血粉膨化加工技術及應用分析

■鄭召君 張日俊

（中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院動物營養(yǎng)國家重點實驗室，北京100193）

環(huán)境污染、能源緊張及蛋白短缺的日趨嚴重是世界各國所面臨的難題，而通過對廢棄資源物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用，能在有利于生態(tài)平衡的條件下同時解決這三個問題。作為畜禽屠宰加工過程中的主要副產(chǎn)物，畜禽血液營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高（17%～22%），賴氨酸等必需氨基酸含量高，脂肪含量低（0.15%～0.2%），素有“液態(tài)肉”之稱。據(jù)統(tǒng)計，目前我國家禽年出欄數(shù)已超過110億羽，通常每屠宰一只家禽，約可收集0.1 kg血液，則粗估家禽血液產(chǎn)量高達110萬噸。此外，我國每年豬出欄數(shù)超過6.4億頭，肉牛出欄數(shù)超過5 000萬頭，羊出欄數(shù)超過2億頭（吳孛，2009）。由此可見，我國畜禽血液資源豐富，具有廣闊的應用前景。然而國內(nèi)畜禽血液深加工技術落后，產(chǎn)業(yè)化程度較低，利用率不到10%，造成極大的資源浪費和環(huán)境污染。而利用膨化加工而成的血粉因其蛋白質(zhì)含量高、消化吸收率高、操控流程簡單、易于運輸貯存、安全性高和成本低等優(yōu)點，已成為了畜禽血液加工向系列化、多樣化和高附加值方向發(fā)展的重要的途徑與措施。因此，本文針對血粉膨化原理、膨化血粉營養(yǎng)成分變化及其在動物生產(chǎn)上應用作詳細闡述。

1 血粉膨化技術

膨化加工技術大規(guī)模應用于飼料行業(yè)始于上個世紀50年代末和60年代初，并于80年代引入我國，主要用于加工寵物飼料、水產(chǎn)飼料等，對飼料進行預處理以改進消化性、適口性和穩(wěn)定性等。近年來，隨著養(yǎng)殖業(yè)對飼料品質(zhì)、安全、環(huán)保等性能的要求越來越高，膨化技術飛速發(fā)展，成為國內(nèi)外發(fā)展速度最快的飼料加工技術（韋爾特等，2008）。

作為加工工藝的典型代表，膨化是將物料加溫、加壓處理，并擠出模孔或突然噴出壓力容器，使之驟然降壓而實現(xiàn)體積膨大的工藝操作（甘振威等，2009;楊紅軍等，2006）。膨化技術使物料物性發(fā)生質(zhì)的變化，極大改善了飼料產(chǎn)品品質(zhì)，拓展了飼料資源，提高了飼喂飼料的消化吸收率，膨化技術在有效預防動物消化道疾病及飼料貯存、安全方面有著獨特的優(yōu)勢（Luzzana等，1994），并以其低污染、低成本、高利用率的優(yōu)勢占據(jù)著越來越大的市場份額，具有廣闊的市場應用前景。

作為優(yōu)質(zhì)蛋白源的典型代表，血粉是將屠宰食用動物獲得的新鮮血液經(jīng)高溫蒸煮、滅菌、干燥等步驟后所獲得的產(chǎn)品。血粉的營養(yǎng)特性首先體現(xiàn)在蛋白質(zhì)上，因動物種類和制備方法的差異，其蛋白含量一般在65%～85%之間（Khawaja等，2007;Liu等，2010;于美娟等，2004），是全乳粉的三倍。雖然血粉蛋白含量高，營養(yǎng)價值豐富，但血液本身固有的缺陷如血腥味、顏色、吸收率低、發(fā)霉變質(zhì)等，使其固有的營養(yǎng)潛力難以得到充分有效的發(fā)揮，極大限制了產(chǎn)品的使用和推廣。因此，尋求適宜的加工處理方式是開發(fā)利用血粉的關鍵，而膨化技術在提高血粉的飼用價值、改善適口性、提高消化利用率等方面具有獨特的優(yōu)勢。

