Одним із завдань для виробників вітамінів, преміксів та комбікормів є розробка методів підвищення стабільності вітамінів в різних умовах переробки та зберігання. В процесі виробництва преміксів та комбікормів вітаміни зазнають істотного, здебільшого руйнівного, впливу фізичних та хімічних факторів. Так, до складу преміксів вводять у великих концентраціях компоненти, які є взаємонесумісними, а технологічні прийоми виробництва комбікормів, спрямовані на підвищення перетравності вуглеводів та зниження негативної дії некрохмалистих полісахаридів (грануляція, екструзія, експандування) є руйнівними для таких нестійких компонентів як вітаміни.
Сукупність факторів, що впливають на стабільність вітамінів у преміксі та комбікормах умовно можна розділити на фізичні, фізико-хімічні, хімічні та технологічні. До фізичних та фізико-хімічних факторів відносять: тепло, тиск, вологість, тертя між часточками, світло, рН, фізико-хімічні властивості вітамінів, солей та інших сполук макро і мікроелементів, електростатичні характеристики компонентів та наповнювача. До хімічних – реакції окислення та відновлення окремих вітамінів внаслідок взаємодії з солями мікроелементів та продуктами окислення жирів, руйнування вітамінів в процесі фотолізу, взаємодія вітамінів за принципом антагонізму. Склад преміксів, форми препаратів вітамінів та солей мікроелементів, характеристики наповнювача: вологість, розмір часток, однорідність змішування, особливості виробництва преміксів та комбікормів в умовах конкретного підприємства, умови та термін зберігання є технологічними факторами, які обумовлюють стабільність вітамінів.
Зміна активності вітамінів в процесі виробництва і зберігання преміксів та комбікормів є складним процесом, обумовленим сукупною дією перерахованих вище груп факторів. Руйнівна дія тих чи інших чинників щодо активності вітамінів залежить від того в яких процесах використовуються вітаміни. Так в процесі виробництва комбікормів вітаміни зазнають дії тепла, тиску та вологи під час грануляції, екструзії або експандування, а в процесі виробництва преміксів має місце взаємодія з високоагресивними інгредієнтами (холіном-хлоридом, органічними кислотами, солями мікроелементів), які знаходяться в преміксах у високих концентраціях. В подальшому як у преміксах так і в комбікормах на стабільність вітамінів впливають умови та тривалість зберігання.
Всі втрати вітамінів пов’язують з процесами виробництва та зберігання як комбікормів так і преміксів.
Серед усіх процесів при виробництві комбікормів до найбільших втрат вітамінів призводять грануляція, екструзія, експандування та кондиціонування. Під час грануляції і кондиціонування зниження активності вітамінів відбувається під дією високої температури, тиску, вологості і тертя. Тепло і волога прискорюють більшість реакцій окислення та відновлення. Режими кондиціонування (підготовки до грануляції та експандування) визначають тривалість окисно-відновних процесів у кормі. З усіх перелічених процесів екструдування є найбільш агресивним по відношенню до вітамінів, так як останні зазнають одночасної дії високих температур 100-150°С, тиску (2,5-3 МПа) та вологості (15-18 %). Як наслідок, втрати окремих вітамінів можуть сягати 50-70 % від початкової активності.
Найбільш чутливими до руйнівної дії високих температур є вітаміни К3 і С. Так активність вітаміну К3 у формі менадіон натрію бісульфіту MSB і аскорбінової кислоти після грануляції при температурі 81-85 °С складають, за даними Huyghebaert (1991), 59 і 50 % відповідно. Залишкові активності згаданих вітамінів після екструзії при температурі 116-120°С склали 34 та 31 % для вітамінів К (MSB) і С відповідно.
З цієї причини в практиці виробництва комбікормів менадіон натрію бісульфіту MSB і аскорбінова кислота використовуються для виробництва розсипних комбікормів, а для кормів, що піддаються термічній обробці застосовують більш стабільні форми вітаміну К менадіон піриміндіол бісульфіт МРВ і менадіон нікотинамід бісульфіт МNВ та фосфат аскорбінової кислоти.
Значних втрат активності (35-40 %) при грануляції зазнають вітамін А в формі олійного розчину ретинолу ацетату та Е в формі токоферолу. Ці ж втрати після екструдування складають 40-55 % для згаданих форм вітамінів А і Е відповідно. Однак, дані вітаміни у вказаних вище формах практично не використовуються для виробництва преміксів та комбікормів, оскільки є вразливими не лише до підвищеної температури й вологості, а й зазнають значно більшого руйнування під дією кисню середовища та реакцій із солями мікроелементів, що пов’язано з хімічною будовою цих вітамінів ‑ наявністю подвійних зав’язків і вільних гідроксильних груп, що легко вступають в реакції з окисниками (кисень, іони металів та ін.).
