饲料预混合工艺的问题及对策

辽宁省畜牧兽医局2018-01-18 12:06:34

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随着我国饲料工业的发展,饲料的产量在逐年增加,饲料机械的品种、性能和产量也不断的,在增加了饲料工业的发展。由于国内各种体制的饲料生产企业中,基本没有针对饲料预混合工艺的研究、管...

随着我国饲料工业的发展,饲料的产量在逐年增加,饲料机械的品种、性能和产量也不断的,在增加了饲料工业的发展。由于国内各种体制的饲料生产企业中,基本没有针对饲料预混合工艺的研究、管理,导致了以机械设备为工艺设计核心的普遍现,即在技术管理环节缺失了“混合工艺管理”这一重要环节。由此造成了物料之间发生物理、化学反应,营养素被破坏,饲料的质量下降,成本提高。目前这一现象在行业管理和饲料生产企业没有受到重视,至少在学校相关的课程中没有告知处于学生阶段的未来管理者饲料企业的生产工艺应包括“预混合工艺”和“制粒工艺”、“大原料预加工”三个部分。由于制粒过程受机械设备的影响比较大,人们对设备与原料属性以及专业化加工研究比较多也比较深入,专业文献多偏重于设备的研究和应用。许多饲料企业均以饲料设备生产企业的设计理念为“工艺”基础。如:“先干混,再湿混”,长此下去造成了饲料生产的不便利性;饲料产品的设计者和质量管理者——“配方师”和“品管部”与产品质量管理脱节;企业的生产部门通常自行决定的生产工艺;而与我们相邻的制药、食品行业却一直有着严格的生产工艺制度。

1何谓“工艺”

工艺是设备和技术的结合。提高工艺水平的同时提高了产品质量,也提高了设备的合理性和利用率。

当“营养配方”转换为“生产配方”后,真正可执行的就是“工艺方案”。因此常说饲料企业要有:“合理的配方、良好的原料、科学的工艺、优质的服务”。

2工艺的目的

工艺的目的主要可有以下几项:

①保持配方的有效性,发挥各种营养素和添加剂的正面组合效应,提高产品在保质期内的效价。

②消除和避免配伍禁忌,保护易被损失的物料,掩蔽容易引起破坏作用的物料,从根本上防止饲料氧化的发生。

③通过工艺手段除去原材料中不利于产品质量的杂质、有害物质的影响。

④最大限度地改善饲料加工过程引起的“继发性”产品质量下降。

⑤合理选择添加剂的规格、化学形式、物理性状,选择适宜的设备,提高设备和过程控制的合理性。

3预混合工艺的关键技术问题

在饲料加工过程中,首先要把物料看作是化学物质而不是营养物质!

最大限度地“掩蔽”(我们将物理手段称之为“屏蔽”,将化学手段称之为“掩蔽”)金属微量元素(无机),防止其发生直接或间接的破坏作用。饲料是最不“规范”的混合型产品,在制药工业和食品工业都会谨慎地处理存在于产品中的金属微量元素,并通过各种技术手段防止其负面影响,最大限度地保护成本较高的、有生物活性的营养素和添加剂,保持或不降低产品的效价。合理的应用有机微量元素(复合预混剂和单一的添加剂)至少可以在混合工艺上免除预处理、添加顺序、过程控制的复杂性,这些预先稳定化的金属微量元素可以大大减少对饲料中其它养分的破坏,有效地提高产品质量。

预混合工艺中的主要技术问题:氧化还原反应、溶解、乳化作用、载体的质量、抗氧化技术、变色问题、均匀度问题、能耗和效率、设备的不配套性等。

除了以上几点,脂肪添加技术与液体原料添加技术也是预混合工艺的关键技术问题。

4预混合工艺几个基本技术问题

4.1氧化还原反应

4.1.1氧化还原反应是饲料中发生的最多的化学反应,由于光照和温度的影响可以避免和减少,因此金属微量元素的氧化还原反应成就显得更重要了。在碱性条件下Fe2+和Mn2+等可以自发的氧化为高价态,继而氧化其他营养素;I-和SeO32-可以直接反应生成I2,可再与其他营养素反应,这些反应直接造成营养素的失效和破坏。

