2. 中南林业科技大学食品科学与工程学院, 长沙 410004;
3. 武汉轻工大学动物科学与营养工程学院, 武汉 430023
2. College of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;
3. School of Animal Science and Nutritional Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China
我国作为稻谷的生产大国和消费大国，稻谷的产量和种植面积分别居世界第一和第二，2020年稻谷产量达2.118 5亿t。我国稻谷主要以口粮消费为主，但近年来居民人均口粮的消费比重呈下降趋势，工业消费和饲料消费占比有所增加[1]。根据国家粮油信息中心预计，2020—2021年度全国稻谷结余1 148万t，稻谷去库存压力巨大。与此同时，饲料业面临着玉米和豆粕供需紧张和周期波动的突出问题，急需寻求替代解决途径。稻谷脱壳所得糙米粗纤维含量低于玉米，粗蛋白质、氨基酸、多种矿物质和维生素含量高于或与玉米相当。研究表明，用糙米部分或全部替代玉米饲喂畜禽，可取得与玉米同等效果[2-5]。因此，系统评估库存稻谷的饲用营养价值，是缓解饲料资源短缺的有效途径之一。
稻谷贮存期多在3年以上，在贮存期间，受呼吸、氧化、酶和微生物等的综合作用，稻谷的营养组成会发生变化，尤其是储存管理不当时，易发生霉变造成霉菌毒素含量超标，蛋白质和脂质氧化变质，不宜作为饲料原料使用[6-7]。然而，当前库存稻谷饲用营养价值数据缺乏，尤其是库存稻谷脂肪酸值和霉菌毒素含量等卫生指标未见系统报道。因此，本研究以我国稻谷主产区的不同品种和不同库存年份的稻糙米为研究对象，分析其营养组成、脂肪酸值和霉菌毒素含量，以期为库存稻糙米在畜禽饲粮中的合理应用提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料以稻谷产量和库存数量为标准，选取占比较大的黑龙江、安徽和湖南三省代表性的中央储备粮库作为取样地点，分别采集黑龙江省6个粮库(双鸭山、鹤岗、齐齐哈尔、虎林、佳木斯、鸡西)2015年、2016年、2017年、2018年和2019年5年收储的粳稻30个(n=6)，安徽省5个粮库(庐江、巢湖、滁州、淮南、合肥)2017年、2018年和2019年3年收储的中晚籼稻15个(n=5)，以及湖南省4个粮库(长沙、衡阳、常德、益阳)2017年、2018年和2019年3年收储的早籼稻12个(n=4)，共计57个稻谷样品。粮库扦样过程严格按照GB 5491—1985执行，每个粮仓中的样品均匀混合，四分法取样后置于密封袋中-20 ℃保存待测。
1.2 检测方法稻谷样品经砻谷机脱壳后制成糙米，旋风磨粉碎过40目筛后进行营养组成、脂肪酸值和霉菌毒素含量测定。干物质(dry matter, DM)、粗蛋白质(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、粗灰分、钙、总磷和总淀粉含量分别按照GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 20806—2006、GB/T 6438—2007、GB/T 6436—2018、GB/T 6437—2018和GB/T 20194—2018的方法测定。酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量按照NY/T 1459—2007的方法测定。按照GB/T 18246—2019的方法，样品经碱水解、氧化水解或常规酸水解后，用高效液相色谱或氨基酸自动分析仪分别测定18种氨基酸含量。直链淀粉含量按照GB/T 15683—2008的方法测定。脂肪酸值按照GB/T 29405—2012中的方法，使用智能电位滴定仪测定。玉米赤霉烯酮和呕吐毒素含量分别按照GB/T 28716—2012和GB/T 30956—2014的方法，使用免疫亲和柱净化-高效液相色谱法测定。
1.3 统计分析数据采用统计软件SPSS 23.0进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，若各处理间差异显著，则用Student-Newman-Keuls多重比较进行检验，结果以平均值±标准差表示，P < 0.05表示差异显著，P < 0.01表示差异极显著。
