不同品种乳清粉的饲料加工特性差异分析

■岳 岩 杨 洁 陈 啸 孔丹丹 吕 芳 方 鹏 王红英

（中国农业大学工学院，北京 100083）

乳清粉是由液态乳清经过净化、杀菌、浓缩、喷雾干燥、包装等工序生产出来的。而液态乳清是奶酪、酪蛋白或乳制品凝结后从凝乳中分离出来的一种液态乳产品。所以乳清粉是制造干酪或奶酪的副产物。近年来，我国的养猪业不断壮大，乳清粉已经成为幼畜尤其是仔猪料中不可缺少的原料之一。但由于国情和人们的生活习惯不同，乳清粉的产量主要集中在欧美地区[1]，国人对奶酪干酪的需求较少，因此国内生产乳清粉的厂家较少，国内饲料生产企业使用的乳清粉还是以进口为主。

乳清粉的组织状态呈松散的粉末，为乳白色或淡黄色，乳清粉的颜色和加工程序关系较大。一般认为褐色乳清粉是在加工过程中伴随有过度加热并伴有美拉德反应发生，研究表明，褐色乳清粉对仔猪的作用效果较差会导致仔猪采食量降低[2]。由于是属于乳制品的，闻起来有天然的乳香味，咀嚼起来有香甜的味道，可以促进仔猪的食欲，提高采食量。院东等利用泌乳后期的奶牛做试验发现，甜味剂对奶牛的体重和健康状况有较好的改善趋势[3]。乳清粉的主要营养成分是乳糖、乳蛋白和矿物质，其独特的营养成分非常适宜于生产幼畜饲料。乳糖是双糖，可以为仔猪提供能量，哺乳仔猪胃底腺不发达，在生理上缺乏产生足够胃酸的能力，乳糖可以被肠道内的乳酸微生物利用导致发酵产生乳酸和乙酸，降低肠道pH值，抑制有害微生物的繁殖，并加强消化道的蠕动，防止下痢[4]。乳清粉中还含有丰富的矿物质包括少量的镁、磷、钾、钙等。这些矿物质以矿物质-蛋白质复合物的形式存在，更加容易被消化吸收，有很高的生物可利用率[5]。很多科研人员通过饲养试验证明了乳清粉具有很高的饲用价值。很多科研人员通过调整仔猪日粮的结构对饲养后的仔猪进行试验，得出结论证明乳清粉中的优质蛋白可以减小腹泻率，显著降低抗营养因子和抗原物质的含量，有助于肠道消化道健康[6-10]。

研究表明，仔猪开口料（6.2 kg仔猪）用20%乳清粉时日增重最大[11]；早期隔离断奶仔猪（2.2～5 kg仔猪）饲粮中乳清粉的用量通常是15%～30%；过渡饲粮（5～7 kg仔猪）乳清粉的用量通常是10%～20%。但在实际的饲料加工过程中，乳清粉原料受理化特性的影响营养特性的优势并不能完全显现出来，目前国内饲料加工过程中乳清粉添加量一般在5%～10%左右，这是由于乳清粉含量过高会导致制粒性能变差。这也是对乳清粉加工特性进行研究的重要意义。营养特性会对乳清粉在配方中的应用产生影响。而饲料原料的物理特性包括摩擦特性等参数的大小可以作为衡量物料在设备中流动情况的指标，可以反映不同粉体颗粒间结合的过程及效果，从而对饲料加工质量和加工效率产生影响，对物理特性的研究可以指导饲料加工过程中存储、粉碎、制粒等多个工段的工艺参数。乳清粉的热特性参数主要包括热导率、比热等，是饲料加工过程中调质、制粒及冷却等存在热传递过程进行传热计算的重要参数，对这些参数的测定可以为饲料加工中调制器、冷却器的参数设计及加工工艺参数的优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料

乳清粉样品的采集通过与国内主要饲料生产厂商联系，由其原料供应部门提供。共采集来自全国17个饲料企业共21个乳清粉样品。21个乳清粉样品分别来自美国、法国、荷兰等不同国家。采集样品后，进行检查是否变质并分别装袋储存，以备试验需要。

1.2 试验仪器与方法

1.2.1 乳清粉营养成分测定

试验仪器：近红外分析仪（Infraxact Lab）。

试验方法：样品采集与分样按照GB5491的规定进行,整理样品并清除杂质。仪器经预热及自检模式后，取适量乳清粉样品（体积不少于样品容积杯二分之一），用近红外分析仪进行测定，记录测定数据，每个样品测定两次。第1次测定后的测定样品应与原待测样品混匀后，再次取样进行第2次测定。

