浅议基于动物营养学基础的饲料加工技术研究与展望

现代的饲料加工技术除传统的粉碎、调质、制粒外，还包括微生物发酵、挤压膨化、化学处理等技术。饲料加工技术研究成果为饲料工业的发展及动物营养学研究做出了巨大贡献，但与动物营养学的发展需求相比仍有较大差距，这种状况也阻碍了动物营养科学最新成果的应用。饲养标准和营养需要量是动物营养的两大重要基础，而饲料加工技术及生产工艺都会影响这两大基础，因此与动物营养相关的饲料工艺技术研究一直受到学者关注。本文从动物营养学角度，概述了充分发挥动物营养潜力的饲料加工技术研究，为从事该领域的研究者提供参考。

粉碎是饲料生产最基本的工艺组成， 能通过改变原料的物理性状而改善配合饲料的混合能力和均匀性，提高制粒质量和营养物质消化率。普通饲料的粉碎粒度在50~4 000 μm，特种水产饲料的粒度在50~300 μm。由于饲料颗粒对肌胃的发育及功能具有促进作用，在过去的20 年中，人们更加重视粉碎粒度对家禽营养的影响。家禽的喙上有机械性刺激感受器，能够分辨饲料颗粒大小的差异，肉鸡在4 日龄就能分辨饲料颗粒的微小差异。家禽采食粉碎粒度小的玉米虽然增重降低，但采食量没有明显差别，而回肠氨基酸消化率和表观代谢能提高。虽然粉碎粒度可以改善蛋鸡肌胃的发育，但对产蛋性能没有影响。豆粕的粉碎粒度不影响火鸡幼禽的增重及饲料转化效率，但肉鸡对粗粉碎粒度的饲料转化效率更高。同样颗粒大小的压榨型大豆粕对肉鸡的采食量和增重均没有影响，但粗粉碎的溶剂浸提型大豆粕的饲料转化效率更低。粉碎机的类型对产蛋鸡的生产性能和营养物质消化率没有影响。辊式粉碎机生产的饲料中镁、锌、铜和铁的回肠表观消化率高，锤片式粉碎机影响微量元素的回肠表观消化率和总表观消化率，但对矿物质元素在鸡蛋中的沉积没有影响。很多研究都证明降低玉米的粉碎粒度可以提高猪的营养物质消化率、生产性能和屠宰率，但对猪的采食量没有显著影响。18 日龄前的仔猪更喜欢大颗粒饲料，如果在哺乳期提供较大粒径的饲料，断奶后仔猪采食相同的饲料有较高的采食量及体增重。原料粉碎粒度对反刍动物影响的研究相对较少。玉米粉碎粒度不影响泽西奶牛的产奶量，但是粉碎玉米的淀粉总肠道消化率、牛奶中支链脂肪酸、C16 及以下的脂肪酸含量增加，C18 脂肪酸和C18:1 的顺式脂肪酸含量降低。不同粉碎粒度对荷斯坦阉牛瘤胃的铵态氮、挥发性脂肪酸浓度和血液代谢没有影响，但粗粉碎可使牛瘤胃中的丙酸浓度增加。目前，对不同动物种类及动物的不同发育阶段的适宜饲料粉碎粒度的系统研究较少，同时适宜的粉碎粒度对颗粒饲料质量及动物生长发育的影响研究也需深入。

虽然粉碎粒度对动物的消化吸收、采食量等有一定影响，但后期的加工工艺会影响饲料质量，进而影响动物生产。制粒工艺是将粉状原料制成颗粒的过程，制粒前的调质直接影响制粒的产量和品质。在相同的饲料配方及加工参数条件下，不同调质时间及饲料形态（粉料和颗粒料）对保育猪的日增重和饲料转化效率没有影响，但粉料日粮比调质时间对增重耗料比的影响更为显著，说明饲料加工处理后会影响饲料的利用效率。由于加热的作用，原料颗粒大小在制粒过程中进行了重新分布，减少了粗细颗粒之间的分布差异。因此，谷物通过制粒或者制粒后粉碎再饲喂，其粉碎粒度对动物生产性能影响不大。制粒可以避免饲料组分分级及动物挑食，同时具有流动性好、贮存运输方便、杀灭细菌等特点。当前，对制粒的研究集中在颗粒质量控制，包括硬度、粉化率、淀粉糊化度等参数，但对于制粒后饲料产品的适口性、热敏性原料的保真性以及对动物生长发育及机理性的研究相对较少。

饲料工业中螺旋挤压成形技术起源于1910 年，当时用于生产制造普通颗粒饲料。20 世纪80 年代，挤压膨化技术已经成为国外发展速度最快的饲料加工新技术，在水产饲料、宠物饲料、饲料资源开发等方面都有广泛的应用，目前在美国只有5% 的宠物饲料不进行膨化处理。挤压膨化处理可以破坏饲料原料中的抗营养因子、杀灭微生物等，但由于机械剪切、摩擦和高温高压的影响，挤压过程中饲料的理化性质、营养成分等发生改变，也使一些热敏性的营养素损失。制粒能提高能量利用效率，但膨化可以增加日粮可溶性纤维含量，因此对提高纤维含量较高日粮的能量利用率效果最显著。与制粒相比，挤压膨化可以提高饲料转化效率8%，干物质消化率提高3%，粗蛋白质消化率提高6%。原料膨胀可以改善颗粒质量和42 日龄的肉鸡饲料转化效率。采用单螺杆或者双螺杆膨化亚麻籽，对猪的干物质及粗蛋白质全肠道表观消化率没有影响，但单螺杆膨化饲料的总能、全肠道表观消化率和代谢能水平高于双螺杆膨化饲料。膨化玉米的干物质回肠末端消化率高于未膨化玉米，但二者的氨基酸消化率没有差异。玉米膨化可以破坏玉米纤维中的木质素，使纤维素转化成葡萄糖、半纤维转化成可溶性的阿拉伯木聚糖。纤维粒径的大小影响膨化产品的性质，通常小纤维颗粒的膨化效率高，纤维粒径与玉米淀粉分子量之间有显著的互作关系，并与直链淀粉和支链淀粉的比例有关[26]，但目前还没有关于纤维粒径、淀粉含量及组成等对膨化产品营养品质的影响及相关性的研究。

