飼料成本是家禽和豬生產成本的主要組成部分。飼料成本中最重要的部分是購買飼料原料的支出，其中約 95％的支出用于滿足動物對能量和蛋白質的需求，3％～ 4％是向它們提供礦物質和維生素所產生的費用，1％～ 2％用于支付所購買的各種飼料添加劑。除谷物外，全價料的第二大組成成分是油籽餅粕類原料。植物油生產的副產物可用作飼料的蛋白質原料，在家禽和豬的飼料中，這類原料的平均用量為 27.5％。玉米是飼料中的能量原料，豆粕 (soybean meal，SBM) 是植物性蛋白質的來源，這兩種原料是全球家禽和豬的營養(yǎng)中最常見的飼料成分。但是，環(huán)境因素和社會因素顯著限制了全球許多地區(qū)如歐洲對它們的使用，當然也可以用本地產的谷物 ( 如小麥、大麥、黑麥 )、豆類 ( 如豌豆、黃豆和羽扇豆 )以及油料籽實 ( 如油菜籽 ) 等其他原料替代，這些飼料原料在家禽和豬的飼料中的使用量通常會受自身所含抗營養(yǎng)因子的限制，并且還經常會受到經濟壓力的影響，因為豆粕和玉米等飼料原料的全球市場價格對其具有顯著影響。
例如，歐盟成員國的家禽飼料成本差異較大，從法國的 292 歐元 /t 到意大利的 331 歐元 /t。
但是，烏克蘭 (242 歐元 /t)、巴西 (244 歐元 /t)和美國 (241 歐元 /t) 等國家自身可供應玉米和豆粕，因此家禽飼料的成本大大低于歐盟的(311 歐元 /t)。利用技術手段和生物技術提高本地飼料原料的營養(yǎng)價值，并隨之增加它們在家禽和豬飼料市場上的份額，這對飼料行業(yè)的發(fā)展至關重要。近三十年來，飼料生產所用的加工工藝和生物技術已經得到大力的開發(fā)，如機械加工 ( 粉碎 )、濕熱加工 (hydrothermal processing，HTP；如制粒、膨脹和膨化 ) 和發(fā)酵。盡管這些加工 ( 生物 ) 技術的確進一步增加了飼料成本，但它們可以提高豬和家禽生產的經濟效益。
1 粉碎飼料生產的第一步是粉碎谷物和豆類，而油籽粕和動物性蛋白質在配制飼料前通常已經預先粉碎，微量成分如合成氨基酸、礦物質和維生素通常以粉末或液態(tài)的形式供應。在飼料生產中，飼料加工廠通常會將磨碎的籽實與蛋白粉和微量成分混合，然而它們的粒徑并不相同。在混合過程甚至混合之后，由不同粒徑大小的原料制成的混合物極有可能發(fā)生分層。此外，對家禽飼料來說，由不同粒徑大小的原料配制的混合飼料一般不均勻，會使攻擊性強的家禽大量地采食大顆粒成分，而將粒徑較小的顆粒成分留給性情較溫順的家禽。為了避免飼料中原料的分層并得到顆粒均勻的飼料混合物，在生產飼料時常采用細粉碎的原料，或使用輥式粉碎機粉碎顆粒較大的原料。
通常來說，粉碎原料可以增加單位體積內飼料顆粒的數量和表面積，進而可以增加消化酶與營養(yǎng)物質的接觸，從而提高飼料中主要營養(yǎng)物質如蛋白質、淀粉和脂肪的消化率。粉碎還能夠破壞原料的纖維結構，縮短纖維長度，增加非淀粉多糖 (non-starch polysaccharides，NSPs) 的溶解度。通常認為，NSPs 溶解度增加會提高動物消化道中食糜的黏度。然而，通過粉碎和降低分子量降解 NSPs 會提高其溶解度，但不一定會增加消化道中食糜的黏度。據推測，某些谷物的纖維結構可能會裹挾所含的營養(yǎng)物質，如淀粉、脂質和蛋白質。而高強度的粉碎能夠釋放出這些營養(yǎng)物質，使其可被消化酶利用。