一種顆粒飼料PDI測試方法的研究

■高 蕊 李倪薇 康宏彬 王紅英

(中國農(nóng)業(yè)大學工學院農(nóng)業(yè)部國家農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)裝備研發(fā)分中心，北京 100083)

隨著人們對動物肉類需求的不斷加大，顆粒飼料作為動物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量一致性和加工技術(shù)成為飼料行業(yè)越來越關(guān)注的問題。顆粒飼料耐久性指數(shù)PDI(Pellet Durability Index)是評價飼料產(chǎn)品質(zhì)量指標之一，其與顆粒飼料配方、粉料粒度、調(diào)質(zhì)、壓模和冷卻等工藝息息相關(guān)。耐久性指數(shù)大，飼料的利用率高，對動物生長性能起到促進作用；PDI小，在運輸途中易產(chǎn)生較多的粉塵，增加了飼料的損耗。美國堪薩斯州立大學最早研制出用回轉(zhuǎn)箱法來模擬顆粒飼料在搬運過程中的損失，該方法取500 g顆粒料置于回轉(zhuǎn)箱，振動旋轉(zhuǎn)10 min，后過篩通過公式得到PDI值。K.K.Lundblad在原有測試的基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種修正PDI的測定方法，即在回轉(zhuǎn)箱中加入五只13.0 mm六角形螺母；巴西農(nóng)牧院Embrapa發(fā)明了MPE法，利用篩孔為4 mm的細篩，對300 g顆粒料進行振動篩分30 s，得到MPE值。英國Holmen設(shè)計了一種顆粒飼料耐久性的測定裝置；John Payne經(jīng)過研究，提出了有關(guān)常用配料對顆粒飼料制粒性能、制粒產(chǎn)量的影響，并將其以系數(shù)的方式進行了量化。但是美國堪薩斯州立大學的回轉(zhuǎn)箱法測定顆粒耐久度用時長、用料多，不利于高效實驗測定，而MPE原理簡單，操作方便。但前人提出的MPE法，篩孔和篩分時間沒有經(jīng)過試驗驗證，普適性及代表性不強。所以本文結(jié)合中外學者的研究成果，進一步研究確定MPE法中篩孔的直徑及篩分時間，從而得到對不同配方的顆粒飼料的MPE測定法；然后建立MPE與PDI的關(guān)系數(shù)學模型，從而利用該數(shù)學模型由MPE預(yù)測得到PDI值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用顆粒飼料均取自農(nóng)標普瑞納（廊坊）飼料有限公司。每批取樣3～5個，每個平行樣品1.7 kg左右。共取得樣品541個。具體顆粒料樣品配方成分如下：

仔豬料：玉米39%、豆粕8%、乳清粉9%、進口魚粉22%、次粉5%、奶粉5%、磷酸氫鈣12%；

育肥豬：玉米66%、豆粕9%、麩皮10%、次粉12%、玉米蛋白粉2%；

妊娠母豬：玉米59%、豆粕8%、玉米蛋白飼料3%、麩皮19%、DDGS 8%、次粉5%；

4～60日齡犢牛料：玉米31%、豆粕22%、麩皮3%、次粉15%、玉米蛋白粉18%、DDGS 11%；

3～6月齡小牛顆粒飼料：玉米15%、豆粕6%、棉粕19%、次粉17%、玉米蛋白飼料19%。

1.2 試驗儀器

回轉(zhuǎn)箱(按照美國標準定制)；BZS-200標準檢驗篩機（新鄉(xiāng)市同心機械有限責任公司）；電子精密天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

通過回轉(zhuǎn)箱法和MPE法分別對顆粒飼料產(chǎn)品因碰撞、摩擦造成顆粒飼料的粉化程度進行測定，進而利用MPE法得到PDI的預(yù)測模型。

1.3.1 回轉(zhuǎn)箱法

1.3.1.1 方法步驟

首先，在顆粒飼料打包過程中，隨機稱取5 kg顆粒飼料樣品，將其置于表1規(guī)定的篩上進行篩分，篩去顆粒飼料中的粉狀飼料，然后選取篩上物500 g裝入回轉(zhuǎn)箱內(nèi)，蓋好箱蓋，啟動粉化儀，使箱體運轉(zhuǎn)10 min，停止后取出樣品，再置于同一篩上篩分，稱取篩上物得A，單位g。

