酶可減少制粒過程中的電耗

飼料制粒過程會消耗大量的能量。減少所需能量的一個方法是使用酶。眾所周知，酶能加快反應，減少環(huán)模的摩擦力。

中圖分類號：S816 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2014）10-0010-03

全世界的畜禽養(yǎng)殖場是為了滿足人類對動物蛋白日益增長的需要而建立的。消費者對可持續(xù)發(fā)展的認識，迫使全球飼料工業(yè)證明畜禽的生產(chǎn)是安全且環(huán)境可持續(xù)性的。動物飼料制粒過程中的電耗及溫室氣體的釋放，使人們對養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的爭論愈加高漲。因此制粒過程中的電耗可以被認為是影響飼料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個關鍵因素。已知制粒過程中的蒸汽處理能有效地減少飼料中的病原菌，還可以增加經(jīng)濟效益。

1 飼料加工廠的能源消耗

雖然全球的動物飼料制粒難以進行量化，但最新的數(shù)據(jù)表明全球各品種飼料產(chǎn)量達到8.5億t。據(jù)Carbon Trust（2010）的一份報告，英國在飼料加工方面的平均耗電量約為85 kWh/t。在英國，一家年生產(chǎn)25萬t飼料的標準飼料加工廠，在能耗上可能要花費75萬英鎊（91.34萬歐元）。這些花費的結(jié)果是，飼料工業(yè)和研究機構(gòu)正試圖節(jié)約動物飼料制粒過程中的電耗。節(jié)約電耗必須是可持續(xù)發(fā)展的，且不會影響飼料質(zhì)量和衛(wèi)生指標。動物飼料制粒過程中的耗電主要發(fā)生在制粒機中，由飼料粉末、環(huán)模和壓輥的之間的摩擦產(chǎn)生（Mohsenin，1986）。摩擦系數(shù)可通過摩擦力與垂直于接觸表面的力的比值來測定。摩擦系數(shù)取決于制粒機的特性和調(diào)質(zhì)飼料的原料。如果該原料在模孔中保持壓實狀態(tài)，那么剪切強度增加，顆粒間的粘結(jié)力增加，因而飼料顆粒的物理特性會更好。環(huán)模規(guī)格對制粒質(zhì)量的影響約占35 %（Reimer，1992）。通過環(huán)模/壓輥的設置減小的摩擦能改善飼料顆粒的物理性質(zhì)，但電耗較高（Miladinovic和Svihus，2005）。

2 酶是如何起作用的

Marquardt和Brufau（1997）認為，酶能夠降低谷物的黏性，因此能減少電耗。研究證明，酶作為生物催化劑可以加快飼料調(diào)質(zhì)過程中的反應，由于能減少摩擦產(chǎn)熱，還能延長制粒機環(huán)模的壽命。大多數(shù)酶產(chǎn)品有2種物理形態(tài)——干粉狀和水溶性液體。干粉狀酶比液體酶更容易混合且更穩(wěn)定。在飼料生產(chǎn)之前，酶通常與其他飼料組分混合在一起。科學研究表明，酶及其最佳添加量對動物生產(chǎn)性能有積極作用（Spring和Gadient，1997）。然而，文獻并未提供制粒過程中不同酶對電耗下降影響的具體數(shù)據(jù)。因此，這方面迫切需要進行系統(tǒng)的研究。F?rTek公司調(diào)查了不同酶制劑及其混合物對制粒過程中電耗的影響。

