Физико-механические свойства премиксов

15.09.2015

Ввод премиксов в корма для животных и птицы имеет большой эффект, хотя количества добавляемых биологически активных веществ (БАВ) в корма очень невелики. Поэтому решающим условием при производстве премиксов является равномерное распределение всех микродобавок в смеси. Кроме того, качество премиксов зависит от физических и химических свойств применяемого сырья, совместимости различных микрокомпонентов, входящих в их состав, а также стабильности при хранении в каждом конкретном случае.
Ниже рассмотрим наиболее изученные физические и химические свойства компонентов премиксов.
Биологическая пригодность является главным требованием при использовании новых веществ или новых их форм. Например, витамин А часто может иметь хорошую химическую стабильность, но быть биологически непригодными для животных, особенно, если он защищен оболочкой из различного типа парафинов. У многих лекарственных веществ имеется определенная грань между терапевтическими и токсическими свойствами в зависимости от количества. Увеличение или уменьшение доз ввода добавок (даже на первый взгляд безвредных, как витаминов, аминокислот и др.) приводит к замедлению роста, нарушению обменных процессов в организме животных. Поэтому при промышленном производстве премиксов следует строго соблюдать дозировки компонентов.
Современная наука располагает данными о том, что некоторые синтетические формы БАВ менее активны, чем природные, в частности применительно к препаратам каротина, витамина E и др. Причиной такого эффекта является изоляция БАВ в синтетических препаратах от тех факторов, которые сопутствуют им в натуральных источниках. В связи с этим целесообразно использование, например, витаминов, аминокислот в виде кормовых форм микробиологического синтеза.
Размеры частиц, их форма, однородность и удельный вес относятся к важным факторам, обеспечивающим равномерное распределение компонентов в смеси. Лучшие результаты получают в том случае, когда размер частиц и удельный вес БАВ и наполнителя совпадают. Согласно данным зарубежных фирм, в 1 г витаминов, стабилизированных по отдельности или в виде поливитаминных комплексов (ровимикс A5 E или AD3; дохифрал-экстра 325, 500) содержится не менее 100-150 тыс. гранул диаметром ~ 0,1-0,5 мм, удельный вес этих препаратов составляет 0,6 г/мл. Шероховатая поверхность частиц сводит до минимума расслоение в кормовых смесях при последующей обработке и транспортировании. При этом следует учитывать, что размеры частиц БАВ определяются нормой ввода препаратов в премиксы, концентрацией активного начала и др.
Удовлетворительные результаты дает смешивание компонентов, имеющих удельный вес от 0,4 до 1,2 г/см3. При этом предпочтительным для получения качественной смеси является удельный вес их в пределах 0,5-0,6 г/см3.
Текучесть, сыпучесть являются важными свойствами БАВ при производстве премиксов. Компоненты не должны при истечении образовывать своды или комки. Последние явления свойственны витамину B2 и пантотенату кальция, поставляемыми фармацевтической промышленностью. В практике для лучшего истечения в БАВ добавляют в количестве 5% специальные структурообразователи (антиагломеранты), из которых получили распространение силикагель, аэросил, тальк, силикаты кальция и фосфора, стеараты щелочноземельных металлов. Наибольшие количества их способствуют лучшему скольжению и облегчению процесса гомогенизации.
Применение же этих веществ в больших объемах, например, для придания сыпучих форм холинхлориду и коламинфосфату (хлориду), когда содержание структурообразователя аэросила-300 составляет 35% и больше от веса полученного продукта, приводит к резкому понижению эффективности использования животными этих БАВ. Такое действие антиагломерантов (в данном случае уже сорбентов) основано на силах молекулярного взаимодействия их с жидкими препаратами БАВ, в результате чего последние прочно адсорбируются на поверхности этих соединений и не усваиваются в пищеварительном тракте животных.
В связи с этим целесообразно жидкие компоненты премиксов, в частности холинхлорид, вводить в помощью существующего оборудования по линии ввода жидких добавок.
Электростатичность. При выборе сырья для производства премиксов необходимо учитывать и тот факт, что некоторые БАВ (обычно это порошкообразные вещества, плохо или хорошо растворимые в воде) образуют электростатический заряд и могут прилипать к поверхности тары и оборудования, сделанных из электронепроводящих материалов (фибра, бумага, пластмасса, дерево и др.). Известно, что электростатический заряд БАВ можно снимать добавлением поверхностно-активных веществ.
Понижение концентрации электростатических зарядов на частицах компонентов в премиксе ведет к уменьшению сегрегации, обусловленной электростатическими факторами; причем необходимо учитывать, что она может возрастать в процессе смешивания. При влажном смешивании электростатические свойства смесей почти не проявляются.
Наполнитель. В производстве высококачественных стабильных премиксов важное значение имеет наполнитель, который должен отвечать следующим требованиям:
- обладать способностью препятствовать явлениям самосортирования при транспортировании премикса;
- иметь влажность не более 10%, что позволит понизить химическое взаимодействие органических веществ и микроэлементов. Излишняя влага может разрушать также желатиновые оболочки жирорастворимых витаминов;
- содержать достаточное количество жиров, способствующих снижению пылеобразования;
- обладать совместимостью с компонентами премикса и не нарушать баланса питательных веществ в комбикормах;
- быть устойчивым к поражению плесенями и насекомыми;
- иметь удельный вес в пределах 400,5-640,7 кг/см3;
- иметь нейтральный pH;
- частицы наполнителя должны иметь свойства, способствующие образованию гомогенной смеси, т.е. быть сыпучими, негигроскопичными и не образовывать электростатических зарядов на электронепроводящих материалах оборудования.
С учетом изложенных требований и факторов наиболее пригодны в качестве наполнителя продукты, обладающие нейтральными и защитными свойствами по отношению к БАВ. К ним можно отнести: из нейтральных наполнителей — зерновые продукты (пшеничные и рисовые отруби, пшеничную муку крупного помола, кукурузную, ячменную муку, сухую спиртовую барду), дрожжи кормовые, шроты, сухой обрат, сухое молоко, сухие субстраты ферментации, муку травяную, костную и др.; из защитных, содержащих природные антиокислители (токоферолы, фосфатиды, галлаты), - зародыши пшеницы, муку овсяную, неотжатые масличные семена и др. He рекомендуется использование таких наполнителей, как рыбная и мясо-костная мука, сухая сыворотка, и других продуктов, в основном животного происхождения, которые способствуют разрушению БАВ. Как правило, смесь Нескольких наполнителей является лучшей средой для компонентов премикса.
По данным ВНИИКП, из исследуемых продуктов (измельченные горох, кукуруза, пшеница, мучка просяная, дрожжи кормовые, отруби пшеничные, жмых и шрот подсолнечный, мел кормовой) рекомендуется использовать в качестве наполнителей шрот подсолнечный, отруби пшеничные, дрожжи кормовые, измельченную пшеницу, спиртовую барду.
Согласно данным зарубежных фирм, приведенным в табл. 74, рекомендуется использование в качестве наполнителей размолотых кукурузных стержней, декстрозы, соевого шрота, соевых и пшеничных отходов (отмечены одной звездочкой); можно применять кукурузный крахмал, побочные продукты рисоперерабатывающей промышленности и др. (отмечены двумя звездочками).

