膨化饲料加工工艺及配方管理

关于膨化饲料加工工艺及配方管理发展史

1797—英国人研制的手动活塞压力机，制作无缝铅管、瓦片、肥皂和通心面；

1869—英国人研制的双螺杆连续挤压机，制作肉肠；1873—PhoenixGummiwerkeAG开发单螺杆挤压机，加工橡胶；1940s’--熟化加压机的开发，生产干的狗粮；1950s’--有了加压的预调制器，达到100℃预熟化；1960s’—半湿的宠物饲料、糊化淀粉、饼干粉及组织大豆蛋白；1980s’—美国的双螺杆膨化机开始发展；1990s’—第三代弱剪切-低热挤压机（reducedshear/heatextruders)、预调制器、直接蒸汽注入和带放气孔的机镗。第2页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压熟化的定义是靠水、压力、温度和机械剪切的综合作用使得已着湿的、可膨胀的、淀粉类的和\或蛋白类的物质塑化并熟化的连续工艺过程；是将热能和机械能导入食品/或饲料原料中的一种手段，使原料中的淀粉和蛋白质等基本成分发生化学和物理变化，同时形成预定的形状。第3页,共81页，2024年2月25日，星期天基本概念按调制方法分湿法膨化干法膨化按螺杆结构分单螺杆挤压机（图）双螺杆挤压机（图）第4页,共81页，2024年2月25日，星期天

双螺杆挤压机单螺杆挤压机料斗；2.喂料绞龙；3.调制器；4.喂料段；5.蒸汽或水夹套调温部分；6.模板；7.出料皮带输送机；8.变速器；9.主电机第5页,共81页，2024年2月25日，星期天基本词汇

