小型飼料攪拌機(jī)和平模顆粒機(jī)組合使用制備顆粒飼料的工藝研究

張興夫，王麗思，青格勒，錢英紅，張 靜，喬亞杰，喬文軍，杜瑞平

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.包頭市固陽(yáng)縣家畜改良工作站，內(nèi)蒙古 固陽(yáng) 014040）

2020 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布第307 號(hào)公告，就養(yǎng)殖者自行配制飼料進(jìn)行了明確規(guī)定， 規(guī)范養(yǎng)殖者自行配制飼料的行為，保障動(dòng)物產(chǎn)品質(zhì)量安全。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2019 年我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)飼料消耗量約為3.5 億t， 其中商品配合飼料為2.1億t，其余為養(yǎng)殖者自行配制飼料［1］。 針對(duì)小型加工機(jī)械生產(chǎn)飼料的工藝進(jìn)行研究， 并為自配料養(yǎng)殖戶提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持具有重要意義。 顆粒形態(tài)的飼料因具有良好的適口性、營(yíng)養(yǎng)分布均勻、便于運(yùn)輸、相對(duì)于粉料損耗低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖行業(yè)。 顆粒飼料的制粒方式主要分為環(huán)模制粒和平模制粒。 飼料生產(chǎn)廠家通常使用大型的環(huán)模制粒機(jī)，飼料原料經(jīng)過(guò)膨化、蒸汽調(diào)制后，顆粒飼料制粒質(zhì)量較高，但由于設(shè)備成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，不適合中小養(yǎng)殖戶自行配制飼料，而采用平模制粒方式的小型顆粒機(jī)由于體積小， 價(jià)格較低， 操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)受到廣大自配料養(yǎng)殖戶的歡迎。目前，國(guó)內(nèi)顆粒飼料加工工藝方面的研究主要集中在草顆粒飼料加工工藝的研究［2-5］和全混合顆粒飼料加工工藝的研究［6-8］，使用的加工設(shè)備大多為環(huán)模顆粒機(jī)。 郭萬(wàn)正等［8］研究發(fā)現(xiàn)，使用壓縮比為4.7:1 的平模顆粒機(jī)制粒，配方中無(wú)草粉或純草粉制粒成型率可達(dá)到97.39%以上，說(shuō)明使用小型平模顆粒機(jī)制作顆粒飼料具有可行性。 該研究采用JB-300 型精飼料攪拌機(jī)和300 型平模顆粒機(jī)， 探討攪拌時(shí)間和裝載率對(duì)飼料混合均勻度的影響，以及磨盤?？字睆?、原料水分含量、玉米粉碎粒度對(duì)顆粒料成型率、硬度指標(biāo)的影響，分析使用JB-300 型精飼料攪拌機(jī)和300 型平模顆粒機(jī)制作牛羊精料補(bǔ)充料顆粒飼料的最佳工藝參數(shù)，旨在為自配料養(yǎng)殖戶合理利用飼料原料制備顆粒飼料提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用飼料原料以及配比方法見(jiàn)表1。

表1 飼料原料及配比（風(fēng)干基礎(chǔ)） 單位：%

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

試驗(yàn)所用設(shè)備為濟(jì)南市牧龍機(jī)械有限公司制造的JB-300 型精飼料攪拌機(jī)和300 型4 壓輪平模顆粒機(jī)，攪拌機(jī)外形尺寸為1 900 mm×700 mm×1 300 mm，配套動(dòng)力為3 kW 交流電機(jī)，每次可加工200～300 kg 飼料，顆粒機(jī)外形尺寸為1 300 mm×500 mm×1 400 mm，配套動(dòng)力為22 kW 交流電機(jī)，時(shí)產(chǎn)600～800 kg。 顆粒硬度采用KQ-3 型自動(dòng)顆粒硬度測(cè)定儀測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)， 測(cè)定不同攪拌時(shí)間、裝載系數(shù)對(duì)JB-300 型精飼料攪拌機(jī)飼料混合均勻度的影響。 在確定攪拌混合工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)飼料原料進(jìn)行混合，混合后使用300 型顆粒機(jī)制粒。制粒試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析不同玉米粉碎粒度、 不同水分含量對(duì)顆粒飼料成型率的影響；篩選最佳水平后，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以模孔直徑（A）、玉米粉碎粒度（B）和水分含量（C）為測(cè)定因素，以成型率和硬度的綜合加權(quán)評(píng)分為指標(biāo)，確定制備顆粒飼料的最優(yōu)組合參數(shù)。

1.3.1 不同攪拌時(shí)間對(duì)混合均勻度的影響

JB-300 型精飼料攪拌機(jī)最大裝載量為300 kg，在裝載系數(shù)為80%的條件下，測(cè)定不同攪拌時(shí)間（5 min、10 min、15 min、20 min）對(duì)飼料混合均勻度的影響，每個(gè)處理組10 個(gè)重復(fù)。

