不同篩片孔徑對玉米粉碎粒度和肉雞顆粒飼料品質(zhì)的影響

■石湛粵 鄧紅成 王 鳴 鄭金環(huán) 司徒金水 郭球松 謝高妙 沈維軍

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，湖南長沙 410000）

粉碎是飼料加工中必不可少的工序，有研究報道粉碎所需電耗占整個飼料加工工藝的30%～70%[1]。而且隨著飼料原料粉碎粒度的減小，顆粒飼料的質(zhì)量和動物對飼料的利用率增加，但是粉碎能耗隨粉碎粒度減小而顯著增加，產(chǎn)量下降。因此合適的原料粉碎粒度不僅影響動物的生產(chǎn)性能、動物對飼料中養(yǎng)分的消化吸收，還影響飼料加工成本和顆粒飼料的品質(zhì)[2-4]。研究表明，玉米粉碎粒徑隨篩片孔徑增加而增加[5]，且粉碎成品的對數(shù)幾何平均粒徑與篩片孔徑的比值在1/4～1/8之間[6]。粉碎粒度對飼料加工成本的影響主要表現(xiàn)在粉碎能耗和生產(chǎn)效率上。用錘片式粉碎機(jī)對玉米進(jìn)行粉碎時，當(dāng)篩片孔徑由4.76 mm增加到6.35 mm，粉碎能耗增加27%[7]。篩孔孔徑減小，飼料的混合均勻度明顯提高，同時也提高顆粒硬度，降低飼料含粉率。但是顆粒飼料的品質(zhì)受到配方、原料粉碎粒度、調(diào)質(zhì)溫度等不同工藝參數(shù)的影響[8]。一般認(rèn)為顆粒耐久性隨粉碎粒度增加而下降，硬度和顆粒耐久性呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)玉米粉碎粒徑從356 μm增加到561 μm，顆粒飼料的耐久性顯著下降[9]。但倪海球等研究卻得到了完全相反的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著粉碎粒度的增加，顆粒硬度反而呈現(xiàn)了逐漸增大的趨勢[10]。目前對原料粉碎粒度、粒度分布以及粉碎粒度對顆粒飼料品質(zhì)影響等方面的研究較少，本試驗擬采用安裝不同孔徑篩片的錘片式粉碎機(jī)對玉米進(jìn)行粉碎，然后用相同的加工工藝參數(shù)，加工成不同生長階段的肉雞顆粒飼料，探討不同篩孔孔徑對粉碎機(jī)性能和顆粒飼料品質(zhì)的影響，為畜禽飼料的生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)備

錘片式粉碎機(jī)：江西紅星9FQ-28，配套動力（1.5/2.2）kW；標(biāo)準(zhǔn)篩：200 mm×25 mm（目數(shù)：4、6、8、12、16、20、30、40、50、60、70、100、140、200、270 目加底篩）；頂擊式振篩機(jī)：型號XSB-88；谷物硬度計：型號ST-120B；制粒機(jī)：江蘇正昌SZLH200，主機(jī)功率5.5 kW，環(huán)?？讖? mm，壓縮比6∶1。

1.2 試驗設(shè)計與飼糧

試驗采用單因素試驗設(shè)計，將玉米用安裝孔徑分別為1.5、3.0、4.5 mm篩片的錘片式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，每個孔徑下粉碎3次，每次粉碎10 kg。記錄粉碎所需時間、能耗和粉碎前后玉米的重量、溫度，將粉碎后的玉米與其他原料（豆粕、麥麩采用篩片孔徑為3.0 mm的錘片式粉碎機(jī)粉碎）按照肉雞飼糧配方（見表1），配制6種含不同粉碎粒度玉米的飼糧，然后制粒（調(diào)質(zhì)溫度：65～70 ℃，?？字睆剑? mm，壓縮直徑比：6∶1）。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 粉碎粒度

粉碎粒度用對數(shù)幾何平均粒徑dgw和平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差Sgw表示，采用GB6971-86飼料粉碎機(jī)試驗方法，測定并計算粉碎后玉米顆粒的對數(shù)幾何平均粒徑dgw和平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差Sgw。

