影響顆粒質(zhì)量的加工因素（上）

007畜牧 · 發(fā)表于 2013-7-8 17:30:45

　影響顆粒質(zhì)量的加工因素
文章出版日期：2001年

　　作者 : Keith C. Behnke博士，美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)谷物科學(xué)和工業(yè)系

　　下面的文章來自與 AFMA (動(dòng)物飼料商協(xié)會(huì))的合作。
　　我們感謝他們的支持。
　　對(duì)顆粒飼料質(zhì)量的充分了解和影響因素的研究仍然是一塊研究和設(shè)計(jì)構(gòu)想的沃土。當(dāng)新材料變得實(shí)用時(shí)，就會(huì)發(fā)生設(shè)備和技術(shù)的更新進(jìn)步，也就必須徹底了解影響顆粒飼料的因素。這是一篇綜述文獻(xiàn)。
　　(這篇文章于2001年2月發(fā)表在2001年南非AFMA飼料協(xié)會(huì)論壇上，之后擴(kuò)展并發(fā)表在飼料工業(yè)2001年5卷4其上)
　　造粒大約在1920年進(jìn)入歐洲，1920年代后期進(jìn)入美國(guó)飼料行業(yè)(Schoeff, 1994)。它的受歡迎程度穩(wěn)定增長(zhǎng)，美國(guó)飼料行業(yè)80%都是飼料造粒。今天，這項(xiàng)工藝廣泛使用，這是由于它提供了物理和營(yíng)養(yǎng)利益。物理利益包括便于操作，減少原料分離，較少的飼料浪費(fèi)，增加容重。營(yíng)養(yǎng)利益是通過動(dòng)物飼養(yǎng)試驗(yàn)測(cè)定的(Falk, 1985)。
　　作為一項(xiàng)規(guī)則，飼喂顆粒飼料與飼喂粉料相比可以改善動(dòng)物性能和飼料轉(zhuǎn)化率。它對(duì)畜牧性能的改善表現(xiàn)在(Behnke, 1994):
　　"減少飼料浪費(fèi)
　　"減少飼料挑食
　　"降低原料分離
　　"較少時(shí)間和精力就能掌握
　　"破壞病原微生物
　　"淀粉和蛋白的熱改性
　　"改善了適口性
　　研究主要集中于對(duì)比顆粒飼料和粉料的好處。顆粒飼料變成養(yǎng)豬和家禽業(yè)中的重要成分，因?yàn)檎麄€(gè)行業(yè)都在擴(kuò)展和認(rèn)識(shí)到了飼養(yǎng)顆粒飼料的價(jià)值。
　　對(duì)豬的效應(yīng)
　　歐洲和美國(guó)的研究表明顆粒保育料會(huì)使ADG和G/F增加9-10%。顆粒生長(zhǎng)育成料會(huì)使ADG增加3-5%，G/F增加7-10%（表1）。飼料顆粒的粉化率影響研究是有限的，一般都局限于不良的飼料顆粒會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物性能的下降。Gill和Oldfield (1965) 以及Tribble 等 (1979)均報(bào)道當(dāng)飼喂不良飼料時(shí)，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物性能下降。然而，當(dāng)改變?cè)炝＜庸ぃㄈ巛^厚的環(huán)模）時(shí)將會(huì)改善顆粒飼料質(zhì)量，并改善動(dòng)物性能。Hanrahan (1984)報(bào)道說當(dāng)嚴(yán)格飼喂PDI（顆粒耐久性指數(shù)）為69%或者62%的顆粒料時(shí)，育肥豬性能之間無差異。Stark (1994)進(jìn)行了豬的飼養(yǎng)試驗(yàn)證明飼喂較高質(zhì)量的顆粒飼料（無粉化率）與包含30%粉化率的飼料相比會(huì)得到更好的增重效益。
　　對(duì)家禽業(yè)的改善
