飼料預(yù)混合工藝的問題及對(duì)策

問津居士 · 發(fā)表于 2010-7-15 15:05:55

　隨著我國飼料工業(yè)的發(fā)展，飼料的產(chǎn)量在逐年增加，飼料機(jī)械的品種、性能和產(chǎn)量也不斷的，在增加了飼料工業(yè)的發(fā)展。由于國內(nèi)各種體制的飼料生產(chǎn)企業(yè)中，由于基本沒有針對(duì)飼料預(yù)混合工藝的研究、管理，導(dǎo)致了以機(jī)械設(shè)備為工藝設(shè)計(jì)核心的普遍現(xiàn)，即在技術(shù)管理環(huán)節(jié)缺失了“混合工藝管理”這一重要環(huán)節(jié)。由此造成了物料之間發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，營養(yǎng)素被破壞，飼料的質(zhì)量下降，成本提高。目前這一現(xiàn)象在行業(yè)管理和飼料生產(chǎn)企業(yè)沒有受到重視，至少在學(xué)校相關(guān)的課程中沒有告知處于學(xué)生階段的未來管理者飼料企業(yè)的生產(chǎn)工藝應(yīng)包括“預(yù)混合工藝”和“制粒工藝”、“大原料預(yù)加工”三個(gè)部分。由于制粒過程受機(jī)械設(shè)備的影響比較大，人們對(duì)設(shè)備與原料屬性以及專業(yè)化加工研究比較多也比較深入，專業(yè)文獻(xiàn)多偏重于設(shè)備的研究和應(yīng)用。許多飼料企業(yè)均以飼料設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)理念為“工藝”基礎(chǔ)。如：“先干混，再濕混”，長此下去造成了飼料生產(chǎn)的不便利性;飼料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者和質(zhì)量管理者——“配方師”和“品管部”與產(chǎn)品質(zhì)量管理脫節(jié);企業(yè)的生產(chǎn)部門通常自行決定的生產(chǎn)工藝;而與我們相鄰的制藥、食品行業(yè)卻一直有著嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制度。

　　1 何謂“工藝”

　　工藝是設(shè)備和技術(shù)的結(jié)合。提高工藝水平的同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，也提高了設(shè)備的合理性和利用率。

　　當(dāng)“營養(yǎng)配方”轉(zhuǎn)換為“生產(chǎn)配方”后，真正可執(zhí)行的就是“工藝方案”。因此常說飼料企業(yè)要有：“合理的配方、良好的原料、科學(xué)的工藝、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)”。

　　2 工藝的目的

　　工藝的目的主要可有以下幾項(xiàng)：

　　①保持配方的有效性，發(fā)揮各種營養(yǎng)素和添加劑的正面組合效應(yīng)，提高產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)的效價(jià)。

　　②消除和避免配伍禁忌，保護(hù)易被損失的物料，掩蔽容易引起破壞作用的物料，從根本上防止飼料氧化的發(fā)生。

　　③通過工藝手段除去原材料中不利于產(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)、有害物質(zhì)的影響。

　　④最大限度地改善飼料加工過程引起的“繼發(fā)性”產(chǎn)品質(zhì)量下降。

　　⑤合理選擇添加劑的規(guī)格、化學(xué)形式、物理性狀，選擇適宜的設(shè)備，提高設(shè)備和過程控制的合理性。

　　3 預(yù)混合工藝的關(guān)鍵技術(shù)問題

　　在飼料加工過程中，首先要把物料看作是化學(xué)物質(zhì)而不是營養(yǎng)物質(zhì)!

　　最大限度地“掩蔽”(我們將物理手段稱之為“屏蔽”，將化學(xué)手段稱之為“掩蔽”)金屬微量元素(無機(jī))，防止其發(fā)生直接或間接的破壞作用。飼料是最不“規(guī)范”的混合型產(chǎn)品，在制藥工業(yè)和食品工業(yè)都會(huì)謹(jǐn)慎地處理存在于產(chǎn)品中的金屬微量元素，并通過各種技術(shù)手段防止其負(fù)面影響，最大限度地保護(hù)成本較高的、有生物活性的營養(yǎng)素和添加劑，保持或不降低產(chǎn)品的效價(jià)。合理的應(yīng)用有機(jī)微量元素(復(fù)合預(yù)混劑和單一的添加劑)至少可以在混合工藝上免除預(yù)處理、添加順序、過程控制的復(fù)雜性，這些預(yù)先穩(wěn)定化的金屬微量元素可以大大減少對(duì)飼料中其它養(yǎng)分的破壞，有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　預(yù)混合工藝中的主要技術(shù)問題：氧化還原反應(yīng)、溶解、乳化作用、載體的質(zhì)量、抗氧化技術(shù)、變色問題、均勻度問題、能耗和效率、設(shè)備的不配套性等。

