硬度對(duì)玉米粉碎粒度及粒度分布的影響

黃 偉 ，曹志勇，楊秀娟，曹勝雄，陳 琛，張 曦*，趙紅波*

（1.昆明學(xué)院發(fā)展規(guī)劃處，云南昆明 650214；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)大數(shù)據(jù)學(xué)院，云南昆明 650201）

玉米作為我國(guó)主要的能量飼料來(lái)源，隨著飼料行業(yè)的深入發(fā)展，對(duì)飼料原料粉碎粒度的大小及均勻性也提出了更高的要求[1]。目前玉米的粉碎粒度存在離散性較大、粉碎粒度嚴(yán)重不均勻等問(wèn)題，導(dǎo)致飼料加工的混合工段及后續(xù)熟化加工條件難以控制，易造成混合不均勻、熟化不足和過(guò)度熟化的不良后果，進(jìn)而降低畜禽飼料的利用率。粉碎粒度的大小會(huì)對(duì)畜禽產(chǎn)生顯著影響。全價(jià)配合飼料的料型分為粉料和顆粒料。對(duì)于粉料而言，玉米顆粒的粉碎粒度影響飼料品質(zhì)，進(jìn)而影響畜禽的生長(zhǎng)性能[2-3]。Parsons 等[4]采用玉米-豆粕型日糧，把玉米粉碎成781、950、1042、1 109、2 242 μm，飼喂21日齡肉雞，結(jié)果表明隨著粉碎粒度增加，肉雞的生長(zhǎng)性能增加，但當(dāng)玉米粒度超過(guò)1 042 μm 時(shí)，肉雞生長(zhǎng)性能下降，能量代謝降低。張嘉琦等[5]使用錘片式粉碎機(jī)粉碎飼料原料，飼喂210 日齡的海蘭褐蛋雞，其中玉米分別用4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0 mm 的篩孔直徑進(jìn)行粉碎，其他飼料原料均采用5.0 mm 的篩孔直徑進(jìn)行粉碎，結(jié)果表明隨著玉米粉碎粒度增大，破蛋率、軟蛋率呈先降低后升高的趨勢(shì)。對(duì)于顆粒料而言，玉米顆粒粉碎的大小影響制粒，進(jìn)而影響畜禽的生長(zhǎng)性能。倪海球等[6]采 用303.91、346.08、356.81、358.51、373.29 μm和387.70 μm 等5 種不同粒徑的玉米進(jìn)行制粒，結(jié)果表明顆粒硬度隨玉米粉碎粒度的增加整體呈顯著上升；顆粒耐久性隨粉碎粒度的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；粗蛋白質(zhì)體外消化率隨粉碎粒度的增加先升高后降低。在粉碎過(guò)程中，玉米籽粒的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、粉碎機(jī)類型及粉碎工藝參數(shù)均影響粉碎效果。玉米籽粒的物理性質(zhì)中，籽粒硬度是籽粒的一種特性，是指破壞籽粒所受到的阻力，或籽粒對(duì)施加形變的抵抗能力[7]。

我國(guó)采用的飼料產(chǎn)品粒度測(cè)定一般采用篩分法[8]，然而在實(shí)際使用中，篩分法的測(cè)定和計(jì)算過(guò)程較為繁瑣，且耗時(shí)耗力，不利于飼料產(chǎn)品的日常檢驗(yàn)。BT-2900 干法動(dòng)態(tài)圖像顆粒分析系統(tǒng)主要用于粗的及粒狀材料的粒度粒形分析領(lǐng)域。在顆粒自由下落過(guò)程中隨機(jī)拍攝通過(guò)鏡頭顆粒的圖像，拍攝圖像的同時(shí)采用電腦軟件對(duì)顆粒進(jìn)行快速識(shí)別和處理，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)顆粒的圖像和粒度粒形數(shù)據(jù)[9]。根據(jù)十五層篩法計(jì)算重量幾何平均粒徑。本試驗(yàn)采用BT-2900 干法動(dòng)態(tài)圖像顆粒分析系統(tǒng)，針對(duì)不同硬度玉米研究相同粉碎工藝參數(shù)對(duì)粒度大小及粒度分布的影響，為玉米粉碎工藝提供一定的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 低硬度玉米購(gòu)買于東北地區(qū)，簡(jiǎn)稱L 玉米；高硬度玉米購(gòu)買于云南地區(qū)，簡(jiǎn)稱H 玉米。玉米原料均由昆明西爾南有限公司提供。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法 硬度采用谷物硬度計(jì)（GWJ-Ⅲ，山東恒美電子科技有限公司）測(cè)定；水分采用熱風(fēng)干燥法測(cè)定；粗蛋白質(zhì)采用《飼料中粗蛋白的測(cè)定》（GB/T 6432-2018）；粗脂肪采用《飼料中粗脂肪的測(cè)定》（GB/T 6433-2006）；能量采用ZDHW-5000 型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀測(cè)定。

