氯化膽堿(choline chloride),別名增蛋素,維生素B4;是飼料行業使用最為廣泛的的膽堿補充劑。其生產工藝是由三甲胺(TMA)與鹽酸(HCl)制取三甲胺鹽酸鹽(TMA•HCl),再與環氧乙烷(EO)縮合而成氯化膽堿(cc)水溶液又稱氯化膽堿水劑;氯化膽堿水劑可以直接噴灑在飼料上使用,也可以負載在植物載體或硅載體上,制成氯化膽堿植物載體型粉劑或氯化膽堿硅載體粉劑使用。
中國特有的資源優勢使得中國山東、河北等地成為全球氯化膽堿最重要的生產中心。根據相關數據分析,國產氯化膽堿占據超過50%的全球市場份額。受益于此,國內的飼料生產商可以以相對低廉的價格得到充足的氯化膽堿原料供應。近年來隨著多套新的氯化膽堿裝置的建成投產,國內氯化膽堿市場更是呈現顯著供大于求的市場格局。氯化膽堿已經成為飼料采購人最容易工作的產品之一。
氯化膽堿真的如此簡單么?
國產氯化膽堿產業在上世紀90年代末和本世紀初經歷了第一次繁榮。繁榮時期,國內某省就曾出現過近百家規模不大的生產工廠,產業無序發展直接導致了該行業的第一次無序競爭。彼時,許多工廠抓住商品檢測方法漏洞,以無機氯鹽大肆摻假,最離譜的情況是有些國外客戶收貨后經檢測發現他們購買的商品中氯化膽堿含量竟然為零。隨后有關部門針對這一市場亂局及時修訂了國家標準,以測定膽堿陽離子沉淀的雷氏鹽法取代了原有的以測定氯離子含量的銀量法,才在一定程度上剎住了這股行業歪風。一些小廠因此紛紛關門歇業,但此時國產氯化膽堿的產品和產業形象已經大受打擊。
品質是企業和產業的生命,本文將從氯化膽堿品質控制的核心因素入手,讓更多的飼料人認識膽堿,了解膽堿。
1. 究竟有多少“膽堿”
在很多飼料人的口中,氯化膽堿經常被簡稱為“膽堿”。這是一個非常智慧的簡稱,它真實的反應的買賣雙方的核心訴求--“膽堿”。
實質上,氯化膽堿不是膽堿,是膽堿陽離子(choline cation;CA+)與氯離子(Cl-)的鹽。真正的膽堿應該是膽堿陽離子(CA+)與羥基(OH)構成的有機堿,在很多植物中天然存在,但是由于吸收利用效率的問題,天然膽堿無法滿足動物生長發育需求,因此飼料行業才普遍開始使用膽堿補充劑--氯化膽堿。氯化膽堿在動物體內會轉化為膽堿,可以被視為化學合成的天然等同物使用。從使用效果上,簡單的說,1.15g氯化膽堿相當于1g膽堿。那么究竟應該如何評價(測定)膽堿的含量呢?
我們已經知道,早期采用相對簡單的測定Cl-含量,進而通過氯化膽堿分子與Cl-的對應關系去計算氯化膽堿含量。這種方法很容易受到含氯無機鹽,如飼食鹽,氯化鉀,氯化銨等的干擾,給造假者留下了空間。因此2004年頒布、實施的國標采用了直接測定膽堿陽離子CA+的雷氏鹽沉淀法。那么雷氏鹽沉淀法真的能鑒別所有“假膽堿”么?為了搞清楚這個問題,我們需要弄清楚雷氏鹽沉淀法的化學原理:
雷氏鹽,化學分子式為:NH4Cr(SCN)4(NH3)2。雷氏鹽與季氨堿(QTA+)在酸性條件下可以生成Cr(SCN)4(NH3)2-陰離子與季銨堿QTA+的鹽QTACr(SCN)4(NH3)2,這種鹽在水溶液環境中是一種穩定的沉淀。通過測定這種沉淀的準確質量,進而可以計算出季銨鹽陽離子的質量和含量。
根據以上化學原理不難理解,在雷氏鹽沉淀法含量測定試驗中,膽堿陽離子CA+“扮演”的正是季銨堿QTA+的“角色”。換而言之,如果有一種季銨鹽陽離子可以替代膽堿陽離子CA+出任雷氏鹽沉淀法的“男主角”,在膽堿含量測定中我們可以把這種取代膽堿陽離子CA+的季氨堿看做“替身”,這個“替身”也就可以冒充真膽堿“欺騙”雷氏鹽沉淀法。
