饲料之贮藏性及水分活性(上)

　　纵令富含任何营养价，嗜好性良好之饲料，若易发霉，易产生过氧化物，贮藏性不良的话，常见其饲料价值降低，实用性不良。像这样，饲料之贮藏性 ( 保存性 )，可以说是评价、查定营养价、嗜好性以及饲料价值之际，主要变数之一。

　　同於饲料给与法之吸收营养学或生化学的见识等作改善，饲料贮藏法亦积标吸收微生物学、食品学等有关分野的情报或新题材，导致技术或情报的体系化、高度化、低成本化，同时必须寄与越发上质、完全饲料之给饵及畜产物生产。

　　贮藏饲料时之成分变化或品质劣化现象，依其发生原因，可分成生物性原因及非生物性原因。

　　前者有，因霉菌或细菌增殖引起之营养素消费，分解、霉菌毒素之生长，因谷象等贮藏害引起之食害，及代谢水生成引起之增殖诱发。关於後者，有褐变反应 ( Amino carbonyl ) 引起之胺基酸、醣类之消失，不饱和脂肪酸之空气氧化，引起之过氧化物的生成等。

　　现今亦有有效之 Labuza 之安定性图，如图 1 所示。自此图可以推测前述之饲料贮藏时，品质劣化现象多半与「饲料之水分活性」有密切关系。

　　所谓「水分活性 ( water activity ) 以下略称 Aw」之概念，在食品学、食品微生物学之分野，确认其有效性，现今成为代替「水分」之品质保全上的尺度。并用於蛋糕等之包装时的脱氧化剂，实际上是与一起包装之食品的 Aw 配合，选择最适型式。像这样，Aw 业已定着於日常的生活，连糕点铺老板亦知道此广泛普及之语言。

　　在畜产分野，限活用於生大腿之腊肠杆菌 ( botulinus ) 菌对策，宠爱动物饲料之品质保全。

　　以改善饲料之贮藏性为目的，利用 Aw 作变数之研究，世界上可以说意外的少。在日本，据原慎一郎所知，有全农饲料畜产研究所、谷物检定协会，部份之配合饲料制造厂商及该研究室，近年才开始研究。但笔者等之研究内容是以阻止饲料贮藏中之有害微生物增殖为主要目的。还没有如食品分野样，扩张利用 Aw 至非生物性变质之实态。关於饲料，连其基本之收着等温线，都几乎不明。

　　亦即，关於饲料贮藏性之改善，利用 Aw 作研究，现今可以说是尚在黎明期。有隐藏今後发展性之分野，其成果对饲料贮藏技术的高度化、流通时之困扰解消，会产生相当波及之效果。

　　据以上之背景，在本文将就最近所集积之饲料贮藏时之微生物学的品质改善上之资料，以利用 Aw 之有效性为中心，介绍如下供作参考。

　　所有的生物，为要生存、增殖，必须要有水。特别是对不能饮水行动之微生物，利用含於食品或饲料等基质之水的程度，亦会影响增殖、生命保存，进而影响各种代谢产物之产生量等，饲料贮藏上亦具有重要意义。且非生物性化学反应，亦多半以水为溶媒进行。亦即，所含水之中，有多少成溶媒之水，就多少限制成分变化量。

　　Aw 异於水分，如以上所述之实际微生物能利用之水，能成为反应溶媒之水，若考虑是表示物体中含有多少之变数，就抓住了重点所在。

　　至於含於饲料中之水的存在状态，今稍详述如下。即使不知道 Aw，多半亦听说过自由水、结合水之词语。

　　如蒸馏水样，能以不受束缚之状态存在之水，称呼自由水 ( Free water )，此种性格之水，因易结冰，以前亦称冻结水 ( free zable water )。通常含於饲料或食器等之水，以自由水之状态含有时，极罕有。含於这些物质之糖质、蛋白质、矿物质、纤维等之多样成分，受化学、物理的结合、吸着，以结晶水、氢结合水、溶媒水 ( 水和水 )、毛管水等之形态存在。结晶水、氢结合水，於粉体表面、单分子层受较强力束缚之水，称为结合水 ( bound water )，因在很低之温度亦不冻结，所以又可不冻水 ( unfreezable water )。关连低分子化合物之溶解，水和受弱力束缚之水称为半结合水 ( semibound water )。依温度、增强自由水之性格，或增强结合水之性格。最近，赖磁气共鸣分光法 ( NMR 法 ) 等。确认存在状态之不同水分子的实际存在。

