■高業(yè)雷　谷環(huán)宇　張澤虎　勞　曄

（建明工業(yè)（珠海）有限公司，廣東珠海519040）

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高粱作為飼料原料的營養(yǎng)與應(yīng)用特性

■高業(yè)雷谷環(huán)宇張澤虎勞曄

（建明工業(yè)（珠海）有限公司，廣東珠海519040）

摘要：作為一種新型的飼料資源，高粱的應(yīng)用正受到飼料企業(yè)的關(guān)注和重視。文章回顧了高粱的應(yīng)用趨勢，分別闡述了高粱的營養(yǎng)性能、抗?fàn)I養(yǎng)因子、物理與加工特性，并概述了酶制劑在高粱日糧領(lǐng)域的應(yīng)用潛力與前景。

關(guān)鍵詞：高粱；營養(yǎng)價(jià)值；抗?fàn)I養(yǎng)因子；醇溶蛋白；單寧；干法膨化；蛋白酶

高粱能適應(yīng)于干燥炎熱的氣候條件，是世界第五大禾谷類作物（Taylor等，2006），伴隨著全球氣候變暖以及對(duì)谷物消費(fèi)需求的攀升，高粱作為重要的糧食資源之一，無論是對(duì)人類的食物消費(fèi)，還是對(duì)動(dòng)物的飼料需求，以其相對(duì)的成本優(yōu)勢，正不斷凸顯出其應(yīng)用價(jià)值或作為主要糧食替代物的經(jīng)濟(jì)性。

目前，全球每年的高粱產(chǎn)量在6 300萬噸左右，美國是世界第一大高粱生產(chǎn)國（見圖1），約占全球產(chǎn)量的六分之一；而中國的高粱產(chǎn)量在2014年為260萬噸，相對(duì)于玉米和小麥在國內(nèi)的種植結(jié)構(gòu)，高粱并非中國的主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作物，其種植用途主要針對(duì)于國內(nèi)的釀造工業(yè)與飼料工業(yè)。

從2014年全球高粱的出口情況來看（見圖2），當(dāng)年全球高粱出口市場的總量約為1 250萬噸，在全球大宗原糧貿(mào)易結(jié)構(gòu)中，高粱所占的份額比例不大。其中美國的高粱出口量最多，達(dá)920萬噸，約占美國高粱總生產(chǎn)量的84%，也占據(jù)了全球高粱出口市場的74%；其次為澳大利亞，出口量為170萬噸，占其生產(chǎn)總量的81%。這表明在美國和澳大利亞，高粱的種植生產(chǎn)主要以面向全球出口市場為目標(biāo)。而中國在全球高粱出口市場中的份額幾乎為零，反映了目前國內(nèi)高粱的種植狀態(tài)幾乎全部為滿足國內(nèi)市場所需。

圖1 2014年全球高粱產(chǎn)量（千噸）（USDA，2014）

過去中國飼料資源依賴于單一的玉米豆粕型日糧結(jié)構(gòu)，然而隨著中國飼料消費(fèi)市場的巨大需求導(dǎo)致糧食資源的不斷短缺，推動(dòng)了玉米、豆粕甚至小麥等糧食的市場價(jià)格上漲，使飼料企業(yè)的采購成本日漸高漲。在此背景下，高粱、大麥等糧食資源以其相對(duì)低廉的價(jià)格，接近于玉米的飼料使用價(jià)值迅速受到飼料企業(yè)的關(guān)注和重視；此外，相對(duì)于當(dāng)前國內(nèi)玉米采取嚴(yán)格的進(jìn)口配額制，高粱的進(jìn)口沒有配額限制，由此激發(fā)了國內(nèi)飼料企業(yè)紛紛采用進(jìn)口高粱的熱情。從過去5年的進(jìn)口數(shù)據(jù)來看，中國的高粱進(jìn)口量迅速攀升（見圖3），其中2014年的高粱進(jìn)口量超過2011年的100倍，而且預(yù)期在未來一段時(shí)間內(nèi)，這種不斷增長的進(jìn)口量與使用趨勢還將延續(xù)。