　　家禽肉雞顆粒飼料改善生長(zhǎng)性能和飼料轉(zhuǎn)化率。Hussar和 Robblee (1962)報(bào)道了細(xì)磨顆粒飼料沒有影響幼齡家禽的性能。然而，對(duì)于成熟的家禽，飼喂全價(jià)顆粒日糧會(huì)獲得較好的生長(zhǎng)和飼料轉(zhuǎn)化率。Hull 等(1968)報(bào)道家禽顆粒飼料有多于5%的飼料轉(zhuǎn)化率，但是細(xì)磨顆粒的飼料轉(zhuǎn)化率比粉料低。Scheideler (1991)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)指出家禽飼喂75%的全價(jià)顆粒比25%的全價(jià)顆粒會(huì)有更好的飼料轉(zhuǎn)化率（F/G為2.08比2.13）。這個(gè)結(jié)果可能是由于肉雞的擇食物性導(dǎo)致的。
　　火雞對(duì)顆粒飼料質(zhì)量和粉化率的敏感度強(qiáng)于肉雞。好幾個(gè)試驗(yàn)表明粉化率降低了火雞性能。Proudfoot和 Hulan (1982)報(bào)道說顆粒日糧改善了飼料轉(zhuǎn)化率。然而，當(dāng)顆粒粉化率從0上升到60%時(shí)，性能下降了。Moran (1989)表明當(dāng)飼喂細(xì)磨顆粒時(shí)，生長(zhǎng)和畜牧性能下降了。Salmon (1985)報(bào)道說飼喂高質(zhì)量顆粒時(shí)家禽性能沒有差異。這或許可以解釋飼料加工商將顆粒飼料作為高度優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目的原因。這也是一個(gè)行業(yè)不斷改善的區(qū)域。
　　顆粒質(zhì)量測(cè)試
　　如果假設(shè)顆粒飼料質(zhì)量對(duì)動(dòng)物性能有一些影響，然后準(zhǔn)確，精確，客觀的記錄對(duì)性能的影響是必不可少的 (McCormick和Shellenberger, 1960).。顆粒飼料質(zhì)量能使用好幾種方法測(cè)定。直接的方法如Stoke氏片劑硬度測(cè)試儀[Stoke's® Tablet Hardness Tester (Britsol, PA)]（它是專為片劑工業(yè)發(fā)展的）就是第一種使用到飼料工業(yè)的測(cè)試方法(McCormick和Shellenberger, 1960)。
　　簡(jiǎn)潔的測(cè)試方法允許飼料生產(chǎn)商在飼料剛一離開制粒機(jī)就要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，從而進(jìn)行必要的調(diào)整。Young (1970)發(fā)明了"翻斗盒測(cè)試法"（tumbling box test），此法現(xiàn)已成了用以測(cè)試顆粒料質(zhì)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
　　飼料耐久性指標(biāo)（PDI）(ASAE S269.3)是一種檢測(cè)機(jī)械處理中飼料細(xì)粉量的方法，Young (abid)報(bào)道了一種矯正方法，熱顆粒和冷卻24h的顆粒矯正系數(shù)R=0.967 和0.949，使用翻斗盒能作為飼料粉化率的檢測(cè)方法。這種測(cè)定單個(gè)顆粒的方法有最低的相關(guān)性(Stokes, R=0.78; Shear測(cè)試 R=0.72)。
　　Holman氏顆粒料測(cè)試法(Holman化學(xué)公司, 英國(guó))是一種氣動(dòng)的而不是機(jī)械的方法，它可以測(cè)定顆粒飼料的耐久性。試驗(yàn)采用高速氣流將顆粒料通過管道進(jìn)行傳送，模擬了現(xiàn)場(chǎng)條件下對(duì)飼料進(jìn)行的處理(MacMahon和Payne, 1981)。McEllhiney (1988)報(bào)道說Holman氏顆粒料測(cè)試法結(jié)果比較穩(wěn)定，然而，測(cè)得的數(shù)值低于以翻斗盒測(cè)試法測(cè)得的(ASAE, 1987)。使用間接測(cè)定顆粒質(zhì)量的方法可能是飼料生產(chǎn)線中調(diào)整設(shè)備的有用參考。然而，家畜生產(chǎn)與飼料線中粉化率的測(cè)定有關(guān)系。飼料粉化率會(huì)導(dǎo)致飼料浪費(fèi)，動(dòng)物拒食，增加飼料管理。
