饲料占肉牛养殖成本的70%以上,玉米在精料补充料中占比最大,因此提高玉米的利用效率是促进肉牛养殖业发展的关键因素之一。玉米适口性好,淀粉含量在70%以上[1]。瘤胃中的玉米淀粉大部分被降解为短链脂肪酸,仅有少部分过瘤胃淀粉进入小肠,淀粉在小肠内消化的能量效率较高,能够被机体直接利用[2-3]。精料中玉米的加工方式有粉碎、干碾压、蒸汽压片、膨化等,这些方法可以通过破坏玉米结构影响肉牛对淀粉的消化利用[4]。研究表明,不同加工方式的玉米对肉牛淀粉利用率和生产性能的影响不同[5]。粉碎和蒸汽压片是反刍动物饲料生产常用的两种玉米加工方法。一般粉碎是根据产品需求,通过筛片控制粉碎粒度,均匀度较差,但由于操作方便加工成本低,因此在饲料生产中较为常见。蒸汽压片玉米具有提升饲料效率的优势[6-8],但蒸汽压片玉米的生产需经过水分调质、蒸汽熟化、对辊挤压、冷却干燥等工序,加工成本高[9-10],因此相对粉碎应用较少。此外,不同生长阶段反刍动物的消化生理存在一定差异,养殖全程是否采用整片蒸汽压片玉米还需进一步研究,关于不同粒度的熟化压片破碎玉米的研究尚未见相关报道。因此,多功能压片破碎机集压片与破碎功能为一体,可生产压片玉米和压片破碎玉米,破碎粒度均匀、能耗小的,是未来精料补充料玉米加工设备的发展方向。本试验在课题组自主研发的等差速压片破碎机基础上开展快慢辊差速比和压片厚度对玉米品质影响的研究,为精料补充料中玉米的加工提供一种新方法。1材料与方法1.1试验设计采用3×3双因素试验设计,将等差速压片破碎机的快辊和慢辊差速比设为1∶1、3∶2、2∶1共3个水平,保持快辊转速为329 r/min;调整快慢辊间距,将玉米压片厚度设为3.0、2.5、2.0 mm共3个水平,试验共设9个处理组,每个处理3个重复,每个重复压片破碎熟化后的玉米100 kg。试验分组见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.12.028.T001表1试验分组压片厚度/mm快慢辊差速比1∶13∶22∶13.01组2组3组2.54组5组6组2.07组8组9组1.2压片破碎玉米制备过程压片破碎玉米样本是在课题组自主研发的小型玉米熟化压片破碎生产线上进行,原料玉米为云南本地玉米。玉米熟化压片破碎工艺流程见图1。两台主设备为长延时熟化器和等差速压片破碎机。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.12.028.F001图1玉米熟化压片破碎工艺流程参考课题组前期研究结果[11-12]并结合工业生产蒸汽的实际情况,将熟化温度设为(110±5)℃,熟化时间设为45 min。玉米从料仓通过喂料器进入长延时熟化器,在设定温度和时间下进行熟化,熟化好的玉米进入等差速玉米压片破碎机,按试验设计中的9组生产工艺参数分别进行玉米压片破碎,生产好的熟化压片破碎玉米在通风良好的仓库水泥地面摊薄(厚度约3 cm)进行72 h自然风干,各处理组风干条件一致。每个处理混合均匀后按四分法取样500 g,粉碎,全部通过60目筛,按分组装入自封袋后放至干燥避光处保存。1.3测定指标及方法1.3.1含粉率参考GB/T 5917.1—2008饲料粉碎粒度测定方法,采用一层筛筛分法,分级筛孔径为1.6 mm,测得筛下物的百分比即为含粉率。1.3.2淀粉糊化度淀粉糊化度检测方法参考熊易强[13]简化的美国饲料行业测定糊化度的方法。1.3.3淀粉检测总淀粉含量的测定参考《饲料中淀粉含量的测定 旋光法》(GB/T 20194—2018);抗性淀粉含量的测定采用抗性淀粉检测试剂盒K-RSTARR;直链淀粉和支链淀粉含量的测定参考文献[14],采用紫外分光光度计-双波长分光光度法。1.3.4水分、容重、总能含量水分、容重、总能含量的检测参考《饲料分析及饲料质量检测技术》[15]。1.4数据统计与分析采用公式(1)中模型分析试验数据。yijk=μ+τi+βj+(τβ)ij+εijk (1)式中:μ为总平均效应;τi为压片厚度第i水平的效应;βj为差速比第j水平的效应;(τβ)ij为τi与βj之间交互作用的效应;εijk为随机误差分量;i=1,2,3;j=1,2,3;k=1,2,3。试验数据采用Excel 2010软件进行整理,SAS 9.4统计分析系统中的GLM过程进行双因素交互作用方差分析,Duncan's法进行多重比较。