【高粱杂谈】高梁基础型日粮中提高猪禽生产性能的方法
上海欧耐施 米雁 译自Animal Feed Science and Technology，2013,181:1-14
摘要：高梁是一种可供食用和饲用的作物；高梁可作为反刍动物、猪和禽的一种基础型饲用日粮。高梁在动物日粮中主要由其组成成分淀粉提供能量。但是，由于高梁能量的有效利用率存在差异，因此对动物的生产会产生一定的影响。高梁胚乳中淀粉颗粒被醇溶蛋白包裹，形成蛋白嵌合体，这种蛋白-淀粉结合体会阻碍淀粉的水解和利用，因此，和其他谷物相比，高梁中的蛋白质或氨基酸消化率比较低。高梁蛋白质中醇溶蛋白占主要部分，很难消化，且缺乏一些必需氨基酸，尤其赖氨酸。高梁中酚类化合物和植酸盐含量很高，可直接或间接结合蛋白质和淀粉来阻碍其消化。综合以上问题本文考虑，可通过评估多种饲料加工技术来提高猪禽对高梁的利用率，根据其抗虫害、高产量的特性，高粱品种的多样性利用在育种上也越来越受到欢迎。高梁的结构因其角质胚乳和粉质胚乳所占比例不同而不同。高梁颗粒的破碎程度及研磨的均匀度对猪禽生长的影响也很关键，高梁极易受湿热加工的影响，将显著减低胃蛋白酶对其蛋白质的体外消化率。故蒸汽质粒、蒸汽压片和湿法挤压产生的高温高湿可导致高梁中构成醇溶蛋白的二硫化键等物理-化学键的不良变化，通过摩擦产热的干燥挤压法可使淀粉成胶状并无需加水来破坏高梁结构用以提高淀粉的消化率。可通过减少湿热法破裂高梁蛋白的二硫键并阻止其形成来提高高梁蛋白质的溶解性和消化率。猪禽日粮中添加外源酶来提高单胃动物的生产性能已成一种普遍现象，且针对高梁中具有高含量的植酸盐而添加植酸酶显得更为合理。其他的一些策略在提高高梁营养利用率方面也可能会有潜在的作用，如照射。猪和家禽由于其胃肠道结构和生理特征的差异性，对以上的处理方式产生的反应也不一样，尤其在饲料颗粒粒度方面。
关键词：高梁；猪；禽；蒸汽制粒技术；颗粒粒度
1. 引言
以高梁为基础日粮的猪禽生产性能也许比不上以玉米基础日粮或其他谷物基础日粮型的生产性能，一部分原因可能是因为高梁中含有缩合的单宁（尽管水解单宁在全球范围内越来越多的被利用），因此通过采取一定的措施来提高高粱基础日粮中猪禽的生产性能是有必要的。
相比玉米，高梁具有更强的耐旱性，2011年高梁的年全球产量达6300万吨（Swick, 2011），高梁可以部分或全部作为猪禽的基础饲粮（(Kopinski and Willis, 1996; Selleet al., 2010a），和其他谷物一样，高梁富含淀粉（~700g/kg），其蛋白质含量为115~137g/kg；高梁的氮校正表观代谢能为13.5~17.7MJ/kg（Hughes and Choct, 1999）。据报道，在17个高梁样品中，消化系数为0.69~0.84的粗蛋白含量占71~118g/kg，因此，高梁已成为畜禽生产中潜在的能量来源。
虽然高梁的化学组成与玉米相似，但是品质不佳，对家禽生产性能的影响存在差异（Black et al., 2005; Bryden et al.,2009b），单胃动物生产应用中饲用高梁存在的限制因素之一是其高含量的醇溶蛋白，醇溶蛋白在高梁蛋白中约占544 g/kg（Paulis and Wall, 1979），醇溶蛋白消化率低是由于其溶解度低，物理结构特殊，含有一些非必须氨基酸，而缺乏几种必需氨基酸，尤其是赖氨酸（1.5g/kg蛋白质）（Mosse et al., 1988），Duodu et al. （2003）报道，高梁蛋白的消化率低是由一系列的外因（谷物结构，多酚类化合物，植酸盐和细胞壁组分）和内因（二硫化物的交联，醇溶蛋白的不溶性和蛋白质的二级结构）导致。
高梁中植酸盐或植酸含量很高（Doherty et al., 1982），植酸除了能和矿物质螯合外，还能和蛋白质结合，形成二元复合体或三元复合体，此外，还能直接和淀粉结合，或通过结合和淀粉相关的蛋白质而间接结合淀粉（Baldwin, 2001; Oatway et al., 2001），高梁胚乳中，淀粉颗粒被大量的醇溶蛋白包裹，形成谷蛋白蛋白嵌合体，淀粉和蛋白质的交联会阻碍淀粉的糊化和酶的水解作用（Rooney and Pflugfelder, 1986）。由于植酸盐、淀粉和蛋白质之间存在相互作用，因此通过酶对植酸盐的水解可能会有助于提高对淀粉和蛋白质的利用率。高梁中的缩合单宁有明显的抗营养作用，故美国和澳大利亚等一些国家正在生产含有水解单宁的高梁。
