粉碎方式對小麥粉碎粒度及粒度分布的影響

曹勝雄， 王炳彥， 張 曦， 黃 偉， 孫照程，陳 瑩， 鐘興文， 孔凡虎， 華雪妃， 章雨竹， 陶琳麗

（1.云南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，云南昆明650201；2.牟定縣新橋鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站，云南楚雄675501）

粉碎是飼料生產(chǎn)中的重要工序之一， 是影響飼料質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)成本的重要因素。將原料進行粉碎，能增大飼料暴露的表面積，增加飼料顆粒和消化酶的接觸，有利于動物消化和吸收（Wondra 等，1995）。 此外，還能改善和提高配料、混合及制粒等后序工序的效率和質(zhì)量（孫啟波，2014）。目前國內(nèi)采用較多的是錘片式粉碎機 （秦永林，2009）。 錘片式粉碎機采用以擊碎為主的粉碎方式， 利用粉碎室內(nèi)高速回轉(zhuǎn)的錘片對飼料撞擊使其破碎，在粉碎過程中會產(chǎn)生較多的細顆粒，產(chǎn)品粒度的一致性較差； 對輥式粉碎機主要采用鋸切碎的方式， 利用表面有齒的軋輥以不同的轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)動，對物料顆粒進行鋸切而使其碎裂，產(chǎn)生的細粉很少， 產(chǎn)品粒度的均勻性較高（Mcellhiney，1996）。

粉碎方式會對畜禽生產(chǎn)性能和飼料利用率產(chǎn)生影響，但研究結(jié)果并不一致。 Wondra 等（1995）研究結(jié)果顯示， 提高粉碎粒度的均勻性或使用對輥式粉碎機粉碎飼料能增強飼糧養(yǎng)分消化率，減少對胃形態(tài)的不良影響，從而改善動物生產(chǎn)性能。Hafeez 等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，粉碎方式會對礦物質(zhì)和微量元素的消化率產(chǎn)生顯著影響， 對輥式粉碎機生產(chǎn)的飼料中鎂、鋅、銅、鐵的表觀回腸吸收率及鐵和銅的表觀總消化率均顯著高于錘片式粉碎機處理組， 但對雞蛋中礦物質(zhì)含量并沒有顯著影響；粉碎方式還會影響采食量、飼料轉(zhuǎn)化系數(shù)和體增重， 但對蛋品質(zhì)的影響并不顯著 （Hafeez 等，2016）。 然而，Ruhnke 等（2015）試驗表明，粉碎方式對蛋雞的體重、采食量、每周增重、蛋重、產(chǎn)蛋性能和飼料轉(zhuǎn)化效率均沒有顯著影響。 Ivan 等（2010）指出，錘片式粉碎機或?qū)伿椒鬯闄C粉碎的小麥不會對豬的生產(chǎn)性能產(chǎn)生影響。 Rohe 等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，粉碎方式對蛋雞消化道無顯著影響。Laurinen 等（2000）研究結(jié)果顯示，粉碎機類型不會對豬的采食量、 生產(chǎn)性能和胴體品質(zhì)產(chǎn)生影響， 也不會對大麥和小麥的干物質(zhì)消化率產(chǎn)生影響。

小麥是我國第三大糧食作物，其產(chǎn)量大，粗蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)含量高，是優(yōu)質(zhì)的能量飼料來源。小麥粗脂肪含量較低， 采用小麥飼喂動物能增加體脂硬度，提高胴體品質(zhì)。此外，小麥所含淀粉較軟，且具黏性，有利于制粒（馬尹鵬，2016）。 采用小麥替代部分玉米，能緩解玉米資源壓力、改善畜禽品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本。近年來，隨著飼料工業(yè)的發(fā)展，加工成本不斷上升，飼料廠規(guī)模不斷擴大，用對輥式粉碎機取代或與錘片式粉碎機組合使用已成趨勢（曹康，2003）。此外，關(guān)于粉碎方式的影響，目前的研究主要集中在對畜禽生產(chǎn)性能、 飼料利用率等方面，在其對粒度分布的研究較少。 為此，本試驗選取錘片式粉碎機為對照組， 研究對輥式粉碎機軋輥間隙0.2、0.4、0.6 mm 條件下， 粉碎方式對小麥粉碎粒度及粒度分布的影響， 以期為對輥式粉碎機在飼料粉碎中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗原料 試驗采用的小麥購于西爾南飼料公司，水分含量11%。

