饲料调质温度对维生素和氨基酸的影响研究

2021-08-26任凤芸储德胜张东伟梁停停刘则学

养猪 2021年4期

任凤芸，储德胜，浦军，吴凡，张东伟，梁停停，刘则学

[1.中粮家佳康（赤峰）有限公司，内蒙古赤峰 024000；2.中粮家佳康（吉林）有限公司，吉林松原 131500；3.武汉中粮肉食品有限公司，湖北武汉 430200]

在饲料生产过程中，调质是非常重要的环节，不仅直接影响到饲料的营养价值和产品质量，还会对猪只的消化吸收和健康水平产生影响。调质的机理主要就是使饲料原料在水热作用下，发生蛋白质变性、淀粉糊化等过程，改变原料的物理或化学结构。其中调质温度是此过程的重要工艺参数，会对蛋白质和淀粉产生直接影响，从而间接影响到饲喂动物的生长性能和营养物质的消化利用率[1]。除此之外，调质过程对饲料的生物安全有积极作用，细菌总数、霉菌总数、大肠菌群数都随调质温度的升高而明显减少，当调质温度达到75 ℃时，饲料中微生物灭活率大于99%；当调质温度达到80 ℃时，饲料中微生物灭活率接近100%[2]。同时调质时的高温会造成热敏性营养成分的失效，如维生素、部分氨基酸、酶制剂等，降低饲料使用效果[3-4]。本文研究了不同调质温度对饲料维生素和氨基酸的影响，为饲料加工生产中维生素和氨基酸损失提供参考依据，并且为饲料配方制作时根据实际的生产工艺参数，对维生素和氨基酸进行补充添加提供指导。

1 试验材料及方法

1.1 试验时间、地点与试验设计

试验于2021年3月5—7日在内蒙古自治区赤峰市翁牛特旗乌丹镇某饲料生产工厂进行。采用单因素试验设计，由于饲料工厂生产参数中，保育一期料使用65 ℃调质，保育三期料使用85 ℃调质，调质时间140 s。所以试验的调质温度设定2个水平，分别为65 ℃和85 ℃。在此调质温度和调质时间基础上研究不同温度下维生素和氨基酸的变化情况。取样操作时，由于取调质前后的样品，无法保证取样一致性，可能由于取样误差造成样品存在客观差异，所以随机取调质前的保育一期料和保育三期料半成品饲料样，采用恒温箱模拟调质温度和时间的方法进行。

1.2 试验材料

调质前保育一期和保育三期半成品饲料样，由北方某饲料生产加工企业提供。按照要求抽取试验样品，每个料号各抽取2 400 g，分成6份（每份400 g）。保育一期料的其中3份装入自封塑料袋中，标记为A1-1、A1-2和A1-3，并装入黑色塑料袋中；另外3份放入金属托盘，置于提前预热到65 ℃的恒温烘箱中，140 s后拿出自然冷却。待冷却完毕后装入自封塑料袋中，标记为B1-1、B1-2、B1-3，并装入黑色塑料袋中。保育三期料的其中3份装入自封塑料袋中，标记为A2-1、A2-2和A2-3，并装入黑色塑料袋中；另外3份放入金属托盘，置于提前预热到85 ℃的恒温烘箱中，140 s后拿出自然冷却。待冷却完毕后装入自封塑料袋中，标记为B2-1、B2-2和B3-3，并装入黑色塑料袋中。样品分组和处理如表1所示。

表1 样品分组和处理

1.3 检测与分析方法

所有样品中维生素和氨基酸的检测均送CTI（华测检测）青岛进行第三方检测。检测结果的统计分析采用SPSS 20.0进行独立样本t检验及显著性差异比较，结果以“平均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 65 ℃调质工艺对饲料中维生素含量的影响

由表2可知，65 ℃调质对饲料中维生素A含量有极显著影响（P＜0.01），损失率为33.6%；对维生素E有显著影响（P＜0.05），损失率为3.8%；对维生素C有极显著影响（P＜0.01），损失率为20.9%；对泛酸有极显著影响（P＜0.01），损失率为7.07%。65 ℃时各维生素的损失率大小排序为：维生素A＞维生素C＞泛酸＞维生素E。

