儲存時間對玉米豬有效能值和營養物質消化率的影響

趙金標 張 剛 李忠超 宋孝明 劉 嶺

(中國農業大學動物科學技術學院，農業農村部飼料工業中心，動物營養學國家重點實驗室，北京 100193)

隨著全世界人口數量的劇增，人們除了對肉、蛋、奶等食物的需求不斷增加外，對于玉米等谷物飼糧的需求也急劇增加。中國是世界上玉米生產大國，也是消費大國。2019年，我國玉米的總產量高達2.35億t，種植面積將近4 000萬hm2。玉米主要可以劃分為三大用途，其中70%用于畜牧業、20%用于工業生產、10%用作人類口糧[1]。由于玉米主要被用于畜牧生產和飼料工業，因此提高玉米在動物上的利用效率具有重要的意義。

玉米作為飼糧的營養價值受眾多因素影響，比如品種、儲存時間、加工方式和種植環境等[2]。在中國，一部分玉米將被儲存作為糧食安全和可持續發展的保障[3]。然而，隨著儲存時間的延長，由于玉米自身的呼吸作用，其淀粉、蛋白質和微量元素含量以及物理指標都會發生變化[4-5]。玉米收獲后，在儲存過程中將經歷未后熟化、后熟化和陳化3個階段。玉米后熟化階段前，水分含量較高，內源酶活性強，呼吸作用強，非淀粉多糖和抗性淀粉含量高，不易被消化；熟化后，玉米內源酶活性明顯下降，各種營養成分含量較為穩定，呼吸作用減弱；隨著儲存時間的進一步延長，玉米開始陳化，組織細胞老化，淀粉和蛋白質含量下降，脂肪酸、纖維含量逐漸增加，同時霉菌和及其分泌的毒素等有害物質逐漸增多，導致玉米的營養價值降低[6]。根據《玉米儲存品質評價規則》，當玉米的脂肪酸值高于78 KOH mg/100 g時，就判定為重度不宜存，稱為陳化玉米，用于動物飼料、食品加工、淀粉和酒精生產[7]。玉米陳化現象表現在食用品質和使用品質下降，嚴重陳化時食味明顯變差，酸度明顯增加[8]。我國玉米產量增長較快，在20多年內以125%的速度快速增長，階段性過剩問題突出。為了推動玉米減少庫存，一方面，國家推進農業供給側結構性改革和玉米收儲市場化改革，主動調減玉米種植面積，累計調減玉米種植面積5 000多萬畝(1畝≈666.67 m2)；另一方面，在東北玉米主產區發展深加工產業。針對我國玉米階段過剩問題，研究玉米在儲存過程中營養品質變化規律及其在養豬生產中的飼用價值，這對于適當延長其儲存期，解決糧食陳化問題具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

動物試驗在農業農村部飼料工業中心豐寧動物試驗基地(河北承德九運農牧有限公司院士工作站)進行，按照農業部飼料效價與安全監督檢驗測試中心(北京)的豬飼料營養價值評價技術規程進行所有試驗操作。本研究中所采集的玉米均種植和收獲于河北省，在河北省隆化縣儲備糧倉(河北省承德市隆化縣357省道北側；北緯41°72′，東經117°09′；溫帶季風氣候)進行倉儲，儲存時間分別為1、2、3、4和5年。所有玉米均儲存在磚砌平房倉內，倉房內側空間長15.8 m、寬11.2 m、高7.8 m，通風良好。玉米的儲存條件符合GB/T 7415—2008，使用編織袋分袋封口包裝，每袋40 kg，初始干物質含量為88.92%，主要品種有先玉335、農大372和京科968，均為普通黃色馬齒型玉米。采樣過程參照國家標準《飼料采樣》(GB/T 14699.1—2005)提供的方法進行，每5袋作為1個取樣單位，每個取樣單位隨機選擇包裝袋取樣，共得到樣品約20 kg，混勻后縮樣至10 kg。為保證樣品的代表性，采用點收集法采集玉米樣品，即分別從10個不同取樣單位采集不同儲存時間樣品各100 kg。采取的玉米樣品置于-20 ℃保存，待后續試驗和分析。從中各取1 kg樣品粉碎后備用，以檢測常規營養成分含量。

