■孫 杰 張 建 李軍國秦玉昌李 俊

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，北京 100081；2.中糧飼料（東臺）有限公司，江蘇東臺 224200）

隨著配合飼料品種的增加和加工質(zhì)量的不斷提高，為了滿足某些特殊高檔仔豬料、寵物飼料等加工工藝的需求，人們越來越重視制粒前道工序——調(diào)質(zhì)處理對物料加工質(zhì)量、營養(yǎng)效應及熱敏性物質(zhì)保持率的影響。目前，人們普遍采用高效調(diào)質(zhì)器、擠壓膨化機及膨脹器提高物料的熟化度。膨脹器是飼料經(jīng)高溫、高壓短時調(diào)質(zhì)處理、擠壓后，以環(huán)形隙口出料，使物料熟化、膨脹的一種飼料加工設備[1-3]，它既可作為強化調(diào)質(zhì)器用于制粒前，對飼料進行短時間的高溫高壓調(diào)質(zhì)處理，也可單獨用來生產(chǎn)膨脹的配合飼料產(chǎn)品，還可以作為預處理設備對飼料原料或配合飼料的大料混合料進行膨脹熟化加工。目前，大料混合料膨脹低溫制粒工藝在乳豬料、斷奶仔豬料生產(chǎn)中逐漸得到了認可和應用，該加工工藝首先將大宗原料配料，然后經(jīng)調(diào)質(zhì)器預處理后進入膨脹器熟化，最后與預混料等混合進行低溫制粒，此加工方式具有提高物料的熟化度、有效消除抗營養(yǎng)因子、保持功能性物質(zhì)活性、提高適口性等特點。

膨脹加工的飼料產(chǎn)品中，淀粉糊化度和容重是反映膨脹效果的重要指標[4]，此外蛋白質(zhì)體外消化率也是評價物料營養(yǎng)價值的關(guān)鍵指標之一[5]。目前膨脹相關(guān)研究主要側(cè)重膨脹器的工作原理，有關(guān)膨脹器作為強調(diào)質(zhì)器應用于仔豬飼料中的研究鮮見報道，膨脹工藝參數(shù)對物料加工質(zhì)量的影響規(guī)律尚未見報道。由于先膨脹再低溫制粒的仔豬料工藝中，膨脹器作為強調(diào)質(zhì)器在提高物料熟化度等方面扮演著重要的角色，對最終產(chǎn)品的質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用，因此需要探討不同膨脹工藝參數(shù)對膨脹產(chǎn)品質(zhì)量的影響規(guī)律。本文重點將調(diào)質(zhì)溫度、環(huán)隙開度、喂料速度三個因素作為變量，以物料的淀粉糊化度、蛋白質(zhì)體外消化率和容重為評價指標，研究膨脹工藝參數(shù)對仔豬料大宗原料混合料加工質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所采用的仔豬飼料大宗原料配方中玉米、小麥、豆粕和膨化大豆的比例分別為46.95%、10.00%、10.00%、3.69%。

1.2 試驗試劑及儀器設備

1.2.1 試劑

脫支酶（amyloglucosidase）：sigma-aldrichA7095-50 ml，酶活力300 units/ml。

胃蛋白酶：酶活力1 200 U/g，國藥集團化學試劑有限公司。

胰蛋白酶：酶活力50 000 U/g，國藥集團化學試劑有限公司。

其他實驗試劑均為分析純。

1.2.2 儀器及加工設備

雙層恒溫培養(yǎng)振蕩器（SPH-2102C）：上海世平實驗設備有限公司。

凱氏定氮儀（Kjeltec2300）：福斯中國有限公司。

SpectraMaxM5多功能酶標儀：上海閃譜生物科技有限公司。

電子容重器（GHCS-1000）：鄭州中谷機械設備有限公司。

膨脹器（SPZL180）：江蘇正昌集團。

1.3 考察指標及檢測方法

1.3.1 淀粉糊化度

參照熊易強（2000）飼料淀粉糊化度（熟化度）的測定方法[6]。

1.3.2 蛋白質(zhì)體外消化率

參照王衛(wèi)國（2000）的方法[7]，并根據(jù)試驗條件加以調(diào)整。

胃蛋白酶活性單位的最適用量為180 U即6 U/ml，胰蛋白酶活性單位的最適用量為100 U即10 U/ml。

1.3.3 容重

參照GB/T 5498-1985方法：糧食、油料檢驗-容重測定法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件進行單因素方差分析（one-way ANOVA）和Duncan氏多重比較檢驗，試驗結(jié)果采用平均值±標準差（mean±SD）表示，P＜0.05為差異顯著。

