摘要采用雙螺桿膨化機干法工藝對寵物全價粉狀飼料進行膨化并制粒，研究所得產品的容重與淀粉糊化度、硬度指標之間的關系，以及設備參數和配方特性對顆粒飼料容重的影響。結果表明：容重與淀粉糊化度、硬度密切相關；設備參數與配方特性均對產品容重有極顯著影響；通過容重的測定估測其熟度和硬度具有可行性；可以通過調節喂料速度和膨化玉米比例控制產品容重。
關鍵詞參數關系；干法膨化；設備參數；配方特性；容重
中圖分類號 S816.34
Study on the technology parameter relationship for
the pet feed in dry-way extrusion
Shan Dacong, Ji Haifeng, Wang Yamin
Abstract The complete and mealy feed of the pet was extruded and pelletized by the dry-way extrusion with double-screw extruder, to research into the relationship between the bulk weight and the gelatinization of starch, the bulk weight and the hardness of the pelleted feed, and the same time to study the effects of the equipment parameter and the formula feature for the bulk weight of the pelleted feed. The result showed that there were high correlation among the bulk weight, the gelatinization of starch and the hardness.The effects of the equipment parameter and the formula feature is highly significant for the bulk weight.It was permitted to estimat the gelatinization and the hardness by the bulk weight, and to control the products bulk weight by adjusting the feeding rate and the proportion of extruded maize.
Key words parameter relationship；dry-way extrusion；equipment parameter；formula feature；bulk weight
雙螺桿膨化機干法膨化工藝相對濕法而言省卻了飼料調質器及其附屬蒸汽鍋爐和管道，設備安全、簡單、投資少，適用范圍廣。該工藝使飼料受熱時間短而對熱敏營養成分破壞少，是一種極具發展前景的全價飼料膨化制粒生產工藝。對全價寵物飼料膨化制�？墒沟矸酆�、蛋白質變性，消除和鈍化抗營養因子、滅活有害微生物，從而提高消化率、改善飼料衛生狀況、延長保質期。檢驗全價顆粒型寵物飼料膨化加工程度和效果的工藝指標有產品的熟度（以淀粉糊化度表示）、容重和硬度，測定熟度和硬度繁瑣耗時，而測定容重則簡單易行。使用該工藝加工產品時，通過容重估測其熟度和硬度，通過調整設備技術參數和配方定量調控容重，可為產品質量檢驗和控制提供極大便利。本研究目的是在雙螺桿干法膨化工藝條件下驗證通過顆粒容重定量估測熟度、硬度指標的可行性；以及明確設備參數和配方中各因素對容重影響的規律。
1 材料和方法
1.1 飼料配方與膨化設備
表1 飼料配方及營養水平（％）
|
項目
|
一
|
二
|
三
|
四
|
五
|
六
|
七
|
|
配方組成
玉米
|
54.7
|
49.5
|
42.0
|
35.7
|
52.7
|
50.3
|
49.9
|
|
大米
|
－
|
5.2
|
7.4
|
18.9
|
5.3
|
5.2
|
5.2
|
|
面粉
|
－
|
3.1
|
3.2
|
6.3
|
4.2
|
3.1
|
3.1
|
|
花生仁粕
|
－
|
－
|
－
|
9.4
|
5.8
|
5.2
