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发表于 2009-11-4 09:45:08
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挤压膨化工艺中原料的选择与应用
采用挤压膨化技术生产水产动物饲料在我国已有十多年的历史，该技术的发展为水产饲料的生产带来革命性的变革，同时在资源的开发上也越来越显示出重要作用。饲料原料成分的选择对最终产品的结构、质量、挤出难易度、营养价值、经济效益以及需要时适应高水平脂肪能力影响极大。因此，选择原料使配料价在最低位仍能保持高质量标准，并且加工费用最低，这样的能力对每一位技术人员来说是一场挑战。
1. 蛋白质资源
蛋白质成分是水产动物成长和维持生命所必需的一种营养素，也是水产饲料中最重要的成分，通常占配方的25％～50％，甚至更多。蛋白质资源可分为植物性蛋白、动物性蛋白和单细胞蛋白等几大类。植物性蛋白源主要包括某些豆类籽实(大豆、蚕豆等)、油料作物籽实的加工副产品及糟粕类；动物性蛋白源种类甚多，它们是肉类、鱼类和乳品加工厂的副产品或其它动物产品的统称，在我国主要有鱼粉、肉骨粉、血粉、蚕蛹、羽毛粉等；单细胞蛋白源也称为微生物饲料，指有饲用价值的微藻、酵母、细菌等微生物。
植物性蛋白源与动物性蛋白源相比较各自有不同的特性。由于功能特性的影响，在挤压膨化时，它们的表现不一样。对植物性蛋白源而言，膨化过程中的热、湿、压力和各种机械作用，一方面降低饲料原料中的胰蛋白酶抑制剂、血球凝集剂、棉酚、环丙烯脂肪酸、芥子甙等有害物质的活性，杀死大部分乃至全部的有害微生物(如大肠杆菌、沙门氏菌等)；另一方面使蛋白质变性，打破原来的原子结构，氢和二硫化物的键重新排列，形成具有弹性的肉状结构，新生基质含各种可溶物，可与淀粉基质相混，增强饲料稳定性和提高营养成分消化率。经过膨化的蛋白质，其分散性指数(PDI值)会有所下降，但对蛋白质含量无影响。糊化的淀粉与蛋白质进行物理结合，简单的水抽滤法不能将这些蛋白质去除，故较难检出，影响了蛋白质的分散性指数的测定值，但在水产动物的体内，糊化淀粉很容易溶解消化，从而释放出被结合的蛋白质，使之被消化利用。
动物性蛋白挤出膨化时则不象植物性蛋白或淀粉那样同其它成分结合或膨化，它们在结构上没有什么作用，仅在提高增重性能上好于植物性蛋白。另外，在饲料中添加氨基酸效果也不明显，原因之一是由于合成氨基酸吸收与蛋白质氨基酸受到约束，参与反应时，不能同时到达蛋白质合成现场，因此合成氨基酸合成蛋白质不能有效进行。二是因为虾、蟹类水产动物摄食缓慢而饲料中合成氨基酸很快溶解渗出，当虾、蟹类摄食时，其中合成氨基酸已溶解到水中。
所以，在使用蛋白质资源时要合理利用：第一根据水产动物品种、生长发育阶段、生产产品的要求、目的，对饲料动物性蛋白质的要求，并考虑动物性饲料本身所含有的营养物质以及配合饲料的比例来决定其用量；第二动物性蛋白源所含有的营养物质虽能补充植物性饲料缺乏的“动物营养因子”，但价格较贵，不可能大量使用，而植物性蛋白加工时具有吸水性、弹性、凝固性及其它功能特性，因此两者配合使用，可收到良好的效果。在制造工艺日趋完善的情况下，适当增加植物性蛋白源也未偿不可。
2. 淀粉资源
淀粉是水产饲料中发现的主要碳水化合物形式，它在最终产品中起膨化和粘结的双重作用。饲料中的淀粉水平由营养需要及所希望达到颗粒密度来确定。为保证饲料在水中的稳定性，下沉的水产饲料中淀粉含量最低要达到10％，而浮的最少要20％，增加淀粉的含量将提高膨化产品的膨化密度。在膨化工艺下，下沉的水产饲料有希望“膨胀”超过冲模孔10％～15％，浮的饲料将膨胀至少比冲模孔大50％。另外，达到希望的膨化密度的饲料需要淀粉量也受到水溶性和配方中的膨化蛋白质的影响，这些功能性蛋白的存在，会增进膨化和粘结特性并将降低需要淀粉的水平。