结果以“平均值±标准差”表示,以P0.01表示差异极显著,P0.05表示差异显著。2结果与分析2.1玉米原料的理化特性(见表2)由表2可知,玉米的水分为13.91%、总淀粉为71.25%,淀粉糊化度为23.22%。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.12.028.T002表2玉米原料的理化特性(风干基础)项目结果项目结果容重/(g/L)711.39±6.49总淀粉/%71.25±0.25硬度/N149.60±10.84支链淀粉/%56.62±1.37水分/%13.91±0.02直链淀粉/%14.48±0.22总能/(MJ/kg)16.05±0.04抗性淀粉/%3.79±0.78淀粉糊化度/%23.22±1.432.2快慢辊差速比和压片厚度对玉米样本理化指标的影响(见表3)由表3可知,压片厚度和快慢辊差速比的交互作用对压片破碎玉米的含粉率无显著影响(P0.05),1组玉米含粉率最低为0.24%,5组玉米含粉率最高为21.30%。压片厚度可显著影响玉米含粉率(P0.05),含粉率随压片厚度的减小而增大,压片厚度为3.0 mm时,玉米含粉率最低。快慢辊差速比可以极显著影响玉米含粉率(P0.01),含粉率随着差速比的增大呈现先高后低的趋势,差速比为1∶1时,玉米含粉率极显著低于差速比为3∶2、2∶1(P0.01)。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.12.028.T003表3快慢辊差速比和压片厚度对玉米理化指标的影响项目压片厚度/mm差速比含粉率/%水分/%容重/(g/L)总能/(MJ/kg)1组3.01∶10.24±0.0213.20±0.02G471.95±6.3315.47±0.272组3.03∶221.06±3.6612.84±0.03F372.33±26.5315.58±0.223组3.02∶19.76±2.3912.91±0.02E340.39±16.9515.08±0.294组2.51∶11.57±0.7213.35±0.03D437.60±5.3715.64±0.215组2.53∶221.30±3.1912.22±0.01C376.39±10.3215.51±0.536组2.52∶115.65±3.3012.18±0.01B349.67±24.4115.36±0.197组2.01∶11.59±0.4811.80±0.01A439.17±20.3515.59±0.308组2.03∶222.19±1.8512.20±0.01B385.15±5.3515.55±0.369组2.02∶117.62±3.7011.79±0.01A360.87±17.9615.24±0.61主效应压片厚度3.010.35±9.29b12.98±0.17A394.89±61.5515.38±0.322.512.84±9.10ab12.58±0.57B387.89±41.3115.51±0.322.013.80±9.60a11.93±0.20C395.06±37.3715.46±0.42差速比1∶11.13±0.80C12.78±0.74A449.57±20.07A15.57±0.243∶221.52±2.65B12.42±0.31B377.96±15.55B15.55±0.342∶114.34±4.49A12.29±0.49C350.31±19.50C15.23±0.37P值压片厚度0.027 50.000 10.593 40.739 2差速比0.000 10.000 10.000 10.110 1压片厚度×差速比0.153 60.000 10.076 50.944 7注∶同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P0.05),不同大写字母表示差异极显著(P0.01),相同或无字母表示差异不显著(P0.05);下表同。快慢辊差速比、压片厚度和两者互作对玉米的水分含量均具有极显著影响(P0.01)。由主效应分析可知,玉米水分含量随压片厚度的减小而减小,随快慢辊差速比的增大而减小,压片厚度为3.0 mm或快慢辊差速比为1∶1时,玉米水分含量最高,压片厚度为2.0 mm或快慢辊差速比为2∶1时,玉米水分含量最低。