微胶囊添加剂（精选5篇）
微胶囊添加剂 篇1
1 引言
近年来, 随着高效烹饪设备的发展和植物油的广泛使用, 商业烹饪区火灾对生命和财产的潜在风险不断增加。统计数字表明, 在宾馆、餐馆和快餐部发生的所有意外火灾中, 大约50%～80%都起源于厨房[1]。而在这些火灾中, 绝大多数都与液体食用油或脂肪的着火有关。厨房火灾发生的主要原因是操作人员用火不慎, 油锅无人看管, 导致食用油发生自燃起火;另外, 对厨房排烟管道清理不及时, 油污堆积严重, 遇到明火或高温烟气后, 油垢也会被引燃导致火灾。由于学生食堂人员密集、学生自救能力低, 一旦火灾发生, 危害性特别大, 甚至可能造成群死群伤的严重后果, 如南京大学食堂火灾、重庆大学食堂火灾、北京航空航天大学食堂火灾等。因此, 研究清洁高效的厨房灭火系统具有重大的实践意义。
2 k类火灾
常用食用油的闪点范围较宽, 为160～282℃, 自燃温度的范围是315～445℃, 在烹饪期间, 食用油很容易就被加热到接近其闪点的高温, 进而发生自燃, 食用油燃烧发烟量大, 具有较强的热辐射能力。在受热过程中, 食用油化学成分往往会发生变化, 新组分 (例如短链醇、醛和酸) 具有相对较低的沸点和自燃点, 进而导致食用油的复燃温度降低[2]。商用厨房油锅中的油量大, 相应其蓄热量大, 散热设施不好也延缓了食用油的冷却速度, 这些都大大增加了扑救难度[3]。
厨房火灾特点可以概括为:厨房内易燃易爆物品种类多 (燃料、油料等) , 明火使用频繁, 火灾发生机率大;食用油燃烧火势迅猛, 蔓延速度快, 火灾现场难以控制;集烟罩和排烟道内油污、油垢积聚, 容易被引燃酿成火灾, 排烟道在火灾中可能发生烟囱效应, 导致火灾在高层建筑中迅速蔓延;油料的燃烧特性决定了火焰的稳定性强, 且在高温燃烧过程中的二次生成物燃点更低, 或在现场极易复燃;烟道火灾隐蔽性强, 容易殃及整个建筑物及相邻建筑物;发生火灾时, 若不能有效地防止燃料燃气泄漏, 极易引起爆炸。
厨房火灾扑救比较困难, 原因在于:厨房火灾燃烧迅猛, 火势蔓延迅速, 一般灭火设施很难接近和扑救[4];烟道火灾是隐蔽火灾, 引燃后在封闭的排烟道内迅速燃烧蔓延, 灭火非常困难;厨房空间狭小, 易燃易爆气、液物质集中, 扑救火灾时对现场人员的生命安全构成严重威胁;由于在食用油着火燃烧过程中产生的二次生成物有着更低的自燃点, 如果不能在短时间内有效降低食用油的温度, 则油火极易发生复燃, 造成更大的危害, 严重威胁现场人员的生命安全。
3 细水雾对k类火抑制熄灭作用
以往的研究表明:泡沫、干粉和二氧化碳虽能有效扑灭K类火, 但却很难把食用油冷却到自燃温度以下并防止其复燃, 因为它们的冷却能力有限;常用的湿式灭火剂虽能有效扑灭K类火, 却对人伤害大, 灾后清理繁重, 且昂贵[3,7]。
从上世纪80年代开始, 研究人员就展开了细水雾灭火的研究。细水雾对B类火灾的抑制研究较多[8,9,10], 而直到现在, 国际上对食用油火灾的研究仍然较少[1]。国内在近些年也开始研究细水雾对K类火灾的抑制和熄灭作用[3,4,7,11]。他们的研究表明:细水雾能有效地扑救食用油火灾, 并且能在一定程度上降低CO、CO2的浓度, 提高火场能见度。细水雾的灭火机理可以概括为:气相冷却, 表面冷却, 隔绝空气, 衰减热辐射, 动力学作用[3,5,6,7]。细水雾灭火技术特点是[3,7]:无污染, 灭火迅速, 用水量少 (在相同的灭火时间内, 喷水量仅为水喷雾的10%-20%[12]) , 对防护对象破坏小, 能较有效地冲刷烟气, 便于疏散和救援, 作为灭火剂的水价格低廉、来源广泛, 绝缘性、安全性较好。另外, 空间开口大小对细水雾灭火效果的影响较小, 在敞开空间内, 细水雾系统比气体灭火系统具有非常明显的优势。
文献[3,7]的实验表明细水雾在灭火时并不是雾滴粒径越小其灭火效果越好, 灭火效果与雾动量有关, 而雾动量是由雾滴的粒径和速度共同决定, 雾滴需要有足够大的粒径来保证不会在运动过程中被高温火焰蒸发而顺利达到着火油面。同时喷头要在其工作压力下产生速度大于火羽流速度的雾滴, 以保证雾滴能够穿透火羽流到达食用油表面, 发挥其冷却作用。他们的研究还表明细水雾灭火时间随工作压力的增加而缩短, 当压力增大到1.5MPa后火焰可快速被熄灭。这是因为压力较高时, 雾滴有足够的动量克服火羽流的阻力到达火焰区, 且增大局部雾通量, 以充分发挥其冷却作用。研究还发现, 存在一个临界压力值, 超过这个临界压力, 增大压力对灭火有效性的提高不明显。
4 微胶囊细水雾添加剂
我们在实验中使用的微胶囊细水雾添加剂 (型号为F-500) , 属于一种两亲性表面活性剂分子, 即F-500分子具有一个极性端 (亲水) 和一个非极性端 (疏水) 。极性端可溶于水中, 非极性端缺排斥水分子, 而寻求与其它类型的分子结合, 如烃类分子。一群F-500分子可围绕烃类分子排列, 构成一个带负电荷的微胞“化学茧”, 使烃类分子失去可燃性, 并将烃类分子分散在水中, 令其浓度过低以至于无法燃烧。
