水产动物微颗粒饲料的研制

水产动物微颗粒饲料的研制

1人工开口饵料主要适应水产水产养殖业发展的必要性通常，水生动物的卵在成熟后通过脱膜繁殖形成幼苗。幼苗开口摄食期,采用合适的投喂方法,投喂营养全面、适口性好、可消化性好的外源饵料,保持良好的水质,对幼苗的存活、生长非常重要。我国传统的水产幼苗培育主要使用的是生物饵料,如微藻、轮虫、卤虫幼体等,并辅以一些代用饵料(鸡蛋黄、豆浆等)。随着养殖业的迅猛发展,育苗规模扩大,饵料的需求量不断增加。生物饵料的培养易受设备条件、培养技术、自然资源波动的影响和限制而供不应求,代用饵料由于营养单一,易污染水质,不宜大量使用。因此,配制营养全面、适口的人工开口饵料,达到水产苗种培育的优质、高产、低消耗,是水产养殖业发展的必然趋势和关键之一。人工开口饵料也叫做微颗粒饲料,它根据苗种的生活习性、生理机能及不同生长期的营养需求进行加工,同时还需满足微粒饲料的悬浮性、水中稳定性、低溶性、易消化吸收及不同粒度等要求。饵料颗粒的大小随苗种的生长要逐渐加大,一般粒径从50μm过渡到1000μm,就可以转食普通的颗粒饲料。微粒饲料的加工有多种方法,如喷雾干燥法、粘合破碎法、相分离-复凝聚法、滚筒干燥法、界面聚合法等,这些方法都存在一定的局限性,不能完全满足水产养殖的需求。挤出滚圆法是国内外广泛应用的微粒制备方法,此方法具有制粒效率高、颗粒粒度均匀、圆整度好、致密度较高、表面光滑等优点,微粒直径由挤出孔板决定,最小生产粒径可达到0.3mm,可以将其用于微粒饲料的制备,适用于饲喂开口后期鱼苗。2原料的工序和工艺流程利用挤出滚圆法制备水产动物微颗粒饲料的工序包括原料超微粉碎、二次配料混合、制备软材、挤出成型、离心滚圆、干燥/包衣等,工艺流程如下图所示。2.1超微粉碎技术根据饵料配方将需要超微粉碎的物料先进行粗粉碎、微粉碎,再按照配方对已微粉碎的原料进行配料混合,混合均匀后一起进行超微粉碎。超微粉碎的最终粒径根据养殖品种决定。为了满足原料超微粉碎的需要,提高粉碎效率,该工序需要配备粗粉碎机、微粉碎机、混合机和超微粉碎机,型号规格可根据生产率和粉碎粒度要求从饲料机械制造企业选购。2.2微胶囊的制备经超微粉碎的混合料按批次称量投入到混合机,再根据配方添加一定比例的油脂和预混料进行混合,混合均匀后加入适量的粘合剂水溶液,充分混和均匀制成软材,达到适度粘弹性和塑性。该工序需要配备湿法混合机、粘合剂溶液配制设备和液体计量输送设备。湿法混合机应保证将超微粉碎混合料与预混料、油脂混合均匀后再与后加入的粘合剂溶液混合,应具有混合均匀时间短、制得软材满足挤压成型工序需要,排料干净无残留。粘合剂配制设备应保证粘合剂在溶剂中充分溶解,并通过液体计量输送设备按每批需要的添加量送入湿法混合机。2.3螺杆挤出物的送料、送料方式将混合好的软材送入挤出机中,在挤出螺杆推力作用下进入挤压仓,经过挤压器的挤压通过均匀分布一定孔径的板孔,在重力作用下自动断裂形成致密的、长短不一的、表面光滑的圆柱状挤出物。该工序需要配备的螺杆式挤出机按螺杆数量分为单螺杆及双螺杆挤条机;按出料方式分为前挤出及侧挤出。单螺杆靠摩擦送料,双螺杆靠泵送原理送料;前挤出机出力大,侧挤出机出力小;物料难输送的可采用双螺杆,易输送可采用单螺杆,二者产量差不多(直径相同);希望料条密度大一些采用前挤出,密度小一点采用侧挤出。螺杆挤出机挤出的物料条密度大于摇摆式制粒机和旋转式制粒机,是滚圆的最佳挤出方式,所得微粒利于后续干燥、包衣等。2.4旋转式调湿机将经挤出机挤出的条状物料根据滚圆机的处理量按批次加入其中,在滚圆机特殊齿板及其摩擦力、离心力作用下先断裂成许多与直径大致相同长度的小段,再在高速旋转的滚圆盘上结合软材自身的粘结力和凝聚力滚制成圆球状颗粒。该工序主要设备是滚圆机,滚圆机的关键部件是滚圆盘,根据不同的物料选择不同的滚圆盘。