膨化技術及其在飼料工業中的應用

bobo304

專業:05級動物營養與飼料專業
鄭曉靈
   個人 寫的作業綜述

摘要：膨化飼料除具有一般全價顆粒飼料的優點外，還具有提高飼喂動物消化吸收率、有效預防動物消化道疾病、拓展飼料資源利用途徑等諸多優點。為此，本文結合飼料工業的發展,就膨化技術概況，分類，原理和工藝特點及膨化過程中飼料成分的變化,膨化技術在飼料資源開發,飼料產品開發及飼料加工中的應用等方面作一概述。

關鍵詞：膨化技術；飼料工業；應用

1膨化技術概況
膨化技術應用于飼料工業起始于20世紀50年代的美國,主要用于加工寵物食品,對動物飼料進行預處理以改進消化性和適口性及生產反芻動物蛋白補充料的尿素飼料[1]。到了20世紀80年代,膨化技術已經成為國外發展速度最快的飼料加工新技術,它在加工特種動物飼料、水產飼料、早期斷奶仔豬料及飼料資源開發等方面具有傳統加工方法無可比擬的優點[2]。膨化加工應用于人的食品制造業已有50多年的歷史，膨化加工的方法由干法擠壓到濕法擠壓再發展到氣體熱壓，加工機械從單螺旋到雙螺旋，加工方式從間歇到連續[3]。擠壓技術在我國飼料工業中的應用尚屬起步,有著廣闊的發展前景[4]。

2 膨化技術的分類，原理和工藝特點
廣義上的膨化技術可分為兩種，即擠壓膨化和氣體熱壓膨化，后者應用很少。擠壓膨化又分為干法擠壓膨化和濕法擠壓膨化。前者是對物料進行加熱、加壓，但不加蒸汽的膨化操作；后者則是在加熱加壓的同時，另加水或蒸汽的膨化操作[5]。
膨化技術是將物料加濕、加壓、加溫調質處理，并擠出膜孔或突然噴出壓力容器，使之因驟然降壓而實現體積膨大的工藝。其過程是在瞬間完成的，包括熟化、滅菌、膨脹、脫水、
成形等變化。物料送入膨化機中,螺桿螺旋推動物料形成軸向流動，同時,由于螺旋與物料,物料與機筒,以及物料內部的機械摩擦,物料被強烈地擠壓、攪拌、剪切,其結果物料被進一步細化、軟化。隨著壓力的逐漸加大,溫度相應升高。在高溫、高壓、高剪切條件下,物料的物性發生變化,由粉狀變成糊狀,淀粉糊化,蛋白變性,纖維質部分降解、細化,致病菌被殺死,衛生指標提高,有毒成分失活。當糊狀物料從模孔噴出的瞬間,在強大的壓力差作用下,物料被膨化、失水、降溫。膨化產品結構疏松、多孔、酥脆、較好的適口性和風味[6]。

膨化工藝的特點：（1）提高物料淀粉糊化度，破壞和軟化纖維結構的細胞壁，蛋白質變性、脂肪從顆粒內部滲透到表面利于消化吸收。同時，物料具有特殊的香味，提高了適口性。（2）原料經膨化的短時高溫、高壓處理，有害微生物被殺死，減少了飼料的有害微生物對機體的感染。（3）可制成各種沉降速度的膨化飼料，如浮性、慢沉性和沉性等，以滿足水產動物攝食習性的要求，減少損失和水質污染。（4）可生產各種形狀的產品，對飼料和食品的外觀價值有很大提高。（5）物料經膨化后，水分大幅度降低，便于貯藏和運輸。