高梁中的角质胚乳含有100~880g/kg（Cagampang and Kirleis, 1984），硬籽粒及高比例角质胚乳的高梁由于其具有较强的抗病虫害功能而被广泛种植（Chandrashekar and Mazhar, 1999），然而，高梁胚乳硬度越大，醇溶蛋白含量就越高（Chandrashekar and Kirleis, 1988;Selle, 2011），而且，角质胚乳中的淀粉颗粒镶嵌在蛋白质包裹体中，相反，软质胚乳中淀粉颗粒和蛋白质松散的相联在一起（Palmer, 1972; Hoseney et al., 1974）。Beta （2001）等报道，高梁胚乳质地与糊化温度有显著的相关性，糊化温度随高梁籽粒硬度的增加而增加。Cagampang and Kirleis （1984）报道显示，谷物硬质胚乳含量由100g/kg上升到880g/kg时，直链淀粉含量由249g/kg增加到290g/kg。研磨处理（如锤子研磨）可减小谷物颗粒粒度，破坏胚乳的物理结构。
饲料加工技术用于高梁中在提高动物饲料营养价值方面起重要作用。但是在加工过程中面临的问题是高梁对湿热的易损性（Selle et al., 2010b）。Hamaker et al.（1986）报道显示，在湿加热处理后，高梁的可消化蛋白质和不可消化蛋白质（主要为醇溶蛋白）的消化性平均值降低20.2%（0.803降至0.641）。和未处理过的相比，通过共聚焦激光扫描显微术研究证实，已湿热处理过的高梁中二硫化物蛋白联合体更紧密的包裹一起（Choi et al., 2008; Ng’andwe etal.2008)。湿热加工对高梁蛋白质溶解性和消化性造成的负面影响已成为猪禽饲料生产商生产具有完整颗粒度的高品质高梁基础型饲粮面临的挑战。大量的体外试验已经表明，添加一些还原剂（如亚硫酸氢钠和巯基乙醇）能阻碍高梁在湿热加工期间蛋白质中二硫化物联合体的形成（Hamaker etal., 1987; Rom et al., 1992; Oria et al., 1995）。
高梁日粮的加工方法主要包括研磨、蒸汽破碎、蒸汽制粒、膨化、挤压和照射。为确保高梁中淀粉完全糊化和保证饲料颗粒的品质，大多数猪禽高梁基础型饲粮是在相对高的温度条件下进行蒸汽制粒（Selle et al., 2010b），颗粒大小、研磨均匀度、蒸汽制粒温度、加湿或不加湿膨化温度等多种因素均影响饲料的营养价值。
此外，尽管猪禽是单胃动物，但是他们对日粮的要求也有差异，例如，为了促进胃肠道的发育，禽较喜食大颗粒饲料或整粒谷物，而由于猪胃肠道对饲料颗粒的破坏度有限，因此喜食较小颗粒的饲料（Healy et al., 1991; Amerah et al., 2007a）。为此，本文章的主要讨论采用多种方法如破碎颗粒粒度、蒸汽制粒、蒸汽破碎、挤压、膨化和照射以及添加饲料添加剂来提高以高梁为基础日粮的猪禽生产性能。
2. 破碎高梁颗粒
在生产猪禽饲料时首先需要破碎饲料颗粒，一般用锤式粉碎机或滚压机将其磨碎。颗粒粒度大小可能会影响猪禽的生产性能和颗粒的完整度（Amerah etal., 2007d）。锤式粉碎法是指一系列锤子经过高速运转将饲料磨碎获得适宜的筛分粒度。而滚压法是指使谷物强压入一个或多个双水平辊之间的缝隙里（Murphy andHarner, 1990）。可通过改变锤式粉碎机的孔径大小或滚压机的缝隙大生产出各种不同颗粒度的谷物成品。Svihus etal.(2004)指出，滚压法生产的粒度在0.5mm以下的颗粒（227g/kg相比279g/kg）和0.6mm以上（136g/kg相比170g/kg）的颗粒所占比例比锤式粉碎法低，表明滚压机生产比锤石粉碎机生产的颗粒粒度更均匀。与Zhuge etal. (1990), Groesbeck et al. (2003)和 Ngamnikom(2011)一致。
虽然猪禽都是单胃动物，但是由于它们的肠道结构和功能存在差异，因此对饲料颗粒的粒度大小要求不一样。Svihus(2011)分析了日粮结构对家禽胃功能和营养利用率的影响，家禽的胃可以磨碎粗颗粒，获得适宜其自身消化的粒度（小于0.1mm），为刺激家禽胃肠道的发育，日粮中粒度大于1mm的粗颗粒含量至少应为200-300g/kg。大量研究表明可用小麦或玉米的粗颗粒或完整颗粒来饲喂家禽（Amerah et al., 2007c,d; Biggs and Parsons, 2009），但是有关高梁的研究数据很少。鸡有一个具有高效研磨作用的器官—肌胃，而猪没有；因此，日粮的颗粒粒度大小对猪的影响比家禽更关键。
Mahasukhonthachatet al. (2010b)体外试验研究表明，缩小颗粒粒度能增加淀粉的消化率，提高淀粉的水溶性或吸收指数，改变淀粉的糊化特性，而Al-Rabadiet al. (2009)体外研究认为，饲料颗粒粒度由3.78mm缩小至0.045mm时，淀粉的消化率增加60%，而淀粉功能特性的改变可能是研磨打开了谷物胚乳的结构，增加了与酶作用的表面积。