表1 不同顆粒直徑采用的篩孔尺寸

1.3.1.2 計算方法

PDI(%)=A/500×100。

所得結(jié)果精確至小數(shù)點后一位。兩份樣品測定結(jié)果絕對差不大于1%。

1.3.2 MPE法

MPE法是直接使用振動篩代替原來的回轉(zhuǎn)箱，來模擬顆粒飼料的裝卸、運輸過程。MPE值為篩上物與篩前顆粒飼料質(zhì)量的比值。

1.3.2.1 MPE法篩孔的確定

巴西農(nóng)牧院Embrapa發(fā)明的MPE法，篩子孔徑選取4 mm，但是不同的飼料，顆粒直徑不同，所以該篩孔直徑不能適用于所有粒徑的顆粒飼料。由于MPE法是在試驗過程中直接將樣品進行篩分，而回轉(zhuǎn)箱法是先振動后篩分，從本質(zhì)上講，選取篩孔直徑的規(guī)律應(yīng)當是相一致的。故本文將MPE法和回轉(zhuǎn)箱法選取篩孔直徑的標準相結(jié)合，仍選用表1的篩孔尺寸。

1.3.2.2 MPE法篩分時間的確定

試驗選取3～6月小牛顆粒飼料和育肥豬顆粒飼料。3～6月小牛顆粒飼料經(jīng)過了糖蜜后噴涂工藝，顆粒表面較致密，在運輸過程中不易粉化；育肥豬顆粒飼料沒有經(jīng)過糖蜜后噴涂工藝，制粒方式為擠壓制粒。圖1為3～6月小牛顆粒飼料MPE值隨振動時間變化曲線，圖2為育肥豬顆粒飼料MPE值隨振動時間變化曲線。

圖1 3～6月小牛顆粒飼料MPE值隨振動時間變化曲線

圖2 育肥豬顆粒飼料MPE值隨振動時間變化曲線

由圖1及圖2可以得出：3～6月小牛顆粒飼料和育肥豬顆料飼料振動時間為1～2 min，MPE值變化不大，說明在短時間、短距離的搬運對于顆粒飼料粉化程度沒有太大的影響。為了更好地模擬搬運過程中顆粒飼料的粉化情況，故增加MPE法振篩時間。從圖中可以看出，在振動時間設(shè)定在3、4 min時兩種顆粒飼料MPE有明顯的變化，所以振動時間確定在3～4 min之間。由圖1可知，對于小牛料采用MPE方法振篩3 min與振篩4 min，其MPE值相差在0.000 4～0.001 8之間，MPE值相差很小。由圖2可知，對于生長豬料采用MPE方法振篩3 min與振篩4 min，其MPE值相差0.01左右，相差也不大。因此可選用3 min或4 min作為MPE的振篩時間，相比傳統(tǒng)PDI回轉(zhuǎn)10 min的時間，MPE方法縮短了50%的測試時間。為更接近模擬長時間運輸?shù)那闆r，故選取4 min振動時間。

1.3.2.3 MPE法步驟

首先，在顆粒飼料打包過程中，稱取5 kg顆粒飼料樣品，將其置于表1規(guī)定的篩上進行篩分，篩去顆粒飼料中的粉狀飼料，然后選取篩上物300 g左右樣品，稱重記為B，單位g，置于振動篩，在同一篩上進行篩分4 min，稱取篩上物得C，單位g。

1.3.2.4 計算方法

式中：A——顆粒飼料樣品質(zhì)量(g)；

B——篩分后除去粉狀飼料的顆粒飼料質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果（見表2）

表2 顆粒飼料PDI、MPE試驗結(jié)果

表2為仔豬料、育肥豬、妊娠母豬、4～60日齡犢牛、3～6月齡小牛的MPE、PDI測試結(jié)果，MPE的測試時間為4 min。

2.2 MPE與PDI相關(guān)性分析

本試驗均在室溫條件下完成，如圖3所示，仔豬顆粒飼料PDI與MPE呈良好的線性關(guān)系，經(jīng)數(shù)據(jù)回歸得到方程PDI=-418.409+5.174MPE，相關(guān)系數(shù)R2=0.926。

采用SPSS17.0軟件對仔豬顆粒飼料試驗數(shù)據(jù)進行分析，運用ANOVA程序進行方差分析，結(jié)果如表3所示。

由圖4可知，育肥豬顆粒飼料PDI與MPE呈良好的線性關(guān)系，經(jīng)數(shù)據(jù)回歸得到方程PDI=8.427+0.897MPE，相關(guān)系數(shù)R2=0.892。

