CN114258986A - 一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于动物饲料领域，具体为一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料及其制备方法。所述饲料颗粒为0.8‑1.2mm*0.8‑1.2mm的圆柱形或者直径为0.8‑1.2mm圆球形颗粒。本发明采用减小微生物附着面积，降低微生物对蛋白的降解率，提高蛋白过瘤胃率，解决了热处理易导致消化率降低，及化学处理有毒且适口性较差和物理包被成本高昂的技术问题，效果好，成本低。
Description
技术领域
本发明属于动物饲料领域，具体为一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料及其制备方法。
背景技术
反刍是指进食经过一段时间以后将在胃中半消化的食物返回嘴里再次咀嚼，反刍动物就是有反刍现象的动物。反刍动物的胃多分为四个胃室(骆驼分三个胃室)，分别为瘤胃、网胃、重瓣胃和皱胃。前两个胃室(瘤胃和网胃)将食物和唾液混合，特别是使用共生细菌将纤维素分解为葡萄糖。然后食物反刍，经缓慢咀嚼以充分混合，进一步分解纤维，再重新吞咽，经过瘤胃到重瓣胃，进行脱水。然后送到皱胃，最后送入小肠进行吸收。
过瘤胃蛋白又称为瘤胃非降解蛋白(Rumen Undegradable Protein,RUP)，为日粮中未被瘤胃微生物降解而通过瘤胃进入动物肠道的蛋白质。调控过瘤胃蛋白的主要目的是降低蛋白质在瘤胃内的降解，使更多的蛋白在小肠被动物吸收利用，提高蛋白利用效率。
反刍动物的氨基酸需要主要来源于饲料蛋白中的过瘤胃蛋白(RUP)和瘤胃发酵过程中合成的微生物蛋白(MCP)。对于低产反刍动物而言，瘤胃合成的瘤胃微生物蛋白即可满足动物需要，无需额外补充过瘤胃蛋白。但对于高产反刍动物(例如快速生长阶段、产奶阶段)，瘤胃发酵产生的微生物蛋白不能满足动物需要，限制了动物生产性能的发挥，必须通过提高过瘤胃蛋白量来满足动物蛋白营养需要，使动物生产性能充分发挥。
为增加日粮过瘤胃蛋白水平，可通过适宜的保护方法减少饲料蛋白在瘤胃中降解，提高蛋白利用效率、减少环境污染。常用的蛋白保护方法有热处理、化学处理和物理包被等方式。
热处理和化学处理基本原理是在饲料蛋白原料表面形成一层瘤胃微生物酶不可降解或疏水的膜，这层保护膜在瘤胃中可保护蛋白颗粒中心的蛋白质不被瘤胃微生物产生的酶降解，但在经过反刍动物皱胃(真胃)的低pH环境会后被破坏，使得内部的蛋白质暴露从而被反刍动物利用。物理包被利用相似原理在饲料蛋白表面喷涂一层保护膜起到相似的保护作用。比如中国发明CN201710687359.4说明书中记载一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料及其生产方法，将豆粕、粉碎后的豆皮与水混合，得到混合物；将所述混合物依次进行热处理、干燥和冷却，得到反刍动物过瘤胃蛋白饲料，将饲料中的蛋白质保护起来。
热处理提高蛋白过瘤胃率的原理是在热条件下，还原糖与氨基酸(尤其是赖氨酸)发生美拉德反应(褐变反应)，产生的高分子聚合物在瘤胃中不能被降解，从而减少蛋白在瘤胃中的降解。所以加热温度、时间、还原糖添加量、反应水分等，都会对蛋白过瘤胃率有影响。温度过高、时间过长都会降低蛋白在小肠中的消化吸收，导致蛋白“过保护”降低利用效率。