圖2 2014年全球高粱出口（千噸）（USDA，2014）

圖3中國高粱進(jìn)口量（USDA，2014）

然而相對(duì)于玉米、小麥等在飼料工業(yè)的長期大量使用，國內(nèi)飼料工業(yè)對(duì)高粱飼用價(jià)值的發(fā)掘與使用經(jīng)驗(yàn)還比較薄弱。作為一種較為新型的飼用原料，高粱在動(dòng)物營養(yǎng)領(lǐng)域的研究論述還相對(duì)較少。本文旨在總結(jié)前人的研究結(jié)果，梳理高粱的飼用價(jià)值和營養(yǎng)特性，以此為中國飼料工業(yè)的原料使用提出一些觀點(diǎn)和參考。

根據(jù)家禽工業(yè)紅皮書（Commercial poultry nutri?tion, 2008）的論述，高粱的飼用價(jià)值大概相當(dāng)于玉米的95%～96%，但是相對(duì)于玉米，高粱的營養(yǎng)水平具有相當(dāng)?shù)淖儺愋?。Black等（2005、2006）對(duì)高粱與小麥在肉雞日糧中的營養(yǎng)特性與價(jià)值作出總結(jié)，認(rèn)為高粱的代謝能濃度(15.2～16.5 MJ/kg DM)高于小麥（12.4～15.6 MJ/kg DM），但高粱蛋白的可消化性以及其氨基酸組成的平衡性相對(duì)較差。Perez-Maldonado等(2007)研究證實(shí)高粱的賴氨酸含量與總蛋白含量沒有顯著相關(guān)性，Ward等（1988）對(duì)多個(gè)樣本的高粱分析研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)總蛋白含量升高，相應(yīng)亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸含量有增加趨勢，而賴氨酸、蛋氨酸及蘇氨酸含量漸有下降。Peter H Selle（2015）也提到多數(shù)生產(chǎn)實(shí)踐中，無論對(duì)于豬還是禽，高粱日糧的性能表現(xiàn)一般都次于小麥日糧，并強(qiáng)調(diào)了高粱單寧、醇溶蛋白等抗?fàn)I養(yǎng)因子的潛在影響。

以上這些研究與論述，不僅揭示了高粱飼用價(jià)值以及變異特性，而且也關(guān)注了高粱中所含有的抗?fàn)I養(yǎng)因子，有助于我們掌握并采取有的放矢的應(yīng)用措施。

1高粱營養(yǎng)的變異特性

1.1不同數(shù)據(jù)來源的高粱營養(yǎng)價(jià)值

基于多個(gè)國內(nèi)外飼料原料營養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)比較，高粱的營養(yǎng)價(jià)值呈現(xiàn)出較大的變異性（見表1），其中豬代謝能及雞代謝能變異系數(shù)達(dá)8%，而不同數(shù)據(jù)庫間高粱的粗蛋白變異水平達(dá)12%。這反映了各個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)不同來源的高粱，其鑒定的營養(yǎng)價(jià)值存在著較大的差異。

表1國內(nèi)外飼料原料數(shù)據(jù)庫中高粱飼料的營養(yǎng)價(jià)值

1.2高粱營養(yǎng)價(jià)值的變異受多種因素的影響

P. H. Selle（2008）提出受品種、收獲期、產(chǎn)區(qū)甚至是環(huán)境等因素影響，高粱的營養(yǎng)價(jià)值也會(huì)呈現(xiàn)出較大的變異。對(duì)此，Perez-Maldonado等（2007）對(duì)相同產(chǎn)區(qū)，不同年份的高粱樣本，作肉雞的氨基酸回腸表觀消化率（AID）的評(píng)估，結(jié)果（見圖4）顯示2005年的高粱相對(duì)于2004年，12種氨基酸的回腸表觀消化率均有一定程度的提升，其平均提升幅度達(dá)18%。由于年份不同而造成的營養(yǎng)性能差異，這反映了高粱其營養(yǎng)價(jià)值容易受多因素影響的特性。

圖4不同年份高粱樣本在肉雞上氨基酸回腸表觀消化率(AID)的差異

高粱作為一種非典型的飼料原料，其受品種、產(chǎn)區(qū)以及環(huán)境等因素影響，會(huì)導(dǎo)致其營養(yǎng)價(jià)值產(chǎn)生較大的變異。無疑這會(huì)對(duì)原料價(jià)值評(píng)估以及飼料配制方案提出了一些挑戰(zhàn)，而在實(shí)際配方工作中，更需要基于高粱真實(shí)的營養(yǎng)指標(biāo)來計(jì)算其影子價(jià)格與市場價(jià)格的差異，以此來評(píng)估原料使用價(jià)值并為配方及原料采購提供決策。

