对话|王昕陟博士:动物营养中,维生素应用的误区与机遇...

文摘   三农   2024-07-09 07:30   美国  

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大家好呀~

在动物营养中,维生素是一个四两拨千斤的组合,虽然添加量实在是小得不能再小了,但其种类之繁多,功能之重要,工艺之复杂,随便提一个出来,它供应链所涉及的知识信息都会让新入行的营养师和采/购同学们抠抠脑壳。

今天,我有幸邀请到了沈阳农业大学的老师,王昕陟博士。王博士同时也是沈阳波音饲料有限公司的技术总监。借着王博士18年来研究与实践并进的丰富经验,我们一起聊了聊维生素供应链的一些误区与机遇 —— 

💡 使用维生素制剂,有哪些常见的误区?
💡 如何选择维生素制剂?
💡 饲料公司如何采购维生素?一些实用小建议
💡 未来几年,维生素制剂的研发和应用方向?
💡 使用维生素制剂时的注意事项


Enjoy~ 😊


 🎵 这里是音频 🎵

Q. 您的故事


王昕陟博士:我在城市里长大,高考之前对农业所知甚少。高考考上了沈阳农业大学,才慢慢开始了解这个专业。所以,我算是误打误撞进入咱们农牧行业的。本科毕业后,我在沈阳农大继续读了硕士,96年毕业后就一直留校任教至今(期间获得了博士学位)
2008年,我开始兼职沈阳波音饲料的饲料技术总监,由此我深入到了维生素相关的研究项目,越来越觉得维生素这个话题非常有意思!

Q. 维生素的应用现状如何?


王昕陟博士:在传统的散养环境下,畜禽可以接触到环境中的很多微量元素和维生素,因此维生素的补充并不一定是必须的。但在集约化畜牧养殖中,通过饲料补充维生素则是必须的。

最近这些年,我们可以看到饲料中维生素的添加量越来越高了,究其原因,可能有三点 —— 

1)畜禽的遗传潜力不断升级,相应地,维生素需求量也跟着水涨船高。

2)在绿色农牧业的大背景下,饲用抗生素的禁用让大家更愿意用高剂量维生素来为动物健康保驾护航。

3)维生素有些摸不着看不到,很难像能量、蛋白一样有扎实的数据。即便有第三方检测机构检测,误差也很大。因此,为了保险起见,技术人员宁愿加多一些。

维生素的应用其实非常复杂,这其中涉及了维生素存储的有效性,在肠道当中的释放、利用情况,以及维生素和其他养分之间的关系,等等。近20年来,高校、研究院中对于维生素的研究相对较少,这也造就了维生素营养的不确定性。


美国猪料中,大部分维生素添加量都比NRC的需求量要高,而且普遍要高很多
(引自Faccin et al. 2023)

扩展阅读:

🔗:对话 | 张克英教授:我做维生素营养研究的这25年

🔗猪料里维生素和微量元素的用量|来自美国猪企的统计数据

🔗:对话  |  超全面!美国的肉鸡养殖现状、日粮设计、维生素需要量、最受欢迎的”替抗“方案...都在这儿

🔗:维生素D|万能的灵丹妙药还是普普通通营养素?


Q.使用维生素制剂,有哪些常见的误区?


王昕陟博士:首先,我们一定要区分「制剂」vs.「养分」这两个概念。制剂里有养分,但由于生产制剂时,常常需要载体、乳化剂等,所以很少能做到制剂里全部都是养分。对饲料行业来说,很多B族维生素是结晶体,能做到含量98%以上,但还有很多维生素制剂(尤其是脂溶性维生素)是做不到那么高的。

举个简单的例子 —— 我们都知道补钙要添加「石粉」,但石粉里面并不是100%都是钙。维生素也是同理。缺乏维生素A会得夜盲症,可以吃动物肝脏来补充维生素A,但我们绝不会认为动物肝脏里全是维生素A。对饲料级维生素A而言,就算是最常用的50万IU/g制剂,按照质量比来算,有效养分含量也才17%

就算是B族维生素,我也常会看到有效含量计算的误区 —— 比如「维生素B1」,其有效成分是

硫胺

素」

标检测方法

(GB/T 14700-

218)

测定的则是

硝酸

素」

。硫胺素

硝酸硫胺素的一个组分从分子量的角度,硝酸硫胺素制剂含量为98.5%的情况下,硫胺素的含量 = 79.8%。但行业中我常看到有误认为含量为90-92%的现象,

这就导致技术人员认为

添加量够了,但实际上不足。

(图片均来自王昕陟博士)

