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                詳細介紹飼料預混合工藝的問題及對策

                發表時間:2015-12-25責任編輯:admin瀏覽次數:

                  隨著我國飼料工業的發展,飼料的產量在逐年增加,飼料機械的品種、性能和產量也不斷的,在增加了飼料工業的發展。由于國內各種體制的飼料生產企業中,基本沒有針對飼料預混合工藝的研究、管理,導致了以機械設備為工藝設計核心的普遍現,即在技術管理環節缺失了“混合工藝管理”這一重要環節。由此造成了物料之間發生物理、化學反應,營養素被破壞,飼料的質量下降,成本提高。目前這一現象在行業管理和飼料生產企業沒有受到重視,至少在學校相關的課程中沒有告知處于學生階段的未來管理者飼料企業的生產工藝應包括“預混合工藝”和“制粒工藝”、“大原料預加工”三個部分。由于制粒過程受機械設備的影響比較大,人們對設備與原料屬性以及專業化加工研究比較多也比較深入,專業文獻多偏重于設備的研究和應用。許多飼料企業均以飼料設備生產企業的設計理念為“工藝”基礎。如:“先干混,再濕混”,長此下去造成了飼料生產的不便利性;飼料產品的設計者和質量管理者——“配方師”和“品管部”與產品質量管理脫節;企業的生產部門通常自行決定的生產工藝;而與我們相鄰的制藥、食品行業卻一直有著嚴格的生產工藝制度。
                  1 何謂“工藝”
                  工藝是設備和技術的結合。提高工藝水平的同時提高了產品質量,也提高了設備的合理性和利用率。
                  當“營養配方”轉換為“生產配方”后,真正可執行的就是“工藝方案”。因此常說飼料企業要有:“合理的配方、良好的原料、科學的工藝、優質的服務”。
                  2 工藝的目的
                  工藝的目的主要可有以下幾項:
                 ?、俦3峙浞降挠行?,發揮各種營養素和添加劑的正面組合效應,提高產品在保質期內的效價。
                 ?、谙捅苊馀湮榻?,保護易被損失的物料,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生。
                 ?、弁ㄟ^工藝手段除去原材料中不利于產品質量的雜質、有害物質的影響。
                 ?、茏畲笙薅鹊馗纳骑暳霞庸み^程引起的“繼發性”產品質量下降。
                 ?、莺侠磉x擇添加劑的規格、化學形式、物理性狀,選擇適宜的設備,提高設備和過程控制的合理性。
                  3 預混合工藝的關鍵技術問題
                  在飼料加工過程中,首先要把物料看作是化學物質而不是營養物質!
                  最大限度地“掩蔽”(我們將物理手段稱之為“屏蔽”,將化學手段稱之為“掩蔽”)金屬微量元素(無機),防止其發生直接或間接的破壞作用。飼料是最不“規范”的混合型產品,在制藥工業和食品工業都會謹慎地處理存在于產品中的金屬微量元素,并通過各種技術手段防止其負面影響,最大限度地保護成本較高的、有生物活性的營養素和添加劑,保持或不降低產品的效價。合理的應用有機微量元素(復合預混劑和單一的添加劑)至少可以在混合工藝上免除預處理、添加順序、過程控制的復雜性,這些預先穩定化的金屬微量元素可以大大減少對飼料中其它養分的破壞,有效地提高產品質量。
                  預混合工藝中的主要技術問題:氧化還原反應、溶解、乳化作用、載體的質量、抗氧化技術、變色問題、均勻度問題、能耗和效率、設備的不配套性等。
                  除了以上幾點,脂肪添加技術與液體原料添加技術也是預混合工藝的關鍵技術問題。
                  4 預混合工藝幾個基本技術問題
                  4.1 氧化還原反應
                  4.1.1 氧化還原反應是飼料中發生的最多的化學反應,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成就顯得更重要了。在堿性條件下Fe2+和Mn2+等可以自發的氧化為高價態,繼而氧化其他營養素;I-和SeO32-可以直接反應生成I2,可再與其他營養素反應,這些反應直接造成營養素的失效和破壞。
                  4.1.2 金屬微量元素極快地催化脂肪的氧化,生成的脂質過氧化物可以氧化破壞營養素(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。
                  4.2 水分和脂溶性物質的溶劑化作用
                  4.2.1 水分的增加是化學反應增強的基礎。飼料中水分的分布是不均一的,一些“水分”分布在細胞內和化合物晶體內;一些“水分”分布在物料的表面;還有一些“水分”是潛在的,即化學反應“放出”的水。我們通常以“干燥失重”表示飼料產品的水分含量,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)。即使是水分含量達標的物料,在混合時一樣可以發生溶劑化作用,促使反應的發生。至少物料表層的水分(與空氣相對濕度接近)是可以支持化學反應的發生,而由反應生成的水則加快了反應速度。
