INFLUENCE OF MAIZE GRAIN FLOCKING ON CHEMICAL COMPOSITION AND DEGREE OF MAIZE STARCH GELATINISATION
INFLUENCE OF MAIZE GRAIN FLOCKING ON CHEMICAL COMPOSITION AND DEGREE OF MAIZE STARCH GELATINISATION
Abstract
In recent years, with the rise in grain prices, the intensive production and feed industry has attached great importance to improving the methods of grain preparation and increasing its utilisation rate. Grain fodder is an important energy substance for ruminants, providing from 70 to 80% of their energy requirements. Maize is one of these fodders. Compared with processing methods such as pelleting or extruding, the cost of grain flocking technology under Chinese conditions is relatively low, while effectively removing anti-nutritional substances in the grain and eliminating the adverse effects of harmful microorganisms in the fodder. Steam treatment followed by flocking can destroy the spatial structure of starch and protein in maize grain and improve the starch digestion, thus improving animal productivity. In animal husbandry in European countries, the flocking technology of corn and sorghum grains has been deployed in farm animal feeding. In China, compared with foreign countries, the application and research in this field have been understudied. In this experiment, the effects of flocking treatment of corn grains on their chemical composition and the degree of corn starch gelatinisation were examined. The results showed that flocking had no significant effect on the chemical composition of maize, but after treatment of maize grain, the degree of starch gelatinisation and amylose content in starch changed. Thus, the degree of corn starch gelatinisation increased from 25,36% to 75,51%, and the amylose content increased from 7,43 to 8,11% of dry matter.
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.