另一个例子是

「叶酸」

。常见的饲料级

叶酸有两种剂型,一种是96%(干基计),还有一种是80%。

为什么有「干基计」呢?其实

是生产过程中水分的确切含量不太容易控制,因此以干基计更稳定。根据我们的检测,一般来说水分含量不低于8.5%,因此,在饲喂状态下,叶酸的含量肯定是低于96%的(一般为88-90%)。如果用96%来计算配方,就可能有所差异。

因此,即使维生素看来都是标准品了,但作为技术人员,如果对检测方法和标准理解不够深刻的话,就可能在实践中出现养分含量的计算错误。

Q. 选择维生素制剂时,要考虑哪些因素?


王昕陟博士首先,即使同一个维生素养分、但不同的维生素制剂之间,稳定性、有效性存在哪些差异

维生素K就是一个典型例子 —— 「2-甲基萘醌」是维生素K的有效成分;在生产中,我们常用的两种制剂为「甲萘醌亚硫酸钠」(MSB)和「甲萘醌亚硫酸烟酰胺」(MNB)

MSB中含有3个结晶水,容易破坏甲萘醌结构的稳定。而MNB中的烟酰胺分子团取代了MSB中的钠离子和3个结晶水,烟酰胺分子团比较大,相对来说会抵挡其他分子对甲萘醌结构的攻击性比如水)。因此,从结构稳定性来说,MNB更胜一筹

MSB和MNB在单独储存时,稳定性相差还不大。但放到复合维生素里,差距就出来了。我们做过实验,在四个月的时间跨度中,多维预混料中MSB的活性就远低于MNB了(表4: 32.5% vs 83%)。将预混料用于全价饲料,无论是以粉料还是和颗粒料的形式,饲料放置15天和30天后,MSB活性都低于MNB(表5、表6)

那么,在实际生产中,要达到同样的有效养分含量,MSB和MNB的添加量有多少差异呢?

我们以图中红圈标注的4个典型时刻作为损耗的计算依据:维生素K生产6个月后用于复合维生素的生产;复合维生素储存了1个月后用于全价料的生产;饲料生产完成后,粉料储存30天、颗粒料储存15天后饲喂给动物。

从计算的结果可以看出,对粉料而言,动物要摄入1份甲萘醌,需要4份MSB vs. 2.5份MNB。若是颗粒料,则需要7.7份MSB vs. 3份MNB,添加量差距更大。

在做这个实验时,MSB的价格是177元/kg,看似比197元/kg的MNB更便宜,但通过边际公式计算,其实使用MNB更划算。考虑到制剂最终加工成饲料后的活性差异,我们通常会推荐使用MNB


因此,大家在选择维生素制剂时,要综合考虑制剂的稳定性、有效性、在肠道的释放效率以及价格,做出最经济的判断。

同时,生产工艺和水平也是需要考量的重点。

以维生素A为例 —— 维生素A制剂一般需要「微囊化处理」,而微囊的质量、是否留有孔洞等工艺问题都会影响到维生素A的存留率以及在肠道中的释放能力。我们在肉鸡上做过一个实验,对比不同厂家的维生素A制剂,发现存留率、释放情况以及生物活性都存在一定的差距。

我们推测产生差距的原因有两点:一是生产中不可能做到100%都是具有生物活性的「全反式结构」,二是微囊化的包备工艺水平有差异

维生素A在9、11、13的碳上可能出现顺式结构,而顺式结构的生物效率远远低于反式结构(看下图⬇️)。全反式的维生素A生物利用率可能是100%,但有9-顺的维生素A就只有19%了,差异巨大!然而,一般饲料企业使用的液相色谱仪对色谱柱的区分能力不足,很难分辨出顺反式异构体,导致难以评估维生素试剂中有效的活性成分


Q. 对用户来说,采购维生素制剂时,如何进行评估呢?


王昕陟博士:饲料厂的采购压力往往非常大,对于全价饲料厂来讲,采购的主要精力仍然是对大原料(玉米、豆粕、DDGS、米糠粕、小麦麸…)的质量和价格走势的把控,毕竟这些是饲料的“大块头”。

至于维生素等添加剂类的采购,如果采购量不大,那么企业花太多精力在这上面其实并不划算。比较好的办法是选择一个靠谱的专业供应商,相当于花钱请外援来评估哪个维生素制剂更好,省时又省力。

如果公司采购量很大,有条件安排专人采购维生素,那就建议深入了解上游维生素的生产工艺。只有这样,我们才能知道品控的重点在哪里

比如前面讲到的维生素K,虽然MNB更稳定,看起来是个“优等生”,但也不是没有小缺点,铬酸盐残留就是其中一个问题 —— 维生素K氧化时需要铬酸盐,MSB是以母液结晶的形式生产的,因此铬残留很少。而MNB是结晶之后的母液再加上烟酰胺,因此铬含量相对较高。(国标里MNB中铬的允许量就比MSB要高)