Проблему стабільності вітамінів А і Е вирішують шляхом етерифікації спиртів ретинолу і токоферолу з органічними кислотами, найуживанішими з яких є оцтова і пальмітинова. Отримані ефіри ретинол ацетат, ретинол пальмітат і токоферол ацетат характеризуються підвищеною стабільністю порівняно з чистими сполуками. Однак ефіри ретинолу містять п’ять подвійних зв’язків, вразливих до окислення і тому для його стабілізації ретинол ацетат розміщують з додаванням антиоксиданту у мікрокапсулах, утворених внаслідок реакції желатину і цукрів, що знижує їх розчинність. Подібну технологію застосовують і для стабілізації вітаміну D3, який в нативній формі легко руйнується під дією світла, УФ променів, кисню та продуктів перекисного окислення ліпідів. Руйнівний вплив високої температури на активність вітамінів в процесах виробництва комбікормів посилює висока вологість суміші. Так вітамін В1 в сухому стані здатен витримувати температуру 100 °С протягом кількох годин, підвищення вологи суттєво прискорює його руйнування. Тому вітамін В1 краще зберігається в сухих кормах ніж в вологих мішанках. Стабільність даного вітаміну знаходиться в оберненій залежності від розчинності його форм. Так тіамін гідрохлорид, розчинність якого складає 100 мг/100 мл є менш стійким до дії руйнівних факторів (температура, окисники, волога, лужна рН) ніж тіамін мононітрат розчинність якого в 10 разів менша.
На стабільність вітамінів у преміксі впливають: склад преміксу, концентрація, характеристики наповнювача (вологість, рН, здатність до пилоутворення і накопичення статичної електрики), режим зберігання (температура, вологість), фізико-хімічні властивості солей та інших сполук мікроелементів, розмір часток і ступінь однорідності змішування.
Втрати активності вітамінів у вітаміно-мінеральних преміксах переважною мірою обумовлені реакціями окислення та відновлення між вітамінами та солями мікроелементів. Ступінь такої взаємодії залежить від виду, окисно-відновного потенціалу та типу хімічних сполук мікроелементів. Мідь, цинк і залізо є більш агресивними по відношенню до вітамінів ніж марганець і селен, а сульфати металів п’яти та семиводні, хоча і характеризуються вищою біологічною доступністю для тварин, окислюють вітаміни в більшій мірі ніж одноводні сульфати, карбонати та оксиди металів. Це пояснюється здатністю тієї чи іншої сполуки металу дисоціювати на кислотний залишок та іони металу, останні і являються окисниками вітамінів. Найбільш вразливими до такої взаємодії є вітаміни А, С, рибофлавін, пантотенова кислота, піридоксину гідрохлорид і фолієва кислота. Ситуація погіршується в разі наявності в солях мікроелементів металевих ошурків та надмірною вологістю понад 10 %, що призводить до збільшення швидкості окисно-відновних реакцій, активізації життєдіяльності мікроорганізмів, погіршення фізичних властивостей преміксу: зниженню сипучості, прояву злежування.
Серед усіх сполук мікроелементів найменшою руйнівною дією по відношенню до вітамінів характеризуються хелати мікроелементів. Це пов’язано з їх низькою каталітичною активністю, що запобігає окисленню і подальшому руйнуванню вітамінів під дією вільних іонів металів. Так, згідно даних Gerald C. Shurson, та ін. використання органічних сполук мікроелементів з амінокислотами достовірно (P<0.05) знизило втрати активності ретинолу, менадіону, ціанкобаламіну, тіаміну, фолієвої кислоти, піридоксину і холіну на 40-50 % протягом 120 днів зберігання. За даними цих авторів збереження активності у випадку використання хелатів мікроелементів співставне з ефектом роздільного зберігання вітамінного, мінерального преміксів і холіну-хлориду.
Збереження активності вітамінів, особливо групи В, в значній мірі залежить від рівня рН. Так вітаміни В1 і В6 більш стабільні в умовах кислої реакції середовища, тоді як пантотенова і фолієва кислоти – слаболужної. Наявність кислотних компонентів (нікотинова, аскорбінова кислоти) сприяє зниженню активності останніх.
Не менш важливим фактором є взаємодія вітамінів між собою, особливо антагоністична. Так тіаміну гідрохлорид окислюється під дією рибофлавіну з утворенням тіохрому і хлорофлавіну, які випадають в осад. Взаємодія тіаміну і рибофлавіну суттєво посилюється під дією нікотинаміду. Останній здатний посилювати фотоліз рибовфлавіну. Також встановлено, що фолієва кислота руйнується під дією тіаміну.