　　顆粒飼料的附著力
　　附著是材料之間以物理化學(xué)相互作用結(jié)合到一起的過程。這也是通過加入表面材料或者使用粘合劑使各物質(zhì)粘合到一起。粘合劑被定義為一種使用到物質(zhì)表面，可以使它們?nèi)诤掀饋恚辉俜蛛x的材料(Wake, 1976)。顯而易見的是顆粒飼料，我們很少"采用"粘合劑，然而，我們必須去嘗試，通過溫度和濕度控制，激活天然的粘合劑，這些粘合劑通常存在于飼料原料中。
　　一些關(guān)于粘合劑在顆粒界面作用原理的理論已經(jīng)提出來。制粒過程中應(yīng)用的理論包括：+機(jī)械聯(lián)鎖+擴(kuò)散+ Adsorption Kinlock (1987)描述的每種理論中的基本概念以及粘合劑作用機(jī)理。機(jī)械聯(lián)鎖是基于粘合劑能通過表明流動(dòng)，變?yōu)橛残缘模⒏鞣N物質(zhì)集合到一起。理論也建議了通過表面能改善接觸面積，自然也就增強(qiáng)了粘結(jié)強(qiáng)度。擴(kuò)散理論的基礎(chǔ)是存在物質(zhì)表面的聚合物擴(kuò)散。擴(kuò)散發(fā)生在物質(zhì)加熱時(shí)，并允許擴(kuò)散沿著物質(zhì)表面流動(dòng)。
　　這種現(xiàn)象只能是在當(dāng)聚合物溫度超越它的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度時(shí)發(fā)生。吸附粘連的發(fā)生是由于粘合劑和材料表面原子和/或分子間的強(qiáng)力作用。粘合力是離子鍵，共價(jià)鍵，氫鍵結(jié)合偶極相互作用鍵以及范德華力。結(jié)合力的強(qiáng)弱程度和效力范圍已經(jīng)由Allen (1990)總結(jié)概述。
　　飼料的流變學(xué)特性
　　不同飼料原料的流變學(xué)和功能特征取決于它們的物理結(jié)構(gòu)（結(jié)晶與非晶態(tài)）和化學(xué)成分。材料被加熱是通過第一或第二階玻璃化轉(zhuǎn)化或第一和第二階混合轉(zhuǎn)化完成的。晶體材料（如糖）只能通過第一階轉(zhuǎn)化。半結(jié)晶材料（如淀粉）可先于第一階轉(zhuǎn)化通過第二階轉(zhuǎn)化。非結(jié)晶材料（如纖維素，木質(zhì)素）只表現(xiàn)出第二階轉(zhuǎn)化。在非晶體區(qū)域的聚合物開始松軟或變?yōu)閯?dòng)態(tài)的溫度被定義為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
　　一些物質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)報(bào)道了，如淀粉(Zeleznak和 Hoseney, 1987); 小麥面筋(Slade, 1984; Hoseney等, 1986),以及玉米面筋 (Lawton, 1992)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與水分呈負(fù)相關(guān)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)中的水分增加時(shí)，物質(zhì)變?yōu)榱鲃?dòng)的溫度也上升了。飼料成分的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于調(diào)質(zhì)過程(70-90° C)的常規(guī)溫度，這時(shí)濕度為15-18%。這表明在調(diào)質(zhì)和造粒過程中飼料原料開始流動(dòng)，流動(dòng)物質(zhì)的數(shù)量和位置取決于水分溫度和位置（顆粒表明或內(nèi)部）。
