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液體飼料制造工藝及在反芻動物飼養中的應用

  作者: 來源: 日期:2007-03-22  


    

    “液體飼料”,從廣義上講,可以指任何液體形式的飼料原料或配合飼料,諸如糖蜜、油/脂、液體蛋氨酸異構物、用于養豬的一種液體飼料等。本文的討論限定于廣泛用于反芻動物的液體補充飼料(LFS)。 
    LFS 商業化生產在美國始于1951 年,是飼料行業中發展迅速的一個領域(Williams,2003)。美國目前LFS 年產量約200萬t(AFIA2002,2003)。
    傳統的液體飼料多半是在飼草質量不佳的旱季給牧場過冬家畜或放牧家畜提供的液體補充飼料。基本原料有糖蜜、尿素和食鹽。糖蜜作為載體,并提供能量,改善適口性;尿素是非蛋白氮來源;食鹽有兩個作用,即提供養分,并控制進食量以防止氨中毒,但食鹽對控制進食量的作用不夠。近來開發了一些化學和機械的控制進食量方法,取得了一定程度的效果(Davis,2003)。也可以在LFS 中添加微量礦物元素、維生素和某些藥用添加劑。對放牧家畜最常見的作法是將LFS 放在舔食罐里自由采食。也可將LFS“加佐料”似的在飼槽里添加到粗飼料中或全混合日糧(TMR)中。
    上世紀70年代后期到80年代初期,專門為圍欄肥育場設計的一種完全液體補充飼料迅速推廣,并開發了更為精細的制造工藝。LFS含有各種常量礦物元素(鈣以懸浮的石粉顆粒形式加入)和微量礦物元素(例如鋅、銅、硒)、維生素、藥用或非藥用添加劑、非蛋白氮。有時LFS 的懸膠或乳膠系統內還加入一些過瘤胃蛋白質和脂肪。90年代,隨著奶牛場規模擴大和全混合日糧的廣泛應用,這種完全液體補充飼料擴展到了奶牛場。 

    1 LFS的應用
    1.1 LFS種類
    1.1.1 抗應激制品 
    專為新到肥育場的去勢小公牛克服長途運輸的應激而設計的液體補充飼料。其特點是鉀的
含量高,還可以加酵母培養物。可以開發類似產品用來克服奶牛的圍產期(產犢前3 周和后2 周)應激和高溫應激。 
    1.1.2 產奶牛適用的高脂乳化制品 
    如果添加的是動物脂肪,液體飼料的脂肪含量通常是20%;如果添加的是植物油,脂肪含量可達較高水平。以LFS 形式供給脂肪的最大好處是使用方便,這種LFS 也可以含有維生素和微量礦物元素。 
    1.1.3 “結構飼料”專用乳化制品 
    結構飼料是飼養馬(提供娛樂或作為“寵物”)用的。用整粒大麥、壓軋玉米和補充顆粒飼料按1:1:1 比例混合,以含有5%~8%脂肪的乳化液體制品外涂。為使這結構飼料保持一種金黃發亮的外觀,該制品采用了特殊來源的脂肪(Xiong,1992)。 
    1.1.4 適用于多種家畜的液體飼料制品
    最近市面出現了為多種家畜設計的液體飼料產品。例如,Power Mix4-20 是含有4%蛋白質和20%脂肪的液體補充飼料。根據供應商介紹,該飼料按推薦的用量可用于奶牛、肉牛、豬和家禽。該產品不額外添加維生素和微量元素。 
    1.2 液體飼料的優點
    1.2.1 節省勞力
    液體飼料的補充可以全部機械化,可以直接從儲液罐泵吸到攪拌車與干料混合。設有儀表裝置,保證補充液體飼料的準確性。 
    1.2.2 控制粉塵
    干的補充飼料與粉碎谷物和干粗飼料攪拌混合時,粉塵對現場的人和動物非常不利。添加液體,特別是含有脂肪的LFS,這個問題即可避免。
    1.2.3 混合均勻度很高
    用直接測定維生素E 和維生素A/D/E 化合物的方法評價了來自兩個供應商的維生素混合均勻度。研究得到的CV%低于實驗室分析的相應平均CV%(表1)。