化学处理为通过添加一些极性较强的化学物质(如甲醛等)，破坏饲料表层蛋白构象，降低在瘤胃液中的溶解度从而减少蛋白被瘤胃微生物酶的降解。但这类蛋白变性剂(如甲醛)等通常存在一定的毒性或降低日粮适口性，从而在饲料工艺中应用有限。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料及其制备方法，采用减小微生物附着面积，提高蛋白过瘤胃率，降低微生物对蛋白的降解作用，解决了热处理易导致消化率降低，及化学处理有毒且适口性较差和物理包被成本高昂的技术问题。
解决以上技术问题的本发明中的一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述饲料颗粒为0.8-1.2mm*0.8-1.2mm的圆柱形或者直径为0.8-1.2mm圆球形颗粒。
所述饲料颗粒为0.9mm*1.1mm的圆柱形或者直径为0.9-1.18mm圆球形颗粒。
所述饲料颗粒为直径为1mm圆球形颗粒。
传统原料豆粕或者棉籽蛋白为含有细粉的颗粒物，本发明中饲料制粒成小颗料，表面积非常明显减少。
所述饲料配方包括以下质量百分比的组份：植物蛋白90-98份、饲料粘结剂1-4份和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水18-32％。
所述植物蛋白为豆粕、棉籽粕、菜籽粕和玉米蛋白一种或几种。
所述植物蛋白为豆粕，豆粕内含的多种氨基酸，其中豆粕干物质百分比含量为86-90％，粗蛋白的百分比含量为40-44％。使氨基酸平衡和少或无毒性。
所述饲料粘结剂为谷朊粉、淀粉和羧甲基纤维素一种或几种。
优化方案中，所述饲料粘结剂为谷朊粉，其中以饲料总质量为计，谷朊粉2-3％。
进一步优化方案中，所述饲料中还包括有抗氧化剂0.2-0.5份，优化方案中抗氧化剂为维生素E。抗氧化剂避免脂肪氧化。
优化方案中本发明中饲料为含水量为8-12％，优化方案中干燥后含水量为10％。
本发明通过制粒的方式的来生产过瘤胃蛋白，在反刍动物摄入蛋白饲料后，根据颗粒大小不同在瘤胃中停留不同的时间进行反刍。期间，瘤胃微生物附着在饲料表面，通过分泌蛋白酶代谢饲料中的蛋白质，降低过瘤胃蛋白量(RUP)。
本发明中的一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物蛋白原料、饲料粘结剂和水混合均匀；
(2)用制粒机或者制粒机-滚圆机制备成圆柱形或者圆球形颗粒；优选中为制粒机-滚圆机制备；
(3)用120-160℃热风对饲料颗粒进行干燥，并使表面产生合适的美拉德反应，即得。干燥完成的饲料颗粒既是优质的过瘤胃蛋白饲料。
所述豆粕颗粒大小为0.8-1.2mm，优化方案中为1mm。
所述步骤(1)中含水量为18-32％，优化方案中步骤(1)中含水量为30％。
所述步骤(3)中干燥后含水量为8-12％，优化方案中干燥后含水量为10％，不发生霉变。
所述步骤(4)中饲料颗粒表面颜色为淡黄色。
本发明中合适的美拉德反应通过颜色来确定，过度美拉德反应会变黑，适度的话是愉悦的淡黄色。美拉德反应会降低蛋白消化率，所以表面有美拉德反应可以降低微生物降解。进入真胃后，内部的蛋白释放出来，消化率高。
本发明中通过制粒，将粉末状、片状的蛋白饲料制成圆柱或者球形的颗粒，则减小饲料表面积，阻碍瘤胃微生物附着，降低微生物的蛋白降解作用。
颗粒大小不是越小或越大就好，合适的颗粒大小非常重要。因为反刍动物存在特有的反刍过程，会将没有充分咀嚼的食糜逆呕到口腔中再次咀嚼，将饲料磨碎后再次吞咽，不仅会延长饲料瘤胃停留时间，而且会破坏饲料颗粒，减小制粒缩小表面积的效果，所以需要克服反刍过程的限制。当饲料粒径适合时，可随瘤胃液快速进入皱胃进行消化酶消化；饲料粒径过大时，会刺激瘤网胃引起反刍。因此，适宜的制粒方案才能制备过瘤胃蛋白饲料。
