利特偏心东海银赫:玉米粉和膨化玉米粉的营养分析

1 前 言
玉米是畜禽的基础饲料，有“饲料之王”之称，全世界玉米约70%～75%作为饲料。玉米按品种可分为凹玉米、硬玉米、甜玉米和爆玉米等；按形状可分为硬粒型、半马齿型和马齿型；按颜色可分为黄玉米、白玉米、红玉米和混合玉米。饲用玉米以黄玉米为主。我国年产玉米1.394亿吨左右，是世界上第二大玉米生产国[1]，产量约占全世界的六分之一，主要产区在东北和华北等地。安全水分含量的饲料用玉米一般营养成分及含量：干物质86.0%，粗蛋白质7.8%～9.4%，粗脂肪3.1%～5.3%，粗纤维1.2%～2.6%，粗灰分1.2%～1.4%，钙0.02%～0.16%，总磷0.25%～0.27。
玉米作为能量饲料在各类畜禽的配合饲料中均占到60%以上，一般只经过简单的机械加工便直接饲喂。但是对于乳猪、幼雏、水产动物和经济动物必须采取熟化加工后方能提高其消化利用率。
近年来，挤压膨化技术的推广，为我国玉米的综合利用开辟新的途径[2]。玉米经挤压膨化后，其营养成分、淀粉的组织结构均发生显著变化[3]，淀粉被充分糊化，具有很好的水溶性，便于溶解、吸收与消化。因此，探讨玉米膨化前后对其营养成分的影响和变化，对于合理使用膨化玉米具有理论和实践的价值。
2 试验材料与方法
2.1试验材料
未膨化的玉米粉、低膨化度玉米粉、中等膨化度玉米粉、高膨化度玉米粉。
2.2采样
本试验所分析测定的玉米粉和膨化玉米粉的样品，均来自吉林省五禾饲料有限公司。
2.3玉米粉的制备
首先对原料玉米进行取样，在此过程中一定要保证样品均匀具有代表性。然后对所取原料用分样器进行分样，直至分到所需用量为止，挑出其中破损和发生霉变的颗粒，最后用锤片式粉碎机进行粉碎，制得所需的原料玉米粉。
2.4膨化玉米粉的制备
对玉米进行筛选、磁选，初清后进入待粉碎仓，然后入粉碎机粉碎，达到粒度要求的玉米粉料，由传送带送入膨化工段的喂料仓，调质后，经膨化机挤压成形，再经冷却后粉碎，得到膨化玉米产品。
2.5 测定项目及测定方法
水分的测定[4] 105℃/大气压烘干法；
蛋白质含量的测定 按GB5009.5-85规定的方法（凯氏定氮法）进行；
脂肪的测定 按GB5009.6-85规定的方法（索氏提取法）进行；
纤维的测定 酸碱洗涤法；
灰分的测定 550±20℃高温灼烧法；
钙的测定 络合滴定快速测钙法；
磷的测定 利用分光光度法；
容重测定 采用容重器测定;
淀粉糊化度的测定 采用酶水解法（Chiang and Johnson，1977）。
3 试验结果
玉米经挤压膨化后，其水分、粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、钙、总磷等的含量以及淀粉糊化度均发生变化，如表1所示。
表1 玉米挤压膨化前后各概略营养成分的变化
Tab 1 Change of nutrition Component after maize puffed
概略营养成分
Ingredient
普通玉米粉（样品）
Ordinar maize
meal（Sample）
低膨化度膨化玉米粉（样品）
Expansion maize
meal（Sample）
干物质（%） Dry matter（%）
86.71
91.70
粗蛋白质（%） CP（%）
8.00
9.30
粗脂肪（%） EE（%）
3.80
2.85
粗纤维（%） CF（%）
2.00
2.00
无氮浸出物（%）NFE(%)
72.14
74.60
粗灰分（%） Crude Ash（%）
0.77
1.35
