制硬顆粒飼料的水分調(diào)控

■王衛(wèi)國 馬青松

（河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

制作硬顆粒飼料過程中的水分調(diào)控涉及混合機(jī)處水分調(diào)控、調(diào)質(zhì)過程的水分調(diào)控和顆粒冷卻過程的水分調(diào)控，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。實(shí)施這一系統(tǒng)工程的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是：①使粉料在調(diào)質(zhì)過程得到良好的調(diào)質(zhì)質(zhì)量，即達(dá)到理想的水分、熟化程度和流變學(xué)特性；②獲得較高的制粒產(chǎn)量、成品率、生產(chǎn)效率和較低的電耗；③得到理想的顆粒堅(jiān)實(shí)度（耐久性）；④得到較好的成品儲(chǔ)存特性指標(biāo)，包括安全水分、低水分活度，均勻的水分分布；⑤獲得好的動(dòng)物生產(chǎn)性能。本文就如何實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)工程技術(shù)進(jìn)行綜合論述，以期為相關(guān)企業(yè)和人員進(jìn)行這類操作提供借鑒。

1 混合機(jī)處水分調(diào)控技術(shù)

混合機(jī)處的飼料水分調(diào)控包括混合粉料水分在線測量、水分添加、混合、飼料水分再測量。

1.1 入混合機(jī)的混合粉料的初始水分測量

混合粉料的初始水分可以由計(jì)算法計(jì)算得到或采用在線測量法測得。

1.1.1 計(jì)算法

根據(jù)構(gòu)成生產(chǎn)配方的各種組分的水分含量和在實(shí)際配方中所占百分比并考慮加工過程的損失計(jì)算求得：

①生產(chǎn)配方各組分的水分含量

飼料廠的各種原料的水分含量通常在入廠入庫時(shí)都應(yīng)有批檢測結(jié)果。在入庫后由于儲(chǔ)存環(huán)境條件和儲(chǔ)存時(shí)間等的不同會(huì)有所變化。所以要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配置和加工，需要檢測投入生產(chǎn)線時(shí)原料的水分含量并作為計(jì)算值才行。通常比例在0.5%以下的添加劑的水分含量可以忽略不計(jì)。

②混合之前飼料加工中的水分損耗

混合之前飼料在加工中的水分損失（水分損失量占飼料風(fēng)干重的百分比）主要包括原料接收、投料輸送中的損失、飼料粉碎損失以及原料膨化中的水分損失。原料接收過程的水分損失對(duì)于籽粒原料如玉米、小麥的水分損失為0.1%～0.15%，粉狀原料如豆粕、麥麩等水分損失在0.2%～0.35%[1]，其中冬季氣溫低，水分活度低，空氣載水能力低，水分損失率低，而夏季溫度高，水分活度很高，空氣載水能力高，水分的損失較高；原料在粉碎過程中的水分損失與粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)、粉碎粒度、采用的吸風(fēng)和輸送方式有密切關(guān)系。普通粉碎（錘片粉碎機(jī)的粉碎篩片孔徑1.5～8.0 mm）過程中平均含水分14.0%玉米的水分損失為0.8%～1.3%,其中篩孔孔徑小，夏季，水分含量高的玉米水分損失大。反之，水分損失小。采用對(duì)輥式粉碎機(jī)和對(duì)滾刀式粉碎機(jī)進(jìn)行普通粉碎，因物料溫升低，水分損失（0.4%～0.8%）顯著低于錘片粉碎機(jī)粉碎；采用錘片式微粉碎機(jī)進(jìn)行微粉碎（粉碎篩片孔徑0.5～1.2 mm）、機(jī)械輸送加吸風(fēng)時(shí)，物料的水分損耗可達(dá)1.0%～1.5%。而采用立軸式超溫粉碎機(jī)進(jìn)行不同飼料的超微粉碎過程中的水分損耗可在1.0%～2.0%。當(dāng)超微粉粒度越細(xì)，物料溫升越高，水分損失越大；當(dāng)飼料廠對(duì)玉米、大豆進(jìn)行膨化加工預(yù)處理時(shí)，這些原料在膨化加工中會(huì)有顯著的水分損失。通常采用干法膨化（無蒸汽調(diào)質(zhì)）加工時(shí)，原料的水分損失在2.0%～3.5%。當(dāng)采用濕法膨化加工時(shí)，原料的水分損失在1.5%～3.0%。當(dāng)擠壓膨化腔內(nèi)的壓力高、溫度高，膨化產(chǎn)品的密度低時(shí)，膨化原料的水分損失大，反之，膨化原料的水分損失少。膨化全脂大豆生產(chǎn)中因其高油脂含量，易于出模，水分損失相對(duì)較低，而膨化玉米、大米、小麥的水分損失較高。

