全混合日糧制備機混合均勻度測定方法對比試驗

喬建偉

（山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心，山西 太原 030002）

0 引言

全混合日糧（TMR）制備機，是一種將粗料（包含青貯飼料和干草料）、精料、礦物質(zhì)、維生素和其他添加劑充分混合，能夠提供足夠的營養(yǎng)以滿足奶牛需要的飼養(yǎng)機械。全混合日糧飼養(yǎng)技術(shù)在配套技術(shù)措施和性能優(yōu)良的全混合日糧制備機械的基礎(chǔ)上能夠保證反芻動物每次采食口糧都是精粗比例穩(wěn)定、營養(yǎng)濃度一致的全價日糧，可提高飼料的利用率、強化動物的營養(yǎng)及防疫要求[1-2]。

目前，國內(nèi)大、中型反芻動物養(yǎng)殖廠均配備多臺全混合日糧制備機或由TMR 制備機為核心建立的養(yǎng)殖場中央餐廚，完成不同階段動物飼料的精確營養(yǎng)配比，提高飼料利用率及飼料制備速度，降低人員投入和勞動強度，深受養(yǎng)殖場（戶）的歡迎。自2018 年以來，全國全混合日糧制備機產(chǎn)銷量呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，2021 年產(chǎn)銷量1 萬臺以上，中小型養(yǎng)殖戶已成購機主力軍，中小型制備機市場占比不斷提高。但是該產(chǎn)品良莠不齊，高端機型較低端機型成本差2～3 倍，且存在售價成本不對等、產(chǎn)品質(zhì)量差異明顯、作業(yè)效果懸殊等問題，因此在全混合日糧制備機關(guān)鍵作業(yè)指標(biāo)飼料混合均勻度方面很好地區(qū)分不同產(chǎn)品顯得非常關(guān)鍵和必要[2-4]。本文分析現(xiàn)有全混合日糧制備機混合均勻度測試方法優(yōu)缺點，創(chuàng)新提出采用TMR 飼料分級篩測試混合均勻度衡量機具作業(yè)質(zhì)量的方法，并進行了對比試驗。

1 混合均勻度測試方法

全混合日糧制備機的主要物料一般為青（黃）貯玉米、干草、精料粉（配方飼料），作業(yè)時按照飼養(yǎng)要求配比依次添加相關(guān)物料到制備機內(nèi)，機具通過切割、揉搓、攪拌等方式將青黃貯、草料切割揉搓至合理尺寸，并同其他物料混合均勻后排出完成飼料的制備[5-6]。通?；旌暇鶆蚨鹊母叩涂梢詮囊粋€側(cè)面反映該機具作業(yè)質(zhì)量的優(yōu)劣。

1.1 傳統(tǒng)測定方法

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范文件中采用標(biāo)示物篩分法，在完成制備作業(yè)后取樣，使用2.0 mm 或710 μm 的單層篩子進行篩分，通過篩分取樣分析篩下標(biāo)示物質(zhì)量，求得標(biāo)示物的變異系數(shù)得出物料的混合均勻度。該方法在實際使用過程中較為簡便，能很好地通過小顆粒標(biāo)示物反映出物料的混合情況。標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范文件使用該種方法給出的產(chǎn)品混合均勻度合格指標(biāo)推薦值≥85%[5-6]。

測定時，試驗物料混合后，從出料口等間隔時間獲取10 個樣本，每個樣本的質(zhì)量不少于300 g，稱取樣本質(zhì)量后，用CQ10 號（篩孔710 μm）或2.0 mm 的分樣篩保持相同狀態(tài)均勻搖擺往復(fù)100 次，分揀出包含標(biāo)示物的分揀物，稱取分揀物質(zhì)量，按比例折算成300 g 樣本的分揀物質(zhì)量，按式（1）～式（4）計算折算后分析樣本中分揀物質(zhì)量、樣本標(biāo)準(zhǔn)差、樣本變異系數(shù)和混合均勻度。