|
5.2
|
|
大豆粕
|
23.0
|
6.3
|
5.3
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
小麥麩
|
3.0
|
2.4
|
2.4
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
膨化大豆
|
5.4
|
5.2
|
5.3
|
3.1
|
5.3
|
9.4
|
9.3
|
|
魚粉
|
5.0
|
7.8
|
11.1
|
10.5
|
8.4
|
6.3
|
6.2
|
|
豬肉粉
|
2.5
|
5.2
|
5.3
|
5.2
|
5.3
|
5.2
|
5.2
|
|
雞肉粉
|
1.0
|
8.4
|
8.4
|
5.2
|
10.5
|
10.5
|
10.4
|
|
牛肉骨粉
|
－
|
2.6
|
2.6
|
2.6
|
－
|
2.1
|
2.1
|
|
全蛋粉
|
－
|
－
|
3.2
|
－
|
－
|
－
|
－
|
|
油脂
|
2.0
|
0.8
|
－
|
－
|
－
|
－
|
0.8
|
|
預混料
|
3.4
|
3.5
|
3.8
|
2.9
|
2.5
|
2.6
|
2.6
|
|
合計
|
100
|
100
|
100
|
100
|
100
|
100
|
100
|
|
營養水平
蛋白質含量
|
22.9
|
25.2
|
28.0
|
25.3
|
25.4
|
25.7
|
25.5
|
|
無氮浸出物
|
49.5
|
47.7
|
44.3
|
49.4
|
48.2
|
48.5
|
46.1
|
|
油脂含量
|
6.07
|
6.00
|
6.03
|
4.95
|
5.53
|
6.25
|
6.98
|
TSE65雙螺桿干法膨化機，主螺桿直徑65 mm，生產率150 kg/h；工作時直接將混合好的飼料加入喂料器即可，無蒸汽加溫調質過程；可控參數有主螺桿轉速、喂料速度和機筒溫度，通過設置交流變頻值（Hz）或溫度下限值實現調控。
1.2 膨化試驗設計
1.2.1 基礎參數設置
喂料速度和主螺桿轉速均以交流變頻器設置值（Hz數）為單位表示。以Hz數為x，喂料速度（kg/h）為y的換算關系式為y=12.82x-0.93，以主螺桿轉速（r/min）為y的換算關系式為y=7.58x-5。如無說明則膨化機基礎參數設置為：喂料速度13 Hz；主螺桿轉速45 Hz；機筒溫度，入料段130 ℃、中段160 ℃、出料段180 ℃；模板泄壓孔直徑為5 mm，2孔；風干飼料加水量22％。如將某參數作為處理因子時則按要求設置。
1.2.2 指標測定的方法
淀粉糊化度采用葡萄糖淀粉酶簡化法測定[1]；顆粒容重用2 000 ml量杯和架盤天平測定；顆粒硬度以徑向破碎峰值力表示，使用MG20測力計測定（每樣品35個重復值）。
1.2.3 處理因子、水平及測定指標
試驗均采用雙因素設計。試驗一，以配方一、二、三的蛋白水平和喂料速度為處理因子的3×5試驗設計，測定容重、糊化度和硬度；試驗二，使用配方四，以主螺桿轉速和喂料速度為處理因子的4×3試驗設計，測定容重；試驗三，使用配方五、六、七，以油脂水平和膨化玉米粉比例（代替等量普通玉米粉）為處理因子的3×5試驗設計，測定容重；試驗四，使用配方一，以機筒溫度和喂料速度為處理因子的3×5試驗設計。其中三組機筒加熱溫度（℃）下限值組合為：一組130、160、190 ℃；二組160、180、190 ℃；三組190、190、190 ℃。試驗數據分析使用Microsoft Excel XP的數據分析功能進行。
2 結果與分析
2.1 喂料速度與配方蛋白質含量對工藝指標的影響（見表2）
表2 喂料速度與配方蛋白質含量對工藝指標的影響
|
項目
|
配方一
|
配方二
|
配方三
|
|
|
容重
|
硬度
|
糊化度
|
容重
|
硬度
|
糊化度
|
容重
|
硬度
|
糊化度
|
|
|
（g/l）
|
（kg）
|
（％）
|
（g/l）
|
（kg）
|
（％）
|
（g/l）
|
（kg）
|
（％）
|
|
8 HZ
|
320.2
|
4.68
|
81.8
|
344.6
|
4.35
|
84.0
|
446.0
|
5.76
|
73.2
|
|
10 HZ
|
330.8
|
3.97
|
74.9
|
395.2
|
4.32
|
82.8
|
463.8
|
5.94
|