预调制器—一种调节原料水分和温度的装置，使物料进入挤压机前部分或完全熟化；

螺杆—将物料输送通过挤压机的部件（图1）

螺套-增加行程

螺片—螺杆的螺旋形输送表面，将物料向前推进（图1）索片-增加剪切力，后挫力，提高滞留时间，糊化度剪切—一种揉捏、搅拌作用，使输送的物料匀质、受热模板—使制品出机时成型的末端装置。可在模板上直接钻孔，或将模板做成圆孔状，装上设计复杂、用耐磨材料制成的压模嵌入件，使物料成型切刀—将挤压物切割成所要求的长度的装置第6页,共81页，2024年2月25日，星期天图1螺杆第7页,共81页，2024年2月25日，星期天双螺杆挤压机特点可加工高油脂饲料，油脂含量可大于17%；可加工添加有鲜肉浆或其它水分含量超过30%的高水分物料；可加工小颗粒水产饲料（0.8-1.0mm)；加工特定形状/尺寸的产品；物料在机内滞留时间分布范围较窄，物料温度较易控制，能量利用充分，产量和质量均很稳定；投资大，单螺杆挤压机的1-1.5倍。第8页,共81页，2024年2月25日，星期天双螺杆与单螺杆挤压机比较单螺杆挤压机双螺杆挤压机水分水平油脂水平纤维水平蛋白质水平机械能输入产量耐磨损性第9页,共81页，2024年2月25日，星期天膨化挤压在水产养殖中的应用广泛的适用性各种养殖方式：工厂化、池塘、网箱等各类吃食性养殖品种：鱼、虾、蟹、龟等观赏性鱼类饲料第10页,共81页，2024年2月25日，星期天概述特点综合水、压力、温度和机械剪切的作用温度：90-200℃延续时间：2-30s物理、化学变化第11页,共81页，2024年2月25日，星期天蛋白质高温、高压、高剪切力，使得蛋白质适度变性，蛋白酶更易进入蛋白质内部，消化率提高，弹性增强，可溶性物质与淀粉间质相溶和蛋白可塑性增强，提高制粒效率，降低粉化率适度的热处理，钝化抗营养因子如抗胰蛋白酶因子、棉酚、毒蛋白等，提高植物蛋白利用价值，降低配方成本第12页,共81页，2024年2月25日，星期天蛋白质挤压过程中的蛋白质结构变化变性缔合加热或剪切导致部分或全部缔合物破裂而形成浓缩溶液或熔化相高温下可能形成的一些共价键冷却时形成的非共价键和二硫键在足够低的水分条件下非晶体区向玻璃态转化第13页,共81页，2024年2月25日，星期天动物蛋白综合特征氮溶解指数（NSI)低吸水性和粘合特性较差氨基酸结构平衡，一般动物生长会超过高植物蛋白饲料低温干燥动物蛋白的质量最佳新鲜的原料和喷雾干燥加工后，会具有很高的粘合性第14页,共81页，2024年2月25日，星期天植物蛋白综合特征氮溶解指数（NSI)高吸水性和粘合特性好一般缺乏某种或某几种氨基酸未榨油原料是很好的能量原料小麦面筋粉是膨胀型最好的植物蛋白第15页,共81页，2024年2月25日，星期天大豆蛋白在热处理中的分子变化挤压的主要影响是将蛋白质拆散而后又重新连接在一起，NSI下降，吸水性和膨胀性提高。第16页,共81页，2024年2月25日，星期天不同挤压温度下大豆分离蛋白的溶解性能生产组织蛋白温度一般为140-160℃，水分20-40%，若产品要求较好的溶解度，则温度可低一些。第17页,共81页，2024年2月25日，星期天非酶褐变—美拉德反应过度膨化---异味、消化率下降、Lys损失严重还原糖与游离氨基酸之间的一种反应，对导致氨基酸，特别是赖氨酸的损失，并形成有色化合物而影响挤压物的外观；挤压熟化过程中的高温和低水分有利于美拉德反应；提高温度会增加损失，增加物料水分、加快喂料速度可显著减少损失；提高螺杆转速可缩短滞留时间，本应减轻褐变，但提高螺杆转速会加强剪切，提高温度，反而可能导致褐变加重。第18页,共81页，2024年2月25日，星期天碳水化合物淀粉(糊化与碎化）淀粉发生糊化（α-化），高分子结构断裂，变成低分子物质，易于消化吸收，同时还起到重要的粘合作用，保持水中稳定性，降低饲料散失，减少工业合成粘合剂的添加，无毒性。转化成葡萄糖、麦芽糖等碎化多糖，产生甜味增加适口性纤维素经挤压后，可溶性膳食纤维的量增加，保健作用葡萄糖、蔗糖等影响淀粉的糊化，与蛋白质发生反应，饲料效率降低。第19页,共81页，2024年2月25日，星期天碳水化合物α-淀粉：淀粉粒有许多淀粉分子排列成放射状微晶束构成。这种微晶束系直链、支链淀粉分子相互平行且彼此间以氢键结合而成。水分子在热作用下进入淀粉粒内微晶束间隙与淀粉分子中游离基团结合。温度继续升高，一部分直链淀粉被水溶解和渗出，使更多的水分子进入淀粉粒内部，从而使微晶束分离，形成一种间隙大且不规则的立体网状结构，中间充满水或溶液，处于这种糊化状态的淀粉称α-淀粉。第20页,共81页，2024年2月25日，星期天常见能量饲料原料的淀粉含量原料%淀粉（干物质）全玉米70-75面粉75-80麸皮5-8冬小麦65.5-82次粉21.5高粱71.6全稻米81全大麦60全燕麦4544%豆粕0.5浮性饲料需要至少18-20%的淀粉含量第21页,共81页，2024年2月25日，星期天淀粉的糊化过程调制器30%α-化环模造粒40%环形间隙膨胀机60%单螺杆膨化机〉85%双螺杆膨化机100%第22页,共81页，2024年2月25日，星期天淀粉糊化度挤压温度物料水分剪切力螺杆结构在机腔内滞留时间高水分、低温挤压使淀粉部分糊化低水分、高温挤压有利于提高淀粉的糊化度第23页,共81页，2024年2月25日，星期天脂肪使原料中微生物分解的脂肪酶完全失活，提高饲料的贮藏性能使油脂从颗粒内部渗透到表面，使饲料产生特殊的香味，提高饲料适口性和外观效果网状结构能够吸附更过的脂肪，冷水性鱼类科利用高达40%脂肪的高能饲料，减少氮污染形成蛋白-脂肪复合物，这部分脂肪仍然可以被鱼类正常利用，但索氏抽提法不适用于膨化饲料，应采用酸水解法，三高条件下，甘油三酯会部分水解，与直链淀粉络合，影响膨化效果，淀粉的溶解性和消化率降低。