褚慎強(qiáng)

(上海富朗特動(dòng)物保健股份有限公司，上海 金山 201502)

天然飼料原料含有各種維生素，但含量不足，配制飼料后需補(bǔ)充人工生產(chǎn)的維生素。維生素是飼料中的有機(jī)態(tài)微量營(yíng)養(yǎng)成分，也是動(dòng)物維持正常生理機(jī)能不可缺少的輔酶。飼料中維生素的添加量雖然很少，但其作用卻非常顯著，動(dòng)物缺乏維生素可出現(xiàn)各種疾病，正常生長(zhǎng)和繁殖受阻。在集約化飼養(yǎng)的條件下，動(dòng)物具有較高的生產(chǎn)性能，對(duì)維生素的需求量比一般情況下所需的量大一倍左右。

可以用作飼料添加劑的維生素約有16種，包括維生素A、維生素D3、維生素E、維生素K3、維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、維生素C、煙酸及煙酰胺、葉酸、泛酸、膽堿、生物素、肌醇。維生素幾乎都對(duì)光熱敏感，大多數(shù)維生素在遇光熱后其大分子末端斷裂，生成活性較低的自由基，隨后按鏈?zhǔn)綑C(jī)理迅速逐一脫除單體而降解。

近年來，為確保動(dòng)物飼料中的維生素能穩(wěn)定地被動(dòng)物利用，維生素生產(chǎn)加工廠紛紛推出各種穩(wěn)定劑型。本文以維生素A的交聯(lián)包被劑型、維生素E的吸附劑型和生物素的噴霧干燥劑型作為例子，介紹飼料級(jí)維生素原料的常用制粒工藝。

1 維生素包被制粒

交聯(lián)結(jié)構(gòu)又稱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是指線型高分子鏈之間通過支鏈或化學(xué)鍵相連接成為一個(gè)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，若交聯(lián)鏈的長(zhǎng)度比交聯(lián)點(diǎn)之間的鏈長(zhǎng)小得多，則可近似看作點(diǎn)，稱為交聯(lián)點(diǎn)。高度交聯(lián)后，整個(gè)網(wǎng)狀鏈變成一個(gè)大分子，具有不溶、不熔的性質(zhì)。在維生素制劑工藝中，具體指分散于抗氧化劑、淀粉、膠原等物質(zhì)的乳濁液噴出形成的顆粒，其中糖類(多糖、單糖)的羰基與膠原的氨基在合適的溫?zé)岷蛪毫ο拢磻?yīng)形成縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及顆粒表面的硬化層，使顆粒對(duì)水、氣的通透性減弱，不溶于水，最大限度地保護(hù)被包被物質(zhì)免于氧化。

在交聯(lián)包被技術(shù)產(chǎn)生之前，維生素A干粉一般是在制粒前添加到飼料中，加入飼料中的普通維生素A干粉對(duì)光、氧氣、溫度、濕度等仍十分敏感。銅、鐵、鉆等微量元素也可加速維生素A的氧化，導(dǎo)致進(jìn)一步的損失。飼料加工過程中的高溫、高濕和高壓(如壓制顆粒、膨化)加劇了維生素A的破壞。為了控制并避免上述氧化反應(yīng)的發(fā)生，達(dá)到改善商用維生素A干粉穩(wěn)定性的目的，隨著包被技術(shù)的不斷發(fā)展，飼料行業(yè)的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)了交聯(lián)包被技術(shù)。

目前，在大多數(shù)交聯(lián)包被劑型維生素A干粉的生產(chǎn)中，以適量的抗氧化劑和復(fù)合絡(luò)合劑為穩(wěn)定系統(tǒng)，后者除了能與金屬離子結(jié)合保護(hù)維生素A免于過氧化反應(yīng)外，還具有避免機(jī)械外力引起的微囊包被破裂，延長(zhǎng)抗氧化劑作用的附加協(xié)同功能；隨后將維生素A醋酸酯以微滴形式分散于明膠-碳水化合物的包被基質(zhì)中(圖1)，再采用新的加工工藝使明膠與碳水化合物反應(yīng)，形成縱橫交錯(cuò)、不透氣、不透水的交聯(lián)包被顆粒，其硬度更高，在微囊的表面形成堅(jiān)固的保護(hù)層，能最大限度地抵抗化學(xué)、高溫、高濕以及機(jī)械對(duì)維生素A的破壞，這就是交聯(lián)包被技術(shù)。

交聯(lián)包被維生素A干粉能夠更好地滿足生產(chǎn)維生素預(yù)混料、復(fù)合預(yù)混料、濃縮飼料和各種類型配合飼料的要求，特別是在生產(chǎn)顆粒飼料和膨化飼料時(shí)，其優(yōu)越性更明顯。這種維生素A干粉流動(dòng)性好、容重合適、易混勻、粉塵小，更重要的是穩(wěn)定性得到了大大的提高。最新研究顯示，采用新技術(shù)后，交聯(lián)包被制成的微粒大幅度降低了溫度、濕度、機(jī)械作用和氧化反應(yīng)等化學(xué)和物理因素對(duì)維生素A的破壞作用。