2015年5月，國內(nèi)市場上高粱和玉米尚有將近400元/t的價(jià)差，然而自2015年8月至10月，隨著玉米價(jià)格的不斷下調(diào)，高粱玉米價(jià)格差異迅速下降至不到200元/t，相應(yīng)的性價(jià)比優(yōu)勢在一定程度被削弱。因此在快速變化的市場行情下，面對(duì)營養(yǎng)變異幅度較大的高粱原料，需要及時(shí)反應(yīng)并采取措施。

2高粱中的抗?fàn)I養(yǎng)因子

高粱成分中有三個(gè)固有的抗?fàn)I養(yǎng)因子，能對(duì)氨基酸的可利用性構(gòu)成影響，分別是單寧、高粱醇溶蛋白以及植酸鹽。

2.1單寧

在大約60多年前，McClymont等（1952）通過研究推測，高粱中可能含有一種毒性因子能抑制家禽的生長速度并導(dǎo)致死亡率的增加。對(duì)此Chang等（1964）證實(shí)這種毒性因子即是單寧，并且經(jīng)過Price等（1980）一系列的研究，確認(rèn)了單寧具有以下作用：

①抑制動(dòng)物采食；

②與蛋白質(zhì)形成難以消化的的復(fù)合物；

③抑制消化酶活性；

④增加內(nèi)源性蛋白滲出；

Nyachoti等（1997）總結(jié)了低單寧高粱（0.47 g/kg）和高單寧高粱（10.79 g/kg）在18個(gè)肉雞飼喂試驗(yàn)中的應(yīng)用影響，在飼喂?fàn)顟B(tài)由低單寧高粱切換至高單寧過程中，肉雞的日增重平均下降19.6%，采食量下降了10.1%，而料肉比增加了14.1%。

單寧是一種多酚類復(fù)合物，作為植物的代謝產(chǎn)物，單寧不僅組成復(fù)雜，而且分布廣泛，其聚合度、分子量往往變異很大。高粱最多能含有超過100 g/kg的單寧，而與此相對(duì)照，大麥、玉米等作物中的單寧含量微不足道（Bravo,1998）。Gualtieri等（1990）提出高粱中的單寧主要是以凝縮類單寧組成。而凝縮類單寧具有結(jié)合蛋白質(zhì)的能力，因此區(qū)別于其他多酚類復(fù)合物（Spencer等，1988）。對(duì)此，Jansman（1993）曾證實(shí)凝縮類單寧有潛力結(jié)合其自身質(zhì)量12倍的蛋白質(zhì)。

根據(jù)基因型與單寧含量的不同，高粱作物品種可以分為3個(gè)類別（Asquith等, 1983），I-型高粱的種子外皮顏色最淺，單寧含量最少；II-型高粱在種子外皮中含有凝縮類單寧，其種子外皮顏色相對(duì)較深；Ⅲ-型高粱單寧含量最多，在種子外皮和內(nèi)皮中均有分布，顏色也最深。伯恩斯酸化香草醛法（1971）通過以兒茶素檢測值為基本當(dāng)量，將檢測值再以轉(zhuǎn)換系數(shù)0.42折算，即能反映高粱中的單寧濃縮物的含量。Dykes等（2006）曾經(jīng)研究記錄Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型高粱的單寧含量，其單寧分布含量分別為0.28、4.48、11.95 g/kg。

單寧和植酸鹽都會(huì)降低淀粉的消化率。Thomp?son等（1984）在一項(xiàng)淀粉消化率體外測試中發(fā)現(xiàn)，植酸鹽和單寧酸分別降低了淀粉60%和13%的消化率，而他們推測這兩種物質(zhì)都能夠與淀粉酶相互作用，從而影響其活性并抑制其對(duì)淀粉的水解效率。

Banda-Nyirenda等（1990）報(bào)道了在高粱基礎(chǔ)的肉雞日糧中額外添加小蘇打（NaHCO3），可以有效克服單寧的抗?fàn)I養(yǎng)作用。該日糧含有5.7 g/kg單寧，其應(yīng)用性能在添加2.5 g/kg小蘇打后，相對(duì)增重改善5.7%，表觀代謝能改善0.53 MJ/kg，而N元素沉積改善了8.7%。