1.3 玉米的粉碎及粒度測(cè)定 分別將2 種玉米放入錘片式粉碎機(jī)（粉碎工藝參數(shù)：錘片線速度55 m/s、錘篩間隙12 mm、篩片篩孔孔徑2.0 mm、錘片數(shù)量8 片，錘片厚度2 mm）進(jìn)行粉碎，每次粉碎玉米10 kg。將粉碎后的樣品用四分法取樣，隨后用BT-2900 干法動(dòng)態(tài)圖像顆粒分析系統(tǒng)測(cè)定其粒度大小與粒度分布[4]，每次測(cè)定拍攝15 萬(wàn)張顆粒圖片，根據(jù)顆粒圖像的大小采用等效體積的直徑來(lái)計(jì)算顆粒的大小，以μm為單位，測(cè)試范圍為30～10 000 μm，每份樣品重復(fù)測(cè)定3 次。參照《飼料粉碎機(jī)實(shí)驗(yàn)方法》（GB 6971-2007）的十五層篩法劃分粒度分布區(qū)間，計(jì)算重量幾何平均粒徑（dgw）和重量幾何標(biāo)準(zhǔn)差（Sgw）。其中，粒度大小以dgw表示，粒度分布狀況以Sgw表示。dgw值越小表示粉碎粒度越??；Sgw越小表示粉碎成品粒度越均勻[3]。平均粒徑是采用所有顆粒直徑之和除以顆?？倐€(gè)數(shù)。

式中，di為第i 層篩孔尺寸（μm）；di+1為比i 層篩大一號(hào)的篩孔尺寸（μm）；為第i 層篩上物的幾何平均直徑（μm）；Wi為第i 層篩上物比例；W=100。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)Excel 表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，采用十五層篩法的計(jì)算方法，針對(duì)粒度測(cè)定結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，最后通過(guò)SPSS 19.0 進(jìn)行單因素方差分析，數(shù)值表示為平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差。P＜0.05 表示差異顯著，P＞0.05表示差異不顯著。

2 結(jié)果

2.1 2 種玉米的硬度、容重、能量及常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分分析由表1 可以看出，L 玉米的硬度、容重、能量、粗脂肪和粗蛋白質(zhì)含量顯著低于H 玉米，而水分含量顯著高于H 玉米。

表1 玉米的硬度、容重、能量及常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分分析（風(fēng)干基礎(chǔ)）

2.2 2 種不同硬度玉米粉碎粒度結(jié)果分析 由表2 可以看出，粉碎后，L 玉米的dgw低于H 玉米（P＜0.05）；L 玉米的Sgw高于H 玉米（P＜0.05）；L 玉米的最大粒徑低于H 玉米（P＞0.05）；L 玉米的平均粒徑低于H玉米（P＜0.05）。在本研究的粉碎工藝條件下，玉米硬度越大，粉碎后玉米的dgw、平均粒徑、最大粒徑均增大；粉碎粒度的均勻性越好。

表2 不同硬度的玉米粉碎粒度結(jié)果分析

2.3 不同硬度玉米粉碎后的粒度及粒度分布 由表3 可見(jiàn)，對(duì)于L 玉米，有80.13% 的玉米顆粒粒徑分布在300～1 700 μm，9.52%分布在小于300 μm，10.35%分布大于1 700 μm，沒(méi)有粒徑大于3 350 μm 的顆粒。對(duì)于H玉米，有81.03%的玉米顆粒粒徑分布在300～1 700 μm，7.11%分布在小于300 μm范圍內(nèi)，11.86%分布大于1 700 μm范圍。在53～75、75～106、106～150、150～212、212～300、300～425、425～600 μmL 玉米粒度的分布含量高于H 玉米（P＜0.05）。在600～850 μm 玉米粒度的L 玉米分布含量高于H 玉米（P＞0.05）。在850～1 180、1 180～1 700 μm 的L 玉米粒度分布含量低于H 玉米（P＜0.05）。在3 350～4 750 μm H 玉米只有0.50%。

