3. 溶解度和分配系数
饲料产品的溶解度,表面上看是速溶型并通过饮水方式饲给的添加剂产品的性能。这是固体溶解在液体中的溶解度。广义地讲,溶解度在饲料产品的制造应用及生理条件的溶出和利用都有重要的意义。
3.1饲料产品加工过程中溶解度对质量的影响
饲料产品中的可溶物质可分为强电解质(盐、磷酸盐、金属盐、胆碱)、弱电解质(氨基酸、有机酸、维生素、糖类、药物等)、非电解质(药物、维生素、石蜡、脂肪等)。这些物质发生溶解的同时,必然会引发许多化学反应,而成为配伍禁忌。促进溶解主要是饲料产品中的水分、加工过程水分增加和温度提高,其次是脂肪等脂溶性物质和表面活性物质的作用。一个不可忽视的问题是物料表面的溶剂化效应是发生表面化学反应基础。通过各种物理隔离手段和物理化学保护技术可以减少和避免由于溶解造成的反应损失。另一方面,则要提高如抗氧化剂、防霉剂的溶解度而发挥作用。
3.2生理环境下的溶解和分配系数
某些饲料成分能否在动物消化道有效的溶出、吸收程度反应该产品的质量。尤其是添加剂类产品要保证在生理环境下的协同作用、同步效应。而控制溶出(控释和缓释和增溶)也是提高其利用率的主要手段。对于许多药物性添加剂应考虑其在消化道中溶出程度与效果的影响。如在胃酸能破坏的药物,应考虑控释(肠溶)。而需在肠溶的并且可入血吸收的药物应采用各种增溶手段(如固体分散)保证其发挥药效。
4. 乳化
饲料中添加的脂肪、脂肪酸盐、脂溶性药物、维生素等,须经乳化作用,才能被吸收利用。在饲料产品加工时则应考虑上述脂溶性物质的含量、HLB值和参与乳化的表面活性剂的组成和作用。脂溶性维生素(如VA)制剂中一般都加有人工合成的表面活性剂,不会因乳化不好而影响效果。天然非精炼的脂肪中的磷脂类是表面活性剂,其是脂肪吸收的重要辅助因子。但磷脂类极易氧化酸败,在精炼油时多被除去。值得注意的是,半精炼的磷脂应用在饲料中,从作用上讲,不会影响生理表面活性剂(胆汁、胰液、小肠液)的作用,但通常其过氧化值很高(>0.4%)会引起脂肪的氧化(自由基反应)。故在应用此类产品时,应考虑过氧化值是否合格,并酌情增加抗氧化剂用量。
脂肪酸盐的制备和应用也有一些类似问题,脂肪酸盐中如是钠钾盐是阴离子水包油(O/W)型表面活性剂,而钙镁型则是(W/O)油包水型。在生理条件下大多数乳化都是(O/W)水包油型乳化,如此脂肪酸盐将产生负面效应。脂肪酸盐是固体形态,便于添加,而且贮存和制备过程受热与金属离子影响,会发生严重的氧化。应用时应考虑其营养作用和对产品质量的影响。
5. 粉末的表面化学作用
在饲料添加剂产品中,粉末性的载体如沸石粉、石粉(碳酸钙)、膨润土、谷壳粉、白炭黑等起着吸附分散的作用。由于这些载体的含量占全价配合饲料中所占比例小,容易被忽视。碳酸盐载体与酸作用,即发生永久性化学吸附,导致酸无效。膨润土类硅酸盐对阴离子的选择性吸附,导致许多添加剂的效果降低;硅胶类载体对弱碱性成分的强烈吸附;活性炭类对芳香族成分的选择性吸附影响其在消化道的溶出和释放。
事实上,容易忽视的还是载体的表面化学催化作用。催化作用主要是催化分解类反应和氧化还原反应。例如沸石类硅酸盐可以催化酯的分解,可以催化碘离子氧化成碘。淀粉类载体催化亚硒酸盐的还原。硅酸铝盐对类胡萝卜素(色素)的催化分解。现代的催化化学理论已经能解释其催化机理,故此在添加剂产品的生产过程应避免载体的催化和半永久性吸附,通过对添加剂品种和载体的选择及工艺处理来实现合理的物理分散和物理化学吸附分散。
6. 温度、湿度和水分活度