　　在以上所述之各种形态之水中，通常关连饲料之 Aw，为自由水及半结合水，因此，在热力学上，Aw 为所含有之水的自由度，束缚之弱度 ( ≈易蒸散度 )。

　　以水蒸气压，平衡相对湿度，可导出如下之 Aw 的关系式　

　　式 (1) 为 Aw 之定义式。此地 P 为在某温度下，物体所含水之蒸气压，Po 为在同温度之纯水的蒸气压。

　　Aw 亦可以平衡相对湿度 ( ERH ) 之 (2) 式表示关系。此式不仅是饲料之 Aw 测定，对现场之饲料调整、加工、贮藏之场面，亦特别重要。

　　另外，附注 Aw 介气体定数，绝对温度等，亦关系浸透压、水势 ( water potential )。

　　以含有水分之牧草或谷类等物体，经乾燥後，在高湿环境下，使吸湿，以水分及 Aw 值点於曲线用纸，可得如图 2 所示之曲线。此曲线就称为水分收着等温线 ( Moisture sorption isotherm )。乾燥时所得之曲线，称为脱湿等温线 ( desorption isotherm )，同样吸湿时所得之曲线，称为吸湿等温线 ( adsorption isotherm )，加於区别处理。

　　利用此等温线，对饲料可知对应希望的 Aw 域或不希望之 Aw 域之水分范围，又有可能知道，水分之变化，对 Aw 具有某种意义。像这样，要想实施安全又确实之贮藏，获得对象饲料之改善等温线，能有助益。但很多情形，不明饲料或原料之等温线，今後必须集资料。

　　除废糖蜜样之溶液状饲料，几乎所有之饲料，其脱湿等温线及吸湿等温线，如图 2 所示，一般不会重叠，此现象就叫履历现象。其主要原因，在於吸湿时毛细管凝缩，但其他亦受粉体表面之水的多分子层形成，溶质成分组成或组织构造之影响，履历现象发生之原因复杂。

　　此地重要的是，纵令同一水分，依饲料之乾燥过程或吸湿过程，Aw 值回异，即使水分同值，若 Aw 不同，饲料之贮藏性，自然有异，必须注意。

　　温度会影响溶质之溶解度、解离度、蒸气压。因此，Aw 亦强受温度之影响。此故，一般以在 25℃之测定值，使用作资料之相互比较等。

　　贮藏饲料发生温度差时，会形成水蒸气压之倾度，此结果，发生水分移动及 Aw 之变化，在成高 Aw 之部份，易发生因微生物引起之加害。

　　在贮藏之际，所发生之大部份障碍，为伴有有害菌增殖发生之变质、品质劣化。建立有效果且低成本又安全之饲料贮藏技术很重要。

　　要达成此目的，利用 Leistner 一派所提之障碍赛效果有益。此理论之想法如图 3 所示。

　　此理论之概要是，於会影响微生物增殖之 Aw、pH、温度、氧化还原电位 ( 氧气分压 )、保存剂 ( 抗菌剂 ) 等各种因子的 hurdle 竞赛或障碍物竞赛之障碍 ( barrier ) 上，有害菌譬喻作竞赛者，各个饲料所具有之障碍高度，自微生物增殖阻止力面评价查定，再赖补强低障碍，阻止竞赛者进入最终点，亦即防止加害菌之增殖 ( 详细请参照图 3 之说明 )。