F-500的比重为0.99+/-0.1, 在水中完全溶解, PH值为7.0+/-0.1。对环境无害、无毒、无腐蚀性、可完全生物降解、无需特种设备。适用于A、B、K类火灾。传统的灭火方法通过水的蒸发吸收热量或是通过形成和保持泡沫覆盖层来切断氧气供应、暂时盖住蒸汽来实现目的。与此不同的是, F-500和水按一定比例混合后, 通过降低水的表面张力实现对燃料的更大的表面润湿, 加强对燃料微孔的渗透, 从而能很快地降低燃料的温度。F-500可将水的表面张力由72达因/cm2降低至33达因/cm2。同时在液相和气相燃料分子周围形成并保持微胞, 令燃料成为惰性材料无法燃烧, 从而降低了燃油或化学品浓度。F-500高分子量粒子在碰撞过程中能吸收自由基的能量, 抑制链反应。F-500同时抑制燃烧四要素中的热量、燃料、自由基三大要素, 大大缩短了灭火时间, 用水量少, 快速降低火场温度。F-500可降低易燃易爆气体浓度, 中和燃油, 灭火后不会发生复燃。火灾产生的黑色浓烟在F-500的作用下马上变成白色水汽, 减少了烟雾和有毒气体, 提高能见度, 可将能见度提高68%。
5 低压细水雾厨房灭火系统
细水雾灭火系统按管网工作压力可分为低压系统, 即压力低于1.21MPa;中压系统, 即压力在1.21～3.45MPa之间;高压系统, 即压力大于3.45MPa。高压细水雾系统发展的比较成熟, 雾滴比较均匀, 容易达到射程要求。但细水雾灭火系统压力越高, 则结构越复杂、造价越高、安装和维护困难、使用起来危险性相对也越大。另外, 在有些场合使用高压细水雾灭火时, 因夹带气流可形成强风, 反而使灭火效果变差。因此, 我们研究的低压细水雾灭火系统, 若能满足使用要求 (灭火时间可以接受) , 则具有更重大的实践意义和更广泛的推广价值。由于低压细水雾灭火系统管网工作压力应小于1.21MPa, 因此, 我们选择的水泵提供的水压为1.1～1.2MPa, 流量可达3m3/h。我国国家水喷雾标准规定, 喷头工作压力应大于或等于0.35MPa;日本水喷雾标准则规定, 喷头工作压力为0.25～0.7MPa。本系统中, 通过管网系统中的调压阀和泄压阀, 可使喷头出水压力在0.35～0.7MPa内可调。通过多次实验证明, 在系统中接入比例混合器添加微胶囊细水雾添加剂, 要维持其正常工作, 系统输入、输出之间的压差需大于0.4MPa, 因此喷头工作压力应设置在0.7MPa以下。
美国NFPA750国家标准把细水雾定义为:在最小设计工作压力下, 距喷嘴1m处的平面上, 测得水雾最大部分的水粒直径DV0.99≤1000μm (DV0.99是指水雾累积容量99%时, 包含的雾滴尺寸从0微米至容积99%时测量到的最大雾径尺寸微米值。) , 根据粒径大小 (0～1000μm) 进一步将细水雾分为三级, 如图1所示[13]。其中, Ⅱ级细水雾是第一级细水雾右侧与DV0.1=200μm与DV0.9=400μm连线之间的区域, 中位值为DV0.5=300μm。影响喷嘴喷出雾滴大小的三个主要因素是:喷头结构、流量、压力。喷头结构确定后, 流量越小、压力越大、则雾滴直径越小。在低压情况下, 要得到的一级细水雾则流量有限、强度不足, 只能用于较小的灭火系统。而得到的二级细水雾有足够的强度, 能满足很多情况下的灭火要求。我们在实验中选择三只细水雾喷头, 从喷头制造厂家提供的雾滴测试曲线看出, 在0.35～0.7MPa工作压力下, 三只喷头均可获得II级细水雾。三个喷头的喷流角度均为90度左右, 在设定的工作压力范围内, 三只喷头的流量分别约为3L/min, 4.5L/min, 9L/min。
我们建立的低压细水雾厨房灭火系统整体上由水雾系统和炉灶系统组成 (图2) 。水经过室外水箱、管道泵、滤水器、调压器、流量计、细水雾喷头, 最终形成雾化水, 可作用于油锅正上方, 喷头安装高度离灶台1.3m (距离油锅平面1.0m) 。实物图见图3。炉灶系统则是由液化气罐供气, 弧形油锅直径45cm、深15cm, 细水雾喷头的上方装有集烟罩可进行机械排烟。在细水雾喷头45°斜上方, 距离喷头5cm处 (环境温度) 、以及油锅正中间油面下1cm处 (油温) 分别装有热电偶测温装置。比例混合气的抽吸管插入F-500储罐中, 比例设定在1%至6%之间, 将F-500吸到管道内与水混合后经过喷头喷出。
每次实验油量为2L, 初始油温和环境温度均在25.0℃左右。当油温达到250.0℃时, 环境温度为41.7℃;油温为300.0℃时, 环境温度为45.1℃;油温达374.0℃时 (误差不超过0.5℃, 下同) , 食用油自燃起火, 此时环境温度为47.7℃。食用油刚发生自燃时火焰达不到喷头高度, 所以环境温度在测点处上升并不明显。继续加热油锅, 充分燃烧30s后, 油温升到409.0℃, 火焰前锋已超过喷头高度, 环境温度在30s内迅速由47.7℃上升至227.1℃。此时, 关闭炉灶供气开关, 同时启动细水雾灭火系统。实验结果见表2。用纯水细水雾灭火, 3个喷头的灭火时间分别为:59.6s, 48.3s和40.1s (取同工况实验数据的均值) , 这里的灭火时间不包括之后的复燃和再次喷水灭火的时间, 仅指第一次熄灭明火所用的时间。灭火时的油温约为360.0℃, 此时的环境温度约为220℃。用灭火效果最佳的喷头3进行添加F-500的细水雾灭火实验。调整比例混合器的混合比例, 分别得到1%、3%和6%的F-500水溶液, 相应的灭火时间分别为:13.9s, 4.5s和2.9s。灭火时的油温约为280.0℃, 此时的环境温度约为80℃。
