38 (056) 790-87-89
Callback

05.06.14

КОРМА И ФАКТЫ, АПРЕЛЬ 2014: "СТАБИЛЬНОСТЬ ВИТАМИНОВ В ПРЕМИКСАХ И КОМБИКОРМАХ"

Одной из задач для производителей витаминов, премиксов и комбикормов является разработка методов повышения стабильности витаминов в различных условиях переработки и хранения. В процессе производства премиксов и комбикормов витамины испытывают существенное, в основном разрушительное, влияния физических и химических факторов.

М.М. Машковский, консультант по кормлению с.-х. животных завода по производству премиксов  NOVACORE (ООО «Инбел»)

Н. В. Галинская, специалист по технологии производства премиксов завода NOVACORE (ООО «Инбел»)

СТАБИЛЬНОСТЬ ВИТАМИНОВ в премиксах и комбикормах

Одной из задач для производителей витаминов, премиксов и комбикормов является разработка методов повышения стабильности витаминов в различных условиях переработки и хранения. В процессе производства премиксов и комбикормов витамины испытывают существенное, в основном разрушительное, влияния физических и химических факторов. Так, в состав премиксов вводят в больших концентрациях компоненты, которые являются взаимо несовместимыми, а технологические приемы производства комбикормов, направленные на повышение переваримости углеводов и снижение негативного воздействия некрахмалистых полисахаридов (грануляция, экструзия, экспандировании) являются разрушительными для таких неустойчивых компонентов как витамины.

Совокупность факторов, влияющих на стабильность витаминов в премиксах и комбикормах условно можно разделить на физические, физико-химические, химические и технологические. К физическим и физико-химическим факторам относят: тепло, давление, влажность, трение между частицами, свет, рН, физико-химические свойства витаминов, солей и других соединений макро и микроэлементов, электростатические характеристики компонентов и наполнителя. К химическим - реакциям окисления и восстановления отдельных витаминов в результате взаимодействия с солями микроэлементов и продуктами окисления жиров, разрушение витаминов в процессе фотолиза, взаимодействие витаминов по принципу антагонизма. Состав премиксов, формы препаратов витаминов и солей микроэлементов, характеристики наполнителя: влажность, размер частиц, однородность смешивания, особенности производства премиксов и комбикормов в условиях конкретного предприятия, условия и сроки хранения являются технологическими факторами, которые обусловливают стабильность витаминов.

Изменение активности витаминов в процессе производства и хранения премиксов и комбикормов является сложным процессом, обусловленным совокупным действием вышеперечисленных групп факторов. Разрушительное действие тех или иных факторов на активности витаминов зависит от того в каких процессах используются витамины. Так в процессе производства комбикормов витамины подвергаются действию тепла, давления и влаги во время грануляции, экструзии или экспандировании, а в процессе производства премиксов имеет место взаимодействие с высокоагрессивными ингредиентами (холином - хлоридом, органическими кислотами, солями микроэлементов), которые находятся в премиксах в высоких концентрациях. В дальнейшем, как в премиксах, так и в комбикормах на стабильность витаминов влияют условия и длительность хранения.

Все потери витаминов связывают с процессами производства и хранения комбикормов и премиксов.

Всех процессов при производстве комбикормов к наибольшим потерям витаминов приводят грануляция, экструзия, экспандирование и кондиционирование. При грануляции и кондиционировании снижение активности витаминов происходит под действием высокой температуры, давления, влажности и трения. Тепло и влага ускоряют большинство реакций окисления и восстановления. Режимы кондиционирования (подготовки к грануляции и экспандировании) определяют продолжительность окислительно - восстановительных процессов в корме. Из всех перечисленных процессов, экструдирование наиболее агрессивное по отношению к витаминам, так как последние подвержены одновременным  действия высоких температур 100-150 ° С, давления (2,5-3 МПа ) и влажности (15-18 %). Как следствие, потери отдельных витаминов могут достигать 50-70 % от начальной активности.

