飼料加工工藝的最新研究進展

創德任艷萍

　　飼料加工工藝是飼料生產中一個很重要的環節，是確保飼料工業健康穩定發展的堅強支柱之一。但隨著飼料原料品種的不斷增加，添加劑量的減少等諸多因素的影響，要求加工工藝進行相應的變化，以增強飼料廠競爭能力。
　　1.粉碎加工
　　粉碎工序是飼料廠的主要工序之一。粉碎質量直接影響到飼料生產的質量、產量和電耗等綜合成本，同時也影響到飼料的內在品質和飼養效果。粉碎加工一直是飼料加工中一個活躍的研究領域，主要研究粉碎粒度、均勻性、電耗以及與粉碎相關的領域。
　　粉碎設備主要有臥式錘片粉碎機、輥式粉碎機和立式錘片粉碎機三種。其中輥式粉碎機粉碎粒度比較均勻，能控制粒度的分布范圍;綜合各項指標，立式錘片粉碎機是優先發展的機型[1]。飼料生產中不同的料型、不同的飼喂對象具有不同的要求，因此根據需要在工藝中組合使用已成為發展的趨勢。
　　傳統的粉碎工藝為一次性開放式粉碎工藝，但隨著飼料原料的多樣性要求粉碎工藝作出相應的調整。目前粉碎工藝有三種，即一次、二次和閉路粉碎工藝。與一次粉碎工藝相比，二次、閉路粉碎工藝能耗低，易提高生產率及產品質量，因此多被大、中型飼料廠采用[2]。
　　2.配料系統
　　配料系統的變化主要是適應添加品種的增加，添加量的減少，稱量準確性的提高，同時要縮短稱量的周期，提高單位時間內的生產量。在線配方是有待發展的領域之一[3]。目前正在試驗一種儀器，安裝在進行的設備上，對要使用的原料進行化學成分在線分析，用它可以測定各種化學成分，如氨基酸、水分、粗纖維和淀粉等。因此，將有可能做到一批一批地重組飼料配方，十分準確地制成所需的飼料，使生產的飼料品質穩定，減少由于原料的變化對飼料品質的影響。
　　稱量準確性是另一個發展領域[3]。現有的分批配料系統主要是加量配料系統，在稱量的準確性和稱量的時間上均有待改進。在稱量過程中不可避免會出現空中量，盡管可以采用一些技術減少空中量，但不可能完全消除，影響物料稱量準確性。加量稱量系統也使物料稱量的周期延長。現在已經有幾種微量配料系統，是采用減重方式來計量的。采用減重的方式可以避免空中量的出現，提高稱量的準確性，同時有可能稱量10個或更多物料的重量，這就縮短了配料周期(有可能達到1~1.5分鐘)，而且精確度比較高，能與周期很短的混合機相匹配。
　　粉碎工藝與配料工藝有著密切的聯系。按其組合方式可分為先配料后粉碎(簡稱先配后粉)和先粉碎后配料(簡稱先粉后配)兩類工藝。目前國內普遍采用的是先粉后配工藝，也有一些飼料廠采用先配后粉工藝。先配后粉工藝有許多優點，但也有以下缺點：
　　①自動化控制要求高;
　　②粉碎機換篩、換錘片致使后路停止工作;
　　③粉碎機周期性空運轉。
　　但隨著機械電子行業的發展，電子元件的質量及使用范圍擴大，車間作業安排更具合理性與先進性，這些缺點能得以較好的解決;隨著飼料原料的開發，油菜籽、葵花籽等富含油又富含蛋白質原料的使用在逐漸增加，因這類含油高的原料單一粉碎比較困難，因此采用先配后粉工藝將會越來越多[2]。
　　3.混合加工
　　混合加工設備研究的領域主要是提高混合均勻度、縮短混合時間，提高單位時間內的產量。混合設備的形式很多，常用混合設備有臥式螺帶混合機、臥式槳葉混合機、臥式雙軸槳葉式混合機(Forberg)。各類混合機的混合性能見表1[4]。
　　Forberg是一種高效短周期混合機，由兩個旋轉方向相反的轉子組成，轉子上焊有多個特殊角度的槳葉，槳葉一方面帶動物料沿機槽內壁作逆時針旋轉，一方面帶動物料左右翻動，在兩個轉子的交叉處重疊，形成了一個失重區，在此區域內，不管物料的形狀、大小和密度如何，都能上浮，處于瞬間失重狀態，以使物料在機槽內形成全方位連續循環翻動，相互交錯剪切，從而達到快速柔和及混合均勻的效果。但受配料系統能力的限制，混合效果有限[5]。臥式單軸快速混合機混合時間在1.5分鐘以上，較Forberg型更能適合配料系統的生產，同時又適宜老飼料廠擴容改造的需求，二者均屬于發展型混合設備。