表1 不同來源的維生素在一種非懸浮液體補充飼料中的混合均勻度    IU/kg

樣品編號

Rch-E

RP-E

Rch-ADE

RP-ADE

             VE

             VA

1

203

210

86800

85700

2

209

208

86800

90800

3

218

217

84900

86100

4

224

212

90700

90700

5

216

191

88600

91000

6

208

186

89900

83300

7

219

206

85300

88200

8

210

211

89600

82400

9

213

205

89800

84500

10

220

200

90500

86300

平均值

214.0

204.6

88290

86300

s

6.50

9.69

2166.6

3154.5

CV%

3.04

4.73

2.45

3.63

實驗室分析平均CV%

             3.79

             6.79

            RP,Rch:兩家維生素供應商。

    1.2.4 減輕TMR在飼槽內的分級
    自從奶牛業引進TMR 以來,分級現象已經成為一個嚴重問題。而當液體飼料與干料攪拌成完全日糧時,液體添加物粘涂在細粉和粗粒上,從而緩解了分級的問題。而且,以液體形式添加,可完全消除任意一種微量原料,如維生素和微量元素的分離。 
    1.2.5 節省烘干液體副產品時的能耗
    許多濕加工的副產品,如濕磨制取淀粉時的浸泡水、發酵時的蒸溜液體和其他副產品,如要作為干料使用,都必須從原來的含水量(95%~70%)烘干到13%以下。但制造液體飼料通常只要求含水量為40%。特殊情況下,通過適當處理,一種含水70%的制品也能成功地作為液體飼料原料使用(Xiong,1996)。制作高水分產品在烘干過程中(比如從90%降到40%)移去每噸水分的能耗,遠低于制作低水分產品的烘干(比如從40% 降到13%)能耗。 
    1.2.6 尚需確證的優點
    有報告指出LFS能提高全混合日糧的攝入量,并改善動物生產性能(Shaver 2001,Emanuele 2003)。不過,尚需要更多的數據得出明確結論。
    1.3 對液體補充飼料標識的特殊要求 
    加拿大食品檢驗局動物健康生產部規定在干飼料標識基礎上增加對液體飼料的標識要求。對液體飼料增加的要求如下: 液體補充飼料標識應有單位容積的重量,容積測定的溫度是20℃;液體補充飼料如含有不能保持懸浮達60d的原料,應在標識上注明“用本制品配制或飼喂時必須攪動”;液體補充飼料的標識上應注明“本制品的黏度隨溫度升高而下降”。