　　Hurdle 理论产生自肉制品之品质保全研究，对咱们与贮藏微生物有关系者，平素漠然认为之事体，巧妙整理成有体系之点很重要，且亦可应用於饲料贮藏之研究、技术开发。

　　又，Leistner 氏以用於食品保存之乾燥、粕酵、砂糖渣等之调理，贮藏过程，各别分割成前述之障碍行评价。遵循此方法，笔者依据现阶段之见识，整理饲料之调制、加工、贮藏过程如表 1 所示。

饲料	处理及工程	障碍栏因子							备注
饲料	处理及工程	水分活性 ( Aw )	氮离子浓度 ( pH )	氧化还原电位 ( E h )	高温	抗菌剂 ( 作用 )	拮抗微生物 ( 粕酵 )	放射线照线	备注
青贮料	无预乾	十	廿	卅	一	廿	卅	一
	轻预乾 ( 脱水 )	廿	廿	廿	一	十	卅	一	含排泄处理
	预乾	卅	十	廿	一	十	廿	一
	糖添加	廿	十	十	一	廿	卅	一	糖蜜吸着饲料添加葡萄糖等
	甜菜粕添加	廿	廿	十	一	十	廿	一
	乳酸菌添加	十	卅	十	一	十	卅	一	Lactobacillus plantarum 制剂等
	酸添加	一	一	一	一	廿	十	一	蚁酸、AIV 液
	抗菌剂添加	一	廿	一	一	卅	十	一	丙酸制剂、安息香酸制剂等
木质系饲料	蒸煮，爆碎	一	一	一	卅	廿	一	一	开发研究中生成醋酸、糠醛
乾草	日晒乾燥	卅	一	一	一	一	一	一	脱水苜蓿
	大力乾燥	卅	廿	一	卅	一	一	一	包括尿素、生大豆处理
	氨处理	十	一	一	一	卅	一	一	很多之谷类等
配合饲料		卅	一	一	一	一	一	一	面筋饲料、粒料等
配合原料	加热	卅	一	一	卅	一	一	一	动物质饲料
	添加防霉剂	十	一	一	一	卅	一	一	丙酸钠
其他	1 MF ( 中间水分饲料 )	卅	一	十	一	十	一	一	很多宠爱动物饲料
	气体减菌	一	一	一	十	卅	一	一	无菌动物用饲料
	γ 线照射	一	一	一	一	一	一	卅	同上

注：障碍已相对强度卅：主要障碍栏；廿：副障碍栏；十：弱或依条件机能之障碍栏；一：没有障碍机能。

　　概观此表得知，在一般之饲料的多半处理过程，Aw 为主要或次要之障碍机能，显然在饲料贮藏，Aw 之控制多麽重要。

　　微生物是依种类、利用含於饲料之不同存在状态之水的方式回异。附着於生草之主要微生物，以自然界为主要栖息所之多半菌，只不过能利用近自由水状态之水。另外繁殖於贮藏谷类或乾草之霉菌，亦能利用半结合水。亦即，微生物能增殖之 Aw 范围，是依菌种而异。各个微生物增殖下限之 Aw 值，据 Troller 及 Crristlan 整理如表 2 所示。

表 2 微生物生存之最低水分活性值 ( 在生育适温附近测定 )( Troller 及 Christion 1978 )

