水产蛋白饲料原料中掺入非蛋白氮的危害与检测方法

apple12151007 · 发表于 2010-9-10 13:30:28

　　水产蛋白饲料原料中掺入非蛋白氮的危害与检测方法

　　彭鹄　　叶元土

　　近年来，水产饲料质量安全事故频繁发生，也出现较多的“疑难杂症”，除了给饲料企业造成重大市场、信誉和经济损失外，也给养殖户带来巨大经济损失，同时也对水产品的食用安全构成严重威胁。每当遭遇这类事故时，我们第一反应是产品质量问题，但通常是从营养质量方面进行排查、分析，较少注意到是饲料原料掺假带来的问题。在众多原料掺假行为中，蛋白质类饲料原料掺假是重灾区域，我们以前重点对鱼粉进行监控，而目前是鱼粉类、肉粉、肉骨粉、玉米蛋白粉、酵母粉、发酵蛋白饲料类、菜粕、棉粕、花生粕、豆粕、大米蛋白粉、小麦蛋白粉、蚕豆蛋白粉、味精蛋白粉、血粉类等，几乎涉及我们所使用的所有蛋白质类原料均有掺假行为，主要是为提高蛋白质含量为目标。在提高蛋白质含量的技术方法中，一般采用加入非蛋白氮(NPN)提高氮含量。
　　因此，我们应该提高对饲料原料安全性的重视程度，将其视为与营养质量同等重要的地位来对待饲料原料、重点是蛋白质原料的安全质量。只有在排除饲料原料掺假、尤其是蛋白质原料掺入了有毒有害物质后，我们的饲料营养价值才能正常发挥。而对于饲料企业而言，也只有在保障饲料安全、在养殖生产中不发生质量安全事故、不造成经济损失的前提下，再最求养殖鱼类的生长速度、饲料效率，并获得经济效益，简单讲就是在不因饲料质量事故而赔钱的前提下，才可能使企业赚钱。从这种意义分析，蛋白质原料的安全质量较其营养质量更为重要。
　　一、在蛋白质原料中使用的NPN主要类型和特点
　　在早期的NPN掺假物中主要是尿素、氯化铵、碳酸氨等含氮化学肥料。而近年来，一是更高氮含量的化工产品出现，二是要逃避饲料原料质量检测技术的监控，一些新的高含氮化工原料进入饲料蛋白质原料中。
　　据不同渠道来源的资料和信息表明，在蛋白质饲料中加入高含氮化工原料的基本要求包括以下几点：①氮含量高，其折算的粗蛋白质含量要在100%以上，愈高愈好;②物理性状为白色无味，便于加入各种原料之中;③要能够逃避水溶总氮、挥发性盐基氮、真蛋白、离体蛋白质消化率、显微镜分析等检测技术的监控;④易于购买、易于生产，成本很低。符合这些要求的化学物质较多，主要有以下几种。
　　1、三聚氰胺
　　工业上目前多数采用的工艺是用尿素直接在高温高压下制得，成本低。三聚氰胺主要作为有机合成单体,与甲醛缩合制成三聚氰胺-甲醛树脂(即蜜胺树脂),是模塑料、涂料、粘合剂、建材层压板、造纸、纺织、皮革及医药等工业的重要化工原料之一。
　　三聚氰胺又称蜜胺,分子式为C3H6N6,结构式见图。主要物理性质为熔点345℃(分解), 在常压下，当温度超过150℃表现出升华性。密度1.573g/㎝3 (16℃)。在有机溶剂中的溶解性为：能溶于甘油、吡啶、热乙二醇、乙酸、一乙醇胺、三乙醇胺、甲醛。微溶于乙醇、丙酮。不溶于乙醚。
　　化学性质为，三聚氰胺呈弱碱性，能够与各种酸分应生成三聚氰胺盐。在强酸和强碱液中，三聚氰胺发生水解，胺基逐步被羟基取代，生成三聚氰胺二酰胺，三聚氰胺一酰胺和三聚氰酸。
