能量是維持動(dòng)物機(jī)體生命和生產(chǎn)、活動(dòng)所必需的營養(yǎng)物質(zhì)。能量的來源主要包括淀粉和油脂。本文著重對(duì)淀粉的特性及研究進(jìn)展進(jìn)行簡單的介紹。 一、淀粉的種類1、按照淀粉分子結(jié)構(gòu)：直鏈淀粉與支鏈淀粉 從分子結(jié)構(gòu)上可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種。直鏈淀粉是以α-1，4鍵結(jié)合，支鏈淀粉除α-1，4鍵外，還有α-1，6鍵。直鏈淀粉較支鏈淀粉分子小、連接葡萄糖鏈的氫鍵較強(qiáng)，且易與油脂(脂肪酸)等形成復(fù)合物。直鏈淀粉遇碘變藍(lán)，而支鏈淀粉遇碘變紫至紫紅色。普通玉米中支鏈淀粉占淀粉總量的73%，直鏈淀粉占27%;糯玉米胚乳中的淀粉100%為支鏈淀粉。直鏈淀粉又稱可溶性淀粉，溶于熱水后成膠體溶液，容易被消化吸收。支鏈淀粉是一種具有支鏈結(jié)構(gòu)的多糖，它不溶于熱水中。 2、按照消化降解速度：快速消化淀粉(RDS)、緩慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS) 表1 淀粉體外消化的分類(Egnlyst et al., 1992)
按照消化速度，淀粉可分為快速消化淀粉(RDS)、緩慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)。而根據(jù)淀粉來源和抗酶解性的不同，又可將抗性淀粉(RS)分為4類：RSl、RS2、RS3、RS4。見表1。 RSl指的是由于機(jī)械加工而使淀粉顆粒發(fā)生物理屏蔽作用，被鎖在植物細(xì)胞壁上使其不能為淀粉酶所作用的部分。常見于輕度碾磨的谷類、豆類中，也稱為物理包埋淀粉。這類RS易受咀嚼或加工方式影響。 RS2主要見于未加工的或未蒸煮的馬鈴薯、香蕉(特別是綠色時(shí))和高直鏈淀粉。因其物質(zhì)結(jié)構(gòu)如結(jié)晶結(jié)構(gòu)、密度大等特點(diǎn)而產(chǎn)生抗消化性。RSl和RS2經(jīng)過適當(dāng)加工后仍可被淀粉酶消化吸收。 RS3(老化淀粉)是最重要也是最主要的抗性淀粉，是凝沉的淀粉聚合物。淀粉經(jīng)糊化后冷卻形成老化淀粉，分為RS3a和RS3b兩部分，其中RS3a為凝沉的支鏈淀粉，RS3b為凝沉的直鏈淀粉。RS3b的抗酶解性最強(qiáng)，而RS3a可經(jīng)過再加熱而被淀粉酶降解。 RS4包括化學(xué)改性、商業(yè)用的變性淀粉。主要由基因改造或化學(xué)方法引起的分子結(jié)構(gòu)變化等所產(chǎn)生，如乙?；⒘u丙基淀粉，熱變性淀粉以及磷酸化淀粉等。見表2。 表2 一些碳水化合物的體外消化率 (g/100g 干物質(zhì)) (Englyst et al. 1992)
二、淀粉的糊化與老化 1.淀粉糊化 淀粉糊化過程是在一定溫度、水分條件下進(jìn)行的，完全糊化需要淀粉與水分和熱的充分接觸。糊化反應(yīng)可分為三步：第一步：淀粉的非結(jié)晶區(qū)開始發(fā)生水合作用，水分子介入其間，破壞原有的氫鍵，所以此時(shí)淀粉粒體積及粘度開始增大;第二步：不定形、非結(jié)晶區(qū)的水合作用達(dá)到某一極限;第三步：水分子進(jìn)入結(jié)晶區(qū)域，完全破壞淀粉的固有物性。在淀粉糊化的過程中，淀粉糊粘度先升高達(dá)到高峰后開始下降。 淀粉的糊化溫度在不同品種間存在差別，同一種淀粉在大小不同顆粒間也存在差別。大顆粒易糊化，糊化溫度低;小顆粒難糊化，糊化溫度高。所以糊化溫度是一個(gè)范圍，相差約10℃。低溫為糊化開始溫度，高溫為糊化完成溫度。見表3。 表3 幾種淀粉糊化溫度