70.8
|
|
12 HZ
|
346.4
|
3.78
|
81.5
|
454.9
|
6.01
|
80.5
|
490.6
|
6.14
|
67.1
|
|
14 HZ
|
365.6
|
3.73
|
56.3
|
461.6
|
6.10
|
76.4
|
501.8
|
6.16
|
57.9
|
|
16 HZ
|
388.2
|
2.69
|
53.8
|
481.7
|
7.54
|
77.4
|
521.9
|
6.29
|
52.0
|
|
均值
|
350.2
|
3.77
|
69.7
|
427.6
|
5.66
|
80.8
|
484.8
|
5.86
|
62.8
|
以配方為單元縱向分析表2中的三個指標之間關系得知，不同配方處理中，容重與淀粉糊化度均呈高度負相關（r1=-0.886 6，r2=-0.901 2，r3=-0.952 1；P<0.05），以容重估測糊化度的線性回歸斜率（B）和截距(A)分別為-0.443 9、-0.052 6、-0.282 7（均為P<0.05）和225.13、102.73、201.27；三種配方處理中容重與硬度均有高度相關（r1=-0.936 8，P<0.05；r2= 0.908 0，P<0.05；r3=0.987 8，P<0.01）,但方向不同，容重與硬度的線性回歸斜率(B)和截距（A）分別為：-0.024 5（P<0.01）、0.021 8（P<0.05）、0.006 8（P<0.01）和12.36、-3.66、2.75。不同配方處理中的相關方向出現不同，回歸斜率出現不同方向和較大的差值，說明配方因素(蛋白含量及其來源)對三個指標之間關系的顯著作用。
喂料速度對容重有極顯著影響(P<0.01)，二者高度正相關（r1=0.990 8，P<0.01；r2=0.953 2，P<0.05；r3=0.994 1， P<0.01），以喂料速度估測容重的線性方程式分別為：①y=8.54x+247.76（R2=0.981 6）、②y=17.03x+223.24（R2=0.908 7）、③y=9.49x+370.94（R2=0.988 2）；喂料速度對糊化度有顯著影響（P<0.05），呈較高負相關（r1= -0.864 8，P>0.05；r2=-0.878 1，P<0.05；r3=-0.975 3，P<0.01）；喂料速度在三個配方中對顆粒硬度的影響沒有表現出一致性，差異不顯著（P>0.05），但在同一配方中卻存在密切的相關(r1=-0.935 2，P<0.05；r2=0.951 0，P<0.05；r3=0.971 3，P<0.01），說明喂料速度對硬度的影響受到配方因素的強烈互作。
以喂料速度水平為單元橫向分析表2，配方蛋白質含量對容重有極顯著影響（P<0.01），為正相關，五個喂料速度水平中的相關系數（r）分別為0.960 7、0.999 2、0.942 1、0.958 1、0.959 8；配方蛋白質含量對淀粉糊化度存在極顯著影響（P<0.01），但表現為非線性相關；蛋白質含量對硬度有顯著影響（P<0.05），也表現為非線性相關。
2.2 主螺桿轉速和喂料速度對容重的影響（見表3）
表3主螺桿轉速和喂料速度對容重的影響（g/l）
|
項目
|
主螺桿轉速
|
|
30 HZ
|
35 HZ
|
40 HZ
|
45 HZ
|
平均
|
|
10 HZ
|
345.8
|
329.3
|
296.0
|
266.0
|
309.3
|
|
13 HZ
|
609.5
|
554.5
|
400.5
|
276.0
|
460.1
|
|
16 HZ
|
634.5
|
634.5
|
614.5
|
383.0
|
566.6
|
|
平均值
|
529.9
|
506.1
|
437.0
|
308.3
|
445.3
|
由表3可知，主螺桿轉速對顆粒容重有顯著影響（P<0.05），三個不同喂料速度時，二者均呈較高負相關(r1=-0.991 2，P<0.01；r2=-0.985 1，P>0.05；r3=-0.814 4，P>0.05)；喂料速度對容重具有極顯著影響（P<0.01）。四個主螺桿轉速時，二者均呈較高正相關(r1=0.902 5，r2=0.964 3，r3= 0.980 9，r4=0.902 0)。
2.3 油脂含量和膨化玉米比例對容重的影響（見表4）
表4 油脂含量和膨化玉米比例對容重的影響（g/l）
|
項目
|
配方膨化玉米替代比例