种名 Aw 值	种名 Aw 值
系状菌 ( 霉菌 )	P. palitans 0.83
Alternaria citri 0.84	P. patulum 0.81
Aspergillus candidus 0.75	P. puberulum 0.81
A. conicus 0.70	P. spinulosum 0.80
A. flavus 0.78	P. viridicatum 0.81
A. fumigatus 0.82	Rhizopus nigricans 0.93
A. niger 0.77	Rhizoctonia solani 0.96
A. ochraceus 0.77	Stachybotrys atra 0.94
A. restrictus 0.75	Wallemia sebi (Sporendonema 0.75
A. sydowii 0.78	epizoum )
A. tamarii 0.78
A. terreus 0.78	酵母菌
A. versicolor 0.78	Debaryomyces hansenii 0.83
A. wentii 0.84	Saccharomyces bailii 0.80
Botrytis cinerea 0.93	S. cerevisiae 0.90
Chrysosporium fastidium 0.69	S. rouxii 0.62
C. xerophilum 0.71
Emericella ( Aspergillus ) 0.78	细菌
nidulans	Bacillus cereus 0.95
Eremascus albus 0.70	B. megaterium 0.95
E. fertilis 0.77	B. stearothermophilus 0.93
Eurotium ( Aspergillus ) 0.70	B. subtilis 0.90
amstelodami	Clostridium botulinum type A 0.95
E. carnoyi 0.74	C. botulinum type B 0.94
E. chevalieri 0.71	C. botulinum type E 0.97
E. echinulatum 0.62	C. perfringens 0.95
E. herbariorum 0.74	Enterobacter aerogenes 0.94
E. repens 0.71	Escherichia coli 0.95
E. rubrum 0.70	Halobacterium halobium 0.75
Monascus ( Xeromvces ) bisporus 0.61	Lactobacillus viridescens 0.95
Mucor plumbeus 0.93	L. plantarum 0.94
Paecilomyces variotii 0.84	Microbacter ium sp. 0.94
Penicillum brevicompactum 0.81	Paracoccus ( Micrococcus ) 0.86
P. chrysogenum 0.79	halodenitrificans
P. citrinum 0.80	Micrococcus luteus ( lysodeik-0.93
P. cyclopium 0.81	ticus )
P. expansum 0.83	Pediococcus cerevisiae 0.94
P. fellutanum 0.80	Pseudomonas fluorescens 0.97
P. frequentans 0.81	Salmonella sp. 0.95
P. islandicum 0.83	Staphylococcus aureus 0.86
P. martensii 0.79	Vibrio costicolus 0.86
	V. parahaemolyticus 0.94

又 Aw 之范围是在此范围内能阻止增殖之微生物群，汇总如表 3。

Aw 值	可阻止增殖之微生物及饲料贮藏上之意义	对应左栏之主要原料及原料
0.999		生草、变坏之青贮料
0.97	酪酸粕酵变弱	holecrop 青贮料、生粕类
0.96	多半之场常在性微生物	中水分青贮料
0.95	clostridia ( 酪酸菌 )	( 木质系饲料 )
0.91	Lactobacilli ( 乳酸杆菌 )	低水分青贮料、发热之 bikbay 乾草
0.87	多半之酵母菌
0.83	黄霉菌毒素之生成限界	低品质乾草
0.80	多半之丝状菌 ( 霉菌 )
0.75		废糖蜜、麦糠
0.70	chrysosporium	配合饲料、玉米、麦类
0.65	多半之耐乾性霉菌	良质乾草、脱脂米糠
0.62	Zygosnecharomyces rouxii ( 酱油酵母菌 )	油菜籽、大豆粕
0.61	Xeromyces bisporus ( 微生物生育限界 )	高梁
0.55		羽毛粉、肉骨粉
0.50		玉米筋料
0.30		脱脂粉乳

注：右栏之饲料等依据笔者之 Aw 测定值配置的当然各别有上下幅度。

　　Scott 整理过去所报告之乾燥食品，至发霉所需日数，与 Aw 对应时，发现即使不同种类之食品，常显着一致。至发霉所需日数与 Aw 之关系，示於图 4。得知要品质保持期间 ( Shelf life ) 约 1 个月以上，必须使 Aw 在 0.75以下。又 Scott 之此资料，成为开端，此後之贮藏研究，都在采用 Aw，刚好是 1975 年之 30 年前事。

　　微生物於饲料中繁殖，所产生之最大问题是产生毒素。事实上，笔者接受相谈，依赖检体调查之多半试料，与这有关。

　　在微生物毒素，有霉菌产生之低分子量的毒素 ( Mycotoxin ) 及细菌产生之蛋白质性毒素二种型。任一种毒素在安全性面均很重要，但在饲料贮藏上，成主要问题的是，在低 Aw 产生之霉菌毒素 ( Mycotoxin )。

