方法

1.2.1 膨化设备

HR165型单螺杆挤压膨化机，购于湛江恒润公司。

1.2.2 膨化工艺参数

① 玉米：调质温度50 ℃，蒸汽压力0.5 MPa，喂料区温度70 ℃，混合区90 ℃，剪切区110 ℃，泄压区140 ℃，喂料速度12 Hz，螺杆转速180 r/min。

② 大豆：调质温度70 ℃，蒸汽压力0.5 MPa，喂料区温度110 ℃，混合区120 ℃，剪切区140 ℃，泄压区150 ℃，喂料速度40 Hz，螺杆转速180 r/min。

③ 亚麻籽：调质温度60 ℃，蒸汽压力0.5 MPa，喂料区温度110 ℃，混合区130 ℃，泄压区140 ℃，喂料速度18 Hz，螺杆转速90 r/min。

1.3 指标检测

①常规养分指标含量及测定方法：蛋白质、粗脂肪和总磷分别采用GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6437—2006 测定。②蛋白溶解度采用GB/T 19541—2004 测定。③脲酶活性采用GB/T 8622—1988 测定。④植酸磷（沉淀消解法）[6]：粉碎样品经1.2%稀盐酸提取，过滤。取滤液加1.0%三氯化铁生成植酸磷沉淀，将沉淀用硝酸、硫酸消解，取消解液与10%钼酸铵发生反应生成磷钼酸，用2.0%抗坏血酸进行钼兰显色，在波长660 nm下进行显色测定。以磷标准溶液绘制标准曲线，并定量分析植酸磷含量。⑤热敏蛋白：热敏蛋白的测定采用Promatest-玉米热敏蛋白变性的评估方法。粉碎后的样品用萃取液（13.6 g KH2PO4、4.2 g K2HPO4、20 g NaCl 定容至 2 000 ml）震荡提取3 min 后过滤，备用。取滤液与考马斯亮蓝染色液混合反应15 min，并以萃取液作为空白，测定595 nm 处的吸光值。以牛血清白蛋白作为标准蛋白绘制标准曲线，并定量分析热敏蛋白含量。

1.4 数据分析

数据分析采用SAS 9.1.3 进行方差分析，以变异系数对结果进行统计分析，结果以“平均值±标准误”表示，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 挤压膨化对原料玉米营养品质的影响

本试验采集了26 份玉米样品，测定玉米经挤压膨化后常规养分及抗营养因子含量的变化（见表1）。由表1可知，挤压膨化加工使玉米的蛋白质与总磷含量有所提高，经膨化处理后玉米的脂肪、植酸磷、蛋白溶解度及热敏蛋白含量均有下降。其中膨化后玉米的脂肪含量相比膨化前降低38.87%，蛋白质含量提高2.24%，蛋白溶解度降低33.17%，热敏蛋白含量降低40.74%，植酸磷含量降低37.5%，总磷含量增加了15.0%。玉米经挤压膨化处理后，脂肪、蛋白溶解度和植酸磷与膨化前相比发生显著变化（P＜0.05），各项指标变异程度依次为：CV植酸磷＞CV蛋白溶解度＞CV热敏蛋白＞CV脂肪＞CV总磷＞CV蛋白质。

2.2 挤压膨化对原料大豆营养品质的影响

本试验测定了25批次的大豆经挤压膨化前后常规成分及抗营养因子含量的变化（见表2）。由表2可知，挤压膨化加工使大豆的蛋白质与总磷含量有所提高，脂肪、蛋白溶解度、热敏蛋白和脲酶活性均有下降，植酸磷的含量基本上无变化。与大豆膨化前相比，膨化大豆的脂肪含量降低1.26%，蛋白质含量提高1.23%，蛋白溶解度降低12.12%，热敏蛋白含量降低94.65%，脲酶活性降低97.46%，植酸磷含量降低6.25%，总磷含量提高3.39%。

表1 玉米挤压膨化后营养品质的变化（干物质基础，%）

表2 大豆挤压膨化后营养品质的变化（干物质基础）

大豆经挤压膨化处理后，蛋白溶解度、热敏蛋白和脲酶活性与膨化前相比发生显著变化（P＜0.05），各项指标变异程度依次为：CV脲酶活性＞CV植酸磷＞CV热敏蛋白＞CV蛋白溶解度＞CV总磷＞CV脂肪＞CV蛋白质。

2.3 挤压膨化对原料亚麻籽营养品质的影响

试验测定了10批次的亚麻籽经挤压膨化前后常规成分及抗营养因子含量的变化（见表3）。由表3可知，挤压膨化加工使亚麻籽的蛋白质含量有所提高，脂肪、蛋白溶解度和总磷均有下降趋势，对热敏蛋白具有显著的降低。其中膨化亚麻籽的脂肪含量相比膨化前降低1.35%，蛋白质含量提高0.73%，蛋白溶解度降低8.05%，热敏蛋白含量降低40.0%，总磷含量下降1.92%。

表3 亚麻籽挤压膨化后营养品质的变化（干物质基础，%）

亚麻籽经挤压膨化处理后，热敏蛋白与膨化前相比发生显著变化（P＜0.05），各项指标变异程度依次为：CV热敏蛋白＞CV总磷＞CV蛋白溶解度＞CV脂肪＞CV蛋白质。

3 讨论

3.1 挤压膨化对原料中营养品质及蛋白溶解度的影响

在本试验中，饲料原料经挤压膨化处理后，玉米的蛋白质及总磷含量分别提高了2.24%和15.0%，大豆的蛋白质及总磷含量分别提高了1.23%、3.39%，亚麻籽的蛋白质含量提高0.73%，但总磷含量降低了1.92%。饲料原料经膨化加工后，其中的蛋白质与总磷的含量并没有显著变化，但可能改变对蛋白质的结构和性质。蛋白质的结构特征影响了蛋白质的营养价值。徐红华等[7]研究发现，挤压膨化可以破坏蛋白质空间结构，导致大豆球蛋白内部疏水基暴露，蛋白分子变性，减少二硫键的形成；随着挤压温度升高，会破坏蛋白质空间结构的稳定性，可以增加蛋白质的交联作用，降低游离巯基含量。