　　除了以上幾點(diǎn)，脂肪添加技術(shù)與液體原料添加技術(shù)也是預(yù)混合工藝的關(guān)鍵技術(shù)問題。

　　4 預(yù)混合工藝幾個(gè)基本技術(shù)問題

　　4.1 氧化還原反應(yīng)

　　4.1.1 氧化還原反應(yīng)是飼料中發(fā)生的最多的化學(xué)反應(yīng)，由于光照和溫度的影響可以避免和減少，因此金屬微量元素的氧化還原反應(yīng)成就顯得更重要了。在堿性條件下Fe2+和Mn2+等可以自發(fā)的氧化為高價(jià)態(tài)，繼而氧化其他營養(yǎng)素;I-和SeO32-可以直接反應(yīng)生成I2，可再與其他營養(yǎng)素反應(yīng)，這些反應(yīng)直接造成營養(yǎng)素的失效和破壞。

　　4.1.2 金屬微量元素極快地催化脂肪的氧化，生成的脂質(zhì)過氧化物可以氧化破壞營養(yǎng)素(脂肪、維生素、類胡蘿卜素)和有生物活性的添加劑(藥物、酶制劑、微生態(tài)制劑)。

　　4.1.3 維生素K3中的亞硫酸鹽可以使維生素B1分解，使維生素B2還原失效;維生素C可以使維生素B12還原失效。

　　4.1.4 飼料及環(huán)境中的H2O、CO2、脂肪、類脂、天然的維生素E(生育酚)、血紅素皆可以加速上述氧化還原反應(yīng)。

　　4.2 水分和脂溶性物質(zhì)的溶劑化作用

　　4.2.1 水分的增加是化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)的基礎(chǔ)。飼料中水分的分布是不均一的，一些“水分”分布在細(xì)胞內(nèi)和化合物晶體內(nèi);一些“水分”分布在物料的表面;還有一些“水分”是潛在的，即化學(xué)反應(yīng)(中和反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng))“放出”的水。我們通常以“干燥失重”表示飼料產(chǎn)品的水分含量，這是被平均算出的含量，不能代表水分的活度(可遷移的水分)。即使是水分含量達(dá)標(biāo)的物料，在混合時(shí)一樣可以發(fā)生溶劑化作用，促使反應(yīng)的發(fā)生。至少物料表層的水分(與空氣相對(duì)濕度接近)是可以支持化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，而由反應(yīng)生成的水則加快了反應(yīng)速度。

　　4.2.2 飼料中的脂溶性物質(zhì)：脂肪和類脂也有“有機(jī)溶劑”的作用，至少有利于有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。某些具有表面活性劑作用的原料(氯化膽堿、甜菜堿、磷脂)增加了體系的乳化作用。蛋白質(zhì)類原料是世界上存在最廣泛的乳化劑，乳化作用將水和脂肪的“溶劑化”作用增強(qiáng)和擴(kuò)大了。

　　4.2.3 由于“表面化學(xué)”的作用原理，任何飼料原料的表面自由能的改變都有利于在“低溶劑化”情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

　　4.2.4 水分和脂溶性物質(zhì)的“溶劑化”作用也有正面作用，如抗氧化劑的作用增強(qiáng)了，調(diào)味劑的作用增加了，一些靠氣相擴(kuò)散的添加劑(防霉劑)擴(kuò)散途徑增加了。

　　4.2.5 粉末狀的飼料原料，由于比表面積大，在空氣中容易吸收水分，表面被濕潤，這種性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕平衡時(shí)的相對(duì)濕度稱為“臨界相對(duì)濕度”(CRH)，它是指大量吸濕時(shí)的相對(duì)濕度。一般的物料在相對(duì)濕度小于“臨界相對(duì)濕度”時(shí)吸濕少，反之則容易吸濕，物料的CRH值越大越不容易吸濕，反之亦然。在我國南方廣大地區(qū)生產(chǎn)環(huán)境的相對(duì)濕度都很大，由于粉碎、混合等過程使物料吸濕性增加，吸濕后的物料則亦發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)。