2 維生素吸附制粒

維生素E又被稱為生育酚，是一類化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的酚類物質(zhì)，目前已知的結(jié)構(gòu)有8種，最具代表性的是α-生育酚，它分布最廣，效價(jià)最高。α-生育酚的分子式為C29H50O2，相對(duì)分子質(zhì)量為430.7；外觀為淡黃色或金黃色的黏稠油狀物，無味。維生素E不溶于水，易溶于乙醇、丙酮、乙醚等有機(jī)溶劑和植物油中，在200 ℃無氧環(huán)境中仍穩(wěn)定，在100 ℃以下不受無機(jī)酸、堿的影響，但暴露于氧氣、紫外線、鐵鹽、銅鹽、鋅鹽和鉛鹽中極易被破壞。就生理活性而言，α-生育酚的生物活性最高，所以用于飼料加工的維生素E的有效成分一般是α-生育酚醋酸酯(以下簡(jiǎn)稱維生素E)。飼料級(jí)維生素E一般有兩種不同的粉狀制劑，一類是噴霧干燥型制劑，通常將一部分乳化劑和維生素E一起制成粉。這種粉劑可以溶于水形成懸浮液，通常用于水溶性粉劑的生產(chǎn)加工，可以添加在畜禽的飲水中。另一種是吸附型制劑，這種制劑是目前維生素E在全球飼料加工業(yè)中用途最廣泛的制劑類型。這種制劑是利用毛細(xì)管原理、以二氧化硅微囊為載體將維生素E油吸附到二氧化硅微囊而制成的。吸附包被型的維生素E粉具有加工工藝簡(jiǎn)單(圖2)和成本低的特點(diǎn)，利于大規(guī)模生產(chǎn)。

由于使用了二氧化硅顆粒作為吸附載體，維生素E的吸附包被顆粒繼承了二氧化硅顆粒的一部分物理特征，優(yōu)點(diǎn)是流動(dòng)性好、易于分散和顆粒大小均勻。不足之處是這種維生素E粉的最小引燃能量很低，一般在1 MJ～3 MJ。由于目前飼料加工行業(yè)基本都使用這類維生素E制劑，所以，在使用維生素E時(shí)，飼料加工企業(yè)要特別注意其易燃易爆的特性，做好安全防范工作。

3 維生素噴霧干燥制粒

生物素(Biotin)為B族維生素，又稱維生素H、維生素B7或輔酶R等。它是合成維生素C的必需物質(zhì)，是脂肪和蛋白質(zhì)正常代謝不可或缺的物質(zhì)，是一種維持動(dòng)物機(jī)體自然生長(zhǎng)、發(fā)育和正常機(jī)能和健康所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。由于生物素在維生素預(yù)混料中的添加量相對(duì)較低，在育肥豬和蛋雞的飼料配方中，添加量一般為200 mg/kg，這對(duì)生產(chǎn)加工提出了嚴(yán)格的要求。對(duì)生物素這類添加量小的維生素來說，其對(duì)動(dòng)物的撬棒效應(yīng)非常大，如果由于混合均勻度差造成生物素?zé)o法在維生素預(yù)混料中均勻混合，在使用維生素預(yù)混料生產(chǎn)復(fù)合預(yù)混料或全價(jià)料時(shí)最終會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物出現(xiàn)生物素缺乏的情況。為此，有些廠家設(shè)計(jì)了一種方法：先將生物素稀釋成低含量的劑型(如2%)，再用于生產(chǎn)維生素預(yù)混料。這種方法可以增加低含量劑型的投料量，似乎可以解決混合均勻度的問題，然而問題的解決好像并沒有那么簡(jiǎn)單。低含量稀釋劑型的生物素也無法解決生物素在混合過程中的均勻度問題，這是為什么呢？我們通過圖3來了解2%稀釋劑型生物素的物理結(jié)構(gòu)。

由于要讓兩種物質(zhì)能夠均勻混合，這兩種混合物需要在比重、粒徑、流動(dòng)性等物理指標(biāo)上盡可能相似。根據(jù)這一概念，我們可以認(rèn)為2%稀釋劑型生物素是2個(gè)生物素顆粒與98個(gè)載體顆粒的混合(圖3)。如果用這樣的100個(gè)顆粒添加到維生素預(yù)混料中后再與其他組分一起混合，然后分裝成100個(gè)包裝產(chǎn)品，從理論上來說每包產(chǎn)品都會(huì)含有1個(gè)顆粒，但是只有2個(gè)包裝的產(chǎn)品含有生物素，而且含量超過設(shè)計(jì)含量的50倍。由此可見，一般的低含量稀釋制劑不適用于維生素的制劑工藝。為了保證少量添加的維生素的混合均勻度，原料生產(chǎn)企業(yè)發(fā)明了一種新的制劑技術(shù)——噴霧干燥制粒技術(shù)。還是以生物素為例，將生物素、(可溶性的)載體混合后溶于液體中，高壓噴成小霧滴，小霧滴經(jīng)過熱空氣脫水形成類球形微顆粒，如圖4所示。

圖 3 2%稀釋劑型生物素的物理結(jié)構(gòu)

圖 4 2%噴霧干燥劑型的生物素

由圖4得知，在2%噴霧干燥劑型的生物素中，每個(gè)顆粒都含有生物素，每個(gè)顆粒的生物素含量大致為2%。這類制劑可以保證生物素有效分散。如果將這樣的100個(gè)顆粒添加到維生素預(yù)混料中再與其他組份一起混合，然后分裝成100個(gè)包裝產(chǎn)品，從理論上講每包產(chǎn)品都會(huì)含有1個(gè)顆粒，而且都含有生物素。由于液體表面有張力，噴霧干燥制粒的維生素微顆粒都接近于球形，眾所周知球形是相同體積表面積最小的一種形狀，更小的表面積能更少地接觸空氣和光，更利于產(chǎn)品在存放期間的穩(wěn)定性。生物素噴霧干燥生產(chǎn)工藝示意圖如圖5所示。