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饲料级维生素原料的常用制粒工艺先容

2020-12-21 03:23:06 国外畜牧学·猪与禽 2020年11期

褚慎强

摘 ?要:维生素是饲料中的有机态微量营养成分,也是动物维持正常生理机能不可缺少的辅酶,但由于其在饲料原料中的含量低,配制的饲料无法满足动物的需要,必须添加人工生产的维生素。维生素的添加量极小,饲料生产中所需维生素预混料添加剂必须采用特殊的生产工艺方能确保获得理想的添加效果。本文针对不同维生素提出了各自适宜的生产工艺,可供原料生产商的参考。

关键词:维生素;生产工艺;饲料

天然饲料原料含有各种维生素,但含量不足,配制饲料后需补充人工生产的维生素。维生素是饲料中的有机态微量营养成分,也是动物维持正常生理机能不可缺少的辅酶。饲料中维生素的添加量虽然很少,但其作用却非常显著,动物缺乏维生素可出现各种疾病,正常生长和繁殖受阻。在集约化饲养的条件下,动物具有较高的生产性能,对维生素的需求量比一般情况下所需的量大一倍左右。

可以用作饲料添加剂的维生素约有 ?16种,包括维生素A、维生素D3、维生素E、维生素K3、维生素B1、维生素B2、维生 ?素B6、维生素B12、维生素C、烟酸及烟酰胺、叶酸、泛酸、胆碱、生物素、肌醇。维生素几乎都对光热敏感,大多数维生素在遇光热后其大分子末端断裂,生成活性较低的自由基,随后按链式机理迅速逐一脱除单体而降解。

近年来,为确保动物饲料中的维生素能稳定地被动物利用,维生素生产加工厂纷纷推出各种稳定剂型。本文以维生素A的交联包被剂型、维生素E的吸附剂型和生物素的喷雾干燥剂型作为例子,先容饲料级维生素原料的常用制粒工艺。

1 ?维生素包被制粒

交联结构又称网络结构,是指线型高分子链之间通过支链或化学键相连接成为一个三维网状结构的大分子,若交联链的长度比交联点之间的链长小得多,则可近似看作点,称为交联点。高度交联后,整个网状链变成一个大分子,具有不溶、不熔的性质。在维生素制剂工艺中,具体指分散于抗氧化剂、淀粉、胶原等物质的乳浊液喷出形成的颗粒,其中糖类(多糖、单糖)的羰基与胶原的氨基在合适的温热和压力下,反应形成纵横交错的网格结构及颗粒表面的硬化层,使颗粒对水、气的通透性减弱,不溶于水,最大限度地保护被包被物质免于氧化。

在交联包被技术产生之前,维生素A干粉一般是在制粒前添加到饲料中,加入饲料中的普通维生素A干粉对光、氧气、温度、湿度等仍十分敏感。铜、铁、钻等微量元素也可加速维生素A的氧化,导致进一步的损失。饲料加工过程中的高温、高湿和高压(如压制颗粒、膨化)加剧了维生素A的破坏。为了控制并避免上述氧化反应的发生,达到改善商用维生素A干粉稳定性的目的,随着包被技术的不断发展,饲料行业的技术人员发现了交联包被技术。

目前,在大多数交联包被剂型维生素A干粉的生产中,以适量的抗氧化剂和复合络合剂为稳定系统,后者除了能与金属离子结合保护维生素A免于过氧化反应外,还具有避免机械外力引起的微囊包被破裂,延长抗氧化剂作用的附加协同功能;随后將维生素A醋酸酯以微滴形式分散于明胶-碳水化合物的包被基质中(图1),再采用新的加工工艺使明胶与碳水化合物反应,形成纵横交错、不透气、不透水的交联包被颗粒,其硬度更高,在微囊的表面形成坚固的保护层,能最大限度地抵抗化学、高温、高湿以及机械对维生素A的破坏,这就是交联包被技术。

交联包被维生素A干粉能够更好地满足生产维生素预混料、复合预混料、浓缩饲料和各种类型配合饲料的要求,特别是在生产颗粒饲料和膨化饲料时,其优越性更明显。这种维生素A干粉流动性好、容重合适、易混匀、粉尘小,更重要的是稳定性得到了大大的提高。最新研究显示,采用新技术后,交联包被制成的微粒大幅度降低了温度、湿度、机械作用和氧化反应等化学和物理因素对维生素A的破坏作用。