3 膨化技術對飼料成分的影響[7-10]
3.1膨化過程中的碳水化合物
碳水化合物是飼料中的主要組成成分,通常在飼料中占到60%～70%,因此是影響擠壓飼料特性的主要因素。碳水化合物根據其分子量大小、結構及理化性質差異常可分為淀粉、纖維、親水膠體及糖,它們在擠壓過程中的變化及作用各不相同。
3.1.1淀粉
膨化作用能促使淀粉分子內1，4—糖苷鍵斷裂而生成葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖及麥芽糊精等低分子量產物,致使擠壓后淀粉含量下降。但對淀粉的主要作用是分子間氫鍵斷裂而發生的糊化作用：淀粉膨脹、吸水，膠質化，當瞬間驟然減壓時，水分蒸發導致淀粉質粒破裂，轉變成熔融狀態[11]。淀粉也被水解，水解作用能改善動物消化道的內環境，尤其是可刺激動物消化道中乳酸桿菌產生乳酸。乳酸是動物重要的代謝產物，它具有對病原菌的屏障作用，可減少動物的腹瀉性疾病。淀粉的有效糊化使擠壓處理不僅改善了飼料的營養,而且有利于飼料成粒,從而提高飼料加工品質。
3.1.2纖維
纖維包括纖維素、半纖維素和木質素,它們在飼料中通常充當填充劑。由于用于擠壓的纖維原料及擠壓采用的設備和工藝條件不同,對擠壓過程中纖維數量的變化文獻報道差異較大[12]。Wang (1993)對小麥和小麥麩皮的研究表明,擠壓后的纖維數量降低;而Bjorck等(1984)分別對全麥粉及全大麥粉的擠壓研究結果正好同上述相反[13]。但對擠壓過程中纖維質量變化的研究結果較為一致,均表明纖維經擠壓后其可溶性膳食纖維的量相對增加,一般增加量在3%左右。纖維分子間價鍵斷裂,分子裂解及分子極性變化所致由于可溶性膳食纖維對人體健康具有特殊的生理作用,因此采用擠壓手段開發膳食性纖維無疑是一種很好的方法,但對動物是否同樣具有整腸作用尚未見報道。同時細胞間及細胞壁內各層木質素熔化,部分氫鍵斷裂,結晶度降低,高分子物質發生分解反應,使原來的緊密結構變得蓬松,釋放出部分可消化物質,從而提高了飼料的利用率。
3.1.3親水膠體
膠體主要用于水產飼料的生產,通常有阿拉伯膠、果膠、瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉等親水膠體,它們經擠壓后其成膠能力將普遍下降。在擠壓過程中其親水特性還將影響常規的擠壓條件,降低擠壓產品的水分蒸發速率及冷凍速率,提高產品的質構性能。對于一個特定的產品,在選擇親水膠體時膠體的粘稠性、成膠性、乳化性、水化速率、分散性、口感、操作條件、粒徑大小及原料來源等因素均得慎重考慮[14]。
3.1.4糖
高溫糖易發生焦糖化反應。不僅使產品色澤變暗，口感變苦，嚴重時還可造成堵機。還原性糖還會與氨基酸作用產生美拉德反應，這能造成氨基酸、特別是賴氨酸的無謂消耗。所以很多工作是探討如何努力避免其發生或有效控制其發生的程度。另外,糖具有親水性,在膨化過程中將調控物料的水分活度,從而影響淀粉糊化。在擠壓過程中添加一定量的糖能有效地降低物料的粘度, 從而提高物料在膜口出口時的膨化效果(Hsieh等,1991),這一點對控制水產飼料的沉浮性有一定的幫助[6]。因此,在膨化飼料中糖除了起提供能量作用外,主要是作為一種風味劑、甜味劑、質構調節劑、水分活度與產品顏色調控劑而被應用,通常使用的糖有蔗糖、糊精、果糖、玉米糖漿、糖蜜。