2 試驗內(nèi)容

2.1 調(diào)質(zhì)溫度試驗

首先保證膨脹器環(huán)隙開度、喂料速度保持不變，通過調(diào)節(jié)蒸汽添加量，分別將調(diào)質(zhì)溫度設定在75、80、85、90℃，研究調(diào)質(zhì)溫度對大宗原料混合料的淀粉糊化度、蛋白體外消化率及容重的影響規(guī)律。試驗結(jié)束時采用游標卡尺測的環(huán)隙開度為2.2 cm。

2.2 環(huán)隙開度試驗

調(diào)質(zhì)溫度設定在85～90℃之間，喂料速度保持不變，通過調(diào)節(jié)膨脹器環(huán)隙開度（2.6、2.3、1.9、1.5 cm），研究環(huán)隙開度對大宗原料混合料的淀粉糊化度、蛋白質(zhì)體外消化率及容重的影響規(guī)律。

2.3 喂料速度試驗

調(diào)質(zhì)溫度設定在85～90℃之間，環(huán)隙開度保持不變，通過調(diào)節(jié)喂料速度（30、35、40、45、50 Hz），研究喂料速度的大小對大宗原料混合料的淀粉糊化度、蛋白質(zhì)體外消化率及容重的影響規(guī)律。試驗結(jié)束時采用游標卡尺測的環(huán)隙開度為2.5 cm。

2.4 工藝流程、工藝參數(shù)及取樣點

玉米、豆粕等→粉碎→配料→混合→調(diào)質(zhì)→膨脹，此工藝中，粉碎篩孔直徑2.0 mm，物料混合時間為160 s，膨脹器料口溫度100～110℃。

上述試驗均是在大料混合后、調(diào)質(zhì)后和膨脹后取樣（四分法取樣）。每個樣品分別取樣4次，每次不少于2 kg。

3 結(jié)果與分析

3.1 調(diào)質(zhì)溫度對物料加工質(zhì)量的影響

3.1.1 調(diào)質(zhì)溫度對物料淀粉糊化度的影響(見表1)

表1 不同調(diào)質(zhì)溫度對物料淀粉糊化度的影響

由表1可以看出，隨著調(diào)質(zhì)溫度的升高，調(diào)質(zhì)料的糊化度呈現(xiàn)上升的趨勢，調(diào)質(zhì)溫度為90℃時，物料的糊化度顯著高于80℃和85℃組的糊化度（P＜0.05），但是當調(diào)質(zhì)溫度為75℃時物料糊化度反而偏高，分析原因可能是由于實際生產(chǎn)及取樣過程中誤差導致的；膨脹料的糊化度是隨著調(diào)質(zhì)溫度的升高逐漸升高的，當調(diào)質(zhì)溫度分別為85、90℃時，膨脹料的糊化度沒有呈現(xiàn)顯著性的差異（P＞0.05），但是卻顯著高于75℃組膨脹料的糊化度（P＜0.05），調(diào)質(zhì)溫度80℃和85℃組的膨脹料的糊化度沒有顯著性的差異（P＞0.05）?？傊?，混合料經(jīng)調(diào)質(zhì)后，糊化度升高7%左右，物料膨脹后，糊化度升高35%左右，經(jīng)調(diào)質(zhì)膨脹后物料的糊化度均達到60%以上。

3.1.2 調(diào)質(zhì)溫度對物料蛋白質(zhì)體外消化率的影響(見表2)

表2 不同調(diào)質(zhì)溫度對物料蛋白質(zhì)體外消化率的影響

由表2可知，隨著調(diào)質(zhì)溫度的升高，調(diào)質(zhì)料的蛋白質(zhì)體外消化率先提升后降低，當調(diào)質(zhì)溫度為80℃時，調(diào)質(zhì)料的蛋白質(zhì)體外消化率最高，且顯著高于90℃組（P＜0.05），75、80℃和85℃組的蛋白質(zhì)體外消化率差異不顯著（P＞0.05）；各溫度組膨脹料的蛋白質(zhì)體外消化率差異不顯著（P＞0.05），但調(diào)質(zhì)溫度為75℃時，膨脹物料的蛋白質(zhì)體外消化率最高?；旌狭辖?jīng)調(diào)質(zhì)膨脹后，蛋白質(zhì)體外消化率提高6%左右。