本发明中饲料过瘤胃率高，可以达到80-85％，优于常规国内外现有产品。小肠消化率高，体外双酶法测定饲料在90％左右，采用体内过瘤胃处理+体外法消化率达到93％；且可以常规生产设备线，生产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明中做进一步的阐述：
实施例1
饲料颗粒为0.8mm*1.2mm的圆柱形。
具体的饲料配方包括以下重量份的组份：棉籽粕98份、饲料粘结剂1份和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水32％。饲料粘结剂为淀粉。
制备方法如下步骤：
(1)将植物蛋白原料、淀粉和水混合均匀，含水量为32％；
(2)用制粒机制备成圆柱形颗粒；
(3)用160℃热风对饲料颗粒进行干燥，干燥后含水量为12％，并使表面产生美拉德反应，饲料颗粒表面颜色为淡黄色即得。
实施例2
饲料颗粒为1.2mm*0.8的圆柱形，或饲料颗粒为0.9mm*1.1mm的圆柱形。
具体的饲料配方包括以下重量份的组份：菜籽粕90份、饲料粘结剂4份和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水18％。饲料粘结剂为羧甲基纤维素。
制备方法如下步骤：
(1)将植物蛋白原料、羧甲基纤维素和水混合均匀，含水量为18％；
(2)用制粒机制备成圆柱形；
(3)用120℃热风对饲料颗粒进行干燥，干燥后含水量为8％，并使表面产生美拉德反应，饲料颗粒表面颜色为淡黄色即得。
实施例3
饲料颗粒为1mm圆球形颗粒。
具体的饲料配方包括以下重量份的组份：豆粕95份、谷朊粉和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水30％。以饲料总质量为计，谷朊粉2％。
豆粕干物质百分比含量为86-90％，粗蛋白的百分比含量为40-44％。
制备方法如下步骤：
(1)将植物蛋白原料、谷朊粉和水混合均匀，含水量为30％；
(2)用制粒机-滚圆机制备成圆球形颗粒；
(3)用140℃热风对饲料颗粒进行干燥，干燥后含水量为10％，并使表面产生美拉德反应，饲料颗粒表面颜色为淡黄色即得。
实施例4
饲料颗粒为0.9mm圆球形颗粒。
具体的饲料配方包括以下重量份的组份：豆粕98份、谷朊粉和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水25％。以饲料总质量为计，谷朊粉3％。饲料还包括抗氧化剂0.2份，抗氧化剂为维生素E。
豆粕干物质百分比含量为86-90％，粗蛋白的百分比含量为40-44％。
制备方法如下步骤：
(1)将植物蛋白原料、谷朊粉和水混合均匀，含水量为30％；
(2)用制粒机-滚圆机制备成圆球形颗粒；
(3)用140℃热风对饲料颗粒进行干燥，干燥后含水量为9％，并使表面产生美拉德反应，饲料颗粒表面颜色为淡黄色即得。
实施例5
饲料颗粒为1mm圆球形颗粒。
具体的饲料包括以下重量份的组份：玉米蛋白95份、饲料粘结剂3份和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水30％。饲料粘结剂饲料还包括抗氧化剂0.5份，抗氧化剂为维生素E。
制备方法如下步骤：
(1)将植物蛋白原料、谷朊粉和水混合均匀，含水量为30％；
(2)用制粒机-滚圆机制备成圆球形颗粒；
(3)用130℃热风对饲料颗粒进行干燥，干燥后含水量为10％，并使表面产生美拉德反应，饲料颗粒表面颜色为淡黄色即得。
实施例6
饲料颗粒为1.2mm圆球形颗粒。
具体的饲料包括以下重量份的组份：豆粕92份、谷朊粉和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水20％。以饲料总质量为计，谷朊粉2.5％。饲料还包括抗氧化剂0.3份，抗氧化剂为维生素E。