第24页,共81页，2024年2月25日，星期天热敏性物质在膨化过程中的损失维生素反应敏感依次为维生素K3,C,D3,A,E反应不敏感其他B族维生素酶制剂完全失活活菌制剂120℃乳酸杆菌、链球菌、酵母、芽孢杆菌全部失活第25页,共81页，2024年2月25日，星期天维生素在膨化过程中的损失维生素保留取决于：原料配方温度水分滞留时间第26页,共81页，2024年2月25日，星期天维生素在膨化过程中的稳定性（保存率%）选择热稳定剂型：交联反应型VA微粒胶囊、微囊型VE醋酸酯、高稳性VC磷酸酯，虾青素10-15%的损耗根据保存率，超量添加！膨化温度/在机滞留时间（min)121/3132/3149/3154/3166/3VA(微粒胶囊）9188807771VD3(微粒胶囊）9492878583VE(醋酸酯）9796949493VE(醇）554522155VK(甲萘醌）6354373325VC5747312515胆碱9897969594其他B族维生素90-9685-9578-8976-8771-82第27页,共81页，2024年2月25日，星期天虾青素在加工过程中的损失加鱼油注:喷涂鱼油的“稀释”作用导致虾青素含量下降。第28页,共81页，2024年2月25日，星期天矿物质反应不敏感，报道较少植物蛋白中的植酸可能同锌、锰等络合，降低效价糊化淀粉对矿物质的包被作用，可使矿物质的氧化还原、吸湿返潮等向着有利的方向发展第29页,共81页，2024年2月25日，星期天膨化挤压影响虹鳟对几种原料表观养分消化率（%）干物质蛋白质*粗脂肪总能豆粕75.3598.1073.0179.05挤压豆粕78.3898.0886.1381.85大麦43.6095.5872.5748.53挤压大麦67.2294.3180.7469.88玉米蛋白粉74.2487.3975.6878.95挤压玉米蛋白粉86.0375.4576.0488.89小麦46.7495.5677.2554.05挤压小麦71.1490.2077.4577.09*挤压温度稍高，蛋白质部分褐变，消化率降低第30页,共81页，2024年2月25日，星期天虹鳟对不同加工后的全脂大豆的表观消化率（%）全脂大豆（生）挤压全脂大豆挤压全脂大豆+200FTU/kg植酸酶豆粕+200FTU/kg植酸酶干物质74.5±1.673.8±8.273.6±3.675.9±3.3粗蛋白88.0±0.4a97.2±1.1b96.8±0.6b97.9±0.2bMg68.5±0.4a59.6±2.7b74.7±1.2c68.0±3.3a总磷21.2±0.1a12.5±4.8b81.3±3.4c31.7±6.5d植酸磷29.9±1.2a19.6±6.1a60.9±1.9b60.6±0.2Cu89.9±0.293.3±1.292.1±1.692.7±2.7Mn20.3±0.4a13.5±1.2a46.2±2.9b16.8±0.9aZn14.6±5.7a7.2±0.3b48.4±3.3c15.7±5.6a第31页,共81页，2024年2月25日，星期天膨化挤压影响虹鳟对几种原料矿物质利用率（%）CaKMgS总P植酸PCuFeMnZn豆粕7.499.878.998.163.20.994.977.230.664.7挤压豆粕8.699.778.497.960.641.094.254.032.358.1大麦29.499.389.796.576.35.788.355.943.855.4挤压大麦24.499.489.496.470.624.981.753.442.748玉米蛋白粉1.599.676.694.765.67.485.278.742.553.0挤压玉米蛋白粉7.799.575.391.864.714.677.333.442.245.4小麦20.999.188.096.771.1086.654.436.556.0挤压小麦19.899.585.994.867.426.479.447.526.940.9第32页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压熟化对菜籽—大豆混合料（重量1：1）中芥子甙总含量的影响（μmol/g)低芥子甙菜籽-大豆混合料高芥子甙菜籽-大豆混合料未挤压18.491.6150℃挤压13.473.73%碱液中11.256.63%（NH4)2SO4溶液中11.1/3%甲酸溶液中6.4/5%碱+1%Fe2(SO4)3溶液中/14.9*资料来源：Fenwichetal.,1986)第33页,共81页，2024年2月25日，星期天水分和温度对抗胰蛋白酶（TI)活力的影响第34页,共81页，2024年2月25日，星期天草鱼膨化饲料养殖效果的中试材料与方法池塘条件：育成池塘条件：2个池塘，试验池10.07亩；对照池10.02亩；水深均为2米左右。第35页,共81页，2024年2月25日，星期天试验鱼主养鱼种：草鱼搭配鱼种：鲢、鳙及鲫鱼放养规格和密度10000尾草鱼，130g/尾、5000尾鲫鱼，50g/尾、550尾鳙，120g/尾、2000-2500鲢，70g/尾。