傳統(tǒng)測定方法存在兩方面的缺點。一是全混合日糧飼料中粉料標(biāo)示物配比較少，一般為3%～5%，僅能體現(xiàn)流動性較好的粉料的混合情況，而占比大的青黃貯、干草的鍘切、揉搓后尺寸能否達標(biāo)情況未考慮，混合后成品飼料的秸稈分布均勻性未考慮，而這兩項指標(biāo)關(guān)系到飼料適口性、消化率等指標(biāo)，在實際生產(chǎn)過程中常常出現(xiàn)塊狀青黃貯和未切到標(biāo)準(zhǔn)尺寸范圍內(nèi)的干草及草團[7-8]。二是混合均勻度指標(biāo)得出的合理性有待探討，傳統(tǒng)測定方法是基于標(biāo)示物混合后，通過篩分標(biāo)示物分析篩下標(biāo)示物質(zhì)量的變異系數(shù)得出混合均勻度，但是配方飼料添加物較復(fù)雜，能通過篩孔的物質(zhì)較多，按照上述方法篩分出來的篩下物比例常常大于標(biāo)示物添加比例的1.5 倍以上，而且具體操作時還存在只要一直篩一直有物料能篩分出來的情況，影響數(shù)據(jù)得出的合理性。

1.2 分級篩測定方法

從反芻動物學(xué)角度出發(fā)，綜合考慮反芻動物飼養(yǎng)較為敏感的飼料適口性、采食率、消化率的影響因素，采用TMR 飼料分級篩將成品飼料取樣篩選分層后，以各層物料占比的變異系數(shù)得出混合均勻度，以此來評價全混合日糧制備機的關(guān)鍵作業(yè)質(zhì)量[9-11]。

TMR 飼料分級篩又稱草料分析篩、3 層飼料分析篩和濱州顆粒分離篩，主要用于養(yǎng)殖場飼草料的檢測，分析動物飼料組成及加工，是美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究者發(fā)明的一種用來估計日糧組分粒度大小的專用篩[11]。目前我國使用最多的篩體為上篩孔徑19 mm、中篩孔徑8 mm、下篩孔徑2 mm，底部配置底盤。結(jié)合全混合日糧制備機實際作業(yè)情況，使用該方法時可根據(jù)各制備機推薦最小作業(yè)時間，在制備完飼料后等間隔采樣，并放于上篩水平搖動一定頻次，對各層剩余物料分別稱重，并計算出對應(yīng)的占比，多點采樣后求得各層物料的變異系數(shù)，得出制備機的混合均勻度。

測定時，試驗物料混合后，從出料口等間隔時間獲取10 個樣本，每個樣本的質(zhì)量不少于500 g，稱取樣本質(zhì)量后，用TMR 飼料分級篩保持相同狀態(tài)均勻搖擺往復(fù)100 次，稱取各層篩上物質(zhì)量，并除以樣本質(zhì)量，按式（5）～式（8）計算各層篩上物質(zhì)量占樣本質(zhì)量比、各層篩上物占比標(biāo)準(zhǔn)差、各層篩上物占比變異系數(shù)和各層混合均勻度。

2 兩種測定方法對比試驗

兩種全混合日糧制備機混合均勻度測定方法在測試時計算公式原理基本相同，但是原始數(shù)據(jù)的得出方法、分析條件不同，對變異系數(shù)的得出有根本區(qū)別。傳統(tǒng)方法采用CQ10 號（篩孔710 μm）或2.0 mm 篩下物質(zhì)量的變異系數(shù)作為混合均勻度的導(dǎo)出值，而TMR 分級篩測試方法采用各層物料占比的變異系數(shù)作為混合均勻度的導(dǎo)出值，較傳統(tǒng)方法避免了在不同飼料配比、不同測試物料時，結(jié)果數(shù)據(jù)的劇烈變化。采用TMR 篩分法也較為符合飼料學(xué)對飼料產(chǎn)品的分析手段，對生產(chǎn)企業(yè)、科研院所、用戶較為容易接受使用，能很好地保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，進而消除多次試驗后結(jié)果的差異。

