“飼料質(zhì)量控制與加工工藝”
——現(xiàn)代水產(chǎn)飼料加工質(zhì)量控制要點(diǎn)與加工工藝發(fā)展趨勢

■曹 康

（上海易普工貿(mào)有限公司，上海 201600）

圖21是由Büler公司推薦的典型先配料、混合、后粉碎水產(chǎn)飼料膨化工藝。圖中主要分原料接收儲存與一次配料、粉碎與混合，膨化成型、干燥，噴涂與冷卻、分級與包裝發(fā)放工序組成，其中水產(chǎn)飼料膨化工段由膨化成型、干燥和噴涂與冷卻工序組成。本工藝采用水平式布置的方式，膨化后顆粒經(jīng)過氣力輸送裝置將顆粒輸送至干燥器進(jìn)行干燥，輸送過程有可能對顆粒產(chǎn)生一定的損傷，影響產(chǎn)品的出率。

圖21 水產(chǎn)飼料膨化工藝典型水平式布置膨化工序(資料來源：Büler.)

3.1.4.微顆粒生產(chǎn)工藝

微顆粒水產(chǎn)配合飼料是指粒徑在1.0 mm以下的顆粒飼料，一般顆粒飼料成型設(shè)備，難以生產(chǎn)粒徑1.0 mm以下的硬顆粒飼料，隨著膨化技術(shù)發(fā)展，目前能生產(chǎn)0.5 mm以上的膨化顆粒飼料。因此，國際上將1.0 mm以下的顆粒飼料稱為微顆粒飼料。微顆粒飼料根據(jù)粒徑大小可分為以下規(guī)格：＜50 μm、50～100 μm、100～150 μm、150～250 μm、250～350 μm、350～500 μm、500～800 μm、800～1 000 μm等規(guī)格。也有根據(jù)習(xí)慣用法分為：＜300目∶300～200目、200～100目、100～60目、60～40目、40～30目、30～20目等規(guī)格。微粒配合飼料的性狀及功能要求見表5。

表5 微粒飼料的營養(yǎng)成分及物理性能要求

微顆粒飼料的類型與生產(chǎn)方法：微顆粒水產(chǎn)配合飼料的制備原理是，通過利用黏合劑或水不易溶物質(zhì)如海藻膠、明膠、尼龍-蛋白、醇溶蛋白、脂類、膽固醇等將各種營養(yǎng)物質(zhì)混合形成膜或膠囊狀的微顆粒；或?qū)⒎蹱钤匣旌虾笸ㄟ^水產(chǎn)顆粒機(jī)預(yù)先壓制成硬顆粒破碎成微顆粒和直接采用膨化機(jī)擠壓成型等。

微顆粒生產(chǎn)飼料的一般生產(chǎn)方法為：原料混合→超微粉碎→添加劑（特殊物質(zhì)的）添加→混合→制粒成型→篩分→包裝。根據(jù)最后成粒的方式又將微顆粒飼料分為微囊顆粒飼料、破碎微粒、擠壓膨化顆粒(＞0.5 mm)等幾種類型。

丁立云等（2011）報(bào)道，微顆粒配合飼料根據(jù)制造方法與性質(zhì)的不同，可分為微黏飼料(Micro-bound diet，MBD)、微膜飼料(Micro-coated diet，MCD)和微膠囊飼料(Micro-encapsulated diet，MED)。微膠囊飼料相對于前兩種飼料而言在水中的穩(wěn)定性更好,而且能達(dá)到仿生效果，所以現(xiàn)在微粒飼料的研究已逐漸轉(zhuǎn)向微膠囊工藝。

3.1.4.1 微囊顆粒飼料

微囊顆粒的大小一般都在 5～200 μm范圍內(nèi)，在某些應(yīng)用中，該范圍可以擴(kuò)大到0.25～1 000 μm。當(dāng)微囊粒子小于5 μm時(shí)，因布朗運(yùn)動加劇而很難收集。而當(dāng)粒度超過300 μm時(shí)，其表面靜電摩擦系數(shù)會突然減少，從而失去微囊的作用。微囊的壁厚度通常在0.2～10 μm 范圍內(nèi)。

