保持顆粒飼料適宜水分的方法

陳旭東，唐茂妍

（1.北京中農(nóng)穎泰生物技術(shù)有限公司，北京 100193；2.上海正正生物技術(shù)有限公司，上海 200433）

在影響顆粒飼料品質(zhì)的眾多因素中，飼料加工工藝對其品質(zhì)的影響不可忽視，而顆粒飼料水分則是影響飼料加工質(zhì)量的重要因素之一。顆粒飼料成品含水量高低不僅影響飼料品質(zhì)并且與飼料生產(chǎn)者的經(jīng)濟利益息息相關(guān)。水分含量過低使得顆粒飼料的淀粉糊化率低，適口性不佳，導(dǎo)致飼料轉(zhuǎn)化率下降，影響畜禽的生產(chǎn)表現(xiàn)；如果粉料水分含量超過規(guī)定標準，在生產(chǎn)過程中容易引起環(huán)模堵塞、成品飼料易發(fā)霉，不利于生產(chǎn)和保存。同時水分含量過高，導(dǎo)致營養(yǎng)成分含量降低，影響飼料品質(zhì)，也會導(dǎo)致動物生產(chǎn)性能下降，甚至引發(fā)疾病。因而，保持顆粒飼料水分含量和活度是提高制粒速度、改善飼料耐久性和含粉率、提高顆粒飼料的養(yǎng)分消化率、降低生產(chǎn)能耗的重要手段，也是顆粒飼料生產(chǎn)中一項重要的加工參數(shù)[1]。

1 飼料水分含量及檢測方法

飼料水分含量直接關(guān)系到飼料品質(zhì)，從而影響加工企業(yè)的經(jīng)濟效益。在飼料加工過程中，適宜的水分含量有利于顆粒飼料的正常生產(chǎn)，保證飼料品質(zhì)和生產(chǎn)效率，降低加工成本。因此，對飼料水分進行準確測定成為保證飼料產(chǎn)品質(zhì)量和飼料加工企業(yè)效益的關(guān)鍵。我國現(xiàn)行的測定飼料水分常用的方法有熱干燥法、蒸餾法和卡爾·費休法。3種方法既有關(guān)聯(lián)又有區(qū)別，主要是飼料性質(zhì)決定了需要采用的測定方法，以便保證測定結(jié)果的準確性和一致性。

1.1 熱干燥法

熱干燥法又包括常壓干燥法、真空干燥法和紅外線干燥法。常壓干燥法最常用，對飼料中水分和其他揮發(fā)性物質(zhì)含量的測定均采用這種方法。國標GB/T 6435-1986（簡稱國標法86版）和GB/T 6435-2006（簡稱國標法06版）均采用常壓干燥法；如果樣品在高溫加熱時易分解則需要使用真空干燥法，利用較低溫度在減壓下進行干燥以排除水分；紅外線干燥法，主要用于快速測定，測定時間短，效率高，但一般與國標法測定結(jié)果相比會有一定差異，研究表明，快速法測定結(jié)果與國標法86版（r=0.998 2）和國標法06版（r=0.999 2）有極顯著相關(guān)（P＜0.01）；國標法對快速法的回歸方程分別為y（國標法86版）=1.009 3x（快速法）-0.399 8（R2=0.995 5），y（國標法06版）=1.023 4x（快速法）-0.568 1（R2=0.998 2）[2]。

1.2 蒸餾法

蒸餾法也叫共沸蒸餾法，多用于含較多揮發(fā)性物質(zhì)的樣品，一般方法為把不溶于水的有機溶劑和樣品放入蒸餾式水分測定裝置中加熱，試樣中的水分與溶劑蒸汽一起蒸發(fā)，把這樣的蒸汽在冷凝管中冷凝，根據(jù)水分的容量得到樣品的水分含量。蒸餾法的設(shè)備簡單，熱交換充分，并且加熱發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)較少。目前AOAC規(guī)定蒸餾法主要用于飼料和食品（如啤酒花、調(diào)味品）的水分測定，在我國蒸餾法一般在食品水分含量檢測中常用（GB 5009.3-2010）。