由组间分析结果可知,相同差速比的3组间(1组~3组、4组~6组、7组~9组)水分含量呈先低后高的趋势,与含粉率的变化趋势相似,4组玉米的水分含量最高,9组最低。快慢辊差速比可极显著影响玉米容重(P0.01),由主效应分析可知,玉米容重随着快慢辊差速比的增大而减小,快慢辊差速比为1∶1时容重最高,压片厚度为2.0 mm时,玉米容重最低;压片厚度相同时,玉米容重随快慢辊差速比的增大而减小,1组玉米容重最大,3组玉米容重最小。差速比、压片厚度和两因素互作对玉米的总能影响不显著(P0.05)。2.3快慢辊差速比和压片厚度对玉米淀粉特性的影响(见表4)由表4可知,快慢辊差速比、压片厚度及两因素的交互作用对玉米样品的淀粉糊化度以及总淀粉、支链淀粉、直链淀粉和抗性淀粉含量均无显著影响(P0.05)。淀粉糊化度随着压片厚度的减少呈先下降后上升的趋势(P0.05);随着快慢辊差速比的增大,淀粉糊化度和支链淀粉含量均呈逐渐上升趋势(P0.05)。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.12.028.T004表4快慢辊差速比和压片厚度对玉米淀粉特性的影响项目压片厚度/mm差速比淀粉糊化度/%直链淀粉/%支链淀粉/%总淀粉/%抗性淀粉/%1组3.01∶151.01±2.7416.58±0.6051.81±0.7970.26±0.414.02±0.662组3.03∶261.76±4.4516.31±0.6252.17±0.1969.75±0.344.20±0.303组3.02∶158.48±4.6416.32±0.8252.80±1.3069.73±0.454.74±0.144组2.51∶159.79±5.4616.37±0.7251.96±0.5369.92±1.634.25±0.905组2.53∶253.53±11.4616.53±1.3652.43±0.9869.64±1.474.41±0.606组2.52∶157.59±4.0016.40±0.1653.96±2.2869.17±2.673.91±0.677组2.01∶159.21±0.9815.94±0.2852.42±0.1369.82±0.753.70±1.568组2.03∶258.40±2.5516.13±1.1853.34±1.0869.84±0.394.43±0.749组2.02∶158.48±1.7416.09±0.5552.70±1.7368.63±3.004.51±1.12主效应压片厚度3.057.08±5.9116.40±0.6152.26±0.8869.92±0.434.32±0.492.556.97±7.2016.43±0.7852.79±1.5669.57±1.764.19±0.672.058.70±1.6716.05±0.6752.82±1.1069.43±1.674.21±1.10差速比1∶156.67±5.2616.30±0.5652.07±0.5570.00±0.943.99±0.993∶257.90±7.2316.32±0.9752.66±0.9169.74±0.784.35±0.512∶158.18±3.2216.27±0.5253.15±1.6969.17±2.064.24±0.77P值压片厚度0.729 10.536 20.550 00.797 80.795 9差速比0.802 50.988 90.185 70.535 50.216 1压片厚度×差速比0.108 80.983 60.597 40.976 90.295 93讨论3.1粉碎、蒸汽压片与熟化压片破碎玉米在反刍动物中的应用分析目前,国内反刍动物饲料生产中玉米加工以粉碎为主,蒸汽压片工艺有一定的应用。蒸汽压片玉米在淀粉的消化吸收、氮代谢、能值均优于普通粉碎玉米。与普通粉碎玉米相比,蒸汽压片玉米可提高瘤胃淀粉消化率26%,提高过瘤胃淀粉消化率41%,蒸汽压片玉米的小肠淀粉消化率可达96%[16]。杨敏等[17]研究发现,与普通破碎玉米相比,日粮中使用蒸汽压片玉米能够显著提高新疆褐牛公牛平均日增重,改变瘤胃发酵速度,提高发酵效率,显著增加与碳水化合物和挥发性脂肪酸代谢相关的微生物丰度,降低纤维降解相关和可致病的微生物丰度。万发春等[18]在育肥杂交阉牛精料补充料中添加蒸汽压片玉米以及2.8、2.0、1.4 mm粉碎玉米,2个月后屠宰,发现蒸汽压片玉米能够提高阉牛胴体产肉率,但增重效果不如2.0 mm粉碎玉米;饲喂2.0 mm粉碎玉米的阉牛增重和养殖效益最高,表明玉米粉碎过细过粗均可影响肉牛的增重和经济效益。