Степень измельчения наполнителя и форма его частиц влияют также на равномерность распределения компонентов и физические свойства всей смеси. Крупноизмельченный наполнитель приводит к нарушению гомогенности, а тонкодисперсионный - к распылению смеси в сочетании с плохой сыпучестью и тенденцией к комкованию.
Плоская форма и гладкая поверхность частиц способствуют тому, что на них не удерживаются некоторые компоненты или растворимые вещества. При этом БАВ могут удерживаться на частицах наполнителя до определенного предела. Эту границу обычно называют «емкостью» наполнителя.
Размеры частиц оптимального наполнителя по данным США приведены в табл. 75.

Рекомендуется, чтобы размеры частиц наполнителя при просеивании на указанном наборе сит образовали проход через сита в пределах, данных в таблице.
«Емкость» наполнителя определяется размером, формой и свойствами поверхности частиц, на которых удерживаются микрокомпоненты премиксов. Высокой емкостью обладают частицы с неровной поверхностью и получаемые при высоком качестве измельчения.
Эффект удержания частиц компонентов на частицах наполнителя, кроме того, обусловлен уровнем жира, который в определенных количествах должен содержаться в самом наполнителе или добавляться к нему. Жир способствует уменьшению пылеобразования. у В США была проведена проверка влияния добавления жира на удержание витамина B2 в премиксах. Результаты исследований приведены в табл. 76.
Анализ данных показывает, что способность удержания частиц витамина B2 находится в прямой зависимости от содержания жира.

Пылеобразование приводит к значительной потере БАВ в процессе изготовления премиксов и ввода в комбикорма, опасно для здоровья обслуживающего персонала и обусловлено высокой дисперсностью большинства компонентов. Применение аспирационных установок для улавливания пыли нежелательно в связи с потерей БАВ. Возврат пыли из фильтра в премикс приводит к ухудшению качества продукта вследствие поступления избыточного количества отдельных компонентов.
Из опыта производства премиксов известно, что пыление при работе оборудования может быть значительно уменьшено путем использования наполнителя, содержащего растительные или животные жиры и масла. Жир выполняет роль связующего материала между частицами компонентов, препятствует самосортированию и снижает электростатические заряды.
По данным ВНИИКП, содержание БАВ в аспирационной сети и распыляемость находятся в обратной зависимости от уровня введенного в премикс жира (табл. 77).