1.3 卡爾·費休法

卡爾·費休法一般適用于含水分較低且加熱容易變質(zhì)分解的樣品，該法操作簡單，但該方法中需要掌握的關(guān)鍵點較多，因而檢測技術(shù)不嫻熟會導(dǎo)致檢測的準確性和精確性出現(xiàn)誤差。食品中水分含量測定國標法（GB 5009.3-2010）中規(guī)定卡爾·費休容量法適用于水分含量＞1.0×10-3g·100 g-1的樣品，而水分含量＞1.0×10-5g·100 g-1的樣品水分含量測定需用卡爾·費休庫倫法。

除了測定方法的不同，測定過程中的取樣、干燥條件（飼料性質(zhì)、烘箱溫度、干燥時間、干燥器放置時間等）都會對最終的水分檢測結(jié)果造成影響[3]。

2 飼料水分活度

飼料水分活度是指在相同溫度下的密閉容器中，飼料的水蒸汽壓與純水蒸汽壓之比，水分活算式見式1。

式中，P表示在一定溫度飼料水分所產(chǎn)生的蒸汽壓；P0表示在與P相同溫度下純水的蒸汽壓；ERH表示飼料的相對濕度。

在一定條件下，無論是谷物籽實還是加工后的成品飼料都有一定的水分活度，而水分活度又影響各種微生物的生長繁殖和各種生化反應(yīng)。目前水活度測定方法主要包括蒸汽壓力法、電濕度計法、附敏感器的濕動儀法、水分活度測定儀法、擴散法、溶劑萃取法。

無論是飼料原料還是加工后的飼料成品，都含有游離水和結(jié)合水，微生物能利用的是游離水。雖然在一般情況下，含水量高的飼料中微生物容易生長，含水量低的飼料中微生物生長緩慢，而且在很多含水量高而水活度低的物質(zhì)中，霉菌難以成活。雖然在食品行業(yè)中很早就引入水活度作為評價食品品質(zhì)和指導(dǎo)實際食品生產(chǎn)的重要指標，但在飼料行業(yè)中，還一直沿用水分含量作為評價指標，這種方法多數(shù)時候不能很好的控制飼料發(fā)霉現(xiàn)象。隨著動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)的進一步發(fā)展，水活度對飼料品質(zhì)影響的重要性會逐步為人們所接受，會逐步以水分活度為指標來研究飼料含水量與飼料微生物繁殖、代謝的關(guān)系。

3 顆粒飼料水分對其品質(zhì)的影響

研究表明，飼料中水分含量與水活度對飼料本身養(yǎng)分（蛋白質(zhì)、脂肪、添加劑穩(wěn)定性）、飼料霉變、飼料保存等都有影響[4]。

3.1 飼料水分活度對飼料養(yǎng)分的影響

3.1.1 脂質(zhì)

飼料脂質(zhì)是動物能量的一個重要來源，同時脂質(zhì)還參與體內(nèi)很多物質(zhì)代謝。飼料中一定含水量可抑制油脂氧化，抑制的作用機理是因為非酶促褐變產(chǎn)生了抗氧化物質(zhì)，而抗氧化物質(zhì)的產(chǎn)生需要一定的水分。程閏達等認為，一般水分含量高時，水分活度也相對較高，可以抑制脂肪自動氧化的進行[5]。然而水活度＜0.2時，氧化反應(yīng)會加速進行。而水分活度對酶促反應(yīng)引起油脂變化是影響酶促反應(yīng)的底物可移動性和影響酶的構(gòu)象兩方面的綜合。大多數(shù)的酶類如淀粉酶、酚氧化酶和多酚氧化酶等在水分活度＜0.85時，活性大幅度降低。但也有一些酶例外，如酯酶在水分活度為0.3甚至0.1時也能引起甘油三酯或甘油二酯的水解。

3.1.2 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是飼料的重要營養(yǎng)成分，其數(shù)量、質(zhì)量及氨基酸組成都對動物的生產(chǎn)性能和免疫力有重要影響。有研究表明，飼料儲藏過程中賴氨酸損失主要是由較高的水分活度造成的，因為肽鏈中α-氨基在較高水分活度下比較脆弱。Karl等發(fā)現(xiàn)，在還原性糖和甘氨酸由美拉德反應(yīng)引起非酶性褐變的研究中，如果在反應(yīng)物中增加水分含量可降低褐變率，原因是褐變過程中生成了水[6]。

