《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Porcine in vitro degradation characteristics of heat pretreated and multi-enzyme predigested maize whole stillage
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研究人员探讨了使用多酶产品预消化未处理和热处理（70 psi，160°C，20 min）的玉米全酒糟（whole stillage, WS）对猪体外消化率和发酵特性的影响。未处理和热处理的WS未经消化或在55°C下用三种多酶产品（MTE1、MTE2和MTE3）
研究人员探讨了使用多酶产品预消化未处理和热处理（70 psi，160°C，20 min）的玉米全酒糟（whole stillage, WS）对猪体外消化率和发酵特性的影响。未处理和热处理的WS未经消化或在55°C下用三种多酶产品（MTE1、MTE2和MTE3）预消化12 h，采用2×4因子排列。MTE1提供木聚糖酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶和蛋白酶；MTE2提供木聚糖酶、α-半乳糖苷酶和纤维素酶；MTE3提供木聚糖酶、β-葡聚糖酶和甘露聚糖酶。未处理WS的干物质体外消化率（IVD-DM）和非淀粉多糖体外消化率（IVD-NSP）分别为0.734和0.350。未处理WS的发酵产气量为192 mL g–1 DM。热处理使WS的IVD-DM、IVD-NSP和发酵产气量分别显著提高（P < 0.05）8.13%、13.8%和9.69%。多酶预消化使WS的IVD-DM、IVD-NSP和发酵产气量分别显著提高（P < 0.05）10.3%、51.5%和7.34%。未处理WS的IVD-DM和发酵产气量不受多酶类型影响；然而，对于热处理WS，MTE2的这两项响应指标均显著高于（P < 0.05）MTE1或MTE3。热处理和多酶预消化改善了WS的消化率和发酵性能。热处理与MTE2预消化的组合在改善WS消化率和发酵方面最为有效。
**研究背景与问题**
玉米干酒糟及其可溶物（distiller's dried grains with solubles, DDGS）是猪饲料中常用的纤维性副产物，但其非淀粉多糖（non-starch polysaccharides, NSP）含量高，限制了营养物质的消化利用。非淀粉多糖降解酶（NSPases）在提高猪对DDGS消化率方面的效果并不稳定，这种不一致性部分归因于纤维对酶解的抗性、胃肠道停留时间短以及胃肠道内环境不利于NSPase活性发挥。因此，亟需开发能够提高DDGS中营养物质可利用性的预处理技术。热处理可在DDGS混入日粮前于高压下破坏NSP基质结构并增溶部分NSP，从而增强其对NSPase的敏感性；另一种策略是在DDGS进入日粮前，于最佳条件下对其进行酶解预消化。已有研究报道，热处理或热处理后酶解预消化可提高玉米全酒糟（whole stillage, WS；玉米籽粒经乙醇生产后残留的浆料，可加工为DDGS）的猪体外消化率，并且这两种技术可整合至乙醇工厂中以降低处理成本。然而，用于预消化的NSP酶组成对未处理和热处理WS消化率的影响尚缺乏信息。玉米（及玉米DDGS）中的主要NSP为阿拉伯木聚糖和纤维素，纤维素呈结晶态而阿拉伯木聚糖则否。研究人员假设，同时含有木聚糖酶和纤维素酶的酶产品会比仅含木聚糖酶的更有效，且热处理将有利于酶解；同时，含蛋白酶的产品可能通过降解NSP使被包裹的蛋白质暴露，从而进一步提高WS中营养物质的利用率。本研究旨在利用猪体外消化和发酵技术，确定向未处理或热处理WS中添加含不同NSP酶组合的多酶产品对猪消化率的影响。
**研究内容与结论**
研究包含两个实验。实验1旨在确定不同多酶产品的最佳酶解预消化时间，实验2基于优化条件，采用2×4因子设计，评估热处理（70 psi、160°C、20 min）与三种多酶产品预消化对WS各组分体外消化率和发酵特性的影响，并筛选最有效的多酶产品。结果表明，热处理和多酶预消化均显著提高了WS的体外干物质消化率（IVD-DM）、NSP消化率（IVD-NSP）和发酵总产气量，且热处理与MTE2（含木聚糖酶、α-半乳糖苷酶和纤维素酶）预消化组合的效果最佳。这一发现为DDGS在猪日粮中的高效利用提供了技术路径，并支持了含纤维素酶和木聚糖酶的酶产品对热处理WS更有效的假设。
**主要技术方法**
研究采用4家乙醇厂提供的WS样品作为重复。实验1采用4×4因子设计，将4种酶处理（未消化及MTE1、MTE2、MTE3）与4个预消化时间（6、12、18、24 h）组合，体外消化采用Boisen-Fernández法并改良。实验2为2×4因子设计，在55°C、200 rpm下酶解预消化12 h；体外发酵采用猪粪接种的累积产气技术；NSP含量按Englyst法分析，产气动力学数据按France模型拟合，统计分析使用SAS的MIXED程序。
**研究结果**
**实验1**
酶解预消化与孵育时间对IVD-DM存在显著交互作用（P < 0.001）。所有多酶产品均随孵育时间延长显著提高IVD-DM，其中MTE1增速最快，MTE2次之，MTE3最慢；0–12 h区间的IVD-DM增幅大于12–24 h区间。非线性拟合（四参数logistic模型，R2=0.99）显示，MTE1、MTE2和MTE3的最大IVD-DM响应值分别为82.8%、85.1%和87.5%，对应的最佳孵育时间分别为19.2、15.8和15.3 h。由于12 h时各产品IVD-DM已接近拟合渐近线，实验2选择12 h作为预消化时间。
**实验2**
热处理显著降低了WS中除纤维素外所有不溶性NSP及总NSP含量（P < 0.05），可溶性NSP含量增加。热处理和酶解预消化均显著提高IVD-DM、IVD-NSP及各NSP组分（阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖、糖醛酸、纤维素）的体外消化率（P < 0.05）。交互作用分析显示，热处理WS经MTE2预消化后IVD-DM的提高幅度显著大于MTE3（P < 0.05），且IVD-纤维素的提高幅度也显著大于MTE1和MTE3（P < 0.05），这与MTE2和MTE1含有纤维素酶而MTE3不含有关。木糖的IVD不受多酶类型影响，因所有产品均含木聚糖酶。发酵方面，热处理和酶解预消化均显著提高未处理WS的总产气量，且二者对总产气量存在显著交互作用（P < 0.001）：热处理WS经MTE2预消化的总产气量提高最多，MTE1次之，MTE3最低；滞后期、降解率和半最大产气时间未受交互作用影响。
**讨论与结论**
实验1确认了不同多酶产品的适宜预消化时间，其差异可能与酶谱组成及WS纤维基质复杂性有关。实验2中，热处理选择性降低不溶性非纤维素多糖而不影响纤维素，符合热处理对非结晶多糖更敏感的理论。酶解预消化提高IVD-DM主要归因于NSP增溶及消化酶可及性改善；热处理通过破坏NSP结构及降低纤维素结晶度，增强了NSP对酶的敏感性，从而放大酶解效果。发酵总产气量的增加归因于热处理和酶解预消化生成了更多易被微生物发酵的寡糖和单糖组分。结论认为，热处理和酶解预消化均可改善WS的消化率和发酵性能；降解热处理WS中的NSP时，含纤维素酶（外加木聚糖酶）的酶产品比不含纤维素酶的产品更有效。未来需通过猪体内试验验证这些技术对DDGS营养利用的实际效果，以推动其在猪饲料中的应用。