3.2膨化過程中的蛋白質、氨基酸、酶的變化[14]
3.2.1蛋白質
經過膨化后蛋白質變性，氨基酸和縮氨酸含量增加，提高了機體對蛋白質的消化和吸收能力。另外,膨化過程中發生了分子重排,蛋白質發生了一些質構變化,可改善風味口感。膨化法還可用于植物蛋白的組織化。近來的研究證明，應用雙螺桿擠壓機對高含水率的肌源蛋白和植物蛋白混合物進行組織化（形成纖維），可以獲得肉類、海鮮等多用途的代用品。高溫高壓使蛋白質分子不可逆變性。
3.2.2氨基酸
一部分蛋白質裂解為多肽和氨基酸,如玉米膨化前氨基酸含量為40mg/g左右,而膨化后變為68mg/g。氨基酸在擠壓膨化中，氨基酸常與糖類發生美拉德反應。玉米經擠壓膨化后，蛋白質和脂肪的含量減少氨基酸和水溶性成分含量增加[16]。這說明在擠壓膨化過程中蛋白質發生了降解，大分子被切斷成小分子肽及部分氨基酸。此外,雖然由于蛋白質降解,氨基酸總量有所增加,但一些氨基酸的損失卻不能忽視,如賴氨酸可損失13%～37%,蛋氨酸可損失26%～28% ,精氨酸可損失20%[17]。
3.2.3酶
膨化加工對酶的作用既有積極的方面,也有消極的方面。積極的作用是使脂肪酶、過氧化物酶、脂肪氧化酶、芥子苷酶、脲酶等失活；而消極作用是使淀粉酶、植酸酶失活。酶制劑的損失,由于酶是一種蛋白質,一般酶的最適溫度在35~40℃之間,最高不超過50℃.但膨化制粒過程中的溫度可達120~150℃以上,并伴有高濕、高壓,在這樣的條件下,大多數酶制劑的活性都將損失殆盡。Israelsen報道,110℃植酸酶，B-葡萄糖酶和纖維素酶的活性存留率為零[18]。
3.3脂肪
膨化加工破壞脂肪的脂肪酶和一種能使游離脂肪酸氧化酸敗的脂肪氧化酶。這兩種酶在膨化時可以完全失活，使脂肪不易被氧化分解，延長原料的保質期，改善產品質構和口感。這種作用對肉雞飼料和水產飼料中添加脂肪十分有利。同時膨化時的溫度一般都是調在121-145℃之間，在膨化過程脂肪細胞被破壞，釋放出的油脂與淀粉結合形成復合物,降低了擠出物中游離脂肪的含量，既不會造成損失，又可提高消化率，所以對脂肪的影響極微[16]。如米糠含脂肪15%以上,存放一個星期就會酸敗,而經高溫、高壓、膨化處理后可以存放三個月。膨化處理的另一個好處是使飼料的結構疏松,有利于油脂后噴涂,包容更多的脂肪,特別適用于水產養殖,這是硬顆粒飼料不可比擬的。
3.4維生素
膨化加工對維生素有一定損失,加工條件不同,維生素殘留量不同,提高溫度、螺桿速度及降低水分含量和膜口直徑等均會降低維生素的含量[19]。谷物是B族維生素重要來源,擠壓對其損失是較大的,VB1殘留量約為60%～90%,當溫度升為232℃時,其殘留量為0,VB6為71%～83%,VB12為65%～99% ,VC為32%～97% ,β2胡蘿卜素損失不大。盡管如此,由于膨化是高溫短時,同時物料在擠壓腔內與氧接觸少,因此與其它加工方法比較,擠壓膨化中維生素的損失量較少。值得注意的是,在適宜加工條件下,某些維生素如VB2、VC ,其殘留量可達110%～125% ,其可能原因是擠壓前這些維生素分子與淀粉或蛋白質大分子締合或被它們包圍,因不能顯示維生素特性而不能被檢測出來,當受到擠壓后,由于劇烈條件使維生素被釋放出來,導致殘留量上升。Vanderpoel報道,豬飼料在120℃膨化后,貯存1個月,損失最多的幾種維生素是:VK380%,VC75%,VD325%,VA和VE20%。
3.5擠壓膨化對其他成分的影響
3.5.1抗營養因子
膨化加工還能破壞飼料中的抗營養因子,諸如生大豆中的抗胰蛋白酶和脲酶,棉籽中的棉酚、菜籽中的芥子甙等。Hayakawa 等報道,用雙螺桿擠壓機處理全脂大豆后,可以使抗胰蛋白酶活性完全喪失。抗胰蛋白酶是抑制動物消化系統中蛋白酶的多種物質之一,它可以抑制蛋白質分解,減少氨基酸生成,并且抑制代謝能釋放和脂肪代謝,從而降低蛋白質消化率[15]。因此,擠壓膨化可使大豆及其他豆類產品中養分消化率提高。據Cheng等(2003)報道,擠壓大豆與生大豆相比,虹鱒粗蛋白質的表觀消化率顯著增加[20]。
3.5.2微生物制劑
微生物制劑的損失。微生物制劑目前應用比較多的有乳酸桿菌、鏈球菌、芽孢桿菌和酵母,這些微生物對高溫尤為敏感,當制粒溫度超過85℃時活性全部喪失。