微囊的形狀一般呈球形、腎形、粒狀、塊狀等。囊壁可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)，囊壁包被的核心物質(zhì)可以是單核的，也可以是多核的。微囊產(chǎn)品的大致形狀見圖22。

圖22 微囊產(chǎn)品的大致形狀

過世東（2010）發(fā)明一種微膠囊化水產(chǎn)開口飼料的加工方法（專利號：CN201010231736.1）：本發(fā)明涉及一種微膠囊化水產(chǎn)開口飼料的加工方法，其具體為：將飼料芯材粉碎至粒徑小于25 μm后，加水混合，經(jīng)制粒機(jī)制成濕丸，再經(jīng)流化床干燥包衣機(jī)于溫度為30～70℃的條件下干燥20～80 min；而后將流體狀的壁材采用底噴包衣的形式制備成微膠囊飼料，該過程中進(jìn)風(fēng)溫度為40～100℃，出風(fēng)溫度為20～50℃，床溫為30～60℃；所述流體狀的壁材采用明膠的水溶液、明膠與麥芽糊精的混合水溶液或乙基纖維素的乙醇溶液。本發(fā)明的有益效果在于：制備微膠囊化水產(chǎn)開口飼料的包膜率可以達(dá)到90%以上，其中50%以上的顆粒直徑在250～590 μm，粒徑小且分布均勻，在水中崩解時(shí)間長，適合水產(chǎn)動物幼仔采食。

3.1.4.2 破碎微顆粒

破碎微粒是將飼料原料先預(yù)制成一般顆粒飼料，然后用破碎機(jī)破碎，通過篩分成不同規(guī)格的微顆粒飼料。這種微顆粒飼料多呈粉狀，遇水膨脹，容易潰散腐敗水質(zhì)。由于其水中穩(wěn)定性差，不適于集群攝食弱的蝦蟹類苗種培育，也不適于海水魚類等對水質(zhì)要求較高而換水量小的工廠化苗種的生產(chǎn)，但是其營養(yǎng)平衡，較單一的飼料原料粉效果好，可滿足部分苗種開口餌料的需求，特別是淡水池塘魚苗培育的需求。由于破碎微粒飼料制作工藝簡單，價(jià)格較低，目前在苗種生產(chǎn)中仍有一定的市場需求。破碎微顆粒生產(chǎn)工藝參考見特種水產(chǎn)硬顆粒產(chǎn)配合飼料加工工藝。

3.1.4.3 膨化微顆粒水產(chǎn)飼料

通過膨化擠壓系統(tǒng)將粉狀配合飼料通過弱剪切、在低溫條件下擠壓膨化成型，制成＞0.5 mm粒徑的各規(guī)格的微顆粒飼料。膨化飼料具有顆粒外形圓滑、營養(yǎng)均勻平衡、飼料水中穩(wěn)定性好、消化吸收率高的特點(diǎn)，但存在能耗高，難以生產(chǎn)500 μm以下粒徑的微顆粒飼料的缺點(diǎn)。

3.1.4.4 EXTRE-TECH公司SASTM微顆粒生產(chǎn)系統(tǒng)

SASTM微顆粒水產(chǎn)飼料螺旋擠壓加工技術(shù)，由美國EXTRE-TECH公司開發(fā)。其工藝流程主要包括：批量配料混合系統(tǒng)、超微粉碎系統(tǒng)、粉料粒度檢查篩、低溫凝聚螺旋擠壓機(jī)、飼料球形化機(jī)(SphereizerTM)、流化床干燥冷卻器和顆粒成品分級篩等組成。EXTRETECH公司SASTM微顆粒生產(chǎn)系統(tǒng)見圖23。