Amerah etal. (2007b)研究颗粒粒度大小对家禽消化和生产性能的影响时强调肉鸡玉米或高梁豆粕基础型饲粮的颗粒最佳粒度大小在600~800um之间，而颗粒粒度对肉鸡性能的影响效果需要对饲料颗粒进行制粒加工后才能评估确定。高梁颗粒的适宜粒度大小与高梁谷物硬度有关，硬质谷粒粒度为300um，软质谷粒粒度为500um。Cabrera （1992）在研究高梁颗粒硬度和颗粒大小对肉鸡体增重的交互影响时，结果表明，当高梁谷粒粒度由1000um缩小至300um时，7-21日龄肉鸡的日增重提高9.2%，而高梁软质谷粒使其体增重降低9.7%（如图1），该研究中胚乳质地按照软硬程度划分为5个级别，1-3级划分为硬质颗粒，4-5级划分为软质颗粒，高梁均由红色坚皮包裹并含水溶性单宁，饲料制粒温度为65℃，通过4.8mm直径粉碎。有趣的是，除了软质高梁粗蛋白含量比硬质高梁高（105g/kg相比95g/kg）外,这两种高梁组成成分中必须氨基酸、灰分和总能是相似的。高梁谷物粒度大小和高梁质地的交互作用结果表明，家禽日粮的最佳颗粒粒度因其谷物质地的硬度不同而不同。小的颗粒通过增加与酶的接触面积而提高营养物质的利用，然而，缩小颗粒粒度不应受家禽胃肠道发育情况的阻碍。根据图一中列出的两个回归方程，理论上当硬质和软质高梁基础日粮的颗粒粒度直径均在576um时，肉鸡获得相同的体增重。
Healy et al. (1991)研究表明，相比玉米，用细磨后高梁饲喂猪可提高其饲料转化率。Feoli et al. (2007)发现，高梁经过为4.0mm筛分后，相比6.4mm筛分效果，肉鸡的饲料转化率提高10.1%（1.52相比1.69）。以上研究均表明，高梁经过研磨获得适宜的颗粒粒度后，和玉米有相似的营养价值。后来，Rodgers et al. (2012)发现，由锤石机研磨转变为滚压机研磨粉碎时，11-35日龄的肉鸡高梁饲料转化率提高了4%，原因可能是滚压法使得饲料颗粒均匀度更好。总之，这两种加工方法引起饲料转化率的差异性可能会导致淀粉和蛋白质的消化及葡萄糖和氨基酸的吸收出现不平衡性，最终也会影响氮的保留和释放（Black et al., 2005）。
谷物颗粒粒度和饲料形式（粉状或颗粒状）之间的关系比较复杂。尽管可以饲喂颗粒状或粉状饲粮，但是随着日龄的增长，鸡对能量需求增加时会选择吃较大颗粒的饲料，而粉状饲料颗粒粒度不均匀将会降低鸡的饲料转化率（Nir et al., 1994），Nir et al.（1990）的研究表明，将粗糙的高梁以粉状饲料形式饲喂时，对耗料量和体增重有积极的影响，处理组间饲料转化率不明显。Nir et al.(1995)研究了饲料研磨加工的方法和饲料形式对1-28日龄雏鸡体增重和耗料量的交互影响，结果表明，锤式研磨的颗粒型日粮比滚压式日粮的作用效果更明显，可能是因为滚压法生产的饲料颗粒直径比锤式破碎的颗粒直径大（1.413mm相比0.628），这与胃肠道发育相关，曾有研究认为，大颗粒饲料能刺激胃肠道的发育。但是，颗粒型日粮中，颗粒粒度越小，其品质可能会越好，可增加耗料量和体增重。总之，家禽日粮中颗粒的破碎程度对高梁的利用很关键，包括破碎颗粒的粒度大小和颗粒的均匀度。
蒸汽制粒型饲粮其颗粒粒度大小可能不及粉状饲料（Amerah et al., 2007c）重要。但是，我们试验室的一系列试验结果表明却并非如此。试验中将白高粱通过锤式粉碎机粉碎，孔径大小分别设定为6.0、3.2和2.0（Selleet al., 2012, 正在出版, 正在准备出版），表1结果表明，日粮的蒸汽制粒粒度对肉鸡生长性能影响显著，饲料转化率随颗粒粒度的变化呈二次曲线变化（P<0.001），颗粒粒度大小最适为3.73mm（见图2）。理论上讲，当蒸汽粉碎颗粒粒度为3.73mm时获得最高的饲料转化率，但是，要结合谷物质地实际考虑。
图2 高梁基础型饲粮颗粒粒度对7-28日龄肉雏鸡饲料转化率的影响（Selle et al., 2012, in press, inpreparation）
表1 白高梁通过锤式研磨并在90~95℃下蒸汽制粒生产的不同颗粒粒度对7-28日龄雏鸡性能的影响