Наиболее чувствительными к разрушительному действию высоких температур являются витамины К3 и С. Так активность витамина К3 в форме менадион натрия бисульфита MSB и аскорбиновой кислоты после грануляции при температуре 81-85 °С составляют, по данным Huyghebaert (1991), 59 и 50% соответственно. Остаточные активности упомянутых витаминов после экструзии при температуре 116-120 °С составили 34 и 31% для витаминов К (MSB) и С соответственно.

По этой причине в практике производства комбикормов менадион натрия бисульфита (MSB) и аскорбиновая кислота используются для производства рассыпных комбикормов, а для кормов, подвергающихся термической обработке применяют более стабильные формы витамина К, менадион пириминдиол бисульфит (МРВ) и менадион никотинамид бисульфит (МNВ) и фосфат аскорбиновой кислоты.

Значительные потери активности (35-40%) при грануляции подвергаются витамин А в форме масляного раствора ретинола ацетата и Е в форме токоферола. Эти же потери после экструдирования составляют 40-55 % для упомянутых форм витаминов А и Е соответственно. Однако, данные витамины в указанных выше формах практически не используются для производства премиксов и комбикормов, поскольку уязвимы не только к повышенной температуре и влажности, но и подвержены значительно большему разрушению под действием кислородной среды и реакций с солями микроэлементов, что связано с химическим строением этих витаминов наличием двойных завязок и свободных гидроксильных групп, легко вступают в реакции с окислителями кислород, ионы металлов и др.).

Проблему стабильности витаминов А и Е решают путем этерификации спиртов ретинола и токоферола с органическими кислотами, употребляемыми из которых является уксусная и пальмитиновая. Полученные эфиры ретинол ацетат, ретинол пальмитат и токоферол ацетат характеризуются повышенной стабильностью по сравнению с чистыми соединениями. Однако эфиры ретинола содержат пять двойных связей, уязвимых к окислению и поэтому для его стабилизации ретинол ацетат размещают с добавлением антиоксиданта в микрокапсулах, образованных в результате реакции желатина и сахаров, снижая их растворимость. Подобную технологию применяют и для стабилизации витамина D3, который в нативной форме легко разрушается под действием света, УФ лучей, кислорода и продуктов перекисного окисления липидов. Разрушительное воздействие высокой температуры на активность витаминов в процессах производства комбикормов усиливает высокая влажность смеси. Так витамин В1 в сухом состоянии способен выдерживать температуру 100°С в течение нескольких часов, повышение влаги существенно ускоряет его разрушение. Поэтому витамин В1 лучше сохраняется в сухих кормах чем во влажных мешанках. Стабильность данного витамина находится в обратной зависимости от растворимости его форм. Так тиамин гидрохлорид, растворимость которого составляет 100 мг/100 мл менее устойчивый к действию разрушительных факторов (температура, окислители, влага, щелочная рН) чем тиамин мононитрат, растворимость которого в 10 раз меньше.

На стабильность витаминов в премиксах влияют: состав премикса, концентрация, характеристики наполнителя (влажность, рН, способность к пылеобразованию и накоплению статического электричества), режим хранения (температура, влажность), физико - химические свойства солей и других соединений микроэлементов, размер частиц и степень однородности смешивания.

Потери активности витаминов в витаминно -минеральных премиксах, преимущественно, обусловлены реакциями окисления и восстановления между витаминами и солями микроэлементов. Степень такого взаимодействия зависит от вида, окислительно - восстановительного потенциала и типа химических соединений микроэлементов. Медь, цинк и железо являются более агрессивными по отношению к витаминам чем марганец и селен, а сульфаты металлов пяти и семиводный, хотя и характеризуются высокой биологической доступностью для животных, окисляют витамины в большей степени, чем одноводные сульфаты, карбонаты и оксиды металлов. Это объясняется способностью того или иного соединения металла диссоциировать на кислотный остаток и ионы металла, последние и являются окислителями витаминов. Наиболее уязвимыми к такому взаимодействию есть витамины А, С, рибофлавин, пантотеновая кислота, пиридоксина гидрохлорид и фолиевая кислота. Ситуация усугубляется в случае наличия в солях микроэлементов металлических опилок и избыточной влажностью более 10 % , что приводит к увеличению скорости окислительно - восстановительных реакций, активизации жизнедеятельности микроорганизмов, ухудшение физических свойств премикса: снижению сыпучести, проявлению слёживания.