1.2 試驗設(shè)備 錘片式粉碎機（河南省滎陽市三張機廠215 型；錘片末端線速度，50 m/s；錘篩間隙，6 mm；錘片厚度，3 mm；篩片孔徑，2 mm）、對輥式粉碎機（由漯河孟南面粉機制造廠2235 磨粉機拆除篩分裝置改制而成；快輥表面線速度，6 m/s；慢輥與快輥速比，1∶2.5； 齒數(shù)，12 齒/英寸）、BT-2900 動態(tài)圖像顆粒分析系統(tǒng)（丹東百特儀器有限公司）、 變頻器 （矢量通用型AC70-T3-R75G/1R5P， 蘇州偉創(chuàng)電氣設(shè)備技術(shù)有限公司）、 轉(zhuǎn)速表、厚薄規(guī)、臺秤等。

1.3 樣品采集 對照組小麥采用錘片式粉碎機進行粉碎； 試驗組小麥采用對輥式粉碎機進行粉碎，軋輥間隙分別為0.2、0.4、0.6 mm。 將粉碎后的物料混合均勻，采用四分法取樣供粒度分析用。

1.4 測定指標及方法 采用BT-2900 動態(tài)圖像顆粒分析系統(tǒng)測定樣品最大粒徑、平均圓形度、平均比表面積，并結(jié)合十五層篩法（GB 6971-86 飼料粉碎機實驗方法）測定各篩分區(qū)間樣品含量，并計算重量幾何平均粒徑（dgw）和重量幾何標準差（Sgw），公式如下。 其中，采用重量幾何平均粒徑反映粉碎產(chǎn)品的粒度大?。徊捎弥亓繋缀螛藴什?，以及物料在各篩分區(qū)間的積累情況反映產(chǎn)品的均勻程度和分布情況； 采用平均圓形度反映產(chǎn)品的顆粒形狀。 圓形度是指與顆粒面積相等的圓的周長與顆粒的實際周長的比值。 圓形度越接近1，表明顆粒越趨近于圓形。

儀器標定及參數(shù)設(shè)置參照王鵬等（2018）的方法進行操作。

式中：di為第i 層篩孔尺寸，μm；di+1為比i 層篩孔大的相鄰篩子的篩孔直徑，μm；為第i 層篩上物的幾何平均直徑，，μm；Wi為第i 層篩子上物料的質(zhì)量，g。

1.5 統(tǒng)計分析 采用SPSS 23.0 對試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析， 處理間均值的差異采用Duncan’s 法進行多重比較。 結(jié)果以“平均值±標準差”表示，以P ＜0.05 作為差異顯著性判斷標準。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉碎方式對小麥粉碎粒度及均勻度的影響由表1 可以看出， 粉碎方式會對小麥粉碎產(chǎn)品的粉碎粒度及產(chǎn)品粒度的一致性產(chǎn)生影響。 軋輥間隙為0.6 mm 時，對輥式粉碎機組樣品的粉碎粒度比錘片式粉碎機組大280 μm（P ＜0.05），而均勻度顯著低于錘片式粉碎機組（P ＜0.05）；軋輥間隙為0.4 mm 時，兩種粉碎機粉碎產(chǎn)品的粒度及均勻度均沒有顯著差異（P ＞0.05）； 軋輥間隙為0.2 mm時， 對輥式粉碎機組樣品的粉碎粒度與錘片式粉碎機組一致（P ＞0.05），但產(chǎn)品粒度的均勻性顯著高于錘片式粉碎機組（P ＜0.05）。