2.2高粱醇溶蛋白

醇溶蛋白不溶于水，可溶于乙醇，Johns等（1916）首次定義為Kafirin。Hogan（1918）提出賴氨酸是醇溶蛋白的限制性氨基酸。高粱的蛋白由54.7%的高粱醇溶蛋白、30.8%的谷蛋白、7.5%白蛋白以及7%球蛋白構(gòu)成（圖5，Virupaksha等，1968；Ali等，2009）。然而各類蛋白含量因高粱的品種、生長條件以及成熟度等不同而具有一定的變異特性，其醇溶蛋白水平與高粱總蛋白水平正相關(guān)（r= 0.469; P＜0.05），而谷蛋白水平與其總蛋白含量負(fù)相關(guān)（r=-0.401; P＜0.01），這反映出高粱醇溶蛋白水平與谷蛋白水平具有一定的逆相關(guān)性（Taylor等, 1984; Virupaksha等，1968）。

圖5高粱蛋白的組成

高粱胚乳中含有大量蛋白體，醇溶蛋白為主要成分，其直徑范圍0.4～2.0 μm（Taylor等, 1984）。根據(jù)溶解度、結(jié)構(gòu)和分子量，醇溶蛋白可分為α-醇溶蛋白、β-醇溶蛋白和γ-醇溶蛋白，其中前者位于蛋白體中央核心，并被后兩者在外圍緊密包裹。Watterson等（1990）和Shull等（1992）對(duì)這3種醇溶蛋白的氨基酸組成進(jìn)行了檢測，相應(yīng)的氨基酸譜檢測結(jié)果(見圖6)，結(jié)果顯示在高粱醇溶蛋白中，賴氨酸、組氨酸以及精氨酸含量相對(duì)稀少，蛋氨酸含量最高的是β-醇溶蛋白，而脯氨酸與胱氨酸在γ-醇溶蛋白中最為富集。對(duì)31個(gè)樣本的高粱進(jìn)行氨基酸的可消化性檢測和評(píng)估（Bryden等，2009；Perez-Maldonado等，2007），結(jié)果顯示高粱中的醇溶蛋白含量越低，高粱中的賴氨酸、蛋氨酸等主要氨基酸的可利用性越高，這反映了在高粱的蛋白組成中，醇溶蛋白的氨基酸可利用價(jià)值低于非醇溶蛋白。

圖6高粱醇溶蛋白的三種類型及氨基酸組成

醇溶蛋白不僅具有疏水性，而且在熱量與水分條件下，包括胱氨酸等含硫氨基酸會(huì)產(chǎn)生二硫鍵交聯(lián)反應(yīng)，對(duì)此Duodu等（2003）認(rèn)為β-醇溶蛋白和γ-醇溶蛋白是主要的反應(yīng)基質(zhì)，強(qiáng)調(diào)了這種二硫鍵交聯(lián)反應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)的可消化性具有明顯的負(fù)面作用。Gao等（2005）提出在二硫鍵交聯(lián)反應(yīng)的作用下，醇溶蛋白分子出現(xiàn)聚合，通過β折疊更多地使分子二級(jí)構(gòu)象發(fā)生改變。

高溫蒸汽處理或者高溫高濕處理對(duì)高粱蛋白的可消化性具有不利影響，Mertz等（1984）等發(fā)現(xiàn)在相同的高溫蒸汽處理?xiàng)l件下，高粱蛋白的體外胃蛋白酶消化率是69%，明顯低于相同處理的小麥（86%）和玉米（85%）。而Duodu等（2002）在另一個(gè)研究項(xiàng)目中，將10 g粉碎高粱放置于17.5 ml的95℃蒸餾水中不停攪拌處理10 min，通過體外蛋白質(zhì)消化率檢測，與未作處理的10 g粉碎高粱對(duì)照，高粱的蛋白質(zhì)體外消化率相對(duì)下降了41.6%。

2.3植酸鹽

植酸鹽，是一類肌醇六磷酸鹽的混合物，在多種植物性飼料原料中有廣泛分布，Doherty等（1982）報(bào)道，在24個(gè)高粱樣本中，平均含有4.03 g/kg的總磷，以及3.26 g/kg的植酸磷，植酸磷占81%的總磷含量。與此相似Selle等（2003）報(bào)道，在15個(gè)高粱樣本中，總磷平均含量2.9 g/kg，植酸磷含量2.41 g/kg，植酸磷占總磷比例為83%。