　　4.顆粒加工
　　顆粒加工是飼料加工中的一個深加工過程，由于人們對加工產品的質量認識以及加工過程的復雜性，在這方面的研究比較多。從調質器、制粒機和膨化機等部件的改進，到冷卻器的設計、制粒后顆粒穩定、液體添加系統，這些研究都是為了獲得高質量顆粒飼料。
　　4.1 調質
　　調質是飼料制粒前進行水熱處理，軟化粉料的加工過程。在傳統的飼料廠，制粒前的調質是較難操作的環節，而且任何單一的調質時間都不可能是所有飼料的最佳調質時間，因此需要對調質時間加以變動。人們很早就知道調質滯留時間對調質和制粒質量都有影響。近年來歐洲對此作出了幾項革新，包括調質器角度、槳葉角度調節和蒸汽或粉料的堵頭[6]。
　　對調質器角度來說，幾乎每臺調質器都是水平安裝的。在調質器后面加一活頁和一個可使調質器提高的裝置，使用柔性喂料和卸料口，就可實現對滯留時間近乎任意的調節。在正常作業條件下，調質將始于水平安裝的調質器，一旦獲得穩定的作業條件，調質器就可傾斜以延長滯留時間至所希望的水平。
　　對槳葉角度調節而言，已經新開發出一種裝置。在調質室的前1/3槳葉采用槳葉與軸成45°角，對后2/3槳葉進行適當調整，可使調質室后段基本充滿粉料有利于物料的充分攪拌;可以在作業過程中改變葉片角度，以利于根據物料的性質和調質的要求變換槳葉的角度，使物料在調質室內滯留時間任意調節。
　　對調質器的一個相當簡單而有效的措施是安裝一個堵頭或擋板以堵塞蒸汽出口或物料出口。上部擋板可防止蒸汽不與物料接觸就穿過整個調質器排出。底部擋板起一個堵頭的作用，迫使葉片把調質的物料提升到擋板開口上方。在這種情況下，要認真對待藥劑殘留問題，因為在每次運行結束時有25~100kg物料會留在調質器里面。
　　長時間調質是采用增加調質時間的方式來達到加強調質的目的。傳統的調質通常由制粒機自帶調質器或者普通正常短時調質器完成。由于物料在調質器內停留時間較短，因此調質效果不太理想，顆粒中的糊化率只有16~25%。隨著飼料質量要求的不斷提高、特種水產養殖的迅猛發展，相繼出現了多級調質、制粒后熟化調質和高壓環隙膨脹調質等調質方法。多級調質通過延長調質時間來提高調質效果，淀粉糊化效果程度可達到40%~60%。制粒后熟化調質是將剛壓制出的顆粒(約70~80℃)進行保溫，讓熱顆粒在高溫、高濕的環境下持續一端時間，使顆粒飼料中淀粉充分糊化，蛋白質充分變性。同時使前期產生的裂紋再次糊合，提高飼料的耐久性，以滿足水產飼料的特殊要求。高壓環隙膨脹調質是一種針對粉狀飼料進行調質處理的先進的、新型的方法。它采用的是一種高壓環隙膨脹調質器，物料在工作區與蒸汽進行強烈的擠壓和加壓調質作用，使得固、液、氣三相物料整體在受剪切力、擠壓力和蒸汽壓力的綜合力狀態下，被強制推動通過可調環隙圓錐形排料閥，整個處理過程僅為幾秒鐘，但最高壓力可達100Mpa，最高料溫可達170℃，使物料能充分地調質和熟化。
　　4.2 制粒
　　顆粒飼料具有眾多優越性，其通過蒸汽熱能、機械摩擦能和壓力等因素的綜合作用，達到滅菌、提高飼料消化率的諸多功能，但過度的熱加工會造成熱敏性營養成分的實效，降低飼效，因此有效加工是最新的發展趨勢。美國的Wenger公司研制成功了通用熟化制粒機(Universal Pellet Cooker, UPC)，這種機器用于許多專用產品上，其淀粉熟化達60~80%，耐久性指數(PDI)超過95%，可以制成高脂肪和高糖蜜的顆粒飼料，容積密度為550g/l~750g/l。用UPC可以達到非常好的顆粒質量[6,7]。