4膨化技術與飼料資源開發
膨化技術不僅可用于生產膨化全脂大豆飼料、開發粗飼料、油料餅粕飼料的脫毒，而且用于開發利用羽毛、血等動物加工的廢棄物作飼料。
4.1米糠保鮮處理
新鮮米糠含有極活潑的脂肪分解酶,能使米糠所含油分迅速分解成游離脂肪酸而酸敗變質,所以新鮮米糠的貯存性能極差。酸敗變質的米糠,不僅出油率降低,而且若作為飼料飼喂畜禽會影響畜禽的生長發育。所以新鮮米糠必須及時進行保鮮處理。擠壓膨化,高溫、高壓、高剪切,能使脂肪酶失去活性,防止酸敗變質。擠壓膨化已成為米糠制油生產中預處理的新工藝。
4.2油料餅粕蛋白脫毒
我國各種油料餅粕年產量達2000萬t以上,除大豆餅(粕)外,菜籽、棉籽、葵花籽、蓖麻等油料制油后所得餅(粕),也含有一定量的蛋白質,都是優良的飼用蛋白源。然而各種油料餅粕(包括大豆粕),并不能直接用于配制飼料,因為其中都含一定量的抗營養因子或其它有害成分。油料餅(粕)必須經過脫毒處理后才允許使用。脫毒方法有化學法和物理法。而油料餅(粕)擠壓膨化脫毒則是擠壓膨化技術應用于油料餅(粕)處理的現代技術。
4.3羽毛膨化加工
由于羽毛多肽鏈間存在著二硫鍵和氫鍵,使羽毛蛋白質的結構特別穩定,動物消化酶基本無法進行消化分解,因此研究開發出了羽毛擠壓膨化技術。羽毛經擠壓膨化處理后,其二硫鍵斷開,分子結構被破壞,消化酶易于消化分解,提高消化率。消化率與降解程度、擠壓膨化溫度有關。擠壓溫度高,羽毛膨化產品的消化率提高,但產品含氨基酸相應減少,產品的蛋白品質降低。羽毛粉蛋白質含量高,但氨基酸不夠平衡,為解決這一問題,可將雞內臟、雞血同羽毛混合加工成腸羽粉[21-22]。
４.4動物血粉膨化
目前，動物血液資源日益豐富。據農業部對國8０個大中城市的不完全統計，每年屠宰生豬2700萬頭，可得豬血7092萬ｔ，如能收集加工利用，可制得血粉1418萬ｔ［23］。然而，我國大多數的屠宰場中，畜禽屠宰后的血液除極少數用于制血豆腐、血腸和飼料以外，大部分的血液被白白當作廢棄物排放掉。這不僅造成蛋白質資源流失，還造成嚴重的環境污染。因此，畜血資源的開發利用應該得到足夠的重視。血粉粗蛋白含量高達80%以上，是很好的動物蛋白飼料。目前，國內外所采用的各種加工方法生產的血粉動物食后很難消化，適口性和營養平衡性差。這主要是由于血細胞屬于硬質蛋白，在加工過程中，血細胞膜未經全部破壞及血粉中硬蛋白未經充分變性，所以在動物體內很難消化吸收。因此，加工血粉的關鍵是在加工過程中借助外力將其原有的分子結構破壞，即血細胞破裂，血細胞內的營養物質完全釋放。擠壓膨化加工技術可實現這一要求。通過擠壓膨化加工，使血細胞破壁，細胞內含的營養物質被釋放，極大地提高了血粉的消化吸收率。擠壓膨化后的血粉經過顯微鏡檢驗，無完整的細胞存在，其產品質量和消化率要優于發酵血粉噴霧干燥血粉。膨化加工使得蛋白質變性，發生組織化，從而使蛋白酶更容易進入到蛋白內部，擴大了蛋白消化酶與蛋白質接觸面積，從而更易被動物消化吸收。[21，23-24]
４.5畜禽廢料膨化
畜禽廢料（如家禽的尸體、下腳料、內臟、糞便等）都具有潛在的利用價值，因為其中含有大量的營養成分。但是，直接利用這些畜禽廢料具有一定的危險性和局限性，它們都含有霉菌和有害物質，且消化率低、動物利用價值低。應用擠壓膨化技術可以解決這些問題。在美國，雞糞經過擠壓膨化處理后有機物的消化率可超過75%，未經膨化的僅為62%。同時，膨化處理還可以殺滅病原菌和霉菌等。利用擠壓膨化技術可消除畜禽廢料對環境的污染，又可擴大飼料資源，實現變廢為寶[24]。