4.1.2金属微量元素极快地催化脂肪的氧化,生成的脂质过氧化物可以氧化破坏营养素(脂肪、维生素、类胡萝卜素)和有生物活性的添加剂(药物、酶制剂、微生态制剂)。

4.1.3维生素K3中的亚硫酸盐可以使维生素B1分解,使维生素B2还原失效;维生素C可以使维生素B12还原失效。

4.1.4饲料及环境中的H2O、CO2、脂肪、类脂、天然的维生素E(生育酚)、血红素皆可以加速上述氧化还原反应。

4.2水分和脂溶性物质的溶剂化作用

4.2.1水分的增加是化学反应增强的基础。饲料中水分的分布是不均一的,一些“水分”分布在细胞内和化合物晶体内;一些“水分”分布在物料的表面;还有一些“水分”是潜在的,即化学反应“放出”的水。我们通常以“干燥失重”表示饲料产品的水分含量,这是被平均算出的含量,不能代表水分的活度(可迁移的水分)。即使是水分含量达标的物料,在混合时一样可以发生溶剂化作用,促使反应的发生。至少物料表层的水分(与空气相对湿度接近)是可以支持化学反应的发生,而由反应生成的水则加快了反应速度。

4.2.2饲料中的脂溶性物质:脂肪和类脂也有“有机溶剂”的作用,至少有利于有机物发生化学反应。某些具有表面活性剂作用的原料(氯化胆碱、甜菜碱、磷脂)增加了体系的乳化作用。蛋白质类原料是世界上存在最广泛的乳化剂,乳化作用将水和脂肪的“溶剂化”作用增强和扩大了。

4.2.3由于“表面化学”的作用原理,任何饲料原料的表面自由能的改变都有利于在“低溶剂化”情况下发生化学反应。

4.2.4水分和脂溶性物质的“溶剂化”作用也有正面作用,如抗氧化剂的作用增强了,调味剂的作用增加了,一些靠气相扩散的添加剂(防霉剂)扩散途径增加了。

4.2.5粉末状的饲料原料,由于比表面积大,在空气中容易吸收水分,表面被湿润,这种性质称为吸湿性。吸湿平衡时的相对湿度称为“临界相对湿度”(CRH),它是指大量吸湿时的相对湿度。一般的物料在相对湿度小于“临界相对湿度”时吸湿少,反之则容易吸湿,物料的CRH值越大越不容易吸湿,反之亦然。在我国南方广大地区生产环境的相对湿度都很大,由于粉碎、混合等过程使物料吸湿性增加,吸湿后的物料则亦发生各种化学反应。

4.3均匀度问题

参与混合的物料多为“粉末”,从物理药学角度来看“粉末”属于固—气分散系,分散相是固体,分散介质是气体,主要是空气。在设计固体物料混合工艺及其他工艺时,不仅要从化学方面保证产品的质量,还应该掌握粉末的基本性质和工艺过程中所表现出的性质,至少需要了解粉末质点的大小、形状、粒度分布、表面特性、流动性、压缩性、填充性、孔隙性、吸湿性、电性、质点间力、密度等,在产品的运输、贮藏过程中也应了解粉末的一些基本性质,这些性质对提高产品的质量和产品的均匀度都很重要。

4.3.1简单的说,饲料的均匀度要合理才对,整体的均匀度提高,有利于提高饲料产品质量,局部的均匀度提高,有利于各种化学反应的发生(甚至是物理反应:静电的增强)。

4.3.2许多饲料企业“按照要求”多级预混,前几级预混用的却是性能和效率都很低的各种小型预混设备。

4.3.3药物性添加剂不但要考虑制剂的均匀度,还要考虑应用时候的均匀度和制剂的稳定性。

4.3.4有生物活性的酶制剂、小肽类添加剂、微生态制剂更多的要考虑其在饲料中“均匀”分布时的稳定性,通常认为它们的添加量较少而放在预混料中的做法是错误的。因为在高浓度的化学物质存在下,上述添加剂是不稳定的。