SASTM系統(tǒng)中的螺旋擠壓機(jī)，采用常溫、常壓下調(diào)質(zhì)；在經(jīng)過微粉碎的干混合粉料中，需要添加大量的水分和液體，并混合均勻；其中在部分配方中油脂的添加水平比較高，最高可達(dá)18%。因此，配套的調(diào)質(zhì)器必須具備固體、液體連續(xù)混合機(jī)的功能，最低的滯留時(shí)間為1～2 min。

進(jìn)入擠壓機(jī)的水分含量為28%～32%，在擠壓過程中幾乎沒有水分損失。擠壓過程加大了粉料的密度，擠出溫度為40～60℃，壓力為0.7 MPa，擠出模的形狀和孔徑以產(chǎn)品粒徑為標(biāo)準(zhǔn)的多孔簿網(wǎng)板，擠出形狀為長條形飼料條束。

圖23 EXTRE-TECH公司SASTM微顆粒生產(chǎn)系統(tǒng)

通過球形化機(jī)的造粒過程有兩種不同的機(jī)理。從擠壓機(jī)出來的條狀物料被整齊地切斷成圓柱形，其高度與圓柱直徑大體相等或略長一些。在造粒過程中圓柱體的梭角被墩圓，再被墩成啞鈴形，然后墩成橢圓球形，在滾制過程中被墩成圓球。另一種造粒機(jī)理，經(jīng)切斷后的圓柱形物料被墩彎，在剪切力作用下，中部受剪變細(xì)，然后破斷，再被墩成圓球。一般成品粒徑為0.3～1.2 mm。

3.2 飼料加工裝備配套技術(shù)的發(fā)展

3.2.1 CM系列多轉(zhuǎn)子蜂巢式微粉碎機(jī)

CM系列多轉(zhuǎn)子蜂巢式微粉碎機(jī)，是由英國ATRITOR公司研發(fā)的新型超微粉碎機(jī)。該粉碎機(jī)的特點(diǎn)是采用立式多級轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),每個(gè)盤式轉(zhuǎn)子裝有200個(gè)刀頭，每組共有8個(gè)轉(zhuǎn)盤共1 600個(gè)刀頭。刀頭末端的線速度為120 m/s，刀頭與沖擊齒板（圓框型）的間距為3 mm,刀片和沖擊齒板（襯套）之間的交互形成1 600個(gè)動態(tài)變化的蜂巢式結(jié)構(gòu)。強(qiáng)烈的沖擊、剪切和摩擦作用，迅速完成超細(xì)粉碎作用。

粉碎能力50 kg/h～15 t/h，粉碎平均粒徑＜20 μm,適用于礦物、化學(xué)、染料、顏料、食品和飼料等原料的粉碎。

CM系列多轉(zhuǎn)子蜂巢式微粉碎機(jī)粉碎系統(tǒng)主要由粉碎機(jī)主機(jī)、頂部微細(xì)分級機(jī)、超標(biāo)顆?；亓黠L(fēng)管、進(jìn)料口（加熱熱空氣進(jìn)口,如需利用循環(huán)空氣則需過濾后進(jìn)入加熱器進(jìn)氣口），懸浮液進(jìn)口等組成；系統(tǒng)配套采用負(fù)壓吸風(fēng)氣力輸送裝置輸送物料，粉碎粒度可以通過吸風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

現(xiàn)代飼料加工工程中可以借鑒其工作原理，進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)大型高產(chǎn)量蝦飼料微粉碎機(jī)。典型CM系列多轉(zhuǎn)子蜂巢式微粉碎機(jī)主要結(jié)構(gòu)見圖24。

圖24 CM系列多轉(zhuǎn)子蜂巢式微粉碎機(jī)主要結(jié)構(gòu)

3.2.2 制粒工藝

Kubex?T.直接傳動式大型環(huán)模顆粒壓制機(jī)是由Bühler公司開發(fā)的新型專利顆粒壓制機(jī)，于2011年首次在德國科隆Victam上展示，具有生產(chǎn)能力高，能耗低，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊和適用范圍廣的特點(diǎn)。

