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上期回顾：上期对高粱抗营养作用的机制、高粱颗粒的破碎方法及制粒条件对营养物质利用率和生产性能的影响等方面进行了阐述。
中图分类号：S816 文献标识码：C 文章编号：1001-0769（2016）09-0036-05
4 其他加工技术
如上所述，大多数猪和家禽的高粱型日粮都采用蒸汽制粒；然而，其他动物的日粮也用不同的方法进行加工。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。另外，水产动物日粮、宠物料及人食用的零食在加工时也广泛地采用挤压技术。这些技术也可能与猪和家禽的高粱型日粮的加工方法有关。
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辊压扁，通过干燥和冷却以减少水分，延长保存时间（Speetjens，2002）。蒸汽压片技术广泛地应用于肉牛和奶牛的饲料生产。Kim等（1994）利用哺乳母猪对蒸汽压片高粱和挤压高粱进行了比较，结果发现，和未经加工的高粱型日粮相比，这两种加工方法均可提高干物质、氮和总能的消化率，减少氮的排放。对肉鸡21 d的研究发现，和采用挤压加工的高粱型日粮相比，蒸汽压片后的高粱型日粮可使肉鸡增重显著提高 11.1 %，干物质消化率提高1.6 %，总能消化率提高2.3 %（Caoet等，1998a）。该作者（Cao等，1998b）在另外一个肉鸡试验中得到了相反的结果，即和挤压法相比，用蒸汽压片法加工的高粱型日粮会降低干物质、总能和氮的消化率。
调质过程中的水分含量、加热程度和滞留时间是影响淀粉糊化的主要因素。适宜的水分含量（180 g/kg～200 g/kg）能提高压片的质量，高粱较少的破损或粉碎度；然而，提高水分含量并不会影响淀粉的糊化，因为淀粉在回火过程中不会加热（McDonough等，1997）。后来的研究发现，蒸汽压片能使直链淀粉含量较低的高粱产生较高比例的完整薄片（r2=0.509）、较大直径的薄片（r2=0.846）、更多对酶敏感的薄片（r2=0.564）和更少的破损薄片（r2=0.560）（McDonough等，1998b）。Osman等（1970）研究发现，片层厚度也会影响淀粉的体外消化率，中等厚度（31.3 %），和较薄（41 %）的薄片淀粉消化率可分别提高3倍和4倍。这可能会在生产较薄的薄片时，让蒸汽压片所用的时间更长以及渗透入高粱胚乳的水分更多。
Kimet等（2000）也获得了相似的结果，但有趣的是，同仅使用蒸汽而未进行压片的高粱型日粮相比未处理的高粱日粮，其淀粉消化率下降，这可能是因为在高粱蛋白中有二硫键形成所致。McDonough等（1998a）对终端产品的研究表明，利用还原剂（β-巯基乙醇）对高粱进行回火后，酶敏感型淀粉增加了7.3 %，糊化温度也可降低 14.8 %。扫描电子显微观察发现，还原剂部分溶解或消弱了胚乳中的蛋白质基质，使得在损坏的果皮裂开前淀粉颗粒能更进一步地膨胀（McDonough等，1998a）。然而，β-巯基乙醇不能应用于饲料和食品中。应进行进一步的研究以检测其他可应用于饲料原料和食品中还原剂的作用。
4.2 挤压
挤压是一种相对复杂的加工工艺，利用剪切摩擦力对食品原料进行加热，并迫使原料流入专为形成和/或膨化干燥它们的钢模中。挤压已广泛地用于水产饲料和宠物干日粮的加工。相比蒸汽制粒和蒸汽压片，挤压加工能提高淀粉的糊化，并可在更大程度上减少热不稳定类抗营养因子。然而，挤压可能会影响蛋白质的溶解性和消化率（Dahlin和 Lorenz，1993a，b；Ismail和Zahran，2002；Brennan等，2011）。
有关挤压加工对高粱淀粉消化率的影响已有众多的体外调查研究。早先由Glennie （1987）完成的研究显示，挤压可提高水溶性指标，减少淀粉糖的含量和淀粉的分子量，使淀粉更易被酶分解。酚类谷物，尤其是浓缩丹宁，在挤压时会与淀粉相互作用。Dahlin和Lorenz （1993b）报道，在低湿（15 g/kg）和低温（80 ℃～100 ℃）下对丹宁含量高的高粱进行挤压加工，能够显著降低碳水化合物的消化率；然而，挤压条件对丹宁含量低的高粱中碳水化合物消化率无显著影响。因此，高粱中丹宁的含量会对挤压后的碳水化合物消化率产生不利的影响。然而，无丹宁高粱的生产越来越多，但是其他酚类化合物可能会影响淀粉和蛋白质的消化率（Beta和Corke，2004；Wu等，2011），正如Beta和Corke（2004）的研究表明，阿魏酸会影响高粱淀粉的糊化特性。
挤压技术已经用于大豆的加工，以减少胰蛋白抑制因子的水平。另外，串联挤压高粱和大豆可能有利于提高猪的生产性能。例如，Hines等（1990）报道，肥育猪饲喂经挤压的高粱-大豆混合物后，饲料利用率提高4.8 %，氮消化率改善5.7 %。仅采用挤压高粱，就可以使28日龄的保育猪饲料转化率提高9.7 % （Richert等，1992a）。另外，Richert等（1992b）发现，挤压高粱能使保育猪氮消化率提高2.8 %，Hancock和Bramel-Cox（1991）及Hancock等（1992）报告了相似的研究结果。