2 结果与分析 2.1 不同产地和不同品种新收获稻糙米的营养组成黑龙江省、安徽省和湖南省粮库2019年新收获粳稻糙米、中晚籼稻糙米和早籼稻糙米的常规营养组成如表 1所示。由表可知，2019年新收获安徽中晚籼稻糙米和湖南早籼稻糙米的干物质含量显著高于黑龙江粳稻糙米(P < 0.05)，湖南早籼糙稻米的粗蛋白质含量显著高于黑龙江粳稻糙米和安徽中晚籼稻糙米(P < 0.05)，湖南早籼稻糙米的粗灰分含量显著高于黑龙江粳稻糙米(P < 0.05)，而3个产地2019年新收获稻糙米的粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和总磷的含量均无显著差异(P>0.05)。3个产地2019年新收获稻糙米的总淀粉含量无显著差异(P>0.05)，而直链淀粉含量由高到低依次为湖南早籼稻糙米>黑龙江粳稻糙米>安徽中晚籼稻糙米(P < 0.05)。
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表 1 不同产地新收获稻糙米的常规营养组成(干物质基础) Table 1 Conventional nutrient composition of newly harvested brown rice in different processing areas (DM basis) |
黑龙江省、安徽省和湖南省粮库2019年新收获稻糙米的氨基酸组成如表 2所示。由表可知，2019年当年新收获安徽中晚籼稻糙米和湖南早籼稻糙米的组氨酸、半胱氨酸和甘氨酸含量显著高于黑龙江粳稻糙米(P < 0.05)，安徽中晚籼稻糙米的异亮氨酸和丙氨酸含量显著高于黑龙江粳稻糙米(P < 0.05)，而3个产地2019年新收获稻糙米的精氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸以及总氨基酸含量均无显著差异(P>0.05)。
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表 2 不同产地新收获稻糙米的氨基酸组成(干物质基础) Table 2 Amino acid composition of newly harvested brown rice in different processing areas (DM basis) |
3个产地稻糙米的干物质、粗脂肪、粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、总淀粉、钙和总磷含量，在各库存年份间均无显著差异(P>0.05，表 3、表 4和表 5)。黑龙江粳稻糙米和湖南早籼稻糙米的粗蛋白质、直链淀粉含量在不同库存年份间无显著变化(P>0.05，表 3、表 5)，仅安徽省粮库库存中晚籼稻糙米的粗蛋白质含量显著高于当年新收获中晚籼稻糙米(P < 0.05，表 4)，直链淀粉含量有升高的趋势(0.05 < P < 0.10，表 5)。不同库存年份黑龙江粳稻糙米、安徽中晚籼稻糙米和湖南早籼稻糙米的各氨基酸含量均无显著差异(P>0.05，表 6、表 7、表 8)。
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表 3 黑龙江省库存粳稻糙米(2015—2019年)的常规营养组成(干物质基础) Table 3 Conventional nutrient composition of stored japonica brown rice (2015 to 2019) in granaries of Heilongjiang province (DM basis, n=6) |
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表 4 安徽省库存中晚籼稻糙米(2017—2019年)的常规营养组成(干物质基础) Table 4 Conventional nutrient composition of stored mid-late indica brown rice (2017 to 2019) in granaries of Anhui province (DM basis, n=5) |
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表 5 湖南省库存早籼稻糙米(2017—2019年)的常规营养组成(干物质基础) Table 5 Conventional nutrient composition of stored early indica brown rice (2017 to 2019) in granaries of Hunan province (DM basis, n=4) |