豆粕干物质百分比含量为86-90％，粗蛋白的百分比含量为40-44％。
制备方法如下步骤：
(1)将植物蛋白原料、谷朊粉和水混合均匀，含水量为30％；
(2)用制粒机-滚圆机制备成圆球形颗粒；
(3)用150℃热风对饲料颗粒进行干燥，干燥后含水量为11％，并使表面产生美拉德反应，饲料颗粒表面颜色为淡黄色即得。
试验一
饲料制备方法具体如下：
(1)豆粕采用粉碎机进行粉碎，筛孔孔径2mm。
(2)将豆粕粉分别与2％的谷朊粉、2％的羧甲基纤维素、2％的预糊化淀粉混合，并且调整含水量到20％。
(3)采用环模制粒机进行制粒，制粒孔径为Φ1mm，压缩比1：10，长度为1mm。
(4)热风干燥，温度140℃，时间30min。
测定样品过瘤胃率、体外消化率和过瘤胃样品的体外消化率，见表1。
表1
| 样品 | 蛋白过瘤胃率 | 体外消化率 | 处理样品的体外消化率 |
| 豆粕(未处理) | 49.6％ | 89.1％ | 78.4％ |
| 制粒+2％谷朊粉 | 81.4％ | 90.8％ | 90.2％ |
| 制粒+2％羧甲基纤维素 | 79.3％ | 90.7％ | 90.2％ |
| 制粒+2％预糊化淀粉 | 75.3％ | 91.0％ | 91.0％ |
从上述结果中可以看出，经过制粒后，样品过瘤胃率迅速提高，但是蛋白消化率并未有显著影响。推测其原因是：制粒后，饲料颗粒规整，表面积大量减小，阻碍瘤胃微生物的附着，降低其对粗蛋白的消化。不同饲料粘结剂的使用上，谷朊粉效果最佳，饲料成形优于预糊化淀粉，过瘤胃率也是最高的。
试验例二
(1)豆粕采用粉碎机进行粉碎，筛孔孔径2mm。
(2)将豆粕粉分别与1％的谷朊粉、2％的谷朊粉、3％的谷朊粉、4％的谷朊粉混合，并且调整含水量到20％。
(3)采用环模制粒机进行制粒，制粒孔径为Φ1mm，压缩比1：10，长度为1mm。
(4)热风干燥，温度140℃，时间30min。
测定样品过瘤胃率、体外消化率和过瘤胃样品的体外消化率，见表2。
表2
| 样品 | 蛋白过瘤胃率 | 体外消化率 | 处理样品的体外消化率 |
| 制粒+1％谷朊粉 | 77.4％ | 90.8％ | 89.4％ |
| 制粒+2％谷朊粉 | 80.7％ | 90.3％ | 90.2％ |
| 制粒+3％谷朊粉 | 81.2％ | 90.7％ | 90.1％ |
| 制粒+4％谷朊粉 | 81.7％ | 90.8％ | 91.0％ |
从上述结果中可以看出，添加不同量的谷朊粉对过瘤胃率有显著影响，但是对消化率没有影响。从成本考虑，添加2％-3％的谷朊粉即可以满足提高蛋白过瘤胃率的要求。
试验例三
(1)豆粕采用粉碎机进行粉碎，筛孔孔径2mm。
(2)将豆粕粉分别与2％的谷朊粉混合，并且调整含水量到30％。
(3)采用RE-400D型行星辊轮旋压制粒机和R-1400型离心滚圆机制备圆球形饲料颗粒，制粒孔径为Φ1mm。
(4)采用SFD20型振动流化床进行干燥，热风进口温度为140-160℃，成品饲料水分控制在10％左右。
测定样品过瘤胃率、体外消化率和过瘤胃样品的体外消化率。
本实例中采用了圆球形颗粒，其比表面积更小；制粒过程中含水量提高，制得饲料颗粒更紧密。实际测定其过瘤胃率可以达到84.2％，体外消化率为91.6％，经过过瘤胃处理后样品的体外消化率为90.8％。
其中蛋白过瘤胃率测定方法如下：
尼龙袋准备：选择孔径为35-50μm(250-400目)的尼龙布，裁剪成15cmx11cm的长方块，对折，用涤纶线进行双道缝合，制成长x宽为7cmx10cm的尼龙袋。边缘用烙铁熨烫，使其无散边，密封，用油性笔标号，再用自来水冲洗，浸泡50分钟，然后低温烘干至恒重并称重备用。