膨胀器作为原料预处理设备，可增强调质效果，提升制粒效率和颗粒质量，具有很广阔的应用前景。由于膨胀器的工作温度和压力较高，对热敏性饲料原料和添加剂（如维生素、酶制剂等）的影响较大，如何避开对热敏性组分的损害是研究发展的方向之一。此外，原料膨胀后碳水化合物、蛋白质等营养素的空间结构是否发生变化，与之相对应的功能特性的改变对动物生长发育的影响研究，尤其是结构与功能关系的研究基本处于空白。

随着生物技术的发展，通过微生物对原料进行发酵处理来改善饲料品质成为目前动物营养研究的热点之一。发酵饲料是指在人工控制的条件下，微生物通过自身的代谢活动，饲料原料中抗营养因子分解或转化，产生更能被畜禽采食、消化、吸收且无毒无害的饲料。微生物在饲料发酵过程中可产生各种酶类，将饲料原料中的淀粉、蛋白质、纤维素、果胶等一些复杂的大分子物质转化为多糖、单糖、小肽、氨基酸等小分子营养物质，同时形成的菌体蛋白也更容易被动物吸收，提高了饲料的营养价值。通过微生物的发酵，也能显著改善一些原料的适口性，例如一些植物秸秆经酵母菌发酵后具有一定的醇香气味，利于动物采食。此外，微生物在代谢过程中也会产生多种活性物质，如有机酸、多糖，甚至一些抑菌物质，可以提高动物机体的抗病免疫能力，以减少抗生素的使用。

经过微生物发酵后，可将原料中品质较差的植物性或动物性蛋白质合成品质较好的微生物蛋白质，降低粗纤维等含量，同时还能将原料中不易被动物吸收利用的大分子蛋白转化为小分子的肽类或氨基酸，提高动物的吸收利用，进而提高饲料效率。经真菌和酵母发酵后，棉籽粕中游离棉酚含量降低，提高了其营养价值。在生长育肥猪日粮中使用5%~10% 的发酵棉粕替代豆粕对猪的采食量、日增重和耗料增重比等均没有显著影响；在鸡日粮中添加5%~15% 的发酵棉粕可以提高鸡群免疫力，降低发病率，并可改善鸡肉、鸡蛋的品质。发酵棉粕还可作为反刍动物精料补充料中的蛋白质原料，其所含的营养物质可促进瘤胃微生物的生长繁殖，进而增加反刍动物对粗饲料的利用率。在水产饲料中用发酵棉粕代替鱼粉和豆粕不仅可以降低饲料成本及饵料系数，还可以改善水质，提高水产动物体内消化酶含量，从而提高营养物质的消化吸收率。

目前，发酵饲料的研究及生产在技术储备、生产设备和技术人员方面都非常有限；由于微生物发酵饲料的菌种、饲喂的动物、饲养条件以及饲料配方等差异，造成微生物发酵饲料的应用效果差异较大；另外，发酵菌种来源、菌种失活、发酵产品质量安全等问题都阻碍着微生物发酵饲料的发展。

化学处理技术通常是指利用水解或氧化的方式来提高饲料的营养价值。用氢氧化钠处理植物细胞壁中的木质素、半纤维素、硅酸盐等成分，可使消化酶与植物组分充分接触，提高动物对植物性饲料的消化能力。但氢氧化钠处理的饲料适口性差，使猪的生产性能下降，主要用于反刍动物生产。用氢氧化钠处理的大麦秸秆可以提高干物质消化率；用氢氧化钠处理的高粱可增加中性洗涤纤维的消化率。同样，氢氧化钠处理后的DDGS可以降低奶牛的酸中毒，增加中性洗涤纤维的降解。氨水、液氨、尿素等都可用来处理高纤维饲料，通过高压辅助处理可以水解细胞壁中的纤维素和半纤维素，主要用于反刍饲料。氧化钙和氢氧化钙也可以用来处理高纤维饲料原料，但并不常见。氨和氧化钙共同使用可以提高稻草的营养价值，氢氧化钙也可以用来降解玉米中的伏马菌素。由于化学处理会影响饲料的适口性，同时化学处理后也会增加环境污染风险，因此在单胃动物饲料的加工中很少采用。通常在青贮饲料中采用氨化或碱化处理来提高饲料的营养价值。

以动物营养需要为基础的饲料加工提质增效技术对畜牧生产发展具有重要的促进作用。合理的配方、优质的原料需要在性能可靠的加工设备和科学的工艺流程下才能生产出优质饲料。如何提高饲料加工技术为动物营养服务是目前及未来亟待解决的问题和重要任务。饲料加工设备及工艺为饲料加工新技术的实现、达到最佳动物生产性能提供支撑，因此借助现代人工智能及信息化技术，研发智能化、大型化的饲料加工装备，建立基于在线控制的动物日粮生产系统，按照动物生长的精准需要进行高效生产是未来可实现的目标（参考文献略）。