楊 潔, 張嘉琦, 李 星, 李軍國,2 , 薛 敏 , 李 俊, 牛力斌

1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081；

2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部動(dòng)物產(chǎn)品質(zhì)量安全飼料源性因子風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，北京 100081

水產(chǎn)膨化飼料是一種低污染、高效率、高轉(zhuǎn)化率的優(yōu)質(zhì)環(huán)保型飼料。目前，在許多國家和地區(qū)已經(jīng)形成了以膨化飼料為主流的加工與養(yǎng)殖模式（徐倩，2017 ；劉凡等，2016 ；汪沐等，2011；袁洪嶺，1998）。近幾年來，隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖品種的不斷增加，對(duì)水產(chǎn)膨化飼料的要求也越來越高。淀粉不僅可以作為能源物質(zhì)給水產(chǎn)動(dòng)物供能，而且可以在水產(chǎn)膨化飼料加工過程中起到膨脹和黏合的雙重作用（楊潔等，2019）。針對(duì)水產(chǎn)膨化飼料，常用的淀粉源主要是面粉、玉米和木薯等，但相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)不同來源淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)不同其加工特性也不同。比如小麥、玉米和大米中的淀粉具有很好的膨化效果，塊莖淀粉不僅具有較好的膨化性能而且具有很好的黏結(jié)能力，并且淀粉的加工特性直接影響水產(chǎn)膨化飼料的成型特性和品質(zhì)特性（吳千茂，2017；Cheng 等，2003 ；張 立 彥 扥，2000 ；Gomez 等，1988）。高粱是重要的旱糧谷物作物，其產(chǎn)量排在小麥、大米、玉米和大麥之后，位居第五（寇興凱等，2015）。由于全球糧食價(jià)格趨漲，高粱作為飼用和食用作物，以其耐旱澇、耐鹽堿、耐貧瘠、易于種植等特性，受到各國的重視（Hamad 等，2018；董玉琛等，2003）。高粱的淀粉含量為72%～78%，蛋白質(zhì)含量為6%～18%，氨基酸種類較齊全，并且含有豐富的礦物質(zhì)元素，特別是鐵含量為玉米、小麥等的2～3 倍，是一種品質(zhì)優(yōu)良的飼料原料（李偉等，2017 ；寇興凱等，2015）。目前，鮮有高粱對(duì)水產(chǎn)膨化飼料質(zhì)量的影響報(bào)道。本文旨在研究高粱不同比例替代面粉對(duì)水產(chǎn)膨化飼料加工質(zhì)量的影響，為高粱在水產(chǎn)膨化飼料中的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取紅高粱為淀粉源，測(cè)定高粱和面粉的加工特性，以面粉組飼料為對(duì)照組，其他各組分別以高粱替代50% 和100% 的面粉，分別命名為F1、F2、F3，并設(shè)置物料調(diào)質(zhì)水分3 個(gè)水平，分別為25%、28% 和31%，采用濕法雙螺桿擠壓膨化生產(chǎn)工藝生產(chǎn)水產(chǎn)膨化飼料并對(duì)飼料的加工質(zhì)量進(jìn)行分析。具體飼料組成及營養(yǎng)水平見表1。

1.2 試驗(yàn)料加工

試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南口中試基地進(jìn)行，飼料原料混合均勻后利用牧羊雙螺桿擠壓機(jī)（MY56×2A，?？?.0 mm）制成水產(chǎn)膨化飼料。膨化條件：喂料速度保持在65～70 kg/h，調(diào)質(zhì)溫度控制在（100±2）℃，噸料開孔面積為200～220 mm2/(t·h)，螺 桿 轉(zhuǎn) 速 為300 r/min。每組參數(shù)調(diào)整后，待膨化機(jī)穩(wěn)定10 min，分別在調(diào)質(zhì)器出料口以及膨化機(jī)出料口進(jìn)行樣品采集，樣品采集3 份，采樣間隔30 s。試驗(yàn)樣品采用自然風(fēng)干的方法，待水分低于12%，符合貯存條件，收取裝袋進(jìn)行試驗(yàn)指標(biāo)的檢測(cè)。試驗(yàn)中膨化機(jī)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)由自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集（每4 s采集一次）并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，水產(chǎn)膨化飼料的實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)見表2。

