ВЛИЯНИЕ ФЛОКИРОВАНИЯ ЗЕРЕН КУКУРУЗЫ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СТЕПЕНЬ КЛЕЙСТЕРИЗАЦИИ КРАХМАЛА КУКУРУЗЫ
ВЛИЯНИЕ ФЛОКИРОВАНИЯ ЗЕРЕН КУКУРУЗЫ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СТЕПЕНЬ КЛЕЙСТЕРИЗАЦИИ КРАХМАЛА КУКУРУЗЫ
Аннотация
В последние годы с ростом цен на зерно в интенсивной производственной и комбикормовой промышленности большое значение придается совершенствованию способов приготовления зерна и повышению коэффициента его использования. Зерновой корм является важным энергетическим веществом для жвачных животных, обеспечивая от 70 до 80% их энергетических потребностей. К таким кормам относится и кукуруза. По сравнению с такими методами обработки как гранулирование или экструдирование, стоимость технологии флокирования зерен в условиях Китая относительно низка, при этом эффективно удаляются антипитательные вещества в зерне, устраняется неблагоприятное воздействие вредных микроорганизмов в корме. Обработка паром с последующим плющением — флокирование, может разрушить пространственную структуру крахмала и белка в зерне кукурузы и улучшить показатели усвоения крахмала, позволяя повысить продуктивность животных. В животноводстве европейских стран технология флокирования зерен кукурузы и сорго получила распространение при кормлении сельскохозяйственных животных. В Китае, по сравнению с зарубежными странами, применение и исследования в данной области мало изучены. В данном эксперименте изучалось влияние обработки зерен кукурузы флокированием на их химический состав и степень клейстеризации кукурузного крахмала. Результаты показали, что флокирование не оказало существенного влияния на химический состав кукурузы, но после обработки зерна кукурузы изменилась степень клейстеризации крахмала и содержание амилозы в крахмале. Так, степень клейстеризации кукурузного крахмала увеличилась с 25,36% до 75,51%, а содержание амилозы увеличилось с 7,43 до 8,11% от сухого вещества.
1. Введение
Кукуруза является высококалорийным кормом для крупного рогатого скота и имеет высокую энергетическую ценность. Зерно кукурузы используется в качестве важного источника энергии корма для лактирующих коров. Крахмал, содержащийся в зерне кукурузы, медленно расщепляется в рубце, вследствие чего не образуется большого количества молочной кислоты и снижается риск возникновения ацидоза, чему подвержены высокоудойные коровы, так как в их рационе присутствует большая доля концентрированных кормов В химическом составе кукурузы содержание крахмала составляет 64–69%, а содержание сырого протеина составляет 7–9% . Кормление цельным или дробленым зерном кукурузы приводит к низкой степени использования питательных веществ кукурузы. При включении в рацион измельченной кукурузы жвачным животным, около 68% кукурузного крахмала расщепляется в рубце, но эффективность расщепления и всасывания в рубце намного ниже, чем переваривание и всасывание крахмала в тонком кишечнике. При слишком мелком измельчении кукурузы при скармливании высококонцентрированных комбикормов или неравномерном перемешивании измельченной кукурузы и грубого корма, крахмал будет быстро разлагаться в рубце, что приводит к снижению значения pH рубца. Если значение pH жидкости рубца становится слишком низким, активность рубцовой микрофлоры подавляется, что может вызвать ацидоз и снизить переваримость корма , , .
Практика доказала, что технология флокирования зерен кукурузы — парового плющения — позволяет в значительной степени повысить биологическую ценность кукурузы и эффективно улучшить ее усвояемость организмом животных. Методы обработки зерна в комбикормовой промышленности в основном включают дробление, плющение, в том числе и мокрого зерна, экструдирование и т. д.