3.1.3 調(diào)質(zhì)溫度對物料容重大小的影響(見表3)

表3 不同調(diào)質(zhì)溫度對物料容重的影響

由表3可以看出，調(diào)質(zhì)溫度的變化對調(diào)質(zhì)料的容重并沒有產(chǎn)生顯著性的影響（P＞0.05）；當調(diào)質(zhì)溫度為85℃和90℃時，膨脹料的容重顯著低于75℃和80℃組（P＜0.05），與膨脹料糊化度的變化趨勢幾乎是成負相關(guān)的，原因是膨脹器的高溫、高壓的強處理，使物料的熟化程度增加，進而糊化度升高，容重降低。物料經(jīng)過調(diào)質(zhì)和膨脹后，大料混合料的容重降低了大約45 g/l。

3.1.4 膨脹物料淀粉糊化度和容重的相關(guān)性分析(見圖1)

由圖1可知，膨脹物料的淀粉糊化度和容重有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.966 8。

3.2 膨脹器環(huán)隙開度對物料質(zhì)量的影響

膨脹器環(huán)隙開度對大宗原料的加工質(zhì)量有著重要的影響。首先保持調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)溫度85～90℃，逐漸縮小環(huán)隙開度，膨脹腔內(nèi)的壓力增大，電流飆升，并重復出現(xiàn)堵機現(xiàn)象，因此為了保證膨脹腔內(nèi)的壓力一致，當開度調(diào)節(jié)到1.9 cm時，喂料速度降低至24 Hz。實驗結(jié)束時采用游標卡尺量得環(huán)隙開度分別為2.6、2.3、1.9、1.5 cm。并實時記錄加工參數(shù)(見表4)。

圖1 膨脹物料的淀粉糊化度和容重的相關(guān)性分析

表4 工藝參數(shù)實時記錄

3.2.1 環(huán)隙開度對物料淀粉糊化度的影響(見表5)

表5 環(huán)隙開度對物料淀粉糊化度的影響

由表5可知，環(huán)隙開度和喂料速度的變化對調(diào)質(zhì)料的糊化度均沒有顯著性的影響（P＞0.05）；同一喂料速度下，環(huán)隙開度降低，膨脹物料糊化度升高；環(huán)隙開度為1.9 cm和1.5 cm時，膨脹料糊化度顯著高于環(huán)隙開度為2.6 cm和2.3 cm時的糊化度(P＜0.05)。

3.2.2 環(huán)隙開度對物料蛋白質(zhì)體外消化率的影響(見表6)

表6 環(huán)隙開度對物料蛋白質(zhì)體外消化率的影響

由表6可知，隨著環(huán)隙開度的變化，膨脹料和調(diào)質(zhì)料的蛋白質(zhì)體外消化率變化均不顯著（P＞0.05）。

3.2.3 環(huán)隙開度對物料容重的影響(見表7)

表7 環(huán)隙開度對物料容重的影響

由表7可知，隨著環(huán)隙開度的變化，調(diào)質(zhì)料的容重變化不顯著（P＞0.05）；同一喂料速度下，環(huán)隙開度為2.6 cm和2.3 cm時，膨脹物料的容重沒有顯著性差異（P＞0.05），當喂料速度降至24 Hz時，環(huán)隙為1.5 cm時容重顯著低于1.9 cm組（P＜0.05）；膨脹物料容重的變化與淀粉糊化度的變化趨勢幾乎一致。

3.2.4 膨脹物料淀粉糊化度和容重的相關(guān)性分析(見圖2)

圖2 膨脹物料的淀粉糊化度和容重的相關(guān)性分析

由圖2可知，膨脹物料的淀粉糊化度和容重有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.925 2。

3.3 喂料速度對物料加工質(zhì)量的影響

3.3.1 喂料速度對物料淀粉糊化度的影響(見表8)

表8 喂料速度對物料淀粉糊化度的影響

由表8可知，喂料速度對調(diào)質(zhì)料的糊化度沒有顯著的影響（P＞0.05）；隨著喂料速度的增加，膨脹物料的糊化度并沒有呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，但是當喂料速度為35、40、50 Hz時，糊化度是逐漸升高的，并且當喂料速度為50 Hz，糊化度顯著高于其他兩組（P＜0.05）。