有关对蛋鸡高梁基础型日粮的加工技术和颗粒粒度的研究报道比较少。Deaton et al. (1989)等研究发现锤式粉碎的饲料玉米基础型饲粮颗粒粒度（0.814-0.873mm）和滚压机粉碎的颗粒粒度（1.343-1.501）对蛋鸡的体增重、产蛋量、饲料转化率和蛋品质没有影响。而Cabrera et al. (1994a)研究报道，高梁基础型饲粮的颗粒粒度由1.0降低到0.4mm，软质高梁组蛋鸡产蛋量增加7%，硬质高梁组产蛋量增加3%。整体上，蛋重增加2%，饲料转化率提高9%，同样研究得出玉米基础型饲粮颗粒粒度对蛋鸡生产性能没有显著影响。因此得出高梁基础型饲粮颗粒粒度对蛋鸡的影响强于玉米基础型饲料颗粒粒度。此外，该项研究还发现饲料颗粒粒度的破碎会降低饲料生产效率，增加能量消耗，需要考虑额外增加的饲料生产成本。
破碎高梁饲料颗粒对猪也很关键；但是猪饲料破碎程度与家禽确实不同。跟家禽相似的是，猪对谷物颗粒粒度的选择也与谷物类型(Healy et al., 1994; Laurinen etal2000)、质地(Healy et al., 1991)、饲喂系统（Choct et al., 2004）和动物日龄（Ngoc et al., 2011）有关。Guillou 和Landeau(2000)对23篇论文进行了综述，结果表明，饲料颗粒粒度每增加100um，生长猪粪便中能量可消化性降低0.6%，氮消化率降低0.8%，耗料量料重比增加0.03%。增加高梁的粉碎细度可提高断奶仔猪和生长育肥猪的营养消化率和饲料转化率，可能是增加了酶水解面积（Carter, 1996）。但是，粉状或颗粒状饲料颗粒粒度低于400um时会增加患胃溃疡的风险（Morel, 2005）。高梁粉碎太细会降低生长育肥猪末端回肠淀粉和蛋白质的消化系数，并破坏其营养的平衡吸收（Owsley et al.,1981）。猪和家禽体内淀粉蛋白质消化和吸收的协同性对蛋白的有效沉积是很重要的（Li et al., 2007; Yin et al., 2010;Drew et al., 2012）。
对比两种饲料颗粒粒度加工方法，利用滚压法加工猪饲料颗粒粒度好于锤式粉碎法。Thacker (2006)表示，虽然两种加工方法不影响猪的生产性能和胴体品质，但是滚压法生产成本低，噪音小，生产的饲料颗粒粒度比锤式粉碎法准确，易控制。曾有报道显示，虽然饲料颗粒粉碎方式对猪生产性能没有影响，但是滚压法生产的饲料饲喂猪明显增加了干物质、氮和总能的表观消化率，显著降低猪粪便中干物质和氮的排泄率（Wondra et al., 1993），与以上报道结果一致。因此，饲料颗粒粒度的均匀性对增强猪营养消化率很关键。此外，Costa et al. (2007)表示，颗粒粒度过细引起的灰尘会降低猪舍的空气质量，可以通过最佳颗粒研磨粒度、适宜的饲喂形式和饲料颗粒质量来消除。
如前面讨论，虽然较小的饲料颗粒粒度能提高猪的生产性能，但是会额外增加生产成本。如用滚压法将高粱死鸟颗粒粒度由800um减小到400um时，能耗增加近30%，饲料生产量降低63%（Cabreraet al., 1993）。同样锤式法粉碎高梁颗粒粒度能耗增加5.7倍，产量降低75%（Cabrera et al., 1994b）。双重锤式粉碎法可能产生的颗粒均匀度更好，但是，适宜的加工技术和再混合也必不可少。而且，在提高生长猪的饲料转化率的同时平衡饲料生产成本和降低饲料颗粒粒度也是比较困难的。然而，随着饲料原料价格的上升，对饲料加工技术的先进性也要求越高。
3. 高梁基础饲粮的蒸汽制粒
由于制粒型的饲料相比粉状饲料优势更多，所以大多数的猪禽饲料通过蒸汽制粒而成。Behnke (1996)文章中所述，饲料蒸汽制粒颗粒有以下的优点，降低饲料的浪费，减少动物采食的挑选性，使得饲料颗粒营养分布均匀，制粒过程中能破坏致病菌，降低淀粉和蛋白的热改性，提高动物适口性。由于饲喂颗粒饲料能自动增加动物的采食量，因此能减少猪禽采食的时间和能量损耗(Jensen et al., 1962)。和粉状饲料相比，颗粒饲料可稳定性的提高猪(Medel et al., 2004; Lahaye etal., 2007)禽(Engberg et al.,2002; Svihus etal., 2004; Zang et al., 2009)的生产性能。Vanschoubroek et al. (1971)综述了117个有关颗粒饲料对猪生长性能的影响试验，结果表明，饲喂颗粒型的饲料能使猪体增重增加6.6%，饲料转化率提高7.9%，耗料量减少2.1%。Cerrateand Waldroup (2010)对18个肉鸡试验进行了评估，发现饲喂颗粒型饲料使肉鸡体增重提高14.4%，采食量高出10.5%，饲料转化率提高3.45。饲料颗粒加工过程包括混合、蒸汽回湿、造粒和冷却。粉状饲料主要是通过一种调节器引入入蒸汽加湿，然后返回到空调室，通过一种能生产颗粒的模具，最终产生成品。高梁淀粉的糊化温度（68-78℃）比玉米（62-72℃）和小麦（58-64℃）高(Taylor andDewar, 2001)。因此，为了获得较多的高梁淀粉糊化物和较完整的颗粒需要较高的制粒加工温度。但是，由于高梁在湿热加工过程中其内部结构容易形成二硫化物联合体，对湿热条件比较敏感，所以高湿高热加工可能会降低高梁的营养值(Taylor, 2005).。