　　4.3 均勻度問題

　　參與混合的物料多為“粉末”，從物理藥學(xué)角度來看“粉末”屬于固—?dú)夥稚⑾担稚⑾嗍枪腆w，分散介質(zhì)是氣體，主要是空氣。在設(shè)計(jì)固體物料混合工藝及其他工藝時(shí)，不僅要從化學(xué)方面保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還應(yīng)該掌握粉末的基本性質(zhì)和工藝過程中所表現(xiàn)出的性質(zhì)，至少需要了解粉末質(zhì)點(diǎn)的大小、形狀、粒度分布、表面特性、流動(dòng)性、壓縮性、填充性、孔隙性、吸濕性、電性、質(zhì)點(diǎn)間力、密度等，在產(chǎn)品的運(yùn)輸、貯藏過程中也應(yīng)了解粉末的一些基本性質(zhì)，這些性質(zhì)對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的均勻度都很重要。

　　4.3.1簡單的說，飼料的均勻度要合理才對(duì)，整體的均勻度提高，有利于提高飼料產(chǎn)品質(zhì)量，局部的均勻度提高，有利于各種化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生(甚至是物理反應(yīng)：靜電的增強(qiáng))。

　　4.3.2許多飼料企業(yè)“按照要求”多級(jí)預(yù)混，前幾級(jí)預(yù)混用的卻是性能和效率都很低的各種小型預(yù)混設(shè)備。

　　4.3.3藥物性添加劑不但要考慮制劑的均勻度，還要考慮應(yīng)用時(shí)的均勻度和制劑穩(wěn)定性。

　　4.3.4有生物活性的酶制劑、小肽類添加劑、微生態(tài)制劑更多的要考慮其在飼料中“均勻”分布時(shí)的穩(wěn)定性，通常認(rèn)為它們的添加量較少而放在預(yù)混料中的做法是錯(cuò)誤的。因?yàn)樵诟邼舛鹊幕瘜W(xué)物質(zhì)存在下，上述添加劑是不穩(wěn)定的。

　　4.4 變色問題

　　4.4.1 預(yù)混料變色是很普遍的問題，多半是由于飼料添加劑的雜質(zhì)、水分偏高，載體或原料中碳酸鹽偏高、堿性物料使用或添加方式不當(dāng)所引起的。

　　4.4.2 硫酸銅多以五結(jié)晶水的硫酸銅為主，由于五水硫酸銅晶體表面會(huì)有游離水存在，經(jīng)常有化驗(yàn)人員在化驗(yàn)過程中，稱量硫酸銅樣品時(shí)“等待”其游離水的揮發(fā)以求天平的 “讀數(shù)穩(wěn)定”，這樣操作的結(jié)果銅含量容易“合格”，而在生產(chǎn)時(shí)游離的水分沒有除去，可以促進(jìn)溶解和發(fā)生一系列的反應(yīng)并使物料變色。

　　4.4.3 飼料級(jí)硫酸亞鐵，多是由鈦***生產(chǎn)的下腳料，不經(jīng)過“凈化”工藝直接干燥而成，其中殘留的硫酸氧鈦成為了變色的基礎(chǔ)，飼料中Fe3+是預(yù)混料變色的主要因素。

　　4.4.4 飼料級(jí)的硫酸鋅是按照化工標(biāo)準(zhǔn)制備的，為了除去鐵使產(chǎn)品更“靚”，普遍采用過氧化氫除鐵工藝，由于過氧化氫的加入是過量的，最終產(chǎn)品中有殘留的過氧化氫，一方面給飼料體系帶來了較強(qiáng)的氧化劑，另一方面過氧化氫與硫酸氧鈦反應(yīng)會(huì)生成有色物質(zhì)。

　　4.4.5 若干年前使用碘化鉀作碘源(現(xiàn)在大都改用碘酸鈣或碘酸鉀，依然有少數(shù)企業(yè)在使用碘化鉀)的同時(shí)，使用亞硒酸鈉作硒源，配料時(shí)又認(rèn)為二者“同系”直接預(yù)混，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)(碘化鉀中碘離子也可以和Fe3+、Cu2+發(fā)生反應(yīng))。生成的I2升華和鹵代反應(yīng)直接可見，硒被還原形成的“紅硒”直接可見。此外亦由于還原糖的添加工藝不當(dāng)導(dǎo)致其與亞硒酸鈉反應(yīng)也會(huì)使之還原。此舉也給“有機(jī)硒”帶來了市場。