第36页,共81页，2024年2月25日，星期天试验饲料粗蛋白粗脂肪水分粗灰分环保型鱼种饲料36.263.536.929.42硬颗粒鱼种饲料39.033.898.659.96环保型成鱼饲料27.302.578.58.9硬颗粒成鱼饲料29.512.5310.469.48第37页,共81页，2024年2月25日，星期天饲养管理日投喂率与投喂次数2%—3%4次/天。水质监测DO,NH3-N,NO2-N第38页,共81页，2024年2月25日，星期天育成期中试结果实验池对照池草鱼鲫鱼鲢鳙鱼草鱼鲫鱼鲢鳙鱼育成阶段收获量(kg)6863978165160528051342饲料系数1.272.09单价(元/kg)7.09.04.07.09.04.0总收入(元)6344754977成本(元)4109942721总盈利(元)2234812256投入产出比1:1.541:1.28第39页,共81页，2024年2月25日，星期天对水质的影响：7—9月份草鱼育成阶段池塘水质变化图监测日期第40页,共81页，2024年2月25日，星期天水产饲料膨化挤压加工工艺第41页,共81页，2024年2月25日，星期天膨化挤压对饲料的综合作用饲料颗粒成型度高蛋白质原料经挤压加工颗粒（优）高碳水化合物原料经挤压加工颗粒（中）普通硬颗粒饲料（差）饲料漂浮度（溶重：480g/L(转折点）全漂浮反复沉浮颗粒（漂浮—下沉—上浮）高度的多孔性和充分发展的蛋白间质结构，缓慢释放油脂和可溶性糖下沉第42页,共81页，2024年2月25日，星期天工艺流程图（原料准备）第43页,共81页，2024年2月25日，星期天第44页,共81页，2024年2月25日，星期天不同类型饲料的挤压技术浮性饲料半湿性饲料沉性饲料慢沉性饲料螺杆模板开孔面积比挤压机内温度和压力蒸汽和水淀粉含量脂肪含量第45页,共81页，2024年2月25日，星期天预调制优点提高挤压机部件寿命提高产量提高产品质量提高单螺杆挤压弹性降低机械能，增加热能输入目的物料初步熟化搅拌使物料碎粒水合，干核(DryCore)消失，提高热传导性DC浸湿部分第46页,共81页，2024年2月25日，星期天预调制Inlet水，70℃,2-3大气压脂肪蒸汽，2.5-3大气压，100℃出料，70-80℃，18-30%水分，1/3熟化第47页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压加工浮性鱼饲料调制器中注入蒸汽和水螺杆:L/D=13.5:1-15.5:1物料至少含20%淀粉挤压产物在出模前温度达到125-138℃，34-37个大气压，挤压后，容重为320-400g/L，25-30%水分进一步干燥（水分<10%），还可增进漂浮性。第48页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压加工浮性鱼饲料1-2分钟第49页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压加工沉性鱼饲料螺杆:L/D=16.5:1-19.5:1调制器中注入水（不注入或少注入蒸汽）挤压产物在出模前达到26-30个大气压，28-30%水分挤压后，容重为450-550g/L，温度<80℃，水分22-27%带放气口的模头可以降低产物温度，水分和膨胀率过度干燥会使沉性饲料上浮第50页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压加工沉性虾饲料调制器中蒸汽流量约为物料流量5-7%，水流量为物料流量10-15%挤压产物在出模前达到13-16个大气压，28-30%水分挤压后，容重不低于550g/L，温度120℃，水分26%配有出气孔，并能抽气，真空度为250mmHg出烘干机水分12-16%，再冷却降低到10%以内第51页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压加工沉性饲料25-30%70-85℃30-40第52页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压物的膨胀

