■魯春靈 李軍國(guó) 楊 潔 于紀(jì)賓 梁東亮 蔣萬春*
(1.河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院,河北邯鄲056038;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所,北京100081;3.邯鄲市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)動(dòng)物防疫站,河北邯鄲057151)
隨著減抗和無抗時(shí)代的來臨,以及人們對(duì)環(huán)境污染的關(guān)注,抗生素替代品已廣泛應(yīng)用。發(fā)酵飼料原料不僅可以消除抗?fàn)I養(yǎng)因子、降解蛋白質(zhì)、提高飼料原料營(yíng)養(yǎng)吸收水平、解決動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)性腹瀉,還能補(bǔ)充大量活性益生菌、抑制有害菌的生長(zhǎng)、減少疾病的發(fā)生,大大減少抗生素等藥物類添加劑的使用,改善動(dòng)物健康水平,提高動(dòng)物食品安全性[1]。
發(fā)酵飼料原料是指豆粕、棉粕、菜籽粕等一種或幾種蛋白質(zhì)飼料原料經(jīng)酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌等單一或混合益生菌,在水分30%~45%的固態(tài)狀態(tài)下,通過厭氧或耗氧方式發(fā)酵3~5 d而得[2-3]。一般發(fā)酵飼料原料產(chǎn)品都要經(jīng)過熱氣流烘干處理,使水分降低到12%以下[4],以便于長(zhǎng)期貯存。但是發(fā)酵后的干燥過程很容易讓發(fā)酵菌種失活,降低了發(fā)酵飼料原料的使用價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)附加值[5],發(fā)酵飼料原料的烘干工藝成本也很高,約占加工成本的50%以上[6]。濕態(tài)發(fā)酵飼料原料是指發(fā)酵后不經(jīng)烘干處理,直接使用,以保護(hù)生物活性,提高使用價(jià)值,同時(shí)降低生產(chǎn)成本[7-8]。但是,由于濕態(tài)發(fā)酵原料水分含量高(35%~45%),流動(dòng)性極差,直接投入配合飼料生產(chǎn)線中使用,無法粉碎到成品要求的粉碎粒度,在料倉(cāng)中極易結(jié)拱,很難進(jìn)行自動(dòng)配料,在混合過程中不易分散、容易與極易吸潮的原料瞬間形成不能分散的濕團(tuán),導(dǎo)致混合粉料水分分布不均勻,制成的顆粒某點(diǎn)水分高易引起霉變[9]。同時(shí),由于濕態(tài)發(fā)酵原料水分含量高,添加后使混合粉料的水分顯著增加,為了不影響顆粒質(zhì)量和制粒效率,在配合飼料中的添加比例受到限制,一般要求添加濕態(tài)發(fā)酵原料后混合粉料的水分含量增加不超過2%。因此,開發(fā)一種濕態(tài)發(fā)酵原料的預(yù)處理工藝,保護(hù)發(fā)酵原料生物活性,提高添加濕態(tài)發(fā)酵原料配合飼料水分的均勻性,降低添加濕態(tài)發(fā)酵原料對(duì)顆粒飼料質(zhì)量和制粒效率的影響非常必要。本研究在相同玉米和濕態(tài)發(fā)酵豆粕預(yù)混合配比下,設(shè)計(jì)4×4雙因素的顆粒飼料加工試驗(yàn),探討濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)顆粒飼料質(zhì)量的影響,供顆粒飼料生產(chǎn)企業(yè)參考。
選擇典型肉雞飼料配方,設(shè)計(jì)4×4雙因素的加工試驗(yàn),研究濕態(tài)發(fā)酵豆粕不同添加比例和預(yù)處理工藝及其交互作用對(duì)顆粒飼料質(zhì)量的影響。其中,濕態(tài)發(fā)酵豆粕的添加比例為4%、6%、8%和10%,預(yù)處理工藝分別為:A:直接添加;B:與玉米粉按3∶7比例混合后添加;C:與玉米粉按3∶7 比例混合、粉碎后添加;D:與玉米粉按3∶7 比例混合、冷制粒、再粉碎后添加。飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見表1。
表1 基礎(chǔ)飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))
采用常規(guī)飼料加工工藝進(jìn)行試驗(yàn),加工參數(shù):原料采用2.5 mm篩片粉碎后混合,調(diào)質(zhì)時(shí)間40 s,調(diào)質(zhì)溫度75 ℃,模孔直徑3 mm、長(zhǎng)徑比5∶1。待調(diào)質(zhì)溫度、制粒機(jī)工作穩(wěn)定后開始取樣,分別取調(diào)質(zhì)前、調(diào)質(zhì)后的混合粉料和制粒后的樣品各3份,所有樣品按規(guī)定進(jìn)行編號(hào),并將冷卻后的顆粒飼料于室溫下(溫度20~25 ℃、濕度50%~60%)進(jìn)行為期98 d的儲(chǔ)存試驗(yàn),每隔14 d取樣,檢測(cè)霉菌總數(shù),觀察是否存在點(diǎn)狀發(fā)霉情況。