表2 65 ℃调质工艺对饲料中维生素含量的影响

2.2 85 ℃调质工艺对饲料中维生素含量的影响

由表3可知，85 ℃调质对饲料中维生素A含量有极显著影响（P＜0.01），损失率为34.5%；对维生素E有极显著影响（P＜0.01），损失率为8.4%；对维生素C有极显著影响（P＜0.01），损失率为26.9%；对泛酸有极显著影响（P＜0.01），损失率为10.1%。85 ℃时各维生素的损失率大小排序为：维生素A＞维生素C＞泛酸＞维生素E，与65 ℃调质数据排序一致。但是对比65 ℃数据表明，随着调质温度的升高，维生素A、E、C和泛酸的损失率有增加趋势，温度升高与维生素损失率有正相关关系。

表3 85 ℃调质工艺对饲料中维生素含量的影响

2.3 85 ℃调质工艺对饲料中氨基酸含量的影响

由表4可知，85 ℃调质对饲料中赖氨酸含量有极显著影响（P＜0.01），损失率为4.23%；对蛋氨酸有显著影响（P＜0.05），损失率为5.88%；对苏氨酸有极显著影响（P＜0.01），损失率为3.70%；对色氨酸影响不显著（P＞0.05），损失率为2.91%。

表4 85 ℃调质工艺对饲料中氨基酸含量的影响 %

3 讨论

3.1 调质工艺对饲料中维生素的影响

本试验结果表明，随着模拟调质温度的升高，4种维生素的损失率都增大，说明高温环境中维生素的稳定性显著降低。维生素A、维生素C和泛酸的分子结构中都含有醇羟基，会在高温高湿条件下发生水解，生成羟基自由基，并且发生Fenton（芬顿）反应，破坏维生素的活性。而维生素E含有的是苯羟基，可能对于高温的敏感度有差异。

维生素A具有多种功能，它对于动物的生长发育、免疫系统的维持和良好的视力都很重要[5]。维生素A缺乏会导致猪生长性能降低、运动失衡等问题。维生素A还具有调节机体代谢的激素功能，它对上皮组织及其他细胞来说，是一种重要的类似激素的生长因子[6]。然而，维生素A是不饱和营养有机化合物，光、氧、热等可促进其氧化破坏反应[7-9]。罗荣等（2002）[10]研究结果表明，温度对维生素A的稳定性有极显著影响（P＜0.01），40 ℃温度条件下，一定时间内维生素A的损失率可达到31.3%，高温条件下维生素A的损失率极显著高于低温条件（P＜0.01）。孙海霞（2000）[11]研究结果表明，维生素A对温度极为敏感。另一些研究也表明维生素A的损失与温度有关[12-14]。Zhuge等（1986）[15]研究了温度对预混料中维生素稳定性的影响，结果表明，维生素A的损失随贮存温度的升高而增加。以上研究与本试验结果相一致。

维生素E（Vitamin E）是一种脂溶性维生素，是最主要的抗氧化剂之一。对热力和酸性稳定，对碱性不稳定；对氧气敏感，但对热力不敏感。本文研究结果也显示，相对于其他维生素，维生素E在65 ℃和85 ℃模拟调质下的损失率是最低的。但是温度也是影响维生素E稳定性的重要因素之一。低温时，维生素E稳定性好[16]。

维生素C参与组织修复和某些神经递质中的酶促生产[17]。它是几种酶的功能所必需的，并且对于免疫系统运作很重要[18]。它还可用作抗氧化剂[19]。宋崇富等（2015）[20]研究发现，30～40 ℃时，放置150 min后维生素C的含量没有显著变化；而90 ℃时，放置5 min和150 min后维生素C的含量分别降低至30 ℃初始最大值的59.4%和37.7%；从而可以认为，维生素C的含量随温度升高而降低，即高温会加速和加大维生素C的损失。这与本试验结果相一致。另外，对于维生素C在更大温度范围的损失情况，李艳霞等（2013）[21]研究发现，在20～40 ℃时，蔬菜中维生素C较稳定，损失不显著；当温度上升至40～60 ℃之间，维生素C的保存率呈现加速下降的趋势，损失量显著增加；考虑主要原因是维生素C氧化酶的活性与温度呈现一定的相关性，其在40～60 ℃时活性最强，加速了维生素C的氧化，造成损失率增大；在60～80 ℃，维生素C的含量变化相对较小，其氧化速度在此范围内对温度变化不太敏感；当温度高于80 ℃时，蔬菜中维生素C的含量显著下降，呈现出严重破坏性。其结果与本试验数据相一致。