　　4.4.6 微量元素預(yù)混劑的載體選用不當(dāng)是該預(yù)混劑變色的主要原因，有人用碳酸鈣或含有碳酸鹽的“沸石粉”作載體，“顯酸性的”硫酸鹽與碳酸鹽反應(yīng)，F(xiàn)e2+和Mn2+在堿性條件下氧化呈現(xiàn)黃或棕色，生成的水則加速反應(yīng)。

　　4.5 載體問題

　　4.5.1 一直有人熱衷于討論“載體”和“稀釋劑”(分散劑)的問題，事實(shí)上真正作為“承載”方式的應(yīng)用，在添加劑生產(chǎn)中是常見的。物料以液體形式粘附于“載體”的表面或內(nèi)部，或者以物理化學(xué)的方式吸附在“載體”上，干燥后物料以固體或半固體存在于載體中的分布比例變化不大。在飼料預(yù)混劑(料)的生產(chǎn)中很少見，而在濃縮料、配合飼料的生產(chǎn)工藝中，由于脂肪的添加，維生素、酶制劑后噴涂工藝的應(yīng)用，飼料原料及飼料本身均以載體的“身份”出現(xiàn)，所以可以認(rèn)為飼料預(yù)混工藝用到載體，實(shí)際上是起到分散劑、稀釋劑、防結(jié)塊劑的作用。

　　4.5.2 在預(yù)混合工藝中原料之間經(jīng)常是互為“載體”的，這就增加了原料之間的反應(yīng)性，用量上較少的“載體”物質(zhì)又要考慮化學(xué)穩(wěn)定性、容重(密度)、顏色、灰分、成本的因素，許多人都擔(dān)心載體的“水分”而忽略載體的氧化性，載體的選用的原則：硅酸鹽類、淀粉類、低脂肪類、高纖維類、氨基酸類等添加劑。

　　4.5.3 企業(yè)自用的預(yù)混劑(料)載體，應(yīng)以產(chǎn)品的穩(wěn)定性為主，相對(duì)忽略產(chǎn)品密度、成本、色澤的因素。以各種應(yīng)用對(duì)象的預(yù)混劑(料)為例，建議采用沸石粉、“標(biāo)準(zhǔn)次粉”(不用蛋白較高的麩皮型次粉)、磷酸氫鈣、白炭黑、滑石粉、氨基酸作“載體”。

　　4.5.4 外售兼自用的預(yù)混劑(料)載體，應(yīng)在以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定為主的前提下，考慮應(yīng)用對(duì)象、成本、容重、色澤等商品性因素;建議采用沸石粉與淀粉、稻殼粉、玉米芯粉、豆皮粉、處理的全籽粒的玉米、小麥搭配使用。不建議用脫脂米糠、玉米胚芽粕、米糠、魚粉等脂肪含量高易于氧化的物(原)料做載體，不建議用堿性強(qiáng)的碳酸鈣、“含碳酸鹽高的沸石粉”、吸附性較強(qiáng)有離子交換性質(zhì)的膨潤土做載體。

　　4.5.5 載體的預(yù)處理：生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常會(huì)因?yàn)檩d體的粒度、水分、色澤、“吸附能力”等問題對(duì)載體進(jìn)行選擇和預(yù)處理。粒度的選擇應(yīng)考慮接近主原料的粒度為好，往往做不到的原因是有機(jī)載體粒度偏大而無機(jī)載體粒度偏小;由于飼料企業(yè)用的粉碎機(jī)不適于載體的“再加工”，用戶一般都是要求供應(yīng)商把有機(jī)載體粉碎的再細(xì)一些，而不要求無機(jī)載體的供應(yīng)商把產(chǎn)品做得粗一些，這時(shí)把主原料的粒度做得細(xì)一些是有意義的。

　　由于礦物性載體的品種、地質(zhì)原因，含鐵量、化學(xué)結(jié)構(gòu)及氧化程度會(huì)導(dǎo)致每批原料的外觀有差異，可以直接混合不同批次的載體以求得色澤一致。

　　硅膠類載體(白炭黑)的容重差異很大(160～250g/L)，用粉碎方法得到的目數(shù)很大的產(chǎn)品含鐵量也在增加，影響產(chǎn)品的質(zhì)量且容重不會(huì)降低。選擇時(shí)容重和粒度要兼容。

　　水分是經(jīng)常被重視的問題，試圖烘干的方法不值得提倡，有機(jī)載體如稻殼粉(統(tǒng)糠)烘干時(shí)，既消耗了熱能也引發(fā)了脂肪氧化。比較好的辦法是進(jìn)行水分與質(zhì)量關(guān)系的試驗(yàn)，或者測定載體的水分活度，具體的分析水分的影響程度，不要有“恐水癥”。載體的“吸附能力”不需要考慮，除非是要利用化學(xué)的、物理化學(xué)的吸附原理，在分(離)子水平上承載物料。