　　在饲料原料中使用的三聚氰胺产品是以生物蛋白质精等产品名称出现的，其特征为：为黄色、白色、灰褐色等粉状物，细度50目-60目。有流动性、无味、抗碘、抗镜检、耐氨氮反应、耐水洗化验、耐高温、新鲜度≥90%。①含蛋白质160%，水溶解度70%，水份8% ;②含蛋白质300%，水融解度80%，水份8% 。在鱼粉、肉松粉、豆粕、菜粕、浓缩料等各种饲料原料每100公斤加入 “生物蛋白精”1kg可提高蛋白质1.6%--3.0%。
　　根据上述产品表述就可以发现，目前的显微镜检验、氨氮反应、水溶总氮测定的常规方法对这类产品是难以检测出来的。
　　三聚氰胺对养殖动物的主要危害主要表现在以下几个方面。①使饲料原料、配合饲料的蛋白质出现不真实的“虚高”现象，导致粗蛋白在饲料原料、配合饲料中已经达到设计的要求，而实际上蛋白质水平并没有达到要求，最后导致养殖效果难以达到配方设计的要求;②对养殖动物产生严重的毒性作用。三聚氰胺对养殖动物、人体的毒性主要为肾脏毒性作用，对肾脏有非常大的伤害，并由此对养殖动物整体生理机能造成严重影响，养殖鱼体出现很多怪病，如肾脏肿瘤、表皮和内脏出血(与喹乙醇的症状类似)、体色白化等。
　　最初将三聚氰胺掺假到饲料蛋白质原料中的情况公开报道的是出口到美国的2种饲料原料，这2种原料在宠物饲料中使用，最后导致宠物死亡。出口到美国的小麦蛋白粉，最终导致了美国近三个月来数十只宠物猫、狗死亡，并使上千只宠物患上肾病。FDA的调查最终确证，导致宠物死亡的罪魁祸首是这些小麦蛋白粉、大米蛋白浓缩物里含有的一种名为三聚氰胺的化学物质。
　　2、磷酸脲
　　磷酸脲分子式为CO(NH2)2·H3PO4，性质为白色斜方晶体。熔点117.5℃。含氮17.72%，P2O544.94%。20℃时水中的溶解度为98.41g/100g水。水溶液呈酸性。30℃时的临界相对湿度为53%。不溶于醚类、甲苯、四氯化碳和二噁烷。
　　典型制造方法为尿素与热法磷酸或湿法磷酸(54%P2O5)反应，料液经冷却结晶，离心分离(水)而制成。也可用含50%五氧化二磷的湿法磷酸和60%(质量)的尿素溶液进行反应制得。饲料级产品，可进行二次结晶提纯。用作反刍类动物的饲料添加剂，纺织品、木材、纸张的阻燃剂;食品防腐保鲜剂;金属表面的除垢防锈剂;在120～130℃下热解成尿素多磷酸铵，配制含聚磷酸铵的液体复合肥料。
　　磷酸脲可以作为反刍动物的饲料添加剂,可代替部分豆饼、鱼粉等动植物蛋白。但是，多数鱼类没有胃，鱼类长期生活在水体中，其肠道微生物区系没有反刍动物的复杂，不能直接利用、也难以依赖肠道微生物转化后再利用NPN。因此，鱼雷是不能利用磷酸脲等在反刍动物可以利用的NPN物质。
　　3、羟甲基羧基类NPN产品
　　尿素与甲醛反应生成羟甲基脲，与泥炭、褐煤反应生成硝基腐脲，与脂肪酸反应生成脂肪酸脲。
　　羟甲基羧基氮是由有机醛基团与氮、磷营养基经生化反应，将醛基部分氧化成羧基而合成。这类产品的外观有白色、灰色或黄色粉末;总氮含量(N%)胃34±2%或43±2%，蛋白含量200%-280% ;酸碱度(PH值)：6.0-7.0或9.0-12 。
　　4、缩二脲
　　缩二脲又称双缩脲或氨基甲酰脲，由尿素缩合而得。缩二脲是无味的非蛋白氮化物，在反刍动物通过动物瘤胃中的微生物合成菌体蛋白，以满足动物对蛋白质的需要。
　　在高温下，两分子尿素脱去一分子水缩合成一分子缩二脲，缩二脲比尿素较难溶解，缩二脲含有40.8%的氮。