温度、湿度和水分活度是影响饲料产品的主要因素,通过认为温度每升高10℃ ,反应速度也可提高几十倍,在有催化因素存在下,反应速度还要加快。由于饲料体系本身是存在着不合理的配伍和组合,温度与湿度的作用会更加突出。实验证明,在30℃ 与湿度恒定(物料水分≥7%,30℃时饱和蒸气压)条件下,4%预混料中的维生素(VB1和VA)在一个月内可破坏60%以上。水分是发生化学反应的媒介基础。饲料产品中水分通常是各组分“干燥失重”的平均值,而不是水分活度,这不能完全反应饲料产品中水分的实际含量与水份的实际影响。CaHPO4?2H2O约含结晶水21%,在4%预混料中,可提供6~7%的含水量,但在干燥失重中并不反应出来。这部分水分一般不能释出,但是与磷酸二氢盐、酸、有机酸盐等共存的混合体系中,化学反应的发生使这些结晶水和反应生成水活跃,表现为物料的流散性变差、潮解、结团。含全结晶水的添加剂如有机酸、糖精钠,粉碎时颗粒表面的能量增加,分子表面的“水桥”作用,使粉碎的颗粒更易结合成大的颗粒,而发生结团。这些结团影响了分散性,同时物料颗粒表面水分的增加,促进了各种不利于其稳定性的化学反应。所以在常温下,尽可能减少饲料产品中水分的活度,是保证产品质量的重要因素。
三、原料组分混合的配伍和工艺设计
设计饲料产品的工艺时,最重要的是确定物料间配伍的合理性,其次才是分散性和均匀度。饲料是众多物料不合理配伍共存的复杂体系,预混料常因物料间的不合理配伍而发生质量问题,浓缩料或全价料却常因添加剂分散不均匀而发生质量质量。为此,笔者认为在工艺设计中应注意如下几个方面:
1 氧化剂和还原剂共处一个体系时
创造混合体系中的还原状态,主要是考虑氧化剂和催化氧化剂的选择与配伍、体系水分的控制。典型的有:(1)碘源的选择:选择氧化价高、溶解度低的碘酸钙,且不能与碘化钾(如加碘盐)共存;(2)亚硒酸钠为硒源时,采用吸附型载体(如硅胶),并进行适当保护处理,防止其还原为零价硒,在成本允许情况下可考虑有机硒源。(3)无机盐中的金属离子均有催化氧化性,可与氨基酸类产品配伍混合,利用其螯合掩蔽作用,减少其催化性;避免使用高铜和高锌,或选择氨基酸螯合物以减少维生素和油脂的催化氧化。
2 各种维生素混合中的注意事项
2.1 VB1不能与VB2、VC和VK3共同配伍混合成一个预混组份。VB1既易氧化,又易还原,不能与VB2(氧化剂)和VC(还原剂)共混。VK3是亚硫酸盐加成物,亚硫酸盐能使VB2分解。
2.2 非微囊化的VD3容易发生氧化失效。
2.3 VE(吸附型)多为乙酸酯,并无抗氧化性。可不考虑混合对象和次序。
2.4 VA一般是微囊产品而又不怕碱性,又因微囊中加有抗氧化剂,但不宜颗粒太大(>40目)。否则机械破坏性增加,微囊破碎导致氧化失效。
2.5 VB2与烟酰胺混合可增加其溶解度。如果是核黄素-5`-磷酸钠形式提供时,要注意设法与钙离子及过渡元素离子隔离,防止成为不溶物。
2.6 叶酸怕酸、容易分解,不能与VB2、VB1、VC、烟酸及有机酸预混合。
2.7 VB12应采用化学吸附型预混剂,不能与VB1 和烟酰胺混合共处,否则易被破坏。
维生素预混料制备的原则是:易发生反应的维生素进行包被保护、选择灭活的有机载体、易氧化的维生素先与抗氧化剂预混。
3 非营养性添加剂的添加工艺
非营养性添加剂能改善饲料品质、提高适口性、调节动物消化生理和预防疾病的发生。但添加方式不当,无法达到预期的效果。
3.1 酸化剂 无论是硅胶吸附型或粉碎分散型酸化剂都忌直接与碱性物质混合,应加以隔离保护后再预混或在混合后期投料。
3.2 甜味剂 甜味剂的效果取决于其在饲料中的分散性,故不应直接添加糖精钠或甜蜜素原料。选择超细粉碎并用保护剂和分散剂处理的产品,使用时不应与亲水性原料(如糖类,乳清粉,胆碱等)预混合,也不应与酸化剂预混合。因在加热时,酸性条件促进糖精钠分解。
3.3 抗氧化剂应与需抗氧化保护的组分先预混。
3.4 防霉剂宜在混合后期,各组分基本均匀时投入。
3.5 调味剂(香料)应在预混后期加入或先与高蛋白质类的原料预混,力求达到分配均匀,又不发生化学反应和半永久性吸附,更好地发挥其抗氧化、抗菌和生理调控作用。忌与无机载体如沸石、石粉先预混。
