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1 玉米陳化的原因和組成的變化
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玉米籽實作為種子本身就是一個生命體,在收獲后的儲存期仍然在不斷新陳代謝,籽實內部發生著各種生理生化變化,并且這種變化受到環境的影響。
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1.1 淀粉結構的變化
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: |( V; ~1 d8 _ 淀粉是玉米籽粒中含量最多也是最重要的碳水化合物,大約占籽粒的70% 以上。淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉2 種,前者溶于熱水, 支鏈淀粉在熱水中溶解度很低。Nelles 等報道, 正常情況下,玉米淀粉量變不是主要方面,淀粉變化主要是“質”的變化,具體表現為隨著儲存時間延長粘度下降、糊化溫度增加。在實際生產中也發現, 使用陳化玉米后,制粒難度增加,顆粒含粉率上升, 這對于禽料生產企業來說是一個比較大的問題。同時也有研究報道,谷物陳化影響到動物對淀粉的消化率。% y4 W5 |. f* x
; a" M" e7 e% @5 r8 i. U5 l 1.2 蛋白質結構的變化0 Z% J: }8 R5 }
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趙同芳報道,蛋白質的質變主要表現是醇溶性、鹽溶性降低,被胃蛋白酶和胰蛋白酶的消化率減少;胚乳中的蛋白質、淀粉和細胞壁自身及相互間的作用增大,導致蛋白質之間形成二硫鍵(-S-S-)。卞科等研究發現,大米陳化過程中巰基(-SH)含量減少,二硫鍵含量上升,且巰基含量與粘度/ 硬度比值呈正相關。綜上所述,谷物蛋白質在儲存期間,總氮量不變,但各類蛋白質會發生變化,蛋白質的巰基會向二硫鍵轉化,氨基酸也發生變化。農業部飼料工業中心對陳化玉米組成的研究發現,陳化玉米中的中性洗滌纖維從9% 左右增加到12%~13%,這可能和氨基酸的美拉德反應有關,因為測定美拉德反應的產物得到的就是中性洗滌纖維,說明玉米在儲存過程中,蛋白質的結構發生變化。這是否對玉米氨基酸的消化率產生影響, 還需要進一步的研究。$ Z" U8 J& Z% t
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1.3 脂肪酸的變化+ u: l+ I% ^: a7 ^% C. b! v2 K/ b: s
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玉米油的脂肪酸組成中飽和脂肪酸占15%,不飽和脂肪酸占85%。在不飽和脂肪酸中主要包含油酸和亞油酸,其比例為1:2.5。玉米油的脂肪酸組成一般比較穩定,亞油酸含量為55%~60%, 油酸為25%~30%, 軟脂酸10%~12%, 硬脂酸2%~3%,亞麻酸含量極少。由于玉米中主要是不飽和脂肪酸,因此在儲存過程中容易發生氧化變質問題。新鮮玉米的脂肪酸值在15~20 mg KOH/ 100g 干基,在合理儲存期間其增長速度是緩慢的, 但在不良條件下迅速上升。脂肪酸值可達到250 mg KOH/ 100g 干基。在儲存期間,玉米不斷的呼吸作用和大量的水解酶使玉米中脂質發生水解產生大量的游離脂肪酸(脂肪酸值升高),這些游離脂肪酸和脂質易受自由基攻擊而發生氧化和過氧化產生大量分子量較小的烴類、醛酮類等揮發性物質,導致更多的自由基和最終過氧化產物——丙二醛的產生。而脂質是細胞膜的主要組成部分,脂質的氧化必然造成細胞膜系統的破壞,使玉米籽粒內的電解質外滲的概率大大增加,所以在浸泡時,玉米籽粒浸泡液的電導率會增加。脂肪酸的次級代謝產物丙二醛具有強交聯性,與過氧化物酶等蛋白質結合,導致蛋白質變性,過氧化物酶活性降低。當玉米陳化程度加深,籽粒內脂肪酸會不斷增加,其降解進而會產生更多的丙二醛;丙二醛積累增加,會導致更多的抗氧化保護酶的活性降低或失活。酸性物質的不斷積累,丙二醛含量不斷增加,更多的蛋白質變性會導致玉米籽粒細胞膜系統的破壞,內部的代謝功能失調,最終導致玉米生理活性的降低,玉米儲存品質下降。' y/ ^! `4 x! w) D5 z. e f