3.3.2 喂料速度對物料蛋白質(zhì)體外消化率的影響(見表9)

表9 喂料速度對物料蛋白質(zhì)體外消化率的影響

由表9可知，喂料速度的變化使調(diào)質(zhì)料的蛋白質(zhì)體外消化率呈現(xiàn)無規(guī)律的變化，喂料速度為35 Hz時，蛋白質(zhì)體外消化率最高；喂料速度為50 Hz時，膨脹料蛋白質(zhì)體外消化率急劇下降（P＜0.05），30、35、40、45 Hz組的膨脹料的蛋白質(zhì)體外消化率差異不顯著（P＞0.05）。

3.3.3 喂料速度對物料容重的影響(見表10)

表10 喂料速度對物料容重的影響

由表10可知：隨著喂料速度的增大，物料容重顯著性降低（P＜0.05）。

4 討論

4.1 調(diào)質(zhì)溫度對物料加工質(zhì)量的影響

玉米、豆粕等大宗原料在膨脹前，必須要經(jīng)過蒸汽調(diào)質(zhì)，使物料含水率控制在16%～25%，物料經(jīng)過調(diào)質(zhì)后，熟化度提高，同時也輔助加強了膨脹工段的作用，因此研究調(diào)質(zhì)溫度對物料糊化度的影響對提高物料的質(zhì)量具有重要的意義。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著調(diào)質(zhì)溫度的升高，調(diào)質(zhì)料和膨脹料的糊化度顯著提高。調(diào)質(zhì)料糊化度升高的原因是在同一喂料速度下，增加蒸汽的流量從而提高物料的調(diào)質(zhì)溫度，此時，在相同的物料表面積下，接觸的蒸汽越多，熟化效果越好，糊化度越高。Ganjyal等[8]對淀粉擠壓膨脹現(xiàn)象研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，淀粉分子間氫鍵斷裂，有序的結(jié)構(gòu)被打亂，形成了疏松多孔的氣室結(jié)構(gòu)，溫度越高這種無序膨脹的程度越大，反映在微觀上即淀粉糊化度的上升。Lundblad等[9-11]研究表明，雖然膨脹加工物料的過程輸入大量的機械能，使物料經(jīng)過強有力的水熱處理，但是物料的淀粉糊化度只得到適度的提高，試驗結(jié)果略低于本試驗中膨脹物料糊化度的數(shù)值。宋曉旻[12]在膨脹加工方式及其對飼料營養(yǎng)價值的影響中報道，物料經(jīng)過110℃膨脹后，物料的糊化度可以達到60%。

混合料經(jīng)過調(diào)質(zhì)膨脹后蛋白質(zhì)體外消化率升高是因為蛋白質(zhì)經(jīng)過熱處理和剪切作用后表現(xiàn)出相當程度的伸展變形，破壞了其中的ɑ-螺旋結(jié)構(gòu)，導致蛋白質(zhì)變性，氨基酸殘基暴露有利于蛋白酶的水解。但是，調(diào)質(zhì)溫度大于80℃時，調(diào)質(zhì)料的蛋白質(zhì)體外消化率下降，可能是物料中某些氨基酸與還原糖發(fā)生美拉德反應，從而降低蛋白質(zhì)的消化率，這與本實驗室前期的研究結(jié)果是一致的。

物料經(jīng)過調(diào)質(zhì)和膨脹后，大料混合料的容重降低了大約45 g/l。有研究表明：乳豬料經(jīng)出口端為110℃左右的溫度膨脹后，產(chǎn)品容重與膨脹前相比降低了20%左右，本文中膨脹物料容重較調(diào)質(zhì)前降低較??；Lundblad實驗得出，仔豬物料經(jīng)膨脹制粒后成品容重為624 g/l，與本文的容重均值620 g/l基本相似。單達聰[13]等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制粒的試驗中發(fā)現(xiàn)容重與淀粉的糊化度密切相關(guān)，通過容重的測定估測其熟化度具有很好的可行性，本研究得出膨脹物料的淀粉糊化度與容重的相關(guān)系數(shù)均大于0.9，同樣可以采用容重估測物料的糊化度。