1.3.1 水分
參照《飼料中水分的測(cè)定》(GB/T 6435—2014)測(cè)定試樣的水分。
1.3.2 顆粒硬度飼料顆粒硬度采用質(zhì)構(gòu)分析儀(TA.XT2,Surrey,UK)測(cè)定,試驗(yàn)數(shù)據(jù)為隨機(jī)采集20個(gè)樣品的平均值。
1.3.3 顆粒耐久性
將500 g已過篩除去細(xì)粉的樣品放進(jìn)顆粒耐久性測(cè)試裝置中翻轉(zhuǎn)10 min,取出樣品,過篩,稱量剩余的顆粒飼料重量,按下列公式計(jì)算顆粒耐久性(PDI):
PDI(%)=翻轉(zhuǎn)后顆粒料的重量/翻轉(zhuǎn)前顆粒料的重量×100
1.3.4 成型率
從制粒機(jī)出料口接取約5 kg顆粒飼料,冷卻后稱重,選取孔徑為顆粒大小0.8倍篩網(wǎng)過篩后稱重。
成型率(%)=過篩后顆粒飼料重量/冷卻后顆粒飼料重量×100
1.3.5 霉菌總數(shù)
根據(jù)《飼料中霉菌總數(shù)的測(cè)定》(GB/T 13092—2006)測(cè)定。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”形式表示,所有數(shù)據(jù)用軟件IBM SPSS Statistics 20進(jìn)行雙因素方差分析(two-way ANOVA),用Duncan's法多重比較檢驗(yàn)差異的顯著性,顯著性水平為P<0.05,極顯著性水平為P<0.01。
表2 濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)制粒性能的影響
在飼料加工試驗(yàn)中,通過觀察制粒過程,評(píng)價(jià)濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)制粒性能的影響。由表2可知,濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為4%時(shí),制粒機(jī)在4種預(yù)處理工藝下都工作良好;濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為6%時(shí),在A、B預(yù)處理工藝下,制粒機(jī)能正常工作,C、D 預(yù)處理工藝下工作良好;濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為8%時(shí),A 預(yù)處理工藝易堵機(jī),B 預(yù)處理工藝偶爾堵機(jī),C、D 預(yù)處理工藝工作正常;濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為10%時(shí),A、B預(yù)處理工藝嚴(yán)重堵機(jī),C預(yù)處理工藝易堵機(jī),D預(yù)處理工藝偶爾堵機(jī)。
表3 濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)混合粉料調(diào)質(zhì)前水分的影響(%)
表4 濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)混合粉料調(diào)質(zhì)后水分影響(%)
表5 濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)顆粒飼料水分影響(%)
由表3 可知,隨著預(yù)處理工藝變化(A~D),混合粉料調(diào)質(zhì)前水分極顯著降低(P<0.01);隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,混合粉料調(diào)質(zhì)前水分極顯著提高(P<0.01);預(yù)處理工藝和濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例交互作用對(duì)混合粉料水分有極顯著影響(P<0.01)。一般認(rèn)為,飼料調(diào)質(zhì)前水分低于12.5%時(shí),其吸收蒸汽的能力較強(qiáng),調(diào)質(zhì)溫度較高,顆粒質(zhì)量較好[10]。調(diào)質(zhì)前水分過高,會(huì)導(dǎo)致其吸收蒸汽能力下降,調(diào)質(zhì)溫度降低,淀粉糊化和蛋白質(zhì)變性程度降低,進(jìn)而影響顆粒飼料質(zhì)量。本試驗(yàn)中,當(dāng)濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為8%和10%時(shí),A、B 預(yù)處理工藝混合粉料調(diào)質(zhì)前水分在12.57%~13.82%之間。因此,濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為10%時(shí),建議采用D預(yù)處理工藝,添加比例為8%時(shí),C、D預(yù)處理工藝均可。