粉碎程度越細，除了會發(fā)生一些常規(guī)的問題，如能源成本增加、粉塵增多、流動性降低、粉碎設備損耗外，還可能會影響家禽和豬胃腸道(gastrointestinal tract，GIT)前端的健康、功能和效率。家禽的肌胃 ( 具有研磨功能的胃 )專門用于研磨飼料顆粒，由大量強壯的有髓鞘神經的肌肉構成。它在調節(jié)飼料流動和家禽的采食量方面也起著重要作用。基本上，給家禽飼喂粉碎過細的日糧會降低肌胃的生理活性，隨之會降低對肌胃的機械刺激，因此會導致肌胃無法發(fā)揮全部潛能。不發(fā)達的肌胃只能作為飼料的傳送器官，而非研磨器官，也就無法調節(jié)飼料的流動和家禽的采食量。據報道，這種生理現象會導致家禽過度采食飼料，造成營養(yǎng)物質攝入過量，食糜在胃腸道中停留的時間縮短，最終會減少營養(yǎng)物質的消化吸收。豬的胃，特別是胃的食管部 (pars oesophagea)，是在食道開口周圍的一個小的非腺性區(qū)域，是給豬飼喂細粉碎日糧的限制器官。飼料顆粒較細會降低豬胃中食糜的密度，并增加食糜的流動性。
未被胃黏膜保護的區(qū)域 ( 如食管部 ) 暴露于高濃度鹽酸中的風險就會增高，進而導致過角質化、糜爛，最終形成潰瘍。
2 濕熱加工2.1 顆粒粒徑大小在動物生產上的意義現今，在生產豬和家禽的飼料時，常用的方法是粉碎加工和濕熱加工，如制粒、膨脹或膨化的二次效應的一種折衷辦法。濕熱加工通過機械壓縮 ( 剪切力 )，同時施加水分、熱量和蒸汽超壓，將小顆粒聚集成大顆粒。不可否認的是，濕熱加工對飼料的粉塵和浪費、動物的采食量、豬和家禽采食飼料時的能量消耗以及家禽挑撿大顆粒飼料等會產生積極的影響。但是，以上這些加工方法產生的摩擦力和剪切力會進一步減小飼料原料的粒徑，從而使飼料混合物的顆粒更細且更加均勻。因此，給豬和家禽飼喂經過濕熱加工的飼料后，家禽出現肌胃發(fā)育不良以及豬發(fā)生胃潰瘍的可能性更大。若用含有具有很強耐粉碎性的不溶性纖維 ( 如含有高含量木質素成分 ) 的結構性飼料成分配制飼料，可能會部分抵消濕熱加工對家禽造成的負面效應。
有研究指出，家禽飼料所含的不可溶性纖維能夠延長食糜在肌胃中的停留時間，這會刺激肌胃的活性，從而促進其生理發(fā)育。但是，在經過濕熱加工的日糧中添加不溶性纖維并不能防止豬發(fā)生胃潰瘍。在仔豬日糧中添加25 g/kg 的木質纖維素并不會降低潰瘍的發(fā)生率。據我們所知，尚無試驗能夠證明濕熱加工產生的細顆粒飼料對豬食管部的侵蝕作用可以通過營養(yǎng)方法緩解。
2.2 對抗營養(yǎng)因子的影響植物源性飼料原料中的植酸、NSPs、單寧、凝集素和酶抑制劑 ( 如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和α- 淀粉酶抑制劑 ) 被認為是豬和家禽營養(yǎng)中的抗營養(yǎng)因子。但是，除了 NSPs 以外，其他被提到的所有抗營養(yǎng)因子都不耐高溫，可以利用常見的濕熱加工手段來減少或去除，尤其是高強度的濕熱加工，如膨脹和膨化?？範I養(yǎng)因子的減少可以提高豬和家禽對日糧中營養(yǎng)物質的利用率和消化率。濕熱加工對飼料中纖維或 NSPs 組分的影響也可以說是破壞性的，這種破壞通常是物理性的，而不是對聚合物的降解。這種破壞對日糧纖維消化率的影響不同于對日糧其他營養(yǎng)物質消化率的影響。濕熱加工可破壞纖維的物理結構，從而提高豬和家禽對日糧纖維的消化率，增加 NSPs 的溶解度和食糜黏度也可以影響營養(yǎng)物質在豬和家禽消化道中的消化和吸收。與制粒加工相比，膨脹和膨化能夠更加顯著地破壞纖維的結構，提高纖維的溶解度。