1.2 試驗設計

試驗一：采用完全隨機試驗設計，選取30頭初始體重為(45.21±1.51) kg的杜×長×大三元雜交去勢公豬，分別飼喂5種玉米飼糧。每種玉米飼糧飼喂6頭豬，每頭豬作為1個重復。玉米飼糧由96.90%的玉米、1.70%的磷酸氫鈣、0.30%的食鹽、0.60%的石粉、0.50%的維生素與微量元素預混料組成。玉米作為唯一的能量來源，通過直接法計算玉米的消化能和代謝能。試驗期19 d，其中7 d為消化代謝籠適應期，7 d為飼糧適應期，5 d為糞尿收集期。試驗二：采用6×6拉丁方試驗設計，選取6頭初始體重為(32.61±1.15) kg裝有簡單T型瘺管的杜×長×大三元雜交去勢公豬，分別飼喂1種無氮飼糧和5種玉米飼糧。玉米飼糧由96.60%的玉米、0.80%的石粉、1.50%的磷酸氫鈣、0.30%的三氧化二鉻、0.30%的食鹽和0.50%的維生素與微量元素預混料組成。無氮飼糧由74.70%的玉米淀粉、3.00%的大豆油、15.00%的蔗糖、4.00%的醋酸纖維素、3%的磷酸氫鈣、0.30%的三氧化二鉻、0.45%的食鹽、0.30%的碳酸鉀、0.10%的氧化鎂和0.50%的維生素與微量元素預混料組成。通過直接法和校正內源氨基酸計算玉米氨基酸的表觀和標準回腸末端消化率。試驗共6期，每期持續7 d，其中5 d為飼糧適應期，2 d為食糜收集期。試驗一和試驗二所用飼糧中維生素與礦物質營養水平參照《豬飼養標準》(NY/T 65—2004)[9]推薦值進行設計。

1.3 飼養管理

所有試驗豬均單獨飼養在豬專用不銹鋼代謝籠中，代謝籠的規格為1.4 m×0.7 m×0.6 m。試驗豬自由飲水，每天的采食量為其初始體重的4%[10]，每天09:00和16:00將飼糧分2次等量飼喂。試驗期間每天不定時巡視，觀察記錄采食、飲水、排糞、瘺管護理等情況。每天對豬舍進行常規消毒，舍溫控制在(21±3) ℃。每天17:00對圈舍進行清掃，保持豬舍環境的干凈衛生。

1.4 樣品收集

試驗一采用全收糞法收集樣品。收集期開始時，將收尿桶放置于代謝籠下面，并加入50 mL 6 mol/L鹽酸(HCl)，混合均勻，將每頭豬第15～19天連續5 d所收集的全部尿樣解凍并充分混勻，取部分尿樣裝入50 mL離心管中，4 ℃靜置待檢。將收糞盤放置在豬籠漏縫板下，保證豬所排的糞全部落入收糞盤中。結束后將收集的糞進行稱重，于65 ℃烘箱中烘72 h至風干狀態，回潮24 h后至恒重，粉碎過60目篩，裝袋備用。試驗二在每期的第6天和第7天的08：00—18：00，使用橡皮筋將樣品收集袋固定在瘺管上。每隔0.5 h更換1次收集袋以防止食糜發酵，取下的收集袋立刻轉移到-20 ℃冰柜。試驗結束后將每頭豬每期的食糜混合，然后取500 mL使用凍干機進行真空冷凍干燥，最后置于4 ℃儲存室待檢。

1.5 檢測指標和方法

玉米中干物質、粗蛋白質、粗脂肪、淀粉、粗灰分、鉻和18種氨基酸含量分別按照GB/T 6435—2006[11]、GB/T 6432—1994[12]、GB/T 6433—2006[13]、GB/T 20194—2006[14]、GB/T 6438—2007[15]、GB/T 13088—2006[16]和GB/T 18246—2000[17]所述方法測定；中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量按照Van Soest等[18]報道的方法進行測定；總能按照國際標準ISO9831:1998推薦的方法使用氧彈式測熱儀(Parr 6300，Parr公司，美國)測定。按照GB/T 21514—2008[19]所述方法測定玉米中脂肪酸含量，使用配備熒光檢測器(Agilent 1100，Agilent Technologies，美國)的高效液相色譜儀定量玉米中霉菌毒素含量。