1.1.2 在線測量法

在線測量是在混合機(jī)機(jī)殼的特定位置安裝有水分在線檢測儀，以一定時(shí)間間隔自動(dòng)檢測混合機(jī)內(nèi)物料的水分含量，并將檢測結(jié)果自動(dòng)傳送給生產(chǎn)線水分添加系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，經(jīng)與設(shè)定的目標(biāo)值比較后自動(dòng)確定在混合機(jī)內(nèi)噴加的水分量和調(diào)質(zhì)過程中需要添加的水分（蒸汽）量及相關(guān)控制參數(shù)。目前已經(jīng)在飼料混合機(jī)上應(yīng)用的在線水分檢測儀有多用途近紅外檢測儀，激光在線水分測定儀以及微波在線水分檢測儀等。其中近紅外多用途檢測儀可以同時(shí)檢測水分、粗蛋白、粗脂肪等，有著更廣泛的用途。

1.2 混合機(jī)中的水分調(diào)控

1.2.1 混合機(jī)中水分調(diào)控的目的

在混合機(jī)中進(jìn)行水分調(diào)控目的是：①當(dāng)混合粉料水分含量低于13.0%時(shí)將水分含量增加至正常水分含量，以便滿足調(diào)質(zhì)制粒工藝要求；②將液體防霉劑用水稀釋后添加到飼料中，既可將水分提高到正常制粒要求，又可起到防霉的作用；③將防霉劑、乳化劑、水分活度調(diào)節(jié)劑與水按比例混合后加到飼料中，達(dá)到有利于飼料對(duì)水分吸收、高效制粒、保持低水分活度、防止飼料霉變和保持產(chǎn)品品質(zhì)的要求。

1.2.2 水分添加要求

水質(zhì)要求：向混合機(jī)中添加的水分應(yīng)當(dāng)是經(jīng)過過濾軟化的清潔水，亦可使用煮沸冷卻的自來水或冷凝水。

添加量要求：在混合機(jī)中向飼料中添加的水分比例可在0%～2.5%。

添加設(shè)備要求：混合機(jī)宜采用高速混合機(jī)如雙軸槳葉混合機(jī)和單軸槳葉混合機(jī)，以便使飼料和添加的微液滴充分混勻；水的噴霧系統(tǒng)宜采用多噴嘴式，能將水噴成粒徑均勻的微液滴，且能均勻噴到飼料表面并避免噴到混合機(jī)機(jī)壁上。液體的計(jì)量誤差應(yīng)不大于0.5%[2]。

當(dāng)水分添加量較大時(shí)，為使水分能被原料充分吸收，可以讓加水后的物料在待制粒倉中存放一定時(shí)間，即可適當(dāng)加大待制粒倉的容量。

1.2.3 添加水分活度降低劑

外加水分通常以游離水的形式存在，水分活度高，在后續(xù)的飼料加工如加熱、擠壓制粒、冷卻、輸送、儲(chǔ)存中容易揮發(fā)損失，同時(shí)也容易引起飼料霉變。因此通過添加水分活度降低劑（保濕劑）來降低水分活度，有利于改善調(diào)質(zhì)效果，減少水分在后續(xù)加工過程的損失，同時(shí)有利于提高生產(chǎn)效率，獲得高質(zhì)量的顆粒飼料，還有利于顆粒成品的儲(chǔ)存。然而，有關(guān)水分活度降低劑在食品加工中應(yīng)用研究較多，而在飼料加工中的應(yīng)用國內(nèi)研究報(bào)道甚少。國外有一定數(shù)量的在寵物飼料生產(chǎn)中應(yīng)用的研究文獻(xiàn)。

