蒸汽壓片玉米加工工藝及其在肉牛生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進(jìn)展

伍怡佳，張含繹，李艷玲

（北京農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 102206）

玉米是畜禽的主要能量飼料，其外部被一層種皮牢牢包裹，不利于營養(yǎng)物質(zhì)在畜禽消化道的吸收，降低了玉米的轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而使畜禽的經(jīng)濟(jì)效益降低。而玉米經(jīng)過一系列蒸汽處理及機(jī)械剪切后，細(xì)胞內(nèi)淀粉顆粒暴露增加了淀粉顆粒在消化道的接觸面積，提高了淀粉消化率。本文主要對蒸汽壓片技術(shù)、蒸汽壓片玉米營養(yǎng)價值的變化及其對肉牛生產(chǎn)性能和牛肉品質(zhì)的影響做一闡述，以期為蒸汽壓片技術(shù)及蒸汽壓片玉米在肉牛生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 蒸汽壓片技術(shù)概述

1.1 蒸汽壓片技術(shù)及其原理 蒸汽壓片技術(shù)是一種飼料加工方法，其原理是通過濕熱處理使玉米淀粉發(fā)生凝膠糊化，促使淀粉顆粒吸水膨脹破壞其晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而排出部分直鏈淀粉形成黏性物質(zhì)，隨后通過機(jī)械物理作用將玉米細(xì)胞內(nèi)與淀粉結(jié)合的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)即氫鍵破壞掉，從而將淀粉顆粒暴露出來，并使玉米中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[1]。經(jīng)過蒸汽加熱和機(jī)械碾壓雙重工序?qū)υ嫌衩走M(jìn)行加工處理，使玉米的化學(xué)成分及物理形態(tài)發(fā)生改變，有利于玉米淀粉顆粒的暴露和外部種皮的破壞，進(jìn)而提高玉米的利用率，最終將玉米加工為具有一定密度及厚度的薄片，這種技術(shù)稱之為蒸汽壓片技術(shù)[2]。

1.2 蒸汽壓片加工工藝 蒸汽壓片技術(shù)的工藝流程包括原料接收、雜物的清除篩選、調(diào)制過程、蒸汽加熱處理、機(jī)械壓片、干燥冷卻、包裝及成品入庫等步驟。在蒸汽壓片技術(shù)的加工過程中，熱與力的相互作用與蒸汽壓片玉米質(zhì)量密切相關(guān)，其工藝參數(shù)主要有蒸汽處理時間、滾筒距離及擠壓壓力、溫度等[3]。調(diào)質(zhì)溫度和時間在很大程度上影響玉米淀粉的糊化程度；壓片機(jī)的壓輥間距影響產(chǎn)品的容重和壓片厚度；干燥時間和方法影響水分含量，并進(jìn)一步影響成品的保存[4]。因此，相同的玉米原料在不同的蒸汽壓片工藝過程下生產(chǎn)的蒸汽壓片玉米會有所不同，飼喂效果也會有一定差異，在加工過程中要嚴(yán)格控制加工工序，確保蒸汽壓片的質(zhì)量。

1.2.1 蒸汽處理時間及溫度 目前，有關(guān)蒸汽處理時間的研究報道較少。理論上，延長蒸汽處理時間可使玉米淀粉顆粒水分吸收充足，從而進(jìn)行濕熱處理使其糊化。玉米淀粉的糊化度越高，淀粉酶的水解率就越大。Zinn[5]選用3個時間段（即34、47、67 min ）對蒸汽壓片玉米進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)蒸汽處理34 min時閹牛的消化道淀粉消化率達(dá)到最佳（99.5%），且壓片玉米的營養(yǎng)價值不隨蒸汽時間的延長而有所改善，而34 min時會使玉米的營養(yǎng)價值得到較大提升。國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，在溫度90 、時間50 min、蒸汽壓片容重為363 g/L時，玉米淀粉的糊化度最高[4]。辛杭書等[6]報道，當(dāng)溫度、處理時間及水分含量分別為100～110 、30～60 min、18%～20%時，可利用機(jī)械力將玉米壓成一定厚度的薄片。胡友軍等[7]發(fā)現(xiàn)，淀粉的糊化度與溫度升高有關(guān)，尤其當(dāng)溫度超過90 時，淀粉糊化度將快速地升高。李啟武[8]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)質(zhì)溫度分別為50、60、70 時，淀粉糊化度隨著調(diào)質(zhì)溫度的升高而增加。而夏吉慶等[9]研究的參數(shù)范圍與辛杭書等[6]的研究有一定差異，其溫度為 121～126 ，加熱時間為 64～67 min，可用機(jī)械力將玉米壓成一定厚度薄片。國內(nèi)外實際生產(chǎn)中采用的蒸汽處理時間為40～60 min，這可能是為了保證絕大部分玉米原料能進(jìn)行充分、均勻的蒸汽處理。