計算公式：

di——第i層篩的篩孔直徑(μm)；

di+1——比第i層篩子大的相鄰篩子的篩孔直徑(μm)；

Wi——第i層篩子上物料的重量。

表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)成分

1.3.2 粉碎性能①粉碎機(jī)生產(chǎn)率(t/h)=粉碎玉米的重量/粉碎時間；粉碎機(jī)能耗[(kW·h)/t]=粉碎玉米時能耗/粉碎時間；度電產(chǎn)量[t/(kW·h)]=1/粉碎機(jī)能耗。

②飼料溫升：參照GB6971-86飼料粉碎機(jī)試驗方法。

③損耗=（粉碎前玉米的重量-粉碎后玉米的重量）/粉碎前玉米的重量×100。

1.3.3 顆粒品質(zhì)測定

①顆粒耐久性：參考美國農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會頒布的顆粒飼料耐久性測定標(biāo)準(zhǔn)（ASAE S293.3）。②顆粒硬度：參考《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》中所示顆粒飼料硬度的測定—谷物硬度計測定。從每批顆粒飼料中取出有代表性的試驗樣品約20 g，用四分法從各部分選取長度6 mm以上的顆粒30顆，用硬度計測量30顆顆粒的硬度，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SAS 9.2進(jìn)行單因素ANOVA以及兩因素MIXED分析，采用Duncan's多重比較檢驗顯著性差異，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同篩片孔徑對玉米粉碎粒度分布的影響

玉米粉碎后對數(shù)幾何平均粒徑見表2。飼料的粉碎粒度是指物料粉碎后顆粒的大小，平均粒徑一般采用對數(shù)幾何平均粒徑表示，粒度的均勻性用平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差來表示。本試驗結(jié)果顯示：1.5、3.0、4.5 mm組玉米粉碎后的對數(shù)幾何平均粒徑隨篩孔孔徑增大而增大，呈現(xiàn)顯著差異（P＜0.05）；玉米粉碎后的對數(shù)幾何平均粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于篩片孔徑，1.5、3.0、4.5 mm孔徑下粉碎后的玉米對數(shù)幾何平均粒徑分別為篩片孔徑的15.5%、10.6%、8.4%。平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差隨篩片孔徑增大而增大，1.5 mm組與3.0 mm、4.5 mm組差異顯著（P＜0.05），1.5 mm處理組的平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差最小，表明其均勻混合性能最優(yōu)。

表2 不同篩片孔徑對玉米粉碎對數(shù)幾何平均粒徑及平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差的影響(μm)

玉米粉碎后篩上物質(zhì)量分布見圖1～圖4。由圖可知，玉米粉碎通過1.5 mm篩孔的玉米大部分（95.37%）分布在20～140目，正態(tài)性檢驗結(jié)果顯示，在顯著性水平a=0.05下，1.5 mm篩孔下玉米粉碎粒度的分布不服從正態(tài)分布。通過3.0 mm篩孔粉碎的玉米，其粒度大部分（98.03%）分布在12～140目，正態(tài)性檢驗結(jié)果顯示，在顯著性水平a=0.05下，1.5 mm篩孔下玉米粉碎粒度的分布服從正態(tài)分布。通過4.5 mm篩孔粉碎的玉米，其粒度大部分（98.48%）分布在12～140目，在顯著性水平a=0.05下，4.5 mm篩孔下玉米粉碎粒度的分布服從正態(tài)分布。

圖1 玉米粉碎篩上物質(zhì)量分布

圖2 通過1.5 mm篩孔的玉米粒度及粒度分布

圖3 通過3.0 mm篩孔的玉米粒度及粒度分布

圖4 通過4.5 mm篩孔的玉米粒度及粒度分布

2.2 不同篩片孔徑對粉碎機(jī)性能的影響

不同篩片孔徑對粉碎機(jī)性能的影響見表3。在玉米粉碎過程中，粉碎能耗隨粉碎篩片孔徑增加呈減小的趨勢，篩片孔徑由3.0 mm下降至1.5 mm，粉碎能耗由9.47(kW·h)/t增加到12.12(kW·h)/t，粉碎能耗增加27.98%（P＜0.05）；粉碎產(chǎn)量隨篩片孔徑增加略有增加，1.5 mm組粉碎產(chǎn)量最低；溫升隨篩片孔徑增加沒有呈現(xiàn)規(guī)律性變化；玉米粉碎過程中的損耗隨篩片孔徑增加呈減小趨勢（P＜0.05），1.5 mm組損耗顯著高于4.5 mm組（P＜0.05）。

表3 不同篩片孔徑下對粉碎能耗、產(chǎn)量、溫升及損耗的影響

2.3 不同玉米粉碎粒度對肉雞顆粒飼料品質(zhì)的影響

不同粉碎粒度對肉雞顆粒飼料PDI、硬度的影響見表4、圖5、圖6。從表3可以看出，前期顆粒飼料的PDI隨篩片孔徑增加而減小，1.5 mm組的顆粒耐久性與 3.0 mm、4.5 mm 組差異顯著（P＜0.05），3.0 mm組與4.5 mm組無顯著差異（P＞0.05）；后期顆粒飼料的PDI隨篩片孔徑增加呈先減小后增加的趨勢，1.5 mm組與3.0 mm組差異顯著（P＜0.05），3.0 mm組顆粒耐久性有最小值。試驗結(jié)果表明，前期顆粒飼料的硬度隨篩片孔徑增加呈增加趨勢，但差異不顯著（P＞0.05）；后期顆粒飼料硬度隨篩片孔徑增加呈先增加后減小的趨勢，3.0 mm組有最大顆粒硬度。

表4 不同粉碎粒度對肉雞顆粒飼料耐久性及硬度的影響

圖5 飼料硬度隨篩片孔徑變化規(guī)律

圖6 飼料 PDI隨篩片孔徑變化規(guī)律

3 討論

3.1 不同篩片孔徑對玉米粉碎粒度分布的影響

錘片式粉碎機(jī)的篩片孔徑、篩片厚度、開孔率等都是影響粉碎粒度的因素，而篩片孔徑大小對粉碎粒度的影響最大。粉碎粒度通常用對數(shù)幾何平均粒徑和平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差表示，該兩項指標(biāo)可以反映樣品的粒度分布和變異程度。有研究證明，原料粉碎的對數(shù)幾何平均粒徑隨篩片孔徑增加而增加[11]，篩片孔徑大小顯著影響玉米和小麥幾何平均粒徑[12]，Reece也證明粉碎后玉米的幾何平均粒徑與篩片孔徑呈線性變化[13]。本試驗中玉米粉碎粒度隨篩片孔徑增加而增加，1.5、3.0、4.5 mm三組對數(shù)幾何平均粒徑呈現(xiàn)顯著差異，這與前人結(jié)論一致。賀志昌研究提出,篩孔直徑與粉碎粒度的關(guān)系大體為：成品平均粒度(mm)=(1/4～1/3)篩孔直徑(mm)[14]，在本試驗條件下,1.5、3.0、4.5 mm篩片孔徑粉碎后,玉米對數(shù)幾何平均粒徑分別為篩片孔徑的15.5%、10.6%、8.4%，均低于賀志昌的研究結(jié)果，但粉碎所得顆粒的對數(shù)幾何平均粒徑與對應(yīng)的篩片孔徑之比,隨篩孔直徑減小而增大,這與李霞的研究結(jié)論相同[15]。粉碎物平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差隨粉碎機(jī)篩片孔徑的減小而減小，變動范圍在1.5%～2.5%之間[16]。本試驗中玉米粉碎平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差也得到了相同的結(jié)論，1.5 mm組與4.5 mm組差異顯著，變動范圍在2.0%～2.3%之間,變動范圍小于前人研究結(jié)果,這可能與本次試驗設(shè)計的梯度較小有關(guān)。平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差在一定程度上可以反映粒度的均勻性，平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)差越小，則表示變異性越小，均勻性越好。孫啟波試驗還證明篩孔直徑減小，可明顯提高飼料的混合均勻度[12]。

本試驗中，1.5 mm篩孔下粉碎的玉米粒度分布不符合正態(tài)分布，可能是由于采用的篩片孔徑較小，導(dǎo)致玉米粉碎粒度偏小，粉碎粒度集中在0 mm附近的頻率偏高造成的；3.0、4.5 mm篩孔下粉碎的玉米符合正態(tài)分布，張燕鳴用篩孔為4.50、6.00、8.00 mm的錘片式粉碎機(jī)的粉碎玉米，結(jié)果表明，4.50 mm篩孔粉碎條件下玉米粒度及粒度分布曲線服從正態(tài)分布，6.00、8.00 mm篩孔粉碎條件下玉米粒度及粒度分布曲線趨于正態(tài)分布[17]。本試驗發(fā)現(xiàn)玉米粉碎通過1.5 mm篩孔的玉米大部分（95.37%）分布在20～140目；通過3.0 mm篩孔粉碎的玉米，其粒度大部分（98.03%）分布在12～140目；通過4.5 mm篩孔粉碎的玉米，其粒度大部分（98.48%）分布在12～140目，在3種篩孔粉碎條件下的玉米粒度分布均出現(xiàn)兩個高峰，這是由于玉米在錘片式粉碎機(jī)內(nèi)受到?jīng)_擊磨碎和摩擦粉碎[16]，沖擊粉碎導(dǎo)致玉米粉碎粒度較大，摩擦粉碎導(dǎo)致玉米過度粉碎，粒度較小。

3.2 不同篩片孔徑對粉碎性能的影響

粉碎是飼料加工過程中最重要和耗能最高的工序之一，粉碎過程消耗的總功率占生產(chǎn)車間的70%[18]，因此粉碎在很大程度上影響著飼料加工成本。倪海球等研究報道，隨著篩片孔徑的減小，玉米粉碎能耗增加[10]，段海濤等選用1.5、2.0、2.5 mm和3.0 mm篩片孔徑對混合飼料的原料進(jìn)行粉碎，當(dāng)篩片孔徑從3.0 mm減小到1.5 mm，原料粉碎電耗由4.36(kW·h)/t增加到7.41(kW·h)/t[19]。在本試驗中，當(dāng)篩片孔徑從4.5 mm減小到3.0 mm時，玉米粉碎粒徑由380 μm下降到319 μm，粉碎機(jī)能耗無明顯變化，但產(chǎn)量略微增加；但是當(dāng)篩片孔徑從3.0 mm減小到1.5 mm時，玉米粉碎粒徑由319 μm降低到232 μm，粉碎能耗由9.47(kW·h)/t增加到12.12(kW·h)/t，粉碎能耗增加27.98%，而且產(chǎn)量顯著降低。說明粉碎能耗和產(chǎn)量與粉碎物對數(shù)幾何平均粒徑之間，存在某個范圍使得粉碎能耗隨篩片孔徑增加，粉碎產(chǎn)量下降，但變化不顯著；但在低于某個篩片孔徑的時候，使得粉碎能耗和產(chǎn)量隨篩片孔徑呈現(xiàn)極顯著變化。有研究證明粉碎能耗與粉碎物對數(shù)幾何平均粒徑主要呈二次曲線關(guān)系，當(dāng)原料粉碎通過1 mm及以下篩孔時，電耗急劇上升[20]。本次試驗所得到的不同篩片孔徑的粉碎能耗，均高于前人研究的結(jié)果，其原因為試驗所采用的是小型錘片式粉碎機(jī)，而且配套動力較小。

目前關(guān)于粉碎機(jī)在加工過程中的物料溫升研究較少，但普遍認(rèn)為原料溫度較高時,加工后溫升較小;原料溫度較低時,加工后溫升較大[21]。本試驗中由于粉碎前玉米溫度一致，粉碎后3個孔徑篩片下的溫升無明顯差異，溫升變化在13.9～14.3℃之間。本試驗測定了粉碎前后玉米損耗的重量，試驗結(jié)果顯示，1.5 mm組損耗最大，與3.0 mm組相比損耗增加157%，可能在一定程度上，損耗與粉碎產(chǎn)量有關(guān)，由于損耗增加，導(dǎo)致粉碎產(chǎn)量下降。

3.3 不同玉米粉碎粒度對肉雞顆粒飼料品質(zhì)的影響

影響顆粒飼料PDI及硬度的因素有很多，除原料配方以外，粉碎粒度、混合均勻性、制粒等都會影響顆粒的品質(zhì)，其中粉碎粒度是重要影響因素之一。本試驗結(jié)果表明，前期飼料的PDI隨篩片孔徑增大而減小，1.5 mm與4.5 mm組差異顯著；顆粒硬度隨玉米粉碎粒徑增加而增加。謝正軍等用1.0、2.0、3.0 mm孔徑的篩片粉碎原料，顆粒飼料的粉化率隨粉碎后玉米顆粒尺寸增加而增加，而粉化率增加又表明顆粒耐久性降低，與本試驗結(jié)果一致[9]。后期的顆粒飼料中，肉雞顆粒飼料的PDI和硬度隨粉碎后玉米顆粒尺寸增加并沒有呈現(xiàn)規(guī)律性變化，其中3.0 mm組顆粒飼料PDI最差，硬度最好；1.5 mm組顆粒飼料PDI最佳，硬度最小。通常情況下，隨著原料粉碎粒度減小，原料的比表面積增大，在調(diào)質(zhì)過程中，熱和水充分滲透，淀粉充分糊化，擠壓出的顆粒粘結(jié)性好，顆粒硬度高，耐久性越好[22]；同樣，減小篩片孔徑，粉碎后原料的均勻混合性能增加，也會提高顆粒飼料的硬度和顆粒耐久性[23]。王鐵良等研究也表明，乳豬顆粒飼料隨著玉米粉碎粒度的增大，粉化率增加，硬度減小[24]。但是也有研究報道原料粉碎粒度大小對顆粒品質(zhì)無影響[25-26]。本試驗中，在相同的調(diào)質(zhì)溫度和?？字睆较?，前期顆粒飼料的PDI均大于后期顆粒飼料的PDI，這可能與飼料配方和原料有關(guān)[27]，有研究表明，配方在各種影響因素中所占的比例在40%左右[28]。分析飼料配方可知，前期配方中玉米所占比例為52%，豆粕所占比例為30%，后期顆粒飼料中玉米所占比例為55%，豆粕所占比例為27%，豆粕中蛋白質(zhì)含量較高，在水熱作用下具有良好的可塑性，制出的顆粒緊密結(jié)實(shí)，Walker提出增加蛋白質(zhì)含量可以增加顆粒耐久性[29]，特別是大豆中的蛋白質(zhì)，對PDI有積極的影響[30]。本試驗中前期飼料的豆粕所占比例比后期飼料大，這可能是導(dǎo)致在相同粉碎粒度、制粒工藝參數(shù)下，前期顆粒飼料的PDI均大于后期顆粒飼料的PDI的原因。

通常PDI在一定程度上影響顆粒飼料的硬度，并且有很大的正相關(guān)關(guān)系。但是在本試驗中，前期顆粒飼料PDI和硬度隨篩片孔徑增加呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)系，后期顆粒飼料PDI最佳的顆粒硬度反而越差，類似的，馬世峰等報道顆粒飼料硬度和PDI與篩片孔徑的變化沒有相關(guān)性[8]。同樣Reece等將玉米用安裝孔徑為318、635、953 μm篩片的錘片式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，試驗結(jié)果證明，953 μm篩片孔徑下，顆粒飼料的耐久性最大[26]，與本試驗結(jié)論相同。

4 結(jié)論

在本試驗條件下，①粉碎后玉米顆粒對數(shù)幾何平均粒徑隨篩片孔徑增加而顯著增加（P＜0.05），且篩片孔徑越小，粉碎后玉米顆粒的均勻性越佳；②粉碎能耗隨篩片孔徑增加呈減小趨勢，粉碎產(chǎn)量隨篩片孔徑增加而增加，1.5 mm相比3.0 mm篩片孔徑，粉碎能耗急劇增加，粉碎產(chǎn)量急劇下降；③蛋白質(zhì)含量影響顆粒耐久性，蛋白質(zhì)含量高，PDI增加，顆粒飼料的PDI與硬度無相關(guān)性。