颗粒的完整度对颗粒型日粮最大作用效果的发挥很重要，影响饲料颗粒品质（硬度和保存的持久性）的主要因素有日粮的整体组分、谷物类型、颗粒粒度大小、生产速度、加工模具的厚度、载体和室内储存温度(Thomas and van der Poel, 1996;Thomas et al., 1997, 1998;Loar and Corzo, 2011)。造粒后淀粉的糊化度较低，糊化范围为50-300g/kg，蒸汽制粒后淀粉部分糊化对淀粉的消化没有大的影响(Svihus and Zimonja, 2011)。评价淀粉糊化度的方法有差示扫描热法、快速粘度分析法，及其他的湿化学法，选择这些方法也许有助于消除淀粉的糊化差异度。
高梁对湿热加工方式比较敏感，高梁基础型日粮进行蒸汽制粒后会降低蛋白的溶解度，促进形成二硫化物联合体。Selle et al. (2012)报道肉鸡高梁基础型日粮进行蒸汽制粒后会增加二硫键（33.88umol/g蛋白相比34.95umol/g蛋白）并降低蛋白的溶解度（56.3%相比38.3%）。此外，该研究还发现，氮保留率和蛋白质溶解度呈显著正相关（r=0.659；P<0.001）。表明对高梁基础日粮进行蒸汽制粒会降低蛋白质的溶解度和氮的保留率。
Selle et al. (in preparation)研究发现，粉碎（2mm）的肉鸡高粱基础日粮加工温度由70℃升高到80℃再升至90℃时，四段小肠的淀粉消化系数呈线性平均增加8.7%（70℃时为0.766，90℃时为0.744）。有趣的是，淀粉和氮消化率的提高并没有提高肉鸡的生长性能。然而，当肉鸡高梁基础日粮粉碎粒度为3.2mm时，蒸汽制粒温度由65℃升高到95℃时，淀粉消化率并没有明显的提高(Selle et al., in press)。这表明谷物颗粒粒度和蒸汽制粒温度对淀粉的消化率有交互影响。恰恰相反，Abdollahi et al(2010)研究表明，蒸汽制粒温度由60℃升高到90℃时，鸡回肠淀粉和蛋白质消化率分别降低2.5%和3.0%，此外，淀粉和蛋白质消化率的降低并没有显著影响到肉鸡的体增重和饲料转化率。根据Selle et al. (2012)发现的蒸汽制粒增加二硫化物联合体，有学者便认为，90℃蒸汽制粒日粮降低回肠蛋白质的消化率，原因可能是因为形成二硫化物和蛋白质的聚合体，阻碍酶的水解。但是，肉鸡整个日粮中蒸汽制粒后蛋白质溶解率降低产生不利影响中，高梁蛋白所占比例很少。提高消化率和生产性能的相关系数的缺乏意味着研究淀粉和蛋白质消化对决定生产性能的动力学参数比评估表观消化率（包括回肠末端消化率的研究）更重要。肉鸡生长性能参数和淀粉蛋白质消化动力学之间的相关性甚至似乎比消化系数更重要。
4. 其他加工技术
如上所述，大多数猪禽高梁基础日粮时蒸汽制粒；但是，其他动物基础饲粮中也用到不同的加工方法。有一个典型的例子是将高粱蒸汽压片后添加到肉牛日粮中。水产动物饲粮、宠物料及人吃的零食在加工时也广泛的用到挤压技术。这些技术也可能会潜在性的应用于猪禽高梁日粮的加工。
4.1 蒸汽压片
蒸汽压片包括调质/回火，压片，干燥和冷却，使得谷粒被两个反向旋转滚压扁，通过干燥和冷却减少水分，延长保存时间(Speetjens, 2002)。在肉牛和奶牛的集约化生产中经常用到蒸汽压片技术。Kim et al. (1994)对进行蒸汽压片和挤压的高梁日粮饲喂哺乳期母猪，和未加工过的高梁日粮相比，以上两种加工方法均提高了干物质、氮和总能的消化率，降低了氮的排放。和高梁基础日粮挤压法相比，蒸汽压片后的高梁日粮可使21日龄肉鸡体增重显著提高11.1%，干物质消化率提高1.6%，总能提高2.3%(Caoetal., 1998a)。而Cao et al., 1998b在另外一个肉鸡试验中得到相反的结果，蒸汽压片法加工高梁基础日粮和挤压法相比，降低了干物质、总能和氮的消化率。