从经济实用角度来看，小麦和小麦副产品是水产饲料最普遍的淀粉源，其它淀粉源包括玉米、大米、大麦和淀粉性食粮、豆科植物以及块茎类(如马铃薯、甘薯等)。预熟化淀粉有时被在配方中利用，但低的操纵费用不足以抵消其高价格。根据某些水产动物生理特点，饲料中还不能含有过高的碳水化合物。比如鳗的消化管只为身长的0.52倍～0.82倍，若碳水化合物过量易引起鳗肝脏肿胀，但为了避免鳗料在水中流失，需以α－淀粉作为粘结剂，其使用量需视鱼粉的物理性状而定，一般α－淀粉使用量约为22％。碳水化合物过量还会使鱼虾因无法呼吸而影响其正常代谢，以致活力不佳，易受病菌侵袭。
3. 粗脂肪、粗纤维、粗灰分
在水产饲料中，粗脂肪不仅是重要的成分，而且是优秀的能源。根据其结构不同可分为真脂肪与类脂肪两大类：真脂肪由甘油和各种脂肪酸构成，脂肪酸又分为饱和和不饱和两类；类脂肪包括磷脂、固醇、蜡质、色素等。象不饱和脂肪酸、磷脂、固醇等正是水产动物所必需的，尤其甲壳类动物，其个体生长过程是通过周期性的蜕壳完成的，而体内的蜕壳激素是由胆固醇转化而来的。它们自身对这些物质无法合成或合成能力很差，这需要通过外界添加才能弥补不足。脂肪资源包括各种动物脂肪(牛油、猪油)、禽脂、植物油、海生物油和来自所有资源的各种混合物。
挤出时，脂肪提供光滑性和可塑性，其水平的高低对产品质量影响不同。如果饲料中淀粉含量高而脂肪含量低于12％，那么要得到非膨化、完全煮熟的产品是非常困难的；另外，脂肪来源也对膨化率有影响，作为特殊成分的组分所提高的物料脂肪比添加纯或近乎纯的脂肪对膨胀的影响有减少的趋势。例如15％的脂肪添加，用全油Canda油添加，在终产品相同的脂肪水平下对膨胀的影响要小。膨化后饲料的游离脂肪酸含量有所提高，再加上低密度的膨松结构，使脂肪易氧化，故在饲料或油脂中添加抗氧化剂很有必要。
直到现在，人们仅仅根据水产动物的生理特点和营养需求来确定配合饲料中粗纤维含量，并把它定得很低，多数在5％以下，有的甚至在1％左右。而加工工艺对其的影响还未引起足够的重视。粗纤维中含有纤维素、木质素和半纤维素等，多是构成植物细胞壁和细胞间质的成分，其中也包含有部分可利用的脂肪层、蛋白质、半纤维素类和糖类。膨胀时，由于湿、热、压力和剪切作用，使细胞间及细胞壁内各层木质素熔化，使部分氢键断裂，结晶度降低，高分子物质发生分解反应，原有的紧密结构变得膨松，释放出部分被包围、结合的可消化物质，扩大了饲料的消化面积，从而提高了这部分饲料的消化利用率。因此可适当放宽饲料中粗纤维的允许值，降低原料成本。
灰分含量是由结合到日粮中的各种微量元素水平的营养成分来决定。某些甲壳类水产动物对钙磷需求甚多，这就要通过添加一些矿物质来补充。目前磷源的市售品品种特性不一，只有磷酸二氢钙(一水盐)可作为水产饲料首选磷源，其它如磷酸钙以及价廉但含氟量不详的磷矿粉等磷源因不溶于水、生物学效价低而不能做水产动物饲料的磷源。磷酸氢钙性质稳定，略溶于水，可在磷酸二氢钙供货不足时用于水产饲料，但应增加其用量，以补利用率的不足。下沉的水产饲料，灰分含量是相当高的，应当考虑它们对抗坏血酸破坏的影响。
4. 微量饲料成分