圖3 仔豬顆粒飼料PDI與MPE相關(guān)性曲線

表3 仔豬顆粒飼料方差分析

圖4 育肥豬PDI與MPE相關(guān)性曲線

采用SPSS17.0軟件對育肥豬顆粒飼料試驗數(shù)據(jù)進行分析，運用ANOVA程序進行方差分析，結(jié)果如表4所示。

表4 育肥豬顆粒飼料方差分析

圖5 妊娠豬顆粒飼料PDI與MPE相關(guān)性曲線

由圖5可知，妊娠豬顆粒飼料PDI與MPE呈良好的線性關(guān)系，經(jīng)數(shù)據(jù)回歸得到方程PDI=-89.556+1.867MPE，相關(guān)系數(shù)R2=0.901。

采用SPSS17.0軟件對妊娠豬顆粒飼料試驗數(shù)據(jù)進行分析，運用ANOVA程序進行方差分析，結(jié)果如表5所示。

表5 妊娠豬顆粒飼料方差分析

圖6 4～60日齡犢牛顆粒飼料PDI與MPE相關(guān)性曲線

由圖6可知，4～60日齡犢牛料PDI與MPE呈良好的線性關(guān)系，經(jīng)數(shù)據(jù)回歸得到方程PDI=58.928+0.386MPE，相關(guān)系數(shù)R2=0.867。

采用SPSS17.0軟件對4～60日齡犢牛顆粒飼料試驗數(shù)據(jù)進行分析，運用ANOVA程序進行方差分析，結(jié)果如表6所示。

表6 4～60日齡犢牛顆粒飼料方差分析

由圖7可知，3～6月齡小牛顆粒飼料PDI與MPE呈良好的線性關(guān)系，經(jīng)數(shù)據(jù)回歸得到方程PDI=18.762+0.762MPE，相關(guān)系數(shù)R2=0.848。

圖7 3～6月齡小牛料PDI與MPE相關(guān)性曲線

采用SPSS17.0軟件對3～6月齡小牛顆粒飼料試驗數(shù)據(jù)進行分析，運用ANOVA程序進行方差分析，結(jié)果如表7所示。

表7 3～6月齡小牛料方差分析

為了驗證豬、牛顆粒飼料的MPE與PDI相關(guān)性模型的建立是否適合，本文以普瑞納生產(chǎn)的豬、牛顆粒飼料進行實驗驗證。根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品品種，選取仔豬顆粒飼料、育肥豬顆粒飼料、妊娠母豬、4～60日齡犢牛料、3～6月齡小牛顆粒飼料，每種選取8個平行樣品進行驗證試驗。根據(jù)這5種顆粒飼料的MPE和PDI相關(guān)性模型預(yù)測PDI的值，將模型PDI預(yù)測值與PDI實際測得值進行回歸分析。結(jié)果表明PDI預(yù)測值與PDI實際測得值相近，在置信區(qū)間為95%的條件下，R2＞0.96，預(yù)測效果顯著。

3 結(jié)論

①研究了一種新的方法MPE來測定顆粒飼料的耐久度PDI值，并分別得出了5種不同顆粒飼料的MPE與PDI的回歸模型，利用SPSS統(tǒng)計軟件建立起經(jīng)典PDI與MPE的預(yù)測模型，預(yù)測模型分別是：

仔豬顆粒飼料，PDI=-418.409+5.174MPE（R2=0.926）；

育肥豬顆粒飼料，PDI=8.427+0.897MPE（R2=0.892）；

妊娠豬顆粒飼料，PDI=-89.556+1.867MPE（R2=0.901）；

4～60日齡犢牛料顆粒飼料，PDI=58.928+0.386MPE（R2=0.867）；

3～6月齡小牛顆粒飼料，PDI=18.762+0.762MPE（R2=0.848）。

②根據(jù)MPE與PDI的回歸模型，運用該MPE方法結(jié)果預(yù)測了5種不同顆粒飼料的PDI，并將該預(yù)測值與這5種不同種顆粒的PDI實際測得值進行比較。結(jié)果顯示，該預(yù)測模型能夠比較好地預(yù)測這5種不同種顆粒的PDI值。