用摇摆式制粒机及旋转式制粒机制得的料条最好用光滑圆盘,否则易碎,粉料多;用螺杆挤条机制得的料条用带齿圆盘,可得致密微丸。2.5贮藏期间颗粒的制备滚圆后制成的球状颗粒水分含量高,很柔软,必须进行干燥使其具有一定硬度、球形度和机械特性,同时使其达到安全贮藏水分,便于保存。为了提高微粒的耐水性,在颗粒干燥达到一定水分后可直接进行包衣。该工序一般选用流化床制粒包衣机,可在同一设备内完成干燥、包衣作业。3在养鱼工业生产中的应用评价微粒饲料质量的指标有很多,包括微粒粒径、密度、硬度、耐水性(溶失率)、悬浮性、可消化性、诱食性、营养是否全面等。其中与鱼苗的生长与存活紧密相关的是营养和溶失率这两个指标。营养是否全面主要是由配方决定的,溶失率的控制则需要通过加工工艺来实现。溶失率越低,对水质的破坏就越小,营养成分也保留的更全面。4饲料配方对粒径的影响由挤出滚圆法制备微颗粒饲料的工艺与设备分析可以看出,影响微粒饲料质量的因素很多,主要包括饵料配方原料组成及特性、超微粉碎粒度、软材制备(粘合剂类型及添加量、润湿剂水的添加量、混合方式)、挤出成型(挤出机类型、挤出速度、模板孔径)、滚圆条件(滚圆转速、滚圆时间和滚圆机载料量)、干燥方法等,这些因素都直接或间接影响着微粒饲料的特性。4.1添加剂的使用。在饲料中,各原料都物料流变性/机械特性对工艺过程和产品质量都有一定影响。早期研究发现物料流变学性质对挤出操作和挤出物质量有重要影响,物料的组成不同,其流变学性质不同。制备微粒饲料的原料一般有鱼粉、淀粉、油脂、和各种添加剂。要使颗粒在水中保持稳定,物料就要紧密粘结在一起,粘结力由原料中具有粘性的物料或者粘合剂来提供。一般颗粒饲料加工,可利用淀粉糊化后具有一定粘性成型,但挤出滚圆法制备微颗粒饲料加工温度很低,不到60℃,淀粉在该温度下不能糊化,即使使用淀粉也要加入适量的粘合剂。若使用预糊化淀粉或者糊精替代淀粉则可不加粘合剂。鱼粉是微粒饲料中重要的原料,但是鱼粉的粘性很差,也需要靠粘合剂的粘结力才能团聚在一起。总之,要根据制备微粒饲料的各种原料来确定是否添加粘合剂或者添加多少粘合剂,最终使挤出物成均匀光滑面条状。4.2粉碎微粒饲料对于水产动物幼体,初始原料粉碎粒度越小,混合越均匀,营养分布就越均衡,也越利于幼体的消化和吸收。一般利用挤出滚圆法制备0.4mm的微颗粒饲料要求将原料粉碎到200~300目,这样不仅可满足苗种生长需要,还有利于微粒的制备。初始物料的粉碎粒度对湿料的挤出特性、流变性及微颗粒的圆整度、粒度分布均有很大影响,由较小粒度的原料制成的微颗粒圆整度好,粒度分布窄,反之粒径大,粒度分布广。4.3软材料的制备4.3.1粘合剂的选择及其用量制软材时加入适量粘合剂有助于提高微粒的圆整度和耐水性,降低溶失率。不同种类粘合剂由于本身的分子特性不同,对同样物料的粘合能力不同,但一般而言粘合剂浓度增大,软材的粘度增加,所制得的软材具有良好的可塑性,微粒更圆更硬,且平均粒径也会增大,细粉量减少。因此,应根据物料的组成和性质选用不同的粘合剂和用量。此外,不同品种的鱼苗对不同粘合剂的消化性能也不同,因此还应根据鱼苗的品种来选择粘合剂的种类和用量。在其他条件相同的情况下对海藻酸钠、壳聚糖与羧甲基纤维素钠(CMC-Na)用作粘合剂的效果进行了考察,由溶失率测定结果表明,用CMC-Na做粘合剂的微粒有最低的溶失率,且CMC-Na为食品添加剂,其用量不受国家食品卫生标准每日允许摄入量(ADI)限制。4.3.2滚圆的出成型制备微粒饲料的润湿剂一般选用水,添加水的多少对微粒质量有重要影响。用水量过少,物料不能产生足够塑性,物料难于被挤出,挤出成型质量差、干燥、粗糙、易碎,有时甚至不能被挤出,且在滚圆过程中易产生大量细粉,收率降低,入水之后由于颗粒内部粘合不好,也容易溃散;物料过湿时,挤出物不易断裂,挤出和滚圆过程中都容易发生粘连,制成的微粒粒径较大,形状大小不规则,入水后溶失率增高。