1.2.2 滾筒距離及擠壓壓力 通過調(diào)節(jié)滾筒的間距可以確定蒸汽壓片玉米的厚度。研究結(jié)果表明，軋輥間隙1 mm生產(chǎn)的玉米淀粉含量較軋輥間隙0 mm低25%，可能是因為將軋輥間隙設(shè)置為固定值后，通過機(jī)械加工后不完全擠壓的玉米粒較少，使玉米擠壓更充分[6]。劉基偉等[10]研究表明，將玉米的軋輥間隙設(shè)置為 0.78～2.1 mm，有利于提高蒸汽壓片玉米的生產(chǎn)效率。

擠壓壓力決定容重的大小，壓片厚度（FD）與容重（FT）的表達(dá)式為FD=0.042+0.14FT（r2=0.74），F(xiàn)D與FT呈中度相關(guān)[11]。在上述公式中，時間、條件和地點等因素對壓片F(xiàn)D沒有影響，但FT受多種因素影響，其中包括水分含量、測定容器的形狀及壓片玉米的破損程度等。目前已經(jīng)有很多試驗表明，容重為360 g/L的蒸汽壓片玉米營養(yǎng)價值較高。

1.3 蒸汽壓片玉米質(zhì)量評價 蒸汽壓片玉米產(chǎn)品質(zhì)量的評定包括FD、FT和淀粉糊化度等指標(biāo)[5]。信麗鳳等[12]通過試驗建立蒸汽壓片玉米與淀粉糊化度的檢測方程，其結(jié)果可得蒸汽壓片玉米的水分、FD、FT和粉化率，對其質(zhì)量評價提供參考。而薛豐等[13]建立的近紅外漫反射光譜技術(shù)模型可準(zhǔn)確、快速地預(yù)測蒸汽壓片玉米中粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維和粗脂肪的含量，可作為測定和評價蒸汽壓片玉米品質(zhì)的一種便捷方法。

2 蒸汽壓片技術(shù)對玉米營養(yǎng)價值及瘤胃發(fā)酵的影響

2.1 蒸汽壓片技術(shù)對玉米淀粉糊化度及淀粉消化率的影響 國內(nèi)外關(guān)于蒸汽壓片玉米對淀粉消化率的影響研究較多，但仍有爭議。Barajas等[14]研究發(fā)現(xiàn)，與干碾玉米相比，蒸汽壓片玉米可提高瘤胃、過瘤胃和總消化道的淀粉消化率，其增加程度分別為26%、41%和19%。Owens等[15]研究發(fā)現(xiàn)，干碾玉米、高濕玉米和蒸汽壓片玉米的小腸淀粉消化率分別為49.8%、57.8%和96%。Dilorenzo等[16]研究表明，蒸汽壓片玉米日糧較干碾壓玉米可顯著增加牛全消化道的淀粉消化率，而平均日增重和飼料利用率與淀粉消化率直接相關(guān)。喬富強[17]研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)大105玉米的淀粉糊化度及淀粉降解率均優(yōu)于高油玉米和優(yōu)質(zhì)蛋白玉米9409，但玉米品種的差異不會改變瘤胃的發(fā)酵模式?；粜P等[18]對3種不同加工方式的玉米進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽壓片玉米快速降解部分的比例最大，膨化玉米次之，破碎玉米最小。馬星光等[19]體外培養(yǎng)試驗表明，蒸汽壓片玉米在各個時間點的產(chǎn)氣量及瘤胃內(nèi)消化率均大于顆粒玉米，蒸汽壓片玉米的利用率更高。但Joy等[20]的研究結(jié)論與上述觀點不同，其認(rèn)為瘤胃淀粉消化率并未因蒸汽壓片玉米而改變，即蒸汽壓片玉米與干碾壓玉米的瘤胃淀粉消化率差異不顯著，而前者在全消化道的消化率明顯高于后者。造成結(jié)果差異的原因可能是由于玉米品種及其加工方式的不同或試驗動物的差異。