物料膨化的主要機理是擠壓膨化機內(nèi)形成的黏彈性物體并使其在壓模處因壓力瞬間下降而膨脹，改變產(chǎn)品的密度，從而顯著影響物料的外觀、質(zhì)地（如易碎性、硬度）、適口性、顆粒穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和漂浮性（對水產(chǎn)品飼料而言）等。如圖1所示，血粉的膨化是將含有一定水分的血粉原料置于膨化機內(nèi)，隨著加溫、加壓的進行，原料中的水分呈過熱狀態(tài)，并不斷吸收能量而汽化，并向血分子內(nèi)部強行滲透、切割，在達到均化段之前，血粉原料從堅硬的固態(tài)逐漸變成柔軟的黏流態(tài)。黏流態(tài)的血蛋白分子在均化段中繼續(xù)進行其蛋白質(zhì)變性過程，并不斷連續(xù)擠出，當?shù)竭_一定高壓而瞬間離開膨化機時，擠入蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的水分瞬間汽化而發(fā)生強烈爆炸，巨大的膨脹壓力不僅破壞了原料的外部形態(tài)，而且也拉斷了原料內(nèi)在分子結(jié)構(gòu)，完成最后變性過程，同時使產(chǎn)品形成具有無數(shù)微孔的疏松物質(zhì)——膨化血條，膨化血條再經(jīng)自然冷卻和粉碎后即成為膨化血粉（劉運楓，2001;馬稚昱，2003;周孝峰等，2009）。在擠壓膨化加工過程中物料發(fā)生兩個變化——熟化和膨化，對物料進行了“預消化”，從而提高了物料的消化吸收效率。擠壓膨化所得到的血粉為深紅褐色、帶晶狀閃光的多微孔粉末，具有烤香味，適口性、消化利用率明顯改善，貯存時間延長，其品質(zhì)優(yōu)于其它任何方法加工的血粉。

圖1 原料的擠壓膨化過程

膨化過程中，血粉通過高溫高壓瞬時處理產(chǎn)生的一系列有益的物理化學變化，具體表現(xiàn)為質(zhì)構(gòu)、組織和外觀上的改變，而原有營養(yǎng)成分并沒有明顯破壞。而影響膨化血粉品質(zhì)的因素有許多，膨化溫度、進料速度、原料水分、螺桿轉(zhuǎn)速、?？诖笮〉燃夹g參數(shù)均與血粉的膨化效果密切相關。其中水分含量是影響血粉的膨化加工質(zhì)量主要的工藝參數(shù)之一，物料水分不同，產(chǎn)品的膨化度也有差異，水分越低，膨化度越高，直接反映在產(chǎn)品容重上。因此，有效地控制水分不僅可以防止微生物、霉菌的生長，而且可以減少干物質(zhì)損耗，節(jié)約血粉膨化的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益（顧俊峰等，2005;韋爾特等，2008）。此外，膨化過程中溫度和壓力是影響膨化血粉的關鍵因子，膨化溫度和壓力越高，膨化程度提高，但營養(yǎng)損耗增加，相對耗電增加，成本隨之增加，產(chǎn)量下降。因此，需要根據(jù)產(chǎn)品需求，通過控制膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、?？椎裙に噮?shù)來確定適宜的膨化度，以獲得優(yōu)質(zhì)的膨化血粉。

2 膨化血粉的營養(yǎng)特性

2.1 蛋白質(zhì)和氨基酸

眾所周知，蛋白質(zhì)是由多種氨基酸通過肽鍵結(jié)合而成的高分子化合物，高溫、高壓等物理因素易導致蛋白質(zhì)變性。血粉膨化的最顯著的特點是血粉中的蛋白質(zhì)變性，血粉原料經(jīng)高溫、高壓、機械剪切力作用等膨化過程處理后，蛋白質(zhì)分子表面電荷重排且趨向均一化，分子結(jié)構(gòu)延展、重組，分子間氫鍵、二硫鍵等次級鍵部分斷裂，進而使其特定的空間構(gòu)象被改變，從而導致其理化性質(zhì)的改變，進而引起蛋白質(zhì)變性（Coulter等，1991；何云等，2010）。適宜的蛋白質(zhì)變性使動物機體內(nèi)消化酶更易進入蛋白質(zhì)內(nèi)部，增加消化酶與蛋白分子的接觸機會，加快酶解進程，從而提高消化率。適度變性能提高消化率的另一可能原因是膨化技術鈍化了蛋白酶抑制劑等抗生理物質(zhì)。此外，經(jīng)膨化處理的血粉可塑性增加，制粒性能改善，粉末率低并使氧合酶失活，延長蛋白質(zhì)的保質(zhì)期。