Vaintraub等（1991）認(rèn)為動(dòng)物前胃的酸性條件，其pH值比蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)略低，會(huì)促使植酸與氨基酸結(jié)合，而由此會(huì)生成的蛋白-植酸復(fù)合物不僅溶解度低，而且對(duì)胃蛋白酶具有一定的抗消化性，隨著這種蛋白-植酸復(fù)合物的聚集增多，將可能引起胃液和鹽酸的分泌增多，在此條件下，會(huì)誘導(dǎo)腸道內(nèi)腔產(chǎn)生NaHCO3來與過多的鹽酸形成緩沖體系，進(jìn)而生成的Na離子會(huì)激發(fā)腸道上皮組織細(xì)胞上鈉泵的活躍程度，加劇Na離子的跨膜運(yùn)輸，并使氨基酸吸收或內(nèi)源性氨基酸的重吸收受到抑制。

因此在高粱日糧中，不僅需要轉(zhuǎn)化植酸磷以增加有效磷的攝入，而且也需要避免植酸的抗?fàn)I養(yǎng)作用，相應(yīng)的植酸酶應(yīng)用是值得在高粱日糧中考慮的。

3高粱的物理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與加工特性

3.1高粱的物理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Anglani（1998）和Chandrashekar（1999）都曾經(jīng)對(duì)高粱的生化基質(zhì)和胚乳結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)和總結(jié)，高粱的胚乳結(jié)構(gòu)是由角質(zhì)胚乳和粉質(zhì)胚乳按照一定比例組成。高粱胚乳蛋白質(zhì)中大概有55%的比例是高粱醇溶蛋白，其中67%的高粱醇溶蛋白存在于角質(zhì)胚乳，33%的高粱醇溶蛋白存在于粉質(zhì)胚乳。高粱醇溶蛋白以及其相互地交聯(lián)作用是決定高粱胚乳結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和硬度等物理特性的因素之一（Abdelrahman等，1984）。

Elmalik等（1986）采用體外消化試驗(yàn)評(píng)估了胃蛋白酶對(duì)硬高粱和軟高粱蛋白質(zhì)的可消化性，結(jié)果顯示前者消化率為54.8%，而后者達(dá)82.8%。對(duì)此，Cao等（1998）分別配制以軟高粱和硬高粱為基礎(chǔ)的肉雞日糧，通過21 d的肉雞飼喂試驗(yàn)表明，相對(duì)于飼喂硬高粱飼料的肉雞（料肉比1.68），飼喂軟高粱飼料的肉雞（料肉比1.49），其飼料性能提升11.3%，并且認(rèn)為相對(duì)于硬高粱，軟高粱在肉雞日糧中的應(yīng)用有助于提升飼料能量與蛋白的利用效率。

單谷粒特性鑒定系統(tǒng)（SKCS）可以用來評(píng)估高粱的硬度以及其他物理特性(Bean等，2006；Wu等，2008）通過采用SKCS系統(tǒng)來評(píng)估43個(gè)高粱樣本的物理特性，其中43個(gè)樣本的硬度指數(shù)從49.6到97.5，平均硬度指數(shù)為78.1，并且高粱的硬度與其蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系（r=0.459; P＜0.05）。而Pedersen等（1996）發(fā)現(xiàn)高粱硬度與其谷粒重量和粒徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

盡管高粱淀粉與小麥淀粉或玉米淀粉在結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成上相似，但高粱醇溶蛋白能夠通過二硫鍵產(chǎn)生交聯(lián)與包裹效應(yīng)，由于高粱胚乳中蛋白體和蛋白基質(zhì)對(duì)淀粉顆粒的包裹性更強(qiáng)，因此導(dǎo)致高粱淀粉的可消化利用性明顯次于玉米或小麥。Weurding等（2001）報(bào)道在同一加工條件下，高粱淀粉在肉雞空?qǐng)瞿┒说南蕿?3.7%，而玉米和小麥分別是90.1% 和88.2%。而Joshua H. Wong等（2009）通過對(duì)高粱谷粒進(jìn)行電鏡掃描，不僅呈現(xiàn)了高粱谷粒的結(jié)構(gòu)特性，而且直觀展示了蛋白質(zhì)基質(zhì)（M）與蛋白體（PB）對(duì)淀粉顆粒（SG）的包裹性作用（圖7）。

3.2高粱的加工特性

Nir等（1990）通過研究高粱的粉碎工藝，并認(rèn)為細(xì)粉高粱（555～702 μm）相對(duì)于粗粉高粱（888 μm）有利于提升7～21日齡肉雞的增重水平。根據(jù)Healy等（1991）進(jìn)一步的研究，應(yīng)用于肉雞料的高粱，如果是軟高粱，其發(fā)揮最佳利用效率的適宜粉碎粒徑為500 μm；而如果是硬高粱，粉碎粒徑在300 μm時(shí)具有最佳的利用效率。Mikkelsen等（2008）認(rèn)為相對(duì)于小麥，對(duì)高粱采取粉碎處理，更能夠顯著提升其自身的營養(yǎng)性能。