Среди всех соединений микроэлементов наименьшим разрушительным действием, по отношению к витаминам, характеризуются хелаты микроэлементов. Это связано с их низкой каталитической активностью, предотвращей окисление и дальнейшее разрушение витаминов под действием свободных ионов металлов. Так, согласно данным Gerald C. Shurson , и др. использование органических соединений микроэлементов с аминокислотами достоверно ( P < 0.05) снизило потери активности ретинола, менадиона, цианкобаламина, тиамина, фолиевой кислоты, пиридоксина и холина на 40-50% в течение 120 дней хранения. По данным этих авторов сохранение активности в случае использования хелатов микроэлементов сопоставимо с эффектом раздельного хранения витаминного, минерального премиксов и холина - хлорида.

Сохранение активности витаминов, особенно группы В, в значительной степени зависит от уровня рН. Так витамины В1 и В6 более стабильны в условиях кислой реакции среды, тогда как пантотеновая и фолиевая кислоты - слабощелочной. Наличие кислотных компонентов (никотиновая, аскорбиновая кислоты) способствует снижению активности последних.

Не менее важным фактором является взаимодействие витаминов между собой, особенно антагонистическое. Так тиамина гидрохлорид окисляется под действием рибофлавина с образованием тиохром и хлорофлавина, которые выпадают в осадок. Взаимодействие тиамина и рибофлавина существенно усиливается под действием никотинамида. Последний способен усиливать фотолиз рибовфлавина. Также установлено, что фолиевая кислота разрушается под действием тиамина.

Фактором усиливающим окислительно - восстановительные процессы в премиксы, является трение между частями, что приводит к разрушению защитного покрытия некоторых витаминов (например А и D3) и уменьшает размер их частиц, как следствие, увеличивается площадь контакта витаминов с солями микроэлементов, влагой и т.д.

Особого внимания заслуживают процессы химического разрушения витаминов под действием света, или так называемый фотолиз. Наиболее чувствительными к действию света является ретинол (витамин А) и рибофлавин (витамин В2), которые, как установлено, разрушаются под действием ультрафиолетовой составляющей спектра дневного света. Так, согласно данным Мichael С. Allwood, и Melanie CJ Kearney до 90 % ретинола разрушается под действием солнечного света в течение 2-4 часов. В то время, как под действием источников искусственного света такие процессы существенно замедляются. Эти авторы отмечают, что в жировом растворе также заметно снижается интенсивность фотодеградации ретинола.

Рибофлавин также способен терять свою активность под действием дневного света, хотя и в меньшей степени чем ретинол. Так Chen et al с соавторами сообщали, что за 8 часов прямого действия солнечного света разрушение рибофлавина составило  47%, и этот же витамин почти не терял свою активность под действием флуоресцентного света.

Состав премиксов и условия хранения являются решающими факторами, определяющими стабильность витаминов в процессе хранения премикса. Так потери витаминов значительно меньше при условии отдельного хранения витаминного, минерального премикса и холина - хлорида, по сравнению с введением этих составляющих в одну смесь. При хранении премиксов под действием тепла происходит высвобождение кристаллизационной воды из молекул сульфатов металлов  (семи и пятиводних), что приводит к повышению влажности премиксов, которое ускоряет окислительно - восстановительное взаимодействие витаминов и солей микроэлементов. Этому также способствует повышенная (более 10 %) влажность премикса. При повышении влажности смеси более 13%, срок хранения премикса не должен превышать 1,5 месяца.