作为饲用的微量元素添加剂的来源很多，有氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐与氧化物等，但最常用的为氯化物与硫酸盐，两者相比，硫酸盐的吸收利用率一般较高。而氧化铁几乎不能被利用，氧化铜利用率也比硫酸铜差，只有锰、锌、镁的氧化物具有较好的利用率。作为碘的来源，碘化钾吸收利用好，但稳定性差，而碘酸钙、碘酸钾则比较稳定。另有研究表明，要提高VA留存率，最好采用氧化锌或碳酸锌及碘酸钾加五水硫酸铜这一最佳配伍，而氧化锌不适合水产动物。金属氨基酸螯合物是近年来发展起来的一种新型饲料添加剂，它与维生素、抗生素等无配伍禁忌，可起到补充微量元素及氨基酸的双重作用，降低饲料消耗，提高饲料转化利用率。但因目前生产的产品成本高，价格昂贵，制造工艺还不完善，特别是尚未形成一套比较成熟的产品质量指标及其定量检测方法，故还不能广泛应用，今后仍需深入研究。所以在选择微量元素添加原料时，首先要精确掌握各种微量元素的需要量，再选择使用效果好、质优价廉、安全可靠的制剂并了解这种元素在这制剂中的含量，确定其用量，最后要注意添加元素之间的相互关系(拮抗、协同)。例如锌、锰、铜的吸收利用就受饲料中钙含量的影响，也就是说高钙不利于锌、锰吸收。当饲料中分别添加单剂量的锌或铁，不能提高锌的吸收和沉降效率，只有当锌、铜、铁同时添加时，才可提高锌的吸收与沉降效率，但铁的吸收率下降。
维生素是微量成分中的重要种类，它属生物活性化合物，一般对其所处的物理及化学环境非常敏感。而挤出烹煮时的高温、压力、磨擦、湿度、汽热时间以及饲料构成等因子能极大地影响维生素稳定性。因此，只有通过精心选择原料，调整饲料配方，才使得各类维生素的损失减少或完全避免损失。
配方维生素的水平应考虑下列几种因素的选择：①超量利用。除上述提到的储存、加工损失外，还有维生素添加剂本身的含量偏差、生产时称量误差、物料残留及误操作引起的加工误差、检验测定时的分析误差等等。同时也应考虑饲料中的某些微量元素的添加量对其影响，比如高剂量的铁和铜，就要增加VA、VD、VE、VK、VB12和VC的供给，以消除其造成它们分解破坏的影响；硒可部分取代VE的作用；钴元素充足时，VB12的需要量减少，相反VB12充足时可不补充钴元素；色氨酸和烟酸可相互转化取代等等，因此，在保证有效利用值的基础上需超量添加；②利用热稳定形式。可将维生素制成相应的稳定衍生物，如将VA、VD3制成微粒胶囊，改善其在不利条件下的稳定性。最近对抗坏血酸稳定性的改变，已大大减少超量使用的需要量，稳定的形式如L－抗破坏－2－多磷酸(ASPP)在挤出和储存，甚至在与微量元素接触时超常稳定。还可将脂溶性或水溶性维生素用适宜的吸附剂吸附后制成提高稳定性和流动性良好的干燥粉剂，比如将维生素E醋酸酯、维生素K3、叶酸等易于解除变化的维生素用中性或偏碱性的吸附剂(氧化镁、二氧化硅、磷酸氢钙等)制成相应的稳定型制剂，可防氧化和便于使用；③热喷涂添加维生素。例如维生素用脂肪包被喷涂在挤出水产饲料上，已广泛用以避免损失，这一实践在保持维生素的稳定性，甚至在改善储存时，都是相当有影响的。
生产时，人们常常在饲料中添加用以引诱和促进水产动物摄食的一类物质，即适口性调味剂包括动物脂肪、植物油、大蒜、洋葱、糖、脱脂干奶粉以及氨基酸、鱼肝油、核苷酸等有机物，这种物质对水产动物的视觉、味觉和嗅觉产生物理或化学的刺激作用而引诱其摄食。若在植物性饲料为主的饲料中加，可改善适口性，又可代替部分动物性蛋白源，降低饲料成本，提高养殖经济效益。有时，为了人们的喜好而不是动物自身的选择，在水产饲料中还添加颜料和色素。甲壳类水产动物饲料中若胆固醇量补给不足，则会影响其正常生长，但如果在饲料中添加0.1％～0.15％蜕壳素也可起到促生长作用；另外，水产饲料在储存过程中，其所含有的油脂或脂溶性维生素等在空气中易被氧化或受潮变质，所以有必要添加抗氧化剂和防霉剂：前者常用的有丁基化羟基甲氧基苯(BHA)、乙氧基喹啉、乙二胺四乙酸及其钠盐或钙钠盐等；后者有丙酸钠、丙酸钙等。抗氧化剂与磷酸和柠檬酸等有机酸混合使用，可提高抗氧化剂的效果。