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2 陳化玉米對豬的危害
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我國是玉米生產大國,玉米種植面積超過3 億畝,產量超過2 億噸,居世界第二。東北和華北是我國玉米主產區。由于我國長期的食物供給安全政策和糧食價格保護性收購, 這幾年的玉米儲備量很大。據估計,2017 年我國陳化玉米的儲備量超過了2 億t。這些陳化糧最終需要通過拍賣進入飼料、食品加工、淀粉和工業酒精生產。2016 年,中儲糧就通過拍賣出售了大量的陳化玉米。我國不少飼料企業買到了低價的陳化玉米。 e; L: E2 X% b* n1 s; ~2 v
7 L4 \8 x- p& x2 u% ?' ] 由于陳化玉米在儲存過程中出現緩慢的氧化過程,導致多種成分的自動氧化,最終使玉米中的油脂產生有毒物質醛及酮,產生蛤喇味、褪色、褐變等, 使玉米中的脂溶性維生素及葉黃素被氧化破壞,輕則導致飼料品質下降,重則造成中毒甚至死亡事故。因為這些自由基進入動物體內對腸黏膜、肝臟和神經等組織產生影響,引起動物采食量下降、腹瀉、肝腫大等危害,影響動物生長發育。2016 年至2017 年上半年,由于中國部分飼料企業使用陳化玉米, 導致了區域性黃膘肉(生豬屠宰加工后發現豬肉皮下脂肪變黃的現象,這種肉被稱為“黃膘肉”或“黃脂肉”)的發生,其中部分飼料企業出現了大量的黃膘肉問題投訴(圖2)。
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2.1 陳化玉米導致的黃膘肉問題
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自2016 年9 月以來,我國南方地區部分飼料企業陸續有客戶投訴黃膘肉問題,其中有兩家大型飼料企業的豬料產品黃膘肉問題尤為嚴重。具體表現為育肥豬出欄屠宰后, 胴體皮下脂肪、背膘發黃,偶見瘦肉組織發白滲水, 嚴重影響豬肉的賣相、等級和售價。一家全國性飼料企業由于黃膘肉問題導致2016 年豬料銷量下滑40%;某飼料企業2017 年上半年發生黃膘肉的比例在5%~10% 不等,部分區域如四川、廣西、華南地區投訴較多,而發生這類投訴對其豬料銷量和利潤影響較大。1 ~: L7 b. X. V! E! l5 N
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本次我國南方飼料企業出現大面積的黃膘肉豬問題都與企業使用了2013 年和2014 年的陳化玉米有關。由于陳化玉米的價格要比正常玉米價格低200~300 元/t,迫于成本壓力,不少飼料企業拍買了陳化玉米,在檢測霉菌毒素不超標后,開始在中大豬飼料中使用。通常,在使用陳化玉米的1~2 個月后,會開始出現黃膘肉問題,即便立即停用,仍會持續3~4 個月。因為豬一旦發生黃膘肉,脂肪細胞的代謝需要3~4 個月。
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, G/ t7 `) a J+ l 2.2 陳化玉米導致的黃膘肉問題給飼料企業帶來的損失
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7 F1 S/ T/ r1 i2 A' W 本次出現黃膘肉的飼料企業,有幾家飼料產銷量都很大,以南方某企業為例,該集團年銷售飼料近200 萬t,每個月近18~20 萬t,其中中大豬料占其飼料銷量的近50% 以上。在使用陳化玉米后,出現了嚴重的黃膘肉問題,而出現黃膘肉的豬在市場上很難銷售,只能通過其他途徑進入食品行業,如加工火腿、鹵肉等產品。2016 年8 月—2017 年4 月,毛豬價格在17~18 元/kg,黃膘肉豬只有6~8 元/kg,但仍然難以售出。對于出現黃膘肉問題的養殖戶,飼料企業會給予每戶每頭豬200~700 元不等的賠償,或者飼料企業把黃膘豬按市場原價收購。據估算,本次事件的直接損失總值在6 000 萬以上,而且沒有計算丟失市場的間接損失。; @- W# |" |; L4 f! a$ a
+ `. |3 a4 J8 d! w/ D& O 2.3 陳化玉米給養豬業帶來的損失/ j$ f. V) _2 [