有关挤压高粱对家禽生产性能的影响研究极少。在一项为期5周的研究中，Zhuge等（1990）发现，在加入肉鸡日龄前将高粱的湿式挤压温度从100/110 ℃提高到130/135 ℃，会对肉鸡的生长性能产生不良影响。湿式挤压法对肉鸡生长性能的不良影响可通过改为干式挤压法来避免，干式挤法不需要外源性热源或蒸汽，且热量仅通过摩擦产生（Riaz， 2000）。Fapojuwo等（1987）指出，将高粱干式挤压的温度从50 ℃提高到200 ℃，可显著提高蛋白质的消化率达59 %（0.449 相比0.714）。然而，用沸水对挤压的高粱加热5 min，可以降低蛋白质消化率达23 %（0.714 相比0.549）。 湿煮后蛋白质消化率显著下降很可能是由于高粱蛋白产生了二硫交键所致，这一结果表明干式挤压通过机械方式破坏谷物的内部结构组织而能提高高粱蛋白的消化率。很明显，这些益处因采用蒸汽加热而不是干式挤压的摩擦加热而受到连累。Dahlin和Lorenz（1993a）发现，湿式挤压会降低丹宁含量低的高粱中氮的溶解性；更重要的是，Gomez等（1988）报道提高挤压时所用的水分会显著降低高粱中胃蛋白酶的消化率和各种淀粉糖的含量（图3）。此外，由于高粱胚乳中的淀粉和蛋白质会产生互作，湿式挤压可能还影响淀粉的消化率。Mahasukhonthachat等（2010a）报道，将挤压时所用的水分从250 g/kg增加到400 g/kg，淀粉消化率会降低31 %（0.045 h-1相对0.031 h-1）。因此，干式挤压对加工高粱或许是一种有益的方法。
然而，高粱采用挤压加工消耗的能量要大于蒸汽制粒，但挤压加工有可能会提高淀粉的糊化程度，改善动物的生产性能。高粱的干式挤压更有吸引力，因为它能使淀粉糊化，在物理上破坏谷物内部的结构而不会像采用常规的“湿式”挤压法一样使高粱暴露在湿热下。Fapojuwo等（1987）报道，干式挤压能够显著提高高粱蛋白质的消化率，这表明对经干式挤压加工的高粱进行提价是有道理的。
4.3 膨化
虽然挤压加工能够增加淀粉的糊化程度，但它同时会提高生产成本；此外，还应该注意要使用膨化机。环形模隙膨化机在设计上与单螺杆挤压机相似，但在原料排出上存在差异：膨化机的出料口是一个环形模隙出口设计替代定模出口（Fancher等，1996）。膨化机运行时的调质温度介于93 ℃～127 ℃，滞留时间为10 s～ 25 s，这些指标均小于挤压机。然而，膨化可以使能耗减少70 %～98 %，并可使产量提高100 %～1 100 %（Fancher等，1996）。
Froeschner等（1997） 比较了利用不同品种的高粱配制的日粮经膨化制粒和标准颗粒后对生长猪的影响。结果发现，直链淀粉含量由250 g/kg增加到750 g/kg时，饲料颗粒的持久性指数（PDI）由92.5 %上升到96.7 %；同时与蒸汽制粒型日粮相比，膨化型生长猪日粮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）。Johnston等（1999）的研究表明，和蒸汽制粒加工相比，膨化加工可显著提高高粱型育成猪日粮（93.4 %相比83.7 %）和哺乳母猪日粮（90.4 %相比71.7 %）的PDI值。就育肥猪日粮而言，膨化加工能使淀粉的糊化程度从蒸汽制粒的328 g/kg提高到468 g/kg，同时使育肥猪增重增加6.3 %（Johnston等，1999）。
另外，Traylor等（1998）研究显示，蛋白质和消化能的表观消化率与膨化期间的锥体压力呈线性相关。当膨化时锥体压由0提高到2 296 kPa时（能耗增加14.9 kWh/t），蛋白质消化率由0.783提高到0.810；消化能从0锥体压时的13.97 MJ/kg，增加到1 145 kPa锥体压时的14.9 MJ/kg（多消耗 8.9 Wh/t能源）。而且，高粱型日粮在膨化期间提高锥体压力对代谢能的有利影响远大于玉米和小麦型日粮（Traylor等，1998）。当然，生产性能和养分消化率上的任何改善，可能可以抵消由膨化产生的高能耗成本（Traylor等，1999）。
有关膨化型日粮对肉鸡生产性能的作用并不一致，这可能与饲喂试验中所用的温度不同有关。Deyoe等（1967）发现，膨化加工或未膨化加工的高粱型日粮对肉鸡生长性能没有显著的影响。在一个两阶段的肉鸡饲喂试验中，膨化或蒸汽制粒的高粱型日粮没有影响肉鸡的生长性能（Cramer等，2003），与以上观点一致。然而，利用小麦型日粮通过不同加工方式研究比较肉鸡生产性能时发现，饲料加工方式对动物生产性能的有利影响由高到低依次如下：挤压法>膨化>蒸汽制粒>粉料（Lundblad等，2011）。
5 饲料添加剂
多种饲料添加剂可加入高粱型日粮中；然而，本综述只介绍外源性酶和还原剂。在以粘性谷物如小麦、大麦为基础日粮的家禽饲料中添加非淀粉多糖 （Non-Starch Polysaccharide，NSP）降解酶是一种比较常见的加工方式，但在高粱型日粮中添加NSP降解酶效果并不显著，因为高粱中可溶性NSP的含量较低（Choct，2006）。另外，在猪和家禽的高粱型日粮中添加植酸酶也比较常见。同时，添加蛋白酶有可能会提高高粱蛋白质的利用率，促进动物的生长。鉴于在经湿热加工的高粱型日粮中很可能会形成二硫键，因此应考虑添加一些能分解二硫键的还原剂。