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表 6 黑龙江省库存粳稻糙米(2015—2019年)的氨基酸组成(干物质基础) Table 6 Amino acid composition of stored japonica brown rice (2015 to 2019) in granaries of Heilongjiang province (DM basis, n=6) |
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表 7 安徽省库存中晚籼稻糙米(2017—2019年)的氨基酸组成(干物质基础) Table 7 Amino acid composition of stored mid-late indica brown rice (2017 to 2019) in granaries of Anhui province (DM basis, n=5) |
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表 8 湖南省库存早籼糙米(2017—2019年)的氨基酸组成(干物质基础) Table 8 Amino acid composition of stored early indica brown rice (2017 to 2019) in granaries of Hunan province (DM basis, n=4) |
不同库存年份黑龙江粳稻糙米、安徽中晚籼稻糙米和湖南早籼稻糙米的脂肪酸值变化如图 1所示。随库存年份的增加，3个产地稻糙米的脂肪酸值均逐渐升高。其中，黑龙江省2017—2019年收储粳稻糙米的脂肪酸值较低，2015年和2016年收储粳稻糙米的脂肪酸值分别为28.86和27.47 mg KOH/100 g。安徽省和湖南省2019年新收获稻糙米脂肪酸值较低，安徽省2017年和2018年收储中晚籼稻糙米的脂肪酸值分别为31.00和31.13 mg KOH/100 g，湖南省2017年收储早籼稻糙米的脂肪酸值为32.40 mg KOH/100 g。
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A、B、C分别为黑龙江省、安徽省和湖南省稻糙米脂肪酸值。黑龙江省库存稻糙米n=6，安徽省库存稻糙米n=5，湖南省库存稻糙米n=4。数据柱形标注相同字母表示差异不显著(P>0.05)，标注不同字母表示差异显著(P < 0.05)。图 2同。 A, B and C were fatty acid values of brown rice in Heilongjiang, Anhui and Hunan provinces, respectively. n=6 for stored brown rice of Heilongjiang province, n=5 for stored brown rice of Anhui province and n=4 for stored brown rice of Hunan province. Data column with the same letters mean no significant difference (P>0.05), while with different letters mean significant difference (P < 0.05). The same as Fig. 2. 图 1 不同库存年份稻糙米的脂肪酸值 Fig. 1 Fatty acid value of stored brown rice in different years |
不同库存年份黑龙江粳稻糙米、安徽中晚籼稻糙米和湖南早籼稻糙米的霉菌毒素含量如图 2所示。黑龙江粳稻糙米和湖南早籼稻糙米的呕吐毒素和玉米赤霉烯酮含量，在各库存年份间均无显著差异(P>0.05)，仅安徽省粮库库存中晚籼稻糙米的呕吐毒素含量显著高于当年新收获中晚籼稻糙米(P < 0.05)，2017年收储的安徽中晚籼稻糙米的呕吐毒素含量达到了0.05 mg/kg，但均未超过《饲料卫生标准》规定的植物性饲料原料呕吐毒素含量的限量值(5 mg/kg)。
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A、B、C分别为黑龙江、安徽和湖南省稻糙米呕吐毒素含量，D、E、F分别为黑龙江、安徽和湖南省稻糙米玉米赤霉烯酮含量。 A, B and C were the content of deoxynivalenol in brown rice of Heilongjiang, Anhui and Hunan provinces, while D, E and F were the content of zearalenone in brown rice of Heilongjiang, Anhui and Hunan, respectively. 图 2 不同库存年份稻糙米的呕吐毒素和玉米赤霉烯酮含量 Fig. 2 Deoxynivalenol and zearalenone contents of stored brown rice in different years |