2.2 蒸汽壓片技術(shù)對玉米氮素消化及代謝的影響 在氮代謝方面，蒸汽壓片玉米可在機(jī)體內(nèi)將氮素更優(yōu)化分配，使體內(nèi)尿素再循環(huán)的次數(shù)增加，提高了飼料中氮的利用率，減少氮磷的排放量，降低環(huán)境污染[21-22]。Jennings等[23]發(fā)現(xiàn)，飼喂蒸汽壓片玉米可促進(jìn)小牛日糧的能量代謝及氮代謝。Plascencia等[24]研究表明，蒸汽壓片玉米較干碾玉米可提高微生物蛋白量28%左右，提高微生物效率10%、小腸氮消化率10%、總腸道氮消化率8%，對氮消化率的提高有積極作用。除此之外，Burkholder等[25]用蒸汽壓片玉米和干碾玉米飼喂舍飼牛發(fā)現(xiàn)，蒸汽壓片玉米組的氮濃度降低，這與氮的攝入量減少和氮的消化利用率提高有關(guān)，這與Plascencia等[24]的研究結(jié)果相似，蒸汽壓片玉米可提高氮消化率。而Theurer等[26]研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽壓片玉米和干碾玉米對小腸和總腸道的氮消化率并無顯著影響，但蒸汽壓片玉米分別提高了15%的微生物蛋白量和17%的微生物效率。

2.3 蒸汽壓片技術(shù)對玉米能值的影響 1996年，由NRC給出的蒸汽壓片玉米的維持凈能（NEm）為6.48 MJ/kg、增重凈能（NEg）為9.36 MJ/kg。Zinn等[27]試驗發(fā)現(xiàn)，蒸汽壓片玉米的NEm和NEg增加值在15%～18%，其認(rèn)為NRC（1996）中給出的蒸汽壓片玉米NEm、NEg數(shù)值偏低。不同F(xiàn)T的壓片玉米，其能值有很大差異，因此，NRC所列出的能值是一個供參考的綜合數(shù)值。

呂福清等[28]報道，與蒸汽碾壓法或干式碾壓法比較，蒸汽壓片法使玉米NE增加，并能穩(wěn)定地提高肉牛和奶牛的生長性能。除此之外，國外學(xué)者用蒸汽壓片玉米代替干軋玉米對牛的生長性能有一定影響，其中蒸汽壓片玉米的NEm平均為2.44 MJ/kg，較干軋玉米改善了10.7%[29]；Zinn等[27]用蒸汽壓片玉米飼喂育肥牛，對其代謝能（ME）、NEm和NEg有較大提高，提高后分別為3.73、2.46、1.75 MJ/kg，與干碾壓玉米相比分別提高了12.6%、14%和19%。因此，蒸汽壓片技術(shù)可提高玉米原料的能值，提高養(yǎng)殖效益。

2.4 蒸汽壓片技術(shù)對玉米瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響 有研究表明，瘤胃內(nèi)pH、氨濃度（NH3）以及揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的濃度能夠有效反映瘤胃內(nèi)的環(huán)境情況，因此，可以作為飼料日糧在瘤胃內(nèi)發(fā)酵類型的重要內(nèi)環(huán)境指標(biāo)。

2.4.1 pH pH的波動原因從根本上來說是由于日糧結(jié)構(gòu)以及營養(yǎng)水平的差異造成。而蒸汽壓片玉米對維持瘤胃pH的穩(wěn)定有一定作用[30]，且瘤胃pH與淀粉的消化有很高的相關(guān)性[31]。有研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽壓片玉米在瘤胃的發(fā)酵速度比濕碾玉米快，瘤胃液pH相對較低，說明蒸汽壓片玉米能使瘤胃pH維持在穩(wěn)定狀態(tài)，在飼喂蒸汽壓片玉米前后變化幅度小，能較平穩(wěn)地升高與降低[32]。而Hales等[33]研究表明，體外培養(yǎng)時蒸汽壓片玉米的pH在6 h最低，而在培養(yǎng)18、24 h時的pH差異不顯著。這些研究提示了飼喂蒸汽壓片玉米可能對維持瘤胃pH穩(wěn)定、調(diào)控瘤胃內(nèi)環(huán)境的平衡有一定作用，從而使肉牛的各項生理活動和化學(xué)反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。