5.1 外源性酶
猪和家禽日粮添加外源性酶的情况已显著增多，特别是在大麦和小麦型日粮中添加NSP酶以及在大部分猪和家禽日粮中添加植酸酶。高粱由于所含有的可溶性非淀粉多糖较少而属于一种非粘性谷物（Selle等，2010a）。有关评估NSP酶在猪和家禽的高粱型日粮中作用效果的研究未获得结论性结果，因为这些研究大部分使用复合酶或者多种酶的混合物，因此该有益作用即使有的话，可能也无法进行区别。然而，Flores等（2009）报道，在生长猪的高粱-菜籽型日粮中添加植酸酶、果胶酶、β-甘露聚糖酶和半纤维素酶组成的复合酶，可显著提高钙和磷的消化率和代谢能。Park等（2003）发现，在育肥猪的高粱型日粮中添加α-淀粉酶和纤维素酶，往往会提高平均日增重，但对饲料转化率、氮消化率和肉品质没有影响。Kim等（1998）报道，在高粱型日粮中添加纤维素酶（0.5 g/kg），不会影响育肥猪的生长性能、肉品质或养分消化率。Cadogan等（2005）发现，在高粱型日粮中添加蛋白酶（4 000 U/kg）、淀粉酶（400 U/kg）和木聚糖酶 （300 U/kg）的复合物，能显著增加肉鸡21日龄的增重（3.7 %）和饲料转化率（4.9 %），但对42日龄的肉鸡没有影响。 高粱含有2.92 g/kg总磷，其中的82.7 % （2.41 g/kg植酸磷）为植酸结合磷。此外，高粱中天然植酸酶的活性（35 FTU/kg）相比小麦（503 FTU/kg）和大麦（348 FTU/kg）中的要低得多（Selle等，2003）。对于体重51 kg～99 kg的猪而言，在其饲喂的高粱-豆粕型日粮中用植酸酶（750 FTU/kg）完全取代磷酸二氢钙，能使磷的排放减少30 %，且不会影响猪的生长性能（Bernal等，2006）。植酸可以通过二元键和三元键与蛋白质结合形成复合物，具体则取决于动物肠道pH及蛋白质的等电点；此外，植酸通过氢键、磷酸键和淀粉颗粒与结合蛋白质的淀粉颗粒和淀粉结合（Yoon等，1983；Oatway等，2001）。因此，除了提高磷的保留率外，猪和家禽日粮中添加植酸酶后增强蛋白和淀粉利用率的额外磷效应很明显。但是，Cervantes等（2004）发现，在高粱-豆粕型日粮中添加植酸酶（500 FTU/kg或 1 000 FTU/kg），对氨基酸消化率及猪的生产性能没有影响。这一结果随后在生长猪的高粱型日粮中联合添加植酸酶（1 050 FTU/kg）和胰酶（蛋白酶活125 USP/kg）后没有影响氨基酸AID的试验中得到了证实。添加植酸酶后氨基酸消化率没有受到影响，可能是该分析在盲肠瘘管猪中完成的结果。正如Selle和Ravindran（2008）讨论到的那样，分析研究植酸酶和氨基酸消化率时，大多数试验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，由于高粱醇溶蛋白缺乏必须氨基酸，植酸-蛋白质复合物的含量也比较少，所以在Cervantes等（2004，2011）的试验中，添加植酸酶后所出现的反应不明显。但是，Ravindran等（1999）利用肉鸡进行的研究表明，在纯高粱型日粮中添加植酸酶1 200 FTU/kg后，氨基酸平均消化率可显著提高6.3 %（0.743相比0.791）。后来，Ravindran等（2000）在肉鸡的研究中证明，在小麦-高粱型日粮中添加植酸酶400 FTU/kg后，回肠氮消化率可提高3 %；同时，植酸酶添加水平和非植酸磷含量对代谢能和回肠的氮消化率有显著的交互影响，这表明肉鸡对添加微生物型植酸酶的反应也受日粮中植酸和非植酸磷水平的影响。正如Ravindran等（2001）所报道的那样，在缺乏赖氨酸的肉鸡日粮中补充植酸酶很重要，将植酸酶添加量从0 FTU/kg提高到1 000 FTU/kg时，回肠赖氨酸消化率由0.794线性增加至0.841。有趣的是，最近由家禽研究基金会完成的一项研究表明，在肉鸡高粱型日粮中添加植酸酶（1 000 FTU/kg），可分别使肉鸡空肠近端、回肠远端和整个小肠的淀粉消化率提高26 %、5 %（P<0.05）和7 %（P<0.05），表观代谢能消化率提高5 %（P<0.05，Selle等，待发表）。因此，要提高能量利用率和肉鸡生产性能可在高粱型日粮中添加植酸酶。
本实验室利用角蛋白酶对高粱型肉鸡日粮进行的研究取得了令人兴奋的结果（Selleet等，已接收）：日粮中添加300 U/g由地衣芽孢杆菌（Bacillus lichenformis）生产的蛋白酶，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，这些提高并没有在肉鸡的生长性能上反应出来，可能是由于该日粮含有充足的蛋白质或氨基酸所致。与此相反，在猪和家禽的高粱型日粮中添加蛋白酶后，动物的生产性能略有提高（Leite等，2011；Zamora等，2011）。