1.3 指標(biāo)分析測(cè)定方法

1.3.1 淀粉源水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)測(cè)定原料經(jīng)粉碎后過80 目篩，稱取2.0 g（M0）的篩下物于離心管（M1）中，加入20 mL 的蒸餾水后，劇烈振蕩，使樣品和水混合均勻呈懸浮液。使用渦旋儀對(duì)樣品進(jìn)行處理，以1500 r/min 的速度振蕩20 min，然后使用離心機(jī)進(jìn)行離心，以3000 r/min的速度處理20 min。將上清液緩慢倒入恒重的燒杯（M2）中，燒杯在135 ℃的烘箱中烘干至恒重（M3）。并稱取離心管和剩余沉淀物的總重（M4），利用以下公式計(jì)算出水溶性指數(shù)（WSI）和吸水性指數(shù)（WAI）。每個(gè)樣品測(cè)量三次，取三次的平均值。

式中：WSI 為水溶性指數(shù)；M0為樣品質(zhì)量，g；M2為恒重的燒杯質(zhì)量，g；M3為上清液烘干后與燒杯的總重，g。WAI 為吸水性指數(shù)；M1為離心管質(zhì)量，g；M4為離心管和沉淀物總重，g。

1.3.2 淀粉源糊化特性測(cè)定利用RVA 的方法，具體步驟參照Chang 等（2004）的方法。

1.3.3 淀粉源熱力學(xué)特性測(cè)定利用DSC 的方法，具體步驟參照Sandhu 等（2007）的方法。

1.3.4 水產(chǎn)膨化飼料加工質(zhì)量測(cè)定

1.3.4.1 容重 將體積為1 L 的容器去皮，將試樣倒入漏斗中，然后使用漏斗將飼料裝滿容器，用鐵板刮平容器口，量取重量，稱重之前不能振動(dòng)或敲打容器，稱得的重量即為飼料的容重。每個(gè)樣品重復(fù)三次，取平均值作為該樣品的容重（單位g/L）。

1.3.4.2 膨化度 隨機(jī)取20 個(gè)膨化飼料顆粒樣品測(cè)定其直徑，按以下公式計(jì)算膨化顆粒飼料的膨化率。

式中：E 為膨化率；D1為膨化飼料顆粒直徑，mm ；D2為?？字睆剑琺m。

1.3.4.3 下沉率 隨機(jī)取不少于150 顆飼料樣品，置于（26±2） ℃水中浸泡1 min（按照被測(cè)飼料的使用水域，選擇淡水或海水，海水選擇用0.5%的NaCl 溶液代替），輕微攪拌數(shù)下，待靜止后計(jì)數(shù)漂浮顆粒數(shù)，用以下公式計(jì)算沉性顆粒飼料的沉水率。

式中：C 為沉水率，%；R1為漂浮顆粒數(shù)，個(gè)；R 為總顆粒數(shù)，個(gè)。

1.3.4.4 水中穩(wěn)定性 根據(jù)水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SC/T 1077–2004 1077–2004 漁用配合飼料通用技術(shù)要求》進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)定。

1.3.4.5 最大吸油率 將水產(chǎn)膨化飼料M1（500 g）放入實(shí)驗(yàn)室的真空噴涂機(jī)中，稱取過量的油脂400 g 倒入真空噴涂機(jī)中，確保油脂完全淹沒樣品，啟動(dòng)真空噴涂機(jī)，緩慢抽空真空噴涂機(jī)中的空氣，直至真空噴涂機(jī)中的壓強(qiáng)降低到0.1 Mpa，保持1 min，當(dāng)膨化成品空隙中的空氣全部從油脂中逸出，使油完全進(jìn)入到膨化成品中，然后逐漸地釋放壓力，使真空噴涂機(jī)恢復(fù)到常壓，將膨化成品從真空噴涂機(jī)中取出，用吸油紙除去膨化成品外表多余的油脂，稱取吸油后的膨化成品質(zhì)量M2。按照以下公式計(jì)算膨化顆粒飼料的最大吸油率。

式中：M1為樣品重量；M2為吸油后樣品重量。

1.3.5 漏油率將檢測(cè)完最大吸油率的成品放置在吸油紙上，在（25±3）℃的恒溫情況下儲(chǔ)存24 h，稱取樣品質(zhì)量M3，用以下公式計(jì)算水產(chǎn)膨化飼料的漏油率。

式中：M3為漏油后樣品重量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0 進(jìn)行單因子方差分析，以“平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表示，各組間的平均值采用Duncan 氏法多重比較進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，以P<0.05 作為差異顯著性的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 高粱和面粉加工特性分析