在其他条件相同的情况下考察了制备含水量为35%、40%和45%的软材,含水率为40%的软材制粒过程最为顺利。4.3.3混合方法混合机的类型对微粒饲料产品的特性影响不大,重要的是尽量做到使软材混合均匀,混合效率高,排料容易、彻底,残留少。4.4响应因素预处理在软材一定的条件下,挤出成型质量主要影响因素是挤出速度、模板厚度与孔径。不同的挤出机对软材的挤压力、产热均不同,所制得的微粒也不同,目前主要以螺杆式挤出机为主。4.4.1传输速度4.4.2选择正确的选择,一般在0.31.0模板孔径的大小决定了挤出物的粗细和微粒的直径,应根据苗种对粒径的要求来选择,一般在0.3mm~1.0mm之间。模板的厚度影响物料在挤出机腔体内所受的压力,所受的压力越大,料条密度越大,强度越高,但这同时也降低了挤出物的塑性变形能力,不容易滚圆。4.5材料在流孔中的发挥滚圆过程是软材在滚圆机离心力作用下不断变形而逐渐趋向圆球体的过程,要求软材在滚圆过程中不能粘连团聚,同时应具有良好的塑性变形能力。影响挤出滚圆过程的主要因素有滚圆速度、滚圆时间和滚圆机的装料量等。4.5.1滚圆的速度和粒径滚圆速度对颗粒的粒径、硬度、圆整度、松密度有显著的影响。相同的挤出物在不同速度下滚圆,滚圆的速度越大,滚圆盘内颗粒所受离心力和挤压力越大,质地越坚实,圆整度好且表面更加光滑,但粒径相应变小。但滚圆速度过大也会造成耗能增加,微粒过于坚实还会影响其在幼苗体内的消化。滚圆速度低,微丸达不到足够密度。4.5.2滚圆的中央整度滚圆时间对微粒的成型影响也较大,当滚圆时间较短时,挤出物仅被切断为短圆柱状,微粒不能滚圆,随着滚圆时间的延长,颗粒的圆整度逐渐变好,密度也逐渐增大。在一定范围内滚圆时间越长,制得微粒粒径增大,粒度分布变窄,圆整度越好。经初步试验,滚圆时间在4min时,微粒圆整度能达到较好要求。4.5.3挤压力和载物量滚圆机滚制时,挤出物受重力、剪切板支持力、筒壁支持力、剪切板与筒壁对颗粒的摩擦力及颗粒间挤压力和摩擦力等作用。在滚圆速度一定的情况下,载料量对于产品成型率和粒径的影响较大。如果载料量过小,微粒受力分布不均,粒径分布较宽;载物量过大时,靠近筒壁的颗粒所受挤压力大,容易变形,使颗粒相互黏结,形成较大的颗粒。因此,须根据设备型号控制滚圆机载物量。4.6自然烘干法微粒干燥可选择的方法有烘箱干燥法、自然晾干法、流化床干燥法等。烘箱干燥法,微粒在静止的状态下被加热,表面可能受热不均,导致最终产品表面凹凸不平,产生裂缝,在水中溶失率就会增高;自然晾干法只适用于干燥、高温的环境,并且终产品水分含量不稳定,还容易受到外界污染,虽然成本低,但是不适合工厂大规模生产;而流化床干燥法干燥的产品表面光滑,这是由于干燥物料在床层内处于流动状态,受热均匀,干燥速度也比较快,产品性质稳定,置入水中溶失也较少。另外,若最终微粒饲料需要包衣,还可以在流化床内一步完成。干燥时间则根据干燥的温度和目标产品的对水分含量的要求适时调整。5对工艺参数的调整在对挤出滚圆制备微颗粒饲料工艺过程及影响因素进行以上分析的基础上,利用重庆英格造粒包衣技术有限公司生产的E-50型轴下单螺杆挤出机、S-250离心滚圆机进行了初步试验研究,试验选用一个鲟鱼开口饲料配方,超微粉碎至300目,经初步试验确定挤出机的转速、滚圆机的载料量和滚圆时间,然后进行粘合剂种类及其添加量、润湿剂水的添加量、滚圆机转速等工艺参数对微粒质量的影响研究,得到了一套较佳的工艺参数。采用这一工艺参数制备了一组鲟鱼饵料,在挤出滚圆过程较少发生粘连,细粉产生少,颗粒圆整光滑,溶失率测定结果表明,饵料在5min、10min、30min和60min时的溶失率依次为5.72%、12.13%、17.96和22.01%,可以满足鲟鱼苗种饲养要求。初步试验表