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在豬料中使用陳化玉米除了會導致豬的黃膘肉以外,通過屠宰試驗發現,出現黃膘肉的豬屠宰率只有75%~77%,而正常的豬在80% 左右。也就是說,每頭100 kg 體重的豬, 屠宰后上市的豬肉(包括頭)少了3~5 kg。按照100 萬t 陳化玉米計算,每噸飼料使用陳化玉米600 kg, 可以生產160 萬t 生長肥育豬飼料,按照中大豬的耗料增重比為2.8 計算,可以生產57 萬t 左右的毛豬。按照80% 的屠宰率計算則可以產豬肉45.7 萬t,但是如果屠宰率降到77%,則只有44 萬t,相差1.7 萬t。按照24 元/kg 的豬肉價格計算,僅屠宰率的損失就達到4.08 億。這是屠宰場直接的損失,還沒有考慮飼料企業的損失和農戶的損失。* D' ^* ]% R4 [; i C
6 Z7 x( `( T2 d1 v# l 另外,研究發現,使用陳化玉米飼養的豬,其肝臟較使用新鮮玉米飼養的豬大很多,以110 kg 的豬為例,每個肝臟比新鮮玉米組重500 g 左右,且肝臟顏色發黃(圖3)。. E6 t1 ~- d+ A7 x2 M! I
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2.4 陳化玉米副產品問題" w( l6 u& }4 U
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據了解,中儲糧的拍賣玉米除一部分進入飼料企業之外,大部分進入玉米深加工企業,如玉米乙醇生產企業,而玉米乙醇生產企業的副產品DDGS 最終進入飼料企業。目前還沒有關于陳化玉米生產的DDGS 營養成分、消化率、脂肪質量和對動物生產性能的相關研究。但可以推測的是,陳化玉米生產的DDGS 中蛋白質和脂肪的質量都不可能和新鮮玉米一樣。
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3 黃膘肉產生的機理分析
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9 f1 G, |0 M, K% c: n 關于黃膘肉問題,歐盟國家、澳大利亞和美國在對馬、驢和鼠的研究中都有文獻報道,國外將黃膘肉稱為黃脂肪病(Yellow Fat Disease),也叫營養性脂肪(組)織炎(NutritionalSteatitis)或營養性脂膜炎(Nutritional Panniculitis),表現為脂肪細胞廣泛變性,脂肪組織炎癥和纖維化(脂肪脂織炎)和脂褐質(黃)色素沉積導致脂肪儲備紊亂(脂肪變性)。Merck 獸醫手冊(Merck Veterinary Manual)論述該病:黃脂肪病的主要特征是脂肪組織明顯發炎,“蠟樣”色素("Ceroid" Pigment)沉積到脂肪細胞中。這種病主要發生在貓身上,其他動物比如大鼠、貂、馬和豬也會發病。此病是由于飼糧中不飽和脂肪酸含量過高、而維生素E 或其他抗氧化劑缺乏,導致脂質過氧化,使“蠟樣”色素沉積到脂肪組織中造成的。黃脂肪病在人工飼養的水貂中常常見到,水貂的黃膘肉和脂肪的氧化和飼料中不飽和脂肪酸的含量太高有關。
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, q) `3 R; R3 `) k 目前較多學者認為,黃膘肉的飼料誘因最主要的是飼糧中不飽和脂肪酸含量過高,維生素E 和其他抗氧化劑卻不足。在這種情況下,脂肪組織形成了一種棕色或黃色無定性的非飽和疊合物小體紫褐質(Lipofuscin),紫褐質為黃色,溶于脂肪,當紫褐質在脂肪中積累多時,眼觀可以看到脂肪黃染。紫褐質在石炭酸品紅染色會呈現紫紅色(圖4)。
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4 Novus 豬黃膘肉模型的建立
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4.1 黃膘肉模型的建立
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諾偉司研發人員用不含維生素E+5% 氧化油脂和1.8%ω -3 脂肪酸的玉米- 豆粕型日糧飼喂20 kg 的生長肥育豬,在65 d 就產生了黃膘肉。從外觀可以看出,黃膘肉豬的皮膚有明顯的黃染(圖5)。