由实验我们得出:单纯的低压细水雾虽然能够抑制和熄灭k类火, 但是效率较低, 且容易出现复燃, 并且在油烟和水雾的环境下能见度非常差, 不利于逃生和施救, 吸入这些完全燃烧和不安全燃烧产物也会对人体造成一定的伤害。然而添加了微胶囊F-500添加剂的低压细水雾则能够非常迅速的抑制和熄灭k类火, 且不会出现复燃, 并且能有效地提高火场的能减低。实验中, 我们观察到, 黑色的油烟基本上变成了白色的水汽, F-500可以使非充分燃烧而产生的有毒微粒浓度下降97%。我们的实验表明:同等条件下, F-500细水雾的灭火性能比普通细水雾的灭火时间缩短约3到10倍, 其吸热能力约为普通细水雾的三倍, 迅速地降低油温, 可以避免发生复燃。迅速地降低环境温度, 则大大减少了对人员逃生能力的影响和对灭火人员的伤害。添加F-500的细水雾灭火用水量可降到纯水细水雾用水量的30%以下。
F-500溶液浓度为6%时灭火效率最高, 仅约2.9s即成功灭火。而当F-500溶液浓度为3%时, 其灭火效率相差并不大, 仅用时约4.5s。F-500用量降低一半, 灭火时间仅增大25%。因此, 我们认为灭k类火, 最佳微胶囊F-500添加剂的配比为3%。
6 结论
(1) 中、高压细水雾虽能有效地抑制和熄灭k类火, 但是由于提供的压力越大, 管路设备的成本越高, 喷头以及维护的要求也越高, 所以, 低压细水雾灭火系统若能实现有效灭火, 则有更大的实用价值;
(2) 低压细水雾对k类火灾有一定的抑制和熄灭作用, 但是效率较低, 且容易复燃;
(3) 低压细水雾中加入微胶囊F-500添加剂, 可以实现清洁、高效地灭火, 灭火效率大大提高3到10倍, 油温迅速降低, 避免了复燃;火场温度迅速降低, 减少了对人员的伤害和对逃生能力的不利影响。火场能见度明显改善;
(4) 综合考虑经济性、有效性因素, 微胶囊F-500添加剂的最佳配比为3%。
微胶囊添加剂 篇2
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 乳酸菌微胶囊制剂山东华牧天元农牧股份有限公司提供。
1.1.2 乳酸菌微胶囊与酶制剂复合微胶囊制剂山东华牧天元农牧股份有限公司提供。
1.1.3 试验动物
动物采用杜长大三元猪, 共180头, 28日龄断奶后用于试验, 试验期间的饲养管理按常规方法进行。
1.1.4 20%猪用浓缩料
试验所用基础饲料为山东华牧天元农牧股份有限公司生产。
1.1.5 试验时间和地点
试验时间从2011年8月21日开始, 预试7d, 8月28日进入正试, 到10月28日结束, 试验时间总计60d, 试验地点山东华牧天元农牧股份有限公司的科技研发示范基地生态养殖基地进行。
1.2 方法
1.2.1 试验设计与分组
28日龄断奶后的杜长大三元猪共180头, 随机分为I大组 (A、C、E) , II大组 (B、D、F) 组, 共2个大组6个小组, 每小组30只, 按发酵床面积计, 饲养密度为1.5m2/头。A组采取常规饲养模式, 喂20%猪用浓缩料;B组采取发酵床养殖模式, 喂20%猪用浓缩料;C组采取常规饲养模式, 喂添加0.2%乳酸菌微胶囊制剂的20%猪用浓缩料;D组采取发酵床养殖模式, 喂添加0.2%乳酸菌微胶囊制剂的20%猪用浓缩料;E组采取常规饲养模式, 喂添加0.2%酶制剂复合微胶囊制剂20%猪用浓缩料;F组采取发酵床养殖模式, 喂添加0.2%酶制剂复合微胶囊制剂的20%猪用浓缩料。
1.2.2 指标测定
(1) 生产性能指标:试验始重和末重、每日耗料、饲养天数、日增重和料重比。 (2) 垫料检测指标:试验结束时采集猪垫料样品, 垫料样品为各个栏舍取5个点约20cm深处 (开始发酵产热部位) 的混合样。检测样品中的总氮、总磷、铵态氮, 检测地点为山东农业大学动物科技学院动物营养实验室。 (3) 环境中有害气体的检测指标:选取猪舍内代表性位点4处, 用氨气测定仪和硫化氢检测仪测定环境中氨气和硫化氢浓度。 (4) 各阶段试验前后, 早晨空腹称重。记录日采食量和猪的健康状况 (腹泻数) 及用药量, 并仔细观察各试验猪的生活习性及表观变化。
1.2.3 数据处理
所有试验数据采用SPSS 10.0统计软件进行单因素方差分析和Duncan’s多重比较, 以P=0.05为显著水平。试验结果以“平均值±标准误”表示。
1.2.4 饲养方法与管理
常规饲养模式的小组均在同一封闭式水泥地面猪舍内分栏饲养, 将仔猪饲料按湿拌料 (手握不出水) 分别投入饲槽, 饲喂3次/d, 时间为早上6:30~7:30, 中午12:00~1:00, 晚上6:30~7:30, 以鸭嘴式饮水器提供充足清洁饮水, 保持舍温17~25℃, 清粪2次/d, 保持舍内清洁, 并采用多种方式进行消毒。发酵床饲养模式按照发酵床养猪工艺的日常管理要求进行, 每天定时将集中成堆的猪粪耙散、垫料翻堆、调节维持垫料适宜水分、猪舍通风换气, 其它饲养管理, 如饲料配方、饲喂方式、免疫驱虫与保健等均按照猪场常规方式进行, 标准发酵床饲养模式饲养。
2 结果
2.1 试验猪的生产性能检测
从表1可以看出A、B、C、D、E、F组日增重分别为502g、545g、536g、592g、578g、642g, I大组与II大组的日增重差异显著 (P<0.05) ;A组、C组和E组日增重差异显著 (P<0.05) , B组、D组和F组日增重差异显著 (P<0.05) ;I大组与II大组的料重比差异显著 (P<0.05) ;A组、C组和E组料重比差异显著 (P<0.05) , B组、D组和F组料重比差异显著 (P<0.05) ;A组和B组日增重和料重比差异显著 (P<0.05) ;C组和D组日增重和料重比差异显著 (P<0.05) ;E组和F组日增重和料重比差异显著 (P<0.05) ;F组与其它组相比日增重和料重比均差异显著 (P<0.05) 。
注:同列数据肩标字母不同表示差异显著 (P<0.05) , 字母相同表示差异不显著 (P>0.05) 。下表类同。