　　據(jù)報(bào)道，總顆粒淀粉糊化度以及淀粉的破換程度與顆粒質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(Stevens, 1987; Lopez, 1993)。淀粉破解程度被認(rèn)為是低溫調(diào)質(zhì)時(shí)顆粒表面效果好一些。然而，當(dāng)調(diào)質(zhì)溫度增加時(shí)，淀粉破壞程度降低了，這表明破壞主要是由于環(huán)模表面和淀粉之間的機(jī)械剪切，而不單單是由于熱液提升。
　　Woods (1987)檢驗(yàn)了淀粉和蛋白在顆粒飼料加工中的功能作用。與熱變性大豆粕相比，原料中大豆片的添加提高了顆粒質(zhì)量。此外，預(yù)膠化淀粉比生淀粉改善了顆粒質(zhì)量 Briggs等(1999).。Woods斷定粗蛋白比淀粉有對(duì)顆粒質(zhì)量較大的影響。這個(gè)發(fā)現(xiàn)由最近的Briggs（1999）證實(shí)。
　　數(shù)據(jù)表明糊化淀粉的水平可能是沒有膠化淀粉的位置重要。很明顯，顆粒飼料表面的糊化度是使顆粒內(nèi)部結(jié)合，形成強(qiáng)壯、耐用顆粒的關(guān)鍵。顆粒界面與蛋白增塑相關(guān)的淀粉糊化度將會(huì)使聚合物擴(kuò)散到淀粉顆粒和蛋白分子之間，從而導(dǎo)致粘到顆粒上。

	粉料				造粒
	階段		豬頭	ADG	ADFI	G/F	ADG	ADFI	G/F	評(píng)論
Gill 和Oldfield(1965)	生長(zhǎng)/育肥		32	0.98	3.13	0.31	1.02	2.92	0.35	不良顆?？隙〞?huì)影響性能
Jensen 和Becker(1965)	保育料		96	0.27	0.44	0.62	0.24	0.37	0.65	顆粒日糧

NCR 42 (1969) 豬的營(yíng)養(yǎng) (1969)		生長(zhǎng)/育肥	556	0.77		0.31	0.78		0.32	3% ^G/F
Hanke 等(1972)		生長(zhǎng)/育肥	379	0.75	2.52	0.29	0.80		0.31	6%^ADG&G/F
Braid (1973)		保育/育肥	120	0.69		0.27	0.72	2.43	0.30	4%^ADG, 7%^G/F
Tribble 等 (1979)		生長(zhǎng)/育肥	192	0.66	2.54	0.27	0.68		0.29	3%^ADG, 7%^G/F
Tribble et al. (1980)		生長(zhǎng)/育肥	144	0.62	2.35	0.24	0.70	2.6	0.27	12%^ADG&G/F
Harris等 (1980)		生長(zhǎng)/育肥	95	0.61		0.26	0.66	2.18	0.30	顆粒質(zhì)量, 8%^ADG, 15%^G/F
					2.28		0.66	2.51	0.26	不良顆粒質(zhì)量8%^ADG
Tribble 等(1980)		生長(zhǎng)/育肥	120	0.67		0.29	0.71	2.10	0.34	顆粒, 6%^ADG, 17%^G/F
					1.35		0.73	2.16	0.34	顆粒添加結(jié)合劑
Skoch et al. (1983)		保育料	48	0.61	2.79	0.45	0.67	1.36	0.49	9%^ADG &G/F
		生長(zhǎng)/育肥	48	0.75		0.27	0.79	2.89	0.27	5%^ADG
Hanrahan (1984)		生長(zhǎng)/育肥	680				0.486	1.94	0.25	顆粒耐久性, 69%
							0.492	1.94	0.25	顆粒耐久性, 62%
Walker等(1989)		保育			0.31	0.66		0.55	0.73	11%^G/F
Wondra等(1994)		育肥	160	0.96	3.22	0.30	1.00	3.16	0.32	4%^ADG, 6%^G/F