1.2.2 乳清粉水分测定

试验仪器：电热恒温鼓风干燥箱(PHG-9240A)；高速万能粉碎机(FW100)；电子天平(0.01 g)(PL2002)。

试验方法：参照烘箱法[12]进行测定（GB6435-86）。

1.2.3 乳清粉容重测定

试验仪器：GHCS-1000型谷物容重器：郑州中谷科技有限公司。

试验方法：参照容重器法[13]进行测定（GB 1353-2009）。

1.2.4 乳清粉休止角测定

休止角指物料堆积层的自由斜面与水平面所形成的最大角，又称堆积角。散粒体物料的休止角越小，说明摩擦力越小，流动性越好。本试验按照国家标准GB/T 5262—1985中规定的注入法原理，采用自主研发的休止角测定装置进行测量。

试验仪器：基于Kansas State University推荐方法所制作的休止角测定装置，如图1所示。

试验方法：Kansas State University推荐方法：将乳清粉缓慢添加至空间狭长的长方形容器内形成截面接近三角形的堆积体，待堆积体形状稳定后停止添加，然后在截面的轮廓线上找到斜率最大的点，以该点为切点做直线与轮廓线相切，此切线与水平线的夹角即为物料的休止角。

图1 休止角测定装置

1.2.5 乳清粉摩擦系数测定

滑动摩擦角是衡量散粒体物料散落性能的重要指标，表示每个物料颗粒与斜面材料间的摩擦特性，与物流含水率、粒径、颗粒外壳特性、接触材料表面特性有关。

试验仪器：基于斜面仪法[14]自主研制的测定摩擦角的斜面仪装置[15]，如图2所示；电子天平（0.01 g）（PL2002）。

试验方法：将乳清粉平铺在斜面仪的平板上，形成薄薄的一层，缓慢转动手动摇杆，逐渐增加平板的倾斜度。当物料开始下滑或者有下滑的趋势时，停止转动，记录平板的倾斜角度α，即为物料的滑动摩擦角，其正切值即物料的摩擦系数。

图2 斜面仪装置

1.2.6 乳清粉热导率和导温系数（热特性参数）测定

试验仪器：KD2 Pro热特性分析仪：美国，Decagon公司。

试验方法：将被测的乳清粉样品置于直径25 mm,高35 mm的小烧杯内，装满后压实。并用封口膜和保鲜膜将烧杯口密封。将长30 mm、直径1.28 mm、间距6 mm的SH-1探针垂直插入样品中，加热丝提供一定的热量，热电偶不断测量温度的变化。经过2 min后，读取仪器显示屏上的热导率与导温系数数值。每个样品至少进行3次试验，取3次试验平均值作为最终结果。

1.2.7 乳清粉比热（热特性参数）测定

试验仪器：DSC-60型差式扫描热量仪：日本，岛津公司。

试验方法：将两个空白坩埚在25℃保持5 min，并以10℃/min的速度升温到130℃，在此温度条件下保持10 min获得基线；放入标准物蓝宝石样品，在同样的条件下获得标准样品曲线；在同样的条件下测定乳清粉样品的DSC曲线，乳清粉样品取样量为8～10 mg。每个样品至少进行2次试验，取2次试验平均值作为最终结果。

1.3 数据处理

所有试验数据使用Microsoft Excel 2013进行整理分析，并使用JMP10.0.0进行统计分析及差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 乳清粉主要营养成分分析(见表1)

由表1数据可以看出，乳糖为乳清粉的主要成分，占54.85%～72.89%，其余营养成分主要包括粗蛋白（含量在2%～13%）、粗脂肪（含量均值为0.55%）、灰分（含量均值为8.22%），而水分含量均值为2.05%，范围为0.62%～3.54%。乳清粉依据蛋白含量不同分为低蛋白乳清粉、中蛋白乳清粉、高蛋白乳清粉3种。从变异程度方面分析可以发现，低蛋白的乳糖成分属于弱变异，灰分属于中等变异，其余营养成分均属于强变异。中蛋白乳清粉除乳糖外其余营养成分全部属于强变异，最高变异系数为水分达到59.59%。高蛋白乳清粉中粗蛋白含量属于弱变异，乳糖含量属于中等变异，其余营养成分均属于强变异。乳清粉样品全部来自国外不同企业，说明企业生产的乳清粉样品的各个营养成分差异比较明显，这可能是由于各个生产企业的奶酪干酪生产工艺、干燥工艺不同导致的。