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# ?* A% {4 a6 l 用組織鉆打孔取脂肪樣品可以看出,黃膘肉豬的脂肪從肌肉層以上到皮膚層都呈現明顯的黃色(圖6)。
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通過特殊染色發現,黃膘肉的組織中有色素顆粒沉淀(圖7)。7 K+ j& X# a3 E
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4.2 黃膘肉豬的營養干預
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: u0 @- J" U, L 通過黃膘肉模型的建立可以看出,豬黃膘肉和飼料中維生素E 和脂肪的氧化有關。試驗豬在65 d 出現黃膘肉后開始在日糧中添加200 IU 維生素E 和125 g 內源性抗氧化劑愛克多(Agrado),40 d 后,黃膘肉豬的表皮黃色消失。病理組織學觀察可以看出,與正常豬相比,黃膘肉豬和只添加維生素E 的豬脂肪組織中仍然有褐色顆粒沉積,維生素E+ 愛克多組的脂肪組織中褐色顆粒逐漸減少(圖8)。+ _: N( U9 z; C6 K: e
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通過黃膘肉模型的建立和營養干預可以看出, 氧化脂肪和過多的不飽和脂肪酸以及日糧中維生素E 的缺乏可能會導致豬黃膘肉的產生。因此,需要研究哪個因素對黃膘肉更為關鍵,同時研究是否可以在有氧化脂肪和維生素E 缺乏的狀態下降低黃膘肉發生的風險。為此,諾偉司與維吉尼亞理工大學聯合完成了該研究。試驗分為5 個組, 其中,試驗1~4 組的日糧中添加了5% 的氧化油脂和3.5% 的多不飽和脂肪酸,試驗1 組為負對照,不添加維生素E 和愛克多,試驗2 組添加11 IU/kg 維生素E,試驗3 組添加125 mg/kg 愛克多,試驗4 組添加11 IU維生素E 和125 mg/kg 愛克多,試驗5 組日糧中添加5% 正常油脂和11 IU/kg 維生素E。該設計完全按照第一次黃膘肉產生的日糧模型設計,既可以檢驗黃膘肉模型是否具有重復性,又可以研究各處理是否會對黃膘肉產生影響。從試驗結果可以看出, 氧化脂肪+ 不飽和脂肪酸+ 維生素E 缺乏產生了黃膘肉,單獨使用維生素E 同樣出現黃膘肉;單純使用125 mg/kg 愛克多,阻止了背膘黃脂肪的產生, 但是腹脂仍然有稍微的黃染,但是愛克多+ 維生素E 處理組沒有出現黃脂肪(圖9)。通過該研究可以表明,諾偉司黃膘肉模型是可以復制的,同時通過內源性抗氧化劑和維生素E 合用可以阻止氧化脂肪導致的黃膘肉。
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0 d/ o: L$ T! n1 `, _ 需要注意的是,1~4 試驗組用同樣的氧化日糧, 但是背膘厚度完全不同,說明氧化脂肪嚴重破壞了豬肝臟的能量代謝功能,而內源性抗氧化物愛克多可以改善肝臟對能量的代謝。該研究同時發現,在氧化脂肪和高不飽和脂肪酸互作條件下,豬的生產性能受到嚴重影響。
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r# ~, q: w3 I' E8 N& d& N 5 陳化玉米導致黃膘肉的機理分析
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0 C& N, A! Q. Z; [- h7 j 通過黃膘肉模型的建立和營養干預可以看出, 豬黃膘肉的產生與脂肪氧化、體內抗氧化能力下降以及不飽和脂肪酸相關。而陳化玉米存在誘導黃膘肉的這幾個因素,如脂肪已經嚴重氧化,用基本的酸價、過氧化值已經不能夠正確地評估陳化玉米中的脂肪質量,陳化玉米和飼料混合后,很快導致飼料脂肪的氧化。特別是飼料企業為了提高豬的生長速度和降低耗料增重比,在飼料中又額外添加脂肪。從表1 結果可以看出,雖然在玉米中的脂肪氧化值不高,但配合飼料中氧化值很高,說明陳化玉米的氧化脂肪誘導了飼料中脂肪的氧化。而玉米中的脂肪多為不飽和脂肪,已經嚴重氧化的不飽和脂肪在豬體內被吸收,快速誘導了豬體內不飽和脂肪的快速氧化,如果豬只本身抗氧化能力下降,就可能導致黃膘肉。
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6 陳化玉米在豬飼料中應用亟待解決的問題1 j6 G9 {+ Z. C1 f! d) N
