饲料加工工艺对维生素稳定性的影响

饲料加工工艺对维生素稳定性的影响

维生素是一种需要很少的低分子有机化合物。它们主要以酶和催化剂的形式广泛参与体内的各种新陈代谢反应，确保身体组织和器官的细胞结构和功能正常。如果缺乏可引起机体代谢紊乱,影响动物健康和生产性能,严重时可导致动物死亡。但维生素在体内一般不能合成,必须由饲粮提供,或者提供其先体物,因此饲料中维生素的稳定性将直接影响饲料的品质。大多数维生素含有不饱和的碳原子、双键、羟基等对化学反应极敏感的结构部分,极易受到温度、压力、水分、光和化学反应等多种因素的作用,使其活性降低甚至全部丧失。在饲料生产中采用预混合、浓缩及制粒和挤压膨化等加工方法,虽然能改善饲料营养物质的分布和消化情况,但是这些加工方法粗糙的条件能破坏维生素;同样,延长饲料产品的贮藏时间也能增加对维生素的破坏。了解饲料加工和贮存中哪些因素可促使维生素被破坏,才能更加合理地选择饲料成分,改变饲料配方或控制加工条件,以减少或预防饲料产品中各种类型维生素的损失(M.B.Coelho,1991)。1饲料中维生素的影响因素不同的饲料加工工艺和方法,使饲料中的维生素含量和效价发生变化。由饲料工艺可知,饲料主要是通过混合、制粒、膨化、冷却等工艺生产而来的,生产过程中的温度、压力、摩擦、时间等均能明显地影响维生素的稳定性,这些不利因素依饲料加工方法和产品类型的不同而异。1.1氧化还原反应混合工艺是机体不断搅拌的过程,其主要影响是摩擦、提升机、搅龙等都具有对维生素的破坏作用。由于混合机在不断搅拌的过程中,桨叶、机体和饲料以及饲料之间发生了强烈的摩擦,它不断冲蚀着保护维生素的包被,使维生素晶体周围的保护层破裂,并把它破碎成较小粒度,裸露的晶体和微量元素进行充分接触,很容易发生氧化还原反应。其中铜、锌、铁的活性最强,硫酸根影响也较大,而碳和螯合物则最不活跃。同时摩擦还产生一定的摩擦热,这无疑会加剧氧化还原反应,使维生素失活率升高。如维生素A在微量元素维生素预混料中每月失活率为2%~5%,而经过混合后生产出的全价配合料中维生素A的失活率为5%~10%。1.2种维生素具有一定的危险性制粒时调质用的蒸气、高温以及挤压所造成的摩擦都是破坏维生素的主要因素。制粒时的温度可达80~110℃,因此对各种维生素都有一定的破坏性(见表1)。在通常的制粒条件下常用各种维生素效价约损失10%。据BASF公司的技术资料,在常用的制粒条件下(制粒温度为77~88℃,调质时间为1~2min),维生素E损失2%~3%,另据Roche公司1991年对英国主要饲料厂颗粒饲料产品的实测结果,制粒温度为70~90℃时,维生素E损失10%~15%。1.3膨化膨化法膨化颗粒除具有颗粒料的一般优点外,更具有提高消化率、预防消化道疾病,可飘浮等优点,但同时存在对维生素破坏严重的缺点。膨化的原理和挤压制粒相似,但调质的温度可达80~98℃,水分达18%~27%,对维生素的破坏性更大(见表2)。有报道表明,在高温膨化过程中维生素C有40%~80%被破坏,糊化和制粒过程有25%~50%被破坏(李健等,1995)。2影响食品储存的主要因素2.1温度和高湿对维生素a、泛酸钙稳定性的影响湿度被认为是影响预混料中维生素稳定性的首要因子(程玉冰等,1991;王和民等,1993;崔立,1999)。由于吸附在维生素表面的微生物繁衍,使得饲料添加剂易吸收水分,因而加速了维生素氧化变性及氯化胆碱、微量元素和其它化学反应对维生素的破坏作用。维生素预混料、浓缩料、全价料若储存在高温(40℃以上)、高湿(70%以上)环境中,在非常短的时间内就会影响维生素的稳定性,维生素A贮存3个月的保存率在低温低湿条件下是88%,高温低湿条件下86%,高温高湿条件下是2%(Christian,1983),这说明湿度比温度更为重要。Young等报导高水分玉米中天然生育酚的氧化率较低水分玉米高,原因是脂肪过度氧化;Hakkanainen等报导在高水分大麦中具有同样的结果。黄忠(1998)报道,1%蛋鸡复合预混料储存1个月,水分在7%时,维生素A的保存率为91%,但在10%时,维生素A的保存率只有8%。Christian(1983)测定,浓缩料储存3个月后所含维生素B2和泛酸钙的稳定性,维生素B2在低温和低湿条件下储存的保存率为72%,高温和高湿条件下为35%,泛酸钙的保存率分别为51%和16%。某些微量元素的无机盐中结晶水含量很高,如七水硫酸亚铁中水分含量高达45%,这些结晶水在饲料的贮存过程中受热和氯化胆碱的作用会被释放出来,促使维生素发生失活反应。