1.6 計算公式

豬玉米飼糧消化能、代謝能和營養物質表觀全腸道消化率的計算公式參照Adeola[10]。

豬玉米飼糧消化能和代謝能的計算公式如下：

玉米飼糧消化能(MJ/kg，飼喂基礎)=(食入的總能-排糞總能)/采食量；玉米飼糧代謝能(MJ/kg，飼喂基礎)=(食入的總能-排糞總能-尿能)/采食量。

豬對玉米中營養物質表觀全腸道消化率的計算公式如下：

營養物質表觀全腸道消化率(%)=100×(飼糧營養物質攝入量-糞中營養物質排出量)/飼糧營養物質攝入量。

豬玉米消化能和代謝能的計算公式如下：

玉米消化能或代謝能(MJ/kg，飼喂基礎)=玉米飼糧消化能或代謝能/0.969。

式中：0.969為玉米飼糧中玉米添加的比例。

玉米中氨基酸表觀和標準回腸消化率的計算公式如下[20]：

氨基酸表觀回腸末端消化率(%)=100-(待測飼糧鉻含量×食糜氨基酸含量/食糜鉻含量×待測飼糧氨基酸含量)×100；回腸內源氨基酸流量(g/kg)=食糜氨基酸含量×飼糧鉻含量/食糜鉻含量；氨基酸標準回腸末端消化率(%)=氨基酸表觀回腸末端消化率+(回腸內源氨基酸流量/待測飼糧氨基酸含量)×100。

1.7 統計分析方法

試驗數據采用SAS 9.2統計軟件中GLM程序進行統計分析，以每頭試驗豬作為統計單位。不同的飼糧處理為固定效應，試驗動物狀態和試驗期為隨機效應。通過UNIVARIATE程序檢驗模型殘差和等方差的正態分布，本試驗數據無異常值。采用正交多項式對比(orthogonal polynomial contrasts)法檢測儲存時間的線性和二次效應。另外，在儲備糧倉采用點取樣法收集同一庫存時間的6份樣品作為6個重復，探究儲存時間對玉米樣品中營養物質含量的影響。所有試驗結果均用最小二乘法的均值以及均值標準誤(SEM)表示，P<0.05為差異顯著，0.05

2 結果與分析

2.1 儲存時間對玉米中營養物質以及霉菌毒素含量的影響

隨著儲存時間的延長，玉米中干物質和淀粉含量線性降低(P<0.05)，但是玉米中總能、粗蛋白質、粗脂肪、粗灰分、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量并沒有發生顯著變化(P>0.05，表1)。另外，玉米中C16∶0、C18∶1、C18∶2、不飽和脂肪酸以及總脂肪酸含量隨著儲存時間的延長而線性增加(P<0.05，表2)。除了精氨酸，儲存時間對玉米中粗蛋白質和氨基酸的含量均未產生顯著影響(P>0.05，表3)。儲存過程中玉米中霉菌毒素的含量并沒有隨儲存時間的延長而呈線性或二次變化(P>0.05)，從數值上看，儲存1年的玉米中玉米赤霉烯酮含量低于儲存2、3、4、5年的玉米。

表1 不同儲存時間玉米樣品的常規營養成分和毒素含量(風干基礎)

表2 不同儲存時間玉米樣品的脂肪酸組成(風干基礎)

表3 不同儲存時間玉米樣品的氨基酸組成(風干基礎)

2.2 儲存時間對玉米消化能、代謝能和營養物質表觀全腸道消化率的影響

隨著儲存時間的延長，玉米的消化能和代謝能線性降低(P<0.05，表4)。另外，除了干物質，玉米的總能、淀粉、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀全腸道消化率均隨著儲存時間的延長而呈現線性降低(P<0.05)。

表4 不同儲存時間玉米樣品的消化能、代謝能和營養物質表觀全腸道消化率(風干基礎)

2.3 儲存時間對玉米粗蛋白質和氨基酸表觀和標準回腸消化率的影響

隨著儲存時間的延長，玉米的粗蛋白質以及各氨基酸的表觀和標準回腸末端消化率均呈線性降低(P<0.05，表5和表6)。

表5 不同儲存時間玉米樣品的粗蛋白質和氨基酸表觀回腸末端消化率

表6 不同儲存時間玉米樣品的粗蛋白質和氨基酸標準回腸末端消化率

3 討 論

3.1 儲存時間對玉米營養價值的影響

研究顯示，玉米儲存2個月以上時，支鏈淀粉含量隨儲存時間的延長而降低，而直鏈淀粉和抗性淀粉的含量則逐漸增加[21]。在27 ℃和85%～90%的相對濕度下儲存6個月，玉米淀粉的糊化焓變和峰值黏度隨儲存時間的延長而降低，淀粉和長支鏈淀粉的分子質量隨儲存時間的延長而減小，淀粉結晶度的百分比則增加[22]。本試驗中，隨著儲存時間的延長，玉米中淀粉含量呈現線性降低。由于本研究沒有檢測不同類型淀粉含量的變化，因此儲存時間對直鏈淀粉、支鏈淀粉和抗性淀粉含量的影響尚未明確。另外，在儲存過程中，玉米因為發生呼吸作用而消耗水分，因此隨著儲存時間的延長，其水分含量應該會逐漸降低，已有研究證實了這一觀點[23]。和前人研究結果不同，本試驗中玉米中干物質含量隨著儲存時間的延長呈現線性降低，造成這一現象的具體原因尚未可知，推斷可能是與不同年份的儲存環境和外界天氣有關，如降雨量和溫濕度等。