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陳化玉米在飼料中使用未來將長期存在,這是因為我國為了食品供給安全和玉米價格保護,每年都要儲備一定量玉米,而這些玉米在儲存2~3 年后都會被拍賣,進入飼料和酒精加工等行業,而由陳化玉米以及副產品DDGS 導致的動物生產性能和豬肉品質等方面的問題很少有研究。正確地指導陳化玉米在飼料中的使用,必須解決如下問題:
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陳化玉米的脂肪組成變化
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監控玉米脂肪隨保存時間的結構變化,如飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、順式脂肪酸和反式脂肪酸比例的變化以及脂肪酸結構的變化等。/ D, m" K7 Q9 l& B
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陳化玉米的脂肪氧化指標$ b" ~" \4 _0 c$ A: Q; f
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目前的脂肪氧化檢測方法不能正確判斷陳化玉米脂肪的氧化程度,必須要找到能夠正確反映陳化玉米脂肪氧化的指標, 為飼料企業選擇合適的陳化玉米用于飼料提供依據。( b& H: R* l) l6 W* I6 ~- \9 H
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陳化玉米的凈能和消化能8 K, C9 F% f4 ?% [! k
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目前飼料企業沒有可以依賴的數據庫來使用陳化玉米,僅用經驗摸索陳化玉米的凈能和消化能,陳化玉米的存放時間、存放溫度和凈能的關系沒有一個標準,飼料企業也沒有可靠的指標來判斷。這需要通過消化代謝試驗來逐一確定不同陳化玉米的凈能和消化能,為飼料企業提供依據。0 P3 Z4 |( u5 s- A3 d5 g% z
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陳化玉米生產的DDGS 及指標2 y5 x9 x; o3 i. Q
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關于陳化玉米生產的DDGS 幾乎一無所知。這部分的研究和陳化玉米的研究應該共同進行,特別是陳化玉米生產的DDGS 氨基酸消化率的測定和凈能的測定。
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什么樣的陳化玉米或者組合可以導致黃膘肉
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7 l; A3 N$ Z4 [6 R 本次陳化玉米導致的黃膘肉事件發生面較廣,但是并不是所有使用陳化玉米的豬都出現黃膘肉。這就需要研究什么樣的陳化玉米可以導致黃膘肉,哪些指標和黃膘肉的形成有關。飼料配方中哪些因素和陳化玉米互作產生黃膘肉?這些問題都需要研究,只有研究清楚這些關鍵問題,才可以讓飼料企業正確地使用陳化玉米。! j* R# i) j# P6 C* e x
2 L# k, ]+ K' A$ L7 o. \- I/ U 如何阻止陳化玉米導致的黃膘肉
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已有研究可以通過營養手段阻斷由氧化脂肪和高不飽和脂肪酸導致的黃膘肉,這個方法是否可以阻斷陳化玉米導致的黃膘肉,目前還沒有這方面的研究。因此,需要找到阻止陳化玉米導致的黃膘肉的有效方法,如果能夠成功,這將為我國近2 億t 陳化玉米在飼料中的使用提供有價值的指導方案。
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來源:中國畜牧雜志 孫得發 - C$ S0 I* d9 ^, B3 i. K; i
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