                  4.2.2 飼料中的脂溶性物質:脂肪和類脂也有“有機溶劑”的作用,至少有利于有機物發生化學反應。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”作用增強和擴大了。
                  4.2.3 由于“表面化學”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”情況下發生化學反應。
                  4.2.4 水分和脂溶性物質的“溶劑化”作用也有正面作用,如抗氧化劑的作用增強了,調味劑的作用增加了,一些靠氣相擴散的添加劑(防霉劑)擴散途徑增加了。
                  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,這種性質稱為吸濕性。吸濕平衡時的相對濕度稱為“臨界相對濕度”(CRH),它是指大量吸濕時的相對濕度。一般的物料在相對濕度小于“臨界相對濕度”時吸濕少,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生產環境的相對濕度都很大,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生各種化學反應。
                  4.3 均勻度問題
                  參與混合的物料多為“粉末”,從物理藥學角度來看“粉末”屬于固—氣分散系,分散相是固體,分散介質是氣體,主要是空氣。在設計固體物料混合工藝及其他工藝時,不僅要從化學方面保證產品的質量,還應該掌握粉末的基本性質和工藝過程中所表現出的性質,至少需要了解粉末質點的大小、形狀、粒度分布、表面特性、流動性、壓縮性、填充性、孔隙性、吸濕性、電性、質點間力、密度等,在產品的運輸、貯藏過程中也應了解粉末的一些基本性質,這些性質對提高產品的質量和產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,整體的均勻度提高,有利于提高飼料產品質量,局部的均勻度提高,有利于各種化學反應的發生(甚至是物理反應:靜電的增強)。
                  4.3.2許多飼料企業“按照要求”多級預混,前幾級預混用的卻是性能和效率都很低的各種小型預混設備。
                  4.3.3藥物性添加劑不但要考慮制劑的均勻度,還要考慮應用時候的均勻度和制劑的穩定性。
                  4.3.4有生物活性的酶制劑、小肽類添加劑、微生態制劑更多的要考慮其在飼料中“均勻”分布時的穩定性,通常認為它們的添加量較少而放在預混料中的做法是錯誤的。因為在高濃度的化學物質存在下,上述添加劑是不穩定的。
                  4.4 變色問題
                  4.4.1 預混料變色是很普遍的問題,多半是由于飼料添加劑的雜質、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所引起的。
                  4.4.2 硫酸銅多以五結晶水的硫酸銅為主,由于五水硫酸銅晶體表面會有游離水存在,經常有化驗人員在化驗過程中,稱量硫酸銅樣品時“等待”其游離水的揮發以求天平的 “讀數穩定”,這樣操作的結果銅含量容易“合格”,而在生產時游離的水分沒有除去,可以促進溶解和發生一系列的反應并使物料變色。
                  4.4.3 飼料級硫酸亞鐵,多是由鈦***生產的下腳料,不經過“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,飼料中Fe3+是預混料變色的主要因素。
                  4.4.4 飼料級的硫酸鋅是按照化工標準制備的,為了除去鐵使產品更“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,最終產品中有殘留的過氧化氫,一方面給飼料體系帶來了較強的氧化劑,另一方面過氧化氫與硫酸氧鈦反應會生成有色物質。
                  4.4.5 若干年前使用碘化鉀作碘源(現在大都改用碘酸鈣或碘酸鉀,依然有少數企業在使用碘化鉀)的同時,使用亞硒酸鈉作硒源,配料時又認為二者“同系”直接預混,二者發生氧化還原反應(碘化鉀中碘離子也可以和Fe3+、Cu2+發生反應)。生成的I2升華和鹵代反應直接可見,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導致其與亞硒酸鈉反應也會使之還原。此舉也給“有機硒”帶來了市場。
                  4.4.6 微量元素預混劑的載體選用不當是該預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,Fe2+和Mn2+在堿性條件下氧化呈現黃或棕色,生成的水則加速反應。
                  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,事實上真正作為“承載”方式的應用,在添加劑生產中是常見的。物料以液體形式粘附于“載體”的表面或內部,或者以物理化學的方式吸附在“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。在飼料預混劑(料)的生產中很少見,而在濃縮料、配合飼料的生產工藝中,由于脂肪的添加,維生素、酶制劑后噴涂工藝的應用,飼料原料及飼料本身均以載體的“身份”出現,所以可以認為飼料預混工藝用到載體,實際上是起到分散劑、稀釋劑、防結塊劑的作用。