2.1.1 水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)由表3 可以看出，高粱的水溶性指數(shù)顯著低于面粉（P＜0.05），而高粱的吸水性指數(shù)顯著高于面粉（P＜0.05）。

表3 面粉和高粱的水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)%

2.1.2 糊化特性由表4 可以看出，高粱的糊化溫度顯著高于面粉（P＜0.05），峰值黏度、保持黏度和最終黏度顯著低于面粉（P＜0.05）。

表4 面粉和高粱的糊化特性

2.1.3 熱力學(xué)特性由表5 可以看出，高粱的起始溫度、峰值溫度和全糊化溫度顯著高于面粉（P＜0.05），糊化需要的焓值顯著低于面粉（P＜0.05）。

表5 面粉和高粱的熱力學(xué)特性

2.2 高粱對(duì)水產(chǎn)膨化飼料質(zhì)量的影響

由表6 可以看出，在同一物料調(diào)質(zhì)水分下，隨著高粱替代面粉比例的增加，水產(chǎn)膨化飼料的容重顯著升高（P＜0.05），膨化度顯著降低（P＜0.05），下沉率顯著上升（P＜0.05），溶失率顯著上升（P＜0.05），最大吸油率顯著降低（P＜0.05）；當(dāng)物料調(diào)質(zhì)水分為25% 和28% 時(shí)，隨著高粱替代面粉比例的增加，水產(chǎn)膨化飼料的漏油率先降低再升高，差異顯著（P＜0.05），當(dāng)物料調(diào)質(zhì)水分為31% 時(shí)，隨著高粱替代面粉比例的增加，水產(chǎn)膨化飼料的漏油率顯著升高（P＜0.05）。在同一配方下，隨著調(diào)質(zhì)水分的增加，水產(chǎn)膨化飼料的容重顯著降低（P＜0.05），膨化率顯著升高（P＜0.05），下沉率顯著降低（P＜0.05），最大吸油率顯著升高（P＜0.05）；F1和F3 組的漏油率顯著降低（P＜0.05），F(xiàn)2 組的漏油率先降低再升高。

表6 高粱對(duì)水產(chǎn)膨化飼料質(zhì)量的影響

3 討論

3.1 高粱和面粉加工特性

淀粉在水產(chǎn)膨化飼料加工過程中起著非常重要的作用，不僅能增強(qiáng)物料的黏性，在膨化飼料中起到膨脹和黏合的雙重作用。由于不同來源淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)不同，對(duì)水產(chǎn)膨化飼料加工和品質(zhì)等產(chǎn)生的影響也存在差異。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，淀粉源的功能特性、糊化特性和熱力學(xué)特性等加工特性與水產(chǎn)膨化飼料加工及品質(zhì)特性之間存在一定的關(guān)系。水溶性指數(shù)是指物料在水中的溶解性質(zhì)，吸水性指數(shù)指物料對(duì)水的親和力（Gomez 等，2010；Chevanan 等，2007 ；王亮等，2007）。研究發(fā)現(xiàn)高粱的水溶性指數(shù)顯著低于面粉，而高粱的吸水性指數(shù)顯著高于面粉。說明與面粉相比，高粱在水中的溶解性較差，但親水性較強(qiáng)。Vargas–Solórzano 等（2003）對(duì)不同品種的高粱和面粉進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)面粉呈現(xiàn)較高水溶性指數(shù)和較低吸水性指數(shù)。本研究結(jié)果與其研究結(jié)果一致。淀粉糊化特性包括糊化溫度，峰值黏度，保持黏度和最終黏度等關(guān)鍵指標(biāo)。其中，糊化溫度是指黏度開始增加的溫度，也是物料熟化所需的最低溫度；峰值黏度顯示淀粉結(jié)合水的能力，可以與最終產(chǎn)品的質(zhì)量相關(guān)；保持黏度表征淀粉糊抗剪切的能力；最終黏度表明物料在熟化并冷卻后形成黏糊的能力。高粱的糊化溫度顯著高于面粉，峰值黏度、保持黏度和最終黏度顯著低于面粉。說明與面粉相比，高粱開始糊化的溫度較高，結(jié)合水的能力較弱，淀粉糊抗剪切和形成黏糊的能力也較弱。Ratnayake等（2003）研究指出，糊化溫度與淀粉源有關(guān)，面粉的糊化溫度為58～64 ℃，高粱的糊化溫度為71～80 ℃。同時(shí)，相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)不同品種高粱的糊化特性差異很大，本研究中高粱的糊化溫度很高，可能和高粱的品質(zhì)有關(guān)（段冰等，2023；周福平等，2014；袁蕊等，2011）。按熱力學(xué)分析，淀粉糊化過程是淀粉微晶的熔融過程，淀粉顆粒發(fā)生了從有序到無序的相轉(zhuǎn)變，包括淀粉顆粒的吸水吸熱、溶脹水化、結(jié)晶態(tài)消失及糊黏度急劇增加等復(fù)雜現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)高粱的起始溫度、峰值溫度和全糊化溫度顯著高于面粉，糊化需要的焓值顯著低于面粉。說明與面粉相比，高粱開始糊化的溫度、峰值溫度和全部糊化的溫度均較高，但糊化所需要的焓值較低。Subzwari 等（2018）研究表明，高粱淀粉與其他谷物淀粉相比，有較高的糊化溫度，較低的熱焓值。