常見的TMR 制備機按照結(jié)構(gòu)型式可分為臥式、立式，按主絞龍數(shù)量可分為單絞龍、雙絞龍，從攪拌倉容積來看通常以7～9 m3在作業(yè)效果、產(chǎn)品質(zhì)量方面能很好地代表中小容積制備機，而11～13 m3能較好地代表大中型制備機。匯總2018-2021 年農(nóng)機購置補貼公示數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，目前市場保有量、產(chǎn)銷量占比最大的3 種機型分別為臥式7 m3單絞龍、臥式12 m3雙絞龍、立式12 m3單絞龍。以上3 種機型因其結(jié)構(gòu)型式、攪拌倉容積、物料攪拌流向及作業(yè)方式有明顯區(qū)別，有很好的產(chǎn)品代表性，因此選擇以上3 種機型作為混合均勻度的試驗機型。

動物飼養(yǎng)學(xué)專家對不同廠家生產(chǎn)的3 種機型制備的成品飼料進行質(zhì)量分析，從飼料草的鍘切均勻性、混合后的均布情況、混合作業(yè)效果及成品飼料的混合情況等方面評價，選出3 種機型混合均勻度作業(yè)質(zhì)量有明顯差異的好、中、差各3 款機型，并結(jié)合用戶的使用情況，認為這9 款機型具有很好的代表作用。使用TMR篩分法與傳統(tǒng)測定方法針對作業(yè)質(zhì)量好、中、差機型進行混合均勻度數(shù)據(jù)對比試驗。具體機型及飼料配比信息如表1 所示。

表1 測試機型及測試條件Tab. 1 Test model and test conditions

為保證測試數(shù)據(jù)的客觀性，而且與傳統(tǒng)方法形成直接對比，兩種方法試驗中均采用在添加完全部物料并到達企業(yè)推薦最小作業(yè)時間后開始排料，從排料口等時間接取10 個樣品，每次取樣質(zhì)量不小于2 kg，各次取樣樣品用兩種篩體分別放置相同質(zhì)量的物料（兩種篩子各篩均采用相同的篩體高度、篩面面積），均勻搖擺100 次，計算出兩種方法的混合均勻度，進行3 次測試取平均值，結(jié)果如表2 所示。

表2 混合均勻度結(jié)果數(shù)據(jù)Tab. 2 Result data of mixing uniformity單位：%

考慮到幾次測試物料配比差異性不大，分析TMR飼料分級篩各層篩結(jié)果數(shù)據(jù)可以明顯看出，第1、4 層針對不同檔次機型的結(jié)果數(shù)據(jù)線性關(guān)聯(lián)度不高，而且相同條件下數(shù)據(jù)離散度較大，而第2、3 層數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較好，對不同檔次的產(chǎn)品有較為明顯的分級，因此舍去第1、4 層篩分后混合均勻度數(shù)據(jù)，對第2、3 層數(shù)據(jù)進一步分析。將產(chǎn)品作業(yè)質(zhì)量好的第2、3 層各取樣點測得篩上物占比結(jié)果同傳統(tǒng)方法篩下物質(zhì)量折算300 g后數(shù)據(jù)進行分析，具體數(shù)據(jù)如表3 所示。

分析表3 數(shù)據(jù)可以看出，使用傳統(tǒng)測試方法在同一測試條件下，篩下物折算后的質(zhì)量3 次測試數(shù)據(jù)差距較大，以“1+好”為例，3 次測試篩下物的平均質(zhì)量分別為 26.778、29.509、30.131 g，平 均 值 的 最 大 差 值 是3.353 g，基本上超過了大部分數(shù)據(jù)的10%。具體到各次試驗數(shù)據(jù)，在飼料攪拌混合非常均勻的情況下仍然出現(xiàn)了較多數(shù)據(jù)歧點，進而影響混合均勻度的結(jié)果。TMR 篩分法數(shù)據(jù)則較為穩(wěn)定。

表3 TMR 篩分法篩上物占比結(jié)果與傳統(tǒng)方法篩下物折算后質(zhì)量Tab. 3 Ratio of upper sieve of TMR screening method and mass of lower sieve of traditional method after conversion