2.2 不同试验组氮、磷和铵态氮的含量
F组垫料中氮的含量最低, 为0.48g/100g;D组垫料中氮的含量最高为0.53g/100g, D组与F组相比氮的含量差异显著 (P<0.05) 。F组垫料中磷的含量最低, 为0.09g/100g;B组垫料中磷的含量最高为0.15g/100g, B组与F组磷的含量差异显著 (P<0.05) 。F组垫料中铵态氮的含量最低, 为0.19g/100g;B组组垫料中氮的含量最高为0.30g/100g, B组与F组铵态氮含量差异显著 (P<0.05) 。
2.3 不同试验猪环境中氨气和硫化氢浓度
A组、C组和E组这三个组都是采用常规饲养模式, B组、D组和F组都是采用发酵床饲养模式。F组环境中氨气浓度最低, 为2.5mg/m3;A组环境中氨气浓度最高, 为85.6mg/m3, A组和C组环境中氨气浓度差异不显著 (P>0.05) , A组、C组与E组环境中氨气浓度相比差异显著 (P<0.05) ;B组和D组环境中氨气浓度差异不显著 (P>0.05) , B组、D组与F组环境中氨气浓度相比差异显著 (P<0.05) ;A组、C组和E组与B组、D组和F组环境中氨气浓度相比差异显著 (P<0.05) 。F组环境中硫化氢浓度最低, 为0.01mg/m3;A组环境中硫化氢浓度最高, 为0.16mg/m3, A组、C组与E组环境中硫化氢浓度差异不显著 (P>0.05) , B组、D组与F组环境中硫化氢浓度相比差异不显著 (P>0.05) ;A组、C组和E组与B组、D组和F组环境中氨气浓度相比差异显著 (P<0.05) 。
2.4 试验期间猪腹泻率和死亡率
试验期内各组猪均未发生死亡, A、B、C、D、E、F组的腹泻发生率为70%、30%、30%、17%、27%和7%, F组的腹泻发生率最低, A组腹泻发生率最高, F组的腹泻发生率比A组腹泻发生率低了63个百分点。
3 结论
(1) 试验结果表明, 在猪饲料中添加乳酸菌微胶囊制剂, 可提高肥猪日增重, 提高饲料转化率。C组、D组、E组和F组在饲料中添加了乳酸菌微胶囊制剂, A组和B组没有添加乳酸菌微胶囊制剂, 从试验结果看, 试验小组中的猪日增重和饲料转化率F组与A、B、C组差异显著 (P<0.05) 。原因是大量的微生物在猪的消化道内和饲料中繁殖时生成大量的生物活性物质, 特别是维生素和酶的大量产生, 对消化系统有营养和增强消化的作用, 提高了猪的抗病力和免疫力由于垫料和饲料适量有益菌的添加, 有效抑制了环境中和消化道中有害微生物的生长, 从而提高了猪的免疫力和抗病力。乳酸菌能将糖和淀粉生成有机酸并能分解粗纤维, 这样就提高了饲料消化吸收利用率, 促进了猪的生长。 (2) E组和F组在20%猪用浓缩料中添加乳酸菌微胶囊与酶制剂复合微胶囊制剂, C组和D组只在饲料中添加了乳酸菌微胶囊制剂, A组和B组在饲料中没有添加乳酸菌微胶囊制剂也没用添加乳酸菌微胶囊与酶制剂和中草药的复合微胶囊制剂, 结果表明E组和F组与C组和D组的猪日增重和饲料转化率差异显著 (P<0.05) 。也就是说基础饲料中添加乳酸菌微胶囊与酶制剂的复合微胶囊制剂在提高猪日增重和饲料转化率比只在基础饲料中添加乳酸菌微胶囊制剂要高的多, 酶制剂 (如木聚糖酶) 协同乳酸菌微胶囊制剂, 可通过多种途径共同调节动物机体的机能, 提高应用效果。 (3) 在猪饲料中添加乳酸菌微胶囊制剂能增加猪对常见疾病的抵抗力, 减少猪感冒和猪胃肠炎的发生。主要是大量有益微生物能拮抗和抑制病原微生物, 使失调的菌群平衡而恢复优势种群, 对猪起到保健作用, 这样就减少了日常疾病防治的开支, 增加了收入。 (4) 微生态制剂中的微生物能对肠道中的不良代谢产物起到转化和消除作用, 特别是减轻尿粪臭味, 试验证实能有效减少NH3、H2S气体的排放, 降低污染, 改善环境, 在实际生产中推广应用有着良好的经济效益和社会效益, 是绿色养猪业发展的方向。 (5) I大组里3个小组采用常规饲养模式, II大组里3个小组采用发酵床饲养模式。I大组与II大组在日增重、料重比、环境中氨气和硫化氢浓度差异显著 (P<0.05) , I大组比II大组试验期间猪腹泻率和死亡率高, 说明发酵床养猪技术要比常规养猪技术好, 原因就是垫料里添加的有益微生物能够迅速降解、消化猪的粪尿排泄物, 从源头上避免污物的产生, 有效减少了猪粪尿对环境的污染, 提高了猪的福利和猪肉品质零排放养猪法的运用, 使得猪粪尿被快速降解、消化, 全面改善了猪的生长环境, 提高了猪的福利。同时, 由于有益菌强力抑制有害微生物的生长, 舍内传染病大大减少, 猪只生长发育健康, 几乎不用抗生素等药物, 减少药物残留, 猪肉品质得到更好的保证。 (6) 采用发酵床养猪技术配合在基础饲料中添加乳酸菌微胶囊制剂可以大大提高猪的日增重和料重比, 而且环境中有害气体大大减少, 所以采用发酵床养猪技术并配合基础饲料中添加乳酸菌微胶囊是一项值得推广的养殖模式。采用发酵床养猪技术并在基础饲料中添加乳酸菌微胶囊制剂与酶制剂和中草药的复合微胶囊制剂要比只添加乳酸菌微胶囊制剂效果更好。 (7) 采用发酵床养猪技术配合在基础饲料中添加乳酸菌微胶囊制剂的养殖模式大大提高经济效益, 降低生产成本;发酵床上饲养, 生长环境更优、发病率大幅降低, 药费成本显著减小;最后, 由于发酵床养猪冬暖夏凉, 不用地暖、空调等设备, 大大节约了能源。
参考文献
[1]肖驰, 罗建模, 周淑兰等.Et粮中添加乳酸菌制剂对生长猪的效果观察[J].养猪.1997 (4) :2-3.