高粱型日粮中添加蛋白酶的一个挑战是在高粱谷物进行湿煮加工后会形成的二硫键。角蛋白是一种难消化的蛋白源，含有大量的胱氨酸和二硫键化物，直觉上能够降解角蛋白的蛋白酶也能降解醇溶蛋白（Selle等，2010a）。但是，这种假设仍有待验证，并且可能性是大部分蛋白酶不能降解二硫键化合物。目前还缺乏评估酶在各种饲料加工条件下的活性，即酶经高温加工后其活性的恢复极为关键。由于高粱具有较硬的质地，高粱型日粮可能会从添加外源性酶和谷物颗粒减少上受益。而且，高粱对“湿热”的脆弱性或许能通过干式挤压和添加精选的蛋白酶和/或还原剂来克服。
5.2 还原剂
利用还原剂如亚硫酸氢钠、2-巯基乙醇和二硫苏糖醇，对高粱进行湿煮加工，能够裂解半胱氨酸残基之间的二硫键。此外，体外研究显示淀粉和蛋白质的消化率得到了改善（Hamaker等，1987；Rom等，1992；Choi等，2008）。Chandrashekar和Kirleis（1988）的研究显示，除了能提高蛋白质的消化率外，在高粱型日粮用湿热法加工时按0.5 g/kg的水平添加2-巯基乙醇，可使淀粉的糊化程度由791 g/kg提高至952 g/kg。Zhang和Hamaker（1999）等证明，添加十二烷基硫酸钠可提高淀粉的酶解度，其原因可能是还原剂裂解了二硫键，从而使淀粉更容易被水渗透和更易糊化而导致蛋白质基质完整性下降。此外，虽然还原剂并不会经常性地添加入高粱型日粮中，但它们会常加入肉鸡的全脂豆粕中，可以提高鸡的生长性能（Herkelman等，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（Wang等，2009）。高粱在猪和家禽日粮中是一个重要的能量来源，利用还原剂取得的淀粉消化率上的任何数量的提高均将鼓舞人心，如同它将提高高粱作为饲料原料的价值一样。高粱醇溶蛋白和谷蛋白会对高粱胚乳中淀粉的消化率产生不良影响，利用还原剂可以通过影响蛋白质来间接提高淀粉的消化率。因此，添加还原剂可能会提高高粱淀粉的糊化度，并提高蛋白质的消化率，最终可提高动物的生产性能。还原剂对高粱型日粮的作用以及饲料加工条件与其他饲料添加剂（尤其是饲用酶）的交互影响有待进一步研究。 6 其他方法
高粱在湿式加工过程中形成二硫键对正确配制猪和家禽的高粱型基础日粮是一种挑战。然而，辐射——一种可预防二硫键形成的快速、简单的方法，有提高高粱作为饲料原料价值的潜能。
Siddhuraju等（2002）在重新审查了电离辐射对谷物原料中抗营养因子和营养价值的影响后认为，电离辐射可以作为一种消除某些抗营养因子的方法。Duoduet等（1999）报道，高粱经电离辐射后再进行烹煮处理，可以降低高粱粥中植酸的含量，Abu-Tarboush（1998）研究认为，辐射可减少高粱中单宁的含量。另外，有研究显示，用电子束照射高粱，可使其单宁含量减少了多达86 %，植酸含量减少高达90 %（Shawrang等，2011）。而且，在同一研究中，当照射高粱的电子束量高于15千戈瑞时，家禽的干物质、蛋白质和能量消化率显著提高。照射可以改变高粱蛋白质二级结构中的化学键，对湿式热加工后的高粱进行照射，能够减小对高粱蛋白质消化率的不良影响（Fombang等，2005）。
然而，高剂量的照射会引发美拉德反应，使高粱中的蛋白质聚合，这会对蛋白质的消化产生不利影响（Fombang等，2005）。照射除了能降低高粱中单宁和植酸的含量外，Hassan等（2009）进行的体外研究表明，照射可提高高粱中球蛋白、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 %。有关高粱型日粮经照射后对动物生长性能的体内研究还未见报道，然而，照射是一种可以对高粱进行快速处理的简便方法，能够消灭高粱中的微生物、霉菌毒素和昆虫。
7 结论
高粱进行加工可改变其所含淀粉和蛋白质的理化特性，提高其作为猪和家禽日粮原料的营养价值。和玉米、小麦相比，加工技术能更大幅度地提高高粱的营养价值，而且高粱颗粒大小对猪和家禽获得最佳生长性能具有重要的作用。一般来说，家禽需要采食较大颗粒的饲料来刺激其肌胃的发育，而猪需要采食较小颗粒的日粮来促进营养的全面利用。根本上说，颗粒型日粮比粉状饲料更能提高猪和家禽的生长性能。各种加工技术，如蒸汽制粒、膨化和挤压，对高粱中淀粉和蛋白质的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程度和消化率，而不会损害蛋白质的利用率。为防止“湿热”加工对高粱中蛋白质消化率产生不利影响，在加工过程中添加还原剂可能会阻止二硫键的形成，最大限度地发挥热液处理的优点。在高粱型日粮中添加外源性酶，尤其是植酸酶和蛋白酶，在提高高粱作为饲料原料的营养价值上发挥着重要作用。毫无疑问，许多可以提高采食高粱型日粮的猪和家禽生产性能的策略均可以考虑采用。因此，要提高高粱作为家畜和家禽饲料原料的营养价值，单独或与其他方法联合使用以对这些策略进一步研究非常值得。□□
原题名：Strategies to enhance the performance of pigs and poultry on sorghum-based diets （英文）