王桂瑛等[19]研究发现,蒸汽压片玉米日粮的干物质、有机物质、粗蛋白、淀粉的全消化道消化率高于粉碎蒸汽玉米。李勇等[20]分别饲喂8日龄湖羊公羔颗粒化开食料(玉米及其他原料全部粉碎后制粒)和蒸汽压片玉米开食料(玉米进行蒸汽压片处理后破碎,其他原料粉碎后制粒,将破碎的蒸汽压片玉米与其他原料制成的颗粒料混合)至42日龄。结果发现,与颗粒化开食料相比,蒸汽压片玉米开食料更有利于羔羊早期断奶前后阶段的瘤胃发酵、优势菌群的建立以及断奶前的氨基酸和脂肪酸代谢功能。因此,未来蒸汽压片玉米在反刍动物饲料中具有较好的应用前景。目前饲料企业生产和研究报道的蒸汽压片玉米均以整片为主,对熟化压片破碎机的研究报道较少。本课题组研制的等差速压片破碎机可生产不同压片厚度的整粒压片玉米和不同压片厚度和不同粒度的压片破碎玉米,可满足不同反刍动物在不同生长阶段对玉米压片粒度的要求。3.2快慢辊差速比和压片厚度对玉米理化和淀粉特性的影响本试验表明,快慢辊差速比对饲料压片破碎生产过程中产生的细粉即含粉率影响极显著,压片厚度对含粉率的影响显著。因压片破碎玉米研究较少,压片破碎玉米含粉率对肉牛玉米利用率的影响还需要进一步研究。目前,关于玉米蒸汽压片设备工艺参数研究集中于蒸汽温度、熟化时间等熟化性能,压片性能集中在挤压压力即压片厚度上的研究。蒸汽压片玉米的厚度可通过调节辊间距实现,生产中通常有两种方法调整辊间距:一是定压法,将两个轧辊紧贴一起,即二者间距离为零,之后减小挤压压力,保证玉米通过轧辊时会形成一定的间隙;二是定距法,即先将两轧辊调到所需间距,之后增大挤压压力使二者固定,保证轧辊间的距离不会随着下落玉米增加和不断的挤压而发生改变。一般采用第二种方法调节蒸汽压片玉米的厚度[21]。容重受挤压压力的控制,压片厚度与容重之间呈中度相关,即容重(kg/L)=0.042+0.14厚度(mm)(r2=0.74),压片厚度不会改变,而容重却受很多因素影响,如含水量、测定容器的形状以及压片玉米的破损程度等[22]。有试验表明,容重为360 g/L的蒸汽压片玉米营养价值较高[23]。目前,美国国家科学、工程和医学院推荐的蒸汽压片玉米容重范围是310~360 g/L,也有研究认为蒸汽压片玉米容重范围260~360、309~412、310~390 g/L较优[5]。Schwandt等[24]收集了2015年8月至10月17家美国饲料企业正常工作状态下压片数据,每家企业收集压片机和压片样品数据各49个,发现饲料厂间压片机的辊表面、辊间距、压片机负荷等差距较大,这些因素均会影响压片玉米的产量的质量,建立了淀粉利用率数据(酶法水解)与压片玉米水分、冷却后压片密度、辊直径的回归方程,淀粉利用率=119.72-(1.22×水分含量)-(2.42×冷却压片密度)+(0.47×辊直径)。本试验中,玉米经过高温熟化压片破碎、自然风干后9组样本的容重范围在340.39~471.95 g/L,差速比对容重的影响极显著,压片厚度和两因素的交互作用对容重影响不显著,容重为360 g/L是第9组,即压片厚度为2.00 mm,差速比为2∶1;第3组、第6组、第9组的容重在310~360 g/L,即差速比为2∶1,压片厚度为3.0、2.5、2.0 mm时,生产的压片破碎玉米容重均达到了美国国家科学、工程和医学院推荐的蒸汽压片玉米容重范围,而差速比为1∶1和3∶2条件下生产的玉米样品容重过高,快慢辊的转速越接近,玉米样本容重越大。本试验在相同晾晒条件下,压片厚度、差速比和两者的交互作用均极显著影响样本水分,水分含量差异较大。结果显示,随着压片厚度下降,水分含量呈极显著下降趋势,随着差速比增大,水分含量也呈现极显著下降趋势,因此样本水分含量与样本颗粒大小与厚度密切相关。本试验中,压片厚度、差速比和两者的交互作用对压片破碎玉米的淀粉糊化度以及直链淀粉、支链淀粉、总淀粉、抗性淀粉的含量均无显著影响。因在熟化条件一致的情况下,影响压片破碎玉米淀粉特性的因素主要是熟化工艺参数。4结论本试验条件下,从熟化压片破碎玉米的容重角度分析,压片厚度2.00 mm、快慢辊差速比2∶1时生产的压片破碎熟化玉米较好。
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