钙（%） Ca（%）
0.06
0.09
总磷（%） P（%）
0.26
0.32
表2不同调制条件对膨化玉米容重和淀粉糊化度的影响
Tab 2
不同膨化度产品
膨化腔体调质控制
水分%
容重
（kg/L）
淀粉糊化度
Starch pasting
（%）
温度temperature
（oC）
压力Pressure
（Mpa/cm）
低膨化度
80-120
5.0-7.0
8.30
48.7
78.6
中等膨化度
120-150
7.0-8.5
6.34
36.5
86.5
高膨化度
150-180
8.5-9.5
5.32
28.6
98.7
4 讨论与分析
4.1膨化工艺
玉米膨化是在水分、热、机械剪切及压力差的综合作用下的淀粉糊化过程。当物料与蒸汽和水混合时，淀粉的非结晶区开始吸水膨胀，通过膨化腔时，迅速升高的温度及螺旋叶片的揉捏使淀粉加速吸水，晶体结构开始解体、氢键断裂，膨胀的淀粉粒开始破裂，变成一种粘稠的熔融体，在出口处由于瞬间的压力降，水分闪蒸使大量的膨胀淀粉粒崩解，淀粉糊化。高温、高压及机械剪切使挤压膨化比其他加工方式产生的淀粉糊化更彻底，淀粉糊化度随调制器温度预压力的控制而表化。一般膨化腔内温度可控制在100℃～180℃，压力可控制在5～10kg/cm，糊化度可达80～100%，与常规的煮熟工艺相比，能使植物细胞壁破裂，淀粉链更短从而更有效地提高消化率。
影响玉米膨化度的因素比较多，主要是水分、膨化温度、膨化压差及腔内机械剪切力，这也是目前膨化工艺可以控制的几个因素。
4.2膨化后营养成分的变化
通过实测结果可知膨化后的玉米的水分降低，说明玉米膨化后体积增大，质地疏松，这种变化促使谷物有较强的吸水力，有利于可溶性成分的溶出，在膨化前后玉米微观结构发生了变化，在膨化前成紧密有序的结合态，膨化后则成松散无序结构，这种变化为酶的作用提供了更大的工作面积，空间位阻减小，有利于原料的利用。
经膨化后，玉米中蛋白质含量增加，这主要是水分减少,干物质增加所致。膨化过程中蛋白质发生降解，大分子被切断成小分子而转化为氨基酸，提高了畜禽对蛋白质的消化和吸收能力，由于玉米中蛋白质含量低，故其作用甚微。
玉米膨化后，粗脂肪含量减少，这是以为积压膨化过程中，脂肪与直链淀粉结合成淀粉脂络合物[6]，但经过膨化后的直链淀粉已被破坏，结合的脂在高温、高压下也被蒸发，所以，玉米经膨化后脂肪含量下降，使产品变得酥脆，并放出焦香味，提高了适口性。
玉米粉中钙的含量极低，磷含量相对钙较高，但有50%～60%为植酸磷，对于单胃动物来说，即使膨化后，这些植酸鳞仍然是不能很好被利用的。
4.3 膨化对玉米容重和淀粉糊化度的影响
膨化玉米有两个方面的要求，即熟化度和膨化度。
饲料用膨化玉米，最重要的是要求熟化（亦即糊化度）。至于膨化，是淀粉颗粒破裂、水分闪蒸的必然结果，一般以物料容重来表征膨化度的大小。因此，膨化玉米要求有一定的熟化度和膨化度，分别用淀粉糊化度和物料容重来衡量。
淀粉糊化度用淀粉葡萄糖苷酶法测定，物料容重则可用容重计测得。熟化度和膨化度是相互关联的，熟化度高不一定膨化度就高，而膨化度高相应的熟化度会高。对于大多数饲料企业，不具备测量糊化度的条件，但容重则很容易测得，而通过容重反映的熟化度也比较准确。因此，容重就成为目前饲料企业评价膨化玉米的重要指标。
本试验测定了不同调质条件下的产品,根据终产品的水份、容重、淀粉糊化度的差别可分为三种不同的产品：
4.3.1 低膨化度产品
容重>0.5kg/L,一般采用低温膨化，80～120oC左右，成品水分较高，糊化度能做到60～80%，离乳后期仔猪可用，也可用于多维和酶制剂包被工艺。
