孫得發(fā)
(諾偉司國際貿(mào)易(上海)有限公司,上海 200080)
2016—2017年中國飼料企業(yè)使用陳化玉米導(dǎo)致的黃膘肉問題及思考
孫得發(fā)
(諾偉司國際貿(mào)易(上海)有限公司,上海 200080)
2016—2017年,中國飼料企業(yè)因使用陳化玉米導(dǎo)致了較為嚴重的黃膘肉問題。本文分析了玉米陳化的原因及組成變化、黃膘肉產(chǎn)生的原因,以及陳化玉米對豬造成的危害,通過建立黃膘肉模型,采用營養(yǎng)干預(yù)的方法驗證了通過內(nèi)源性抗氧化劑和維生素E合用可以阻止氧化脂肪導(dǎo)致的黃膘肉。最后,提出了陳化玉米在豬飼料中應(yīng)用亟待解決的問題。
陳化玉米;黃膘肉;機理;營養(yǎng)干預(yù)
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(nèi)部發(fā)生著各種生理生化變化,并且這種變化受到環(huán)境的影響。玉米在收獲以后本身的代謝還比較旺盛,淀粉的結(jié)構(gòu)還在發(fā)生一定的變化,自身的酶系統(tǒng)仍然比較活躍,能夠?qū)⒖剐缘矸勖附鉃榉强剐缘矸?。因此玉米在收獲一年內(nèi),被稱之為新玉米。但是隨著儲存時間的延長,玉米籽實的呼吸氧化作用還在繼續(xù),各種酶仍然具有活性,玉米內(nèi)部發(fā)生了一系列物理的、化學(xué)的和生物學(xué)的互作和變化[1],加之微生物、蟲害的侵襲等等,使其儲存品質(zhì)下降,超過一定期限,將引起胚部細胞的死亡。玉米儲存到一定時期以后,進入陳化的狀態(tài),就是常說的陳糧。大量研究表明,玉米在長期儲存過程中,營養(yǎng)組成發(fā)生了一系列的變化。
1.1 淀粉結(jié)構(gòu)的變化 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[2]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(zhì)”的變化,具體表現(xiàn)為隨著儲存時間延長粘度下降、糊化溫度增加。在實際生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn),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(chǎn)企業(yè)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[3]。
1.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化 趙同芳[4]報道,蛋白質(zhì)的質(zhì)變主要表現(xiàn)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(zhì)、淀粉和細胞壁自身及相互間的作用增大,導(dǎo)致蛋白質(zhì)之間形成二硫鍵(-S-S-)。卞科等[5]研究發(fā)現(xiàn),大米陳化過程中巰基(-SH)含量減少,二硫鍵含量上升,且?guī)€基含量與粘度/硬度比值呈正相關(guān)。綜上所述,谷物蛋白質(zhì)在儲存期間,總氮量不變,但各類蛋白質(zhì)會發(fā)生變化,蛋白質(zhì)的巰基會向二硫鍵轉(zhuǎn)化,氨基酸也發(fā)生變化。Yin等[6]最新研究發(fā)現(xiàn),玉米隨著儲存時間的延長,粗蛋白、氨基酸和脂肪酸的含量逐漸下降。同時也發(fā)現(xiàn),儲存5年的玉米脂肪中的過氧化氫酶(CAT)和氧化物酶(POD)活性顯著下降。農(nóng)業(yè)部飼料工業(yè)中心對陳化玉米組成的研究發(fā)現(xiàn),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(yīng)有關(guān),因為測定美拉德反應(yīng)的產(chǎn)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(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這是否對玉米氨基酸的消化率產(chǎn)生影響,還需要進一步的研究。
1.3 脂肪酸的變化 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(wěn)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(fā)生氧化變質(zhì)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(zhì)發(fā)生水解產(chǎn)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(zhì)易受自由基攻擊而發(fā)生氧化和過氧化產(chǎn)生大量分子量較小的烴類、醛酮類等揮發(fā)性物質(zhì),導(dǎo)致更多的自由基和最終過氧化產(chǎn)物——丙二醛的產(chǎn)生。