由表4可知,預(yù)處理工藝對(duì)混合粉料調(diào)質(zhì)后水分影響不顯著(P>0.05);隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,混合粉料調(diào)質(zhì)后水分極顯著提高(P<0.01),預(yù)處理工藝和濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例交互作用對(duì)混合粉料調(diào)質(zhì)后水分有極顯著影響(P<0.01)。一般認(rèn)為,混合粉料調(diào)質(zhì)后水分在15.5%~17.0%時(shí),生產(chǎn)的顆粒飼料質(zhì)量較好,光潔度均勻,粉化率最低,成品料的水分含量可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。本試驗(yàn)中,濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為4%和6%時(shí),混合粉料調(diào)質(zhì)后水分較標(biāo)準(zhǔn)要求較低,添加比例為8%和10%時(shí)符合要求。
由表5可知,隨著預(yù)處理工藝變化(A~D),顆粒飼料水分極顯著降低(P<0.01);隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,顆粒飼料水分極顯著提高(P<0.01);預(yù)處理工藝和濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例交互作用對(duì)顆粒飼料水分無顯著影響(P>0.05)。關(guān)于成品顆粒飼料的水分含量,南方控制在不高于12.5%,北方不高于14%。本試驗(yàn)中,顆粒飼料的水分基本符合要求,但在飼料加工過程中,隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,采用A、B 預(yù)處理工藝時(shí),制粒機(jī)制粒性能降低,很難快速制出光滑、成型好的顆粒飼料,尤其是添加比例為10%時(shí),由于含水量過高,制粒機(jī)嚴(yán)重堵機(jī)。因此,在濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例較高時(shí),采用D預(yù)處理工藝制粒,顆粒飼料水分符合要求,制粒效率較高。
由表6 可知,隨著預(yù)處理工藝變化(A~D),硬度極顯著升高(P<0.01);隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,硬度極顯著降低(P<0.01);二者交互作用對(duì)硬度無顯著影響(P>0.05)。
由表7可知,預(yù)處理工藝對(duì)顆粒飼料耐久性無顯著影響(P>0.05),隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,顆粒飼料耐久性極顯著升高(P<0.01),二者交互作用對(duì)顆粒飼料耐久性無顯著影響(P>0.05)。
表6 濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)顆粒飼料硬度影響(N)
表7 濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)顆粒飼料耐久性影響(%)
表8 濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)顆粒飼料成型率影響(%)
由表8可知,隨著預(yù)處理工藝變化(A~D),成型率極顯著提高(P<0.01);隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,成型率先升高再降低,添加量為8%時(shí),成型率最高;二者交互作用對(duì)成型率有極顯著影響(P<0.01)。
根據(jù)顆粒飼料通用技術(shù)條件(GB/T 16765—1997)可知肉雞顆粒料含粉率應(yīng)低于10%,本試驗(yàn)中顆粒飼料的顆粒耐久性均在90%以上,成型率在96%以上,硬度在40~57 N之間,與馬世峰等[11]研究結(jié)果相似,以上三個(gè)顆粒指標(biāo)均符合顆粒質(zhì)量要求,但在飼料加工過程中,隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,A、B、C 預(yù)處理工藝下,制粒機(jī)開始出現(xiàn)堵機(jī)現(xiàn)象,影響了顆粒飼料制粒性能,因此建議采用D預(yù)處理工藝進(jìn)行顆粒飼料加工。