最簡單的“替身”是三甲胺鹽酸鹽陽離子(THMA+)。前文提到過,三甲胺鹽酸鹽是氯化膽堿化學生產工藝中的一種中間產品,未與環氧乙烷縮合的三甲胺鹽酸鹽也是一種穩定的季銨鹽。其水溶液具有魚腥味,氯化膽堿也經常被描述為具有魚腥味(實質上,游離三甲胺殘留低于300ppm的氯化膽堿氣味非常微弱),他們看上去有那么幾分相似了。表格1是來自泰安漢威化工的試驗室檢測數據,是根據HG/T 2941-2004的國標中所述的雷氏鹽沉淀法測定的三甲胺鹽酸鹽水溶液的檢測結果。數據顯示,三甲胺鹽酸鹽是可以完美的扮演膽堿的替身,干擾雷氏鹽沉淀法測定結果。根據理論測算,每1g三甲胺鹽酸鹽在雷氏鹽沉淀法的測定中可以被方法系統識別為1.3g氯化膽堿,換而言之,55%的三甲胺鹽酸鹽就有可能被實驗室檢測成為70%的氯化膽堿。
表格1:雷氏鹽法測定三甲胺鹽酸鹽水溶液的結果
測試結果1測試結果2
54.6%三甲胺鹽酸鹽溶液69.7%70.5%
5.46%三甲胺鹽酸鹽溶液7.02%7.05%
同時還要說明的是,雷氏鹽沉淀法的操作流程較長,操作復雜,容易受到不同試驗室環境和操作人員的影響,對于定量測定材料中含量超過50%的氯化膽堿商品并不是一種穩定的檢測技術。根據漢威化工試驗室幾百例參照檢測結果,雷氏鹽沉淀法的平行測試的絕對偏差高達0.8%。而非水電位滴定法和氯離子銀量滴定法的絕對偏差都不超過0.3%。很顯然,作為試驗室的定量檢測手段,后者的穩定性、可靠性以及可操作性都更為突出。雷氏鹽沉淀法自身具備對檢測目標的放大作用,是一種比較適合低含量(飼料中氯化膽堿含量范圍在0.1%~5%)的檢測技術,美國FDA的檢測標準中就是將雷氏鹽沉淀法作為預混合飼料中膽堿含量的標準定量檢測方法。
回歸膽堿商品本身,有沒有一種檢測技術可以防范所有的假膽堿呢?答案是肯定的。新國標中提到的仲裁檢測手段--離子色譜法。離子色譜檢測技術對各種離子具備非常好的區分度,可以讓“替身”無所遁形,雖然受到檢測技術系統缺陷的影響(標準樣品的獲取和標準曲線的穩定性),這種方法作為定量檢測的穩定性和準確性與雷氏鹽法一樣的不理想。此外,在企業自建試驗室中,可以對樣品分別檢測氯離子和膽堿陽離子含量,通過比對其對應關系判斷是否有“替身”存在。如下表格2就是漢威化工試驗室利用兩種方法對樣品測試的結果,從結果我們可以推測,外部獲取的這個樣品正是用了30%左右的三甲胺鹽酸鹽取代40%的氯化膽堿的摻假產品。
表格2:雷氏鹽法和銀量法的對比
氯化膽堿60%粉劑雷氏鹽沉淀重量法銀量法
測試1測試2測試1測試2
樣品1:漢威59.6%60.3%60.0%60.1%
樣品2:外部獲取60.5%60.8%66.9%70.1%
當然,最關鍵的是飼料采購人要仔細篩選質量體系完善、負責任的供應商。
2. 三甲胺殘留為什么如此重要
三甲胺殘留是膽堿行業近年來的熱門詞匯。三甲胺是什么呢?三甲胺是氯化膽堿合成的原料;是具有濃重臭味的化工產品,游離三甲胺是氯化膽堿產品魚腥味的源頭;是被權威化學機構描述為環境不友好的物質;是許多動物健康領域的研究文獻表明,殘留超過200ppm就會對禽類健康產生危害的物質。這一連串定義告訴我們的是氯化膽堿商品中三甲胺殘留越低越好,但確實無法避免。