原作者：Sonia Y. Liu、Peter H. Sellet和Aaron J. Cowieson
中图分类号：S816 文献标识码：C 文章编号：1001-0769（2016）09-0036-05
4 其他加工技术
如上所述，大多数猪和家禽的高粱型日粮都采用蒸汽制粒；然而，其他动物的日粮也用不同的方法进行加工。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。另外，水产动物日粮、宠物料及人食用的零食在加工时也广泛地采用挤压技术。这些技术也可能与猪和家禽的高粱型日粮的加工方法有关。
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辊压扁，通过干燥和冷却以减少水分，延长保存时间（Speetjens，2002）。蒸汽压片技术广泛地应用于肉牛和奶牛的饲料生产。Kim等（1994）利用哺乳母猪对蒸汽压片高粱和挤压高粱进行了比较，结果发现，和未经加工的高粱型日粮相比，这两种加工方法均可提高干物质、氮和总能的消化率，减少氮的排放。对肉鸡21 d的研究发现，和采用挤压加工的高粱型日粮相比，蒸汽压片后的高粱型日粮可使肉鸡增重显著提高 11.1 %，干物质消化率提高1.6 %，总能消化率提高2.3 %（Caoet等，1998a）。该作者（Cao等，1998b）在另外一个肉鸡试验中得到了相反的结果，即和挤压法相比，用蒸汽压片法加工的高粱型日粮会降低干物质、总能和氮的消化率。
调质过程中的水分含量、加热程度和滞留时间是影响淀粉糊化的主要因素。适宜的水分含量（180 g/kg～200 g/kg）能提高压片的质量，高粱较少的破损或粉碎度；然而，提高水分含量并不会影响淀粉的糊化，因为淀粉在回火过程中不会加热（McDonough等，1997）。后来的研究发现，蒸汽压片能使直链淀粉含量较低的高粱产生较高比例的完整薄片（r2=0.509）、较大直径的薄片（r2=0.846）、更多对酶敏感的薄片（r2=0.564）和更少的破损薄片（r2=0.560）（McDonough等，1998b）。Osman等（1970）研究发现，片层厚度也会影响淀粉的体外消化率，中等厚度（31.3 %），和较薄（41 %）的薄片淀粉消化率可分别提高3倍和4倍。这可能会在生产较薄的薄片时，让蒸汽压片所用的时间更长以及渗透入高粱胚乳的水分更多。
Kimet等（2000）也获得了相似的结果，但有趣的是，同仅使用蒸汽而未进行压片的高粱型日粮相比未处理的高粱日粮，其淀粉消化率下降，这可能是因为在高粱蛋白中有二硫键形成所致。McDonough等（1998a）对终端产品的研究表明，利用还原剂（β-巯基乙醇）对高粱进行回火后，酶敏感型淀粉增加了7.3 %，糊化温度也可降低 14.8 %。扫描电子显微观察发现，还原剂部分溶解或消弱了胚乳中的蛋白质基质，使得在损坏的果皮裂开前淀粉颗粒能更进一步地膨胀（McDonough等，1998a）。然而，β-巯基乙醇不能应用于饲料和食品中。应进行进一步的研究以检测其他可应用于饲料原料和食品中还原剂的作用。
4.2 挤压
挤压是一种相对复杂的加工工艺，利用剪切摩擦力对食品原料进行加热，并迫使原料流入专为形成和/或膨化干燥它们的钢模中。挤压已广泛地用于水产饲料和宠物干日粮的加工。相比蒸汽制粒和蒸汽压片，挤压加工能提高淀粉的糊化，并可在更大程度上减少热不稳定类抗营养因子。然而，挤压可能会影响蛋白质的溶解性和消化率（Dahlin和 Lorenz，1993a，b；Ismail和Zahran，2002；Brennan等，2011）。
有关挤压加工对高粱淀粉消化率的影响已有众多的体外调查研究。早先由Glennie （1987）完成的研究显示，挤压可提高水溶性指标，减少淀粉糖的含量和淀粉的分子量，使淀粉更易被酶分解。酚类谷物，尤其是浓缩丹宁，在挤压时会与淀粉相互作用。Dahlin和Lorenz （1993b）报道，在低湿（15 g/kg）和低温（80 ℃～100 ℃）下对丹宁含量高的高粱进行挤压加工，能够显著降低碳水化合物的消化率；然而，挤压条件对丹宁含量低的高粱中碳水化合物消化率无显著影响。因此，高粱中丹宁的含量会对挤压后的碳水化合物消化率产生不利的影响。然而，无丹宁高粱的生产越来越多，但是其他酚类化合物可能会影响淀粉和蛋白质的消化率（Beta和Corke，2004；Wu等，2011），正如Beta和Corke（2004）的研究表明，阿魏酸会影响高粱淀粉的糊化特性。
挤压技术已经用于大豆的加工，以减少胰蛋白抑制因子的水平。另外，串联挤压高粱和大豆可能有利于提高猪的生产性能。例如，Hines等（1990）报道，肥育猪饲喂经挤压的高粱-大豆混合物后，饲料利用率提高4.8 %，氮消化率改善5.7 %。仅采用挤压高粱，就可以使28日龄的保育猪饲料转化率提高9.7 % （Richert等，1992a）。另外，Richert等（1992b）发现，挤压高粱能使保育猪氮消化率提高2.8 %，Hancock和Bramel-Cox（1991）及Hancock等（1992）报告了相似的研究结果。