[2]刘丽英, 张日俊.乳酸菌累微生态制剂及其微胶囊化的研究进展[J].中国畜牧杂志, 第40卷第4期.
微胶囊添加剂 篇3
1材料与方法
1.1试验地点和时间
试验地点在海南省罗牛山畜牧有限公司某猪场。试验从2015年11月至12月,全期30天。
1.2微生态添加剂
由武汉某饲料公司提供的“保壮康”复合微生态制剂,本品含益生菌、生物分子酸、甘露寡糖、维生素和有机微量元素、乳酸菌等。适用对象是乳仔猪及其他猪群(本次也对母猪进行了试验)。本产品的作用主要是调节乳仔猪肠道菌群平衡和p H值,补充各种酶系和微量元素,提高特异性免疫水平,减少药物使用,减少仔猪拉稀,增加仔猪增重速度。规定日常用量:每吨饲料可加入本品5kg,混合均匀后直接投喂。
1.3试验猪选择与分组
在同一猪场选择品种相同、胎次相同、预产期相近的健康母猪84头,随机分为三组,两组为试验组,一组为对照组。每组猪在同一舍区饲养。以本场母猪、仔猪常规饲料为基础饲料,对照组正常饲喂;试验Ⅰ组每吨料添加2.5kg“保壮康”,混匀后饲喂;试验Ⅱ组每吨料添加5kg“保壮康”,混匀后饲喂。母猪与仔猪都饲喂,母猪于预产期前第7天开始饲喂,直到产后22天断奶时停喂;仔猪从7日龄开料时开始添加,22日龄断奶转群时称重。
试验期间各组猪均按猪场常规管理,自由饮水。试验期间专人负责饲养管理,观察母猪、仔猪的健康情况,并及时做好饲料消耗记录。
1.4测定项目
观察母猪健康状况、奶量、奶质;记录每组母猪产仔数、健仔数和断奶仔猪存活数;称量每组仔猪的出生窝重、断奶窝重及计算其净增重。
2结果与分析
2.1“保壮康”微生态添加剂对母猪的保健效果
试验期间,试验组和对照组母猪整体健康状况均良好,无发病情况,进食量正常。试验组的母猪较对照组母猪,产奶更显充盈,奶质好。
由表1中可知:对照组母猪健仔率为94.59%,试验Ⅰ组、试验Ⅱ组分别为91.64%、94.05%,比对照组略低,但试验Ⅱ组与对照组差异不显著,推测可能与怀孕前母猪本身的身体状况有关,可能与微生态添加剂的添加无关。试验组无乳母猪数明显减少。母猪平均日耗料量试验组(5.12 kg、5.07kg)比对照组(4.98kg)略高,这可能与饲料中添加微生态添加剂后,对母猪胃肠道菌群起到了调节作用而促进了消化吸收有关。
2.2“保壮康”微生态添加剂对乳仔猪的保健效果
试验期间,试验组和对照组乳仔猪整体健康状况均比较好,除出生时本身就不是很好的部分仔猪发生死亡外,其它健康仔猪均存活,没有出现腹泻的现象。试验组仔猪较对照组,毛色光亮好,皮肤红润。
从表2中可知:仔猪断奶时的存活率,对照组(95.50%)和试验Ⅰ组(95.97%)差别不大,但试验Ⅱ组(94.33%)明显偏低,这与出生时的健仔率基本一致,推测还是与怀孕前母猪本身的身体状况有关。仔猪平均净增重试验组比对照组要高,试验Ⅰ组为4.89kg,试验Ⅱ组为5.23kg,对照组仅为4.65kg,且试验Ⅱ组平均日增重量比试验Ⅰ组高,比对照组更高,差异明显,表明该微生态添加剂对乳仔猪确实有促生长作用。
3讨论
3.1微生态制剂对动物肠道的影响
动物肠道内寄生的微生物大多数是厌氧菌,正常情况下,肠道内的有益菌和致病菌保持相对平衡状态,不会发病。当环境变化或出现应激反应时,这种微生态平衡可能被打破,导致致病菌迅速繁殖而致病,仔猪最常见的疾病症状之一就是腹泻[2]。所以,维持肠道内微生物平衡是保证仔猪正常生长的必要条件。
“保壮康”微生态添加剂的主要成分是益生菌和益生元,这些益生菌和益生元进入肠道后发挥的作用:一是快速繁殖并直接参与肠道微生物防御屏障结构,抑制病原菌的繁殖,调节肠道内微生物平衡,提高机体免疫能力的作用,从而降低发病率;二是益生菌在繁殖过程中会分解肠内的淀粉、粗蛋白质和粗纤维,促进饲料的消化吸收,促进仔猪的生长,达到加速仔猪增重的目的。
3.2“保壮康”对仔猪的影响
从试验结果看,母猪仔猪同时饲喂“保壮康”微生态添加剂,由于母猪产前饲喂时间不长,对于出生仔猪的健仔率影响应该不大,应该与怀孕前母猪本身的身体状况有关;同时健仔率的高低直接影响了仔猪的存活率。至于“保壮康”微生态添加剂对仔猪的存活率是否造成影响,由于本试验过程中,出生时的健康仔猪均存活,所以无法判断。但该微生态添加剂对乳仔猪的促生长还是比较明显的,且如果按照使用说明书的量进行添加,效果更好。
3.3对母猪泌乳的影响
至于试验中出现试验组无乳母猪数明显减少的现象,可能不完全是“保壮康”微生态添加剂的作用,因为影响母猪泌乳的因素实在太多,需要进一步证实。
参考文献
[1]杨云裳,薛飞群.抗生素饲料添加研究概况[J].中兽医医药杂志,2000,(5):38-41.