调节过程中水分含量、加热的程度和保留时间是影响淀粉糊化的主要因素。适宜的水分（180-200g/kg）能提高压片的质量，较少压片的破碎度；但由于淀粉在回火过程中不受热，故水分含量增加不会影响淀粉的糊化(McDonoughet al., 1997)。后来研究发现，对直链淀粉含量较低的高梁进行蒸汽压片会产生含量较高的薄片，直径较大、易受酶水解和破损的薄片较少(McDonoughet al., 1998b)。Osman et al. (1970)体外研究发现，片层厚度也影响淀粉的消化率，中层厚度的薄片淀粉消化率为31.3%，较薄厚度的淀粉消化率为41%。原因可能是较薄的片层使得高梁胚乳保留的时间长，渗透的水分多。Kimet al. (2000)也获得相似的结果。但问题是，通过蒸汽而未压片的高梁基础日粮相比未处理的日两组相比并未提高淀粉的消化率，可能是因为高梁蛋白质间形成二硫化物联结体所致。McDonough et al. (1998a)对终端产品研究表明，高粱中添加还原助剂（β-巯基乙醇）后进行回火，结果发现，产生易被酶水解的淀粉提高了7.3%，回火温度也会降低14.8%。扫描电子显微术发现，还原助剂会将破裂的谷皮完全打开，溶解或减弱谷物胚乳中的部分蛋白质联结体，释放淀粉颗粒（McDonough et al., 1998a）。但是，β-巯基乙醇不能应用于饲料和食品中。有待进一步研究可应用于饲料原料和食品中的还原助剂及其作用效果。
4.2 膨化
虽然挤压法能提高淀粉的糊化，但是生产成本也会随之增加。人们已经注意使用膨化机，膨化机设计原理和单螺杆挤出机相似，但区别是，膨化机的出料口是一个环状的间隙口，而不是固定的模具口（Fancher et al., 1996）。膨化机的加工温度为93至127℃，饲料在膨化机内的保留时间是10-25s，比挤压机的加工温度低且保留时间长。而且，膨化机相比挤压机能量损耗降低70-98%，生产量增加100-1100%(Fancher et al., 1996)。
Froeschner et al. (1997)研究了不同基因型高梁日粮的膨化加工颗粒和标准颗粒对生长猪的影响，结果发现，淀粉中直链淀粉含量由250g/kg增加到750g/kg时，饲料颗粒稳定性指数（PDI）由92.5%上升到96.7%，饲料膨化组PDI提高了30%（94.2单位相比72.6单位），饲料转化率提高15%（1.358相比1.598）。Johnstonet al. (1999)进一步研究表明，和蒸汽制粒相比，高梁基础饲料膨化育肥猪和哺乳母猪的PDI值显著增加（93.4%相比83.7%）。蒸汽制粒后育肥猪饲粮膨化后淀粉的糊化量为328g/kg，而膨化后为468g/kg，且体增重增加6.3%（Johnstonet al., 1999）。另外，Traylor et al. (1998)研究显示，蛋白质的表观消化率和能量的可利用率与膨化压力呈线性相关。当膨化锥压由0.810千帕上升到2296千帕时（能耗14.9kWh/t），蛋白质消化增加了0.783，当膨化压由14.9MJ/kg增加至1145千帕（能耗为8.9Wh/t）。而且高梁基础日粮经膨化后起能量的利用率比玉米和小麦高（Traylor et al., 1998）。当然，生产量和养分消化率提高的同事，膨化过程所消耗的能量也在增加(Traylor et al., 1999)。
有关膨化料对肉鸡性能的影响结果还未达成一致，可能与饲养温度有关。Deyoe et al. (1967)研究发现经膨化加工或未膨化加工的高梁基础型日粮对鸡生长性能没有显著影响。两阶段的肉鸡饲喂膨化或蒸汽制粒的高梁基础料对肉鸡生长性能没有影响(Cramer et al., 2003)，与以上观点一致。但是，对小麦型日粮的不同加工方式的效果进行比较，饲料加工方式对饲料加工效果由高到低如下：挤压法>膨化>蒸汽制粒>粉料(Lundbladet al., 2011)。
5. 饲料添加剂
高梁饲料中可能含有各种饲料添加剂，本综述中主要涉及外源酶和还原剂。家禽粘性饲料如小麦、大麦饲料中添加非淀粉多糖酶比较常见，而高梁饲料中可溶性多糖含量少，故不需要添加非淀粉多糖酶(Choct, 2006)。猪禽高梁饲料中添加植酸酶比较常见，另外，高梁饲料中添加蛋白酶有提高蛋白利用率和促进生长的潜能。而且，湿热加工高梁饲粮时会形成二硫化物联合体，应考虑添加一些能破裂二硫键的还原助剂。
5.1 外源酶
猪禽日粮中添加外源酶已呈逐渐上升的趋势，特别是在大麦和小麦基础日粮中添加非淀粉多糖酶以及大部分猪禽日粮中添加植酸酶。高梁由于其可溶性非淀粉多糖含量低，属于无粘性谷物(Selle et al., 2010a)。有关非淀粉多糖酶在猪禽高梁基础日粮中的作用效果还未评估确定，因为目前这些研究中大部分添加的是复合酶或者酶的衍生物，因此非淀粉多糖酶在高梁基础日粮中可能没有发挥优势。但是，Flores et al. (2009)研究发现，生长猪的高梁-菜籽基础日粮中添加植酸酶、果胶酶、β-甘露聚糖酶和半纤维素酶的复合酶，可显著提高钙磷的消化率和代谢能。Park et al. (2003)在育肥猪高梁日粮中添加α-淀粉酶和纤维素酶时发现对平均体增重有增加的趋势，但对饲料转化率、氮消化率和肉品质没有影响。Kim et al(1998)也得出，高梁基础日粮中添加纤维素酶0.5g/kg对育肥猪生长性能、肉品质或养分消化率没有影响。Cadogan et al. (2005)的肉鸡试验研究发现，高梁日粮中添加蛋白酶（4000U/kg）、淀粉酶（400U/kg）和木聚糖酶（300U/kg）的复合体能显著增加21日龄体增重（3.7%）和饲料转化率（4.9%），但42日龄时没有影响。