有关挤压高粱对家禽生产性能的影响研究极少。在一项为期5周的研究中，Zhuge等（1990）发现，在加入肉鸡日龄前将高粱的湿式挤压温度从100/110 ℃提高到130/135 ℃，会对肉鸡的生长性能产生不良影响。湿式挤压法对肉鸡生长性能的不良影响可通过改为干式挤压法来避免，干式挤法不需要外源性热源或蒸汽，且热量仅通过摩擦产生（Riaz， 2000）。Fapojuwo等（1987）指出，将高粱干式挤压的温度从50 ℃提高到200 ℃，可显著提高蛋白质的消化率达59 %（0.449 相比0.714）。然而，用沸水对挤压的高粱加热5 min，可以降低蛋白质消化率达23 %（0.714 相比0.549）。 湿煮后蛋白质消化率显著下降很可能是由于高粱蛋白产生了二硫交键所致，这一结果表明干式挤压通过机械方式破坏谷物的内部结构组织而能提高高粱蛋白的消化率。很明显，这些益处因采用蒸汽加热而不是干式挤压的摩擦加热而受到连累。Dahlin和Lorenz（1993a）发现，湿式挤压会降低丹宁含量低的高粱中氮的溶解性；更重要的是，Gomez等（1988）报道提高挤压时所用的水分会显著降低高粱中胃蛋白酶的消化率和各种淀粉糖的含量（图3）。此外，由于高粱胚乳中的淀粉和蛋白质会产生互作，湿式挤压可能还影响淀粉的消化率。Mahasukhonthachat等（2010a）报道，将挤压时所用的水分从250 g/kg增加到400 g/kg，淀粉消化率会降低31 %（0.045 h-1相对0.031 h-1）。因此，干式挤压对加工高粱或许是一种有益的方法。
然而，高粱采用挤压加工消耗的能量要大于蒸汽制粒，但挤压加工有可能会提高淀粉的糊化程度，改善动物的生产性能。高粱的干式挤压更有吸引力，因为它能使淀粉糊化，在物理上破坏谷物内部的结构而不会像采用常规的“湿式”挤压法一样使高粱暴露在湿热下。Fapojuwo等（1987）报道，干式挤压能够显著提高高粱蛋白质的消化率，这表明对经干式挤压加工的高粱进行提价是有道理的。
4.3 膨化
虽然挤压加工能够增加淀粉的糊化程度，但它同时会提高生产成本；此外，还应该注意要使用膨化机。环形模隙膨化机在设计上与单螺杆挤压机相似，但在原料排出上存在差异：膨化机的出料口是一个环形模隙出口设计替代定模出口（Fancher等，1996）。膨化机运行时的调质温度介于93 ℃～127 ℃，滞留时间为10 s～ 25 s，这些指标均小于挤压机。然而，膨化可以使能耗减少70 %～98 %，并可使产量提高100 %～1 100 %（Fancher等，1996）。
Froeschner等（1997） 比较了利用不同品种的高粱配制的日粮经膨化制粒和标准颗粒后对生长猪的影响。结果发现，直链淀粉含量由250 g/kg增加到750 g/kg时，饲料颗粒的持久性指数（PDI）由92.5 %上升到96.7 %；同时与蒸汽制粒型日粮相比，膨化型生长猪日粮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）。Johnston等（1999）的研究表明，和蒸汽制粒加工相比，膨化加工可显著提高高粱型育成猪日粮（93.4 %相比83.7 %）和哺乳母猪日粮（90.4 %相比71.7 %）的PDI值。就育肥猪日粮而言，膨化加工能使淀粉的糊化程度从蒸汽制粒的328 g/kg提高到468 g/kg，同时使育肥猪增重增加6.3 %（Johnston等，1999）。
另外，Traylor等（1998）研究显示，蛋白质和消化能的表观消化率与膨化期间的锥体压力呈线性相关。当膨化时锥体压由0提高到2 296 kPa时（能耗增加14.9 kWh/t），蛋白质消化率由0.783提高到0.810；消化能从0锥体压时的13.97 MJ/kg，增加到1 145 kPa锥体压时的14.9 MJ/kg（多消耗 8.9 Wh/t能源）。而且，高粱型日粮在膨化期间提高锥体压力对代谢能的有利影响远大于玉米和小麦型日粮（Traylor等，1998）。当然，生产性能和养分消化率上的任何改善，可能可以抵消由膨化产生的高能耗成本（Traylor等，1999）。
有关膨化型日粮对肉鸡生产性能的作用并不一致，这可能与饲喂试验中所用的温度不同有关。Deyoe等（1967）发现，膨化加工或未膨化加工的高粱型日粮对肉鸡生长性能没有显著的影响。在一个两阶段的肉鸡饲喂试验中，膨化或蒸汽制粒的高粱型日粮没有影响肉鸡的生长性能（Cramer等，2003），与以上观点一致。然而，利用小麦型日粮通过不同加工方式研究比较肉鸡生产性能时发现，饲料加工方式对动物生产性能的有利影响由高到低依次如下：挤压法>膨化>蒸汽制粒>粉料（Lundblad等，2011）。
5 饲料添加剂
多种饲料添加剂可加入高粱型日粮中；然而，本综述只介绍外源性酶和还原剂。在以粘性谷物如小麦、大麦为基础日粮的家禽饲料中添加非淀粉多糖 （Non-Starch Polysaccharide，NSP）降解酶是一种比较常见的加工方式，但在高粱型日粮中添加NSP降解酶效果并不显著，因为高粱中可溶性NSP的含量较低（Choct，2006）。另外，在猪和家禽的高粱型日粮中添加植酸酶也比较常见。同时，添加蛋白酶有可能会提高高粱蛋白质的利用率，促进动物的生长。鉴于在经湿热加工的高粱型日粮中很可能会形成二硫键，因此应考虑添加一些能分解二硫键的还原剂。
