飼料調質溫度對維生素和氨基酸的影響研究

任鳳蕓，儲德勝，浦 軍，吳 凡，張東偉，梁停停，劉則學

[1.中糧家佳康（赤峰）有限公司，內蒙古 赤峰 024000；2.中糧家佳康（吉林）有限公司，吉林松原 131500；3.武漢中糧肉食品有限公司，湖北 武漢 430200]

在飼料生產過程中，調質是非常重要的環節，不僅直接影響到飼料的營養價值和產品質量，還會對豬只的消化吸收和健康水平產生影響。調質的機理主要就是使飼料原料在水熱作用下，發生蛋白質變性、淀粉糊化等過程，改變原料的物理或化學結構。其中調質溫度是此過程的重要工藝參數，會對蛋白質和淀粉產生直接影響，從而間接影響到飼喂動物的生長性能和營養物質的消化利用率[1]。除此之外，調質過程對飼料的生物安全有積極作用，細菌總數、霉菌總數、大腸菌群數都隨調質溫度的升高而明顯減少，當調質溫度達到75 ℃時，飼料中微生物滅活率大于99%；當調質溫度達到80 ℃時，飼料中微生物滅活率接近100%[2]。同時調質時的高溫會造成熱敏性營養成分的失效，如維生素、部分氨基酸、酶制劑等，降低飼料使用效果[3-4]。本文研究了不同調質溫度對飼料維生素和氨基酸的影響，為飼料加工生產中維生素和氨基酸損失提供參考依據，并且為飼料配方制作時根據實際的生產工藝參數，對維生素和氨基酸進行補充添加提供指導。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗時間、地點與試驗設計

試驗于2021年3月5—7日在內蒙古自治區赤峰市翁牛特旗烏丹鎮某飼料生產工廠進行。采用單因素試驗設計，由于飼料工廠生產參數中，保育一期料使用65 ℃調質，保育三期料使用85 ℃調質，調質時間140 s。所以試驗的調質溫度設定2個水平，分別為65 ℃和85 ℃。在此調質溫度和調質時間基礎上研究不同溫度下維生素和氨基酸的變化情況。取樣操作時，由于取調質前后的樣品，無法保證取樣一致性，可能由于取樣誤差造成樣品存在客觀差異，所以隨機取調質前的保育一期料和保育三期料半成品飼料樣，采用恒溫箱模擬調質溫度和時間的方法進行。

1.2 試驗材料

調質前保育一期和保育三期半成品飼料樣，由北方某飼料生產加工企業提供。按照要求抽取試驗樣品，每個料號各抽取2 400 g，分成6份（每份400 g）。保育一期料的其中3份裝入自封塑料袋中，標記為A1-1、A1-2和A1-3，并裝入黑色塑料袋中；另外3份放入金屬托盤，置于提前預熱到65 ℃的恒溫烘箱中，140 s后拿出自然冷卻。待冷卻完畢后裝入自封塑料袋中，標記為B1-1、B1-2、B1-3，并裝入黑色塑料袋中。保育三期料的其中3份裝入自封塑料袋中，標記為A2-1、A2-2和A2-3，并裝入黑色塑料袋中；另外3份放入金屬托盤，置于提前預熱到85 ℃的恒溫烘箱中，140 s后拿出自然冷卻。待冷卻完畢后裝入自封塑料袋中，標記為B2-1、B2-2和B3-3，并裝入黑色塑料袋中。樣品分組和處理如表1所示。

表1 樣品分組和處理

1.3 檢測與分析方法

所有樣品中維生素和氨基酸的檢測均送CTI（華測檢測）青島進行第三方檢測。檢測結果的統計分析采用SPSS 20.0進行獨立樣本t檢驗及顯著性差異比較，結果以“平均數±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 65 ℃調質工藝對飼料中維生素含量的影響

由表2可知，65 ℃調質對飼料中維生素A含量有極顯著影響（P＜0.01），損失率為33.6%；對維生素E有顯著影響（P＜0.05），損失率為3.8%；對維生素C有極顯著影響（P＜0.01），損失率為20.9%；對泛酸有極顯著影響（P＜0.01），損失率為7.07%。65 ℃時各維生素的損失率大小排序為：維生素A＞維生素C＞泛酸＞維生素E。

表2 65 ℃調質工藝對飼料中維生素含量的影響

2.2 85 ℃調質工藝對飼料中維生素含量的影響

由表3可知，85 ℃調質對飼料中維生素A含量有極顯著影響（P＜0.01），損失率為34.5%；對維生素E有極顯著影響（P＜0.01），損失率為8.4%；對維生素C有極顯著影響（P＜0.01），損失率為26.9%；對泛酸有極顯著影響（P＜0.01），損失率為10.1%。85 ℃時各維生素的損失率大小排序為：維生素A＞維生素C＞泛酸＞維生素E，與65 ℃調質數據排序一致。但是對比65 ℃數據表明，隨著調質溫度的升高，維生素A、E、C和泛酸的損失率有增加趨勢，溫度升高與維生素損失率有正相關關系。