动物微生态饲料添加剂的研究进展 篇4
1 发展概况
1907年, 梅切尼科夫 (Elie Metchnikoff) 发现并提倡饮用酸牛奶可健康长寿。1947年, 蒙哈德 (Mollgaard) 首先发现使用乳酸杆菌饲喂仔猪可有效增加仔猪的体重并改善仔猪的身体健康。这一研究开创了微生态制剂用于动物的先河。然而发展并不顺利, 20世纪50～60年代抗生素占据了主导, 微生态制剂的研究则进入低潮。20世纪70年代美国才开始将微生物大量应用于饲喂动物, 大量研究表明微生态制剂有着抗生素无法比拟的优点, 非常具有发展潜力, 世界各国陆续积极地倡导和推广, 使其再次受到瞩目。我国微生态制剂的研究也始于20世纪70年代, 目前国内已有一些生产厂家研制生产饲用微生态制剂产品, 在实际应用中表现出一定的作用与效果。
2 分 类
按微生物种类将动物微生态制剂划分如下。
(1) 乳酸菌类微生态制剂:
此菌属是动物肠道中的正常微生物。由于受生产技术、工艺水平所限, 在产品贮存、运输和再加工过程中, 极易受干燥、高温、高压、氧化等不良环境的影响, 造成活菌数下降, 导致产品贮存期短、质量不稳定, 进而影响了饲喂效果。
(2) 芽孢杆菌类微生态制剂:
此菌属在动物肠道微生物群落中仅零星存在。芽孢杆菌对干燥、高温、高压、氧化等不良环境的抵抗力很强, 产品稳定性高, 在肠道发芽生长具有多种有效的酶促效应。目前应用的主要以枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌及蜡样芽孢杆菌等为主。
(3) 酵母微生态制剂:
零星存在于动物肠道微生物群落中, 主要以啤酒酵母、产朊假丝酵母等为主。
(4) 复合微生态制剂:
由多种菌复合配制而成, 能适应多种条件和宿主, 具有促进生长、提高饲料转化率等多种功能。
3 作用机理以及在畜牧业中的应用
微生态制剂进入机体内, 主要通过生成相关物质和对肠道微生物区系的改变而发挥作用。随着现代科学技术的发展, 用功能基因重组学方法鉴定了细菌与宿主相互作用中起作用的细胞膜分子[1,2]。当前对其作用机理的认识可归纳为以下几点。
3.1 建立有益微生物优势种群
正常动物肠道内的微生态平衡时, 有益微生物占绝对优势, 对整个种群起控制作用。当机体发生应激反应, 抗生素的错误应用 (如长期添加) 等破坏了动物肠道微生态平衡, 致使动物发病。应用微生态制剂补充益生菌, 使肠道中有益微生物占绝对优势, 抑制了病原微生物的繁殖, 从而达到新的微生态平衡, 使机体康复或保持机体处于健康状态。目前, 微生态制剂维持肠道菌群平衡有以下几种机制:
(1) 竞争性排斥作用。粘附能力通常被认为是病原菌的一种重要的毒性因子[2,3], 因此, 许多益生菌可以通过与致病菌竞争肠上皮的相同受体达到阻止致病菌的定植[4,5,6]。
(2) 生物夺氧。畜禽肠道内的正常微生物种群以专性厌氧菌为主, 占99%以上。微生态制剂中有强需氧菌, 当其进入肠道后在繁殖过程中消耗掉肠道中的氧气, 从而有利于肠道正常微生物的生长繁殖, 起到防病促生长的作用。
(3) 改善肠道微生态环境。益生菌在其生长繁殖过程中能够产生有机酸降低动物肠道的pH值, 有效抑制有害菌的生长。有实验表明, 乳酸菌在肠道内的繁殖可抑制大肠杆菌及梭菌类的生长, 抑菌率高达80%以上。此外, 有机酸可加强肠道的蠕动和分泌, 促进饲料消化, 提高营养物质的吸收。
(4) 清除肠道有害物质, 提高畜禽产品品质, 改善畜舍环境。肠道内的有害菌产生的有害物质, 一方面对肠道细胞有明显的毒害作用, 引起肠功能紊乱, 增加肝脏、肾脏负担。另一方面, 如果肠道菌群结构中腐败菌过多, 其产生的腐败成分通过胆汁进入小肠或细菌代谢物直接进入血液循环, 就有可能沉积到动物产品 (肉、蛋、奶) 中, 继而影响产品的品质及风味[7]。
芽胞杆菌类在肠道内可产生氨基氧化酶、氨基转移酶及分解硫化物的酶, 将臭源吲哚化合物完全氧化, 将硫化物氧化成无臭无毒物质;乳酸菌通过产生H2O2、抑菌素、有机酸等物质, 可有效抑制致病菌和肠内固有腐败菌的生长、繁殖, 减少内毒素及腐败产物的含量, 净化肠道环境, 改善肠道功能, 减少了随粪便排出体外的致病菌和氨、硫化氢等有害气体对环境的污染, 起到了保护作用。
3.2 产生各种消化酶
微生态制剂中的多种微生物在生长繁殖过程中能产生多种消化酶, 如蛋白酶、淀粉酶、脂肪分解酶等水解酶类, 从而促进了蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养物质的消化吸收, 提高了饲料转化率和利用率[8,9,10,11]。
3.3 增强免疫功能
(1) 影响免疫系统。
益生菌能活化形成促炎症反应细胞因子, 触发免疫防御级联反应[12] , 调节先天性免疫的抗炎反应和促炎反应。有研究表明, 乳酸菌能够促进鸡胸腺、脾脏和法氏囊的发育, 增强白细胞的吞噬功能, 增加胸腺和脾脏中的T细胞数, 提高E-C3bR和E-ICR的花环形成率, 以及提高机体产生ND疫苗HI抗体的水平[13]。
(2) 影响非特异性免疫。