3.1.3 飼料添加劑

飼料添加劑生產(chǎn)中，水分含量及活度是必須嚴格控制的重要指標。維生素、酶制劑、酸化劑和礦物添加劑等添加劑在水分含量標準以下，可保持較長時間，一旦水分含量過高，就會出現(xiàn)物料的流散性變差、潮解、結(jié)團，更甚者會破壞這些添加劑的活性。在常溫下，盡可能減少飼料產(chǎn)品中的水分活度，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。廖益平等研究表明，在30℃與濕度恒定（物料水分≥7%）情況下，4%預(yù)混料中維生素B1和維生素A在1個月內(nèi)可破壞60%[7]。鄧君明等指出，在接近中性的pH和較低溫度條件下，大多數(shù)飼料酶的水分活度會降至＜0.3，可以防止因酶蛋白變性和微生物生長所引起的變質(zhì)，從而保持較高的酶活力；如果保持較低水分含量（＜10%），則環(huán)境溫度提高對酶活性影響較小[8]。β-淀粉酶在水分活度＞0.8時才顯示出水解淀粉的活力；而當水分活度達0.97時，木聚糖酶活力最高[9]。當飼料原料中帶有結(jié)晶水時，在干燥失重檢測中這部分水分一般不能釋出，當添加在酸或有機酸鹽等共存的混合體系中，結(jié)晶水和反應(yīng)生成水活躍。其他含結(jié)晶水的添加劑（如有機酸、糖精鈉）也會在加工過程中因水活度增加而發(fā)生結(jié)塊等不利現(xiàn)象，同時物料顆粒表面水分的增加會促進各種不利于其穩(wěn)定性的化學(xué)反應(yīng)。

3.2 水活度對微生物生長繁殖的影響

不同的微生物生長繁殖都需要適宜的水分活度，即使是同屬不同種的微生物對水分活度要求也不完全相同，微生物生長、代謝及產(chǎn)生毒素所需要的最適水分活度也不相同。對于水分活度，細菌最敏感，其次是酵母和霉菌。一般情況下，水分活度為0.91～0.95時，細菌最易生長；水分活度在0.88時，酵母最易生長；而水分活度為0.80時，霉菌最易生長。水分活度值降低可以使微生物生長速度減緩，進而降低微生物的代謝活性[10]。不同霉菌生長或孢子萌發(fā)的最低水活度值見附表。

附表 各種霉菌生長（孢子萌發(fā)）最低水分活度值

4 保持顆粒飼料水分含量的方法

4.1 調(diào)整加工參數(shù)

影響顆粒飼料含水量的加工參數(shù)包括蒸汽壓力、調(diào)質(zhì)時間、壓模規(guī)格、冷卻風(fēng)量及冷卻時間等[11-12]。

4.1.1 蒸汽調(diào)制與疏水閥

雖然配方、原料、粉碎等程序?qū)︻w粒飼料質(zhì)量的影響占60%，但僅從制粒過程本身來看，蒸汽調(diào)制是影響顆粒飼料質(zhì)量的主要因素。正常情況下，鍋爐供汽壓力越高，濕度越低；反之濕度越高，蒸汽含水量越高。因此只要滿足生產(chǎn)需要，壓力越低越好，建議鍋爐供汽壓力調(diào)整為4～6 kg·cm-2，生產(chǎn)使用壓力調(diào)整為2 kg·cm-2[11]。同時，在濕潤的狀態(tài)下，高溫長時蒸汽調(diào)制可提高淀粉糊化，這一過程也可使粉狀飼料的顆粒粘結(jié)在一起，加強顆粒飼料的穩(wěn)定性，降低含粉率[13]。

疏水閥主要是為了排除蒸汽管道中的冷凝水，防止蒸汽帶入的水分過多，造成制粒機堵塞。但是在使用的飼料原料水分含量較低時，適時關(guān)閉疏水閥有助于提高飼料成品水分含量。

4.1.2 增加調(diào)質(zhì)時間

增加物料在調(diào)質(zhì)器內(nèi)的停留時間，使物料與蒸汽充分混合，有利于淀粉糊化，提高飼料養(yǎng)分的消化吸收率，也能使物料充分吸收蒸汽中的水分，從而增加產(chǎn)品水分。增加調(diào)質(zhì)時間，可以采取降低調(diào)質(zhì)器的轉(zhuǎn)速或調(diào)整調(diào)質(zhì)器的槳葉等方法來實現(xiàn)。