　　顆粒飼料的成形是在擠壓室內完成的，現時的制粒機只有一個擠壓室和一套壓輥壓模。近年，人們又提出了一種新的制粒工藝——重復制粒。重復制粒是指經過制粒加工的熱飼料，立即通過第二個壓模對熱而軟的顆粒飼料進行重復制粒。重復制粒工藝由于對飼料進行兩次擠壓，改進了顆粒質量，改進了飼料的營養價值，提高了制粒效果等。由于飼料品種的變化，制粒機壓輥壓模間隙的設定需要經常調整，為了節約調整時間，在線的壓輥調節能解決這一問題[8]。
　　4.3 膨化
　　目前生產膨化飼料的主要設備是螺桿式擠壓膨化機，其又可分為干法擠壓膨化機和濕法擠壓膨化機。目前的擠壓膨化設備多為干濕兩用。今后所要研究開發的重點是更先進的雙螺桿擠壓膨化機，具有特殊用途的專用擠壓膨化機，提高膨化機的生產能力和生產性能[6]。
　　因為制粒和膨化的調質成形溫度均超過80℃以上，對熱敏性營養成分都有較大的影響，所以未來的發展要求是既要保全熱敏性營養成分，同時要提高飼料的消化率和滅菌效果[9]。
　　4.4 冷卻
　　幾乎所有新建飼料廠都采用逆流冷卻器。但是，目前的冷卻器設計都未能解決最終產品的水分控制問題。因此，未來的冷卻器應裝有水分感應和控制設備，應當將產品既能冷卻又能干燥到安全水平，這就要求廠家提供的冷卻器具有加熱區、氣流控制以及精巧的控制設計[6]。
　　4.5 制粒后液體添加
　　由于飼料廠設備中越來越多的采用熱加工設備，如膨化機、擠壓機或其他高溫短時加工設備，使飼料在制粒、擠壓和膨化過程中受溫度、水分和壓力的強烈作用，這會破壞維生素、酶制劑、微生態制劑及其他添加劑的大部分的功效。而后置添加技術就是解決這一問題的新技術，即將熱敏性營養物質放在熱加工工序的后面添加。后置添加技術具有以下優點：
　　①可使熱敏性微量組分免受熱加工的損害，減少這些組分的添加量，從而降低生產成本。例如，采用液體后置添加技術，大大提高了維生素的活性保持率;
　　②將藥物的添加放在后面而不是加于混合機中，有利于減少混合機及后路設備的藥物殘留，減少交叉污染，如雞飼料中絕不允許出現在豬飼料中使用的一些抗生素，從而提高產品質量和安全性;
　　③把酶制劑等微量組分的添加設置在制粒或膨化之后，采用離線噴涂工藝，有利于根據用戶的需求來添加，從而可以滿足用戶的要求;
　　④可以做到“即售即噴”，始終為用戶提供新鮮產品;
　　⑤通過采用離線噴涂工藝，飼料廠不僅可以節省成品倉的數量，而且也可以取代價格昂貴、占用空間較大的微量配料系統，進而降低飼料廠的一次性投資[10]。
　　5.不斷完善的自動化控制
　　在計算機屏上操作管理的自動化生產在化工、醫藥行業已得到了較廣泛的應用，而飼料生產管理還處于相對落后的狀態。經過“九五”技術攻關實現了生產過程控制自動化及計算機生產管理，使飼料廠的自動化水平大大提高。但是，計算機的引入主要還是解決生產自動化問題，對于改善產品質量、產品品種還沒有發揮應有的作用。從大多數飼料廠的現狀來看，由于目前大量信息在生產現場只是作記錄，來不及分析和處理，往往是出現問題后再調查，再分析和處理，無法把事故控制在萌芽狀態，給企業造成不必要的損失和浪費。為此，國家糧食儲備局無錫科學研究設計院提出采用計算機技術進行質量管理和生產動態質量監控，開發了飼料生產質量動態監控系統，使大量存在于生產過程中的與質量有關的數據得到有效的采集、存儲、評估和控制，并產生一系列的控制環，以解決生產過程中出現的質量問題，使加工過程達到最佳生產狀態[11]。
　　總之，縱觀世界飼料科技的發展，要求飼料加工工藝不斷改進，而飼料加工工藝的每一步改進還將擴大飼料來源及其利用率，改善產品質量，提高產出與投入比。
　　飼料添加劑的加工工藝技術，是配合飼料加工技術與醫藥化工加工技術相互滲透、相互結合而產生的一項新技術，它要求達到高效、低耗、無交叉污染、能連續生產的程度。