4.4变色问题

4.4.1预混料变色是很普遍的问题,多半是由于饲料添加剂的杂质、水分偏高,载体或原料中碳酸盐偏高、碱性物料使用或添加方式不当所引起的。

4.4.2硫酸铜多以五结晶水的硫酸铜为主,由于五水硫酸铜晶体表面会有游离水存在,经常有化验人员在化验过程中,称量硫酸铜样品时“等待”其游离水的挥发以求天平的“读数稳定”,这样操作的结果铜含量容易“合格”,而在生产时游离的水分没有除去,可以促进溶解和发生一系列的反应并使物料变色。

4.4.3饲料级硫酸亚铁,多是由钛***生产的下脚料,不经过“净化”工艺直接干燥而成,其中残留的硫酸氧钛成为了变色的基础,饲料中Fe3+是预混料变色的主要因素。

4.4.4饲料级的硫酸锌是按照化工标准制备的,为了除去铁使产品更“靓”,普遍采用过氧化氢除铁工艺,由于过氧化氢的加入是过量的,最终产品中有残留的过氧化氢,一方面给饲料体系带来了较强的氧化剂,另一方面过氧化氢与硫酸氧钛反应会生成有色物质。

4.4.5若干年前使用碘化钾作碘源(现在大都改用碘酸钙或碘酸钾,依然有少数企业在使用碘化钾)的同时,使用亚硒酸钠作硒源,配料时又认为二者“同系”直接预混,二者发生氧化还原反应(碘化钾中碘离子也可以和Fe3+、Cu2+发生反应)。生成的I2升华和卤代反应直接可见,硒被还原形成的“红硒”直接可见。此外亦由于还原糖的添加工艺不当导致其与亚硒酸钠反应也会使之还原。此举也给“有机硒”带来了市场。

4.4.6微量元素预混剂的载体选用不当是该预混剂变色的主要原因,有人用碳酸钙或含有碳酸盐的“沸石粉”作载体,“显酸性的”硫酸盐与碳酸盐反应,Fe2+和Mn2+在碱性条件下氧化呈现黄或棕色,生成的水则加速反应。

4.5载体问题

4.5.1一直有人热衷于讨论“载体”和“稀释剂”(分散剂)的问题,事实上真正作为“承载”方式的应用,在添加剂生产中是常见的。物料以液体形式粘附于“载体”的表面或内部,或者以物理化学的方式吸附在“载体”上,干燥后物料以固体或半固体存在于载体中的分布比例变化不大。在饲料预混剂(料)的生产中很少见,而在浓缩料、配合饲料的生产工艺中,由于脂肪的添加,维生素、酶制剂后喷涂工艺的应用,饲料原料及饲料本身均以载体的“身份”出现,所以可以认为饲料预混工艺用到载体,实际上是起到分散剂、稀释剂、防结块剂的作用。

4.5.2在预混合工艺中原料之间经常是互为“载体”的,这就增加了原料之间的反应性,用量上较少的“载体”物质又要考虑化学稳定性、容重(密度)、颜色、灰分、成本的因素,许多人都担心载体的“水分”而忽略载体的氧化性,载体的选用的原则:硅酸盐类、淀粉类、低脂肪类、高纤维类、氨基酸类等添加剂。

4.5.3企业自用的预混剂(料)载体,应以产品的稳定性为主,相对忽略产品密度、成本、色泽的因素。以各种应用对象的预混剂(料)为例,建议采用沸石粉、“标准次粉”(不用蛋白较高的麸皮型次粉)、磷酸氢钙、白炭黑、滑石粉、氨基酸作“载体”。

4.5.4外售兼自用的预混剂(料)载体,应在以产品质量稳定为主的前提下,考虑应用对象、成本、容重、色泽等商品性因素;建议采用沸石粉与淀粉、稻壳粉、玉米芯粉、豆皮粉、处理的全籽粒的玉米、小麦搭配使用。不建议用脱脂米糠、玉米胚芽粕、米糠、鱼粉等脂肪含量高易于氧化的物(原)料做载体,不建议用碱性强的碳酸钙、“含碳酸盐高的沸石粉”、吸附性较强有离子交换性质的膨润土做载体。

4.5.5载体的预处理:生产企业经常会因为载体的粒度、水分、色泽、“吸附能力”等问题对载体进行选择和预处理。粒度的选择应考虑接近主原料的粒度为好,往往做不到的原因是有机载体粒度偏大而无机载体粒度偏小;由于饲料企业用的粉碎机不适于载体的“再加工”,用户一般都是要求供应商把有机载体粉碎的再细一些,而不要求无机载体的供应商把产品做得粗一些,这时把主原料的粒度做得细一些是有意义的。