水分活度降低劑通常是親水性的物質(zhì)，主要有鹽類、糖類和多元醇類以及某些有機(jī)酸類。在多種食品保藏的應(yīng)用研究結(jié)果表明，采用不同種類的水分活度降低劑組合應(yīng)用可以獲得更好的降低飼料中水分活度的效果。

添加水分后飼料的水分活度能控制在0.7以下時(shí)會(huì)有較好的保水效果。這會(huì)有效提高經(jīng)調(diào)質(zhì)、制粒、冷卻過程中的保水能力。

1.2.4 添加乳化劑

乳化劑是一類具有親水基和親油基的表面活性劑。在油-水兩相體系中，親油基和親水基分別和油、水結(jié)合，降低了兩相界面的表面張力。油、水兩相界面形成界面膜，界面膜可以阻止熱對(duì)流、布朗運(yùn)動(dòng)或機(jī)械攪拌引起的液滴聚結(jié)，對(duì)液滴起到保護(hù)作用[3]。馮杰等[4]研究了乳化劑對(duì)乳仔豬顆粒飼料品質(zhì)的影響，結(jié)果表明：乳化劑不僅可以改善影響顆粒飼料品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，如水分含量、容重、粒徑等，還可以改善顆粒飼料適口性，降低單產(chǎn)耗能，節(jié)省飼料加工成本。李建文等[5]通過對(duì)飼料原料及混合物水分活度的測定，研究了加工對(duì)飼料水分活度的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加水分子乳化劑，可以改變飼料水分等溫吸附線，當(dāng)飼料水分含量達(dá)到一定程度時(shí)，水分子乳化劑可大幅降低水分活度。但是，對(duì)于低脂肪飼料，乳化劑的作用效果會(huì)降低，而由于乳化劑本身的親水集團(tuán)與水分子結(jié)合是否會(huì)降低水分子與飼料表面親水基團(tuán)的結(jié)合機(jī)會(huì)和滲透能力需要進(jìn)一步研究。

1.2.5 添加液體防霉劑

液體防霉劑主要是有機(jī)酸和有機(jī)酸鹽類添加劑，包括丙酸、丙酸銨、檸檬酸、乳酸等。這些防霉劑中多數(shù)具有降低水分活度降低劑的功效，有些本身就是水分活度降低劑。復(fù)合液體防霉劑由兩種及兩種以上防霉劑組成，還可加入表面活性劑等。相對(duì)于固體防霉劑，液體防霉劑通常是與水以一定比例稀釋混合后加入飼料，因而會(huì)與水分子先結(jié)合，降低了水的表面張力，使水分子充分浸潤飼料顆粒內(nèi)部，從而減少了水分的散失。韓康印等[6]研究了液體防霉劑對(duì)顆粒料保水率及儲(chǔ)存時(shí)間的影響。結(jié)果顯示：直接添加1%水分，不添加液體防霉劑，顆粒料的保水率僅為53%，添加1%液體防霉劑（防霉劑與水按1∶19比例混合）后顆粒料的保水率達(dá)到了95%，并且有效延長了飼料的保藏時(shí)間。趙江鵬等[7]研究了液體防霉劑surface對(duì)狐飼料水分和保質(zhì)期的影響，研究結(jié)果顯示：添加液體防霉劑可以顯著提高飼料成品的水分含量，同時(shí)還具有較好的防霉效果。

由于制硬顆粒飼料時(shí)需要經(jīng)過高溫調(diào)質(zhì)和制粒過程，防霉劑能否在高溫處理過程中繼續(xù)保留其良好的保水性是防霉劑質(zhì)量的重要指標(biāo)。馬青松等（2017，尚未發(fā)表）的研究結(jié)果表明，DMX防霉劑在經(jīng)高溫調(diào)質(zhì)制粒后仍表現(xiàn)出很好的保水性能。