Флокирование — это метод физической обработки влажного зерна — плющения после термической обработки зерна. В сырье после удаления примесей добавляют воду и замачивают, а затем подают в вертикальный паровой шкаф из нержавеющей стали и обрабатывают паром при температуре около 100 ℃ в течение 30–60 минут. Когда содержание влаги в сырье достигает 18%–21%, сырье прессуется в листы определенной толщины с помощью предварительно нагретого валика через вращающийся барабан. Толщина зернового листа регулируется в зависимости от расстояния между двумя валками валика. Затем сырье сушат на воздухе или сушильных шкафах для предотвращения плесени и хранят в сухом проветриваемом помещении. При плющении зерна обнажаются крахмальные гранулы и изменяется пространственная структура белка. Этот эффект увеличивает площадь контакта между микроорганизмами и ферментами рубца и плющенным зерном, тем самым улучшая усвояемость кукурузного крахмала, белка и других питательных веществ , , , .
Цель исследования — изучить влияние флокирования зерен кукурузы на химический состав, состав и степень клейстеризации крахмала кукурузы.
Задачи: изучить изменения химического состава, состава и степени клейстеризации крахмала в процессе флокирования зерен кукурузы.
2. Материал и методы
Объектом исследования являлись зерна кукурузы.
Исследуемая кукуруза была выращена и обработана в городе Динчжоу, провинции Хэбэй компанией Hebei Kairuida Feed Co., Ltd. Кукуруза измельчалась на зернодробилке. Флокирование проводилось на оборудовании FX 1600-36 (Roscamp Champion, Ватерлоо, Айова, США). Температура пара при обработке зерна составляла 105°С, продолжительность обработки паром 60 минут. Затем зерно прессовали, сушили и охлаждали. Толщина полученных хлопьев 1,0 мм. На рисунке 1 показаны зерна кукурузы в зависимости от способа обработки.
Рисунок 1 - Зерна кукурузы в зависимости от способа обработки
Примечание: а) – измельченные, б) – флокированные
Химические исследования проводились в условиях Шэньянского технологического института (г. Фушунь, Китай). Содержание сырого протеина определяли по методу Кьельдаля, содержание сырого жира определяли методом экстракции по Сокслету. Показатели содержания сухого вещества, нейтральной детергентной клетчатки, кислотно-детергентной клетчатки, и сырой золы измеряли в соответствии с «Технологией анализа и проверки качества кормов» . Крахмал и степень клейстеризации крахмала определяли по методу Xiong Yiqiang и др. (2000) с использованием кислотного гидролизного метода, а определение степени клейстеризации крахмала — с использованием ферментного гидролизного метода . Содержание амилозы и амилопектина измеряли с использованием набора для амилозы и амилопектина (Solarbio LIFE SCIENCES).
3. Основные результаты и их обсуждение
При разработке технологий обработки зерна для скармливания его сельскохозяйственным животным, необходимо учитывать изменение химического состава и питательной ценности получаемого корма. В таблице 1 представлен химический состав зерна в зависимости от способа обработки.
Таблица 1 - Химический состав зерна в зависимости от способа обработки
Показатель | Способ обработки зерна | |
измельченные | флокированные | |
Сухое вещество, % | 86,4±0,36 | 86,1±0,26 |
Сырой белок, % | 7,42±0,08 | 7,48±0,06 |
Сырой жир, % | 3,84±0,07 | 3,82±0,08 |
Сырая зола, % | 1,27±0.02 | 1,26±0,01 |
Клетчатка средней промывки (NDF), % | 13,19±0,16 | 13,35±0,16 |
Клетчатка кислотной промывки (ADF), % | 3,08±0,06 | 3,11±0,05 |
Лигнин, % | 1,29±0,03 | 1,32±0,05 |
Кальций, % | 0,03±0,002 | 0,03±0,003 |
Фосфор, % | 0,27±0,009 | 0,26±0,007 |
Сравнивая применяемые методы обработки, можно сделать вывод, что на химический состав зерна кукурузы способ обработки не повлиял (p＜0,95).