然而，應該注意的是，不同來源的 NSPs對機械加工或濕熱加工提高其溶解度的敏感性不同。例如，經機械加工或濕熱加工后，與燕麥、大麥殼和小麥麩中的β- 葡聚糖相比，大麥和豌豆中的β- 葡聚糖更容易溶解，因為燕麥、大麥殼和小麥麩中的β- 葡聚糖位于次生細胞壁中。因此，飼料原料經過制粒甚至粉碎后含有易溶解的 NSPs，會提高纖維的溶解度。
2.3 對日糧淀粉消化率的影響許多研究人員已經全面綜述了濕熱加工對家禽日糧中淀粉的結構及其消化率的影響。因此，本文僅簡要概述。假定濕熱加工主要通過淀粉糊化提高豬和家禽對日糧淀粉的消化率，并通過α- 淀粉酶提高對淀粉分子的利用率。
據報道，在濕熱加工過程中，日糧淀粉消化率的提高也伴隨著以下副作用：α- 淀粉酶抑制劑遭到破壞，細胞壁被損壞，蛋白質結構也因剪切力而受到破壞。Goodarzi Boroojeni 等(2016) 綜述了濕熱加工對家禽飼料中淀粉的回腸消化率影響的研究，但是沒有一項研究表明，在提高家禽飼料中淀粉的回腸消化率上，濕熱加工不優(yōu)于糊狀飼料。此外，一些研究表明，與糊狀飼料相比，家禽飼料經制粒和膨脹制粒后，淀粉的回腸消化率更低。這種現象歸因于家禽的肌胃發(fā)育不良，導致其過度采食飼料，腸道內聚積了過量的淀粉，以及淀粉退化，形成直鏈淀粉 - 脂質復合物，內源性淀粉酶失活，并且提高纖維的溶解度會增加食糜的黏度。
但是，大量在豬上的研究發(fā)現，濕熱加工可以改善淀粉的回腸消化率。如果濕熱加工降低家禽日糧淀粉消化率的主要原因是淀粉回生、形成難消化的復合物、內源性淀粉酶失活以及食糜黏度增加等，那么濕熱加工降低豬日糧淀粉消化率也應有相關文獻，然而并非如此。因此，發(fā)生在家禽上的這種現象似乎與動物的種類有關，因家禽肌胃發(fā)育不良導致的采食過量飼料以及腸道中淀粉積聚過量應該是造成這種現象的主要原因。
2.4 對日糧蛋白質消化率的影響濕熱加工期間溫度升高會導致蛋白質多肽鏈發(fā)生熱運動，使蛋白質的三維結構斷裂，在冷卻過程中形成新的共價鍵，并最終導致蛋白質結構重組，這種變化稱為蛋白質變性。蛋白質的變性溫度 (denaturation temperature，DT) 取決于其自身的氨基酸組成和結構的復雜性。相關研究在評估了 15 種不同的蛋白質后發(fā)現，蛋白質的 DT 與其含有的天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、賴氨酸、亮氨酸、精氨酸、色氨酸和酪氨酸殘基的合計百分比之間存在很強的正相關性 (r ＝ 0.98)。此外，蛋白質的DT 與其含有的丙氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸、纈氨酸和酪氨酸殘基的總百分比之間存在很強的負相關性(r ＝－ 0.975)。蛋白質的α螺旋結構通常不如β折疊結構穩(wěn)定。當α螺旋結構占據較大的比例時，蛋白質的 DT 通常較低。濕熱加工時增加的水分也會破壞蛋白質的穩(wěn)定性，從而降低 DT。但是，不同類型的蛋白質對因水造成的不穩(wěn)定的敏感性不同。
例如，在高水分含量時，某些蛋白酶在溫度高于 40 ℃時會發(fā)生變性并且失活，而其他蛋白質卻可以承受 80 ℃以上的溫度。當水分含量為 16％時，小麥面筋在室溫下容易變性，而玉米面筋則需要更高的溫度才會發(fā)生變性。