    2 制造液體飼料用的原料 
    2.1 糖密
    2.1.1 甘蔗糖蜜 
    甘蔗糖蜜是最常用的載體,其能量值接近于玉米的干基能量。甘蔗糖蜜是甘蔗制糖或蔗糖精制時的副產品,含水低于27.0%,Brix.讀數(用于純糖溶液時,代表糖的重量百分率;用于糖蜜時,除糖之外,還含有礦物質、樹膠和其他可提取物)為79.5,pH 值大致為5。 
    2.1.2 甜菜糖蜜
    甜菜糖蜜是甜菜制糖的副產品,規格指標與甘蔗糖蜜近似,蛋白質含量高一些。甜菜糖蜜的pH值為7 或稍高。一般甜菜糖蜜的適口性比甘蔗糖蜜更好。 
    2.1.3 去糖甜菜糖蜜
    去糖甜菜糖蜜(DBM)是離子交換作業的副產品, 與甜菜糖蜜相比,去糖甜菜糖蜜的含糖量約為一半,固形物較少(65%),含蛋白質較多。DBM的pH 在9~10 范圍。對DBM 在液體飼料系統中的應用有過研究(Xiong,1991)。 
    2.1.4 濃縮糖蜜發酵液(CMS)
    廣義上說,這包括糖蜜的任何發酵副產品。有一種CMS 是生產賴氨酸的副產品(CMS-Lys),根據Nebraska 大學的飼養試驗結果(Rush,1986), 用CMS-Lys 代替25%傳統的尿素糖蜜,不會影響增重、飼料進食量和飼料效率。
    2.2 其他
    2.2.1 玉米浸泡水(玉米發酵濃縮提取液)
    玉米浸泡水是制取淀粉的副產品。“浸泡水”是浸泡-乳酸發酵液的濃縮制品,含干物質50%~55%,pH 值3.8~4.0,以干基計算,粗蛋白質含量約為45%~50%,多數是可溶性天然蛋白質。飼養試驗表明,浸泡水適口性優于糖蜜。 
    2.2.2 濃縮乳清 
    這是制作奶酪時從凝乳分離出的清液的濃縮制品,主要含乳糖、蛋白質和礦物質,pH 值在4~6 范圍,具體pH 取決于制作奶酪的加工方法。
    2.2.3 啤酒廠濃漿
    啤酒廠濃漿是啤酒或麥芽汁副產品的一種濃縮漿液。其干物質含量變動于20%~50%之間, 蛋白質多數是可溶性天然蛋白質,含量高低不等,高者可達25%。 
    2.2.4 酒精發酵漿水
    酒精發酵漿水是酒精發酵的副產品。酒精發酵漿水含干物質30%或低一些,蛋白質含量在30%~35%(干基)范圍,大部分是可溶性天然蛋白質。將酒精發酵漿水與液體尿素混合可得到一種比單獨的酒精發酵漿水或液體尿素更穩定的制品(Xiong,1996a)。
    2.2.5 液體尿素 
    尿素是制造液體飼料的主要非蛋白氮來源,通常為液體形式。供應商供應的尿素溶液通常含尿素70%,到液體飼料廠再稀釋到50%。液體尿素的pH 高時會釋放氨。 
    2.2.6 脂肪或植物油
    豬油或植物油是用來增加液體飼料的能量的;另外含脂/油的液體飼料在干的原料上涂布得比較好,不那么粘,比無脂肪液體飼料制得的日糧有更好的質地和流動性。 
    2.2.7 細粉碎碳酸鈣
    制造液體飼料用的碳酸鈣必須細粉碎,以保證高度的懸浮穩定性。一家供應商提供的“325號篩”石灰規格如下:97.5%通過美國325 號篩,99.9%通過美國200 號篩,95.5%通過美國400號篩。
    2.2.8 多磷酸氨
    飼料級多磷酸氨(10-40-0,表示含有10%氮,40%磷,0%鉀)是液體飼料最普遍使用的磷的來源。液體飼料用的另一種液體形式的磷是磷酸。磷酸是相當強的一種酸, 腐蝕性很強,貯存和搬運時要有特殊的安全措施。配方中有碳酸鈣的情況下,會發生酸堿反應, 很快產生CO2 而大量起泡(見下面“起泡控制”)。
    2.2.9 微量礦物元素
    制造液體飼料采用特制的微量元素。干飼料用的普通微量元素只要顆粒足夠細(指不溶于水的化合物),也可以用于液體飼料,制品的穩定性相當好。 
    2.2.10 維生素
    液體飼料用的維生素都是供應商特制的。對普通維生素在液體飼料中的穩定性尚未作過研究。
    2.2.11 植物膠
    懸膠的或乳膠的液體飼料都用植物膠作穩定劑,因為植物膠有高度親水性,很少量植物膠就能顯著提高制品的黏度,有效地穩定液體飼料的懸膠狀態。食品級黃原膠(Xanthan Gum)一直是最常用的,在液體飼料中的添加量在0.05%~0.15%。其他的植物膠也用于液體飼料,筆者對一種工業級植物膠進行過實驗室研究,結果表明,以同樣添加量比較,飼料級植物膠制成的液體飼料在多數情況下都符合穩定性要求。 
    2.2.12 黏土
    液體飼料普遍使用Attapulgite 黏土。黏土的功能性可能不如植物膠那么好。經過一個月的存放后,可以清楚地看到液體飼料上層出現分離,如果黏土是事先用水分散的,加水的數量應當從配方中相應減去。黏土的添加量在3%~5%范圍(以事先分散的形式)。將黏土與很少量的植物膠(常量的1/3)合并使用,可以達到與單一常量植物膠制成的產品同樣的穩定水平(Xiong,1993b)。
    2.2.13 卵磷脂
    來自大豆油精煉的大豆卵磷脂是液體飼料常用的原料。飼料工業和食品工業通常都使用有一定HLB 尺度的再加工卵磷脂,其功能性遠優于粗磷脂,可適應不同制品的需要。由于液體飼料屬于水包油系統,應選用HLB 尺度較高的卵磷脂。卵磷脂在液體飼料中的比率為脂肪的1%左右,可以與脂肪事先混合。 