①其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于，主機(jī)結(jié)構(gòu)突破傳統(tǒng)的齒輪傳動、皮帶傳動和雙級傳動形式，采用電動機(jī)直接傳動環(huán)模，傳動效率達(dá)到100%。主機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,容易操作和維護(hù)。系統(tǒng)配置集成閉路水冷卻系統(tǒng),自動集中潤滑系統(tǒng)和主軸承監(jiān)測裝置。配置ABS汽車抱剎裝置，確保環(huán)模、壓輥安全運(yùn)行。通過變頻器可以調(diào)節(jié)電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)環(huán)模轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)。配置輥模自動間隙調(diào)整裝置和切刀自動調(diào)節(jié)裝置，自動調(diào)整顆粒的傳動。系統(tǒng)配置OOS(優(yōu)化操作系統(tǒng)),使用各種傳感器確保平穩(wěn)運(yùn)行和進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。配置“即插即用”系統(tǒng)（集成的電動機(jī)控制系統(tǒng)）,確保電動機(jī)在最大效率運(yùn)行。在制粒室門安裝加熱墊，防止制粒室門冷凝結(jié)露,避免霉變和引起交叉污染。

②工藝效果明顯，主機(jī)有T9和T12兩個(gè)機(jī)型，最大產(chǎn)量分別達(dá)50 t/h和80 t/h（禽飼料φ4 mm）,環(huán)模直徑為900 mm和1 200 mm；與同類機(jī)型相比能源消耗降低15%～25%（相當(dāng)于節(jié)約成本9%）；環(huán)模與傳動輪之間采用錐面接觸和螺釘緊固的方式，保證傳動的可靠性以及裝拆環(huán)模的方便。

③主要局限性在于電機(jī)需特殊制造，需配置變頻器。

④啟示：在主機(jī)結(jié)構(gòu)原理不變的基礎(chǔ)上，從傳動結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，徹底突破傳統(tǒng)的主機(jī)傳動方式，解決主機(jī)綜合性能的提升。

Kubex?T.直接傳動式大型環(huán)模顆粒壓制機(jī)主要結(jié)構(gòu)見圖25，主要技術(shù)參數(shù)見表6。

圖25 Kubex?T.直接傳動式大型環(huán)模顆粒壓制機(jī)主要結(jié)構(gòu)

3.2.3 膨化工藝

3.2.3.1 C2TX8.1新型錐形雙螺桿膨化機(jī)

C2TX8.1新型錐形雙螺桿膨化機(jī)是由Wenger公司2011年開發(fā)的新型膨化機(jī)，2012年3月15～17日在曼谷舉辦的亞洲Victam,Grapas和FIAAP,獲得Aquafeed.com網(wǎng)站組織的提名創(chuàng)新獎(jiǎng)。C2TX8.1是C2TX系列膨化機(jī)的最新發(fā)展，該膨化機(jī)采用專利錐形調(diào)質(zhì)器，專利錐形雙螺桿膨化機(jī)(美國專利號US：7588789)，專利三枝管式擠出腔出料模頭(美國專利號：7588789)組成。能高效生產(chǎn)0.6～0.8 mm直徑的水產(chǎn)膨化顆粒飼料，產(chǎn)品容重穩(wěn)定在700 g/l，產(chǎn)量比傳統(tǒng)膨化機(jī)高3～5倍。

表6 Kubex?T.直接傳動式大型環(huán)模顆粒壓制機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