4.2 環(huán)隙開度對物料加工質(zhì)量的影響

物料在膨脹腔內(nèi)受到擠壓其體積迅速縮小，同時受螺桿的剪切作用，物料的壓力和溫度迅速升高，在接近出料口時壓力達到最高點，物料擠出時壓力驟然降低并且水分發(fā)生閃蒸，膨脹后的物料呈團狀，絮狀或粗屑狀[14-15]。環(huán)隙出料的形狀及環(huán)隙開度不僅影響膨脹器壓力及膨脹物料的最終品質(zhì)，而且對膨脹過程的順利進行也至關(guān)重要。本研究發(fā)現(xiàn)，同一喂料速度下，環(huán)隙開度降低，膨脹料糊化度升高，環(huán)隙開度為1.9 cm和1.5 cm時的膨脹料糊化度顯著高于環(huán)隙開度2.6 cm和2.3 cm組(P＜0.05)，喂料速度降低的前提下，糊化度仍然提高，究其原因是由于喂料速度的降低延長了物料在膨脹腔內(nèi)的滯留時間及其小環(huán)隙出料?？讓ξ锪系臄D壓作用。隨著環(huán)隙開度的變化，膨脹料和調(diào)質(zhì)料的蛋白質(zhì)體外消化率變化均不顯著（P＞0.05）。膨脹物料容重的變化與淀粉糊化度的變化趨勢幾乎一致，相關(guān)系數(shù)為0.93。目前研究中尚未有環(huán)隙開度對物料加工質(zhì)量影響的報道，但是，不難看出隨著環(huán)隙開度的縮小，膨脹器的生產(chǎn)率下降、動力消耗上升，因而在滿足物料糊化度和營養(yǎng)指標的前提下，企業(yè)應當意識到膨脹器環(huán)隙的重要性，在實際生產(chǎn)中合理地選用環(huán)隙開度。

4.3 喂料速度對物料加工質(zhì)量的影響

喂料速度的大小與生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量密切相關(guān)，但是產(chǎn)量與產(chǎn)品的質(zhì)量并不一定成正比關(guān)系。本試驗中隨著喂料速度的增加，膨脹物料的糊化度并沒有呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，但是當喂料速度為35、40、50 Hz時，糊化度是逐漸升高的，并且當喂料速度為50 Hz，糊化度顯著高于其他兩組（P＜0.05）。原因是由于同一環(huán)隙開度下，由于喂料速度增大使得機筒填充度增大，螺桿對物料的剪切力、物料與物料之間的擠壓力、環(huán)隙對物料的擠壓力增加等疊加作用的結(jié)果，并且剪切力和擠壓力占主導地位。擠壓膨化工藝研究有類似的報道，Chinnaswamy等[16]研究擠壓玉米淀粉時發(fā)現(xiàn)實際生產(chǎn)中，如果進料量過小，模頭處不易形成穩(wěn)定的料流，擠出成形不穩(wěn)定；如果進料量太大，易超出擠壓機的加工能力，導致機器堵塞甚至發(fā)生危險。

喂料速度的變化導致蛋白質(zhì)體外消化率呈現(xiàn)無規(guī)律的變化，原因可能是由于蒸汽供應不是很穩(wěn)定，不同喂料速度下，物料受熱面積不均勻，因此物料的蛋白質(zhì)體外消化率會有些許波動。

5 結(jié)論

①隨著調(diào)質(zhì)溫度的升高，膨脹料的糊化度逐漸升高，膨脹后物料的糊化度均達到60%；混合料經(jīng)調(diào)質(zhì)膨脹后，蛋白質(zhì)體外消化率提高6%左右，其中75℃時膨脹物料蛋白質(zhì)體外消化率最高。根據(jù)節(jié)能降耗的要求，調(diào)質(zhì)溫度選擇不宜過高，75～80℃為宜。

②環(huán)隙開度對膨脹物料的最終品質(zhì)有著至關(guān)重要的作用，環(huán)隙開度縮小，膨脹物料糊化度顯著升高。生產(chǎn)過程中應合理控制膨脹器間隙，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上減少賭機現(xiàn)象的發(fā)生，建議環(huán)隙開度選擇2.0～2.5 cm。

③隨著喂料速度的增加，膨脹物料的糊化度呈現(xiàn)升高的趨勢。

綜合考慮物料的加工質(zhì)量，初步認為仔豬大宗原料混合料膨脹的較優(yōu)工藝參數(shù)為調(diào)質(zhì)溫度75～80℃，環(huán)隙開度2.0～2.5 cm，喂料速度35～45 Hz。但調(diào)質(zhì)溫度、環(huán)隙開度和喂料速度的交互作用還有待研究。