3.2 高粱對(duì)水產(chǎn)膨化飼料質(zhì)量的影響

水產(chǎn)膨化飼料的質(zhì)量評(píng)價(jià)是非常重要的，其中，容重和膨化率是反映水產(chǎn)膨化飼料膨化效果的指標(biāo)，下沉率是評(píng)價(jià)膨化飼料沉浮性的重要指標(biāo)，溶失率是評(píng)價(jià)膨化顆粒飼料水中穩(wěn)定性的一項(xiàng)指標(biāo)，最大吸油率能夠反映膨化飼料所能吸收的最大油脂含量，為后噴涂提供參考，漏油率反映水產(chǎn)膨化飼料吸收油脂以后對(duì)油脂保留的穩(wěn)定性，以防在運(yùn)輸和貯藏中油脂泄露造成浪費(fèi)并污染環(huán)境。配方中不同淀粉源及淀粉含量會(huì)對(duì)水產(chǎn)飼料的膨化特性產(chǎn)生影響（張嘉琪，2019；袁 軍 等，2014；Ah–Hen 等，2014；Podoskina等，1997）。高粱與小麥的淀粉含量相當(dāng)，但面粉的糊化特性更好，這可以提高水產(chǎn)膨化飼料的質(zhì)量。并且面粉中含有約10% 蛋白質(zhì)，包含醇溶性蛋白、谷蛋白、清蛋白和球蛋白等，其中醇溶性蛋白具有黏性、伸展性和膨脹性，谷蛋白決定著彈性，這也會(huì)改善水產(chǎn)膨化飼料的質(zhì)量（廖蘭等，2018 ；車永和等，2001；馬傳喜等，1993；Matsudomi 等，1982）。Jafari 等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，小麥和高粱混合面團(tuán)的吸水性指數(shù)增加，這可能會(huì)降低水與谷蛋白之間的相互作用，而谷蛋白是面團(tuán)具有黏彈性的核心物質(zhì)，混合面團(tuán)黏度的降低最終會(huì)導(dǎo)致膨化效果變差。高粱是無麩質(zhì)谷物，蛋白中缺乏谷蛋白，而谷蛋白是物料熔融狀態(tài)提供黏度最重要的物質(zhì)，因此高粱替代面粉會(huì)降低膨化水產(chǎn)飼料品質(zhì)。物料調(diào)質(zhì)水分是影響水產(chǎn)膨化飼料質(zhì)量的重要因素，而水產(chǎn)膨化飼料質(zhì)量對(duì)調(diào)質(zhì)水分的高度依賴性取決于水分對(duì)淀粉源黏性的影響。Draganovic 等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，提高物料調(diào)質(zhì)水分能夠顯著改善水產(chǎn)膨化飼料產(chǎn)品的膨化效果和吸油能力。Kannadhason等（2010）和Cruzsuárez 等（2008）研究表明，當(dāng)配方中含有木薯粉時(shí)，調(diào)質(zhì)水分含量從15%增加到25%導(dǎo)致物料膨化率提高，單位密度下降。本研究結(jié)果與以上研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

在加工特性方面，與面粉相比，高粱在水中的溶解性較差，但親水性較強(qiáng)；高粱開始糊化的溫度較高，淀粉糊抗剪切和形成黏糊的能力也較弱；高粱開始糊化的溫度、峰值溫度和全部糊化的溫度均較高，但糊化所需要的焓值較低。在產(chǎn)品質(zhì)量方面，高粱不同比例替代面粉會(huì)降低水產(chǎn)膨化飼料的加工質(zhì)量，但提高物料調(diào)質(zhì)水分會(huì)改善水產(chǎn)膨化飼料的品質(zhì)。