郭盼盼[24]研究發現，小麥中中性洗滌纖維含量隨著儲存時間的延長顯著增加，而非淀粉多糖含量則隨著儲存時間的延長顯著下降。中性洗滌纖維含量隨著儲存時間的延長而增加是由于淀粉和非淀粉多糖發生了聚合作用[25]。研究顯示，當青貯苜蓿儲存在60 ℃時，隨著儲存時間的延長，中性洗滌纖維含量升高，這是由于蛋白質溶解度的變化、葡基胺的形成和美拉德反應產物的形成。中性洗滌纖維中的含氮物是由于構象變化和美拉德反應形成的蛋白質、葡基胺和不可溶蛋白質附著在細胞壁上[26]。在儲存過程中，玉米中蛋白質的變化表現為蛋白質的水解和變性，許多學者認為蛋白質的量在糧食儲存過程中基本保持不變，而變化主要為質變，其表現為結構和類型等方面的改變[27-28]。本試驗的結果與此一致，即玉米中粗蛋白質和絕大多數氨基酸含量隨著儲存時間的延長均沒有發生顯著變化，但是粗蛋白質和氨基酸的消化率卻顯著降低，這是由于玉米中的蛋白質在儲存過程中容易發生美拉德反應。

剛收獲的玉米脂肪酸含量較高，而收獲后2～3個月發生后熟化，在內源酶的作用下由脂肪酸合成脂肪。因此，后熟化過程中玉米的脂肪酸含量逐漸降低，合成的脂肪含量逐漸升高[29]。但是，玉米后熟化作用結束后，隨著儲存時間的延長，玉米進行呼吸作用導致脂肪分解成脂肪酸，使得脂肪酸含量增加，抗氧化酶(過氧化物酶等)活性降低，氧化型脂肪酸含量增加，一些酮、醛等有害物質含量增加[30]。氧化型脂肪酸不僅會降低飼糧的適口性[31]，而且會對動物健康造成傷害，降低營養物質消化吸收率[29,32]。另外，儲存過程中玉米中脂肪含量受水分含量和儲存條件的影響。玉米在25 ℃條件下儲存6個月，其pH會明顯降低，酸度明顯增加，水分、總可溶性賴氨酸和維生素B1含量逐漸減少[33]。

已有研究表明，隨著儲存時間的延長，谷物原料容易發生霉變，霉菌毒素含量逐漸增加，從而導致其營養價值降低[8]。但是在本試驗中，隨著儲存時間的延長，玉米中霉菌毒素的含量無顯著變化。不同研究結果存在差異，這可能與玉米儲存時的初始水分含量有關，初始水分含量越大，玉米呼吸作用越明顯，越容易導致霉變。

3.2 儲存時間對玉米消化能、代謝能和營養物質消化率的影響

張磊[34]探究了玉米分別儲存0、3和10個月后生長豬消化能、代謝能和營養物質消化率的變化。隨著儲存時間的延長，玉米的豬消化能、代謝能以及有機物、總能、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗蛋白質和粗脂肪的表觀全腸道消化率呈先升高后降低的二次變化。這是由于新玉米收獲后3個月左右會經歷后熟化的過程，這個過程玉米的營養價值逐漸升高；儲存3個月后，由于呼吸作用，玉米開始消耗自身養分維持生命作用，使得玉米逐漸陳化，導致其消化能、代謝能和營養物質消化率下降。這和本研究所得結果一致，當玉米儲存1年以上時，玉米豬消化能、代謝能以及總能、淀粉、粗蛋白質、氨基酸、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率隨著儲存時間的延長均呈現線性降低。其中，粗蛋白質和氨基酸消化率降低是由于在儲存過程中玉米中蛋白質易于發生美拉德反應，從而降低豬對氨基酸的利用效率[35]。

4 結 論

以河北省國家糧倉儲存1年以上的玉米為研究對象，結果表明，隨著儲存時間的延長，玉米的豬消化能和代謝能以及纖維物質和氨基酸的消化率均線性下降，從而導致其飼用價值逐漸降低。