2 調(diào)質(zhì)過程中的水分調(diào)控

2.1 調(diào)質(zhì)過程的水分調(diào)控目標(biāo)

調(diào)質(zhì)過程水分調(diào)控的目標(biāo)是：①使飼料的水分含量達(dá)到適宜入模水分。適宜入模水分是指在此飼料水分含量入模時(shí)，環(huán)模制粒機(jī)具有能生產(chǎn)合格顆粒飼料的最大生產(chǎn)率，且能顯著降低噸料能耗，減小物料對(duì)環(huán)模的磨損的水分。研究文獻(xiàn)給出的入模飼料適宜水分推薦值為，豬禽飼料為16%～17%，普通水產(chǎn)飼料為15%～16%[8]，特種水產(chǎn)料如對(duì)蝦料等為16%～17%。牛羊飼料因含有較多的糠麩、纖維性飼料，適宜入水分為14%～15%。然而，有關(guān)適宜入模水分的綜合工藝參數(shù)的研究，國內(nèi)外發(fā)表的研究文獻(xiàn)甚少且不系統(tǒng)，需要進(jìn)一步的系統(tǒng)研究。②通過添加蒸汽，加熱飼料，強(qiáng)化飼料對(duì)蒸汽水分子的吸收并蒸煮一定時(shí)間，使飼料達(dá)到適宜的理化特性，如流變學(xué)特性、淀粉熟化度、黏彈性、殺滅部分有害微生物等，有利于提高飼料的制粒特性，提高動(dòng)物對(duì)飼料的消化利用率，提高顆粒飼料堅(jiān)實(shí)度、耐水性等。③使飼料的理化特性在整批飼料中達(dá)到均一狀態(tài)，如水分分布的均勻度、溫度分布的均勻度、淀粉糊化分布的均勻度、飼料質(zhì)地軟化的均勻度都達(dá)到95%以上。

2.2 調(diào)質(zhì)過程水分調(diào)控的技術(shù)措施

2.2.1 確保蒸汽質(zhì)量

為確保進(jìn)入調(diào)質(zhì)器的蒸汽是干飽和蒸汽，一定要合理設(shè)計(jì)和操作蒸汽系統(tǒng)，在蒸汽管路中要有能高效去除蒸汽中冷凝水的裝置和結(jié)構(gòu)，如汽水分離器等，及時(shí)排除儲(chǔ)汽包、管道中的冷凝水。

2.2.2 使用適宜的調(diào)質(zhì)參數(shù)

不同飼料原料的理化特性不同，不同飼料配方因原料組分構(gòu)成不同，導(dǎo)致它們的調(diào)質(zhì)性能也有很大差異，因而需要采用針對(duì)性的調(diào)質(zhì)參數(shù)。

① 雞、鴨飼料

因配方構(gòu)成中谷物比例通常在60%或以上，淀粉含量高，吸收水分的能力強(qiáng)，速度快，因此宜采用較低的蒸汽壓力（0.15～0.2 MPa）和較大的蒸汽量。生長和育肥階段的肉雞、肉鴨本身具有較強(qiáng)的飼料消化能力，高淀粉糊化度對(duì)其生產(chǎn)性能并無顯著改善，因此通常采用85～90℃的調(diào)質(zhì)溫度，15～25 s的調(diào)質(zhì)時(shí)間即可。而雛雞開食階段的飼料需要較長的調(diào)質(zhì)時(shí)間（30～40 s）。

②豬飼料

與家禽飼料相比，豬飼料需要較高的飼料熟化度，故需要較強(qiáng)的調(diào)質(zhì)參數(shù)。因豬在乳豬（教槽）階段，斷奶階段，生長、育肥階段消化系統(tǒng)的成熟度不同，對(duì)飼料的熟化度要求也不同，因而對(duì)飼料的調(diào)質(zhì)參數(shù)也有較大差異。

