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 [1] В химическом составе кукурузы содержание крахмала составляет 64–69%, а содержание сырого протеина составляет 7–9% [2]. 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 [2], [3], [4].

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 [4], [5], [6], [7].

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.

В ходе исследований был проведен сравнительный анализ химического состава зерен кукурузы в зависимости от способа обработки: измельченные и флокированные зерна.

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» [8]. 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 [9]. 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.

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 [10]. Молекулы как амилозы, так и амилопектина представляют собой линейные полимеры, связанные гликозидными связями, и они взаимодействуют друг с другом, образуя кристаллическую структуру крахмала [11]. 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 [10], [12]. Результаты наших исследований показывают, что обработка кукурузы паром способствует увеличению степени клейстеризации крахмала и увеличению содержания амилозы.

Цяо Фуцян (2010) [13] 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) [14] 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.

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.

The additional file for this article can be found as follows: