原料類型、粉碎篩孔直徑及錘片數(shù)量對(duì)粉碎粒度的影響

■任 文 汪仕奎 吳金龍

（帝斯曼（中國）動(dòng)物營養(yǎng)研發(fā)有限公司，河北霸州 065799）

為了確保動(dòng)物能快速生長并獲得最佳效益，我們必須關(guān)注飼料中谷物原料的組成，同時(shí)也要管理飼料的加工過程，從而使得飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)能被動(dòng)物充分利用。對(duì)原料進(jìn)行粉碎是飼料加工生產(chǎn)的第一步，被粉碎原料的顆粒度大小不僅影響畜禽對(duì)飼料的消化吸收，而且關(guān)乎飼料生產(chǎn)中的成本控制[1-2]。錘片式粉碎機(jī)在商業(yè)化飼料廠中被廣泛用以降低飼料原料的顆粒度，降低飼料原料的粉碎粒度，增加了原料與動(dòng)物體內(nèi)消化酶的接觸面積，促進(jìn)飼料原料更容易被消化，進(jìn)而改善飼料的轉(zhuǎn)化效率[1，3-5]。在飼料的加工生產(chǎn)中，飼料原料的粉碎粒度大小同樣也會(huì)對(duì)隨后的加工和處理過程產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)粉碎粒度降低到適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)時(shí)，可以對(duì)飼料加工過程中原料的進(jìn)一步加工如混合等工序帶來益處。但是過度降低粉碎粒度則導(dǎo)致粉碎時(shí)灰塵過大、飼料廠的能量損耗及飼料加工成本增加、飼料在喂料系統(tǒng)中結(jié)拱，并且會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物胃潰瘍的發(fā)生率增加[6-9]。因此，過度粉碎會(huì)使得通過降低粉碎粒度改善飼料轉(zhuǎn)化效率的優(yōu)勢被這些不良影響抵消。為了生產(chǎn)出既能改善營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率以增強(qiáng)動(dòng)物的生長性能，同時(shí)也能有效改善飼料的加工處理和混合特性的飼料，飼料原料的粉碎粒度的大小必須合適，即有必要通過系統(tǒng)研究獲得理想的飼料顆粒度。

粉碎顆粒度大小的測定和表述已經(jīng)成為準(zhǔn)備飼料原料時(shí)的研究主題。在較早的研究中，飼料的粉碎顆粒度大小通常被簡單地劃分為細(xì)、中粗和粗，這些術(shù)語描述非常不精確[6]。目前已經(jīng)有一個(gè)更好的劃分，主要是基于以微米為單位進(jìn)行測定的飼料顆粒的幾何平均粒徑以及顆粒分布的幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差[10]。對(duì)飼料顆粒尺寸的這種定義有助于為優(yōu)化動(dòng)物的生產(chǎn)性能提出具體的建議。已經(jīng)有研究證實(shí)，當(dāng)粉碎粒度從1 000 μm降低到600 μm時(shí)，可以觀察到這方面的改善作用。然而，當(dāng)進(jìn)一步降低粉碎粒度直至低于600 μm時(shí)，給保育豬飼喂此種日糧不能得到持續(xù)的有益影響，并且有研究報(bào)道會(huì)降低生長豬的采食量和體增重[11-12]。

在飼料加工過程中，可以通過一系列措施控制原料的粉碎粒度，如控制待粉碎原料的類型、粉碎篩孔直徑的大小以及粉碎機(jī)錘片的數(shù)量[1,13-14]。因此本研究采用錘片式粉碎機(jī)，系統(tǒng)研究了常用的3種飼料原料（玉米、小麥、豆粕），6種粉碎篩孔直徑（1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm）以及3種錘片數(shù)量（32、52、64片）這三種粉碎條件對(duì)原料的對(duì)數(shù)幾何平均粒徑以及粒度分布的影響，為生產(chǎn)實(shí)際中分析不同粉碎條件下原料粉碎粒度提供參考，同時(shí)為進(jìn)一步研究理想飼料顆粒度提供基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

原料：玉米、小麥、豆粕；錘片式粉碎機(jī)：布勒AH?ZL0655定頻粉碎機(jī)，配備動(dòng)力55 kW；篩片：孔徑分別為1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm；12層標(biāo)準(zhǔn)篩一套；標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)：SOB-200頂擊式。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

粉碎：粉碎操作在帝斯曼（中國）動(dòng)物營養(yǎng)研發(fā)中心飼料研發(fā)樓按實(shí)際生產(chǎn)條件進(jìn)行，3種原料（玉米、小麥、豆粕）在同一臺(tái)粉碎機(jī)中粉碎，粉碎機(jī)錘片數(shù)量為原裝數(shù)量（64片），分別選擇6種不同的篩孔直徑（1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm），每種孔徑下玉米、小麥和豆粕分別粉碎1 000 kg，原料通過斗式提升機(jī)自動(dòng)投料，篩片更換時(shí)清理粉碎機(jī)。每種孔徑對(duì)每種原料粉碎時(shí)，按照取樣流程分別取3個(gè)平行樣品用于粉碎粒度的分析計(jì)算，每個(gè)樣品400 g。第一階段的粉碎完成后，分別進(jìn)行拆除粉碎機(jī)錘片的操作，使粉碎機(jī)分別保留32片及52片錘片，玉米和豆粕在同一種錘片數(shù)量條件下粉碎，選擇常用的2.5 mm篩孔直徑，玉米和豆粕分別粉碎1 000 kg，按照取樣流程分別取3個(gè)平行樣品用于粉碎粒度的分析計(jì)算。

篩分：采用12層標(biāo)準(zhǔn)篩（篩孔直徑分別為1 700、1 000、830、380、250、180、150、120、109、96、80、75 μm）進(jìn)行篩分。將待測粉碎樣品均勻混合，采用四分法，稱取100 g左右樣品，放置于最上層的分析篩上，接通振篩機(jī)電源，約10 min，關(guān)閉電源，將每層篩子上的物料進(jìn)行準(zhǔn)確稱重并記錄。

1.3 粉碎粒度的計(jì)算

粉碎原料的粉碎粒度用幾何平均粒徑(Geomet?ric average particle diameter,Dgw)以及幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差(geometric standard error,Sgw)來表示。參照ASAE S319.4—2008標(biāo)準(zhǔn)篩分法中的公式進(jìn)行計(jì)算[10]：

式中：ddi——第i層篩子上物料的幾何平均粒徑(μm)，ddi=(di×di+1)1/2；

di——第i層篩孔尺寸(μm);

di+1——第i層篩的上一層篩孔尺寸(μm);

Wi——第i層篩上物重量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同原料類型及篩孔直徑對(duì)幾何平均粒徑（Dgw）及幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差（Sgw）的影響

玉米、小麥以及豆粕在6種篩孔直徑（1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm）進(jìn)行粉碎所得到的幾何平均粒徑（Dgw）及幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差（Sgw）結(jié)果如表1所示。由表1可知，在該實(shí)際生產(chǎn)條件下，不同原料在同一篩孔直徑下粉碎時(shí)，得到的原料粉碎顆粒的幾何平均粒徑均存在差異，這可能與不同原料的物理性狀有關(guān)，但是這種差異呈現(xiàn)不規(guī)則變異，因此很難找到原料類型與Dgw的一般規(guī)律。

表1 不同粉碎原料及篩孔直徑條件下幾何平均粒徑及幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差

對(duì)于同一種原料，隨著篩孔直徑的增大，原料經(jīng)錘片式粉碎機(jī)粉碎后其Dgw也隨之遞增。這與一些研究者的研究結(jié)果類似，玉米、豆粕、棉粕、菜籽粕、小麥等飼料原料的粉碎粒度都隨著粉碎機(jī)篩孔直徑的增加而增加[1-3,13-15]，同時(shí)不同谷物的粉碎粒度在同一篩孔直徑下也存在差異，可能與谷物的碾磨特性有關(guān)。粉碎室中物料在錘片的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，直到物料的粒度減小到可以通過篩片的空隙為止，粉碎機(jī)的篩孔直徑?jīng)Q定了粉碎粒度和粒度分布，表明在實(shí)際粉碎操作中，提高粉碎篩篩片的孔徑是有效增加粉碎粒度的途徑，可以通過控制篩孔直徑來控制原料的粉碎粒度。

2.2 不同粉碎原料及篩孔直徑對(duì)粉碎粒度分布的影響

玉米在6種篩孔直徑條件下粉碎后所得到的粉碎粒度分布情況如表2所示。由表2可知，粉碎機(jī)篩孔直徑的大小影響玉米在不同粉碎粒度分布區(qū)間的分布。玉米在1.0 mm篩孔直徑下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析篩孔開口為380 μm（40目）至120 μm（120目）的篩上，顆粒98%過20目篩。玉米在2.5 mm篩孔直徑下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析篩篩孔開口為380 μm（40目）至120 μm（120目）的篩上，顆粒94%過20目篩。玉米在3.5 mm篩孔直徑下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析篩篩孔開口為830 μm（20目）至150 μm（100目）的篩上，顆粒94%過16目篩。玉米在4.5 mm篩孔直徑下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析篩篩孔開口為830 μm（20目）至180 μm（80目）的篩上，顆粒94%過16目篩。玉米在5.5 mm篩孔直徑下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析篩篩孔開口為830 μm（16目）至180 μm（80目）的篩上，顆粒89%過16目篩。玉米在8.0 mm篩孔直徑下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析篩篩孔開口為1 000 μm（16目）至180 μm（80目）的篩上，顆粒96%過10目篩。

小麥在6種篩孔直徑條件下粉碎后所得到的粉碎粒度分布情況如表3所示。由表3可知，粉碎機(jī)篩孔直徑的大小影響小麥在不同粉碎粒度分布區(qū)間的分布。小麥在篩孔直徑為 1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm的條件下進(jìn)行粉碎，粉碎粒度分別集中分布在分析篩孔開口為380 μm（40目）至120 μm（120目）、380 μm（40目）至120 μm（120目）、830 μm（20目）至180 μm（80目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）、1 000 μm（16目）至250 μm（60目）、1 000 μm（16目）至250 μm（60目）的篩上。粉碎篩孔徑為1.0 mm和2.5 mm時(shí)，顆粒98%和89%分別過20目篩。粉碎篩孔徑為3.5 mm和4.5 mm時(shí)，顆粒96%和90%分別過16目篩。粉碎篩孔徑為5.5 mm和8.0 mm時(shí)，顆粒99%和96%分別過10目篩。

表2 不同篩孔直徑條件下玉米的粉碎粒度分布(%)

表3 不同篩孔直徑條件下小麥的粉碎粒度分布(%)

豆粕在6種篩孔直徑條件下粉碎后所得到的粉碎粒度分布情況如表4所示。由表4可知，粉碎機(jī)篩孔直徑的大小影響豆粕在不同粉碎粒度分布區(qū)間的分布。豆粕在篩孔直徑為1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm的條件下進(jìn)行粉碎，粉碎粒度分別集中分布在分析篩孔開口為380 μm（40目）至120 μm（120目）、380 μm（40目）至120 μm（120目）、830 μm（20目）至180 μm（80目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）的篩上。粉碎篩孔徑為1.0 mm和2.5 mm時(shí)，顆粒99%和95%分別過20目篩。粉碎篩孔徑為3.5 mm和4.5 mm時(shí)，顆粒99%和97%分別過16目篩。粉碎篩孔徑為5.5 mm和8.0 mm時(shí)，顆粒95%和96%分別過10目篩。

2.3 錘片數(shù)量對(duì)幾何平均粒徑（Dgw）及幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差（Sgw）的影響

玉米、豆粕在3種錘片數(shù)量（64、52、32片）條件下粉碎時(shí)所得到的幾何平均粒徑及幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果如表5所示。由表5可知，在改變錘片數(shù)量的粉碎條件下，隨著錘片數(shù)量的減少，原料經(jīng)錘片式粉碎機(jī)粉碎后其Dgw增加。原料通過進(jìn)料口進(jìn)入粉碎機(jī)后，會(huì)被粉碎機(jī)中高速旋轉(zhuǎn)的錘片瞬間擊中而粉碎，減少粉碎機(jī)的錘片數(shù)量或轉(zhuǎn)速可以降低原料被錘片瞬間高速擊中的比例。在本試驗(yàn)中減少錘片數(shù)量的條件下，降低了細(xì)粉碎部分的比例，因而整體上Dgw增加。因此，在實(shí)際粉碎操作中，減少錘片數(shù)量可以有效增加粉碎粒度，可以通過控制粉碎機(jī)錘片的數(shù)量來控制原料的粉碎粒度。

表4 不同篩孔直徑條件下豆粕的粉碎粒度分布(%)

表5 錘片數(shù)量對(duì)幾何平均粒徑及幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響

3 結(jié)論

錘片式粉碎機(jī)篩孔直徑以及錘片數(shù)量均會(huì)影響原料粉碎的幾何平均粒徑。篩孔直徑越大且錘片數(shù)量越少，被粉碎原料的幾何平均粒徑越大，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們可以通過調(diào)整篩孔直徑以及錘片數(shù)量從而獲得目的粉碎粒度。通過對(duì)不同篩孔直徑條件下的玉米、小麥、豆粕的粉碎粒度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布情況進(jìn)行分析，粒度分布均不均勻，粉碎篩孔直徑越大，原料粉碎粒度在大粒徑部分所占比例越高。