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丙酸和丙酸盐在饲料中的应用及生产工艺

来源: 更新日期:2018-06-13 15:37:13

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  丙酸及丙酸盐是重要的饲料防腐剂。丙酸为无色液体,具有挥发性。丙酸盐主要是指丙酸钙、丙酸钠、丙酸锌、丙酸钾、丙酸铵等,多为白色颗粒或粉末,无臭或稍有异臭味,溶于水。同其他防腐剂相比,丙酸及丙酸盐具有许多无可比拟的优越性,因而已成为饲料中最广泛应用的防腐剂之一。
 
  1·防腐机理
 
  丙酸与丙酸盐发挥防腐防霉作用的有效成分均为丙酸分子。非解离的丙酸活性分子在霉菌或细菌等细胞外形成高渗透压,使霉菌细胞内脱水而失去繁殖能力;丙酸活性分子可以穿透霉菌等的细胞壁,抑制细胞内的酶活性,进而阻止霉菌的繁殖。
 
  2·丙酸在饲料中的应用
 
  作为挥发性液体,丙酸在饲料储存过程中不断挥发产生的丙酸蒸气与饲料表面充分接触,起到均匀、广泛、高效的抑菌作用,对黄曲霉、某些好气性芽孢杆菌、沙门氏菌以及酵母菌均有较好的抑制作用。目前,市售的“露保丝”、“克霉霸”、“万路保”等产品的主要成分均为丙酸。
 
  但是直接把丙酸作为防腐剂也存在一些问题,如热稳定性不好,在80℃制粒过程中挥发量可达1%;在饲料储存过程中损失快,药效持续短,不利于饲料的长期保存;容易被饲料中的钙盐或蛋白质等中和,从而降低或失去活性。因此,人们开发了多种丙酸盐制剂。
 
  3·丙酸盐在饲料中的应用
 
  丙酸盐具有耐高温、不挥发、不受饲料中其他成分影响、腐蚀性低、刺激性小、适合饲料长期储存等优点。我国生产的“克霉灵”、“霉敌”、“除霉净”等产品主要成分均为丙酸盐。其中丙酸铵、丙酸钠、丙酸钙主要作为青贮饲料保存剂,广泛用于牛羊和家禽饲料。
 
  丙酸盐只有转变成丙酸才能发挥效用,转变过程受到水分、pH值等条件的影响。丙酸盐解离后形成的弱碱性也可能阻碍其进一步解离。另外,由于丙酸盐不具有熏蒸作用,因此,对饲料混合的均匀度要求较高。过高的丙酸盐用量还可能影响饲料的适口性。
 
  4·丙酸和丙酸盐的安全性
 
  丙酸对人和动物体是安全的。世界卫生组织和联合国粮农组织已经批准在国际上以丙酸钙作为食品防腐剂。目前,丙酸(盐)已经广泛用于面包、谷物的防腐防霉。
 
  从理论上讲,丙酸进入动物体后,可以依次转变成丙酰CoA、D-甲基丙二酸单酰CoA、L-甲基丙二酸单酰CoA和琥珀酰CoA。琥珀酰CoA既可以进入三羧酸循环彻底氧化分解,又可以进入糖异生途径合成葡萄糖。事实上,某些反刍动物(如牛)瘤胃中的细菌能将糖(如纤维素)发酵成丙酸,但是由于这些丙酸可以通过上述途径进入脂质代谢与糖代谢,因此并不对反刍动物健康造成损害。
 
  5·丙酸的生产工艺
 
  丙醛氧化法工艺成熟,是目前产量最大的丙酸生产方法。该方法的主要缺点是工艺流程复杂、设备繁多,对设备和管道材质的要求较高。
 
  早期的生产工艺包括丙醛生产和丙醛氧化。通常采用乙烯加氢醛化法生产丙醛,包括钴催化剂高压羰基化法和钛催化剂低压羰基化法。在高压羰基化法生产过程中,由于有些丙醛生成丙醇,故降低了丙醛的收率。而在低压羰基化法中,醛类可直接从反应混合物中蒸出,因此,该法的丙酸产出率高于前者。
 
  目前,工业生产中以乙烯、一氧化碳和氢气为原料,在羰基钴或羰基铑催化下通过乙烯氢甲酰化制备丙酸。该反应在110~180℃、20~35兆帕条件下进行。由于羰基铑催化剂对线性异构物的选择性较高,反应条件温和,因此已经成为生产羰基醛和羰基醇的主要催化剂。尽管如此,羰基钴催化剂并未退出丙酸生产实践,主要原因是其成本低廉。此外,羰基铬、镍等也可作为催化剂。
 
  6·丙酸盐的生产工艺
 
  6.1丙酸钙
 
  以丙酸和氢氧化钙为原料制备丙酸钙。首先,将丙酸和氢氧化钙混合均匀,然后泵入不锈钢反应釜内,加热至80~90℃以加速反应,注意温度不宜超过130℃,以免丙酸挥发。然后再进行蒸发浓缩,加热温度高于105℃,得到的丙酸钙沉淀,经干燥、碾磨、检验后即可包装入库。
 
  以丙酸和碳酸钙为原料制备丙酸钙。将丙酸与碳酸钙置于设有搅拌装置的反应锅中,混合均匀,温度保持在70~80℃。反应完全后,使用板框压滤机进行压缩,滤去无用的滤渣、杂质,使压缩后的滤液澄清透明。然后将滤液吸入真空浓缩罐进行浓缩,至出现结晶为止,然后放罐,分离结晶体,母液进行下次浓缩(循环浓缩)。用热风或真空干燥器将浓缩后的晶体烘干,最后粉碎、包装、检验。
 
  以上2种工艺简单、操作方便、原料易得、成本低、能耗低,生产产品的质量好,目前已经实现大规模生产。
 
  6.2丙酸钠
 
  将碳酸钠投入中和反应器中,加水搅拌,使之溶解,再慢慢加入丙酸。加完丙酸后调节反应液pH值在6.8~7.3,加热至沸。待冷却至60℃以下时加入炭粉脱色,然后用少量无水丙酸洗涤、干燥即可制得丙酸钠成品。