许多研究显示微生态制剂可增强单核吞噬细胞 (单核细胞和巨嗜细胞) 、嗜中性粒细胞和自然杀伤细胞的活力, 刺激活性氧、溶酶体酶和单核因子等因子的分泌, 因而增强了机体非特异性防御机能及启动特异性免疫应答[14,15,16]。
(3) 促进免疫器官的生长发育。
司振书等发现将微生态制剂添加到饲料中饲喂肉鸡, 可促进肉鸡免疫器官的生长发育。研究证明, 外籍菌群的免疫激活作用优于原籍菌, 当外籍益生菌侵入动物肠道后可诱导宿主产生抗体和致敏的免疫活性细胞。微生态制剂含有大量有益菌, 其菌体成分如胞壁糖[17]、肽聚糖、多肽、蛋白质等, 可作为抗原刺激肠道, 以免疫佐剂的形式作用于免疫器官, 促进免疫器官的生长发育[18]。其次, 微生态制剂中有益菌株在动物消化道内大量繁殖, 不断合成许多有益物质, 如维生素、氨基酸、有机酸、醇类等, 尤其是维生素和氨基酸类[19], 这些物质可促进免疫器官的生长发育。
4 生产工艺及产品质量控制
(1) 生产流程一般包括选种、培养、发酵、吸附、干燥、制剂等。根据发酵工艺不同分为固体发酵法和液体发酵法[20], 前者发酵成本较低, 但杂菌较多;后者发酵成本较高, 但杂菌少, 菌含量高。
(2) 采用包被 (微囊) 以液-固结合工艺生产微生态制剂, 具有耐高温、抗氧、抗杂菌, 保存期延长的特点[21]。
(3) 优质的微生态制剂应具备:①制剂活菌量在1 g或1 mL 中至少应达107～1010个;②菌株稳定、安全、可靠;③菌株能在肠道中存活、繁殖, 且具有抗酸和抗环境变异的能力;④制剂应具提高动物生产性能和抗病的有益作用 [22]。
(4) 在微生态制剂的使用过程中, 宿主动物正常菌群的组成、用药程序、动物年龄、制剂类别都可影响微生态制剂的作用效果。
(5) 生产中应防止杂菌污染。
5 国内外发展现状
微生态制剂能促进畜禽生长, 提高产量;提高畜禽免疫力, 增强抗病能力;去除粪便恶臭, 改善生态环境;减少抗生素、激素等化学药物的使用, 畜禽产品的品质明显得到改善;饲料使用微生态制剂发酵后, 不仅能使饲料酸化, 提高适口性, 而且能提高饲料的营养成份, 提高饲料的利用和转化效率, 增加产量[23], 发展非常迅速。
1989年全球微生态制剂总销售额为7 500万美元, 1993年为1.22亿美元, 近几年发展更为迅速, 估计销售额达5亿美元。国外约有44种产品投放市场, 有英国PIC公司的Protexin, 泰国研制生产的Toyocerin, 加拿大生产的Prosurs Paste (主要含芽孢杆菌、粪链球菌、双歧杆菌等) , 芬兰的Broilact等。国内产品主要有武汉天惠生物工程有限公司生产的菌福康, 大连医学院研制的促菌生, 南京农大研制的促康生[24]等。
6 存在的问题
目前对动物微生态制剂的作用机理了解得还不十分清楚, 基础理论方面的研究还远远不够。我国与欧美、日本等发达国家相比, 在微生态制剂的研发、生产、推广、应用等方面还很落后, 主要原因有:①我国微生态制剂的发展与国外相比起步较晚, 已确定在我国适宜做微生态制剂的菌种种类过少, 美国FDA早在1989年就公布了42种可直接用于生产微生物添加剂的微生物菌种, 而我国农业部2008年最新的《饲料添加剂品种目录》中允许添加的微生物仅为16种, 亟待开发新的菌种。②微生态制剂的制作、加工工艺手段落后、单一。③由于目前饲料中添加抗生素的现象十分普遍, 因此对饲料中添加的微生态制剂具有杀灭和抑制作用。④缺少配套的应用推广、售后服务和咨询措施。
7 发展前景
今后的发展将从分子水平上进一步阐明微生态制剂的作用机理, 不再局限于效果水平上。①将微生态制剂与分子生物学相结合, 利用基因工程重组技术, 生产出具有耐酸、耐热、在动物体内可长期生长、繁殖和集多种功能于一身的微生态制剂。若干项研究已显示了对乳酸菌进行特定修改的可能性。②深入研究微生态制剂对畜禽免疫功能的影响及其作用机制。③研究针对某种动物某个阶段的专用微生态制剂, 设计新型合理剂型, 以保证其使用效果。④加强益生菌、益生元、抗生素、酶制剂的协同作用与作用机理的研究。⑤随着微生态制剂的发展, 其安全性评价也越来越受到国际社会的重视, 美国粮农组织和世界卫生组织在2002年就联合发布了关于食物添加微生态制剂的指导政策 (Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food) 。
镁合金微弧氧化添加剂的优选 篇5
镁合金密度低,比强度和比刚度较高,且易切削加工,易回收,其应用潜力巨大。但镁合金化学性质活泼,耐磨性和耐蚀性较差,阻碍了其应用,有必要对其表面进行防护处理[1,2,3]。本工作以铝酸盐为氧化液基础成分,通过正交试验确定了蒙脱石、EDTA、阿拉伯树胶等添加剂对AZ91D镁合金进行微弧氧化的最佳使用范围,考察了加入不同添加剂时氧化膜的耐蚀性能,利用电化学工作站测定了氧化膜的极化曲线。
1 试 验
试验材料为AZ91D镁合金,其化学成分见表1。AZ91D试样尺寸为30 mm×20 mm×3 mm,对其表面进行密封处理、打磨、除油后,再进行微弧氧化。除油用碱洗液为100～120 g/L NaOH;微弧氧化基础液成分:30～50 g/L 铝酸盐,20～30 g/L NaOH,试验用水均为去离子水。在微弧氧化时根据试验要求添加不同成分及含量的添加剂,根据文献[4,5]和大量试验选择了EDTA、阿拉伯树胶、蒙脱石作为添加剂。