泛酸也称作维生素B5，是水溶性维生素。动物需要泛酸以合成辅酶A，而辅酶A是动物代谢糖类、蛋白质、脂肪的必要物质[22-23]。朱敏等（2019）[24]研究发现，在高温高湿条件下，维生素预混合饲料中多种维生素包括泛酸的含量显著降低，在精准动物营养配方制作与饲养中需要加以考虑。Muhamad等（2015）[25]采用高效液相色谱法（HPLC）分析了藿香果中泛酸等的热降解动力学，结果表明，泛酸对温度变化很敏感。

3.2 调质工艺对饲料中氨基酸的影响

本试验结果表明，在85 ℃模拟调质温度下，赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸稳定性都有显著或极显著降低，色氨酸变化不显著。丁富传等（2003）[26]研究也表明，在常温下氨基酸较为稳定；但由于各种氨基酸有不同的分子结构，导致其热分解动力学、热稳定性和热分解活化能都会有差异。

牛化欣等（2013）[27]研究表明，挤压工艺制粒过程中，挤压温度显著影响氨基酸损失（P＜0.05），随着温度的升高，氨基酸损失率有增加的趋势；90 ℃条件下，赖氨酸损失率为9.83%，蛋氨酸损失为7.89%。可能由于其设定的挤压温度较高，赖氨酸和蛋氨酸损失率都要高于本试验结果。柳敏海等（2003）[28]研究表明，在制粒过程中的高温处理，会导致必需氨基酸的损失和利用率的下降；肉骨粉在高温作用下，所有氨基酸的利用率都出现下降，其中赖氮酸的可利用率下降30%以上；并且数据显示，蛋氨酸在高温制粒过程中的损失率显著高于其他氨基酸。其结果与本试验相近，模拟调质温度下蛋氨酸损失率高于其他氨基酸。伍喜林（1994）[29]研究也得到相似结果，高温制粒对赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸均有不同程度的破坏，蛋氨酸的损失在高温制粒过程中很显著。

张曦等（2002）[30]研究膨化加工对一些氨基酸的稳定性和利用率的影响时发现，120 ℃时，总氨基酸和可消化赖氨酸含量没有明显变化；130 ℃时，膨化饲料的赖氨酸含量相对于未膨化饲料稍有下降，但差异不显著（P＜0.05）；而其他氨基酸的含量没有表现显著变化。其研究结果与本试验存在差异，可能是由于其研究的是膨化的影响，膨化时间相对较短，可能没有显示对氨基酸的显著破坏；另外，氨基酸的剂型也会显著影响其对高温的敏感性。随着温度的升高，晶体氨基酸损失量显著增加，而包被微囊氨基酸损失量不显著；在膨化制粒条件下，微囊氨基酸较晶体氨基酸更为稳定。金征宇（2005）[31]研究表明，在膨化加工的高温高压条件下，一方面使蛋白质发生变性，从而提高蛋白质的消化吸收率；另一方面，也会发生美拉德反应，导致有效氨基酸的损失，影响饲料的营养价值。可见，氨基酸的剂型会影响其对高温的敏感性，导致试验结果的差异。

3.3 改善高温调质对维生素和氨基酸的破坏

由本文试验结果和以上分析可知，调质时的高温会造成部分维生素和氨基酸的损失，降低饲料营养价值和饲喂效果，通过一定的措施来避免其破坏非常必要，而包被或微囊技术有可能带来显著的改善效果。

包被或微囊技术是将具有生物活性的物质用特殊的聚合物进行包裹封闭，从而保护有效成分免受复杂不利条件的影响，比如光、热、氧等，从而提高其稳定性[32]，避免氧化分解[33]，使有效营养成分更好地提供给饲养动物[34]。大量研究表明，将维生素包被处理能显著降低维生素的损失[35-37]。金青等（1999）[38]制备了维生素E与β-胡精的包被物，研究了温度对包含率及有效期的影响，结果表明，其稳定性比正常维生素E提高了5倍以上。冷向军（2014）[39]研究结果表明，在颗粒饲料中补充晶体蛋氨酸对鱼体生长性能没有改善，但补充微囊蛋氨酸提高了增重率11.4%，显著降低了饲料系数（P＜0.05）。但是其效果可能是由于氨基酸被包被后，在肠道中的吸收过程减缓，客观上起到了缓释作用，从而提高了利用率。除此之外，将饲料添加剂中的葡萄糖颗粒包被起来，就可以减少葡萄糖粉的比表面积，大幅降低葡萄糖这一还原糖与游离氨基酸产生美拉德反应的机会，也可能降低氨基酸损失[40]。