Крахмал — высокомолекулярный углевод, полимеризующийся из молекул глюкозы, состоящий из амилозы и амилопектина . Молекулы как амилозы, так и амилопектина представляют собой линейные полимеры, связанные гликозидными связями, и они взаимодействуют друг с другом, образуя кристаллическую структуру крахмала . Клейстеризация крахмала — это необратимый процесс.
При повышении температуры водных крахмальных суспензий более 30 °С происходит частичный разрыв водородных связей молекул амилозы и амилопектина в грануле крахмала, ведущий к изменению его микроструктуры. Кристаллическая структура гранул крахмала разрушается и молекулы воды атакуют уязвимые гидроксильные группы амилозы и амилопектина и соединяются с ними водородными связями. Интенсивно возрастает гидратация амилозы и амилопектина и, соответственно, увеличиваются размеры гранул крахмала, происходит так называемое «набухание» крахмала и повышается его растворимость. При повышении температуры амилоза частично диффундирует из аморфной части гранул крахмала и переходит в раствор, а амилопектин остается в основном в нерастворенном состоянии. При разрушении гранул крахмала происходит деструкция их кристаллической части, полисахариды переходят в раствор, и начинается процесс клейстеризации.
Нагревание до 100 °С при избыточном количестве воды приводит к полной утрате упорядоченности, что подтверждают результаты измерения двойного лучепреломления. Изменения, происходящие в крахмале после исчезновения двойного лучепреломления, называются клейстеризацией , . Результаты наших исследований показывают, что обработка кукурузы паром способствует увеличению степени клейстеризации крахмала и увеличению содержания амилозы.
Цяо Фуцян (2010) сообщил, что показатель степени клейстеризации кукурузы, обработанной паром, было значительно выше, чем не подвергавшейся обработке, при этом не было значительной разницы в содержании крахмала между двумя группами. Гуо Лян и др. (2015) сообщили, что флокированная кукуруза значительно увеличивает степень клейстеризации кукурузного крахмала по сравнению с необработанной кукурузой, что согласуется с результатами нашего эксперимента. Обработка паром зерен кукурузы приводит к тому, что разрушается кристаллическая структура крахмала, в результате чего гранулы крахмала поглощают воду и набухают, что облегчает их контакт с пищеварительными ферментами и бактериями в пищеварительном тракте.
Содержание крахмала и степень клейстеризации в зависимости от способа обработки зерна представлено в таблице 2.
Таблица 2 - Содержание крахмала и степень клейстеризации в зависимости от способа обработки зерна
Показатель | Способ обработки зерна | |
измельченные | флокированные | |
Cодержание крахмала, % от с.в | 72,92±1,33 | 72,33±1,15 |
Cтепень клейстеризации крахмала, % от с.в. | 25,36±0,49 | 75,51±0,56** |
Амилоза, % от с.в | 7,43±0,18 | 8,11±0,23*** |
Амилопектин, % от с.в | 33,10±0,85 | 32,52±0,94 |
Примечание: ** Р>0,99; *** Р>0,95
Результаты проведенных исследований показали, что способ обработки зерна не оказал существенного влияния (Р<0,95) на содержание крахмала и амилопектина, но значительно оказал на степень клейстеризации кукурузного крахмала (Р>0,99), и содержание амилозы (Р>0,95). После флокирования степень клейстеризации кукурузного крахмала увеличилась с 25, 36% до 75,51%, а содержание амилозы — на 9,19% по сравнению с дробленой кукурузой.
4. Заключение
Флокирование зерен кукурузы не влияет на химический состав, но способствует увеличению в 3 раза степени клейстеризации крахмала вследствие разрушения его кристаллической структуры. Это показывает эффективность данной обработки зерен кукурузы для применения в кормлении жвачных животных, так как повышенная клейстеризация способствует высвобождению глюкозы из крахмала, что свидетельствует о том, что флокирование может улучшить усвояемость зерна у жвачных животных и повысить их продуктивность.