①其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于，解決了小顆粒水產(chǎn)飼料（0.6～0.8 mm直徑）高效生產(chǎn)問題。采用錐形調(diào)質(zhì)器使物料在調(diào)質(zhì)過程中體積逐步變小，使進(jìn)入膨化腔的物料密度增加，調(diào)質(zhì)充分；專利錐形雙螺桿擠壓結(jié)構(gòu)，采用長筒體，雙螺旋結(jié)構(gòu)；進(jìn)口較短錐形螺桿輸送能力強(qiáng)，排料段采用較長的錐形螺桿具有較強(qiáng)的揉合和最終熟化強(qiáng)度；配置多模板組合擠出腔（三枝管式擠出腔）。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提高供料區(qū)輸送能力，提高揉合和最終熟化區(qū)的強(qiáng)度，延長螺桿和螺套的使用壽命，在低螺桿轉(zhuǎn)速和在BPV（后壓力閥）開度較小的情況下，產(chǎn)品密度更低和提高生產(chǎn)效率（同比增加3～5倍）。

②工藝效果明顯，使用雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)寵物食品高脂肪和肉類含量為20%和50%；生產(chǎn)水產(chǎn)飼料使用原料更廣泛，實(shí)現(xiàn)小粒徑水產(chǎn)顆粒飼料的生產(chǎn)（0.6～0.8 mm），產(chǎn)量達(dá)到 5 t/h。據(jù) Paul Chen等（2010）報(bào)道，使用WengerX165型單螺桿膨化機(jī)配置多模板組合擠出腔生產(chǎn)能力明顯提高，具體數(shù)據(jù)對比見表7。

表7 WengerX165型單螺桿膨化機(jī)不同配置產(chǎn)量對比

③主要局限性在于，C2TX8.1新型錐形雙螺桿膨化機(jī)適用于小顆粒直徑水產(chǎn)飼料生產(chǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)量相對較低。對于其它單、雙螺桿機(jī)型均可以采用三枝管式擠出腔。

④啟示：對于傳統(tǒng)螺桿式膨化機(jī)擠出腔的局限性是出料模板的面積，科技工作者采用文丘里擠出腔結(jié)構(gòu)來擴(kuò)大出料模板的面積，在此基礎(chǔ)上Wenger公司采用枝管式擠出腔擴(kuò)大出料模板的面積近3倍，突破了出料模板的面積的局限性，如果采用多組三枝管式擠出腔，出料模板的面積將會得到成倍的增加。

Wenger公司典型新型錐形雙螺桿膨化機(jī)與傳統(tǒng)C2TX膨化機(jī)結(jié)構(gòu)原理見圖26，三枝管式擠出腔結(jié)構(gòu)見圖27，錐形雙螺桿膨化機(jī)傳動結(jié)構(gòu)見圖28。

圖26 C2TX8.1新型錐形雙螺桿膨化機(jī)與傳統(tǒng)C2TX膨化機(jī)結(jié)構(gòu)原理

圖27 三枝管式擠出腔結(jié)構(gòu)

圖28 錐形雙螺桿膨化機(jī)傳動結(jié)構(gòu)

3.2.3.2 σ捏合式螺桿擠壓機(jī)

σ捏合式螺桿擠壓機(jī)廣泛應(yīng)用于食品、制藥、化工、塑料等行業(yè)，適用于高黏度原料揉合擠出。設(shè)備主要由一對相向旋轉(zhuǎn)的σ雙混合槳葉軸水平安裝在W型機(jī)槽內(nèi)，下部安裝卸料輸出單或雙螺桿組合成σ捏合式螺桿擠壓機(jī)，物料以間隙作業(yè)的方式工作，混合均勻的物料由螺桿擠出排料（高黏度揉合料）。

混合裝置主要有，σ攪拌槳、螺旋刀片、Masticator和Naben葉片式捏合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中σ攪拌槳適用范圍最廣。

擠壓螺桿結(jié)構(gòu)類似于普通單螺桿膨化機(jī)螺桿，螺桿為同徑、同距結(jié)構(gòu)。采用組合傳動和獨(dú)立傳動等傳動方式。

典型捏合式螺桿擠壓機(jī)揉合裝置轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)見圖29，典型捏合式螺桿擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)原理見圖30。

圖29 典型捏合式螺桿擠壓機(jī)揉合裝置轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

圖30 典型σ捏合式螺桿擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)原理