Разрушительное воздействие повышенной влажности усиливается в премиксах со значительным содержанием холина - хлорида, который по собственной гигроскопичности способствует накоплению влаги. Согласно данным Gabrijela Tav?ar - Kalcher, Anton Vengušt, которые изучали стабильность витаминов А, Е и К3 в течение 12 месяцев хранения, активность последних в премиксах без холина - хлорида конце первого года хранения составила 53, 59 и 80% соответственно. В то время, как в премиксах с добавлением холина - хлорида аналогичные показатели составили 39, 50 и 9% от исходного количества витаминов А, Е и К3 соответственно.

К основным мероприятиям, которые направлены на повышение стабильности витаминов в комбикормах и премиксах относят: напыление на гранулы или экструдат, раздельное использование витаминов и минералов для приготовления корма или использование менее концентрированных премиксов, уменьшение продолжительности периода от производства премикса к его использованию в комбикормах, снижение температуры грануляции и времени кондиционирования, быстрое скармливания комбикормов после производства, синтез стабильных производных витамино , покрытие защитными оболочками, добавление антиоксидантов и других стабилизаторов.

Одним из путей снижения потерь витаминов при производстве комбикормов является их напыление на конечный продукт. Независимо от способа осуществления этой операции, самым распространенным из которых является распыление, ряда недостатков избежать невозможно: в растворах труднее устранить взаимодействие витаминов чем в сухих продуктах, препараты витаминов находятся в растворах (эмульсиях) в незащищенной форме, витамины наносятся только на поверхность гранул. Распылением на горячие гранулы можно только увеличить потери витаминов вместо проникновения в толщу частиц корма. К недостаткам этого приема можно отнести низкую однородность распределения витаминов в массе корма (коэффициент вариации составляет 15-40%) и значительные потери активности за 2-6 недель хранения.

Отдельное использование смесей витаминов, микроэлементов и холина существенно снижает потери активности витаминов за счет избежания разрушительного воздействия избыточной влаги, адсорбированной холином - хлоридом и реакций с солями микроэлементов, ускоряются с повышением влаги. Существенным недостатком этого приема является низкая однородность распределения витаминов в массе комбикорма или БМВД, что обусловлено техническими характеристиками смесителя. Учитывая это, упомянутый прием уместно использовать для производства премиксов и белково - минерально - витаминных добавок (БМВД) с низким 5-10% уровнем ввода.

Не менее эффективным в отношении сохранения активности витаминов, является использование премиксов с пониженной концентрацией витаминов и микроэлементов 0,5-1 % для производства комбикормов. Доля наполнителя в таких продуктах составляет 70-90%, что существенно снижает окисление витаминов солями микроэлементов и взаимодействие между витаминами по принципу антагонизма. При этом достигается равномерное распределение витаминов и микроэлементов в массе комбикорма и существенно снижаются потери витаминов в результате взаимодействия с другими витаминами и солями микроэлементов. Эффективность данного приема существенно повышается при условии раздельного включения в комбикорма витаминно - минерального премикса и холина - хлорида.

Процессы производства витаминов базируются на учете как физико - химических свойств их препаратов так и влияния процессов производства и хранения комбикормов и премиксов. Кристаллические формы витаминов являются простыми и дешевыми в производстве, однако и менее стабильными, хотя некоторые соединения витаминов, например тиамин мононитрат и пиридоксина гидрохлорид, хорошо сохраняют свою активность и в упомянутой форме.

Для витаминов, характеризующихся высокой стабильностью в растворах (Е и В4), применяют адсорбцию на носителе как органической (отруби, измельченные кукурузные початки и т.д.) так и неорганической природы (преимущественно силикаты) с целью снижения избыточной влажности конечного продукта. Покрытие этилцеллюлозы используют для аскорбиновой кислоты преимущественно в фармакопеи для таблетирования. Для кормовых витаминов данная операция уменьшает контакт с другими частями премикса, повышает сцепление частиц между собой и несколько повышает термостабильность витамина С. Недостатком этого является снижение сыпучести смеси.

Защита жировыми оболочками является одним из способов для повышения стабильности витамина С. Однако, под действием высоких температур (грануляция, экструзия,) жировая оболочка разрушается и витамин становится снова уязвим к окислению и термическому разрушению. Такой способ защиты уместно для использования в кормлении КРС.