|
|
25（％）
|
30（％）
|
35（％）
|
40（％）
|
45（％）
|
|
5.5％
|
489.8
|
450.6
|
411.6
|
321.8
|
321.5
|
|
6.3％
|
544.5
|
506.2
|
417.5
|
379.9
|
338.3
|
|
7.0％
|
552.8
|
559.5
|
509.5
|
456.5
|
428.6
|
由表4可知，油脂含量和膨化玉米比例對顆粒容重具有極顯著影（P<0.01）。在5個膨化玉米比例中油脂含量與容重的相關系數分別為r1=0.934 6、r2=0.999 7、r3=0.873 6、r4=0.993 1、r5=0.914 8；在3個不同的油脂含量水平上，容重與膨化玉米比例之間的相關系數分別為r1=-0.969 7、r2=-0.988 0、r3=-0.960 0，均為極顯著相關(P>0.01)。在3個油脂水平中以膨化玉米比例估測容重的線性方程式分別為：①y=-930.8x+24.84，R2=0.940 4；②y=-1 077.4x+814.37，R2=0.976 2；③y=-702.8x+747.36，R2= 0.921 6�？梢�，通過改變膨化玉米在配方中的比例控制容重是準確有效的方法。
2.4 加熱溫度下限設置值組合和喂料速度對容重的影響（見表5）
|
項目
|
機筒加熱溫度
|
均值
|
|
一組
|
二組
|
三組
|
|
8 HZ
|
349.3
|
314.8
|
316.7
|
326.9
|
|
10 HZ
|
357.4
|
327.5
|
323.9
|
336.2
|
|
12 HZ
|
374.0
|
338.6
|
350.1
|
354.2
|
|
14 HZ
|
407.8
|
371.2
|
367.9
|
382.3
|
|
16 HZ
|
448.0
|
454.7
|
388.1
|
430.2
|
|
均值
|
387.3
|
361.3
|
349.3
|
366.0
|
由表5可見，隨溫度設置值的提高顆粒容重降低，前兩組之間差異顯著(P<0.05)，但從二組到三組差異不顯著(P>0.05)，原因是第三組超出了設備加熱能力，實際顯示的出料口溫度并沒有達到設置值(隨喂料速度改變的波動范圍在150～170 ℃)。隨喂料速度的提高容重明顯提高，不同喂料速度之間的容重差異極顯著(P<0.01)，喂料速度可以明顯影響膨化飼料的容重或熟度。
3 討論
3.1 容重與熟度、硬度指標的關系
顆粒型寵物全價飼料的容重與其熟度（淀粉糊化度）之間存在高度負相關，可以使用容重定量估測產品的熟度；容重與硬度之間的相關性較前者稍低，并且在不同的配方中表現不同，使用容重估計硬度應在同一配方內進行。應指出的是，配方特性對三者之間的關系具有顯著影響，并與設備參數存在互作，所以具體準確的估測應建立在確定的設備參數和配方特性前提下測定的回歸方程式。以試驗一中配方二為例，通過容重估測熟度和硬度的線性方程分別為y=102.73-0.052 6x和y=-3.66+0.021 8x，其中344.7≤x≤481.7。
3.2 設備可控參數對膨化顆粒容重的影響
喂料速度對容重均存在極顯著影響（P<0.01），為正相關，以試驗一中配方二為例，通過喂料速度調整容重的線性方程式為y=223.24+17.03x；主螺桿轉速對容重有顯著影響（P<0.05），為負相關；加熱溫度設置下限值組合對容重存在顯著影響（P<0.05），與容重負相關。盡管主螺桿轉速和溫度設置對產品容重也有顯著影響，但喂料速度是設備參數中控制產品容重最有效和最方便的方法。
3.3 配方特性對膨化顆粒容重有極顯著影響
配方蛋白質、油脂、膨化玉米含量或比例均對產品容重存在極顯著影響（P<0.01）。蛋白質和油脂含量與容重正相關，膨化玉米比例（代替等量普通玉米）與容重負相關。以試驗三中配方六的中等油脂含量為例，通過改變膨化玉米比例調整產品容重的線性方程式為y=-1 077.4x+814.37。配方特性中的三個參數以膨化玉米比例為控制產品容重最方便和有效的手段，可一定程度彌補干法膨化工藝中熱能供給量偏低的缺陷，而獲得適合的產品容重和熟度。
應指出的是，本文是在特定設備和配方條件下進行的，研究結果中容重、糊化度和硬度之間的相關關系、設備參數和配方特性對產品容重的影響應有普遍意義，但具體的定量關系則存在局限性。使用不同的設備進行特定配方的膨化寵物顆粒飼料加工時，應具體測定其定量關系式。