高梁中含总磷2.92g/kg，其中与植酸结合的磷占82.7（2.41g/kg植酸磷），而且，高粱中天然植酸酶活量（35FTU/kg）相比小麦（503FTU/kg）和大麦（348FTU/kg）含量极低(Selle et al., 2003)。在体重51-99kg猪高梁-豆粕基础日粮中添加植酸酶（750FTU/kg）完全取代磷酸二氢钙，能使磷排放减少30%，而对猪生长性能没有影响(Bernalet al., 2006)。可能受动物肠道pH值及蛋白质的等电点的影响，植酸可能通过其二元键和三元键和蛋白质结合，而且，植酸通过氢键和淀粉结合，和磷酸二氢钙结合，和淀粉颗粒与蛋白质的联合体结合（(Yoonet al., 1983; Oatway et al., 2001）。猪禽日粮中添加植酸酶后，除了提高磷保留率外，还能增强蛋白和淀粉的利用率，但是Cervanteset al. (2004)发现，在高梁-豆粕基础日粮中添加植酸酶（500或1000FTU/kg）后对氨基酸消化率及猪生长性能没有影响。后来Cervantes et al., 2011的研究也证实了以上观点，生长猪高梁基础日粮中结合添加植酸酶（1050FTU/kg）和胰酶（蛋白酶活125USP/kg）对氨基酸消化率没有影响。添加植酸酶对氨基酸消化率没有影响，可能是因为猪空腹的原因。如Selle and Ravindran (2008)讨论到，分析研究植酸酶和氨基酸消化率时，大多数取的是猪空腹时回肠的食糜样品，故未得到预期的试验结果。不过，由于高梁醇溶蛋白所含的必须氨基酸量少，植酸和蛋白质结合体也比较少，所以高梁基础日粮中添加植酸酶对氨基酸消化率没有影响Cervantes et al. (2004, 2011)。但是Ravindran et al. (1999)在肉鸡纯高梁基础日粮中添加植酸酶1200 FTU/kg时发现氨基酸平均消化率可显著提高6.3%（0.743相比0.791）。后来，Ravindranet al. (2000)在肉鸡小麦-高梁基础日粮中添加植酸酶400FTU/kg时发现回肠氮消化率提高3%，且植酸磷添加水平和非植酸磷对代谢能和回肠中氮消化率有显著的交互影响，这表明，日粮中微生物产植酸酶的添加对肉鸡的作用效果也受日粮中植酸和非植酸磷的影响。在缺乏赖氨酸的肉鸡日粮中补充植酸酶很重要。Ravindranet al. (2001)报道，在赖氨酸缺乏的小麦-高梁-豆粕基础日粮中，植酸酶添加量为0-1000FTU/kg时，赖氨酸消化率由0.794线性增加至0.841。有趣的是，家禽研究基金会作的一项研究表明，在肉鸡高梁基础饲粮中添加植酸酶1000FTU/kg时，肉鸡空肠近端、回肠远端和整个小肠的淀粉消化率分别增加26%、5%（P<0.05）和7%（P<0.05），表观代谢能显著提高5%（P<0.05）(Selle et al., in preparation)。因此，高梁基础日粮中添加植酸酶可能有助于提高能量利用和生长性能，还有待进一步研究。
本实验室已经完成了肉鸡高梁基础日粮中添加角蛋白酶的研究（(Selleet al, in press）。研究结果表明，日粮中添加地衣芽孢杆菌（Bacillus lichenformis）产的蛋白酶300U/g后，空肠远端和回肠近端的淀粉消化率分别显著提高14%（0.678相比0.770）和5%（0.812相比0.851），空肠远端、回肠远端和整个小肠段的氮表观消化率分别提高17%（0.538相比0.627）、7%（0.719相比0.770）和12%（0.579相比0.647），但是对鸡的生长性能没有影响，可能主要与饲粮中的蛋白质或氨基酸含量不足有关。与此相反，在猪禽高梁日粮中添加蛋白酶对其生产性能略有影响(Leite et al.,2011; Zamora et al.,2011)。高梁日粮中添加蛋白酶解决不了高梁谷物在湿加工后形成的二硫化物联合体的降解问题。由于角蛋白胱氨酸含量高，且含有二硫化物联合体，是一种难消化的蛋白源，因此能降解角蛋白的蛋白酶也能降解醇溶蛋白(Selle et al.,2010a)。但是由于大部分蛋白酶不能降解二硫化物联合体，故此假设还未解决。酶经高温加工后测定其酶活很重要，而由于酶制剂加工方式各异，缺乏酶有效性系统评估的方法。高梁由于其质地坚硬，因此，在颗粒破碎的高梁基础日粮中添加外源酶是有益的。而且，通过干燥挤压、选择性的添加蛋白酶或还原助剂能帮助克服高梁对湿热加工的敏感度。