2.2 粉碎方式對小麥粒度及粒形的影響 由表2可以看出， 粉碎方式會影響小麥粉碎產(chǎn)品的最大粒徑、 顆粒形狀和平均比表面積。 軋輥間隙為0.6 mm 時，對輥式粉碎機組樣品的最大粒徑高于錘片式粉碎機組約1000 μm（P ＜0.05），平均比表面積顯著低于錘片式粉碎機組（P ＜0.05），兩組樣品的平均圓形度沒有顯著差異（P ＞0.05）；軋輥間隙為0.4 mm 時，對輥式粉碎機組樣品的最大粒徑比錘片式粉碎機組大850 μm 左右（P ＜0.05），而平均圓形度和平均比表面積在兩組間的差異不顯著（P ＞0.05）；軋輥間隙為0.2 mm 時，對輥式粉碎機組樣品的平均比表面積顯著高于錘片式粉碎機組（P ＜0.05）,平均圓形度顯著低于錘片式粉碎機組（P ＜0.05）， 兩組樣品的最大粒徑無顯著差異（P ＞0.05）。

表1 粉碎方式對小麥dgw 和Sgw 的影響μm

表2 粉碎方式對小麥粒度、粒形的影響

2.3 粉碎方式對小麥粒度分布的影響 由表3可以看出， 小麥粉碎產(chǎn)品在各篩分區(qū)間的分布情況會受粉碎方式的影響。在本試驗條件下，錘片式粉碎機組與對輥式粉碎機0.4 mm 軋距組樣品在15 個篩分區(qū)間累積含量沒有顯著差異 （P ＞0.05），兩種樣品的粒度分布基本一致。 在軋輥間隙為0.2 mm 時， 對輥式粉碎機組樣品為425 ～850 μm 的累積含量比錘片式粉碎機組多8.18%（P ＜0.05），在53 ～75 μm 和1180 ～2360 μm 的累積含量分別比錘片式粉碎機組低0.04%和9.54%（P ＜0.05），在其余區(qū)間的含量沒有顯著差異（P ＞0.05）。 軋輥間隙為0.6 mm 時，對輥式粉碎機組樣品為1180 ～2360 μm 累積含量比錘片式粉碎機組高10.3%（P ＜0.05），而在53 ～75 μm和425 ～850 μm 累積含量分別比錘片式粉碎機低0.14%和9.37%（P ＜0.05），在其余區(qū)間的含量沒有顯著差異（P ＞0.05）。 此外， 除輥式粉碎機0.6 mm 軋距組約有2.59% 3350 ～4750 μm 的樣品外，其余各組樣品的粒度均低于3350 μm。

3 討論

本試驗采用重量幾何平均粒徑、 重量幾何標準差、平均圓形度、平均比表面積等指標探究粉碎方式對小麥粉碎粒度及其分布的影響。 飼料粉碎是克服原料顆粒質(zhì)點間的內(nèi)聚力作用而形成新表面的過程， 即靠機械力將飼料顆粒由大塊破碎成小塊。 Rojas 等（2016）指出，粉碎增大了產(chǎn)品顆粒的比表面積，增加和消化酶的接觸，從而提高淀粉的消化率，提高原料的代謝能，隨著谷物粉碎粒度的降低， 養(yǎng)分利用率和動物性能會呈現(xiàn)出線性增加的趨勢。本試驗結(jié)果顯示，隨著小麥粉碎粒度的減小，樣品的平均比表面積呈現(xiàn)增加的趨勢，與前人研究結(jié)果一致。 Ruhnke 等（2015）認為，粉碎方式會影響粉碎粒度和顆粒形狀，Koch 等（2002）也指出，粉碎方式會影響產(chǎn)品顆粒形狀，對輥式粉碎機粉碎產(chǎn)物多為不規(guī)則、 立方的或矩形的顆粒，Amerah 等（2007）研究發(fā)現(xiàn)，錘片式粉碎機則產(chǎn)生了更多細小的球形顆粒，出現(xiàn)過度粉碎現(xiàn)象，產(chǎn)品均勻度較差。在本試驗條件下，錘片式粉碎機組與對輥式粉碎機0.4、0.6 mm 軋距組樣品的平均圓形度均沒有顯著差異，且都小于對輥式粉碎機0.2 mm 組。 該結(jié)果與前人研究結(jié)果存在差異，這可能是因為粉碎機參數(shù)設(shè)置不同所導致的。 輥式粉碎機通過相向轉(zhuǎn)動的軋輥將物料鋸切使其破碎，Gebhardt 等（2018）指出降低對輥式粉碎機的軋輥間隙能降低粉碎粒度。 在本試驗中， 對輥式粉碎機軋輥間隙的減小， 改變了物料在粉碎過程中的受力程度， 在降低小麥粉碎粒度的同時產(chǎn)生更多粒度一致的細小顆粒，導致這種差異的出現(xiàn)。由試驗結(jié)果可知，粉碎方式會對顆粒形狀產(chǎn)生影響，但該影響也會受到粉碎機參數(shù)設(shè)置的限制。