上述結果是由于對水分更敏感的蛋白質含有較小比例的交聯結構，并且其對水的吸收更加敏感。此外，研究證明，與含有較高比例的親水氨基酸的蛋白質相比，含有較高比例的疏水氨基酸，特別是含有苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸的蛋白質，其 DT 趨于更高。
植物源性飼料原料所含的蛋白質通常可分為結構蛋白質、生物活性蛋白質和儲存蛋白質。種子的總蛋白質含量大多來源于儲存蛋白質，后者同時決定了蛋白質的營養(yǎng)品質。例如，各種谷類種子的賴氨酸、蘇氨酸和色氨酸含量小，而豆類種子的半胱氨酸和甲硫氨酸含量低，這是由于這些氨基酸在它們的主要儲存蛋白質如白蛋白、球蛋白和谷醇溶蛋白中的比例較低。與酶、凝集素和酶抑制劑等具有生物活性的蛋白質相比，植物源性飼料原料所含儲存蛋白質具有相對更為復雜的結構。因此，儲存蛋白質抵抗不穩(wěn)定因素的能力更強，高溫和高濕才能導致其變性。球蛋白是向日葵的一種儲存蛋白質，當水分含量從 30％降低至 0 時，向日葵中的球蛋白的 DT 從 120 ℃升高至 190 ℃。
大豆球蛋白 (11S 球蛋白 ) 是大豆的主要儲存蛋白質之一。它的 DT 在水分含量為 94％時為 93 ℃，當水分含量降至 29％時線性提高至 170 ℃。當水分含量低于 29％時，大豆球蛋白的 DT 則無法檢測到。膨脹和膨化加工過程中的水分含量高于制粒過程中的，但通常低于 29％?？紤]到普通濕熱加工過程中的水分含量和溫度，豆類和油料籽實的儲存蛋白質似乎具有太過復雜的結構，因而無法通過普通的濕熱加工完全變性。鑒于這些蛋白質是家禽和豬飼料中蛋白質和氨基酸的主要組成部分，因此家禽和豬飼料中的蛋白質因濕熱加工而變性的程度可能沒有假設的那么大。但是，對于那些在濕熱加工過程中變性的蛋白質，原本內向性的疏水氨基酸會向外彎曲，因此會降低蛋白質的溶解度。蛋白質在動物胃腸道中的溶解是蛋白質消化主要的前提步驟之一。有研究發(fā)現，飼料中的氮在肉雞體內的沉積量與顆粒飼料的蛋白質溶解度之間呈正相關。因此推定，可以忽略不計濕熱加工對飼料中蛋白質的化學和物理特性及其在肉雞胃腸道中自身消化的直接影響，如果有的話，不一定會提高蛋白質的消化率。Goodarzi Boroojeni 等 (2016) 收集并回顧了 2016 年前的研究，并調查了常見的濕熱加工對家禽飼料中蛋白質和氨基酸的回腸消化率的影響。僅一項由 Al-Marzooqi 和Wiseman(2009) 進行的研究報道了濕熱加工能夠降低氨基酸回腸消化率，其他探討濕熱加工( 特別是膨脹和膨化加工 ) 對蛋白質和氨基酸的回腸消化率影響的研究表明，濕熱加工不會影響蛋白質和氨基酸的回腸消化率，或不會提高它們的回腸消化率。報道膨脹和膨化加工會提高日糧蛋白質和氨基酸消化率的研究通常使用了已知含有大量抗營養(yǎng)因子的飼料成分。當豬的飼料原料含有大量抗營養(yǎng)因子時，膨化加工也可以提高日糧蛋白質和氨基酸的回腸消化率。在一項以生長豬為試驗對象的研究中，未經處理的豌豆在 75 ℃、115 ℃或 155 ℃的溫度下膨化，或在 75 ℃溫度下制粒，結果日糧粗蛋白和氨基酸的表觀回腸消化率 (apparent ileal digestibility，AID) 和標準回腸消化率 (standardized ileal digestibility，SID) 隨著膨化溫度的升高而提高。此外，除精氨酸和脯氨酸外，豌豆制粒后所含粗蛋白和氨基酸的 AID 和 SID 與未經加工的豌豆的相似，但低于經膨化加工的豌豆的。