表3 85 ℃調質工藝對飼料中維生素含量的影響

2.3 85 ℃調質工藝對飼料中氨基酸含量的影響

由表4可知，85 ℃調質對飼料中賴氨酸含量有極顯著影響（P＜0.01），損失率為4.23%；對蛋氨酸有顯著影響（P＜0.05），損失率為5.88%；對蘇氨酸有極顯著影響（P＜0.01），損失率為3.70%；對色氨酸影響不顯著（P＞0.05），損失率為2.91%。

表4 85 ℃調質工藝對飼料中氨基酸含量的影響 %

3 討論

3.1 調質工藝對飼料中維生素的影響

本試驗結果表明，隨著模擬調質溫度的升高，4種維生素的損失率都增大，說明高溫環境中維生素的穩定性顯著降低。維生素A、維生素C和泛酸的分子結構中都含有醇羥基，會在高溫高濕條件下發生水解，生成羥基自由基，并且發生Fenton（芬頓）反應，破壞維生素的活性。而維生素E含有的是苯羥基，可能對于高溫的敏感度有差異。

維生素A具有多種功能，它對于動物的生長發育、免疫系統的維持和良好的視力都很重要[5]。維生素A缺乏會導致豬生長性能降低、運動失衡等問題。維生素A還具有調節機體代謝的激素功能，它對上皮組織及其他細胞來說，是一種重要的類似激素的生長因子[6]。然而，維生素A是不飽和營養有機化合物，光、氧、熱等可促進其氧化破壞反應[7-9]。羅榮等（2002）[10]研究結果表明，溫度對維生素A的穩定性有極顯著影響（P＜0.01），40 ℃溫度條件下，一定時間內維生素A的損失率可達到31.3%，高溫條件下維生素A的損失率極顯著高于低溫條件（P＜0.01）。孫海霞（2000）[11]研究結果表明，維生素A對溫度極為敏感。另一些研究也表明維生素A的損失與溫度有關[12-14]。Zhuge等（1986）[15]研究了溫度對預混料中維生素穩定性的影響，結果表明，維生素A的損失隨貯存溫度的升高而增加。以上研究與本試驗結果相一致。

維生素E（Vitamin E）是一種脂溶性維生素，是最主要的抗氧化劑之一。對熱力和酸性穩定，對堿性不穩定；對氧氣敏感，但對熱力不敏感。本文研究結果也顯示，相對于其他維生素，維生素E在65 ℃和85 ℃模擬調質下的損失率是最低的。但是溫度也是影響維生素E穩定性的重要因素之一。低溫時，維生素E穩定性好[16]。

維生素C參與組織修復和某些神經遞質中的酶促生產[17]。它是幾種酶的功能所必需的，并且對于免疫系統運作很重要[18]。它還可用作抗氧化劑[19]。宋崇富等（2015）[20]研究發現，30～40 ℃時，放置150 min后維生素C的含量沒有顯著變化；而90 ℃時，放置5 min和150 min后維生素C的含量分別降低至30 ℃初始最大值的59.4%和37.7%；從而可以認為，維生素C的含量隨溫度升高而降低，即高溫會加速和加大維生素C的損失。這與本試驗結果相一致。另外，對于維生素C在更大溫度范圍的損失情況，李艷霞等（2013）[21]研究發現，在20～40 ℃時，蔬菜中維生素C較穩定，損失不顯著；當溫度上升至40～60 ℃之間，維生素C的保存率呈現加速下降的趨勢，損失量顯著增加；考慮主要原因是維生素C氧化酶的活性與溫度呈現一定的相關性，其在40～60 ℃時活性最強，加速了維生素C的氧化，造成損失率增大；在60～80 ℃，維生素C的含量變化相對較小，其氧化速度在此范圍內對溫度變化不太敏感；當溫度高于80 ℃時，蔬菜中維生素C的含量顯著下降，呈現出嚴重破壞性。其結果與本試驗數據相一致。

泛酸也稱作維生素B5，是水溶性維生素。動物需要泛酸以合成輔酶A，而輔酶A是動物代謝糖類、蛋白質、脂肪的必要物質[22-23]。朱敏等（2019）[24]研究發現，在高溫高濕條件下，維生素預混合飼料中多種維生素包括泛酸的含量顯著降低，在精準動物營養配方制作與飼養中需要加以考慮。Muhamad等（2015）[25]采用高效液相色譜法（HPLC）分析了藿香果中泛酸等的熱降解動力學，結果表明，泛酸對溫度變化很敏感。