Фактором посилюючим окисно-відновні процеси у преміксі є тертя між складниками, що призводить до руйнування захисного покриття деяких вітамінів (наприклад А і D3) і зменшує розмір їх часток, як наслідок, збільшується площа контакту вітамінів з солями мікроелементів, вологою, тощо.
Особливої уваги застосовують процеси хімічного руйнування вітамінів під дією світла, або так званий фотоліз. Найбільш чутливими до дії світла є ретинол (вітамін А) та рибофлавін (вітамін В2), які, як встановлено, руйнуються під дією ультрафіолетової складової спектру денного світла. Так, згідно даних Мichael С. Allwood, і Melanie C. J. Kearney до 90 % ретинолу руйнується під дією сонячного світла протягом 2-4 годин. В той час, як під дією джерел штучного світла такі процеси суттєво уповільнюються. Ці автори зазначають, що в жировому розчині також помітно знижується інтенсивність фотодеградації ретинолу.
Рибофлавін також здатний втрачати свою активність під дією денного світла, хоча і меншою мірою ніж ретинол. Так Chen et al зі співавторами повідомляли, що за 8 годин прямої дії сонячного світла руйнування рибофлавіну склало 47 % і цей вітамін майже не втрачав свою активність під дією флуоресцентного світла.
Склад преміксів та умови зберігання є вирішальними факторами, що визначають стабільність вітамінів в процесі зберігання преміксу. Так втрати вітамінів є значно меншими за умови окремого зберігання вітамінного, мінерального преміксу і холіну-хлориду, у порівнянні з введенням цих складників в одну суміш. Під час зберігання преміксів під дією тепла відбувається вивільнення кристалізаційної води з молекул сульфатів металів (семи та п’ятиводних), що призводить до підвищення вологості преміксів, яка прискорює окисно-відновну взаємодію вітамінів і солей мікроелементів. Цьому також сприяє підвищена (понад 10 %) вологість преміксу. При підвищенні вологості суміші понад 13 % тривалість зберігання преміксу не повинна перевищувати 1,5 місяця.
Руйнівний вплив підвищеної вологості посилюється у преміксах зі значним вмістом холіну-хлориду, який через власну гігроскопічність сприяє накопиченню вологи. Згідно даних Gabrijela Tavčar-Kalcher, Anton Vengušt, які вивчали стабільність вітамінів А, Е і К3 протягом 12 місяців зберігання, активність останніх у преміксі без холіну-хлориду наприкінці одного року зберігання склала 53, 59 і 80 % відповідно. В той час, як в преміксі з додаванням холіну-хлориду аналогічні показники склали 39, 50 і 9 % від початкової кількості вітамінів А, Е і К3 відповідно.
До основних заходів, що спрямовані на підвищення стабільності вітамінів у комбікормах та преміксах відносять: напилення на гранули або екструдат, роздільне використання вітамінів і мінералів для приготування корму або використання менш концентрованих преміксів, зменшення тривалості періоду від виробництва преміксу до його використання в комбікормах, зниження температури грануляції і часу кондиціонування, якнайшвидше згодовування комбікормів після виробництва, синтез стабільних похідних вітамінів, покриття захисними оболонками, додавання антиоксидантів та інших стабілізаторів.
Одним із шляхів зниження втрат вітамінів при виробництві комбікормів є їх напилення на кінцевий продукт. Незалежно від способу здійснення цієї операції, найпоширенішим з яких є розпилення, ряду недоліків уникнути неможливо: в розчинах важче усунути взаємодію вітамінів ніж в сухих продуктах, препарати вітамінів знаходяться в розчинах (емульсіях) в незахищеній формі, вітаміни наносяться лише на поверхню гранул, Розпиленням на гарячі гранули можна лише збільшити втрати вітамінів замість проникнення їх в товщу часток корму. До недоліків цього прийому також можна віднести низьку однорідність розподілу вітамінів в масі корму (коефіцієнт варіації складає 15-40 %) та значні втрати активності за 2-6 тижнів зберігання.
Окреме використання сумішей вітамінів, мікроелементів та холіну суттєво знижує втрати активності вітамінів за рахунок уникнення руйнівного впливу надмірної вологи, адсорбованої холіном-хлоридом та реакцій з солями мікроелементів, що прискорюються з підвищенням вологи. Суттєвим недоліком цього прийому є низька однорідність розподілу вітамінів в масі комбікорму чи БМВД, що обумовлено технічними характеристиками змішувача. З огляду на це, згаданий прийом доречно використовувати для виробництва преміксів та білково-мінерально-вітамінних добавок (БМВД) з низьким 5-10 % рівнем введення.