室溫條件下,預(yù)處理工藝、濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)霉菌總數(shù)的影響見表9。由表9 可知,隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)和濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,霉菌總數(shù)有升高趨勢(shì),濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為4%、6%、8%、10%時(shí),四種預(yù)處理工藝加工的顆粒料均能安全儲(chǔ)存的時(shí)間分別為84、70、42、42 d;濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為4%時(shí),B、C、D 預(yù)處理工藝生產(chǎn)的顆粒飼料的保質(zhì)期為90 d 以上,A 預(yù)處理工藝在98 d時(shí)發(fā)霉;添加比例為6%時(shí),B、D預(yù)處理工藝可保質(zhì)90 d 以上,C、A 預(yù)處理工藝分別在84 d 和98 d 時(shí)發(fā)霉;添加比例為8%時(shí),C 預(yù)處理工藝在56 d 時(shí)發(fā)霉,B 預(yù)處理工藝在84 d 時(shí)發(fā)霉,A、D 預(yù)處理工藝在98 d 時(shí)發(fā)霉;添加比例為10%時(shí),A、B、C 預(yù)處理工藝在56 d時(shí)發(fā)霉,D預(yù)處理工藝儲(chǔ)存至84 d時(shí)發(fā)霉。
在飼料加工過程中,適宜的水分含量有利于制粒,能提高顆粒飼料產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率,降低加工成本。相關(guān)研究表明,調(diào)質(zhì)前粉料的水分含量在12.5%左右[10];調(diào)質(zhì)后入模物料的水分含量在15.0%~16.5%之間比較合理[12],生產(chǎn)的顆粒飼料加工質(zhì)量較好,光潔度均勻,粉化率低,同時(shí)能耗也較低,最終產(chǎn)品的水分含量也易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求(一般加工后顆粒飼料的水分應(yīng)不高于12.5%)。
調(diào)質(zhì)前水分如果高于12.5%,調(diào)質(zhì)時(shí)又想添加蒸汽達(dá)到合適的調(diào)質(zhì)溫度,調(diào)質(zhì)后水分就會(huì)升高,混合粉料就會(huì)在制粒機(jī)中打滑并堵機(jī)。在本試驗(yàn)中,濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例達(dá)到8%時(shí),A、B 兩種預(yù)處理工藝調(diào)質(zhì)前水分大于12.5%,A 預(yù)處理工藝甚至超過了13%,制粒機(jī)出現(xiàn)堵機(jī)現(xiàn)象,B 預(yù)處理工藝偶爾堵機(jī);添加比例達(dá)到10%,A、B、C預(yù)處理工藝調(diào)質(zhì)前水分都超過了12.5%,A、B預(yù)處理工藝調(diào)質(zhì)前水分超過13%,A 預(yù)處理工藝下接近14%,A、B 預(yù)處理工藝下制粒機(jī)出現(xiàn)了嚴(yán)重堵機(jī)的現(xiàn)象,C預(yù)處理工藝堵機(jī),D預(yù)處理工藝水分低于12.5%,偶爾堵機(jī)。以上結(jié)果表明,預(yù)處理工藝對(duì)調(diào)質(zhì)前水分有顯著性影響。這是因?yàn)?,玉米與濕態(tài)發(fā)酵豆粕進(jìn)行預(yù)混合時(shí),玉米可以吸附濕態(tài)發(fā)酵豆粕的水分,制成半干濕混合粉料,提高流動(dòng)性和水分分布的均勻性,制粒和粉碎過程中也會(huì)損失一部分水分[13-15]。本試驗(yàn)中,添加比例為4%和6%調(diào)質(zhì)后水分均小于15.5%,制粒效果不理想;添加比例為8%和10%時(shí),A、B 預(yù)處理工藝符合要求,C、D 預(yù)處理工藝較理想含水量相差很小。顆粒飼料的水分基本符合要求,但在飼料加工過程中,隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,采用A、B 預(yù)處理工藝的制粒性能降低,尤其是添加比例為10%時(shí),由于含水量過高,制粒機(jī)嚴(yán)重堵機(jī)。
表9 預(yù)處理工藝、濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)霉菌總數(shù)的影響(lgcfu/g)