5.2 还原剂
在湿热法加工的高梁中添加还原剂，如亚硫酸氢钠、2-巯基乙醇和二硫苏糖醇，能破坏半胱氨酸残基之间的二硫键。体外研究显示，高梁日粮中添加还原剂可提高淀粉和蛋白质的消化率（Hamaker et al., 1987; Rom et al.,1992; Choi et al., 2008）。Chandrashekar和 Kirleis (1988)的研究显示，除了能增加蛋白质的消化率外，在加工的高梁日粮中添加2-巯基乙醇0.5g/kg可使淀粉的糊化度由791g/kg增加至952g/kg。Zhang 和Hamaker (1999)等添加十二烷基硫酸钠可提高淀粉的酶解度，原因可能是还原剂打破蛋白联合体的二硫键从而破坏其完整度，促使淀粉释放，水分更多的渗透并促使淀粉糊化。还原剂虽然不经常添加于鸡高梁日粮中，但常添加与全脂豆粕中，提高鸡的生长性能(Herkelmanet al., 1991)。硫化物离子也能破坏二硫键，改变豆粕中胰蛋白酶抑制因子的蛋白结构(Wanget al., 2009)，猪禽日粮中高梁是重要的能量来源。有必要研究任何一种能提高高梁淀粉消化率的还原剂，提高高梁原料的营养价值。高梁醇溶蛋白和谷蛋白对高梁胚乳中淀粉的消化率产生负面的影响，通过添加还原剂可以间接提高淀粉的消化率。这种还原剂也可能会提高高梁的淀粉糊化度并提高蛋白质的消化率，最终可提高动物的生长性能。高梁基础型日粮中添加还原剂及还原剂和饲料加工工艺及其他饲料添加剂（尤其是酶制剂）的交互影响有待进一步研究。
6 其他方法
高梁在湿加工过程中形成二硫键对其作为猪禽的基础日粮带来一定的困扰。但是，可以用一种快速而简单的可阻止二硫化物联合体形成的方法即照射，该方法有提高高梁价值的潜能。
Siddhurajuet al (2002)研究了电离辐射对谷物原料抗营养因子和营养价值的影响，认为电离辐射可以作为一种抑制某些抗营养因子的方法。Duoduet al. (1999)研究报道，加工高梁时经过电离辐射后可以降低其糊化淀粉中的植酸含量，Abu-Tarboush (1998)研究认为，辐射可以减少高梁中的单宁含量。也有研究显示，采用电子束照射高梁，可使其单宁含量减少了达86%，植酸含量减少了达90%(Shawranget al., 2011)。而且，当照射高梁的电子束量增加15剂量时，家禽的干物质、蛋白质和能量消化率显著增加。照射可以改变高梁蛋白质二级结构，并且对高梁湿热加工后进行照射能够减少对高梁蛋白质消化率带来的不良影响(Fombang et al., 2005)。但是，高强度的照射会引起美拉德反应，使高梁的蛋白质聚合，对蛋白质的消化产生不利影响(Fombang et al.,2005)。照射除了能降低高梁中的单宁和植酸含量外，Hassan et al. (2009)的体外研究表明，照射狗高梁可增加球蛋白、醇溶谷蛋白和白蛋白的含量，但会使蛋白质消化率降低9.9%。有关高粱基础日粮照射对动物生长性能的体外研究还未见报道。但确定的是，照射可以保护高梁免受有害微生物、霉菌毒素和昆虫的侵害，是一种快速而清洁的高梁加工方法。
7. 结论
高梁加工技术可改变其淀粉和蛋白质的理化特性，提高猪禽高梁基础型日粮的营养价值。和玉米、小麦相比，加工技术能更多地提高高梁的营养价值，而且高梁粒度大小对猪禽最佳生长性能的发挥更显重要。一般来说，家禽需要采食较大颗粒的饲料来刺激其胃肠道的发育，而猪需要采食较小颗粒的饲粮来促进营养的全面利用。从根本上说，颗粒型的饲料比粉状饲料更能提高猪禽的生长性能。各种高梁加工技术，如蒸汽制粒、膨化和挤压，对淀粉和蛋白质利用率有不同的影响。重要的是，干式挤压可能会提高淀粉的糊化和消化率，而对蛋白质利用率的影响还不确定。为阻止湿热加工对高梁蛋白质消化率产生的不利影响，在高梁加工过程中添加还原剂可能会防止二硫键的形成，从而有利于热液的最大化处理。在高梁基础日粮中添加外源酶有利于高梁营养价值的发挥，尤其植酸酶和蛋白酶。清楚地说，为了增加猪禽的生长性能，以上一系列的高梁基础型饲粮的加工技术均需要考虑。因此，将高粱作为猪禽的基础型饲粮，并提高高梁的营养价值，有待将以上加工处理技术单独或组合起来进一步研究。
感谢
作者感谢家禽合作研究中心颁发给索尼娅女士研究生奖学金的财政支持。
参考文献（略）