    3 制造液體飼料的設備
    與干飼料相比,制造液體飼料的設備比較簡單,每噸飼料的投資和勞力費用也較低。但有一點很重要:液體原料和最終產品的所有加工、運輸、貯存設備都必須是耐腐蝕的。下面介紹制造液體飼料的常用設備。 
    3.1 液體原料貯存罐
    有兩種基本類型的罐,即平底罐和錐底罐。對常有分層、分凝、聚集現象的原料,如脂肪,錐底罐較好,容易清理得多。
    3.2 干料倉 
    盡管干料經常用包裝袋或其他容器搬運,但為了更好地存放、搬運,可能仍然需要有干料倉。
    3.3 攪拌罐
    攪拌罐是關鍵設備。攪拌罐的產量通常是20t,與美國搬運制成品的罐車匹配。用得最多的是有一個螺旋槳的變速攪拌機。攪拌時形成渦漩面,干料或脂肪(事先與卵磷脂混合)添加其中形成懸膠或乳膠。完成一個周期,即從原料喂入(進入攪拌罐)到成品出廠(從攪拌罐到罐車),通常要1.5~2h。攪拌罐具備對泵入罐內的液體原料隨時稱重的功能,從這層意義上說,配料和攪拌兩個工序合二為一。
    勻漿器(Homogenizers),在食品工業和其他工業部門普遍使用,可以生產更加穩定的懸膠和乳膠,但因價格較高,在液體飼料方面可能近期不會采用。
    3.4 泵和管道
    泵和管道用于液體原料和成品的搬運和回流。管道的粗細要適當,這對提高作業效率很重要。
    3.5 干料喂入器
    便于控制的干料喂入器或噴粉器,可將細粉碎的石灰之類的干料準確而恒定地噴到攪拌罐中液體渦面的邊緣內,制成懸膠液體產品。 

    4 液體飼料的制造工藝 
    4.1 配料
    液體飼料的配料,不僅要平衡養分以保證營養價值,還要十分關注最終成品的物理化學穩定性,配方中的各種原料對此影響很大。因此,深入了解每種原料的特性以及原料之間的相互作用,是正確配料的基礎。 
    4.2 原料添加順序
    制造液體飼料另一個關鍵是攪拌時按正確順序添加原料。原料添加順序對成品質量和加工過程影響很大,提供配方的同時應清楚寫明原料添加順序。 
    4.3 控制起泡 
    在加工過程和最終成品中都可能發生起泡現象。起泡是由生物因素或化學因素造成的。 
    4.3.1 發酵造成的起泡
    玉米浸泡水有很多產生乳酸的細菌,甘蔗糖蜜有時也會發酵。發酵產生的氣體(大部分是CO2)形成氣泡,被困在液相中,特別在穩定的乳化系統中會這樣。5%鹽或0.4% DMX-7(Delst Inc.公司供應的一種丙酸鹽類型的霉菌抑制劑)可有效地鈍化生物活性,制止起泡。生產條件下用過2.5%鹽加0.2% DMX-7(Xiong 1993c)。 
    4.3.2 酸堿反應造成的起泡
    含玉米浸泡水的鈣懸膠液體飼料在制成后或發貨中經常起泡。這是酸(主要是乳酸) 在與碳酸鈣(石粉)發生反應,產生CO2形成氣泡。將玉米浸泡水氨化是停止這種起泡的最有效辦法。用氨處理玉米浸泡水的一個好處是使液體的黏度劇增,從而提高制品的懸膠穩定性。這個現象可以這樣解釋,即原來的玉米浸泡水pH 接近蛋白質等電點(pH4~4.5),這時蛋白質在膠體中最不穩定,氨化使pH 遠離蛋白質等電點,從而使黏度加大。實驗室滴定表明,在玉米浸泡水中加入1.5%~2.0%氨(NH3)足以中和酸而停止起泡。在一個液體飼料廠進行的試驗中,將無水氨直接加入攪拌罐,結果很成功,在攪拌罐上口收集的空氣的最高氨濃度(8~10mg/kg)遠低于美國環境保護局(EPA)規定的安全高限(35mg/kg)。考慮到在卸貨時進行玉米浸泡水氨化可能更方便,作者進行了玉米浸泡水直接氨化的實驗室研究,結果進一步證實,1.5%~2.0%的氨足以中和玉米浸泡水,中和后在5 周觀察中未見生霉跡象(Xiong,1993c)。 
    如果化學反應不能停止,唯一的辦法是讓反應進行直到完成,讓CO2在攪拌初期釋放到空氣中。例如,在加入其他原料之前,讓磷酸二氫鈣或磷酸(如果必須用其中之一作為磷源)與石粉發生反應,所產生的CO2全部釋放。 
    4.3.3 液體尿素質量低劣造成的起泡
    這一問題在添加的液體尿素pH 為9.7 時出現,這樣的高pH 下會連續產氨。當時制定的原料添加順序是先加水和膠,然后加液體尿素,這樣氨就留在氣泡里面,被膠/液相包圍。簡單地改變原料添加順序即可解決這種起泡問題,即先將液體尿素與糖蜜和/或玉米浸泡水混合,氣體氨被糖蜜/玉米浸泡水中的酸中和而變成銨鹽(Xiong,1993c)。
    4.4 液體飼料系統添加過瘤胃蛋白
    Nebraska 大學反芻動物營養組進行過幾個試驗,證明了將非蛋白氮與過瘤胃蛋白(如血粉和羽毛粉)恰當地合并使用的好處。但該試驗的液體飼料制成后即立刻使用了,沒有讓它形成穩定的懸膠制品。形成穩定懸膠的問題之一是過瘤胃蛋白的顆粒較大。筆者通過勻漿作業成功地制成一種羽毛粉懸膠制品(Xiong,1997),其中問題之一是勻漿增加的費用是否合算。考慮到所需要的過瘤胃蛋白可能超過一定數量液體飼料系統的懸浮能力,將過瘤胃蛋白與全混合日糧中的其他干料一起外涂LFS 可能是個比較容易的解決辦法。另外,在LFS 中加入保護蛋氨酸或其他限制氨基酸或許是可行的(Moore和Harris,1999)。
    對于蛋雞日糧,液體飼料也不能添加石粉,因為石粉的添加量太大,懸膠需要的非常細的石
粉顆粒還可能對蛋殼強度起不良作用。 