顆粒質(zhì)量重要的指標(biāo)有硬度、耐久性、成型率等。Muramatsu[16]研究表明,水分對(duì)顆粒質(zhì)量影響占影響因素的16%,增加水分含量會(huì)提高顆粒飼料耐久性,與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。硬度為40~57 N 在正常范圍內(nèi)[17-19],成型率在97%以上符合顆粒質(zhì)量要求。本試驗(yàn)中,濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝對(duì)顆粒飼料質(zhì)量的影響,主要是通過改變混合粉料的水分進(jìn)而改變顆粒飼料的質(zhì)量,但硬度、顆粒耐久性、成型率均在正常范圍內(nèi),符合顆粒質(zhì)量要求,但隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,A、B 兩種簡(jiǎn)單的預(yù)處理工藝在制粒時(shí)制粒機(jī)會(huì)發(fā)生堵機(jī)和嚴(yán)重堵機(jī)現(xiàn)象,C預(yù)處理工藝在添加比例為8%時(shí),能夠正常工作,但是在添加比例為10%時(shí)也發(fā)生了堵機(jī)現(xiàn)象。D 預(yù)處理工藝將濕態(tài)發(fā)酵豆粕與玉米粉混合后經(jīng)過粉碎、冷制粒成型,使飼料原料緊密接觸,有利于水分進(jìn)一步擴(kuò)散均勻,最后成型顆粒再經(jīng)冷卻、粉碎使混合料的水分降低2.0~2.5 百分點(diǎn),在提高濕態(tài)發(fā)酵豆粕在配合飼料中的添加比例的同時(shí)還能提高顆粒飼料質(zhì)量。
飼料儲(chǔ)存期間水分含量、水分活度和溫度是霉變的主要環(huán)境因素[20-21],水分活度大于0.65,水分含量大于15%,會(huì)誘發(fā)飼料霉變[22-24]。濕態(tài)發(fā)酵豆粕的黏稠特性導(dǎo)致它在與其他原料混合過程中出現(xiàn)混合不均勻的問題,混合粉料混合不均會(huì)導(dǎo)致飼料點(diǎn)狀發(fā)霉,這在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)給飼料企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本試驗(yàn)中,隨著濕態(tài)豆粕添加比例的提高,保質(zhì)期逐漸縮短,說明較高的水分含量會(huì)促進(jìn)微生物的生長(zhǎng),從而影響飼料儲(chǔ)存時(shí)間[25]。同一儲(chǔ)存時(shí)間,濕態(tài)發(fā)酵豆粕相同添加比例,當(dāng)A、B、C預(yù)處理工藝下的顆粒飼料發(fā)霉時(shí),D 預(yù)處理工藝未發(fā)霉;甚至當(dāng)?shù)吞砑颖壤腁、B、C預(yù)處理工藝發(fā)霉時(shí),濕態(tài)發(fā)酵豆粕高添加比例的D預(yù)處理工藝也未發(fā)霉,說明改變預(yù)處理工藝可以提高顆粒飼料水分均勻性,延長(zhǎng)顆粒飼料的保質(zhì)期。同時(shí),飼料儲(chǔ)存至98 d時(shí),霉菌數(shù)下降,可能是因?yàn)轱暳现兴只疃冉档?,抑制了霉菌繁殖[26]。
①濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為4%和6%時(shí),在簡(jiǎn)單的預(yù)處理工藝(A、B)下,制粒機(jī)也可以正常工作;添加比例提高到8%時(shí),簡(jiǎn)單的預(yù)處理工藝下,制粒機(jī)堵機(jī)無法制粒,預(yù)處理工藝C、D下,可以正常制粒;添加比例提高到10%時(shí),預(yù)處理工藝A、B、C下,制粒機(jī)堵機(jī)嚴(yán)重,無法制粒,預(yù)處理工藝D下,能制造出顆粒但偶爾堵機(jī)。
②不同的濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例和預(yù)處理工藝下,顆粒飼料的耐久性、成型率和硬度均符合顆粒質(zhì)量要求,但在飼料加工過程中,隨著濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例的提高,影響了制粒機(jī)的制粒性能,僅可以采用預(yù)處理工藝D進(jìn)行顆粒飼料的加工。
③濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例為4%時(shí),4種預(yù)處理工藝下生產(chǎn)的顆粒飼料均能保質(zhì)84 d,隨著添加比例的提高,顆粒飼料出現(xiàn)點(diǎn)狀發(fā)霉,保質(zhì)期逐漸縮短,預(yù)處理工藝D在4種工藝中保質(zhì)期最長(zhǎng),可達(dá)到70 d以上。
通過濕態(tài)發(fā)酵豆粕與玉米粉按3∶7 比例預(yù)混合、冷制粒、再粉碎預(yù)處理工藝下,濕態(tài)發(fā)酵豆粕添加比例可以提高到10%,同時(shí)延長(zhǎng)了顆粒飼料的儲(chǔ)存時(shí)間,實(shí)現(xiàn)了濕態(tài)發(fā)酵豆粕的高比例添加。