2 ?维生素吸附制粒

维生素E又被称为生育酚,是一类化学结构相似的酚类物质,目前已知的结构有8种,最具代表性的是α-生育酚,它分布最广,效价最高。α-生育酚的分子式为C29H50O2,相对分子质量为430.7;外观为淡黄色或金黄色的黏稠油状物,无味。维生素E不溶于水,易溶于乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂和植物油中,在200 ℃无氧环境中仍稳定,在100 ℃以下不受无机酸、碱的影响,但暴露于氧气、紫外线、铁盐、铜盐、锌盐和铅盐中极易被破坏。就生理活性而言,α-生育酚的生物活性最高,所以用于饲料加工的维生素E的有效成分一般是α-生育酚醋酸酯(以下简称维生素E)。饲料级维生素E一般有两种不同的粉状制剂,一类是喷雾干燥型制剂,通常将一部分乳化剂和维生素E一起制成粉。这种粉剂可以溶于水形成悬浮液,通常用于水溶性粉剂的生产加工,可以添加在畜禽的饮水中。另一种是吸附型制剂,这种制剂是目前维生素E在全球饲料加工业中用途最广泛的制剂类型。这种制剂是利用毛细管原理、以二氧化硅微囊为载体将维生素E油吸附到二氧化硅微囊而制成的。吸附包被型的维生素E粉具有加工工艺简单(图2)和成本低的特点,利于大规模生产。

由于使用了二氧化硅颗粒作为吸附载体,维生素E的吸附包被颗粒继承了二氧化硅颗粒的一部分物理特征,优点是流动性好、易于分散和颗粒大小均匀。不足之处是这种维生素E粉的最小引燃能量很低,一般在1 MJ~3 MJ。由于目前饲料加工行业基本都使用这类维生素E制剂,所以,在使用维生素E时,饲料加工企业要特别注意其易燃易爆的特性,做好安全防范工作。

3 ?维生素喷雾干燥制粒

生物素(Biotin)为B族维生素,又称维生素H、维生素B7或辅酶R等。它是合成维生素C的必需物质,是脂肪和蛋白质正常代谢不可或缺的物质,是一种维持动物机体自然生长、发育和正常机能和健康所必需的营养物质。由于生物素在维生素预混料中的添加量相对较低,在育肥猪和蛋鸡的饲料配方中,添加量一般为 ? ? 200 mg/kg,这对生产加工提出了严格的要求。对生物素这类添加量小的维生素来说,其对动物的撬棒效应非常大,如果由于混合均匀度差造成生物素无法在维生素预混料中均匀混合,在使用维生素预混料生产复合预混料或全价料时最终会导致动物出现生物素缺乏的情况。为此,有些厂家设计了一种方法:先将生物素稀释成低含量的剂型(如2%),再用于生产维生素预混料。这种方法可以增加低含量剂型的投料量,似乎可以解决混合均匀度的问题,然而问题的解决好像并没有那么简单。低含量稀释剂型的生物素也无法解决生物素在混合过程中的均匀度问题,这是为什么呢?大家通过图3来了解2%稀释剂型生物素的物理结构。

由于要让两种物质能够均匀混合,这两种混合物需要在比重、粒径、流动性等物理指标上尽可能相似。根据这一概念,大家可以认为2%稀释剂型生物素是2个生物素颗粒与98个载体颗粒的混合(图3)。如果用这样的100个颗粒添加到维生素预混料中后再与其他组分一起混合,然后分装成100个包装产品,从理论上来说每包产品都会含有1个颗粒,但是只有2个包装的产品含有生物素,而且含量超过设计含量的50倍。由此可见,一般的低含量稀释制剂不适用于维生素的制剂工艺。为了保证少量添加的维生素的混合均匀度,原料生产企业发明了一种新的制剂技术——喷雾干燥制粒技术。还是以生物素为例,将生物素、(可溶性的)载体混合后溶于液体中,高压喷成小雾滴,小雾滴经过热空气脱水形成类球形微颗粒,如图4所示。

由图4得知,在2%喷雾干燥剂型的生物素中,每个颗粒都含有生物素,每个颗粒的生物素含量大致为2%。这类制剂可以保证生物素有效分散。如果将这样的100个颗粒添加到维生素预混料中再与其他组份一起混合,然后分装成100个包装产品,从理论上讲每包产品都会含有1个颗粒,而且都含有生物素。由于液体表面有张力,喷雾干燥制粒的维生素微颗粒都接近于球形,众所周知球形是相同体积表面积最小的一种形状,更小的表面积能更少地接触空气和光,更利于产品在存放期间的稳定性。生物素喷雾干燥生产工艺示意图如图5所示。

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