由于矿物性载体的品种、地质原因,含铁量、化学结构及氧化程度会导致每批原料的外观有差异,可以直接混合不同批次的载体以求得色泽一致。

硅胶类载体(白炭黑)的容重差异很大(160~250g/L),用粉碎方法得到的目数很大的产品含铁量也在增加,影响产品的质量且容重不会降低。选择时容重和粒度要兼容。

水分是经常被重视的问题,试图烘干的方法不值得提倡,有机载体如稻壳粉(统糠)烘干时,既消耗了热能也引发了脂肪氧化。比较好的办法是进行水分与质量关系的试验,或者测定载体的水分活度,具体的分析水分的影响程度,不要有“恐水症”。载体的“吸附能力”不需要考虑,除非是要利用化学的、物理化学的吸附原理,在分(离)子水平上承载物料。

4.6能耗、效率和设备的不配套性

4.6.1目前饲料企业直接用于“混合”工艺本身的设备,能耗是可以接受的,而企业往往期盼通过“主”混合器一次性的提高生产效率(人工、电耗/单位时间)。大多数的工艺流程设计是以物料物理特性为主的,基本不考虑混合过程可能发生的化学反应,在提高了机械化、自动化加工能力的同时忽略了质量问题。在这个基础上进行整改企业会感到加工成本在上升、效率在下降,至少是“麻烦了”,甚至生产部门不愿意接受“科学的工艺流程”。

4.6.2企业往往根据上级主管部门的“要求”,设计二级或多级预混的工艺,而第一级的预混只有量变没有质变。所用的混合机械以“无重力”式为主,对于需要剪切力较大的混合工艺就无能为力,事实上装载量较多的混合机要比装载量少的好用且效率高。饲料企业在设计预混工艺应借鉴食品、药品生产的经验,配套性使用食品、药物生产设备(粉碎、混合、分散、液态物添加等)。

4.7抗氧化技术

4.7.1饲料的抗氧化生产技术是贯穿整个过程的(配方、原料采购、工艺、贮藏、返工、客户控制能力)。

4.7.2大原料的采购控制,除了价格、付款方式外,最重要的是质量。大原料不可能没有瑕疵,最大的瑕疵就是氧化程度,因为它是可变化的因素,至少要对原料的氧化程度心中有数,这将对以后的饲料生产工艺产生影响。

4.7.3可以通过工艺(及配方)的改进预防和纠正氧化的发生。

4.7.4抗氧化剂的使用问题:笔者认为饲料抗氧化剂的概念是从食品化学“移植”来的,食品抗氧化的策略是以“防”为主(不是去消除氧化物质和氧化产物),饲料抗氧化的策略要“预防”+“纠正”。

4.7.5饲料抗氧化剂的特点:一是少用比多用好;二是复合型比单一的好;三是有清除氧化产物负面作用的能力。

4.8液体原料的添加技术

液体原料主要是脂肪类(含类脂)、羟基蛋氨酸(MHA)、氯化胆碱、酶制剂、维生素、调味剂等。由于现有的饲料混合机多为“无重力式”混合,剪切力较差,工艺上多设计成将物料“干混”后再喷入液体原料。这时应考虑物料的“极性”,极性大的、水溶性的原料如氯化胆碱、糖蜜应优先接触大分子的有亲水基团的淀粉类原料。分子间的氢键力、“恒沸”效应可以减少水分的影响;极性小的、脂溶性的原料如脂肪类、香味剂应优先接触蛋白类原料,非极性亲和力可以避免其均匀扩散。后喷涂脂肪、酶制剂、维生素、调味剂的工艺主要是避开热加工的氧化损失、钝化作用和挥发损失,目前所用的喷涂设备是可以满足工艺要求的,而关键问题是承载液体原料的物料(饲料)处于氧化的程度,如果是处于氧化的“引发、延伸”阶段,将对所喷涂物料造成严重损失,可以说喷涂设备是过关的,而应用“背景”(承载基质)不合格造成工艺效果(质量)不良。


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