称取5g左右(精确到0.0001)待测样品于尼龙袋中，扎紧袋口并标注，每个时间点设3个重复，一共18个样品。
选用永久性瘘管的奶牛作为试验动物，于晨饲后2h放入尼龙袋。
尼龙袋放入瘤胃后第4、8、12、24、36、48h各取出一袋，用清水水冲洗8分钟，将尼龙袋表面的瘤胃内容物及残渣冲洗，停止微生物活动，冲洗过程不能用手挤压袋内样品，以免增大消失率。将尼龙袋放入65℃恒温真空干燥箱内烘干至恒重。
测定未过瘤胃处理和瘤胃处理干燥后样品的质量和粗蛋白，根据以下公式测定不同时间点的蛋白降解率：
依据不同时间的饲料蛋白降解率，再采用线性回归计算8h的蛋白过瘤胃率。
体外消化率测定如下：
试剂和材料
10mg/ml胃蛋白酶溶液：量取浓盐酸6ml，稀释至1L水中(pH1.6)，常温保存。临用前量取适量溶液，加入对应质量的胃蛋白酶(1:10 000，生工A600688)，缓慢搅拌直至溶解，现配现用。
50mg/ml胰酶溶液：临用前量取适量pH6.8的磷酸盐缓冲溶液，加入对应质量的胰酶(5×USP，生工A600680)，缓慢搅拌直至溶解，现配现用。
5g/L氯霉素溶液：量取100ml无水乙醇，加入0.5g氯霉素(生工A600118)，搅拌直至溶解，常温保存。
磷酸盐缓冲液(0.1M，pH 6.0)：量取约800ml水，加入二水磷酸二氢钠13.68g，磷酸氢二钾2.14g，搅拌直至溶解，定容到1L，常温保存。
磷酸盐缓冲液(0.2M，pH 6.8)：量取约800ml水，加入二水磷酸二氢钠15.91g，磷酸氢二钾17.07g，搅拌直至溶解，定容到1L，常温保存。
0.2M盐酸溶液：量取浓盐酸18ml稀释至水中，定容到1L，常温保存。
1M盐酸溶液：量取浓盐酸9ml，稀释至100ml水中，常温保存。
1M氢氧化钠溶液：量取100ml水，加入氢氧化钠4.0g，搅拌直至溶解，常温保存。
0.6M氢氧化钠溶液：量取约800ml水，加入氢氧化钠24.0g，搅拌直至溶解，定容到1L，常温保存。
20％磺基水杨酸溶液：量取约400ml水，加入100g磺基水杨酸(生工A610610)，搅拌直至溶解，定容到500ml，避光常温保存。
硅藻土(生工A601568)，无水乙醇(分析纯)，丙酮(分析纯)，凯氏定氮相关试剂仪器和设备
恒温摇床：空气浴，39℃，80RPM；天平：精度(0.0001g)；pH计：精度0.01；具塞锥形瓶：容量100ml；砂芯漏斗：鹿头牌，G1(50-70um)，40ml；锥形瓶：容量250ml；凯氏定氮仪。
试样制备：若颗粒较细，则不做处理；若颗粒较粗，则粉碎后进行测量。(标准：40目)
测定步骤：称取样品1.0g样品(精确到0.001g)，加入具塞三角瓶中。两个重复，另做一份不添加样品的空白对照。
加入25ml，0.1M，pH6.0的磷酸盐缓冲液；混合均匀。
加入10ml，0.2M盐酸，并用1M盐酸或者1M氢氧化钠溶液调节pH到2.0。
加入1ml，10mg/ml的胃蛋白酶溶液；0.5ml，5g/L的氯霉素溶液；混匀后，摇床震荡处理6h，39℃，80RPM。
加入10ml，0.2M，pH6.8的磷酸盐缓冲液；5ml，0.6M氢氧化钠溶液；并用1M盐酸或者1M氢氧化钠溶液调节pH到6.8。
加入1ml，50mg/ml的胰酶溶液；混匀后，摇床震荡处理18h，39℃，80RPM。
加入5ml，20％磺基水杨酸溶液，室温沉淀30min。
砂芯漏斗加入约1g硅藻土作为助滤剂，并精确称取总重量。倒入沉淀后的样品溶液，过滤。
用10ml无水乙醇冲洗具塞三角瓶，并冲洗砂芯漏斗2次，再用10ml丙酮冲洗冲洗具塞三角瓶，并冲洗砂芯漏斗2次，80℃过夜干燥。