Owusu?Asiedu 等 (2002) 還報道了與未經加工的豌豆相比，大多數膨化加工的豌豆所含的氨基酸的AID 更高，包括賴氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸和纈氨酸。與制粒和未經加工的日糧相比，對低纖維日糧 ( 含有玉米和豆粕 )、中纖維日糧 [ 含有玉米、豆粕和 250 g/kg 干酒糟及其可溶物 (Distillers Dried Grains，DDGS)]、高纖維日糧 ( 含玉米、SBM、250 g/kg DDGS、200 g/kg 大豆皮 ) 進行膨化加工或膨化加工再結合制粒，可以改善日糧粗蛋白和大部分氨基酸的 AID。另一項評估膨化加工對大麥、豌豆、馬鈴薯淀粉與麥麩的混合物（4 ∶ 1，potato starch and wheat bran，PSWB) 作用的研究發(fā)現，大麥和豌豆型日糧粗蛋白的AID 有所提高，但不影響 PSWB 日糧粗蛋白的AID，因為 PSWB 日糧中的蛋白質大多數并非來源于被檢測的飼料原料，而是以添加酪蛋白的形式提供。對用經過 0 或 60 min 蒸脫的菜籽粕 (rapeseed meal，RSM) 配制而成的生長豬日糧進行制粒，日糧粗蛋白的 AID 未受到影響。
但是，對用經過 120 min 蒸脫的 RSM 配制而成的日糧進行制粒，日糧粗蛋白的 AID 較糊狀日糧的提高了 9.3％。與糊狀日糧相比，RSM 型日糧膨化經過 0、60 min 和 120 min 的蒸脫后，其粗蛋白的 AID 分別提高了 3.4％、4.3％和 6.9％。制粒和膨化也有助于提高日糧賴氨酸和活性賴氨酸的 AID，尤其是當日糧含有經過更高強度蒸脫的 RSM 時。這些有益效應是由于日糧在加工后所含的中性洗滌不溶性氮減少、細胞壁破裂引起蛋白質釋放以及制粒和膨化過程中的剪切力減小了蛋白質聚集體 ( 由于蒸脫過程形成的 ) 的顆粒大小所致。綜上所述，當日糧含有蒸脫的 RSM 時，制粒和膨化可以抵消蒸脫對日糧粗蛋白和氨基酸消化率的負面影響。家禽和豬飼料中的蛋白質和氨基酸的消化率不僅僅取決于飼料所含多肽的結構和氨基酸的屬性，抗營養(yǎng)因子 ( 例如蛋白酶抑制劑、丹寧酸、NSPs 和植酸 ) 的存在和濃度、食糜黏度和排空速率都會顯著影響經過加工的家禽和豬飼料中的蛋白質和氨基酸的消化率。濕熱加工可以降低日糧中熱不穩(wěn)定性抗營養(yǎng)因子的含量，這解釋了為什么諸多文獻報道，含有大量抗營養(yǎng)因子的飼料原料經膨脹或膨化加工后，對蛋白質和氨基酸的消化率會產生有利的影響。此外，Ginste 和 De Schrijver(1998)推測，濕熱加工對植物源性飼料原料細胞結構的破壞或轉化會釋放出被包裹的蛋白質，這種釋放產生的積極作用可能超過了蛋白質變性對蛋白質消化率的負面影響。
值得注意的是，在儲存蛋白質中，有一些蛋白質的結構較簡單，它們具有潛在的致敏性。
例如，谷醇溶蛋白超家族是一種儲存蛋白質家族，其中幾種蛋白具有致敏性，如 2S 白蛋白和大豆疏水蛋白。免疫反應蛋白會激發(fā)家禽和豬的腸道相關免疫系統。蛋白質的變性會直接影響它們的功能特性。濕熱加工會使抗原或過敏原蛋白變性，導致天然蛋白分子上的抗原位點被腸道中的抗原識別細胞感應并破壞。
為了防止腸道黏膜組織損傷，并使消化和吸收功能保持在最佳水平，應盡量減少動物對飼料衍生抗原的不良免疫反應。因此，濕熱加工可使飼料中的抗原或致敏性蛋白發(fā)生變性，進而促進豬和家禽的消化吸收過程。然而，應該考慮的是，有時變性蛋白會展開或與飼料中的其他營養(yǎng)分子發(fā)生化學反應，從而會暴露出新的抗原位點。