На основании проведенных исследований технологических свойств наполнителей с жиром установлены следующие нормы ввода жира:
- в отруби пшеничные - 4%,
- в пшеницу измельченную - 2%,
- в дрожжи кормовые - 1%.
Кроме того, кормовой животный жир повышает сохранность БАВ в премиксах ~ на 6,0-10,0% по сравнению с премиксами без жира.
При производстве премиксов жир добавляется в наполнитель и равномерно распределяется путем смешивания, затем включаются остальные компоненты.
Совместимость и стабильность. При соблюдении правил ведения технологического процесса производства и нормальных условий хранения премиксов большинство БАВ химически и физически совместимы и стабильны. К таким компонентам относятся рибофлавин, ниацин, амид никотиновой кислоты, холинхлорид и соли микроэлементов. Другие витамины ведут себя по-разному в присутствии окислителей, восстановителей, неодинаково влияет на них и среда (pH). Неустойчивыми к действию окислителей/восстановителей являются витамины А, Е, D, С, К, йод в виде йодида калия. Вместе с тем витамины B1, B2 и С несовместимы с фолиевой кислотой (Bс), витамины D и K - с холинхлоридом. Пантотенат кальция имеет высокую стабильность при pH от 6 до 8. Понижение pH приводит в разрушению его и витамина К.
Поэтому одним из путей предотвращения нежелательного взаимодействия витаминов при производстве премиксов является использование их в виде предварительной смеси с наполнителями. Ho этот прием не гарантирует сохранность БАВ. В связи с этим не случайно практика потребовала производства более устойчивых форм компонентов, какими являются, например, стабилизированные препараты витаминов А, Е, D. Последние поставляются в микрокапсулированном или микрогранулированном виде (они обычно стабилизированы в матрице из желатина и сахара с оболочкой из крахмала или в восковой, желатиновой матрице). К сожалению, отечественная промышленность таковые пока не производит.
С технологической точки зрения представляют интерес различные комплексы и производные БАВ. Так, амид никотиновой кислоты, в отличие от последней, сыпучий, некислый и поэтому успешно используется в премиксах с компонентами, чувствительными к изменению кислотности среды.
Известно, что препараты йода (йодид или йодат калия) устойчивы в смеси с бисульфатом и бикарбонатом натрия. Существует способ защиты этих веществ с помощью покрытия их поверхности стеаратом кальция; в такой форме содержится обычно около 16% йодида калия. Витамин К стабилен в виде менадиондиметилпиридинол-натрий-бисульфита или менадиол-натрий-бисульфитного комплекса.
Защищенные таким образом витамины и йод обладают повышенной устойчивостью при производстве и хранении премиксов и могут быть рекомендованы для промышленного производства. Одновременно с этим необходима разработка рецептур синтетических пленок для покрытия БАВ.
Данное положение диктуется тем, что защищенные формы компонентов представляют собой продукты, которые, с одной стороны, соответствуют требованиям технологии производства премиксов, а с другой -активное начало этих препаратов неодинаково используется различными видами животных. Например, препарат витамина А в желатиновых капсулах хорошо усваивается птицей и свиньями, а у крупным рогатым скотом - неудовлетворительно (около 30%). Это обстоятельство выдвигает требования к производству для жвачных иных форм препаратов витамина А, чем для моногастричных животных, и, вероятно, некоторых других БАВ. He исключена возможность, что лучшей биологической доступностью для жвачных будут обладать компоненты, покрытые производными целлюлозы.
При производстве премиксов наиболее выражена агрессивность у сернокислых солей микроэлементрв по сравнению с углекислыми. Так, сернокислые соли микроэлементов увеличивают влажность, кислотность, способствуют разрушению витаминов, угнетают активность ферментов и сдвигают pH в кислую сторону (табл. 78).

Концентрация премикса отражает содержание БАВ и обусловливает норму ввода премикса в комбикорма. При высокой концентрации БАВ премикс добавляют в меньших количествах, и наоборот. Следует иметь в виду, что высокая концентрация БАВ в премиксах, особенно в сложных, нежелательна с точки зрения совместимости и стабильности компонентов. При исследовании премиксов, нормы ввода которых составляли 0,1; 0,5 и 1,0% к весу комбикормов, установлено, что сохранность БАВ была выше в премиксах при добавлении их в количестве 1% по сравнению с другими изученными концентрациями.
На физические свойства премиксов значительно влияют свойства наполнителей. Как промежуточные наполнители, так и общий наполнитель должны быть совместимы. Они должны иметь одинаковый удельный вес, гигроскопичность, размеры и форму частиц, текучесть, а также не содержать пылевидных частиц. В свою очередь, премиксы должны обладать технологическими свойствами, присущими обычным компонентам комбикормов.