称取过滤干燥后的砂芯漏斗质量，减去空白对照，计算样品减少量，即可获得干物质回肠末端体外消化率。
测定过滤干燥后砂芯漏斗中样品的含氮量和未处理样品的含氮量，计算样品氮减少量，即可获得蛋白回肠末端体外消化率。
试验例四
采用同样的测定方法，不同饲料进行对比，本发明中饲料过瘤胃率高，可以达到80-85％，优于常规国内外现有产品，具体见下表3：
表3
| 商品名 | 产地 | 过瘤胃率 | 体外消化率 |
| Soy Best | 美国 | 73％ | 70％ |
| AminoPlus | 美国 | 72％ | 87％ |
| SoyPass | 澳大利 | 76％ | 87％ |
| 聚蛋60 | 中国 | 60％ | 90％ |
上述实施/试验例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述饲料颗粒为0.8-1.2mm*0.8-1.2mm的圆柱形或者直径为0.8-1.2mm圆球形颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述饲料颗粒为0.9mm*1.1mm的圆柱形或者直径为0.9-1.18mm圆球形颗粒；优化方案中所述饲料颗粒为直径为1mm圆球形颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述饲料配方包括以下重量份的组份：植物蛋白90-98份、饲料粘结剂1-4份和水，以植物蛋白和饲料粘结剂总质量为计，其中水18-32％。
4.根据权利要求1所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述植物蛋白为豆粕、棉籽粕、菜籽粕和玉米蛋白一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述植物蛋白为豆粕，优化方案中豆粕干物质百分比含量为86-90％，粗蛋白的百分比含量为42-48％。
6.根据权利要求1所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述饲料粘结剂为谷朊粉、淀粉和羧甲基纤维素一种或几种；优化方案中，所述饲料粘结剂为谷朊粉，其中以饲料总质量为计，谷朊粉2-3％。
7.根据权利要求1所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述饲料中还包括有抗氧化剂0.2-0.5份，优化方案中抗氧化剂为维生素E。
8.根据权利要求1所述的一种反刍动物过瘤胃蛋白饲料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物蛋白、氨基酸、饲料粘结剂和水混合均匀；
(2)采用制粒机或者制粒机-滚圆机制备成1mm左右的圆柱形或者圆球形颗粒；
(3)采用120-160℃热风对饲料颗粒进行干燥；
(4)并使表面产生适度的美拉德反应，即可为优质的过瘤胃蛋白饲料。
9.根据权利要求8所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述步骤(1)中含水量为18-32％，优化方案中步骤(1)中含水量为30％。
10.根据权利要求8或9所述的一种所述反刍动物过瘤胃蛋白饲料，其特征在于：所述步骤(3)中干燥后含水量为8-12％，优化方案中干燥后含水量为10％。
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2021
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