5.1 外源性酶
猪和家禽日粮添加外源性酶的情况已显著增多，特别是在大麦和小麦型日粮中添加NSP酶以及在大部分猪和家禽日粮中添加植酸酶。高粱由于所含有的可溶性非淀粉多糖较少而属于一种非粘性谷物（Selle等，2010a）。有关评估NSP酶在猪和家禽的高粱型日粮中作用效果的研究未获得结论性结果，因为这些研究大部分使用复合酶或者多种酶的混合物，因此该有益作用即使有的话，可能也无法进行区别。然而，Flores等（2009）报道，在生长猪的高粱-菜籽型日粮中添加植酸酶、果胶酶、β-甘露聚糖酶和半纤维素酶组成的复合酶，可显著提高钙和磷的消化率和代谢能。Park等（2003）发现，在育肥猪的高粱型日粮中添加α-淀粉酶和纤维素酶，往往会提高平均日增重，但对饲料转化率、氮消化率和肉品质没有影响。Kim等（1998）报道，在高粱型日粮中添加纤维素酶（0.5 g/kg），不会影响育肥猪的生长性能、肉品质或养分消化率。Cadogan等（2005）发现，在高粱型日粮中添加蛋白酶（4 000 U/kg）、淀粉酶（400 U/kg）和木聚糖酶 （300 U/kg）的复合物，能显著增加肉鸡21日龄的增重（3.7 %）和饲料转化率（4.9 %），但对42日龄的肉鸡没有影响。 高粱含有2.92 g/kg总磷，其中的82.7 % （2.41 g/kg植酸磷）为植酸结合磷。此外，高粱中天然植酸酶的活性（35 FTU/kg）相比小麦（503 FTU/kg）和大麦（348 FTU/kg）中的要低得多（Selle等，2003）。对于体重51 kg～99 kg的猪而言，在其饲喂的高粱-豆粕型日粮中用植酸酶（750 FTU/kg）完全取代磷酸二氢钙，能使磷的排放减少30 %，且不会影响猪的生长性能（Bernal等，2006）。植酸可以通过二元键和三元键与蛋白质结合形成复合物，具体则取决于动物肠道pH及蛋白质的等电点；此外，植酸通过氢键、磷酸键和淀粉颗粒与结合蛋白质的淀粉颗粒和淀粉结合（Yoon等，1983；Oatway等，2001）。因此，除了提高磷的保留率外，猪和家禽日粮中添加植酸酶后增强蛋白和淀粉利用率的额外磷效应很明显。但是，Cervantes等（2004）发现，在高粱-豆粕型日粮中添加植酸酶（500 FTU/kg或 1 000 FTU/kg），对氨基酸消化率及猪的生产性能没有影响。这一结果随后在生长猪的高粱型日粮中联合添加植酸酶（1 050 FTU/kg）和胰酶（蛋白酶活125 USP/kg）后没有影响氨基酸AID的试验中得到了证实。添加植酸酶后氨基酸消化率没有受到影响，可能是该分析在盲肠瘘管猪中完成的结果。正如Selle和Ravindran（2008）讨论到的那样，分析研究植酸酶和氨基酸消化率时，大多数试验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，由于高粱醇溶蛋白缺乏必须氨基酸，植酸-蛋白质复合物的含量也比较少，所以在Cervantes等（2004，2011）的试验中，添加植酸酶后所出现的反应不明显。但是，Ravindran等（1999）利用肉鸡进行的研究表明，在纯高粱型日粮中添加植酸酶1 200 FTU/kg后，氨基酸平均消化率可显著提高6.3 %（0.743相比0.791）。后来，Ravindran等（2000）在肉鸡的研究中证明，在小麦-高粱型日粮中添加植酸酶400 FTU/kg后，回肠氮消化率可提高3 %；同时，植酸酶添加水平和非植酸磷含量对代谢能和回肠的氮消化率有显著的交互影响，这表明肉鸡对添加微生物型植酸酶的反应也受日粮中植酸和非植酸磷水平的影响。正如Ravindran等（2001）所报道的那样，在缺乏赖氨酸的肉鸡日粮中补充植酸酶很重要，将植酸酶添加量从0 FTU/kg提高到1 000 FTU/kg时，回肠赖氨酸消化率由0.794线性增加至0.841。有趣的是，最近由家禽研究基金会完成的一项研究表明，在肉鸡高粱型日粮中添加植酸酶（1 000 FTU/kg），可分别使肉鸡空肠近端、回肠远端和整个小肠的淀粉消化率提高26 %、5 %（P<0.05）和7 %（P<0.05），表观代谢能消化率提高5 %（P<0.05，Selle等，待发表）。因此，要提高能量利用率和肉鸡生产性能可在高粱型日粮中添加植酸酶。
本实验室利用角蛋白酶对高粱型肉鸡日粮进行的研究取得了令人兴奋的结果（Selleet等，已接收）：日粮中添加300 U/g由地衣芽孢杆菌（Bacillus lichenformis）生产的蛋白酶，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，这些提高并没有在肉鸡的生长性能上反应出来，可能是由于该日粮含有充足的蛋白质或氨基酸所致。与此相反，在猪和家禽的高粱型日粮中添加蛋白酶后，动物的生产性能略有提高（Leite等，2011；Zamora等，2011）。