还有一个例子是「生物素」 —— 这个问题虽然比较小众,但是实际生产中,我们曾遇到过生物素正常添加量不够(动物出现蹄裂)、需要多加的情况。一段时间后,发现正常剂量添加生物素,蹄裂等情况又好转了。

由此,我们推测可能是生物素本身出了问题。市场上生物素制剂的含量通常为2%,含量太低,不能通过测量旋光性来检测有效成分(右旋是有效成分)我的解决办法是向生产厂家要「生物素纯体」来测量比旋光度,如果结果对比手册是符合的,我就采购。后来,就秉持一个原则,能提供出来纯品生物素的产品,我才考虑采购。

总之,产品各有利弊,对于产品的评估要有自己的思考,不能人云亦云。每个单品里都藏着许多技术细节,如果要研究清楚,还真得费不少功夫。


Q. 维生素制剂的应用,有哪些注意事项?


王昕陟博士我提以下几点吧 —— 


1)注意储存和加工过程中的存留率


每种维生素都或多或少在加工和储存中有所损失。从耐光和耐高温的角度考虑,维生素A的稳定性相对较低,维生素E和烟酰胺的稳定性要好一些,尤其是维生素E。因此,维生素A和E可以作为评估指标的两端。如果维生素A不受影响,其他的维生素基本上也不会被破坏。检测了维生素A和维生素E的存留率,也就能大概知道其他维生素的存留率在什么区间内了。

南方高温高湿的环境下,推荐饲料厂设置热敏库来存储维生素制剂。我们在北方(沈阳)对存储时间对维生素A有效性的影响做过实验,结果显示维生素A在大库存储条件下四个月是有损失的。


2)对「水溶性维生素的溶解度」的理解


有些维生素虽然叫「水溶性维生素」,但是溶解度其实并不高。比如,100毫克的溶剂里,溶解度大于10毫克就算易溶,但实际上这个溶解量并不大。举个例子,核黄素在27.5摄氏度下的溶解量为12mg/100ml,而烟酰胺的溶解量则为1g/1ml,虽然都定义为易溶,但相差了几千倍,根本不在一个层次上。

如果动物肠胃出现问题,首先可能缺乏的往往就是溶解度不高的水溶性维生素,比如叶酸和核黄素。雏鸡发生球虫感染后继发梭菌性肠炎时,核黄素缺乏就会十分明显,出现 “棒棒毛” 的现象。

3)

使用剂量的计算错误

计算剂量时候容易出现“倍量”的失误

。建议最好是找专业人士进行校验指导,以免发生重大失误。

4)正确理解

关键维生素的效果,以免造成使用设计上的失误

比如「异地屠宰」 —— 现在北方的牛拉到南方屠宰,需要考虑抗氧化的措施,但大家往往只考虑添加剂的使用,忽视维生素E的作用。但其实提高VE添加量是最朴实、性价比最高的方法。


Q. 未来几年维生素制剂的研发和应用方向?


王昕陟博士这是一个很好的问题!中国的维生素产业展全球的三分之二,产值非常大。其中饲料中的用量很大,因此,现在我们开始与很多上游维生素生产企业合作,共同探讨对畜牧业有帮助的改进。

从生产工艺上,未来的研究重点应该放在如何提高维生素制剂的利用效率上,特别是提升不易溶于水的维生素的水溶性上 —— 一个重要的方向是改善维生素A、维生素D的乳化性如果做不到很好的乳化,脂溶性维生素A、D、E在肠道内的吸收就会很困难。此外,我们希望提高B族维生素的水溶性、从而提高在肠道中的吸收率。比如核黄素,经过实验检测,发酵后直接喷干的产品水溶性相对较差。

从应用的层面,一要减少滥用现象,进一步探索动物的真实需求量。二要在加工存储方面探索创新的措施,从而降低维生素的损失。


Q. 工作中,您最喜欢用的参考资料或方法?


王昕陟博士大学教材!市面上的专业书和培训很多,但是教材的编写往往是水平最高的。发现自己基础知识不牢固,建议先把教材看透,这是把技术做好的基础。


Q. 遇见年轻的自己,你会对他说什么?


王昕陟博士虽然年轻时候的我,得到了建议也不一定会听,哈哈,但是我还是想说:多做事,多思考,多实践,少说话。

- End - 
 编辑:孙童鹤 | 校正定稿:Xixi



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