3 制粒試驗

玉米型商用家禽日糧在F?rTek公司準備，用3 mm篩孔的錘式粉碎機粉碎原料，并用雙軸槳葉式混合機經(jīng)60 s混合原料。所有液態(tài)酶均通過將液體酶與0.2 %的水首次混合后進行噴灑。干粉狀酶在加入混合機之前先與1 kg的粉料混合。所有酶產(chǎn)品在熱液制料過程前的飼料混合階段添加。每一種酶產(chǎn)品都須按照推薦劑量使用。每一種試驗的產(chǎn)品測試設計見 表1，一系列的制粒試驗，包括相同水平的蒸汽調(diào)質(zhì)，用約1 100 kg/h的固定生產(chǎn)量進行。每種日糧在制料前于溫度81 ℃的連續(xù)流動調(diào)質(zhì)器內(nèi)經(jīng)30 s加熱。調(diào)質(zhì)溫度可自動控制。環(huán)模制粒由兩個壓輥加壓，距環(huán)模的固定距離約為1 mm。?？字睆綖? mm，長度為42 mm。利用HOIKI鉗形功率記錄器每60 s記錄一次以測定電耗，持續(xù)進行40 min。每種樣本在制粒后立即收集10 kg，并冷卻10 min。冷卻后，每種日糧隨機收集約2.5 kg樣本以做進一步分析。水分測定用標準程序（EU 71/393）進行。顆粒耐久性指數(shù)（Pellet Durability Index，PDI。單位：%）由New Holmen 顆粒測試儀測定，每種日糧樣本需要約100 g，重復3次。手工記錄從顆粒測試儀讀取的顆粒耐久性指數(shù)。硬度分析定義為可以粉碎顆粒的所需最大力度，由Kahl缸式測試儀測定，每種日糧樣本需測定15個大小相同的顆粒。

4 結(jié)果與討論

表1中的結(jié)果均為平均值。粉料在調(diào)質(zhì)后制粒之前，其含水量是不同的（+/-0.5 %），這是由于自動添加蒸汽不一致所致。但這種差異對電耗無明顯影響（圖1）。冷卻后含水量均低于商用標準（表1）。制粒前含水量的差異對電耗和飼料顆粒的物理性質(zhì)的影響不大（圖1、2、3），這可由較低的R2值判斷得出。然而，有跡象表明，較低的含水量可能會降低制粒后顆粒的耐久性，由于粒子之間較低的H+鍵結(jié)合力，這一結(jié)果通常認能預測到。對于硬度分析，發(fā)現(xiàn)沒有影響（圖3）。但是，由于添加酶制劑后導致電耗上的差異（圖4），會顯著降低產(chǎn)品的耐久性 （圖5）。這可能與粘度降低、以及摩擦系數(shù)較低和環(huán)模與壓輥間的壓力下降直接相關。最有說服力的發(fā)現(xiàn)是使用液態(tài)Econase XT25酶制劑后顆粒具有最佳的耐久性和硬度。為使飼料顆粒具有最佳的物理性質(zhì)，應考慮添加Econase XT5和Quantum Blue 40干粉狀酶混混合物。對干粉狀和液體酶的預制粒應用而言，為了評價酶制劑的穩(wěn)定性，觀測了相對于預期值的酶活性恢復指數(shù)（Recovery Index，RI）。表1所示數(shù)值表明，所有酶產(chǎn)品在商用粉料調(diào)質(zhì)溫度下都有預期的或更高的RI值。

5 結(jié)論

本文表明，所檢測的酶產(chǎn)品無論其形態(tài)如何，均能降低制粒過程中的電耗，尤其是液態(tài)酶Econase XT25的效果最佳。與基礎日糧相比，添加液體酶能使制粒過程中的電耗減少約30 %，而干粉狀酶約減少26 %。酶被認為是一類飼料添加劑，因此用于飼料工業(yè)?？梢灶A期，未來酶的使用有望更加廣泛，并將與生產(chǎn)目標和營養(yǎng)價值相結(jié)合。與通過使用酶制劑而減少能耗有關的研究，不僅將以高效的步伐繼續(xù)進行，而且將隨著很多益處的正逐步實現(xiàn)而一定會加速前進?！酢?/p>

原題名：Enzymes make the pelleting process less power consuming（英文）

原作者：Dejan Miladinovic（挪威生命科學大學）