2.2不同饲料对维生素a含量和存率的影响温度是影响某些不稳定维生素的重要因素。维生素预混料在不同的贮存温度下损失不同。温度越高,损失越大,在载体含水量高时尤为严重。不同的维生素对温度的敏感性也不相同,有人比较了维生素A醋酸酯与维生素E在微量元素预混料中的稳定性,结果,同样在室温条件下贮存1个月,前者含量为95%,后者为44%,在高温高湿条件下贮存1个月,含量分别为90%和13%。但总的来说,脂溶性的维生素比水溶性的维生素稳定性好(Baker,1995)。Parrish等(1983)报道,维生素A贮存在冷藏箱中损失很少,但在室温下贮存1个月,损失率却相当大(10%)。Christian(1983)检测已储存3个月的浓缩料内维生素A的稳定性,在低温和低湿条件下的保存率为88%,在高温和低湿条件下为86%,在高温和高湿条件下则只为2%。Shields等(1982)对粉状饲料与颗粒饲料内维生素A的稳定性作了对比测定,储存3个月后维生素A的保存率:低温下储存的分别为50%和65%,高温下储存的分别为39%和20%。BASF(1990)一项报告中指出,复合多维中维生素A在5℃、室温及35℃时贮存6个月后存留率分别为99.2%、99.4%、93.1%。杨敏(1996)报道,1%预混料(含维生素、微量元素和氯化胆碱)在28℃下储存45d,维生素A的损失率高达89.15%±0.04%。Roger和Fenster(1986)报道,维生素D3在5℃、室温和35℃下保存24个月的存留率分别为99%、100%、66%。Schneider(1988)报道,维生素-微量元素预混料内的生育酚醋酸酯及生育酚在常温下保存1个月,保存率分别为95%和44%,而在高温条件下的保存率分别为90%和13%。T.Puxtep等(1986)的研究表明,肉仔鸡配合饲料在室温条件下保存3个月后,维生素E损失为16%,而在高温条件下其损失可增加到28%。水溶性维生素中维生素B1、叶酸、泛酸、维生素C被认为热稳定性较差(Baker,1995),据Shaaf(1990)报道,维生素预混料在室温下储存3个月后,维生素B6和维生素B2和叶酸的保存率分别为100%、100%和93%。Zhuge等(1986)研究表明,(含胆碱)在1℃、室温和43℃下储存27周后,维生素B2和烟酸损失率分别为43%、54%、76%和13%、9%、18%。从中可以看出,烟酸的热稳定性较维生素B2要好。Adams(1982)研究表明,预混料中的维生素B6储存在室温下储存3个月,其存留率为76%,而储存在37℃条件下,仅存留45%。Roger和Fenster(1986)报道,泛酸和维生素B12在5℃、室温和35℃下保存24个月的存留率分别为98%、93%、32%和100%、93%、43%。2.3脂肪酶抑制活性原料中的各种酶对维生素和稳定性亦有一定的影响。大麦中有一种酶可降低维生素A的稳定性。但在饲料中添加防霉剂-丙酸,可抑制这些酶的活动能力,从而保持维生素的稳定。鱼粉内有抗维生素B1的酶,可破坏添加于饲料中的维生素B1。菌体脂肪酶由有机体青霉菌等产生,是引起饲料原料成品中脂肪重组的主要原因。脂肪酶会使饲料原料和饲料中的脂肪氧化。不同商品等级的饲料原料,维生素含量和稳定性差异较大,以玉米为例,商品等级高的玉米,其维生素的稳定性所受的影响要比低等级玉米小。2.4不同贮藏期对其维生素a和c一般都知道,维生素的贮存时间越长,损失的就越多。Zhurge等(1986)将维生素存放在室温下,每月损失率约为14%。Fraps(1933)把谷物在室温下贮存11个月,其中维生素A的含量下降50%。另外,如饲料保存期过长(3个月以上),较不稳定的维生素,如生物素、维生素B12、叶酸等损失可达10%~15%。龚利敏(1998)报道,在室温条件下,预混料保存3个月后,其中维生素E的含量变化较小(99.5%),一年后,维生素E的含量为原含量的96%。据BASF公司的一项调查报告表明,微量元素预混料中的维生素随着贮存时间的延长,损失率逐渐增大(见表3)。2.5维生素a、c、e的添加量对饲料稳定性的影响在预混料中,微量元素特别是铜、铁、锌对维生素的稳定性具有很强的破坏作用。影响维生素稳定性的最大因素是由微量元素引起的氧化还原反应,故有些饲料添加剂厂将维生素与微量元素分开,各自加工成预混合料,以提高维生素的稳定性。