　　4.6 能耗、效率和設(shè)備的不配套性

　　4.6.1 目前飼料企業(yè)直接用于“混合”工藝本身的設(shè)備，能耗是可以接受的，而企業(yè)往往期盼通過“主”混合器一次性的提高生產(chǎn)效率(人工、電耗/單位時(shí)間)。大多數(shù)的工藝流程設(shè)計(jì)是以物料物理特性為主的，基本不考慮混合過程可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，在提高了機(jī)械化、自動(dòng)化加工能力的同時(shí)忽略了質(zhì)量問題。在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行整改企業(yè)會(huì)感到加工成本在上升、效率在下降，至少是“麻煩了”，甚至生產(chǎn)部門不愿意接受“科學(xué)的工藝流程”。

　　4.6.2 企業(yè)往往根據(jù)上級(jí)主管部門的“要求”，設(shè)計(jì)二級(jí)或多級(jí)預(yù)混的工藝，而第一級(jí)的預(yù)混只有量變沒有質(zhì)變。所用的混合機(jī)械以“無重力”式為主，對(duì)于需要剪切力較大的混合工藝就無能為力，事實(shí)上裝載量較多的混合機(jī)要比裝載量少的好用且效率高。飼料企業(yè)在設(shè)計(jì)預(yù)混工藝應(yīng)借鑒食品、藥品生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，配套性使用食品、藥物生產(chǎn)設(shè)備(粉碎、混合、分散、液態(tài)物添加等)。

　　4.7 抗氧化技術(shù)

　　4.7.1 飼料的抗氧化生產(chǎn)技術(shù)是貫穿整個(gè)過程的(配方、原料采購、工藝、貯藏、返工、客戶控制能力)。

　　4.7.2 大原料的采購控制，除了價(jià)格、付款方式外，最重要的是質(zhì)量。大原料不可能沒有瑕疵，最大的瑕疵就是氧化程度，因?yàn)樗强勺兓囊蛩兀辽僖獙?duì)原料的氧化程度心中有數(shù)，這將對(duì)以后的飼料生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響。

　　4.7.3 可以通過工藝(及配方)的改進(jìn)預(yù)防和糾正氧化的發(fā)生。

　　4.7.4 抗氧化劑的使用問題：筆者認(rèn)為飼料抗氧化劑的概念是從食品化學(xué)“移植”來的，食品抗氧化的策略是以“防”為主(不是去消除氧化物質(zhì)和氧化產(chǎn)物)，飼料抗氧化的策略要“預(yù)防”+“糾正”。

　　4.7.5 飼料抗氧化劑的特點(diǎn)：一是少用比多用好;二是復(fù)合型比單一的好;三是有清除氧化產(chǎn)物負(fù)面作用的能力。

　　4.8 液體原料的添加技術(shù)

　　液體原料主要是脂肪類(含類脂)、羥基蛋氨酸(MHA)、氯化膽堿、酶制劑、維生素、調(diào)味劑等。由于現(xiàn)有的飼料混合機(jī)多為“無重力式”混合，剪切力較差，工藝上多設(shè)計(jì)成將物料“干混”后再噴入液體原料。這時(shí)應(yīng)考慮物料的“極性”，極性大的、水溶性的原料如氯化膽堿、糖蜜應(yīng)優(yōu)先接觸大分子的有親水基團(tuán)的淀粉類原料。分子間的氫鍵力、“恒沸”效應(yīng)可以減少水分的影響;極性小的、脂溶性的原料如脂肪類、香味劑應(yīng)優(yōu)先接觸蛋白類原料，非極性親和力可以避免其均勻擴(kuò)散。后噴涂脂肪、酶制劑、維生素、調(diào)味劑的工藝主要是避開熱加工的氧化損失、鈍化作用和揮發(fā)損失，目前所用的噴涂設(shè)備是可以滿足工藝要求的，而關(guān)鍵問題是承載液體原料的物料(飼料)處于氧化的程度，如果是處于氧化的“引發(fā)、延伸”階段，將對(duì)所噴涂物料造成嚴(yán)重?fù)p失，可以說噴涂設(shè)備是過關(guān)的，而應(yīng)用“背景”(承載基質(zhì))不合格造成工藝效果(質(zhì)量)不良。