4.1.3 選擇合適的冷卻風(fēng)量和時間

冷卻過程可以降低顆粒飼料的溫度，使其低于室溫3～5℃；同時也可以帶走飼料中多余的水分，使產(chǎn)品水分符合規(guī)定的標準。顆粒飼料一定要在冷卻機中保持一定時間，否則無法達到深度冷卻，如果冷卻時間得不到保證，可能是冷卻器和制粒機不配套和冷卻器出料不均勻造成的[14]。

4.1.4 選擇合適規(guī)格的壓模

壓模的孔徑和厚度不僅是影響制粒機產(chǎn)能的主要因素，同時也影響顆粒飼料產(chǎn)品的水分?？讖酱蟮膲耗?，其顆粒直徑較大，冷風(fēng)不容易穿透顆粒，冷卻時帶走的水分少，得到的產(chǎn)品水分高。對于厚度較大的壓模，在制粒過程中，磨擦阻力較大，物料不容易通過孔徑，擠壓制粒時，磨擦溫度高，水分散失大，其顆粒產(chǎn)品水分低，因此建議選用壓模時，壓模的孔徑、厚度要合適。

4.2 添加保水劑

在飼料中添加水分子乳化劑、液體防霉劑等添加劑可增加顆粒飼料保持水分含量能力，降低水活度，又可達到防霉效果。水分子乳化劑作用原理一般是通過降低水的表面張力，使水分能以某種形式與飼料表面緊密結(jié)合，不利于霉菌利用，起到防霉效果；同時在飼料表面形成薄膜，降低飼料和環(huán)膜的摩擦力，降低生產(chǎn)能耗、提高生產(chǎn)效率，彌補生產(chǎn)過程中的損耗。

李建文等試驗表明，在其他條件（環(huán)境溫度和濕度）相同的情況下，飼料水分等溫吸附線基本呈近S形，且水分活度隨水分含量增加而增加。水分子乳化劑可改變飼料水分等溫吸附線，即飼料水活度不是隨著飼料水分含量增加一直增加，而是在飼料水分含量達到一定程度時，添加水分子乳化劑的飼料水分活度大幅降低[15]。另有報道采用后噴涂方式在顆粒飼料表面噴灑水乳化劑后，每添加水10 kg可在顆粒飼料中保留水7 kg。劉影等通過4個試驗研究了在動物日糧生產(chǎn)過程中添加水溶液對飼料水分、水活度及防霉效果的影響，發(fā)現(xiàn)在飼料混合階段液體噴霧設(shè)備添加組成成分為有機酸、表面活性劑、水結(jié)合劑組合而成的水溶液，即可以提高成品飼料水分含量，又可以有效控制飼料水活度和飼料發(fā)霉幾率，大幅提高飼料的儲存期[16]。

4.3 添加原料水

可以直接給飼料加水（添加水分含量高的液體）提高飼料原料水分。熊易強指出，飼料水分控制的基本模型是要重視混合機粉料的初始水分和確定蒸汽處理后的目標溫度，并控制好成品水分；當粉料初始水分＜13%，可以添加部分水分；成品水分最好＜13%，否則會存在發(fā)霉的危險[13]。而且可以使用高水分原料，如使用水分含量較高的玉米等，玉米不僅在配合飼料中占很大比例，而且其標準水分還高于配合飼料的標準水分，適當提高飼料原料或半成品的水分既能提高產(chǎn)品質(zhì)量又能降低成本。由于飼料水分存在明顯的季節(jié)性差異，這種差異導(dǎo)致了飼料生產(chǎn)和飼料顆粒質(zhì)量的季節(jié)性變化。

5 小 結(jié)

為將顆粒飼料水分含量和水活度控制在適宜水平，不僅要逐步完善控溫、控濕設(shè)備，通過在生產(chǎn)實踐中不斷調(diào)整各參數(shù)，使之符合工業(yè)化、大規(guī)模生產(chǎn)的需要；同時，隨著研究的深入，有研究者從飼料原料和成品飼料吸濕解吸平衡、顆粒飼料冷卻等物理、化學(xué)機理入手，嘗試發(fā)現(xiàn)、計算和控制飼料的平衡含水率或水活度、計算安全水分和蒸發(fā)潛熱，尋找冷卻規(guī)律[17]。從而為解決顆粒飼料適當含水量和水活度提供可操作模型。

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