1.3.2 不同裝載系數(shù)對(duì)混合均勻度的影響

固定攪拌時(shí)間為10 min， 測(cè)定裝載系數(shù)分別為80%、70%和60%時(shí)對(duì)飼料混合均勻度的影響，每個(gè)處理組10 個(gè)重復(fù)。

1.3.3 不同水分含量對(duì)顆粒飼料成型率、 硬度的影響

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)， 飼料水分含量 （總水分）分別設(shè)定為10%、13%、16%、19%，每個(gè)處理組3 個(gè)重復(fù)，測(cè)定顆粒飼料成型率和硬度。

1.3.4 不同?？字睆綄?duì)顆粒飼料成型率、 硬度的影響

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)， 顆粒機(jī)?？字睆椒謩e設(shè)定為4 mm（壓縮比為6）、5 mm（壓縮比為5.6）、6 mm（壓縮比為5），每個(gè)處理組3 個(gè)重復(fù)，測(cè)定顆粒飼料成型率和硬度。

1.3.5 不同玉米粉碎粒度對(duì)顆粒飼料成型率的影響

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)， 玉米粉碎粒度分別設(shè)定為2 mm、4 mm、6 mm、8 mm，每個(gè)處理組3 個(gè)重復(fù)，測(cè)定顆粒飼料成型率和硬度。

1.3.6 水分含量、 玉米粉碎粒度及?？字睆綄?duì)顆粒飼料加工參數(shù)的影響

采用L9（34）因素水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)（見(jiàn)表2），以?？字睆剑ˋ）、玉米粉碎粒度（B）、水分含量（C）為測(cè)定因素， 以顆粒飼料成型率、 硬度為評(píng)價(jià)指標(biāo)， 選擇平模顆粒機(jī)加工顆粒飼料工藝參數(shù)的最優(yōu)組合。

表2 正交試驗(yàn)的因素和水平

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 飼料混合變異系數(shù)的測(cè)定

該試驗(yàn)采用綠豆示蹤法測(cè)定飼料混合變異系數(shù)［9］。 試驗(yàn)開始前用電子秤稱取15 g 綠豆，統(tǒng)計(jì)綠豆數(shù)量，可計(jì)算出綠豆千粒重量。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)投入的綠豆重量以及飼料裝載重量可計(jì)算出綠豆數(shù)量與飼料重量的標(biāo)準(zhǔn)理論比值M，各試驗(yàn)結(jié)束后，用取樣鏟在攪拌機(jī)不同部位取樣10 份裝入樣品袋，用電子秤稱重并記錄，分別統(tǒng)計(jì)樣品袋中的綠豆數(shù)量， 并計(jì)算各樣品中綠豆數(shù)量與樣品重量的比值（X1、X2、X3…X10）。 標(biāo)準(zhǔn)差S、變異系數(shù)CV的計(jì)算公式如下：

式中Xi 為第i 份樣品中綠豆數(shù)量與樣品重量的比值。 M 為綠豆數(shù)量與飼料重量的標(biāo)準(zhǔn)理論比值。

1.4.2 顆粒飼料成型率及硬度的測(cè)定

成型率為單位時(shí)間內(nèi)或單位質(zhì)量的某樣品經(jīng)過(guò)一次成型分級(jí)，其篩上物與樣品總重量之比，計(jì)算公式如下：

X=m/M×100%；

式中X 為成型率，m 為篩上物質(zhì)量，M 為樣品總質(zhì)量。

硬度采用KQ-3 型自動(dòng)顆粒硬度測(cè)定儀測(cè)定顆粒飼料硬度。 選取每批顆粒飼料中大小和長(zhǎng)度基本一致的樣品20 粒，分別依次放置于樣品盤中心位置，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手柄，顆粒破碎時(shí)讀取數(shù)值。計(jì)算公式如下：

式中Z 為硬度，Zi 為第i 次讀取的硬度數(shù)值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS Statistics 24 軟件對(duì)飼料混合變異系數(shù)（CV）以及顆粒料的成型率和硬度進(jìn)行單因素方差分析，LSD 模型進(jìn)行多重比較分析，P＜0.05表示差異顯著；?？字睆?、玉米粉碎粒度、水分含量對(duì)顆粒料成型率和硬度的影響采用綜合加權(quán)評(píng)分法和極差法分析正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