2.4.2 NH3在一定程度上，瘤胃NH3濃度反映了瘤胃微生物分解含氮物質(zhì)產(chǎn)生NH3的速度以及對NH3的消化吸收情況，能夠反映蛋白質(zhì)降解與合成之間的平衡關(guān)系。Murphy等[34]研究發(fā)現(xiàn)，微生物發(fā)酵的最佳氨態(tài)氮（NH3-N）濃度為6.3～27.5 mg /dL。王桂瑛等[35]研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃液最佳NH3濃度為6.70～19.79 mg/100mL，以安裝永久瘤胃瘺管的云南黃牛為飼喂對象，與粉碎玉米日糧組相比，蒸汽壓片玉米組黃牛的瘤胃液NH3濃度維持在較低水平，飼喂前后NH3濃度的變化程度很小，更有助于需要氨合成蛋白的微生物利用，提高了飼料中氮的利用率。綜上，蒸汽壓片玉米可以有效地維持瘤胃NH3濃度的穩(wěn)定，從而避免對瘤胃發(fā)酵和生態(tài)環(huán)境造成不利影響。

2.4.3 VFA 辛杭書等[6]研究表明，在體外瘤胃發(fā)酵中，蒸汽壓片玉米組瘤胃丙酸摩爾比較干碾壓玉米組高，可增加其丙酸的產(chǎn)量，從而提高了能量的利用率。張婷等[36]研究表明，在低能水平下，蒸汽壓片玉米的丙酸含量顯著高于普通玉米。王桂瑛等[37]研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃內(nèi)VFA濃度在一定程度上與玉米的加工處理有關(guān)，蒸汽壓片玉米組的丙酸比例有高于干碾壓玉米組、粉碎蒸汽組、濕碾壓組、粉碎玉米日糧組的趨勢。國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)蒸汽壓片處理后的玉米促進(jìn)了奶牛瘤胃的發(fā)酵速度和VFA濃度升高，可提高飼料的營養(yǎng)價值[38]。Wang 等[39]用蒸汽壓片玉米代替破碎玉米飼喂56頭平均12月齡的西門塔爾牛，發(fā)現(xiàn)瘤胃總VFA隨著蒸汽壓片玉米比例的增加而增加，平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率明顯提高，表明蒸汽壓片玉米可以通過改善瘤胃發(fā)酵來提高肉牛的生長性能。綜上，蒸汽壓片玉米相較于普通破碎玉米，可以增加丙酸產(chǎn)量，提高VFA濃度，促進(jìn)瘤胃發(fā)酵，提高飼料利用率。

3 蒸汽壓片玉米在肉牛生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 蒸汽壓片玉米對肉牛生長性能的影響 飼喂蒸汽壓片玉米可以提高肉牛的平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率。與整粒玉米相比，蒸汽壓片玉米可有效降低閹牛的干物質(zhì)采食量和耗料增重比，增加日增重，不影響胴體品質(zhì)[40]。魏曼琳[41]發(fā)現(xiàn)，用蒸汽壓片玉米飼喂肉牛可以有效促進(jìn)肉牛增重，并且隨著蒸汽壓片玉米添加水平的增加，增重效果也得到提高。李瑞景等[42]試驗表明，用30%、60%和90%蒸汽壓片玉米替代普通破碎玉米飼喂西雜肉牛，日增重較普通破碎玉米組分別提高了19.91%、29.27%、37.16%，肉牛日增重和蒸汽壓片玉米的替代水平呈明顯正相關(guān)；同時張亞偉等[43]在育肥魯西牛閹牛的試驗中也得到了一致結(jié)論，即用蒸汽壓片玉米育肥肉?？娠@著提高其平均日增重，且其增長比例與蒸汽壓片玉米的飼喂量呈正相關(guān)，這可能與蒸汽壓片處理后提高玉米的利用率有關(guān)。

除此之外，王洪亮等[44]用普通破碎玉米、蒸汽壓片玉米和濕貯發(fā)酵玉米分別飼喂育肥奶公犢，發(fā)現(xiàn)蒸汽壓片玉米飼喂效果最好，飼料轉(zhuǎn)化效率高，其日增重和日利潤可達(dá)1.29 kg和13.87元/d，高于普通破碎玉米。另外，毛紅霞等[45]試驗發(fā)現(xiàn)，育肥初期和后期蒸汽壓片玉米組犏牛的增長速度顯著快于粉碎玉米組，飼喂蒸汽壓片玉米的犏牛日增重提高了26.37%。以上研究表明，經(jīng)蒸汽壓片處理后的玉米可有效促進(jìn)飼料的轉(zhuǎn)化效率，促進(jìn)日增重。還有試驗研究表明，用蒸汽壓片玉米補飼牦牛顯著降低了冷季的掉膘率，提高了飼料轉(zhuǎn)化效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益[46]。梁國飛等[47]報道，用蒸汽壓片玉米飼喂肉?？山档秃牧显鲋乇燃s17.8%。這些研究表明在日糧中添加蒸汽壓片玉米可不同程度地提高肉牛的日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率，育肥效果好，增加了養(yǎng)殖利潤。