表3 不同硬度玉米的粒度分布范圍

由圖1 可以看出，L 玉米的粒度分布曲線服從正態(tài)分布。有26.55%的顆粒分布在500 μm 以下，有67.58%的顆粒分布在1 000 μm 以下，1 000～2 000 μm 顆粒分布為26.91%，2 000 μm 以上的顆粒有5.51%分布。

由圖2 可以看出，H 玉米的粒度分布曲線服從正態(tài)分布，有22.41%的顆粒分布在500 μm 以下，有62.57%的顆粒分布在1 000 μm 以下，1 000～ 2 000 μm 顆粒分布為29.38%，2 000 μm 以上的顆粒有8.05%分布。

由圖3、圖4 可以看出，2 種玉米的顆粒粒徑集中分布在100～1 000 μm，長(zhǎng)徑比均集中分布在1～4。由圖5、圖6 玉米的單顆粒形態(tài)可以看出，玉米顆粒粉碎之后形狀不規(guī)則，H 玉米所占大顆粒的比例高于L 玉米。

3 討 論

玉米的籽粒硬度主要以籽?？箶D壓強(qiáng)度、易破碎率、玉米粉碎后粒度分布和近紅外反射率、研磨時(shí)間等來(lái)表示[10]。郭禎祥等[11]基于顆粒度指數(shù)原理建立了應(yīng)用國(guó)產(chǎn)JFS 型谷物粉碎機(jī)測(cè)定玉米籽粒硬度的方法。田素梅[12]采用近紅外漫反射法與國(guó)產(chǎn)JYDB 型小麥硬度測(cè)試儀法對(duì)小麥籽粒硬度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明2 種方法測(cè)得的籽粒硬度具有較高的相關(guān)性。本研究中所采用的GWJ-Ⅲ谷物硬度計(jì)，可以對(duì)谷物或飼料硬度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量范圍為30 kg，使測(cè)量顆粒硬度變得更加簡(jiǎn)單，讀數(shù)直觀，測(cè)量準(zhǔn)確。

玉米由于其生長(zhǎng)發(fā)育所處的環(huán)境[13]、栽培措施、烘干存儲(chǔ)條件等不同，呈現(xiàn)不同的破碎敏感性[10]。本研究所選取的L 玉米來(lái)自東北地區(qū)，東北地區(qū)的農(nóng)作物是春種秋收，春季容易干旱，夏季炎熱但時(shí)間短，秋季易霜凍，冬季嚴(yán)寒且時(shí)間長(zhǎng)，年平均氣溫低，因此玉米成熟后含水量較高，一般采用烘干的方法。H 玉米來(lái)自云南地區(qū)，云南地區(qū)氣候比較干燥，無(wú)霜期較長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射和日照時(shí)數(shù)較多，因此玉米籽粒一般采用自然晾干。本研究中測(cè)得L 玉米的硬度遠(yuǎn)低于H 玉米，可能是因?yàn)長(zhǎng) 玉米采用了烘干法，使得玉米籽粒干燥過(guò)度，表面出現(xiàn)裂紋，使其在測(cè)試硬度時(shí)受力不均勻?qū)е隆?/p>

本研究中粉碎后H 玉米的均勻度優(yōu)于L 玉米，是由于H 玉米的硬度高于L 玉米，隨著硬度的增加，粉碎后玉米的重量幾何平均粒徑、平均粒徑、最大粒徑均增大。飼料企業(yè)可以針對(duì)不同硬度的玉米，適當(dāng)調(diào)整錘片式粉碎機(jī)的錘片線速度、錘片數(shù)量、錘篩間隙、錘片厚度等粉碎工藝參數(shù)[14]以期獲得最佳的粉碎粒度和粉碎均勻度。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，L 玉米硬度為97.42 N，H 玉米的硬度為237.40 N；低硬度、高硬度玉米顆粒的粉碎粒度在300～1 700 μm，分別為80.13%、81.03%；其中2 種玉米顆粒粒度在600～850 μm 的占比達(dá)到最高，都大于20%；顆粒粒度小于300 μm 的占比較小，分別為9.52%、7.11%；顆粒粒度大于1 700 μm 的占比分別為10.35%、11.86%。綜上所述，相同粉碎工藝條件下，隨著玉米硬度的增加，粉碎的顆粒的重量幾何平均粒徑增大、均勻性變好。