飼料調(diào)質(zhì)過程所產(chǎn)生的淀粉糊化反應(yīng)，是塑造飼料顆粒質(zhì)量以及影響淀粉消化率的關(guān)鍵。Chan?drashekar等（1988）發(fā)現(xiàn)高粱中的醇溶蛋白能影響高粱淀粉的糊化，由于蛋白體和蛋白質(zhì)基質(zhì)對(duì)淀粉顆粒的包裹性作用，限制了淀粉在調(diào)質(zhì)過程中的糊化程度。

注：圖中A：Lodine Stain：高粱谷粒橫截面，B. Corneous：角質(zhì)胚乳，C. Floury：粉質(zhì)胚乳，PB：蛋白體，M：蛋白質(zhì)基質(zhì)，SG：淀粉顆粒。圖7電鏡掃描的高粱谷粒結(jié)構(gòu)

Ezeogu等（2005）發(fā)現(xiàn)在蒸汽熱調(diào)質(zhì)條件下，對(duì)高粱處理10 min并作體外消化率測試，高粱淀粉消化率為87%，顯著低于相同處理?xiàng)l件下玉米的消化率96.5%。之后Ezeogu（2008）對(duì)此作了進(jìn)一步的研究，通過蒸汽熱處理高粱，采用三維熒光法來檢測高粱蛋白體與蛋白質(zhì)基質(zhì)包裹下的淀粉顆粒與淀粉酶的接觸程度和變化，研究發(fā)現(xiàn)蒸汽熱處理減少了高粱胚乳中91%的自由巰基，這顯然說明了二硫鍵大量形成并發(fā)生交聯(lián)，被二硫鍵交聯(lián)包裹的淀粉顆粒難以受熱并吸收水分，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的糊化程度。

Taylor等（2001）提出高粱淀粉產(chǎn)生糊化反應(yīng)的起始溫度要高于玉米和小麥（見圖8），該研究試圖說明相對(duì)于小麥和玉米，以高粱為原料的飼料需要更高的調(diào)質(zhì)溫度來塑造顆粒品質(zhì)，并認(rèn)為高粱日糧配方肉雞料的調(diào)質(zhì)溫度應(yīng)達(dá)到90～95℃才能獲得理想的顆粒品質(zhì)。

相對(duì)于蒸汽調(diào)質(zhì)，膨化是更為嚴(yán)格的熱處理，能明顯改善淀粉糊化以及蛋白質(zhì)的可消化性。Hamaker等（1994）采取體外胃蛋白酶消化性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采取通過膨化處理高粱，蛋白質(zhì)的可消化性提升了29.5%；而Black等（2006）報(bào)道通過膨化處理亦明顯改善了高粱中碳水化合物的可消化性。Selle等（2010）基于高粱的加工特性，著重強(qiáng)調(diào)相對(duì)于濕法膨化，采取干法膨化工藝更有利于高粱的營養(yǎng)性能改善。

高粱胚乳中的蛋白質(zhì)主要是以高粱醇溶蛋白（～54%）以及谷蛋白（～33%）為組成（Virupaksha等，1968），蛋白體主要成分是高粱醇溶蛋白(Taylor等，1984)，蛋白質(zhì)基質(zhì)主要是由谷蛋白所組成并且其中分子間的二硫鍵交聯(lián)非常豐富，Wong等（2009）通過檢測對(duì)此證實(shí)。因此，高粱谷蛋白和高粱醇溶蛋白一樣，都含有豐富的二硫鍵交聯(lián)。這不僅抑制了蛋白質(zhì)的消化利用率，也會(huì)導(dǎo)致淀粉的利用效果大打折扣。對(duì)此，Black等（2006）提出在有水分和熱量的條件下，會(huì)有利于高粱胚乳中蛋白質(zhì)基質(zhì)大量產(chǎn)生二硫鍵交聯(lián)，并會(huì)對(duì)淀粉顆粒形成包裹，從而對(duì)淀粉的消化率以及能量利用產(chǎn)生影響。