2.5 對飼料衛(wèi)生的影響高質量的家禽和豬飼料不僅需要確保其能夠提供動物所需的營養(yǎng)物質，還要保證自身具有良好的衛(wèi)生狀況，這些會直接影響動物的健康和食品安全。眾所周知，濕熱加工可以減少飼料中細菌的污染水平。飼料與高溫的接觸時間在確保濕熱加工的功效上起著重要的作用。
飼料中腸炎沙門菌的數量隨著濕熱加工時間的延長 ( 水分為 5％、10％和 15％時，溫度設定為 71.1 ℃、76.7 ℃和 82.2 ℃ ) 呈線性減少。高溫與水的協同作用會影響食源性病原體的存活率。想要通過制粒殺滅飼料中的沙門菌、大腸桿菌，建議調質溫度為 85.7 ℃，暴露時間為 4.1 min，水分含量為 14.5％。雖然在室溫下飼料中的羰基化合物 ( 還原糖類 ) 和氨基化合物 ( 氨基酸和蛋白質 ) 也可能會發(fā)生美拉德反應等不良反應，但相對較高的溫度、濕度和較長的暴露時間可能會增加發(fā)生美拉德反應以及導致氨基酸降解的風險。據報道，與飼料在70 ℃下制粒以及在 110 ℃和 130 ℃下膨脹3 s ～ 5 s 相比，在 85 ℃下進行長達 3 min的調質會降低飼料中氨基酸和粗蛋白的 AID。
因此，McCapes 等 (1989) 建議在 85.7 ℃下調制 4.1 min 可能過長，并且可能對營養(yǎng)物質的消化率產生負面影響。這種負面影響可能是由美拉德反應或熱不穩(wěn)定性氨基酸 ( 例如賴氨酸、精氨酸和組氨酸 ) 的降解引起的。在熱加工過程中增加水分和提高溫度可以縮短殺滅沙門菌和大腸桿菌等食源性病原體所需的暴露時間。當水分含量從 5％提高到 15％后，殺滅腸炎沙門菌所需的在高溫下的暴露時間隨之減少。例如，在溫度為 82.2 ℃和水分含量為 5％的條件下加熱 20 s 和 80 s 后，腸炎沙門菌分別被殺滅了 65％和 86％。而當溫度為82.2 ℃、水分含量分別為 10％和 15％時，加熱 20 s 可分別殺滅 97％和近乎 100％的腸炎沙門菌。膨脹加工和膨化加工所設置的最高溫度和水分含量 ( 分別為高于 100 ℃和至少18％ ) 通常高于制粒工藝的設置值。當膨化溫度為 77 ℃～ 110 ℃ ( 出口溫度 )、水分含量為 24.5％～ 34.5％以及暴露時間為 3 s ～11 s 時，飼料中的鼠傷寒沙門菌能夠被完全滅活。因此，膨脹加工和膨化加工的高溫和高濕可以彌補制粒加工所需的較長的暴露時間，McCapes 等 (1989) 建議為 4.1 min。值得注意的是，經過濕熱加工的飼料仍然存在二次污染的風險，尤其在冷卻過程中。這主要是由于飼料廠中的粉塵污染以及冷卻器內的水凝結為細菌的生長提供了有利條件。使用高效空氣過濾器可以降低這種風險，其原理為將溫度合適的空氣注入冷卻器內并保持冷卻器壁和冷卻器頂部的溫度高于露點。此外，在飼料中添加有機酸也有助于防止二次污染。
3 小結通過改善飼料的衛(wèi)生狀況、減少飼料的浪費、增加動物的采食量、減少動物采食飼料時的能量消耗、減少飼料中的過敏原蛋白和抗營養(yǎng)因子的含量，濕熱加工飼料有助于家禽和豬的生產效益。然而，濕熱加工會影響家禽日糧淀粉的回腸消化率，但有利于豬日糧淀粉的回腸消化率。與目前的看法相反，濕熱加工對飼料中蛋白質的化學和物理性質及其消化率的直接影響可以忽略不計，如果有的話，也不一定會提高蛋白質的消化率。
但是，膨脹加工和膨化加工可以減少飼料中抗營養(yǎng)因子的含量來提高家禽和豬日糧蛋白質和氨基酸的消化率。
(審核編輯: 豬豬俠)