维生素B6在含有胆碱的微量元素预混合料中会迅速分解。维生素B2在预混合料中,甚至在高温高湿条件下均是比较稳定的。叶酸略稳定一些,对水分、光、热和酸性敏感,而与氯化胆碱和微量元素一起贮存时失去其活性。烟酸、生物素在贮存和制粒期间则较稳定。预混料中的碱性矿物质(碳酸钙、碳酸镁)可减低维生素E的稳定性,高温、高湿环境更加快维生素E的损失。预混料中氯化胆碱在预混料中的浓度超过20%,如有石灰石和氯化钠时会加速进行,使其预混料结块、发热,进一步损耗预混料中的其它各种维生素。Coelho(1991)报道,脂溶性维生素及水溶性维生素B1、维生素B6、维生素B12、维生素C等对微量元素较为敏感。Adams(1972)研究发现复合预混料(含微量元素)贮存在36.7℃3个月,维生素B6损失55%,而不含微量元素情况下,仅损失24%。Zhurge等(1986)研究表明,维生素预混料中不加矿物质和加矿物质在1℃、室温和43℃下储存27周后,烟酸的损失率分别为0%、4%、9%和13%、9%、18%,维生素B2的损失率分别为50%、50%、58%和43%、54%、76%。Adams(1982)报道了贮藏3个月后含微量矿物元素和不含微量矿物元素预混料中吡哆醇和硫胺素的稳定性,吡哆醇分别存留100%和45%,盐酸硫胺素存留48%,硝酸硫胺素存留95%。Zhuge和Klopfenstein于1985年测定维生素B2和烟酸在不含及内含微量元素的肉鸡预混料内的稳定性,储存7个月后,维生素B2活性的保存率分别为50%和46%,烟酸活性的保存率分别为96%和91%。Dove和Ewan(1986)测定了含微量矿物元素和不含微量矿物元素饲料的-生育酚的稳定性。在25~30℃贮存3个月,-生育酚存留分别为50%和30%。而再加入245mg/kg铜(如硫酸铜),在15d后维生素完全损失。另据报道添加250mg/kg铜和1000mg/kg铁的日粮-生育酚损失率很高,在贮存后约10d,添加250mg/kg铜日粮中生育酚的半衰期降到开始浓度10%以下。试验表明,不含胆碱和微量元素的维生素预混料,其中维生素E每月损失0.2%,而含有胆碱和微量元素的复合预混料,每月损失2.4%(龚利敏,1998)。李静等(2001)试验表明,把预处理的硫酸亚铁(除去吸附水和部分结晶水的矿物盐)和维生素E按26:1的比例混合置于试剂瓶中,在自然条件下放置10、20、30d,维生素E的损失率为7.43%、9.33%、10.27%。对稳定性很差的维生素C、维生素K在有矿物质同时存在时,月损失1%、有胆碱时损失10%、在颗粒料中月损失25%、在膨化料中月损失50%(黄玉贤,1999)。Jerry等人(1996)研究了有机和无机微量元素对预混料(含胆碱和抗氧化剂)中维生素稳定性的影响(见表4),发现有机微量元素对维生素保护效果明显。2.6维生素amnb及其他三烷基苯磺酸酯msb的制备载体和稀释剂是预混料中数量最大的部分,是预混料混合均匀及微量组分稳定性的重要条件。常用维生素的稀释剂有高粱、玉米芯、玉米籽实和稻壳等,Carol等人(1986)报道了这些稀释剂及稀释比例对预混料中维生素A、维生素B2和烟酸稳定性的影响,其情况见表5。在饲料中常用甲萘醌亚硫酸氢钠(MSB)、MSB的复合体(MSBC)、甲萘醌亚硫酸氢二甲基嘧啶(MPB)以及最近上市的甲萘醌亚硫酸氢烟酰胺(MNB)等化合物。在相同条件下贮藏4个月,MNB的含量为83%,经包埋处理MSB为62%、MPB为57%、MSB为33%。用动物胶和砂糖乳化工艺,添加抗氧化剂包埋维生素A醋酸酯成微胶囊。据报道,维生素A棕榈酸酯的稳定性比醋酸酯更好。据报道,市售的维生素A微囊在高温高湿环境中贮藏3个月,含量降到30%~80%。奶牛饲料在93℃下制成颗粒,维生素A含量降为78%~96%,把这种颗粒饲料在高温高湿条件下贮藏3个月,维生素A含量降为57%~62%。Coelho(1991)报道的维生素C经90℃制残存率仅为45%,而刘万涵(1997)报道认为,在100~105℃高温制粒条件下,VC-2-聚磷酸酯的保存量可达90%,挤压温度为136~140℃时,结晶维生素C、乙基纤维包被、脂肪包被、维生素C磷酸酯的残存率分别为31%、34%、65%和91%。Huyghebaert(1991)测定了室温下复合预混料(含氯化胆碱和微量元素)中不同维生素K剂型的稳定性,4个月后,保存率分别为MSB33%、MPB57%、包被MSB62%以及MNB83%。3保持维生素