乳豬飼料（教槽料）：因乳豬處于吃母乳階段，消化道發(fā)育未成熟，因此飼料需要較高的熟化度，但因乳豬料中需要加入較高比例的乳清粉等熱敏性原料，乳清粉在高溫調(diào)質(zhì)制粒時(shí)會(huì)發(fā)生焦糖化，堵塞?？锥荒苷Ｖ屏?，必須采用低溫調(diào)質(zhì)和低溫制粒，因此需要將乳豬飼料中除乳清粉、熱敏性添加劑、脂肪外的其它大宗原料先進(jìn)行高溫調(diào)質(zhì)熟化處理，然后進(jìn)行二次配料，加入乳清粉、熱敏性添加劑、脂肪等并混合均勻后，進(jìn)行二次低溫調(diào)質(zhì)和低溫制粒（50～55 ℃，20～30 s）。對(duì)大宗原料的高溫調(diào)質(zhì)熟化處理工藝可采用以下三種工藝：A.調(diào)質(zhì)器（85～95℃，20～30 s）+保持器（50～90 s）+冷卻；B.調(diào)質(zhì)器（85～95 ℃，20～30 s）+擠壓膨脹機(jī)（120～130 ℃）+破碎+冷卻；C.調(diào)質(zhì)器（85～95 ℃，20～30 s）+制粒+冷卻+粉碎。相比較而言，第一種預(yù)調(diào)質(zhì)熟化處理工藝設(shè)備簡單，生產(chǎn)能耗低。

斷奶仔豬飼料（保育料）：斷奶仔豬前期飼料（5～10 kg）通常也含有較高比例的乳清粉和熱敏性添加劑，因此，宜采用與教槽料相同的大料預(yù)調(diào)質(zhì)熟化加工+低溫制粒工藝，調(diào)質(zhì)參數(shù)也基本相同。斷奶仔豬后期（10～20 kg）消化系統(tǒng)逐漸發(fā)育良好，飼料中乳清粉、奶粉的比例已經(jīng)較低，此時(shí)，可以采用調(diào)質(zhì)器（85～90 ℃，20～30 s）+保持器（50～90 s）+制粒的一次制粒工藝。如果考慮最大限度保留熱敏性飼料添加劑的活性，也可以采用大料預(yù)調(diào)質(zhì)熟化加工+低溫制粒工藝。

生長育肥豬飼料：對(duì)于生長育肥豬的飼料而言，宜采用調(diào)質(zhì)器（85～90 ℃，20～30 s）+保持器（45～60 s）+制粒的一次制粒工藝。

③牛羊飼料

牛羊用顆粒飼料主要是精料補(bǔ)充料顆粒飼料。與豬雞飼料構(gòu)成不同的是，牛羊精料補(bǔ)充料中常含有較高比例的高纖維原料，如DDGS、麥麩、米糠、大豆皮、苜蓿草粉、甜菜粕等，這些原料吸水性較差，調(diào)質(zhì)目標(biāo)水分值低，因而需要采用較高的蒸汽壓力（0.25～0.4 MPa），較小的蒸汽量，較長的調(diào)質(zhì)時(shí)間?？梢圆捎谜{(diào)質(zhì)器（80～85 ℃，20～30 s）+保持器（45～90 s）+制粒的一次制粒工藝。

④魚蝦飼料

魚蝦用硬顆粒飼料的共性是蛋白質(zhì)原料含量高，谷物的含量較低，糠麩的比例中等。且蛋白質(zhì)原料中主要是油籽餅粕，如豆粕、棉籽粕、菜籽粕等。使用動(dòng)物蛋白也主要是肉骨粉等。這些都是熱變性蛋白，結(jié)合水的能力差。因此為了提高這些原料的利用效率就需要采用微粉碎或超微粉碎工藝，獲得微粉或超微粉，在此基礎(chǔ)上施以較高蒸汽壓力和較長的調(diào)質(zhì)時(shí)間，以便讓飼料微粉粒能充分接觸、結(jié)合蒸汽水分子，使之軟化和具有可塑性，便于制得優(yōu)質(zhì)顆粒飼料。目前魚飼料宜采用調(diào)質(zhì)器（85～95 ℃，30～60 s）+保持器（60～120 s）+制粒的一次制粒工藝。蝦硬顆粒飼料因?qū)λ蟹€(wěn)定性要求很高（≥2 h），需要對(duì)超微粉飼料進(jìn)行充分調(diào)質(zhì)，使所含蛋白顆粒充分軟化、淀粉充分糊化，使顆粒飼料中微粉之間的粘結(jié)牢固。因此需要采用很強(qiáng)的調(diào)質(zhì)工藝。宜采用的工藝為調(diào)質(zhì)器1（85～95 ℃，30～60 s）+調(diào)質(zhì)器2（85～95 ℃，30～60 s）+保持器（60～120 s）+制粒的一次制粒工藝。必要時(shí)還可在制粒機(jī)后加后熟化器。