2、淀粉老化(回生) 淀粉老化是淀粉糊化的逆過程，此類淀粉屬于RS3類。完全糊化后的淀粉，若讓其自然冷卻，就會(huì)發(fā)生氫鍵再度結(jié)合，使淀粉膠體內(nèi)水分逐漸脫離，即發(fā)生離水作用，最終形成難以復(fù)水的結(jié)晶物，這就是老化的淀粉。其實(shí)質(zhì)為直鏈淀粉分子相互靠近，通過分子間氫鍵形成雙螺旋，許多雙螺旋相互疊加形成許多微小的晶核，晶核不斷生長、成熟，成為更大的直鏈淀粉結(jié)晶(RS3b)。直鏈淀粉結(jié)晶區(qū)的出現(xiàn)會(huì)阻止淀粉酶靠近淀粉結(jié)晶區(qū)域的α—1，4葡萄糖苷鍵，并阻止淀粉酶活性中心的結(jié)合部位與淀粉分子結(jié)合，從而賦予了直鏈淀粉結(jié)晶抗淀粉酶的消化能力。直鏈淀粉分子結(jié)晶后，支鏈淀粉分子的一些側(cè)鏈也通過氫鍵連接開始緩慢結(jié)晶，但這種由支鏈淀粉形成的結(jié)晶可以緩慢的被消化(RS3a)。糊化的淀粉在2～4℃時(shí)最易老化。 Mee Ra Kweon等(1997)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)糊化再冷卻處理后的淀粉所產(chǎn)生的抗性淀粉會(huì)隨著淀粉分子中直鏈淀粉含量的增加而增加，直鏈淀粉含量與抗性淀粉的得率成正比。 三、提高淀粉消化率的方法 1、化學(xué)方法 1.1 酶制劑 主要用于飼料工業(yè)的淀粉酶有α—淀粉酶、支鏈淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。支鏈淀粉酶的特點(diǎn)是，能專一性的切開支鏈淀粉和糖原等分支點(diǎn)的α—1，6糖苷鍵，形成直鏈淀粉。Siversides等(1999)，Summers(2001)等報(bào)道了在肉雞玉米-豆粕型日糧中使用復(fù)合酶制劑(淀粉酶，蛋白酶和木聚糖酶)后，提高了飼料的代謝能值和蛋白質(zhì)消化率。 1.2 化合物 化合物影響淀粉的糊化難易。氫氧化鈉、尿素、二甲基亞砜、水楊酸鹽、硫氰酸鹽、碘 化物等促進(jìn)糊化，糊化溫度降低;硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉、蔗糖等則相反。見表4。 2、物理方法：促進(jìn)淀粉糊化，減緩糊化淀粉的老化 糊化處理使淀粉分子本身的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，容易接受酶的作用，消化率增加。使淀粉糊化的最常用方法有蒸、煮、炸等。小規(guī)模養(yǎng)殖，可以使用煮、蒸和炸的方法。但在日趨集約化的今天，機(jī)器的使用則提高了淀粉糊化的效率，包括熱滾法、噴霧法、擠壓膨化、脈沖噴汽和微波法。熱滾法是利用滾筒干燥機(jī)，分為配漿、糊化、稠化和干燥四步;噴霧法是在連續(xù)的噴射蒸煮器中，用高壓蒸汽同淀粉乳混合糊化，然后快速干燥;脈沖噴氣法是用頻率為250/S的脈沖噴氣燃?xì)鈾C(jī)將含水35%的淀粉霧化、糊化和干燥;微波法是用微波將淀粉糊化，干燥，然后經(jīng)過粉碎得產(chǎn)品。擠壓膨化法最為常見，下面重點(diǎn)介紹。見表5。 表4 化合物對(duì)淀粉糊化溫度的影響