我国稻谷资源丰富，按品种主要分为粳稻和籼稻，按栽种季节划分为早稻、中稻和晚稻，不同亚种和栽种季节稻谷的生理和质构特性存在差异。有研究表明，籼稻的粗蛋白质含量一般高于粳稻，早稻高于晚稻[8]。稻米淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉组成，通常籼稻的直链淀粉含量高于粳稻[9-10]。稻谷中的脂类含量较低，主要分布于种皮和胚中，粳稻在2%~3%，籼稻在1%左右。参考《中国饲料成分及营养价值表(2019年第30版)》[2]，将本研究从黑龙江省、安徽省和湖南省粮库采集的稻糙米的营养组成与玉米进行比较可以发现，稻糙米的粗蛋白质、总淀粉、总磷和多种氨基酸(除亮氨酸和脯氨酸外)含量均高于玉米，直链淀粉、粗脂肪、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量低于玉米。何瑞国等[11]对稻糙米和玉米的氨基酸含量及利用率进行了测定，结果表明稻糙米的总氨基酸含量与玉米相差不大，但玉米的亮氨酸含量较高、赖氨酸和蛋氨酸含量较低，氨基酸的平衡性较差，而稻糙米的可利用氨基酸含量和氨基酸消化率均高于玉米。吴士博等[12]评定了4个品种饲料稻糙米生长猪有效能和氨基酸消化率，结果显示4个稻糙米的大部分营养组成与玉米相当或高于玉米，生长猪有效能与玉米相当，氨基酸消化率优于玉米。有研究表明，尽管直链淀粉和支链淀粉都可在动物小肠内完全降解，但与支链淀粉相比，直链淀粉被小肠酶消化降解的速率更慢，由于稻糙米的直链淀粉含量低于玉米，因此稻糙米淀粉比玉米淀粉更易消化[13-14]。但也有研究表明，生长猪回肠末端对糯米淀粉可完全消化，抗性淀粉的消化率较低，为83%，而玉米淀粉和糙米淀粉的消化率接近，都在96%~97%[15]。本研究所采集的稻糙米由于产地和品种不同，导致重要营养成分含量存在差异，例如，湖南早籼糙稻米的粗蛋白质和直链淀粉含量显著高于黑龙江粳稻糙米和安徽中晚籼稻糙米，安徽中晚籼稻糙米和湖南早籼稻糙米的必需氨基酸(组氨酸和异亮氨酸)和非必需氨基酸(半胱氨酸、丙氨酸、甘氨酸)含量显著高于黑龙江粳稻糙米。不同产地和不同品种糙米的营养组成，特别是粗蛋白质、氨基酸和淀粉含量的不一致，可能导致其营养价值和利用效率存在差异。因此，在将糙米替代玉米作为畜禽能量饲料使用时，必须全面了解不同来源糙米的营养成分含量差异，才能使糙米资源在饲料工业中得到合理和高效的利用。
3.2 不同库存年份稻糙米的营养组成差异粮食的陈化是指随储存时间的延长，粮食自身的酶活性和呼吸作用减弱、原生质胶体结构松弛，一系列理化特性的改变造成粮食种用和食用营养品质降低的现象。稻谷作为不耐储存的粮食品种，一般从第2年开始就会出现陈化变质现象，适宜储存年限在3年左右。稻谷在储存过程中，蛋白质、淀粉和脂肪的结构和组成会发生变化，从而导致其营养价值降低。有研究表明，陈化稻谷蛋白质的总量基本保持不变，但水溶性和盐溶性蛋白质比例下降、谷蛋白平均分子质量增加，导致其溶解度和起泡性能下降[16-17]。此外，陈化稻谷的蛋白体巯基(-SH)易被氧化成二硫键(-S-S-)，非淀粉粒蛋白与淀粉相互作用增强后形成的致密网状结构限制了淀粉粒的膨胀，降低了蛋白质和淀粉的可消化性[18-19]。也有研究表明，随着陈化稻谷的蛋白质空间构象的改变，部分氨基酸特别是赖氨酸和色氨酸易被氧化，尤其是在高温高湿条件下，稻谷赖氨酸和色氨酸的含量明显降低[20-21]。稻谷淀粉在储存期间虽然会发生水解反应，但由于稻谷中淀粉含量较高，陈化过程中总淀粉含量无明显变化，而淀粉的组成会发生改变，主要是支链淀粉易在脱支酶的作用下发生脱支，使得不溶性直链淀粉的比例增加、支链淀粉比例降低。