⑤調(diào)質(zhì)過程物料溫度升高與水分增加的關(guān)系

作為一種規(guī)律，對(duì)于普通豬禽飼料而言，調(diào)質(zhì)過程中，物料溫度每升高10℃，水分增加0.6%～0.7%[9]。但對(duì)于水產(chǎn)飼料而言，因飼料吸水率較低，采用高壓、低蒸汽量、長時(shí)間調(diào)質(zhì)，溫度每升高10℃，水分增加0.5%～0.6%。對(duì)反芻動(dòng)物的精料補(bǔ)充料也有類似的情況。

3 冷卻過程中的水分調(diào)控

從制粒機(jī)制出的顆粒飼料水分會(huì)損失0.5%左右。濕熱顆粒飼料在流經(jīng)冷卻器的過程中與冷卻空氣進(jìn)行濕熱交換，溫度降低到接近室溫，水分降低到標(biāo)準(zhǔn)安全水分。顆粒冷卻控制的關(guān)鍵參數(shù)是冷卻時(shí)間和冷卻風(fēng)量?？刂频闹笜?biāo)是冷卻器出料水分含量與水分分布的均勻性以及出料溫度與料溫分布的均勻性。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)通過研究試驗(yàn)來確定不同直徑顆粒產(chǎn)品在冷卻器內(nèi)所需的冷卻時(shí)間和冷卻風(fēng)量。并將這些最佳參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)通過調(diào)整布料設(shè)備使顆粒飼料在冷卻器內(nèi)料位均勻，冷卻時(shí)間一致，最終得到質(zhì)量合格的產(chǎn)品。冷卻風(fēng)量過大和冷卻時(shí)間過長會(huì)造成產(chǎn)品水分損失過大，影響企業(yè)效益。冷卻產(chǎn)品水分含量超標(biāo)或水分分布不均勻又容易使產(chǎn)品發(fā)霉變質(zhì)，造成質(zhì)量事故與損失。逆流冷卻器內(nèi)的冷卻風(fēng)速宜為0.8～1.5 m/s，而臥式帶式冷卻器內(nèi)的風(fēng)速宜為0.5 m/s[9]。

4 硬顆粒飼料成品的水分與水分活度

顆粒飼料成品的水分含量南方控制在不高于12.5%，北方不高于14%。在此條件下，應(yīng)通過技術(shù)手段使顆粒飼料的水分活度維持在0.7以下。

總之，正確的水分調(diào)控對(duì)于高效、低耗地制作優(yōu)質(zhì)硬顆粒飼料具有重要作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于各企業(yè)顆粒飼料產(chǎn)品的配方組成不同、原料質(zhì)量的變異、加工環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備、蒸汽條件等的不同或客戶的需要不同，都會(huì)對(duì)水分的調(diào)控技術(shù)參數(shù)提出不同要求。因此，飼料企業(yè)應(yīng)重視硬顆粒飼料加工技術(shù)的研究與創(chuàng)新，通過加工參數(shù)的優(yōu)化研究，獲得實(shí)現(xiàn)加工優(yōu)質(zhì)顆粒飼料的最佳參數(shù)組合，并將這些參數(shù)組合作為生產(chǎn)中的控制標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣，才能使企業(yè)和用戶獲得最佳經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。