傳統(tǒng)測試方法由于篩孔較小，大于孔徑尺寸的物料占比較多，水平移動篩分物料時物料容易在篩面形成平整的光滑面，不利于標(biāo)示物篩落，對出現(xiàn)數(shù)據(jù)歧點的樣品，試驗人員在翻攪物料后會有短暫的明顯改善，但是受人為因素影響較大，并不利于對篩下物的比較分析。因作業(yè)時間會在一定程度上影響混合均勻度數(shù)據(jù)，為綜合考量兩種試驗方法的效率及準(zhǔn)確性，更好地貼近實際作業(yè)中遇到的情況，將混合時間延長為推薦最小作業(yè)時間的1 倍，得出數(shù)據(jù)如表4 所示[11]。

分析表4 數(shù)據(jù)可以看出，在延長作業(yè)時間后TMR篩分法各類機型混合均勻度均有所提高，其中第1、4層提高較為明顯，而第2、3 層數(shù)據(jù)雖然有所提高，但是較其他兩層變化并不大，而且仍然對不同檔次的產(chǎn)品有分級效果。分析對比第2、3 層數(shù)據(jù)，較好機型和較差機型的混合均勻度差距有一定程度的縮小，延長作業(yè)時間后確實能對以上兩種機型的混合均勻度起到提高作用，但是效果有待進一步研究。采用傳統(tǒng)方法測得數(shù)據(jù)均提高明顯，但是不同檔次產(chǎn)品差距仍然不大，差距幅度有收窄趨勢。

表4 時間延長1 倍后混合均勻度結(jié)果數(shù)據(jù)Tab. 4 Result data of mixing uniformity after doubling time單位：%

3 討論

TMR 篩分法第1 層混合均勻度數(shù)據(jù)不穩(wěn)定原因主要集中在草料特性上，飼料配比中秸稈草的占比較大，而草料的不規(guī)則性容易引起結(jié)果數(shù)據(jù)不連貫，因此并不能代表機具性能的優(yōu)劣。第4 層篩孔與傳統(tǒng)方法采用的篩孔相近，但是仍與傳統(tǒng)方法測得數(shù)據(jù)存在較大差異，分析認為傳統(tǒng)測定方法存在物料不好篩分的情況，而TMR 篩分方法第4 層篩下物分離較好，但是對機具的分級評價效果不佳。從動物飼料學(xué)角度出發(fā)，第2、3 層飼料是最有利于動物采食的，消化吸收率也明顯高于其他兩層，占成品飼料比例通常為55%～65%，從此角度來看，分析這兩層的混合均勻度有很好的代表性。

4 結(jié)束語

針對全混合日糧制備機關(guān)鍵性能指標(biāo)混合均勻度提出了篩分測定方法，經(jīng)過試驗對比驗證、分析結(jié)果數(shù)據(jù)，建議在使用TMR 分級篩考察機具混合均勻度性能時，以生產(chǎn)廠家推薦的最小混合時間為節(jié)點，通過多次取樣，分析第2 層、第3 層篩上物的質(zhì)量占比，計算各樣品的質(zhì)量占比變異系數(shù)，求得各層混合均勻度，以此來對全混合日糧制備機進行產(chǎn)品作業(yè)質(zhì)量評價。該種方法較為簡單，一般養(yǎng)殖戶在使用現(xiàn)場通過簡單的電子臺秤就可對其進行混合均勻度考核，能在一定程度上對不同檔次的產(chǎn)品進行分級劃分。

目前標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中采用傳統(tǒng)方法進行混合均勻度指標(biāo)測定，設(shè)定的混合均勻度合格指標(biāo)為85%，市場上現(xiàn)有機型均能符合該項指標(biāo)。而TMR 篩分法對于好、壞機具的結(jié)果數(shù)據(jù)差較為明顯，在采用該方法對全混合日糧制備機進行綜合判定時，從促進行業(yè)發(fā)展、提升產(chǎn)品質(zhì)量的角度來看，建議指標(biāo)值可以調(diào)整為88%，當(dāng)然還需要結(jié)合用戶和飼料學(xué)專家的意見對其合理優(yōu)化。