2.1 擠壓膨化法 擠壓膨化法是利用螺旋擠壓機(jī)使淀粉糊化，再由小孔以爆發(fā)式噴出，干燥得產(chǎn)品。淀粉經(jīng)過膨化后，其淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表現(xiàn)在支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例發(fā)生了變化，其總淀粉含量降低(淀粉糊精化)，同時(shí)其支鏈淀粉含量也降低，而直鏈淀粉含量卻增加。最常見的就是玉米的擠壓膨化。 當(dāng)玉米粉與蒸汽和水混合時(shí)，淀粉顆粒開始吸水膨脹，通過膨化腔時(shí)，迅速升高的溫度及螺旋葉片的揉搓使淀粉顆粒加速吸水，晶體結(jié)構(gòu)開始解體，氫鍵斷裂，膨脹的淀粉粒開始破裂，變成一種粘稠的熔融體，在膨化機(jī)出口處由于瞬間的壓力驟降，蒸汽(水分)瞬間散失使大量的膨脹淀粉粒崩解，淀粉糊化。高溫、高壓及機(jī)械剪切使擠壓膨化比其它加工方式產(chǎn)生的淀粉糊化更徹底，一般糊化度可達(dá)80%～100%，與常規(guī)的煮熟工藝相比，能使植物細(xì)胞壁破裂，淀粉鏈更短，從而更有效地提高消化率。但是值得注意的是：完全糊化后的淀粉，若在80～120℃高溫下迅速脫水干燥，則可以防止其分子長鏈間有太多機(jī)會(huì)產(chǎn)生新的氫鍵結(jié)合，防止糊化的淀粉老化。但是完全糊化的淀粉還是會(huì)有小部分發(fā)生老化現(xiàn)象。例如饅頭和面包中分別含有約1%和2%的老化淀粉。 影響玉米膨化的因素比較多，主要是水分、膨化溫度、膨化壓差及腔內(nèi)機(jī)械剪切力，這也是目前膨化生產(chǎn)中可以控制的幾個(gè)因素。玉米擠壓膨化分為干法和濕法兩種。所謂濕法是指蒸汽預(yù)調(diào)質(zhì)后再膨化，干法是沒有蒸汽預(yù)調(diào)質(zhì)，直接膨化。一般地，濕法生產(chǎn)比干法生產(chǎn)效率高，但需要蒸汽鍋爐，投資要比干法大一些。 表5 生玉米與不同加工方式對(duì)淀粉糊化度(%)的影響
2.2 蒸汽壓片 蒸汽壓片一般是將谷物100―110℃蒸汽調(diào)質(zhì)30―60分鐘，使谷物水分含量達(dá)到16%―20%，然后用預(yù)熱后的壓輥碾壓成特定密度的谷物片。干法壓扁是使干谷物通過直徑較大的壓輥(>45.7cm)壓成一些小塊(類似于粗粉碎)，堆積密度約為0.52―0.64kg/l。 2.3 減緩糊化淀粉的老化 對(duì)已經(jīng)糊化的淀粉采取措施防止或延緩老化，間接提高淀粉的消化率。一般可采取低水分含量，進(jìn)行瞬時(shí)脫水干燥，以及添加油脂、蔗糖、乳化劑等方法來控制淀粉的老化速度。單苷酯可與直鏈淀粉形成復(fù)合物減少抗性淀粉RS3的含量，磷脂、油酸和大豆油等都會(huì)使抗性淀粉RS3含量降低，馬鈴薯直鏈淀粉與油酸的復(fù)合物抗消化性非常高，但在馬鈴薯直鏈淀粉中同時(shí)加入油酸和十二烷基磺酸鈉，則又會(huì)使抗性淀粉RS3的含量降低。 四、淀粉的消化吸收 1、豬 小豬剛出生時(shí)，α-淀粉酶活性很低，4周齡后則增長很快。相比較，唾液α-淀粉酶活性在新生豬和成年豬中都很低。而且唾液α-淀粉酶在酸性條件下不穩(wěn)定，在胃中可被快速降解。所以唾液α-淀粉酶對(duì)淀粉的降解作用并不顯著。安裝豬回腸瘺管的絕大多數(shù)研究表明當(dāng)食糜到達(dá)小腸末段時(shí)大多數(shù)淀粉已經(jīng)被吸收。 2、雞和鴨 雞唾液和胃內(nèi)含較少淀粉酶，淀粉到達(dá)小腸之前是沒有發(fā)生酶解的。嗉囊黏液的軟化、腺胃的混合、肌胃的磨碎，使得淀粉進(jìn)入小腸后能與淀粉酶更好地接觸而被消化，抗性淀粉則進(jìn)入大腸發(fā)酵。