血粉的另一營養(yǎng)特點是賴氨酸等必需氨基酸含量高，而賴氨酸、精氨酸等氨基酸易受膨化條件的影響，從而改變血粉的蛋白質(zhì)品質(zhì)。膨化血粉的品質(zhì)主要取決于膨化過程中有效賴氨酸的損失，總的趨勢是在原料水分低于15%，膨化溫度高于180℃條件下，水分愈低，溫度愈高，賴氨酸損失越大，蛋白質(zhì)的生物學效價就越低（馬稚昱，2003）。然而，劉運楓（2001）通過控制水分、溫度、壓力等措施生產(chǎn)的膨化血粉比普通血粉的賴氨酸和蛋氨酸提高了1.65%和0.16%。因此，合理控制物料水分、膨化溫度、壓力等工藝參數(shù)可發(fā)揮膨化技術的最佳加工潛力。

2.2 礦物質(zhì)和維生素

除蛋白質(zhì)外，血粉等畜禽血液產(chǎn)品還具有其它蛋白原料無法比擬的優(yōu)勢，那就是有機鐵含量高（30 mg/kg），礦物質(zhì)含量豐富。膨化過程中，蛋白、淀粉等營養(yǎng)成分對無機鹽的包被作用可有效改善礦物質(zhì)的理化性質(zhì)（如氧化還原性、吸濕返潮等）。一般來說，礦物質(zhì)較為穩(wěn)定，不易被破壞，但是具有凝固特性的新聚合物的形成可能會降低某些礦物質(zhì)的生物效價，膨化物料中礦物質(zhì)的利用率會有所下降，例如血粉中三價鐵鹽的形成，其消化吸收率低于二價鐵（Cheng等，2003；劉春雪等，2003）。因維生素和礦物質(zhì)消化吸收相關，所以膨化過程中維生素的變化很可能會影響血粉原料礦物質(zhì)的吸收利用。

維生素是一類具有生物活性的化學物質(zhì)，極不穩(wěn)定，膨化過程中水分、高溫、高壓等都會破壞維生素。舉例來說，抗壞血酸、硫胺素、葉酸、維生素A、維生素E等熱敏性維生素最易受到破壞，膨化損失率可高達50%。通常，隨膨化溫度的升高，物料在擠壓腔內(nèi)滯留時間的延長，物料水分的降低、模頭縫隙或孔徑的減小均有可能會增大維生素的損失（徐學明等，1998）。因此，在加工過程中，常采用降低加工溫度、縮短加工時間、添加抗氧化劑、加無機載體、超量添加、后噴涂技術等措施來降低物料中的維生素損失。

2.3 其它物質(zhì)

畜禽血液中以水和蛋白質(zhì)的含量最高，以豬血為例，其水分和蛋白含量分別為80.09%和19.07%，而剩余的不到2%的組分中包括碳水化合物、脂肪以及礦物質(zhì)。由此可見，碳水化合物和脂肪含量極少，使得膨化工藝對其影響不易觀察或不顯著，所以關于膨化對血粉中碳水化合物和脂肪含量影響的研究報道甚少。但從其他物料的膨化效果來看，膨化工藝對物料中碳水化合物與脂肪的影響較大，膨化過程中淀粉糊化有利于制粒，但膨化會降低物料中營養(yǎng)成分如脂肪等的穩(wěn)定性和營養(yǎng)價值。換言之，血粉中因碳水化合物和脂肪含量極低而避免了營養(yǎng)損失，這也是血粉膨化的優(yōu)勢之一。

3 膨化血粉在動物中的應用

隨著養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展和蛋白質(zhì)資源的日益匾乏，豆粕、魚粉等優(yōu)質(zhì)飼料蛋白源的價格的不斷攀升，使血粉的加工利用及代替昂貴蛋白原料的可能性具有特別重要的實際意義。膨化加工處理的血粉營養(yǎng)價值豐富，消化利用率高，可用于豬、雞、水產(chǎn)動物、寵物等動物飼料中。許多學者指出膨化血粉的飼喂效果明顯優(yōu)于普通干燥血粉，且加工過程便于操控，易規(guī)模化生產(chǎn)，因此具有廣闊的市場應用前景。