3.6 药物、益生素、酶制剂
使用这类添加剂时,应考虑药物的稳定性、益生素中微生物的活菌数及耐热、耐药性、酶制剂的耐热性。药物添加剂不能与益生素、金属微量元素等共同预混。药物添加剂应按药物制剂的要求制备,而不是简单的原料加载体混合物。这样的载体除了稀释也无保证药效的作用。益生素宜与蛋白性原料预混,或在有脂肪的混合物的混合后期加入,避免直接接触抗生素、有机酸与防霉剂。酶制剂应按酶的种类和酶活力区别对待,只要不与有机酸或无机酸类、香料类、药物直接预混,就不易引起质量下降。含有淀粉酶的酶制剂,应预先对酶制剂进行隔离性保护,避免与淀粉类原料直接接触。而蛋白酶类、非淀粉多糖酶类、纤维素酶类除不与酸类、药物类及香料科直接接触混合外,可不考虑混合配伍和顺序。
3.7 变质反应速度和保质期
饲料工业产品的保质期因产品而异,配合饲料、浓缩料的保质期短,而预混料和添加剂产品的保质期长。当一个产品保质期参数小于2时,这个产品就难以保证质量了。如添加剂预混料,表面干燥、流畅,但内部已经发生的质量变化,饲料产品的变质往往是从原材料生产开始。促进变质反应速度的主要因素是:水分含量、脂质、氧化、金属微量元素催化。质量控制应控制上述因素的发生。水与脂质既是溶剂,又是水解和氧化的基础物质,微量金属元素是水解和氧化反应的催化剂。控制水分除控制原料水分含量,主要是降低水分活度,故应减少化学反应及反应所需的水。控制脂质氧化,应延长自由基反应的潜伏期,故应合理利用各种抗氧化的因素,增加产品的酸度;控制微量金属元素的催化作用,应采取螯合掩蔽和抗氧化作用相结合。
3.8 多功能添加剂的运用
再加工的提法是指如何用添加剂来组合制备添加剂。一个饲料产品的配方已经科学化了,但添加剂部分的组合效应尚不能达到设计者的要求。这就需要合理地利用资源减少负面效应,增加组合效应。例如:
a. 必需氨基酸与金属微量元素螯合 为动物机体提供高效的微营养素,减少微量元素的氧化与催化氧化作用,同时也减少小肠微生物对必需氨基酸的分解代谢(最近,学术界已意识到小肠微生物对氨基酸的分解作用对精确测定氨基酸利用率的影响)。
b. 合理使用酸化剂 可促进动物消化吸收和保健作用,同时可增强配合饲料自身的质量稳定性(抗氧化、防霉)。
C. 合理使用调味料 可保持饲料加工贮存后产品的适口性,同时提高抗氧化剂、防霉剂、药物的协同作用。
4 工艺设计的动物生理要求。
饲料产品既是一个化工产品也是动物产品,作为食品应满足动物的生理需求,主要是采食和消化吸收的生理需求。
4.1 与采食相关的生理要求
许多动物如鱼类除对饲料的粒度大小有要求外还对饲料的物理性有选择,如硬度、形状、沉浮性。也对其感官刺激有要求。所以除配方要求的营养性外还要精良做到动物主动采食、提高采食速度和采食量。许多有诱食作用的添加剂的使用在满足了动物的表现需求的同时,也达到了调节动物条件反射的目的。所以在工艺中尽量保持饲料产品的“色香味”。保持适当的淀粉糊化程度,即可崩解,又有利于淀粉的利用,又保持外观的完整性。要考虑加工条件和饲料复水后和混合后的采食效果。
4.2 与消化吸收相关的生理要求。
尽量使饲料中的成分采食后不使动物产生饱胀感,同时应促进胃分泌和蠕动,促进食物排入肠道。这就需要调节饲料原料粉碎粒度和加工后规格。为保证饲料中某些成分的作用的发挥,如营养吸收、防病药物,应考虑药物在胃肠道中是否被分解,是否需要在单位时间内吸收入血,发挥全身性作用等等。
5 结语
饲料工业产品应和食品工业、医药工业一样得到全面发展。从重视产品质量出发,开展对其工艺技术的研究和改进,按ISO9000管理体系建立健全的质量评价体系,确保产品质量达到配方设计与工艺设计的要求。只有依靠产品质量,才能使终端客户的事业得到发展,才能走出低价低质竞争的怪圈,进入良性循环,把我国的饲料工业办好。