而脂質(zhì)是細胞膜的主要組成部分,脂質(zhì)的氧化必然造成細胞膜系統(tǒng)的破壞,使玉米籽粒內(nèi)的電解質(zhì)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(dǎo)率會增加[7]。脂肪酸的次級代謝產(chǎn)物丙二醛具有強交聯(lián)性,與過氧化物酶等蛋白質(zhì)結(jié)合,導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,過氧化物酶活性降低。當(dāng)玉米陳化程度加深,籽粒內(nèi)脂肪酸會不斷增加,其降解進而會產(chǎn)生更多的丙二醛;丙二醛積累增加,會導(dǎo)致更多的抗氧化保護酶的活性降低或失活。酸性物質(zhì)的不斷積累,丙二醛含量不斷增加,更多的蛋白質(zhì)變性會導(dǎo)致玉米籽粒細胞膜系統(tǒng)的破壞,內(nèi)部的代謝功能失調(diào),最終導(dǎo)致玉米生理活性的降低,玉米儲存品質(zhì)下降。張玉榮等[8]通過脂肪酸氧化產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸、電導(dǎo)率等指標預(yù)測玉米陳化的程度,也是基于脂肪酸結(jié)構(gòu)的變化。但是這些指標在玉米儲存到一定階段后都會降低,這是因為這些分子會最終氧化成游離脂肪酸。因此飼料企業(yè)的品管不能夠單純以脂肪的酸價、氧化值作為評判陳化玉米的指標。圖1表明,脂肪氧化的后期,無論是氫氧化物還是丙二醛都會下降,而游離脂肪酸的水平不斷上升。
圖1 脂肪氧化進程中氧化產(chǎn)物的變化
我國是玉米生產(chǎn)大國,玉米種植面積超過3億畝,產(chǎn)量超過2億t,居世界第二。東北和華北是我國玉米主產(chǎn)區(qū)。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(jù)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(yè)酒精生產(chǎn)。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(yè)買到了低價的陳化玉米。
由于陳化玉米在儲存過程中出現(xiàn)緩慢的氧化過程,導(dǎo)致多種成分的自動氧化,最終使玉米中的油脂產(chǎn)生有毒物質(zhì)醛及酮,產(chǎn)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(dǎo)致飼料品質(zhì)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(nèi)對腸黏膜、肝臟和神經(jīng)等組織產(chǎn)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(fā)育。2016年至2017年上半年,由于中國部分飼料企業(yè)使用陳化玉米,導(dǎo)致了區(qū)域性黃膘肉(生豬屠宰加工后發(fā)現(xiàn)豬肉皮下脂肪變黃的現(xiàn)象,這種肉被稱為“黃膘肉”或“黃脂肉”)的發(fā)生,其中部分飼料企業(yè)出現(xiàn)了大量的黃膘肉問題投訴(圖2)。
圖2 豬黃膘肉
2.1 陳化玉米導(dǎo)致的黃膘肉問題 自2016年9月以來,我國南方地區(qū)部分飼料企業(yè)陸續(xù)有客戶投訴黃膘肉問題,其中有兩家大型飼料企業(yè)的豬料產(chǎn)品黃膘肉問題尤為嚴重。具體表現(xiàn)為育肥豬出欄屠宰后,胴體皮下脂肪、背膘發(fā)黃,偶見瘦肉組織發(fā)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(yè)由于黃膘肉問題導(dǎo)致2016年豬料銷量下滑40%;某飼料企業(yè)2017年上半年發(fā)生黃膘肉的比例在5%~10%不等,部分區(qū)域如四川、廣西、華南地區(qū)投訴較多,而發(fā)生這類投訴對其豬料銷量和利潤影響較大。
本次我國南方飼料企業(yè)出現(xiàn)大面積的黃膘肉豬問題都與企業(yè)使用了2013年和2014年的陳化玉米有關(guān)。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(yè)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(xiàn)黃膘肉問題,即便立即停用,仍會持續(xù)3~4個月。因為豬一旦發(fā)生黃膘肉,脂肪細胞的代謝需要3~4個月。
2.2 陳化玉米導(dǎo)致的黃膘肉問題給飼料企業(yè)帶來的損失 本次出現(xiàn)黃膘肉的飼料企業(yè),有幾家飼料產(chǎn)銷量都很大,以南方某企業(yè)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(xiàn)了嚴重的黃膘肉問題,而出現(xiàn)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(yè),如加工火腿、鹵肉等產(chǎn)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(xiàn)黃膘肉問題的養(yǎng)殖戶,飼料企業(yè)會給予每戶每頭豬200~700元不等的賠償,或者飼料企業(yè)把黃膘豬按市場原價收購。據(jù)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。