4.3.2 中等膨化度产品
容重0.3～0.5kg/L，温度100～150oC左右，成品水分8～10%，糊化度能做到90%以上，用于乳猪料，貉、狐及水貂等特种动物饲料，及水产饲料。
4.3.3 高膨化度产品
容重0.1～0.3 kg/L,温度在140～170oC或更高，成品水分4～8%，可完全糊化，一般采用干法膨化，用于复合磷脂粉中载体，及铸造工业、涂料工业。
4.4影响玉米淀粉糊化度的因素
膨化工艺中影响玉米淀粉糊化度的因素主要有: 调质过程中的最高温度、原料最初的水分含量、玉米的粒度、在加热过程中压力的大小、玉米加热时间的长短、玉米加热时间的长短等等。
4.4.1 调质过程中的最高温度
4.4.2 原料最初的水分含量
4.4.3 玉米的粒度
4.4.4 在加热过程中压力的大小
4.4.5 玉米加热时间的长短
目前的膨化工艺由干法和湿法两种。不同厂家应根据自身的条件，通过实际操作来确定。
4.5膨化对病原微生物的杀灭作用
膨化过程中，在高温、高压作用下，沙门氏菌、大肠杆菌等有害菌全部杀死，从而降低了畜禽疾病的发生率。本试验由于条件的限制没进行这方面得试验，但此类报道较多[]。
5 结论
5.1通过对玉米膨化前后的概略营养成分的实测分析表明：膨化使玉米干物质含量有明显的增加，由86.71%提高到91.70%,提高了5.76%(91.7-86.71/86.71)。膨化显著增加了玉米的能量浓度。
5.2 由于水分降低，干物质提高，因此除粗脂肪外的成分（粗蛋白质、粗灰分、粗纤维素、无氮浸出物等）含量均有不同程度的提高。粗脂肪减少的原因是由于脂肪与直链淀粉结合成淀粉脂络合物的缘故，此结果与Sadeep Bhatnaga等报道一致[]。
5.3不同调质条件下的产品,水分、容重、淀粉糊化度均有一定的差别,饲料厂家可根据市场的需求,采取不同的调制条件的生产工艺参数生产低膨化度、中等膨化和高膨化度的膨化玉米
5.4由于水分对膨化玉米影响非常显著，在同一温度下，水分不同出来的产品膨化度也有差异，水分越低，膨化度越高，直接反映在产品容重上。在同一水分下，膨化度要求越高，膨化温度升高，电耗增加，产量下降。因此，需要根据自己的产品要求，确定适宜的膨化度，对一般饲料用膨化玉米，首先要保证足够的熟化度，以中等膨化度为宜。过度膨化，不仅导致设备效率低下，还会产生一些抗酶消化的类似木质素的物质，使得膨化产品的淀粉含量下降或纤维量上升，从而降低动物对淀粉的消化吸收。
5.5目前国内膨化玉米应用的主要在以下几方面：
乳猪料:乳猪料中含有60％或以上的玉米成分，最理想的是将所有玉米成分全部膨化，但会导致生产成本急剧升高。常规的做法是将半数玉米成分经中等膨化，然后与其它组份（豆粕也要膨化）一起造粒，配方中淀粉的糊化度一般在60～80％。当然也可将全部玉米成分经低度膨化，可达同样效果，而膨化生产工序的效率会比较高。目前国内的众多乳猪饲料产品中均使用膨化玉米。
特种动物饲料:近几年貉、狐及水貂等特种动物养殖在国内发展很快，主要在东北及华北地区。为保证淀粉类物质的消化吸收率，特种动物传统的饲养方式是把料蒸熟饲喂，效率低下，无法实现规模饲养。当采用膨化玉米后，饲喂前只需把料浸泡30分钟即可，节省大量人力物力，提高了效率。现在行业内基本都采用膨化玉米糊化度要求90％以上，而且产品要求细粉，比乳猪料所用的膨化玉米要求略高。
水产饲料:主要用于虾料和鳗鱼料。
其它工业用原：将玉米粉高度膨化后用作复合磷脂粉载体，或将玉米脱皮脱胚后高度膨化，制成不同程度的α-淀粉，可用于食品工业、铸造工业及涂料工业等。