　　二脲基产品以氮换算的粗蛋白含量275%以上，全溶于水，无灰分，用滤纸过滤后，滤纸上无残留物、无蛋白含量。熔点190℃(分解)，相对密度1.467(-5/4℃)。水中结晶体含4分子结晶水，在约110℃时失水。易溶于醇，极微溶于醚。颜色分为白色、黄色两种。在棉粕、豆粕、花生粕、菜粕、玉米蛋白粉、豌豆蛋白粉、大米蛋白粉、小麦蛋白粉、鱼粉、血粉、肉松粉等饲料原料中均有可能掺假。
　　5、磷宝蛋白精
　　鱼粉、肉松粉、豆粕、菜粕、浓缩料等各种饲料原料每100公斤加入 “磷宝蛋白精”1kg可提高蛋白质1.6%-3.0%。
　　产品介绍为为黄色、白色、灰褐色等粉状物，细度50目-60目。有流动性、无味、抗碘、抗镜检、耐氨氮反应、耐水洗化验、耐高温、新鲜度≥90%。
　　6、生物蛋白精(蛋白粉)
　　在企业宣传的产品介绍为为3大类。
　　①普通型：蛋白含量180%、200% 、260% 。
　　②抗化验型(不含脲酶、抗氨氮反应)：蛋白含量150% 、240%、260%、330% 。
　　③抗水洗型(不含脲酶、抗水洗化验)：蛋白含量180%、195% 。
　　7、异丁叉二脲
　　学名亚异丁基二脲,结构式为CHCH3CH3CHNHCNH2ONHCNH2O。简称IBDU。尿素与异丁醛反应生成异丁基二脲(DUIB)，含氮32.18 %，蛋白质当量为201%，其特点是氨的释放速度较慢，安全性好，利用率高。异丁叉二脲具有在水中溶解度小、水解速度慢的特点。
　　作为饲料用异丁叉二脲，每kg相当于2.1kg纯蛋白氮，可代替3.6kg大豆粉。
　　二、在蛋白饲料中掺假NPN对养殖鱼类的危害
　　1、关于三聚氰胺的危害
　　资料表明，出口到美国的小麦蛋白粉、大米蛋白浓缩物，最终导致了美国近三个里来数十只宠物猫、狗死亡，并使上千只宠物患上肾病。美国FDA的调查已最终确证，导致宠物死亡的有毒物质是这些小麦蛋白粉里含有的一种名为三聚氰胺的化学物质。FDA在对连续死亡猫、狗的调查中发现，数个知名品牌宠物饲料的主要原料小麦蛋白粉和大米蛋白浓缩物中，含有化学物质三聚氰胺。这种物质对人体和动物的危害尚未被完全认知，但已知的是，“如长期和反复接触作用，该物质可能对肾发生作用”。
　　由国际化学品安全规划署和欧洲联盟委员会合编的《国际化学品安全手册》(第三卷)，对三聚氰胺则有如下描述：“长期或反复接触作用：该物质可能对肾发生作用”。
　　在高温下，三聚氰胺可能分解产生氰化物(有较大毒性)，在进行膨化饲料加工时，是否会分解产生氰化物倒是值得研究的问题。
　　2、养殖鱼体可能出现的问题
　　养殖鱼体可能出现的问题包括以下几个方面：①对鱼体主要内脏器官造成伤害，出现器质性病态反应，如肝胰脏、肾脏、脾脏等发生肿大、出血等现象。由于内脏主要器官组织的伤害，可能导致鱼体整体生理机能的伤害，使鱼体整体免疫、防御能力出现严重的病理反应，生长速度下降，死亡率增高等综合性反应。②体色发生变化，目前在多数无鳞鱼如斑点叉尾回、黄桑鱼、胡子鲶，有鳞鱼如武昌鱼、青鱼等，体色出现显著的“白化”现象，严重的肌肉色泽也要发生变化。③消化道、鳃、鳍条基部、表皮等发生严重的出血现象，可能是氨氮过量造成。④养殖鱼类生产性能严重受到影响，如部分企业出现使用了鱼粉的饲料的养殖效果还不如不用鱼粉的饲料的养殖效果，高蛋白、高价格的饲料还不如低蛋白、低价格饲料的养殖效果等难以理解的奇怪现象，极有可能是鱼粉等高蛋白原料有掺假所造成。
　　三、蛋白质饲料掺假物的质量鉴定