Распылительное высушивание (Spray drying) - процесс распространенный в фармацевтической индустрии, облегчающий таблетирование некоторых витаминов и являющееся очень затратным. Эмульсия витамина распыляется в сушилке башенного типа и высушивается холодным воздухом. Обычно в состав такой эмульсии включают крахмал для улучшения склеивания частиц в процессе таблетирования. Продуктом, производимым по такой технологии является витамин Е 50% (SD). Недостатками этих продуктов является высокая гигроскопичность, спекание и образование комочков. Низкая сыпучесть затрудняет получение однородной смеси при производстве премиксов. Однако грануляции смеси, распыляется без крахмала с образованием частиц большего размера, устраняет недостатки связаные с низкой сыпучестью и накопления статического электричества для таких витаминов как рибофлавин и фолиевая кислота.

Наконец процессы, характеризующиеся застыванием распылительной смеси, называющиеся Cross- linking и являющиеся наиболее затратными, применяются для самых нестабильных витаминов A и D. В этих процессах эмульсия, в состав которой входят желатин и сахар распыляется в сушильной башне и медленно высушивается холодным воздухом с использованием крахмала и соединений кремния.

Подведя итоги, эффективность премикса следует рассматривать не только как суммарное действие его компонентов, но и нужно учитывать свойства и взаимодействие одних биологически активных веществ с другими в процессах производства и хранения комбикормов и премиксов.

Организация процесса производства премиксов PROVITAN на современном заводе NOVACORE обеспечивает максимально возможную стабильность витаминов в премиксах на всех этапах от разработки рецептуры с подбором компонентов к непосредственно производству готового продукта. Это достигается путем применения современных стабильных и защищенных форм витаминов известных мировых производителей, препаратов микроэлементов от рекомендованных нашими европейскими партнерами, поставщиков и производителей, тщательного контроля качества входящего сырья и готовой продукции, обеспечение правильных условий хранения. Все процессы на заводе являются сертифицированными по стандартам GMP +, ISO 9001, ISO 9001 и OHSAS 18001.

Более подробную информацию можно получить по ссылке www.novacore.com.ua

 

Используемая литература.

1.            Головня Е. Сохранность витаминов группы «В» в составе витаминно-минеральных комплексов // Комбикорма. - 2001.   №5. - С 79-80.

2.            Єгоров Б. В., Шаповаленко О. І., Макаринська А. В. Технологія виробництва преміксів. Підручник. - Київ.: Центр учбової літератури, 2007. - 288 с.

3.            Gabrijela Tav?ar-Kalcher, Anton Vengušt. Stability of vitamins in premixes // Animal Feed Science and Technology.  2007.   Vol. 132 (1). - P 148-154.

4.            Gerald C. Shurson, et al. Effect of metal specific amino acid complexes and inorganic trace minerals on vitamin stability in premixes // Animal Feed Science and Technology.- 2011. - Vol. 163 (2). - P 200-206.

5.            Lee Russell McDowell. Vitamins in Animal and Human Nutrition. - Second Edition. Ames: Iowa State Iowa State University Press, 2000. - 793 р.

6.            M. Sk?ivan, et al. The stability of vitamin C and other vitamins in the diets of breeding hens// Animal Feed Science and Technology.- 2012. - Vol. 177 (3). - P 253-258.

7.            Michael c. Allwood, Melanie c. J. Kearney. Compatibility and Stability of Additives in Parenteral Nutrition Admixtures // Nutrition.- 1998. - Vol. 14, №9. - P 697-706/

8.            Michael Coelho. Vitamin Stability in Premixes and Feeds A Practical Approach in Ruminant Diets // 13th Annual Florida Ruminant Nutrition Symposium: Proceedings of the 13th Annual Florida Ruminant Nutrition Symposium. January 10-11of 2002.- Best Western, Gainesville: Department of Animal Sciences University of Florida

.