高粱型日粮中添加蛋白酶的一个挑战是在高粱谷物进行湿煮加工后会形成的二硫键。角蛋白是一种难消化的蛋白源，含有大量的胱氨酸和二硫键化物，直觉上能够降解角蛋白的蛋白酶也能降解醇溶蛋白（Selle等，2010a）。但是，这种假设仍有待验证，并且可能性是大部分蛋白酶不能降解二硫键化合物。目前还缺乏评估酶在各种饲料加工条件下的活性，即酶经高温加工后其活性的恢复极为关键。由于高粱具有较硬的质地，高粱型日粮可能会从添加外源性酶和谷物颗粒减少上受益。而且，高粱对“湿热”的脆弱性或许能通过干式挤压和添加精选的蛋白酶和/或还原剂来克服。
5.2 还原剂
利用还原剂如亚硫酸氢钠、2-巯基乙醇和二硫苏糖醇，对高粱进行湿煮加工，能够裂解半胱氨酸残基之间的二硫键。此外，体外研究显示淀粉和蛋白质的消化率得到了改善（Hamaker等，1987；Rom等，1992；Choi等，2008）。Chandrashekar和Kirleis（1988）的研究显示，除了能提高蛋白质的消化率外，在高粱型日粮用湿热法加工时按0.5 g/kg的水平添加2-巯基乙醇，可使淀粉的糊化程度由791 g/kg提高至952 g/kg。Zhang和Hamaker（1999）等证明，添加十二烷基硫酸钠可提高淀粉的酶解度，其原因可能是还原剂裂解了二硫键，从而使淀粉更容易被水渗透和更易糊化而导致蛋白质基质完整性下降。此外，虽然还原剂并不会经常性地添加入高粱型日粮中，但它们会常加入肉鸡的全脂豆粕中，可以提高鸡的生长性能（Herkelman等，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（Wang等，2009）。高粱在猪和家禽日粮中是一个重要的能量来源，利用还原剂取得的淀粉消化率上的任何数量的提高均将鼓舞人心，如同它将提高高粱作为饲料原料的价值一样。高粱醇溶蛋白和谷蛋白会对高粱胚乳中淀粉的消化率产生不良影响，利用还原剂可以通过影响蛋白质来间接提高淀粉的消化率。因此，添加还原剂可能会提高高粱淀粉的糊化度，并提高蛋白质的消化率，最终可提高动物的生产性能。还原剂对高粱型日粮的作用以及饲料加工条件与其他饲料添加剂（尤其是饲用酶）的交互影响有待进一步研究。 6 其他方法
高粱在湿式加工过程中形成二硫键对正确配制猪和家禽的高粱型基础日粮是一种挑战。然而，辐射——一种可预防二硫键形成的快速、简单的方法，有提高高粱作为饲料原料价值的潜能。
Siddhuraju等（2002）在重新审查了电离辐射对谷物原料中抗营养因子和营养价值的影响后认为，电离辐射可以作为一种消除某些抗营养因子的方法。Duoduet等（1999）报道，高粱经电离辐射后再进行烹煮处理，可以降低高粱粥中植酸的含量，Abu-Tarboush（1998）研究认为，辐射可减少高粱中单宁的含量。另外，有研究显示，用电子束照射高粱，可使其单宁含量减少了多达86 %，植酸含量减少高达90 %（Shawrang等，2011）。而且，在同一研究中，当照射高粱的电子束量高于15千戈瑞时，家禽的干物质、蛋白质和能量消化率显著提高。照射可以改变高粱蛋白质二级结构中的化学键，对湿式热加工后的高粱进行照射，能够减小对高粱蛋白质消化率的不良影响（Fombang等，2005）。
然而，高剂量的照射会引发美拉德反应，使高粱中的蛋白质聚合，这会对蛋白质的消化产生不利影响（Fombang等，2005）。照射除了能降低高粱中单宁和植酸的含量外，Hassan等（2009）进行的体外研究表明，照射可提高高粱中球蛋白、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 %。有关高粱型日粮经照射后对动物生长性能的体内研究还未见报道，然而，照射是一种可以对高粱进行快速处理的简便方法，能够消灭高粱中的微生物、霉菌毒素和昆虫。
7 结论
高粱进行加工可改变其所含淀粉和蛋白质的理化特性，提高其作为猪和家禽日粮原料的营养价值。和玉米、小麦相比，加工技术能更大幅度地提高高粱的营养价值，而且高粱颗粒大小对猪和家禽获得最佳生长性能具有重要的作用。一般来说，家禽需要采食较大颗粒的饲料来刺激其肌胃的发育，而猪需要采食较小颗粒的日粮来促进营养的全面利用。根本上说，颗粒型日粮比粉状饲料更能提高猪和家禽的生长性能。各种加工技术，如蒸汽制粒、膨化和挤压，对高粱中淀粉和蛋白质的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程度和消化率，而不会损害蛋白质的利用率。为防止“湿热”加工对高粱中蛋白质消化率产生不利影响，在加工过程中添加还原剂可能会阻止二硫键的形成，最大限度地发挥热液处理的优点。在高粱型日粮中添加外源性酶，尤其是植酸酶和蛋白酶，在提高高粱作为饲料原料的营养价值上发挥着重要作用。毫无疑问，许多可以提高采食高粱型日粮的猪和家禽生产性能的策略均可以考虑采用。因此，要提高高粱作为家畜和家禽饲料原料的营养价值，单独或与其他方法联合使用以对这些策略进一步研究非常值得。□□
原题名：Strategies to enhance the performance of pigs and poultry on sorghum-based diets （英文）
原作者：Sonia Y. Liu、Peter H. Sellet和Aaron J. Cowieson