　　野生麴菌 Aspergillus flavus，Asp . parasitieus 之代谢产物黄霉毒素 ( aflatoxin ) 类。自 1960 年之火鸡病事件以来，其强的急性毒性及致癌性，至今常为霉菌毒素着色者之大兴趣对象。生成黄霉毒素之下限为 Aw 0.83。在日本此霉菌之主要分布域为九州以南，与所谓烧酒文化圈重叠，自生合成 polyketide 中间体之事，明显在坚果 ( nut ) 类等，油粮种子，有易高浓度生成之特徵。在残渣之饲料利用上应注意。

　　Stericu gumateystine 类，为合成黄霉菌毒素 ( aflatoxin ) 类上之前驱体。依 Asp. versicolor 群或 Emericella 属 ( 无性时代 Asp . nidulans 群 ) 等霉菌可生成。此毒素之毒性与黄霉毒素相较，有约 1／50 之强度，但据笔者之经验，在每单位风乾菌体，有约数百分比的多量生成之点，并具有产生能之霉菌，可自日本国内各地之土壤或饲料分离，现场认为是黄霉毒素类以上重要之霉菌毒素。生成下限之 Aw 为 0.95 左右。

　　Ochratoxin 类是最初知之 Asp . Ochraceus 之代谢产物，此後确知依多数之 Aspergillus 属於 Penicillum 属菌类可生成。在养鸡用饲料之 Ochratoxin A 的生成下限，Aw 为 0.85。

　　Penicillin 酸亦依 Penicillum 属，Aspergillus 属菌类可生成。在养鸡用饲料，下限之 Aw 为 0.80，依 Pen. Patulum 等，相当数之 Penicillin 属及部份之 Aspergillus 属，Byssochlamys 属霉菌，所生产之 Patulin 的生成下限 Aw 为 0.81 ~ 0.84。

　　第二次世界大战後之复兴期，日本自东南亚各国，输入大量之米，此际，不得不吃劣质米之大众中，不幸发生食中毒患者，就是黄变米中毒事件。据此後之研究，黄变米毒素分成三群。

　　toxicarum 黄变米毒素、citreoviridin，为依 pen . citreonigrum ( 异名 pen . toxicarium，pen . citreoviride ) 等所生成。生成下限之 Aw 为 0.86。泰国黄变米毒素、citrin，为因 pen . citrinum 等引起生成。在 Aw 0.90 以上可生产。第三群之 islandia 黄变米毒素是自 Rudeoscairin 等之 antraxin 类缘体，及分子中含有氯之环状缩胺酸 ( peptide ) 的 islanditoxin、cyclochlrotin 所构成，由 pen . islandicum 所生产。至於 islandia 毒素之生产条件、Aw 值不明。

　　黄变米事件成为转机，该国开始霉菌毒素之研究。但最初之原因，在於鲁莽之战争，令人难忘。

　　其他，在青霉菌毒素，为 pen . crustosum 产生之 peniflem，生产下限之 Aw 值为 0.94。同样，pen . roquefortii 产生之 roquefartin 为 0.87，PR 毒素为 0.90，pen . aurantiogriseum ( 异名，pen . cyclopium ) 之 cycloplason 酸为 0.87，及 pen . griseofulvum 之 griseofulvin 为 0.85。

　　以上述及配合饲料、乾草等之 Aw 值较低之贮藏饲料，所检出之霉菌的霉菌毒素。

　　由於施行饲料安全法，最近检查体制亦相当齐备，且饲料业界亦加深认识，在流通饲料、超过污染霉菌毒素基准量者，大致消失。此理由不是说必定可放心流通饲料，即使检不出毒素，自饲料现今亦可检出具有生产能之霉菌。这是由於品质管理技术之提高，结果，降低饲料之 Aw，仅置霉菌於不能活动之状态。仓库、圆仓内之湿度，抑制於 75%以下等，贮藏中常要有适切之管理。