总之，在深入研究水产动物营养需求的基础上，要不断完善饲料配方和加工工艺，使营养成分得到最佳利用，各种活性成分破坏最小，抗营养因子降低至最低；节约利用各种昂贵蛋白，积极开发使用外源酶，促进植物性饲料源中各种营养成分的释放及吸收利用；根据中国国情，针对人们低成本特种养殖，可发展各种添加剂以求节粮型生产。
水产饲料水中稳定性是指饲料在水中浸泡一定时间后，保持组成成份不被溶解和不散失的性能。一般以一定时间内饲料在水中的散失量与饲料质量之比的百分数（即散失率）表示，也可用饲料在水中不溃散的最少时间表示。技术上鱼饲料水中散失率小于20%（浸泡30min），对虾饲料水中散失率小于12%（浸泡2h），同时，要求饲料在浸泡的过程中表面形成一种保护膜，使料中的水溶性元素不被溶失。否则，容易造成饲料的浪费，水体的污染，消化吸收的障碍和饵料系数的提高。因此，饲料的水中稳定性是评价渔用饲料的一项重要指标。本文笔者就如何提高水产饲料水中稳定性予以介绍，仅供业内人士参考。
提高水产饲料水中稳定性的措施
1.科学的配方与营养控制
1.1 合理的选择原料 研究表明，水产饲料原料的组成与配比对饲料水中稳定性的影响较大。一些原料可提高饲料水中稳定性，它们在饲料配方中所占的比例大，产品的水中稳定性就好。据报道，常用原料的水中稳定性由强到弱依次为面粉-棉籽粕-小麦-鱼粉-菜籽粕-豆粕-蚕蛹-麸皮-玉米黄粉-玉米-米糠。当然，同一种原料，由于不同品种来源和不同原料处理方式，其最终产品的耐水性也有所差异，有人对三种典型的菜粕进行实验，发现三者的耐水时间分别为25min 、50min、150min；用微波、烘烤和挤压三种方法制得全脂大豆粉，其中以挤压的效果最好，此外，原料的新鲜度、蛋白质原料及种类也是影响颗粒质量的重要因素。一般新鲜优质的原料黏结能力强，制出的饲料耐水性好，特别是蛋白质饲料，如鱼粉、花生粕等；含天然蛋白质较高的原料生产的颗粒质量高，研究发现，动物性蛋白原料比植物性蛋白原料制粒效果好，因此，在成本允许的情况下应尽量多使用动物性蛋白质原料。
1.2 适宜的淀粉、粗纤维和水分含量 淀粉在高温、高湿的条件下，容易糊化，利于黏结，是影响水产饲料水中稳定性的重要原料之一。由于渔用饲料蛋白质水平要求高（25%-45%），所以对淀粉类原料的用量有一定的限制 。在生产中用适量的面粉代替传统的黄粉等原料，可受到良好的效果。由于粗纤维粘性差而影响颗粒的硬度和成形率，水产饲料中粗纤维含量应控制在3%-5%，可提高饲料的耐水性；原料中的水分，不但影响粉碎的质量和产量，而且也制约着制粒的效果，一般压粒前的原料含水量控制在12%-13%。
1.3 粘合剂的使用 目前，市场上使用的粘合剂的种类有很多，但不同的粘合剂，使用效果有所差异。选择粘合剂时应注意：①考虑养殖动物的食性及对饵料水稳定性的要求。一般摄食缓慢的鱼虾需较高的水稳定性，而摄食快速的鱼虾需较低的水稳定性；②考虑粘合剂的性质、适用量和成本；③考虑粘合剂与饲料之间的互作效应，看其是否会破坏营养成分。如当有二价、三价阳离子存在时，羧甲基纤维素、褐藻胶等就会发生沉淀而降低粘力；④考虑粘合剂的营养价值和对鱼虾的生长和存活率的影响等。实践表明，农副产品类粘结剂（如小麦谷蛋白、大米面筋、α-淀粉等）粘度高，易制取，已广泛用于水产饲料；凹凸棒土、膨润土粘合性较好且含有一定量的矿物质元素，可适用于水稳定性低的廉价饲料；pva、hj-1、cmc等化学合成的高分子粘合剂具有较强的粘结力，可用于生产对虾等特种水产饲料；沿海地区使用新鲜褐藻类、新鲜小鱼虾浆等，也很经济有效