　　在蛋白质原料中除了掺入NPN类化工产品外，还有掺入部分水解羽毛粉、膨化羽毛粉、膨化皮革粉、猪踢角粉、蛋白胨等物质。因此，蛋白质饲料原料掺假物的质量鉴定应该要全面进行。
　　1、氨基酸分析方法
　　分析氨基酸应该是最佳分析方法，但是，目前有些掺假蛋白质饲料、尤其是鱼粉的氨基酸指标与真鱼粉的氨基酸组成几乎没有什么差异。出现这种情况的原因有几种可能性：①氨基酸分析报告有人为干扰，这类案例较多，建议将样品分别送高等院校、研究所分析，或有条件的企业自己分析，对不同分析单位的分析结果进行比较，就可以知道那些单位的氨基酸分析报告可能存在人为干扰，以后就不再送这些单位进行检验和分析。②鱼粉等蛋白质原料已经是经过专家配方的产品，这些配方鱼粉的氨基酸组成的确与真鱼粉相差不大。
　　对于鱼粉等蛋白质原料氨基酸分析结果的分析和判定，可以从氨基酸总量、氨基酸平衡性进行分析。对于纯化的蛋白质，其水解为氨基酸后，氨基酸总量应该大于蛋白质的总量，因为在水解过程中氨基酸残基结合了水分子成为游离的氨基酸。但是，在进行氨基酸分析时，一般是采用酸水解的方法对蛋白质水解后再进行分析的，而在水解过程中部分氨基酸如色氨酸、部分苯丙氨酸等被破坏，使氨基酸总量下降。因此，对于一般的鱼粉和其他蛋白质原料的氨基酸分析结果，在进行氨基酸总量判定时，至少要求氨基酸总量为蛋白质量的90%以上，能够达到95%以上为最好。
　　但是，对于掺入不同处理羽毛粉、猪踢角粉、血粉等蛋白质饲料，单从氨基酸总量和氨基酸平衡性是难以进行分析和判定的，对于掺入NPN类高氮化工原料的可以采用此方法进行分析和判定。
　　2、改进离体消化率测定方法
　　常规离体率、国标中消化率测定方法是以经过酶水解后进行过滤、或离心，测定残渣中的蛋白质含量，再通过消化前、后样品中蛋白质量的差异计算消化率，这类方法是将消化后溶解于消化液中的所有含氮物质计算为了已经被效化的物质的量，如果在蛋白质饲料中掺假的NPN能够溶解或部分溶解于水中时，测定的消化率结果就会很高，高于真实结果。这对掺入不同处理羽毛粉、猪踢角粉、血粉等蛋白质饲料可以采用这种方法进行分析和判定，但是，对于掺入水溶性NPN的蛋白质原料就难以判定了，其离体消化率会很高。
　　对此，建议在进行常规离体消化率测定时，对消化液进行氨基酸分析，计算消化液中氨基酸种类、氨基酸总量，以消化液氨基酸总量计算样品经过消化后氨基酸生产率。可以将标准鱼粉与待检测、鱼粉同时进行离体消化，并进行相对比较，如果与标准样品差异太大，就可以基本判定掺入了水溶性NPN。
　　3、水溶总氮测定
　　将蛋白质原料样品直接用水溶解，观察水溶液色泽、气味的同时，测定水溶液中含氮成分量进行分析和判定。
　　取样品和标准样品各1克左右，加入10毫升蒸馏水，搅拌5分钟，3000转/分离心15分钟，或定量滤纸过滤，去上清液或滤液5毫升进行凯氏定氮分析，测定总氮量，并与标准样品进行比较分析，或参照测定样品的质量标准中水溶总氮含量进行比较分析，如果过高就有可能掺入水溶性NPN。
　　4、显微镜分析
　　显微镜分析对于掺入不同处理过的羽毛粉的蛋白质原料可以进行很有效的鉴定和分析。
　　对于原料中掺假脲醛聚合物也可以进行显微镜分析，而其他NPN不宜采用此方法。镜检下，脲醛聚合物为乳黄色不规则球状物，用探针轻压后会散开并呈晶体状，且不溶于水。例如，在20倍显微镜下镜检时，玉米蛋白粉中的脲醛颜色较黄。鱼粉中的脲醛颜色为淡黄色，为了便于捡出，可用乙醚或四氯化碳先脱脂，脱脂后的鱼粉中的脲醛颜色变淡。