既然無法避免,為什么氯化膽堿行業如此糾結與這個自爆“家丑”的指標呢?首先,讓我們看看所謂的三甲胺殘留給生產企業帶來了哪些利益:三甲胺殘留意味著環氧乙烷消耗降低,生產成本降低;此外,我們都知道,對于化學生產工藝來說,主要雜質每100ppm的降低,意味著幾倍高的能源消耗與更多的生產時間。所以,三甲胺殘留控制放松一點,對于氯化膽堿生產企業來說是一種最經濟的降成本提效率的方法。之后,我們來說說高三甲胺殘留對消費者的危害:除了前文所述對動物健康的危害外,歐美對飼料添加劑氯化膽堿三甲胺殘留的標準是“小于300ppm”,其原因在于當三甲胺殘留高于300ppm時,產品將呈現較濃重的魚腥臭味,對于飼料生產人員會造成危害,對生產區環境造成影響。
漢威化工是業內首家承諾三甲胺殘留低于200ppm的氯化膽堿生產企業。我們的直觀感受是:當三甲胺殘留低于200ppm時,產品的魚腥味非常微弱。我們收獲的結果是,在我們的生產廠區甚至聞不到明顯的異味,我們的氯化膽堿高含量水溶液產品被歐美認可做為地下水處理助劑使用。但是為了這100ppm的領先國際先進水平,是一個企業從資金投入到生產工藝改進,從成本提升到嚴格生產管理的巨大付出,是一個企業從企業責任到產業責任、社會責任的認知升華。
3. 那些看不到的危害
很多飼料人都知道歐美對飼料的監管是納入食品監管體系之中的,這一做法的基本邏輯是:飼料處于食品產業鏈的前端,符合從源頭控制的風險控制理論。有的風險是很容易被發現的,比如使用“替身”的廉價產品,和散發刺鼻氣味的高三甲胺殘留的產品;有的風險卻是很微量的存在,比如重金屬殘留和真菌毒素。
重金屬殘留
微量元素是飼料行業很重要添加劑原料,飼料人都知道,含量很低的這些物質卻對動物健康發揮著至關重要的作用。同樣的,重金屬殘留也是ppm級別,但是由于重金屬在生物體內的富集作用,飼料添加劑及飼料產品中的重金屬殘留就成為深刻影響產品品質的因素之一。漢威化工在氯化膽堿行業十數年來的積淀告訴我們,原材料鹽酸的選擇是影響商品重金屬殘留的核心因素。
殘留的ppm級別的重金屬雜質在生產過程中是無法去除的,因此從源頭控制成為唯一的選擇。我國的鹽酸產業主要分為高品質的合成鹽酸和副產回收鹽酸兩種。前者是由高純度的氫氣和氯氣化學合成制造,其生產過程單一,雜質來源可控,雜質含量極低,是相對安全的產品;后者工業來源復雜,雜質種類多含量高,來源不可控,風險極高。一等價錢一等貨,顯然,合成酸的價格要遠遠高于副產酸。漢威化工十幾年來一直堅持使用明確來源的合成酸作為原料。同樣,在過去的十幾年的市場實踐中,我們的氯化膽堿商品無論是在國內外哪一個獨立實驗室的重金屬檢測中,結果一直是遠低于最嚴格的控制標準。
真菌毒素
如果說重金屬殘留我們可以通過嚴格控制原材料采購來源加以控制,那么真菌毒素真是一個讓人頭疼的話題了。植物載體型氯化膽堿粉劑使用了部分農副產品作為載體,如玉米芯等。飼料人都知道,植物在生長、儲存、使用等的許多環節都可能誘發產生真菌毒素。因此真菌毒素的污染成為膽堿行業最大的難題之一,為此中國的某些氯化膽堿廠商曾經付出過慘痛的代價。
我們無法從田間地頭開展源頭控制,我們可以從原材料入廠開始。漢威化工在建廠之初就設立了無菌實驗室,在廠內開展真菌毒素的檢測,只有通過檢測合格的植物載體才能進入漢威化工的倉庫;我們的包裝袋再厚1mm,隔絕空氣中的水分,使產品保持干燥;我們從倉庫的碼放、通風、衛生環境開始,嚴格執行高標準的倉儲管理;所有出廠商品的留樣都會定期測定真菌毒素指標。我們無法隔絕真菌毒素,但是我們會讓標準得以嚴格執行,這一切都源于漢威人的品質潔癖。