2. 先进的加工技术与工艺
2.1 掌握好粉碎粒度关 粉碎粒度决定着饲料组分的表面积。粒度细，表面积大，吸收蒸汽快，有利于调质，颗粒粘结性好，硬度高，水中稳定性强。一般要求所有的渔用饲料原料的粉碎粒度应全部通过40目标准筛，60目标准筛筛上物不大于20%，而对虾原料要求全部通过60目标准筛。生产上若使用锤片式粉碎机，多选择筛孔直径为0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm的筛片；若采用“循环粉碎”工艺或微粉碎加上分级器来降低粉碎粒度，效果更好，同时为避免原料微粉碎后，流动性差，在配料仓中结拱和粉尘漫扬，可采用“先配料后粉碎”的加工工艺。
2.2 控制好调质关 饲料厂多采用蒸汽进行调质，即直接将蒸汽通入配制好的物料进行水热处理。因此，控制好喂料的速度，选择好调质的时间、温度、压力和水分至关重要。
2.2.1喂料的速度 进料速度的快慢，影响原料中淀粉加热糊化的时间。进料速度快，产品产量大，原料淀粉糊化时间短，粘结力差，产品水中稳定性低；减慢进料速度，产量降低，但淀粉糊化充分，颗粒料的耐水性提高。对额定产量在1-2 t/h，用?2.0的环模的制粒机，产量可控制在0.8-1.0t/h，电机转速调节在300-400r/min为宜。
2.2.2 调质的时间 在一定范围内，调质的时间越长，原料中淀粉的糊化度越好，粘结性越高，饲料的质量就越好。饲料厂可采用二道、三道等多道调质器或双轴浆叶调质器来增加调质的时间。有的饲料厂采用制粒后熟化调质，即将制粒后的热颗粒饲料用后熟化设备进一步保温，让其淀粉充分糊化，蛋白质充分变性，同时使前期产生的裂纹再次糊合，颗粒饲料表面的淀粉完全糊化硬结，并形成一层保护膜，从而提高水产饲料的水中耐水性。
2.2. 3调质的温度 调质的温度越高，饲料的耐水性越好，但温度太高（达100℃以上），热敏感饲料（脱脂奶粉、白糖等）粘度增大，易导致模孔堵塞，而且影响产品的外观质量。在生产中应根据原料的特性和饲料水中稳定性的要求选择适宜的温度，通常渔用饲料控制在80℃-95℃为佳。
2.2.4调质的水分 调质的水分具有润滑和糊化的作用。要生产高质量的水产饲料，物料中需加入适宜的蒸汽（水分）。研究发现，混合粉料的水分含量对饲料水中稳定性影响极显著。在允许范围内，原料水分越大，产品耐水性越好，但水分太大，易引起模孔堵塞，且增加了颗粒料干燥的难度。一般原料入模水分含量应控制在16%-19%。
2.2.5 调质的压力 制粒时，蒸汽压力对颗粒料水中稳定性影响较大。一般压力越大颗粒饲料耐水时间越长。但从锅炉安全生产和降低能耗方面考虑，其蒸汽压以采用0.35mpa-0.4mpa为宜。
2.3 把握好制粒关 目前应用最广泛的颗粒饲料机为环模压粒机和平模压粒机。饲料厂应根据不同水产饲料的要求、原料的特性及加工工艺等合理的选择环模，调整模辊间隙、切刀位置等。有条件的饲企业亦可用重复制粒工艺来提高饲料的水中稳定性。
2.4 调控好冷却关 冷却即降低制粒后的温度和湿度。冷却好的饲料硬度增加，能有效阻止水分的进入，同时水分降低可使颗粒饲料在水中稳定性增强。通常水产饲料刚排出冷却器的温度比室温高6℃-9℃，冷却后的水分为12%-12.5%。生产中应根据物料、颗粒的特点及冷却器的种类选择合适的冷却时间和空气量。
此外，条件好的饲料厂可采用膨化颗粒饲料机生产水产饲料，以提高其水中稳定性。 |
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