2.3 陳化玉米給養(yǎng)豬業(yè)帶來的損失 在豬料中使用陳化玉米除了會導(dǎo)致豬的黃膘肉以外,通過屠宰試驗發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)57萬t左右的毛豬。按照80%的屠宰率計算則可以產(chǎn)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(yè)的損失和農(nóng)戶的損失。
另外,研究發(fā)現(xiàn),使用陳化玉米飼養(yǎng)的豬,其肝臟較使用新鮮玉米飼養(yǎng)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(fā)黃(圖3)。
圖3 不同玉米對豬肝臟顏色的影響
2.4 陳化玉米副產(chǎn)品問題 據(jù)了解,中儲糧的拍賣玉米除一部分進入飼料企業(yè)之外,大部分進入玉米深加工企業(yè),如玉米乙醇生產(chǎn)企業(yè),而玉米乙醇生產(chǎn)企業(yè)的副產(chǎn)品DDGS最終進入飼料企業(yè)。目前還沒有關(guān)于陳化玉米生產(chǎn)的DDGS營養(yǎng)成分、消化率、脂肪質(zhì)量和對動物生產(chǎn)性能的相關(guān)研究。但可以推測的是,陳化玉米生產(chǎn)的DDGS中蛋白質(zhì)和脂肪的質(zhì)量都不可能和新鮮玉米一樣。
關(guān)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[9-10],國外將黃膘肉稱為黃脂肪?。╕ellow Fat Disease),也叫營養(yǎng)性脂肪(組)織炎(NutritionalSteatitis)或營養(yǎng)性脂膜炎(Nutritional Panniculitis),表現(xiàn)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(zhì)(黃)色素沉積導(dǎo)致脂肪儲備紊亂(脂肪變性)。Merck獸醫(yī)手冊(Merck Veterinary Manual)論述該?。狐S脂肪病的主要特征是脂肪組織明顯發(fā)炎,“蠟樣”色素("Ceroid" Pigment)沉積到脂肪細胞中。這種病主要發(fā)生在貓身上,其他動物比如大鼠、貂、馬和豬也會發(fā)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(dǎo)致脂質(zhì)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(yǎng)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(guān)。
目前較多學(xué)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(zhì)(Lipofuscin),紫褐質(zhì)為黃色,溶于脂肪,當(dāng)紫褐質(zhì)在脂肪中積累多時,眼觀可以看到脂肪黃染。紫褐質(zhì)在石炭酸品紅染色會呈現(xiàn)紫紅色(圖4)。
圖4 黃膘肉脂肪中的紫褐質(zhì)[11]
4.1 黃膘肉模型的建立 諾偉司研發(fā)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(chǎn)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)。
圖5 處理65d 后出現(xiàn)的黃膘豬模型
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(xiàn)明顯的黃色(圖6)。通過特殊染色發(fā)現(xiàn),黃膘肉的組織中有色素顆粒沉淀(圖7)。
圖6 黃膘肉模型的脂肪特征
圖7 對照組和黃脂肪組的顯微染色圖片
4.2 黃膘肉豬的營養(yǎng)干預(yù) 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(guān)。試驗豬在65 d出現(xiàn)黃膘肉后開始在日糧中添加200 IU維生素E和125 g內(nèi)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(xué)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)。
圖8 不同處理對脂肪組織褐色素沉積的影響