    5 液體飼料的穩定性
    液體飼料的穩定性問題有兩個基本方面,即化學-生物學穩定性和物理或位置穩定性。
    藥品和維生素的化學和營養穩定性一直是制造商和用戶主要關心的問題。用于液體飼料的所有動物藥品都須提交FDA 審批。用于液體飼料的大多數維生素是特制的,以保證其穩定性。筆者研究過來自兩個供應商的VA 和VE 在兩種典型液體飼料中的化學穩定性(Xiong,1995)。將維生素E 和A/D/E 添加到8 種液體飼料制品(處理)中,30℃下存放56d,在0、14、28、42和56d 取樣測定VA 和VE。結果列入表2。回歸分析表明,8 個處理中只有2 個有斜率差異。處理1的VA顯示有105 IU/d 的“增加”(P=0.066), 根據基礎化學這沒有意義。處理7 的VE 下降0.55 IU (P=0.051)。從這項研究的實驗室結果得出的平均標準誤和CV%,對VA 分別是3 307IU 和3.79%;對VE 分別是13.86 IU 和6.78%。按這樣的分析誤差,上述統計分析顯示的日變化應當可以忽略。因此可以作結論,兩個供應商的VA 和VE,在典型的液體飼料制品中經30℃存放56 d,化學上是穩定的(存放期間沒有變化)。

表2 液體補充飼料中的維生素在30℃存放不同時間的穩定性    IU/kg

處理

                                存放時間/d

0

14

28

42

56

                                         VA

1

85300

83800

85300

87500

90800

2

90600

90200

86400

88400

88400

3

87600

87800

83400

91700

82300

4

91500

89100

84700

90600

81100

                                         VE

5

211

197

216

191

210

6

206

229

185

195

203

7

232

207

203

188

195

8

194

221

205

199

210

    關于位置穩定性,在食品科學和制藥工業中有多種方法測定和表示懸膠和乳膠穩定性;但在液體飼料方面,懸膠和乳膠的位置穩定性往往用相當簡單的方法測定。舉例說,液體飼料經過一段時間存放后(例如2 或3 個月),測定液體飼料上層部分和下層的鈣濃度(對懸膠制品)或脂肪濃度(對乳膠制品)。

 

 
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