此外，在本研究中，玉米、大豆和亚麻籽的热敏蛋白含量分别降低了40.74%、94.65%和40.0%，蛋白溶解度降低了33.17%、12.12%和8.05%，这可能与原料蛋白质结构的改变有关。热敏蛋白是衡量盐可溶性蛋白受温度影响的重要指标，蛋白溶解度指标反映了蛋白质变性的程度，这两个指标的改变可能与蛋白质的结构密切相关。有研究表明膨化加工过程中的作用力破坏原料中蛋白质分子结构，蛋白质性质发生改变，可溶性蛋白含量降低，导致原料中蛋白质溶解度降低[8]。Sun 等[9]在研究热处理（40～120 ℃）甘薯蛋白二级结构发现，热处理可以显著提高无规则卷曲和β-转角的含量，而β-折叠含量显著降低。赵成彬等[10]研究发现，随着挤压温度的升高，膨化豆粕的二级结构发生变化，氮溶解指数和蛋白质分散指数先增大后减小，有利于提高豆粕品质。原料中的蛋白质在膨化机内经过高温、高压、高剪切力的作用，原有的结构发生改变，在离开模口时，由于压力迅速下降，原料中的水分急剧蒸发，因此物料会形成多孔气泡状的蓬松结构，破坏了蛋白质原有的空间结构，蛋白质亚基之间发生重新聚集，二级结构发生变化。此外，杜双奎[11]发现原料在高温高压的剪切作用下，蛋白质的三、四级结构的作用力变弱，蛋白质分子结构发生伸展和重组，分子间氢键、二硫键等部分断裂。谢蓝华等[12]对茶渣蛋白进行挤压膨化改性后提高了茶渣蛋白的持水力、吸水性及乳化性，说明挤压膨化可以改善茶渣蛋白的功能特性。

膨化加工工艺对饲料中脂肪含量有一定的影响，在本试验中玉米、大豆和亚麻籽经过膨化后其中的脂肪含量分别降低38.87%、1.26%和1.35%，这可能是由于在高温条件下，原料中不饱和脂肪酸容易被氧化形成复合物有关，同时高温也会导致脂肪自身发生降解，这与前人的研究结果一致。饲料原料在高温下进行挤压膨化处理，饲料中的脂肪会有一定程度的氧化，并与淀粉形成淀粉脂质复合物，其中的饱和脂肪酸较稳定，而不饱和脂肪酸极易被氧化，尤其在高温、氧气、金属等条件下更易氧化而生成过氧化物和金属过氧化物复合物，导致原料中的粗脂肪水平降低[13]。甘振威等[14]发现饲料中的脂肪在挤压膨化过程中分解为甘油和游离脂肪酸，并与淀粉、蛋白质形成复合物，导致饲料中粗脂肪含量降低。Nierle 等[15]研究表明部分脂肪可以在挤压过程中随蒸汽挥发掉，并且少量脂肪可以与糊化的淀粉形成较难被溶剂萃取的络合物，降低了脂肪的测定值。

3.2 挤压膨化对饲料原料中抗营养因子的影响

饲料原料中的抗营养因子如胰蛋白酶抑制剂、植酸磷等容易造成幼龄动物对营养成分消化吸收障碍，饲料转化率降低，导致动物生产性能下降，造成经济损失。膨化加工可降低大豆的脲酶活性，破坏大豆中胰蛋白酶抑制因子，并且随着膨化温度的升高及加热时间的延长，原料中抗营养因子活性下降，并呈正相关的趋势。从本试验研究结果可以看出，经过膨化加工，大豆的脲酶活性损失率达到97.46%。一般认为大豆的脲酶活性与胰蛋白酶抑制因子的含量呈正相关，脲酶活性越低说明对大豆中的抗胰蛋白酶抑制因子的破坏越大。刘海军等[16]研究发现，膨化过程中的高温高水分条件下，对大豆脲酶活性及胰蛋白酶含量有显著的失活现象。膨化温度达到100～140 ℃时可使大豆胰蛋白酶抑制因子活性降低74.8%～88.6%[17]，这与本试验研究结果一致。

植物性饲料原料中的植酸可以与蛋白质、金属离子、磷等营养物质结合，降低了营养物质的利用率。饲料中的植酸磷不能直接被动物消化，经过添加植酸酶或者采用适宜的加工方式，提高植酸磷的利用率。在本试验中，经过挤压膨化加工后不同原料中植酸磷含量的变化不尽一致，玉米中的植酸磷显著降低，但是对于大豆中的植酸磷并没有显著的影响。在本试验所采集的样品中植酸磷的含量较低，导致不同原料中植酸磷含量的变异系数较大，但总体饲料中的植酸磷含量经挤压膨化处理后均呈现下降趋势。

4 结论

挤压膨化加工技术对饲料原料中的营养成分及抗营养因子有一定的影响，在本试验条件下，经挤压膨化加工后，可以提高玉米、大豆和亚麻籽中的蛋白质的含量，降低脂肪、蛋白溶解度和热敏蛋白含量。其中膨化加工可以显著降低玉米中植酸磷含量，但对于大豆中的植酸磷含量的降低没有显著变化，但有下降的趋势。