表3 粉碎方式對小麥粒度分布的影響%

Bonilla 等 （2014）、Amerah 等（2007）、Svihus等（2004）認為，對輥式粉碎機產(chǎn)物粒度的均勻性優(yōu)于錘片式粉碎機。 在本試驗條件下，錘片式粉碎機組樣品粒度的一致性優(yōu)于對輥式粉碎機0.6 mm 軋距組，與對輥式粉碎機0.4 mm 軋距組一致，差于對輥式粉碎機0.2 mm 軋距組，該趨勢與前人研究存在差異。 造成這種差異的原因，可能是由于對輥式粉碎機軋距不同所造成的。此外，由試驗結(jié)果可知，軋距0.6 mm 時，對輥式粉碎機組樣品的重量幾何平均粒徑和重量幾何標準差顯著高于錘片式粉碎機組； 軋距0.4 mm時，兩組中兩個指標均無顯著差異；軋距0.2 mm時， 對輥式粉碎機組樣品的重量幾何平均粒徑低于錘片式粉碎機組，雖然差異不顯著，但也出現(xiàn)了重量幾何標準差顯著降低的趨勢。 同時，結(jié)合各組樣品在15 個篩分區(qū)間的分布情況可以看出，對輥式粉碎機0.4 mm 組與錘片式粉碎機組樣品粒度的分布情況沒有顯著差異； 在300 ～850 μm 時， 錘片式粉碎機組和對輥式粉碎機0.4 mm 組樣品的含量均約為55%， 對輥式粉碎機0.2 mm 組在該區(qū)間的含量約為65%，0.6 mm組約為41%。 出現(xiàn)這種差異的原因可能是由于物料的粉碎粒度隨著輥式粉碎機軋輥間隙的減小而降低， 在粉碎粒度降低的過程中產(chǎn)生了較多粒徑一致的細粉， 該過程必然伴隨著粒度均勻性的增加，這與Gebhardt 等（2018）和Ganeson等（2008）的觀點一致。 而本試驗結(jié)果顯示，選用適當?shù)能堓侀g隙， 對輥式粉碎機一次粉碎的產(chǎn)品在粒度及粒度分布方面也能達到錘片式粉碎機的粉碎效果。

4 結(jié)論

粉碎方式會對小麥的粉碎粒度和粒度分布產(chǎn)生影響。在本試驗條件下，軋輥間隙為0.2 mm 時，對輥式粉碎機組樣品均勻性優(yōu)于錘片式粉碎機組，而粉碎粒度差異不顯著；軋輥間隙為0.4 mm時， 對輥式粉碎機組與錘片式粉碎機組樣品的粒度及粒度分布沒有顯著差異；軋輥間隙為0.6 mm時， 對輥式粉碎機組樣品的粉碎粒度高于錘片式粉碎機組，但均勻度較差。