本研究采集了黑龙江省、安徽省和湖南省中央储备粮库的库存稻谷样品，发现3个产地粮库稻糙米的常规营养成分和氨基酸含量在各储存年份间均无显著差异，说明在适宜的储存条件下，黑龙江省粮库储存5年、安徽省与湖南省粮库储存3年稻糙米的营养成分含量无显著变化。李俊波[22]研究发现，湖南当地米厂储存3年糙米和新鲜糙米的常规营养组成、淀粉和氨基酸含量无显著变化，但陈化糙米抗性淀粉含量稍高，一定程度上可降低断奶仔猪小肠黏膜二糖酶的活性和生长猪蛋氨酸、异亮氨酸和缬氨酸的表观回肠消化率。舒剑成[23]的研究则显示，陈化糙米完全替代玉米对断奶仔猪的体增重、饲料转化率和腹泻率等均无不良影响。袁召光[24]的研究也表明，四川省崇州市粮库储存7年的陈化稻糙米大部分常规营养成分含量与玉米相近，蛋白质的氨基酸组成及平衡性优于玉米，用其替代饲粮中的玉米可改善肉鸭的生长性能和养分表观消化率。有关中央储备粮库陈玉米的研究也有类似报道，例如王薇薇等[25-26]研究发现黑龙江省中央储备粮库储存3年玉米的营养组成和猪体外仿生消化能与新鲜玉米相比无显著差异，用其饲喂仔猪可取得与新鲜玉米相似的效果。Yin等[27]的研究显示储存2~5年的玉米对肉鸡全期生长性能、代谢能以及粗蛋白质、氨基酸(除组氨酸和精氨酸外)和淀粉的消化率无显著影响。殷洁鑫[28]的研究则表明，低温储存时玉米的营养物质损失和氨基酸消耗量较小，给肉鸡饲喂储存1年的陈玉米还有助于缓解新玉米引起的肉鸡消化道酶活性、钙和磷利用率以及饲料转化效率的降低。
由上述研究结果可以看出，在较好的储存条件下，库存稻谷或库存玉米主要营养成分含量的变化较小，在畜禽饲粮中也可取得良好的利用效果；但当储存条件较差时，库存粮食的蛋白质和淀粉的组成和结构会发生显著改变，而关于这些营养物质分子组成和结构上的改变是否会影响谷物饲料原料整体营养价值和养分利用效率，还有待于进一步系统研究。
3.3 不同库存年份稻糙米的脂肪酸值和霉菌毒素含量差异稻谷脂类物质含量虽然较低，仅占1%~3%，但在储存过程中相比于蛋白质和淀粉而言，脂质更易发生氧化。陈化稻谷脂质经脂肪酶水解产生游离脂肪酸，主要包括油酸、亚油酸和软脂酸等不饱和脂肪酸，而这些不饱和脂肪酸进一步被氧化生成醛、酮类羰基化合物会导致稻米出现腐败味[29-30]，将其添加到饲粮中不仅会降低适口性，还会对动物的生长和健康产生不利影响[31-32]。此外，游离脂肪酸含量增加后，易与直链淀粉形成复合结构，抑制淀粉的糊化，导致其营养价值和消化率的降低[33]。在本研究中，3个产地稻糙米的脂肪酸值均随库存年份的增加而逐渐升高。其中，黑龙江省粮库库存4年和5年粳稻糙米、安徽省粮库库存2年和3年中晚籼稻糙米以及湖南省粮库库存3年早籼稻糙米的脂肪酸值显著高于当年新收获稻糙米。有关库存粮食脂质氧化对畜禽影响的研究主要集中在玉米。例如，崔小燕等[34]采集了北京周边粮库新收获和分别储存2年和4年的玉米，发现各年份玉米淀粉和粗蛋白质含量的变化较小，但与新收获玉米和储存2年的玉米相比，储存4年的玉米脂肪酸值明显升高、过氧化氢酶和过氧化物酶活性下降，将其添加到饲粮中会引起肉鸡免疫功能的下降。而刘比一等[35]也采集了北京周边粮库储存时间分别为0~5年的玉米，发现储存期较长尤其是储存期为4年以上的玉米会显著降低肉鸡的抗氧化功能。但也有研究表明，在储存条件较好时，黑龙江省粮库储存3年玉米的脂肪酸值变化较小，用其配制饲粮对仔猪的生长性能、血清生化指标、抗氧化和毒素指标均未产生显著影响[26]。
稻谷等谷物在田间时就会被霉菌感染，收获后在运输、加工和储存过程中霉菌可能会继续生长，不仅会分解稻谷中的有机物，还会产生霉菌毒素(黄曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素、单端孢霉烯族毒素)等有毒代谢产物[36-37]，造成饲料安全风险[38-39]。周建新等[40]研究发现，稻谷霉菌含量与储存温度和水分含量有关，当储存温度低于20 ℃时霉菌含量基本不变或略有增加，而当储存温度在25 ℃以上时稻谷霉变速度加快。库存玉米相关研究也表明，当粮库储存条件较好时，长期储存的玉米霉菌毒素含量较低且在安全限量范围内[25-26, 34-35]。本研究中，黑龙江省粮库储存5年的粳稻糙米和湖南省粮库储存3年的早籼稻糙米的呕吐毒素和玉米赤霉烯酮含量，在各库存年份间均无显著差异，仅安徽省粮库储存的中晚籼稻糙米的呕吐毒素含量显著高于当年新收获中晚籼稻糙米，但均未超过《饲料卫生标准》规定的安全限值。这可能是由于国家粮库在粮食入库前对水分、霉菌含量和虫害等进行了严格筛选，同时在粮食储存过程中严格控制粮库的温度、湿度并定期进行杀虫，因此粮食发生霉变的可能性较小、霉菌毒素含量也较低。
4 结论① 我国黑龙江省、安徽省和湖南省粮库储存稻糙米的干物质、粗蛋白质、氨基酸和直链淀粉含量存在显著差异。
② 黑龙江省粮库储存5年、安徽省与湖南省粮库储存3年稻糙米的营养组成变化不大，脂肪酸值和霉菌毒素含量略有升高，但均低于《饲料卫生标准》规定的限值。
致谢:
感谢中国储备粮管理集团有限公司仓储管理部、国家粮食和物资储备局粮食储备司对库存稻谷信息收集和样品采集所提供的帮助和支持。
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