小腸是淀粉進(jìn)行消化和吸收的主要場所。小腸明顯的逆蠕動(dòng)常使食糜往返于腸段之間，甚至逆流入肌胃。在α- 淀粉酶(空腸處活性最強(qiáng))的作用下，直鏈淀粉被逐漸降解為麥芽糖、麥芽三糖;支鏈淀粉被逐漸降解為麥芽糖、麥芽三糖和α-糊精。小腸表面刷狀緣釋放的異麥芽糖酶進(jìn)一步降解α-糊精中的α-1,6糖苷鍵。這些二糖然后經(jīng)寡糖酶徹底分解為單糖，最終轉(zhuǎn)化為葡萄糖，由腸壁吸收進(jìn)入血液而參與體內(nèi)中間代謝。 鴨與雞類似。 3、反芻動(dòng)物 淀粉在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用研究較多。淀粉在瘤胃內(nèi)大部分被微生物發(fā)酵為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，一部分VFA作為碳架，被整合為微生物蛋白;另一部分VFA經(jīng)瘤胃吸收進(jìn)入血液參與代謝。未被瘤胃降解的淀粉直接進(jìn)入皺胃和小腸(過瘤胃淀粉)，在消化酶的作用下分解為葡萄糖后被吸收利用。小腸中未被消化吸收的淀粉和葡萄糖，在進(jìn)入到大腸后又被微生物發(fā)酵,部分吸收后，排出體外。 關(guān)于處理后淀粉消化降解的研究，結(jié)果不盡一致。Goelema(1999)認(rèn)為：膨化處理時(shí)的剪切力造成顆粒變小，而顆粒大小與淀粉凝膠化、瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)和淀粉的降解率呈負(fù)相關(guān)。Peisker(1993)報(bào)道，給奶牛飼喂膨化飼料比飼喂未膨化飼料產(chǎn)奶量提高。 但有相反的結(jié)論，Arieli等(1995)研究認(rèn)為膨化處理導(dǎo)致淀粉在瘤胃的降解率減少。也有人發(fā)現(xiàn)，用蒸汽壓片處理玉米時(shí)，提高淀粉消化率的效果要比細(xì)粉碎處理好，但出現(xiàn)了瘤胃pH值和纖維素消化率降低的現(xiàn)象，盡管提高了產(chǎn)奶量，但乳脂率有所下降。 4、人 人的淀粉消化吸收的研究，目前主要集中于抗性淀粉。Cairns P(1998)，趙凱等(2002)和王萍(1999)報(bào)道抗性淀粉對(duì)糖尿病患者具有較少的胰島素反應(yīng)，能降低糖尿病患者飯后的血糖值，尤其對(duì)于非胰島素依賴型病人，經(jīng)攝食抗性淀粉，可延緩餐后血糖上升，將有效控制糖尿病病情。Baghurst(1996)認(rèn)為抗性淀粉還可以增加糞便體積，對(duì)于便秘、肛門直腸疾病等癥狀有良好的預(yù)防效果。此外隨糞便體積增加，還可將腸道中有毒物質(zhì)稀釋以防癌癥疾病的發(fā)生。Marlett等(1996)研究發(fā)現(xiàn)抗性淀粉在人體腸道內(nèi)微生物作用下，還可產(chǎn)生短鏈脂肪酸代謝物，降低結(jié)腸pH值，減少腸道運(yùn)送排泄物的時(shí)間，增加排便量等。此外抗性淀粉也被推薦為減肥食品?？剐缘矸蹖?duì)體重的控制來自兩方面：Ranhotra (1996)認(rèn)為是增加脂肪排除，減少能量攝入，減少肥胖的發(fā)生;De Deckere(1993)認(rèn)為是抗性淀粉本身所含熱量遠(yuǎn)低于淀粉的能量值。 參考文獻(xiàn)略 |
畜牧人
畜牧人養(yǎng)豬
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