                  4.5.2 在預混合工藝中原料之間經常是互為“載體”的,這就增加了原料之間的反應性,用量上較少的“載體”物質又要考慮化學穩定性、容重(密度)、顏色、灰分、成本的因素,許多人都擔心載體的“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 企業自用的預混劑(料)載體,應以產品的穩定性為主,相對忽略產品密度、成本、色澤的因素。以各種應用對象的預混劑(料)為例,建議采用沸石粉、“標準次粉”(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 外售兼自用的預混劑(料)載體,應在以產品質量穩定為主的前提下,考慮應用對象、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,不建議用堿性強的碳酸鈣、“含碳酸鹽高的沸石粉”、吸附性較強有離子交換性質的膨潤土做載體。
                  4.5.5 載體的預處理:生產企業經常會因為載體的粒度、水分、色澤、“吸附能力”等問題對載體進行選擇和預處理。粒度的選擇應考慮接近主原料的粒度為好,往往做不到的原因是有機載體粒度偏大而無機載體粒度偏小;由于飼料企業用的粉碎機不適于載體的“再加工”,用戶一般都是要求供應商把有機載體粉碎的再細一些,而不要求無機載體的供應商把產品做得粗一些,這時把主原料的粒度做得細一些是有意義的。
                  由于礦物性載體的品種、地質原因,含鐵量、化學結構及氧化程度會導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很大的產品含鐵量也在增加,影響產品的質量且容重不會降低。選擇時容重和粒度要兼容。
                  水分是經常被重視的問題,試圖烘干的方法不值得提倡,有機載體如稻殼粉(統糠)烘干時,既消耗了熱能也引發了脂肪氧化。比較好的辦法是進行水分與質量關系的試驗,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,除非是要利用化學的、物理化學的吸附原理,在分(離)子水平上承載物料。
                  4.6 能耗、效率和設備的不配套性
                  4.6.1 目前飼料企業直接用于“混合”工藝本身的設備,能耗是可以接受的,而企業往往期盼通過“主”混合器一次性的提高生產效率(人工、電耗/單位時間)。大多數的工藝流程設計是以物料物理特性為主的,基本不考慮混合過程可能發生的化學反應,在提高了機械化、自動化加工能力的同時忽略了質量問題。在這個基礎上進行整改企業會感到加工成本在上升、效率在下降,至少是“麻煩了”,甚至生產部門不愿意接受“科學的工藝流程”。
                  4.6.2 企業往往根據上級主管部門的“要求”,設計二級或多級預混的工藝,而第一級的預混只有量變沒有質變。所用的混合機械以“無重力”式為主,對于需要剪切力較大的混合工藝就無能為力,事實上裝載量較多的混合機要比裝載量少的好用且效率高。飼料企業在設計預混工藝應借鑒食品、藥品生產的經驗,配套性使用食品、藥物生產設備(粉碎、混合、分散、液態物添加等)。
                  4.7 抗氧化技術
                  4.7.1 飼料的抗氧化生產技術是貫穿整個過程的(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,除了價格、付款方式外,最重要的是質量。大原料不可能沒有瑕疵,最大的瑕疵就是氧化程度,因為它是可變化的因素,至少要對原料的氧化程度心中有數,這將對以后的飼料生產工藝產生影響。
                  4.7.3 可以通過工藝(及配方)的改進預防和糾正氧化的發生。
                  4.7.4 抗氧化劑的使用問題:筆者認為飼料抗氧化劑的概念是從食品化學“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和氧化產物),飼料抗氧化的策略要“預防”+“糾正”。
                  4.7.5 飼料抗氧化劑的特點:一是少用比多用好;二是復合型比單一的好;三是有清除氧化產物負面作用的能力。
                  4.8 液體原料的添加技術
                  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、調味劑等。由于現有的飼料混合機多為“無重力式”混合,剪切力較差,工藝上多設計成將物料“干混”后再噴入液體原料。這時應考慮物料的“極性”,極性大的、水溶性的原料如氯化膽堿、糖蜜應優先接觸大分子的有親水基團的淀粉類原料。分子間的氫鍵力、“恒沸”效應可以減少水分的影響;極性小的、脂溶性的原料如脂肪類、香味劑應優先接觸蛋白類原料,非極性親和力可以避免其均勻擴散。后噴涂脂肪、酶制劑、維生素、調味劑的工藝主要是避開熱加工的氧化損失、鈍化作用和揮發損失,目前所用的噴涂設備是可以滿足工藝要求的,而關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、延伸”階段,將對所噴涂物料造成嚴重損失,可以說噴涂設備是過關的,而應用“背景”(承載基質)不合格造成工藝效果(質量)不良。

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