圖8高粱、玉米和小麥的糊化起始溫度（℃）

相關(guān)也有報(bào)道指出對(duì)高粱采取膨化處理，特別是干法膨化處理，可有效破壞蛋白質(zhì)基質(zhì)對(duì)淀粉顆粒的包裹作用，并使得高粱淀粉的in vitro體外消化率從33%提高至91.5%?？傮w來看，通過物理性的方法破壞蛋白基質(zhì)對(duì)淀粉顆粒的包裹作用，使高粱淀粉顆粒充分釋放，有助于提升碳水化合物的利用效率（Mc?Neil等，1975）。

4酶制劑在高粱日糧中的應(yīng)用前景

在過去的20年里，伴隨著非淀粉多糖（NSP）酶在大麥或小麥日糧中的廣泛使用，飼料酶制劑應(yīng)用也取得了令人矚目的成就。相對(duì)于小麥或大麥，高粱的粘性以及含有的可溶性NSP水平均比較低，NSP酶在高粱日糧中的應(yīng)用效果有待進(jìn)一步確認(rèn)。然而基于高梁蛋白的組成特點(diǎn)，以及其與淀粉的結(jié)構(gòu)性包裹作用，高粱醇溶蛋白不僅相對(duì)蛋白質(zhì)利用率較低，而且對(duì)淀粉和能量的利用具有負(fù)面影響，因此相應(yīng)外源性蛋白酶的應(yīng)用，被視為對(duì)改善提升蛋白可消化性以及淀粉利用率的幫助。Gupata等（2006）對(duì)醇溶蛋白降解酶的應(yīng)用前景作了預(yù)期設(shè)想，考慮醇溶蛋白中胱氨酸的含量較高并且有大量的二硫鍵交聯(lián)，推測如果一種蛋白酶對(duì)角蛋白質(zhì)具有降解作用，應(yīng)該也會(huì)降解醇溶蛋白。

Zhang等（1998）的研究顯示采用蛋白酶對(duì)熟高粱進(jìn)行預(yù)處理，可以提升其淀粉的消化率，而對(duì)玉米作相同處理則沒有效果。Lichtenwalner等（1978）報(bào)道了將一種灰色鏈霉菌產(chǎn)生的蛋白酶應(yīng)用于4種基因型的高粱樣本，使其淀粉的體外水解效率平均改善了27%。同樣地，Elkhalifa等（1999）用木瓜蛋白酶對(duì)低單寧高粱作消化預(yù)處理，并使用胃蛋白酶與α-淀粉酶作in vitro體外消化性評(píng)估，發(fā)現(xiàn)用木瓜蛋白酶作預(yù)處理得高粱樣本，其淀粉的可消化性獲得了大幅度提升，Elkhalifa等（1999）分別對(duì)預(yù)處理組與對(duì)照組經(jīng)胃蛋白酶與α-淀粉酶消化后的樣本采取電鏡掃描（見圖9），結(jié)果表明對(duì)照組見圖1a尚有較為致密的蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)，而預(yù)處理的樣本見圖2b中包裹淀粉顆粒的蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)被大量瓦解，幫助了淀粉水解效率的改善。總體來看對(duì)高粱日糧采取適當(dāng)?shù)牡鞍酌柑幚?，有助于改善蛋白質(zhì)與淀粉的可消化性。

注：圖a：胃蛋白酶+α-淀粉酶處理；圖b：木瓜蛋白酶預(yù)處理+胃蛋白酶+α-淀粉酶處理處理。圖9高粱消化糜電鏡掃描圖片

5討論與總結(jié)

原料短缺問題，將成為未來中國飼料工業(yè)所面臨的重要挑戰(zhàn)，這不僅將導(dǎo)致多樣化的飼料原料使用，也將推動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。作為一種新型的飼料資源，高粱的營養(yǎng)價(jià)值接近于玉米，而當(dāng)前相對(duì)較低的價(jià)格也凸顯了其應(yīng)用于畜禽飼料的性價(jià)比優(yōu)勢?？傮w來看，高粱在中國飼料工業(yè)領(lǐng)域的使用空間依然廣闊，由于國內(nèi)的高粱種植量有限，未來中國高粱的進(jìn)口量預(yù)期將有繼續(xù)增加的趨勢。

高粱作為飼料原料資源，其營養(yǎng)價(jià)值具有較大的變異性，不僅各個(gè)原料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供的高粱營養(yǎng)指標(biāo)具有差異，而且受品種、產(chǎn)區(qū)和環(huán)境等因素的影響，高粱的營養(yǎng)價(jià)值也會(huì)出現(xiàn)變化。飼料企業(yè)在對(duì)高粱使用的實(shí)踐中，應(yīng)該基于準(zhǔn)確的原料營養(yǎng)價(jià)值測定，以此評(píng)估其使用價(jià)值。