5配合飼料的膨化加工
配合飼料產品,由早期的粉料,到環模制粒后的顆粒料,是飼料生產工藝的進步。近年來將膨化技術應用到飼料生產后，使飼料生產工藝具有劃時代意義。膨化制粒的主要優點:(1)加工溫度高,水分大,物料可充分熟化、降解，顆粒品質優良,飼料效價高;(2)顆粒密度可調范圍大,可適應多種飼養對象和不同飼喂環境的要求。
5.1膨化乳豬料
乳豬料的重要指標是衛生和熟化,杜絕乳豬拉稀。原料經高溫、高壓處理,一方面殺死致病菌,一方面使淀粉料充分熟化,大豆蛋白變性、脫毒,使物料易于消化吸收。糊化淀粉,可以刺激動物體內產生乳酸,增強動物體的抗菌能力[25]。
5.2膨化水產料[26]
水產料采用膨化制粒,從各方面提高了產品的品質：
(1)提高了飼料效價。擠壓膨化使淀粉熟化,這對魚類十分重要,因為魚類對生淀粉難消化。淀粉熟化,物料的粘結性提高,成形效果好。在保證顆粒質量的前提下,可調整配方,降低成本。
(2)粒料在水中的沉浮時間是由顆粒料密度的大小控制的,而密度大小是膨化度決定的。因此,可通過調整配方、調整淀粉以及粘結劑的品種和含量,調整工藝參數,即調整水分、壓力、溫度等,生產密度不同的膨化粒料。
(3)采用不同模具,調整切割速度,可得大小不同、形狀不同的粒料,以適應不同飼喂對象的采食習性。膨化水產料,首先進行預熟化。物料在調質過程中膨脹、吸熱升溫,組分軟化、均化,初步變性,為進入擠壓膨化過程做準備。擠壓膨化機配用雙軸差速調質器,一對不同直徑相對轉動的轉子,使物料得以充分混合。物料的滯留時間可大幅度調整,以滿足充分調質的時間要求,是較先進的調質設備。
5.3膨化雞料
雞料配方中含淀粉料較高,同時含15%~20%的蛋白料,對于這個比例,無論干法膨化機,還是濕法膨化機,工藝性能都比較好。試驗證明,膨化可以提高雞對飼料的消化吸收率。膨化雞料,因為容重小,可減少雞的采食量,避免肥胖,提高產蛋率[27]。
5.4膨化牛料—尿素膨化玉米
牛、羊等反芻動物,能利用非蛋白氮(如尿素)轉化成動物蛋白質。飼料中添加尿素的關鍵是如何控制添加量、均勻采食和尿素分解速度。尿素膨化玉米最有效地解決了這些問題。將尿素、玉米粉、添加劑以一定比例混合后進入膨化機,玉米粉膨化,糊化淀粉與尿素形成包被結構。脲酶抑制劑抑制了脲酶的活性。從兩個方面抑制了尿素分解后釋放氨的速度,避免由于氨過剩引起氨中毒。



6存在問題及今后的發展方向
目前尚存在下列問題予以解決:(1)研制國產高產量高膨化機，使膨化飼料可以大批產量生產以降低加工成本，降低進口設備投資;(2)研究更完善的生產工藝，提高單機質量，降低粉碎，膨化、烘干三大主機能耗以降低飼料生產成本;(3)加強膨化飼料配方的研究，選擇昂貴原料的代用品，降低飼料成本。
膨化飼料在加工過程中經過膨化機高溫高壓處理后具有熟化完全、殺菌和浮水等目前普通顆粒飼料無法比擬的特性，是高科技衛生飼料產品。隨著人們對它不斷的認識、實踐和了解，膨化加工飼料將會有較大的應用發展空間，如:(1)可加工幼畜禽和寵物飼料，減少飼料動物腸道病;(2)粗粉碎后用刮板機直接把大豆粉輸送給粉料篩理設備后經膨化機膨化，可加工膨化大豆粉供應市場，增加飼料淡季設備的運行時間，提高企業效益;(3)改變膨化機螺器桿、螺套有關參數，可加工沉性水產飼料，如蝦飼；（4）使用相同功效廉價原料，降低原料成本，拓寬飼料原料的選擇范圍等。

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tam0319

很好，有沒有實用一點的，有的話更好

xishanzhongke

是的，我也有同感！實用的不多，樓主還需努力！大家一起共勉！

sherier

還是有些實驗參數比較有價值

簡簡單單一句-

有學習的價值

陳正飛

有學習的價值