Zinn等[27]研究發(fā)現(xiàn)，用蒸汽壓片玉米代替干加工玉米飼喂肉牛，其平均日增重增加了6.3%，其干物質(zhì)采食量降低了5%。Xie等[48]研究表明，蒸汽壓片玉米和膨化大豆共同使用可以促進(jìn)犢牛瘤胃發(fā)育和胃腸道吸收功能，并且提高犢牛的后期增重。Ramos-Avi?a等[49]用蒸汽壓片玉米飼喂荷斯坦閹?？商岣咂淙赵鲋?，提高生長性能。

綜上，經(jīng)蒸汽壓片處理的玉米在促進(jìn)日增重和提高飼料轉(zhuǎn)化效率方面均優(yōu)于干加工、破碎等加工方式的玉米。因此，用蒸汽壓片玉米飼喂肉?？梢蕴岣唢暳限D(zhuǎn)化效率和動物的生長性能，促進(jìn)肉牛增重，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 蒸汽壓片玉米對肉牛屠宰性能及肉品質(zhì)的影響

3.2.1 屠宰性能 有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蒸汽壓片玉米替代比例增加，魯西牛閹牛的屠宰率呈線性下降，而眼肌面積和大理石花紋等級線性增加[43]。劉萍[50]研究發(fā)現(xiàn)，用蒸汽壓片玉米及膨化大豆混合精料飼喂?fàn)倥５脑浊盎铙w最重，但屠宰率最低，或因飼喂周期較長，使其內(nèi)臟器官發(fā)育完全所致，但飼喂蒸汽壓片玉米和膨化大豆有增加奶公犢眼肌面積及產(chǎn)肉率的趨勢。

Woolsoncroft[51]研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽壓片玉米組的閹牛胴體指標(biāo)較破碎玉米組優(yōu)質(zhì)。但萬發(fā)春等[52]研究表明，飼喂蒸汽壓片玉米會降低高檔肉塊占活重比例，并且對不同部位高檔肉塊重量也會產(chǎn)生不同影響，眼肌面積和大理石花紋等級有一定下降趨勢，這與Woolsoncroft[51]的研究結(jié)果不一致，可能是因為試驗動物的品種、屠宰日齡或玉米加工方式等不同。

3.2.2 肉品質(zhì) 魏曼琳[53]研究表明，飼喂蒸汽壓片玉米可有效促進(jìn)育肥牛的脂肪沉積、改善胴體品質(zhì)并提高優(yōu)質(zhì)切塊產(chǎn)量。另有研究表明，蒸汽壓片玉米組飼喂育肥牛的剪切力比普通破碎玉米組低，并且隨著蒸汽壓片玉米飼喂量的增加而降低，這與提高肌肉的嫩度有關(guān)，并且添加蒸汽壓片玉米可以大幅度提高育肥牛優(yōu)質(zhì)切塊的總產(chǎn)量[42]。閏祥林[54]報道，提高日糧營養(yǎng)水平（添加蒸汽壓片玉米）可明顯提高肉牛生長速度和飼料報酬，對提高優(yōu)質(zhì)切塊肉牛產(chǎn)量有顯著效果；且牛肉品質(zhì)與日糧營養(yǎng)水平有一定關(guān)系，營養(yǎng)水平越高，牛肉質(zhì)量越好。Erjaei等[55]報道，蒸汽壓片玉米和膨化大豆混合飼喂時能夠增加肉牛肋條肉中的多不飽和脂肪酸和共軛亞油酸含量，這些物質(zhì)對人類某種疾病的預(yù)防有相應(yīng)幫助。因此，日糧中應(yīng)用蒸汽壓片玉米有助于提升和改善肉品質(zhì)。

4 結(jié) 語

蒸汽壓片技術(shù)的加工方式和工藝參數(shù)不同會影響蒸汽壓片玉米的質(zhì)量以及飼喂效果。在飼喂肉牛時，蒸汽壓片玉米的加工工藝及其評價指標(biāo)等需要進(jìn)一步研究和探索；國內(nèi)外研究多見該技術(shù)對玉米淀粉消化率及瘤胃發(fā)酵參數(shù)等方面的影響，鮮少涉及蒸汽壓片玉米中微量元素和維生素的作用機(jī)制；玉米品種差異也會影響蒸汽壓片玉米的質(zhì)量，因此確定各品種差異以及最優(yōu)的搭配選擇需要進(jìn)一步研究。