高粱中主要含有單寧、醇溶蛋白與植酸鹽等抗?fàn)I養(yǎng)因子。其中高粱中的單寧主要以凝縮類單寧為體現(xiàn)，其抗?fàn)I養(yǎng)特性表現(xiàn)在凝縮類單寧能與蛋白質(zhì)結(jié)合形成不溶、不易酶解的復(fù)合物，從而降低蛋白的利用率。醇溶蛋白是一類具有疏水特性，但溶于乙醇的蛋白質(zhì)。由于賴氨酸在醇溶蛋白中的含量較少，其營養(yǎng)價(jià)值也較低，同時(shí)在高粱胚乳中，以醇溶蛋白為主要成分的蛋白體與蛋白質(zhì)基質(zhì)不僅對(duì)淀粉顆粒具有包裹性，而且在熱量與水分條件下會(huì)大量產(chǎn)生二硫鍵交聯(lián)，從而限制了淀粉的可消化性。植酸磷是高粱中磷元素的主要體現(xiàn)形成，植酸與植酸鹽具有結(jié)合蛋白質(zhì)的能力，而由此形成的植酸蛋白鹽具有一定的抗消化性。植酸酶應(yīng)用是目前畜禽日糧中考慮有效磷攝入而采取的普遍作法，而針對(duì)高粱中含有較多的植酸磷，采取植酸酶應(yīng)用是值得提倡的。

醇溶蛋白是決定高粱谷粒物理特性的因素之一。一般而言，高粱的蛋白含量越高，其谷粒的硬度越高，谷粒的粒徑與質(zhì)量也越小。高粱的胚乳分為角質(zhì)胚乳與粉質(zhì)胚乳，相對(duì)于粉質(zhì)胚乳，醇溶蛋白在角質(zhì)胚乳中的含量更高。在高粱的胚乳結(jié)構(gòu)中，淀粉顆粒被蛋白體與蛋白質(zhì)基質(zhì)緊密包裹，這種致密的包裹效應(yīng)不僅能影響淀粉的糊化，而且會(huì)降低淀粉的水解效率。

對(duì)于軟高粱，適宜的粉碎粒徑為500 μm；而如果是硬高粱，粉碎粒徑在300 μm時(shí)具有最佳的利用效率。相對(duì)于玉米和小麥，高粱的糊化起始溫度更高，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于高粱日糧需要采取更高的調(diào)質(zhì)溫度。

膨化高粱是個(gè)不錯(cuò)的處理方案，膨化過程所產(chǎn)生的摩擦力和剪切力，可以破壞蛋白質(zhì)基質(zhì)和蛋白體對(duì)淀粉顆粒的包裹性作用，從而改善淀粉與消化酶的接觸，提升其水解效率。然而值得注意的是如果采取濕法膨化，可能會(huì)加劇高粱中的蛋白質(zhì)產(chǎn)生二硫鍵交聯(lián)，因此干法膨化是更為有利的選擇。

蛋白酶在高粱日糧中的應(yīng)用具有較大的潛力和前景，不僅可以促進(jìn)高粱蛋白的利用率，而且有利于瓦解蛋白質(zhì)基質(zhì)和蛋白體對(duì)淀粉顆粒的包裹作用，從而改善淀粉的消化利用率。

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（編輯：劉洋，2448824921@qq.com)

The nutritional characters of sorghum's application in animal feed as raw material

Gao Yelei, Gu Huanyu, Zhang Zehu, Lao Ye

Abstract：As a new kind of raw material, sorghum's application in animal feed is being highlighted by more and more feed mills. The article reviewed the trend of sorghum’s application, and introduced sor?ghum’s nutrition value, then summarized the anti-nutritional factors of sorghum, as well as the physi?cal attributes related to manufacturing processes in feed mill. Also it proposed a forecast on protease application in sorghum diets as a nutrition promoter.

Key words：sorghum；nutrition valu；anti-nutritional factors；kafirin；tannin；dry extrusion；protease

收稿日期：2015-12-13

通訊作者：勞曄，博士。

作者簡介：高業(yè)雷，碩士，主要研究方向?yàn)轱暳习踩?/p>

中圖分類號(hào)：S816.35

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-991X（2016）03-0014-08

doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.03.004