微弧氧化装置:电源采用国产HKDA数显直流脉冲电源,阴极采用不锈钢板,阳极使用AZ91D 镁合金试样;微弧氧化槽采用绝缘的玻璃制作,采用集热式恒温电磁搅拌装置,控制搅拌速度,使反应温度处于恒温状态。
采用XL30 - FEG ESEM型扫描电子显微镜考察试样表面形貌,并用其附带的能谱仪分析膜层的元素组成,采用X射线衍射仪分析陶瓷膜的物相组成。
微弧氧化膜腐蚀性能通过动电位极化曲线测定,用腐蚀电阻等参数来判定。电化学测试采用三电极体系,以微弧氧化后的镁合金为工作电极,铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,介质为3.5%氯化钠溶液。动电位极化曲线采用CHI660B电化学工作站测量,所有的电化学测试均在室温下进行。
2 结果与讨论
2.1 添加剂对耐蚀性能的影响
对蒙脱石(A)、EDTA(B)、阿拉伯树胶(C)3添加剂采用三因素四水平正交表进行试验,试验设计情况见表2。
表3为正交试验结果,表中依次列出了各因素和各水平下微弧氧化膜的腐蚀极化电阻值,极化电阻值是通过公式undefined计算得到的(其中ba、bc分别为阳极、阴极极化曲线的斜率,Jcorr为腐蚀电流密度),以该指标来评价膜层的耐腐蚀性能。
表4为正交试验结果极差分析表。表中的Kj表示第j个水平下所对应的试验结果的算术平均值,R为极差,R越大,则该因素的水平对试验结果的影响就越大,通过判断腐蚀极化电阻的影响就能够判断出其耐腐蚀能力,腐蚀电阻越大,其耐腐蚀能力越好[6,7,8]。
从正交试验因素极差分析表可以看出3种添加剂对极化电阻的影响主次顺序为C>B>A。各因素选取的水平变动时指标波动的情况见图1。
从图1可以看出当EDTA用量为0时,极化电阻的平均值最大,为3 g/L时,极化电阻的平均值最小,当用量大于3 g/L后,随着EDTA用量的增大,极化电阻的平均值增加。试验发现EDTA用量不低于8 g/L时,很难在镁合金表面形成微弧氧化膜;当EDTA用量为7 g/L时,极化电阻的平均值小于其用量为0时的值。由此可见,EDTA对提高微弧氧化膜层的耐腐蚀性能影响不大。因此还是选择EDTA用量为0 g/L,试验最优方案为A3B1C2。因最优方案不在16次试验当中,为此,对其做验证试验,结果其极化电阻值为6.44 kΩ/cm2,比正交试验中较好的方案A2B1C2还好,从而确认添加剂的最优用量为:3 g/L蒙脱石,0 g/L EDTA,5%的阿拉伯树胶50 mL/L。
2.2 微弧氧化膜结构形态
2.2.1 表面形貌
图2为最优添加剂配比下所得微弧氧化膜的表面SEM形貌。由图2可看出,微弧氧化膜表面有许多大小不一的微孔,孔径为1～3 μm,这些孔洞是氧化继续进行的放电通道。膜层表面可见少量裂纹,是氧化熔融物被电解液快速冷却时热应力过大所致。总的来说,微弧氧化膜表面不存在明显的表面缺陷,膜层均匀平整,在组织结构上保证了镀层具有良好的耐蚀性能。膜层与镁合金基体结合良好、致密,自表面到基体无明显缺陷,基本能够满足防腐蚀需要。
2.2.2 成分和物相
图3为最优添加剂配比下的镁合金微弧氧化膜试样的EDS分析图。可见,该膜层主要由Mg,Al,O等元素组成,同时含有少量的Si,Na等元素,其中Mg,Al为基体所含的元素,Al,O,Na为电解液所含元素,它们的存在说明电解液中所含的组分参与了微弧氧化成膜反应,电解液中一些原子进入微弧氧化膜层,使得可以通过改变电解液成分、浓度等参数来调整膜层的相组成,这有利于膜层的进一步改性[9,10,11]。
图4为最优添加剂配比下所得微弧氧化膜的XRD图谱。膜层的化学成分取决于所采用电解液的组分及基体材料,分析表明,该膜的XRD谱图主体相主要由MgO、MgAl2O4和Al12Mg17组成,最强峰Mg为基体的衍射峰,MgO和MgAl2O4生成的原因是由于微弧氧化时发生了微区弧光放电并释放出巨大的能量,使得基体中的Mg和Al与溶液中的O结合生成MgO和MgAl2O4并沉积所致。Al12Mg17相应该是包含在基体上的合金相[12,13,14]。
2.3 微弧氧化膜的耐蚀性能
图5为AZ91D镁合金微弧氧化处理前后的动电位极化曲线。
从图5看出,处理前的腐蚀电位为-1.599 V,腐蚀电阻为2.07 kΩ/cm2,处理后的腐蚀电位为-1.469 V,腐蚀电阻则为 6.44 kΩ/cm2,处理后的腐蚀电位比镁合金基体的腐蚀电位正移了0.130 V,腐蚀电阻提高了4.37 kΩ/cm2,说明处理后的样品比基体镁合金具有更好的耐蚀能力。
微弧氧化处理后试样耐蚀性的明显提高主要是由独特的氧化陶瓷膜决定的。氧化陶瓷膜中虽然局部存在微孔,但微孔较分散而且只分布在外部疏松层,而内部陶瓷层致密,与基体结合紧密,气孔难以穿透。即使外部疏松层受到破坏,内部致密的陶瓷质层仍可提供较好的保护[15,16,17]。
3 结 论
(1)采用铝酸盐体系氧化液,通过微弧氧化处理可以在镁合金表面得到白色致密的微弧氧化膜。
(2)加入添加剂可以明显改善氧化膜的性能,最优添加剂配比为:50 mL/L阿拉伯树胶,0 g/L EDTA,3 g/L 蒙脱石。