與其它化學(xué)消毒劑相比，SAEW殺菌后可完全還原成無(wú)毒、無(wú)殘留的普通水，排放后對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境不會(huì)造成危害，而且制作成本低廉，使用簡(jiǎn)單方便[13]。但單獨(dú)使用SAEW，藥浴后蒸發(fā)較快，尤其是冬天可能引起奶牛的干裂和凍裂等缺點(diǎn)。本研究旨在SAEW內(nèi)加入甘油而研制一種安全、對(duì)環(huán)境友好、無(wú)殘留、成本低廉并且能夠保護(hù)皮膚的新型藥浴劑。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同攪拌時(shí)間對(duì)混合均勻度的影響

由表3 可以看出， 不同攪拌時(shí)間對(duì)混合均勻度有顯著影響。 攪拌10 min 與20 min 相比，變異系數(shù)差異不顯著 （P＞0.05），CV 值分別為0.08 和0.06，均顯著（P＜0.05）低于5 min 和15 min。 綜合分析，攪拌時(shí)間為10 min 時(shí)混合效果較好。

表3 不同攪拌時(shí)間對(duì)混合均勻度的影響 單位：min

2.2 不同裝載系數(shù)對(duì)混合均勻度的影響

由表4 可以看出， 裝載系數(shù)對(duì)混合均勻度有顯著影響。 當(dāng)裝載系數(shù)為80%時(shí)， 變異系數(shù)顯著（P＜0.05）低于裝載系數(shù)為70%和60%。 裝載系數(shù)70%和60%相比，變異系數(shù)差異不顯著（P＞0.05）。 由此可見(jiàn)，裝載系數(shù)為80%時(shí)混合效果最佳。

表4 不同裝載系數(shù)對(duì)混合均勻度的影響 單位：%

2.3 不同玉米粉碎粒度對(duì)顆粒飼料成型率的影響

由表5 可以得出，玉米粉碎粒度對(duì)顆粒料成型率有顯著影響。 當(dāng)玉米粉碎粒度為2 mm 和4 mm時(shí)，成型率顯著（P＜0.05）高于玉米粉碎粒度為6 mm 和8 mm。 當(dāng)玉米粉碎粒度為6 mm 時(shí)，成型率顯著（P＜0.05）高于玉米粉碎粒度為8 mm。 玉米粉碎粒度2 mm 和4 mm 相比，成型率差異不顯著（P＞0.05）。

表5 不同玉米粉碎粒度對(duì)顆粒飼料成型率的影響

2.4 不同水分含量對(duì)顆粒飼料成型率的影響

由表6 可以得出， 不同水分含量對(duì)顆粒料成型率有顯著影響。當(dāng)水分含量為10%和13%時(shí)，成型率顯著（P＜0.05）高于水分含量為16%和19%。當(dāng)水分含量為16%時(shí)，成型率顯著（P＜0.05）高于水分含量為19%。 水分含量10%和13%相比，成型率差異不顯著（P＞0.05）。

表6 不同水分含量對(duì)顆粒飼料成型率的影響 單位：%

2.5 水分添加量、玉米粉碎粒度及?？字睆綄?duì)顆粒飼料加工參數(shù)的影響

由表7 可知， 影響正交試驗(yàn)綜合加權(quán)平均分值的?？字睆?、玉米粉碎粒度、水分含量的極差分別為18.76、1.64 和3.47，因此，影響正交試驗(yàn)綜合加權(quán)平均分值的主次因素順序?yàn)槟？字睆剑舅趾浚居衩追鬯榱６?，最?yōu)組合為A1B2C2，即顆粒飼料生產(chǎn)工藝最優(yōu)參數(shù)為?？字睆? mm（壓縮比為6）、玉米粉碎粒度為4 mm、水分含量為13%。

表7 正交試驗(yàn)綜合加權(quán)平均分值的極差分析

3 討論

3.1 不同攪拌時(shí)間對(duì)混合均勻度的影響

3.2 不同裝載系數(shù)對(duì)混合均勻度的影響

大多數(shù)飼料攪拌機(jī)的裝載率為70%～85%。 有研究表明， 臥式螺帶式混合機(jī)的裝載率為60%～85%，立式混合機(jī)的裝載率為80%～85%，雙軸槳葉式混合機(jī)裝載率為80%～90%，飼料原料的混合均勻度最佳［13］。在該試驗(yàn)中，不同裝載系數(shù)對(duì)混合均勻度有顯著影響， 當(dāng)裝載系數(shù)為80%時(shí)變異系數(shù)最小，可能是因?yàn)闇y(cè)定的小型飼料攪拌機(jī)（JB-300）的最大裝載量為300 kg，當(dāng)裝料量過(guò)少時(shí)影響攪拌機(jī)工作效率，不利于物料在機(jī)箱流動(dòng)，導(dǎo)致攪拌不均勻。