根据NY/T 1563-2007饲料级乳清粉的标准，乳糖含量≥61.0%、粗蛋白含量≥2.0%、粗脂肪含量≤1.5%、水分含量≤5.0%、灰分含量≤8.0%，与本文所测数据相比较，其中水分和粗蛋白含量均在标准范围内，灰分含量有部分低蛋白和高蛋白乳清粉样品偏高，乳糖含量有部分高蛋白乳清粉偏低，粗脂肪含量有部分中蛋白乳清粉样品偏高。

2.2 乳清粉物理特性分析(见表2)

表1 不同品种乳清粉营养成分分析（%，干基）

表2 不同品种乳清粉物理特性分析

由表2数据可以看出，低蛋白乳清粉样品的休止角、摩擦系数、容重的均值分别是33.81°、0.79、777.61 g/l，中蛋白乳清粉样品的休止角、摩擦系数、容重的均值分别是37.67°、0.92、676.78 g/l，高蛋白乳清粉样品的休止角、摩擦系数、容重的均值分别是33.90°、0.91、709.33 g/l。乳清粉的休止角和容重指标都处于弱变异水平，而乳清粉的摩擦系数变异程度较不稳定，低蛋白样品处于中等变异水平，中蛋白样品处于20%～30%的强变异水平，高蛋白样品处于弱变异水平。说明不同国家不同企业生产的乳清粉样品的休止角和容重并无太大差异，而种类对摩擦特性存在较为显著的影响。

2.3 乳清粉热特性分析

农业物料的热特性参数主要包括比热、热导率、导温系数、对流换热系数等，在饲料加工中是调质、制粒、冷却等热传递过程中进行传热计算的重要参数。比热是食品及农产品热特性的重要工程参数之一，指单位质量物质温度每升高（或降低）1 K所增加（或减少）的能量，由式（1）表示：

式中：C——比热[J/(g·K)]；

Q——热量(J)；

m——质量(kg)；

△t——温差(K)。

本文对不同品种乳清粉样品的比热、热导率进行了测定，测定及分析结果见表3、表4。

根据表3数据可知，所有乳清粉样品的比热值均随着温度的升高而增大，低蛋白乳清粉从1.909 1 J/(g·K)(室温25 ℃)最终达到了4.256 5 J/(g·K)(100 ℃)，中蛋白乳清粉从1.711 9 J/(g·K)（室温25℃）最终达到了4.112 8 J/(g·K)(100 ℃)，高蛋白乳清粉从2.150 9 J/(g·K)(室温25 ℃)最终达到了3.967 3 J/(g·K)(100 ℃)。由表3还可以看出，蛋白含量对比热数据的影响相当不显著。在每种蛋白含量水平下，每个温度点水平的比热值变异系数基本都处在中等偏弱程度。

根据表4数据可知，低蛋白乳清粉样品的导热率变异系数处于弱变异水平，中蛋白和高蛋白乳清粉样品处于15%～35%的强变异水平。

表3 不同品种乳清粉比热特性分析

表4 不同品种乳清粉导热率分析

3 结论

①不同国家、不同企业生产的乳清粉营养成分、物理特性、热特性均存在不同程度的差异。其中，乳清粉的营养成分指标和热特性指标差异较物理特性要明显。

②通过分析乳清粉样品的主要营养成分可以发现，来自不同国家不同企业的乳清粉样品除乳糖营养成分为弱变异，其它营养成分均达到了强变异程度，其中低蛋白乳清粉的粗脂肪成分变异程度达到了101.17%。不同企业乳清粉生产加工工序不同，干燥工艺不同对干酪奶酪的品质要求不同，导致乳清粉作为奶酪干酪的副产品其营养成分出现了较大差异。

③乳清粉样品物理特性指标显示，乳清粉滑动摩擦系数、休止角以及容重的变异系数均处于不太强的程度，可能是因为乳清粉粒度细小而且较为均匀一致，导致物理特性差异不大。

④乳清粉的热特性指标显示，样品比热值随着温度的上升而增加，比热值的变异程度基本处于中等变异水平，说明各个温度水平下比热差异不大。低蛋白乳清粉样品的导热率变异系数处于弱变异水平，中蛋白和高蛋白乳清粉样品处于15%～35%的强变异水平。

本文对不同国家不同企业生产的乳清粉样品的营养成分、物理特性及热特性进行了测定和分析，分析了不同厂家对各指标的影响程度。本文数据及结论可对其作为饲料原料在配方中发挥相应作用，饲料加工过程如粉碎、调质、制粒、冷却的加工工艺参数优化，以及颗粒饲料成型特性的预测和产品质量的改善提供理论依据。