3.2 調質工藝對飼料中氨基酸的影響

本試驗結果表明，在85 ℃模擬調質溫度下，賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸穩定性都有顯著或極顯著降低，色氨酸變化不顯著。丁富傳等（2003）[26]研究也表明，在常溫下氨基酸較為穩定；但由于各種氨基酸有不同的分子結構，導致其熱分解動力學、熱穩定性和熱分解活化能都會有差異。

牛化欣等（2013）[27]研究表明，擠壓工藝制粒過程中，擠壓溫度顯著影響氨基酸損失（P＜0.05），隨著溫度的升高，氨基酸損失率有增加的趨勢；90 ℃條件下，賴氨酸損失率為9.83%，蛋氨酸損失為7.89%。可能由于其設定的擠壓溫度較高，賴氨酸和蛋氨酸損失率都要高于本試驗結果。柳敏海等（2003）[28]研究表明，在制粒過程中的高溫處理，會導致必需氨基酸的損失和利用率的下降；肉骨粉在高溫作用下，所有氨基酸的利用率都出現下降，其中賴氮酸的可利用率下降30%以上；并且數據顯示，蛋氨酸在高溫制粒過程中的損失率顯著高于其他氨基酸。其結果與本試驗相近，模擬調質溫度下蛋氨酸損失率高于其他氨基酸。伍喜林（1994）[29]研究也得到相似結果，高溫制粒對賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和色氨酸均有不同程度的破壞，蛋氨酸的損失在高溫制粒過程中很顯著。

張曦等（2002）[30]研究膨化加工對一些氨基酸的穩定性和利用率的影響時發現，120 ℃時，總氨基酸和可消化賴氨酸含量沒有明顯變化；130 ℃時，膨化飼料的賴氨酸含量相對于未膨化飼料稍有下降，但差異不顯著（P＜0.05）；而其他氨基酸的含量沒有表現顯著變化。其研究結果與本試驗存在差異，可能是由于其研究的是膨化的影響，膨化時間相對較短，可能沒有顯示對氨基酸的顯著破壞；另外，氨基酸的劑型也會顯著影響其對高溫的敏感性。隨著溫度的升高，晶體氨基酸損失量顯著增加，而包被微囊氨基酸損失量不顯著；在膨化制粒條件下，微囊氨基酸較晶體氨基酸更為穩定。金征宇（2005）[31]研究表明，在膨化加工的高溫高壓條件下，一方面使蛋白質發生變性，從而提高蛋白質的消化吸收率；另一方面，也會發生美拉德反應，導致有效氨基酸的損失，影響飼料的營養價值。可見，氨基酸的劑型會影響其對高溫的敏感性，導致試驗結果的差異。

3.3 改善高溫調質對維生素和氨基酸的破壞

由本文試驗結果和以上分析可知，調質時的高溫會造成部分維生素和氨基酸的損失，降低飼料營養價值和飼喂效果，通過一定的措施來避免其破壞非常必要，而包被或微囊技術有可能帶來顯著的改善效果。

包被或微囊技術是將具有生物活性的物質用特殊的聚合物進行包裹封閉，從而保護有效成分免受復雜不利條件的影響，比如光、熱、氧等，從而提高其穩定性[32]，避免氧化分解[33]，使有效營養成分更好地提供給飼養動物[34]。大量研究表明，將維生素包被處理能顯著降低維生素的損失[35-37]。金青等（1999）[38]制備了維生素E與β-胡精的包被物，研究了溫度對包含率及有效期的影響，結果表明，其穩定性比正常維生素E提高了5倍以上。冷向軍（2014）[39]研究結果表明，在顆粒飼料中補充晶體蛋氨酸對魚體生長性能沒有改善，但補充微囊蛋氨酸提高了增重率11.4%，顯著降低了飼料系數（P＜0.05）。但是其效果可能是由于氨基酸被包被后，在腸道中的吸收過程減緩，客觀上起到了緩釋作用，從而提高了利用率。除此之外，將飼料添加劑中的葡萄糖顆粒包被起來，就可以減少葡萄糖粉的比表面積，大幅降低葡萄糖這一還原糖與游離氨基酸產生美拉德反應的機會，也可能降低氨基酸損失[40]。

4 結論

（1）高溫調質會顯著或極顯著增加飼料中維生素A、E、C和泛酸的損失率，并且隨著調質溫度的升高，維生素A、E、C和泛酸的損失率有增加趨勢，溫度升高與維生素損失率有正相關關系。

（2）85 ℃模擬調質溫度下，賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸穩定性都有顯著或極顯著降低，色氨酸變化不顯著。

（3）包被或微囊技術有可能改善高溫調質時維生素的損失，并且提高氨基酸的利用率。