廈門易仕特儀器有限公司專業(yè)水分測定儀制造商
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文章綜述了顆粒飼料水分含量和活度的檢測方法及對飼料品質(zhì)的影響，研究了保持顆粒飼料水分含量和活度在適宜水平的方法。
關(guān)鍵詞：水分含量；水分活度；顆粒飼料
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(jì)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(biāo)準(zhǔn)，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(shí)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(xiàng)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(jì)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(jìn)行準(zhǔn)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(fèi)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(zhǔn)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zui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(biāo) GB/T 6435-1986（ 簡稱國標(biāo)法86 版）和GB/T6435-2006（簡稱國標(biāo)法06版）均采用常壓干燥法；如果樣品在高溫加熱時(shí)易分解 則需要使用真空干燥法，利用較低溫度在減壓下進(jìn)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(shí)間短，效率高，但一般與國標(biāo)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(biāo)法86版（r=0.998 2）和國標(biāo)法06 版（r=0.999 2）有極顯著相關(guān)（P<0.01）； 國標(biāo)法對快速法的回歸方程分別為y（國標(biāo)法86 版）=1.009 3x（快速法）-0.399 8（R2=0.995 5）， y（國標(biāo) 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(jī)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(fèi)休法
卡爾·費(fèi)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(diǎn)較多，因而檢測技術(shù)不嫻熟會導(dǎo)致檢測的準(zhǔn) 確性和性出現(xiàn)誤差。食品中水分含量測定國標(biāo)法（GB 5009.3-2010）中規(guī)定卡爾·費(fèi)休容量法適用于水分含 量>1.0×10-3 g · 100 g-1的樣品，而水分含量>1.0×10-5 g · 100 g-1的樣品水分含量測定需用卡爾· 費(fèi)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(shí)間、干燥器放置時(shí)間等）都會對zui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。
Aw（水分活度）=P/P0=ERH/100
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(shí)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(jì)法、附敏感器的濕動儀法、水分活度測定儀法、擴(kuò)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(jià)食品品質(zhì)和指導(dǎo)實(shí)際食品生 產(chǎn)的重要指標(biāo)，但在飼料行業(yè)中，還一直沿用水分含量作為評價(jià)指標(biāo)，這種方法多數(shù)時(shí)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(jìn)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(biāo)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(gè)重要來源，同時(shí)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(jī)理是因?yàn)榉敲复俸肿儺a(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(dá)等認(rèn)為，一般水分含量高時(shí)，水分活度也相對較高，可以抑制脂肪自動氧化的進(jìn)行[ 5 ]。然而水活 度<0.2時(shí)，氧化反應(yīng)會加速進(jìn)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(shí)，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(shí)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?yàn)殡逆溨?alpha;-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(yán)格控制的重要指標(biāo)。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(biāo)準(zhǔn)以下，可保持較長時(shí)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(tuán)，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(gè)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(shí)才顯示出水解淀 粉的活力；而當(dāng)水分活度達(dá)0.97時(shí)，木聚糖酶活力zui高[ 9 ]。當(dāng)飼料原料中帶有結(jié)晶水時(shí)，在干燥失重檢測中這部分水分一般不能釋出，當(dāng)添加在酸或有 機(jī)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(jī)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(shí) 物料顆粒表面水分的增加會促進(jìn)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*相同，微生物生長、代謝及產(chǎn)生毒素所需要的zui適水分 活度也不相同。對于水分活度，細(xì)菌zui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(shí)，細(xì)菌zui易生長；水分活度在0.88時(shí)，酵母zui 易生長；而水分活度為0.80時(shí)，霉菌zui易生長。水分活度值降低可以使微生物生長速度減緩，進(jìn)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 zui低水活度值見附表。
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(shí)間、壓模規(guī)格、冷卻風(fēng)量及冷卻時(shí)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(shí)，在濕潤的狀態(tài)下，高溫長時(shí)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(qiáng) 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(jī)堵塞。但是在使用的飼料原料水分含量較低時(shí)，適時(shí)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(shí)間
增加物料在調(diào)質(zhì)器內(nèi)的停留時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)。
4.1.3 選擇合適的冷卻風(fēng)量和時(shí)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)。顆粒飼料一定要在冷卻機(jī) 中保持一定時(shí)間，否則無法達(dá)到深度冷卻，如果冷卻時(shí)間得不到保證，可能是冷卻器和制粒機(jī)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(jī)產(chǎn)能的主要因素，同時(shí)也影響顆粒飼料產(chǎn)品的水分。孔徑大的壓模，其顆粒直徑較大，冷風(fēng)不容易穿透顆粒，冷卻時(shí)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(shí)，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(shí)，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(dá)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(shí)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(bǔ)生產(chǎn)過程中的損耗。
李建文等試驗(yàn)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(dá)到一定程度時(shí)，添加水分子乳化劑的飼料水分活度大幅降低 [15]。另有報(bào)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(gè)試驗(yàn)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(jī)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(qiáng)指出，飼料水分控制的基本模型是要重視混合機(jī)粉料的初始水分和確定蒸汽處理 后的目標(biāo)溫度，并控制好成品水分；當(dāng)粉料初始水分<13%，可以添加部分水分；成品水分<13%，否則會存在發(fā)霉的危險(xiǎn)[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(biāo)準(zhǔn)水分還高于配合飼料的標(biāo)準(zhǔn)水分，適當(dāng)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(shí)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(shí)，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(jī)理入手，嘗試發(fā)現(xiàn)、計(jì)算和控制飼料的平衡含水率或水活 度、計(jì)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(dāng)含水量和水活度提供可操作模型。
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