劉延賀等（2009）以魚粉為對照組，不同添加比例的膨化血粉為試驗組飼喂15 kg的長、大、杜三元雜交豬，研究發(fā)現(xiàn)隨著膨化血粉在生長豬日糧中用量的增加（5%最佳），豬生產(chǎn)性能明顯提高，并得出在生長豬飼料中使用膨化血粉替代魚粉作為唯一動物蛋白源是可行的結(jié)論。劉運楓等（2007）選用100只肉雞對膨化血粉、普通血粉、魚粉的氨基酸消化率進行了研究，發(fā)現(xiàn)2%膨化血粉組與相同比例的魚粉對照組的雞體重、消化率均差異不顯著，但優(yōu)于2%的普通血粉組，這說明膨化血粉品質(zhì)優(yōu)于普通血粉，可用于替代價格昂貴的魚粉。與膨化血粉飼喂肉雞結(jié)果相似的是，在相同營養(yǎng)水平下，3%膨化血粉飼喂效果明顯優(yōu)于普通血粉，對鵝生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)表觀代謝率、肉品質(zhì)等效果顯著（苗志國等，2011;張海棠等，2010;張金洲等，2011）。張效榮等（2013）和劉延賀等（2011）報道，日糧中添加膨化血粉可提高櫻桃谷肉鴨生長性能，添加量為3%～4%的膨化血粉可使肉鴨日糧蛋白水平降低1個百分點。膨化血粉不僅能在畜禽養(yǎng)殖中推廣使用，還可廣泛應用于水產(chǎn)動物。以鯉魚飼養(yǎng)試驗為例，在同等條件下鯉魚對膨化血粉的干物質(zhì)、蛋白質(zhì)以及各種氨基酸表觀消化率均高于魚粉和普通血粉（許建剛等，2008）。此外，范宏剛等（2003）以魚粉作為對照組，不同比例的膨化血粉飼喂2月齡生長犬，結(jié)果表明日糧中添加5%～10%的膨化血粉可替代一定比例的魚粉達到理想的飼喂效果，添加量為5%時飼喂效果最佳，能夠快速促進動物生長，提高飼料效價，并具有顯著的經(jīng)濟效益。

綜合上述研究結(jié)果可知，在日糧中添加適宜比例（2%～5%）的膨化血粉飼喂動物，效果明顯優(yōu)于普通血粉，可有效提高動物的生產(chǎn)性能并替代價格持續(xù)攀升的魚粉，降低飼養(yǎng)成本，進而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。然而，目前膨化血粉在動物生產(chǎn)中的應用主要集中于畜禽、淡水魚等少數(shù)動物，處于初期起步階段，仍需進一步規(guī)?；a(chǎn)實踐并推廣應用。

4 小結(jié)

隨著養(yǎng)殖動物數(shù)量的不斷增加和蛋白原料需求的不斷提高，開發(fā)利用現(xiàn)有蛋白資源，“變廢為寶”仍是飼料行業(yè)備受關注的熱點話題。膨化血粉因其操控流程簡單、蛋白質(zhì)含量高、消化吸收率高、易于運輸和貯存、飼喂方便、安全性高和成本低等特點，在畜禽飼料、水產(chǎn)飼料及寵物飼料等方面具有傳統(tǒng)加工方法無可比擬的優(yōu)點，可增加動物性蛋白原料的自給率，減少豆粕和魚粉進口量，對我國飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展具有戰(zhàn)略性意義。目前我國膨化技術仍處于初期發(fā)展階段，膨化技術所造成的營養(yǎng)素流失等問題仍亟待解決，然而隨著新的研究方法、研究工具的不斷引入以及科研力量的不斷投入，膨化設備的生產(chǎn)能力及膨化工藝的進一步提高，膨化技術與其他加工工藝的結(jié)合，膨化技術將逐步完善并日趨成熟，膨化血粉等膨化產(chǎn)品必將在我國飼料與養(yǎng)殖行業(yè)中得到廣泛的應用。