Не менш ефективним, стосовно збереження активності вітамінів, є використання преміксів зі зниженою концентрацією вітамінів і мікроелементів 0,5-1 % для виробництва комбікормів. Частка наповнювача в таких продуктах складає 70-90 %, що суттєво знижує окислення вітамінів солями мікроелементів та взаємодію між вітамінами за принципом антагонізму. При цьому досягається рівномірний розподіл вітамінів і мікроелементів у масі комбікорму та суттєво знижуються втрати вітамінів в результаті взаємодії з іншими вітамінами та солями мікроелементів. Ефективність даного прийому суттєво підвищується за умови роздільного включення до комбікормів вітамінно-мінерального преміксу та холіну-хлориду.
Процеси виробництва вітамінів базуються на врахуванні як фізико-хімічних властивостей їх препаратів так і впливу процесів виробництва та зберігання комбікормів і преміксів. Кристалічні форми вітамінів є простими та дешевими у виробництві, однак і найменш стабільними, хоча деякі сполуки вітамінів, наприклад тіамін мононітрат і піридоксину гідрохлорид, добре зберігають свою активність і в згаданій формі.
Для вітамінів, що характеризуються високою стабільністю в розчинах (Е і В4), застосовують адсорбцію на носії як органічної (висівки, подрібнені кукурудзяні качани, тощо) так і неорганічної природи (переважно силікати) з метою зниження надлишкової вологості кінцевого продукту. Покриття етилцелюлозою використовують для аскорбінової кислоти переважно в фармакопеї для таблетування. Для кормових вітамінів дана операція зменшує контакт з іншими складниками преміксу, підвищує зчеплення складників між собою і дещо підвищує термостабільність вітаміну С. Недоліком цього є зниження сипучості суміші.
Захист жировими оболонками є одним із способів для підвищення стабільності вітаміну С. Однак, під дією високих температур (грануляція, екструзія,) жирова оболонка руйнується і вітамін стає знову вразливий до окислення і термічного руйнування. Такий спосіб захисту є доречним для використання в годівлі ВРХ.
Розпилювальне висушування (Spray drying) – процес поширений у фармацевтичній індустрії, який полегшує таблетування деяких вітамінів і є дуже витратним. Емульсія вітаміну розпилюється в сушарці баштового типу і висушується холодним повітрям. Зазвичай до складу такої емульсії включають крохмаль для покращення склеювання часточок в процесі таблетування. Продуктом, що виробляється за такою технологією є вітамін Е 50 % (SD). Недоліками цих продуктів є висока гігроскопічність, спікання і утворення грудочок. Низька сипучість ускладнює отримання однорідної суміші при виробництві преміксів. Однак грануляція суміші, що розпилюється без крохмалю з утворенням часток більшого розміру, усуває недоліки пов’язані з низькою сипучістю і накопичення статичної електрики для таких вітамінів як рибофлавін і фолієва кислота.
Нарешті процеси, що характеризуються застиганням розпилювальної суміші, що тримали назву Cross-linking і є найбільш витратними застосовуються для самих нестабільних вітамінів A і D. В цих процесах емульсія, до складу якої входять желатин і цукри розпилюється в сушильній башті і повільно висушується холодним повітрям з використанням крохмалю і сполук кремнію.
Підсумовуючи наведене, ефективність преміксу слід розглядати не лише як сумарну дію його компонентів, а й потрібно враховувати властивості та взаємодію одних біологічно-активних речовин з іншими в процесах виробництва і зберігання комбікормів та преміксів.
Організація процесу виробництва преміксів PROVITANна найсучаснішому заводі NOVACORE забезпечує максимально можливу стабільність вітамінів у преміксах на всіх етапах від розробки рецептури з підбором компонентів до безпосередньо виробництва готового продукту. Це досягається шляхом застосування сучасних стабільних та захищених форм вітамінів відомих світових виробників, препаратів мікроелементів від рекомендованих нашими європейськими партнерами постачальників та виробників, ретельного контролю якості вхідної сировини та готової продукції, забезпечення правильних умов зберігання. Всі процеси на заводі є сертифікованими за стандартами GMP+, ISO 9001, ISO 9001 та OHSAS 18001.Детальніша інформація на сайті www.novacore.com.ua.
Контактна інформація:
ТОВ «Інбел»
Комерційний директор
Ковтун Констянтин
+38(050)320-60-36
kkm@novacore.biz
Маркетинг-менеджер
Оліхвер Каріна
+38(050)518-85-29
karina.olihver@novacore.biz