3.3 水分含量對(duì)顆粒飼料成型率的影響

水分含量在顆粒料的加工中起著至關(guān)重要的作用， 水分含量過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)降低顆粒飼料的加工質(zhì)量。水分含量過(guò)低，會(huì)增加制備顆粒機(jī)的能耗，縮短制粒機(jī)的使用壽命，增加顆粒料的生產(chǎn)成本，同時(shí)也會(huì)增加顆粒料的硬度，使動(dòng)物消化吸收顆粒料的能力下降，降低采食量和消化率［12］；水分含量過(guò)高， 會(huì)導(dǎo)致顆粒料加工過(guò)程中出現(xiàn)堵塞篩孔的現(xiàn)象，降低顆粒料的成型率，在運(yùn)輸過(guò)程當(dāng)中容易損壞并且極易霉變， 影響顆粒料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，不利于保存，因此，如何選擇最佳的制備顆粒料的水分含量是高品質(zhì)顆粒料生產(chǎn)的關(guān)鍵。 該試驗(yàn)結(jié)果表明， 水分含量為10%和13%時(shí)的成型率顯著高于水分含量為16%和19%。有研究表明，飼料原料含水量低于14%時(shí)，顆粒料質(zhì)量較好［13］，這與該試驗(yàn)結(jié)果一致，因此，在使用小型平模顆粒機(jī)生產(chǎn)精補(bǔ)料顆粒飼料的過(guò)程中， 建議混合后的飼料原料含水量為10%～13%。

3.4 玉米粉碎粒度對(duì)顆粒飼料成型率的影響

粉碎粒度是加工顆粒料的關(guān)鍵工序之一，粉碎粒度在顆粒料加工質(zhì)量中的影響權(quán)重占到15%～20%［14-15］。適宜的粉碎粒度可以減少制粒過(guò)程中對(duì)?？椎膿p耗， 使飼料原料充分混合均勻， 粒度越細(xì)、黏結(jié)力越大，顆粒料的制粒效果越好，成型率越高，產(chǎn)量也越高。 李樹勝等［16］研究表明，當(dāng)玉米粉碎粒度為2 mm 時(shí)，更有利于提高顆粒料的成型率， 這與本試驗(yàn)結(jié)果中玉米粉碎粒度為2 mm 時(shí)，顆粒料成型率最高吻合； 但粒度過(guò)細(xì)也會(huì)導(dǎo)致顆粒料易碎，進(jìn)而影響顆粒料產(chǎn)量［17］。該試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著玉米粉碎粒度的增大，顆粒料成型率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)， 這可能是因?yàn)橛衩追鬯榱６鹊脑龃髮?dǎo)致了玉米的表面積減少， 不利于制粒過(guò)程當(dāng)中水分調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮。

3.5 ?？字睆?、玉米粉碎粒度、水分含量的交互作用對(duì)顆粒飼料成型率和硬度的影響

顆粒飼料生產(chǎn)是多因素相互作用的過(guò)程，粉碎粒度、 水分含量和?？字睆绞怯绊戭w粒飼料質(zhì)量的重要因素。張杰等［18］研究報(bào)道，影響顆粒料加工質(zhì)量的主次因素為原料水分含量＞精粗料配比＞喂料速度。 張海龍等［3］研究環(huán)模顆粒機(jī)制作復(fù)合秸稈顆粒飼料（玉米秸稈和苜蓿干草）的生產(chǎn)工藝并進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，影響復(fù)合秸稈顆粒飼料質(zhì)量的主次因素為?？字睆剑驹戏鬯榱６龋舅趾?。在該試驗(yàn)中，分別以成型率和硬度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析不同因素組合的影響，綜合加權(quán)評(píng)分值按照成型率70%，硬度30%的比例設(shè)定，原因是該試驗(yàn)測(cè)定的顆粒飼料硬度較低， 不存在硬度過(guò)高而影響適口性的問(wèn)題。 通過(guò)極差分析得出影響300 型平模顆粒機(jī)制粒質(zhì)量因素的主次順序?yàn)槟？字睆剑舅趾浚居衩追鬯榱６龋?生產(chǎn)工藝最佳參數(shù)為?？字睆? mm（壓縮比為6）、玉米粉碎粒度為4 mm、水分含量為13%。

4 結(jié)論

利用JB-300 型精飼料攪拌機(jī)和300 型平模顆粒機(jī)組合制備顆粒飼料效果較好， 影響顆粒飼料質(zhì)量的主次因素為模孔直徑＞水分含量＞玉米粉碎粒度。 JB-300 型精飼料攪拌機(jī)混合飼料最佳參數(shù)：裝載系數(shù)為80%、攪拌時(shí)間為10 min；300 型平模顆粒機(jī)制作精補(bǔ)料顆粒飼料最佳參數(shù)： ?？字睆綖? mm（壓縮比為6）、玉米粉碎粒度為4 mm、水分含量為13%。