通過黃膘肉模型的建立和營養(yǎng)干預(yù)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(dǎo)致豬黃膘肉的產(chǎn)生。因此,需要研究哪個因素對黃膘肉更為關(guān)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(tài)下降低黃膘肉發(fā)生的風(fēng)險。為此,諾偉司與維吉尼亞理工大學(xué)聯(lián)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(shè)計完全按照第一次黃膘肉產(chǎn)生的日糧模型設(shè)計,既可以檢驗黃膘肉模型是否具有重復(fù)性,又可以研究各處理是否會對黃膘肉產(chǎn)生影響。從試驗結(jié)果可以看出,氧化脂肪+不飽和脂肪酸+維生素E缺乏產(chǎn)生了黃膘肉,單獨使用維生素E同樣出現(xiàn)黃膘肉;單純使用125 mg/kg愛克多,阻止了背膘黃脂肪的產(chǎn)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(xiàn)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(fù)制的,同時通過內(nèi)源性抗氧化劑和維生素E合用可以阻止氧化脂肪導(dǎo)致的黃膘肉。
圖9 不同處理對黃膘肉產(chǎn)生的影響[11]
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(nèi)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(fā)現(xiàn),在氧化脂肪和高不飽和脂肪酸互作條件下,豬的生產(chǎn)性能受到嚴重影響[12]。
通過黃膘肉模型的建立和營養(yǎng)干預(yù)可以看出,豬黃膘肉的產(chǎn)生與脂肪氧化、體內(nèi)抗氧化能力下降以及不飽和脂肪酸相關(guān)。而陳化玉米存在誘導(dǎo)黃膘肉的這幾個因素,如脂肪已經(jīng)嚴重氧化,用基本的酸價、過氧化值已經(jīng)不能夠正確地評估陳化玉米中的脂肪質(zhì)量,陳化玉米和飼料混合后,很快導(dǎo)致飼料脂肪的氧化。特別是飼料企業(yè)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(jié)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(dǎo)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(jīng)嚴重氧化的不飽和脂肪在豬體內(nèi)被吸收,快速誘導(dǎo)了豬體內(nèi)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(dǎo)致黃膘肉。
表1 陳化玉米脂肪氧化值對飼料脂肪氧化的影響
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(yè),而由陳化玉米以及副產(chǎn)品DDGS導(dǎo)致的動物生產(chǎn)性能和豬肉品質(zhì)等方面的問題很少有研究。正確地指導(dǎo)陳化玉米在飼料中的使用,必須解決如下問題:
6.1 陳化玉米的脂肪組成變化 監(jiān)控玉米脂肪隨保存時間的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的變化等。
6.2 陳化玉米的脂肪氧化指標 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(yè)選擇合適的陳化玉米用于飼料提供依據(jù)。
6.3 陳化玉米的凈能和消化能 目前飼料企業(yè)沒有可以依賴的數(shù)據(jù)庫來使用陳化玉米,僅用經(jīng)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(guān)系沒有一個標準,飼料企業(yè)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(yè)提供依據(jù)。
6.4 陳化玉米生產(chǎn)的DDGS及指標 關(guān)于陳化玉米生產(chǎn)的DDGS幾乎一無所知。這部分的研究和陳化玉米的研究應(yīng)該共同進行,特別是陳化玉米生產(chǎn)的DDGS氨基酸消化率的測定和凈能的測定。
6.5 什么樣的陳化玉米或者組合可以導(dǎo)致黃膘肉 本次陳化玉米導(dǎo)致的黃膘肉事件發(fā)生面較廣,但是并不是所有使用陳化玉米的豬都出現(xiàn)黃膘肉。這就需要研究什么樣的陳化玉米可以導(dǎo)致黃膘肉,哪些指標和黃膘肉的形成有關(guān)。飼料配方中哪些因素和陳化玉米互作產(chǎn)生黃膘肉?這些問題都需要研究,只有研究清楚這些關(guān)鍵問題,才可以讓飼料企業(yè)正確地使用陳化玉米。
6.6 如何阻止陳化玉米導(dǎo)致的黃膘肉 已有研究可以通過營養(yǎng)手段阻斷由氧化脂肪和高不飽和脂肪酸導(dǎo)致的黃膘肉,這個方法是否可以阻斷陳化玉米導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)方案。
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孫得發(fā)(1969-),男,甘肅景泰人,博士,主要從事動物營養(yǎng)及營養(yǎng)代謝病的研究工作,E-mail: defa.sun@ novusint.com