　　栽培中之作物，亦会被霉菌毒素污染。摄食这些作物之家畜或人类，自古就知道有中毒或死亡事故，为中世纪欧洲多发之麦的麦角毒素引起之事件。麦角为因麦角菌 ( clariceps purpureea ) 感染，引起形成一种菌核。毒素成分是一群 endolalkaloid，除对子宫或血管有强的收缩作用外，还有幻觉作用等，依物质有多种之生理活性，主要蓄积於麦角。

　　着者於 1986 年 11 月之南九州及南关东之青苗贮藏高梁，确认麦角形成。且在? 今o现麦角菌感染初期症状的蜜状甘露分泌，可见青苗贮藏高梁之麦角菌污染广域性，必须注意。

　　现今受世界注目之霉菌毒素有 Fusarium 毒素。含有 Fusarium 属、Trechothecium 属、Myrothecium 属等产生之 Trechothecem 类外，还有 Zearoleno 等。此毒素污染引起之事故，以麦类多发。在代表性之本事故例有 19 ~ 20 世纪初期，在亚伯利亚之 Amool 地方，人畜大发生 ATA ( 食中毒性无白血球症、alimentarytoxic aleukia )。是因迟割，放置於冬季圃场之麦，寄生 Fusarium 属菌，产生之毒素引起。连日本於 1963 年亦大发生，被害波及麦、水稻、牧草、青刈玉米等，於人畜之多数中毒者，曾出现红霉菌中毒。多半之情形，事故是因在低温多湿之气温环境下，所栽培、收割之作物为其原因，麦之青苗贮藏有充分产生霉菌毒素污染之可能性。

　　青苗贮藏法最近在检讨与水田间作等之关连，不仅有饲料安全性面之问题，且伴有相当之养分溶脱、枯叶或野鸟之子实食害引起之乾物损失。间作或低成本之粗饲料生产，应可以推进，但必须多方面且慎重顾虑新技术之导入，在适期收获之前提下，赖并用青贮调制，NH_₃ 处理等之补偿技术，应可回避青苗贮藏之弱点。

　　此外，圃场常在性之霉菌引起之中毒有很多，例如在美国，因 Rhizoctonia leguminicola 感染红苜蓿 ( clover )，所生成之 Slaframin、发生流涎症，同样，Tolfesk，因感染 Fusarium tricinctum，生成之 putenoride，因 T-2 毒素发生 tolfesk 中毒。在纽西兰，牧草因感染 pithomyces chartarum ( 异名 sporidesmium bakeri )，产生 sporideswin 类，发生中毒性光过敏症，死亡数千头马，其原因毒素不明。

　　多犯性植物病原菌 Alternaria alternata，产生之 altenuen，altenariol，altenariol，monomethylether 之生成下限，任一种均为 Aw 0.90。

　　以上就饲料用之谷类，配合饲料或乾草等之贮藏饲料，有分离例之霉菌毒素生产霉菌，及有检出例之毒素，以生成下限之Aw 值为中心报告，并述及圃场常在性霉菌之毒素及安全性面之青苗贮藏方式之问题点。

　　又，亦报告很多其他生成下限之 Aw 值不明之霉菌毒素及其生产霉菌。

　　在细胞性毒素，Botulinum 菌 ( clostridium botulinum ) 之毒素生成下限的 Aw 值，按 A 型、B 型、C 型、E 型之顺序，各别为 0.95、0.94、0.98 及 0.97。

　　病原性葡萄球菌 ( staphylococcus aureus )，所产生之三种毒素 entertoxin A、B 及 C 之生成下限的 Aw 值，各别为 0.87、0.90 及 0.94。微生物之毒素产生下限 Aw 值及最适 Aw 值，会受 pH 值，温度，基质养分组成等之影响而变化。

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