挤压物膨胀，产品密度改变，显著影响饲料外观，质地、适口性、水稳定性和飘浮性等；其宏观结构的变化可用产品的膨胀度和密度或容重（g/L)表示；膨胀度=膨化制品的截面积/挤压机模孔截面积膨胀主要原因：压模膨胀和水的骤蒸发，后者的膨胀更大；水分的骤蒸发的关键是粘弹性物体在出模时温度高于100℃，粘弹体重的水蒸气成为种核气泡（挤压物膨胀示意图）；注入CO2获添加碳酸氢钠之类的产气化合物，将增强挤压物的膨胀；第53页,共81页，2024年2月25日，星期天挤压物的膨胀第54页,共81页，2024年2月25日，星期天影响挤压物膨胀的因素—淀粉纯淀粉的最大膨胀比是500%，其次为全谷物粉（400%）、饲料混合物（200-300%，淀粉含量40-50%）、油料（150-200%，淀粉含量0-10%）；直链淀粉与支链淀粉之比是决定饲料膨胀比的重要因素，1:1将达到最大膨胀比，大多数天然淀粉含直链淀粉20-30%；含水量和温度对淀粉膨胀比影响显著；不同来源淀粉存在差异，小麦、玉米、稻米中的谷物淀粉具有较好的膨化效果，块茎淀粉不仅具有良好的膨化性能，、由具有十分好的粘结能力。第55页,共81页，2024年2月25日，星期天影响挤压物膨胀的因素—淀粉

常温或低温条件下，长期放置的α-淀粉会逐渐变硬，这种现象叫淀粉的凝沉或回生，也叫淀粉老化，成为β-淀粉；老化淀粉不再溶于水，也不能被酶分解；一般聚合程度高的淀粉易老化，直链淀粉较支链淀粉易老化。第56页,共81页，2024年2月25日，星期天直链淀粉含量对膨胀度的影响第57页,共81页，2024年2月25日，星期天影响挤压物膨胀的因素—模板加大压模尺寸会减弱压模正常受力，剪切率和温度下降，导致粘度加大，从而减弱膨胀，提高容重。完全熟化但膨胀较低的沉性水产或宠物饲料使用的模头开孔面积为550-600mm2

/吨/小时；高度膨胀食品或浮性水产饲料使用的模头开孔面积为200-250mm2/吨/小时；慢沉性饲料模头开孔面积为300-350

/吨/小时。第58页,共81页，2024年2月25日，星期天模板孔径与淀粉的共同作用第59页,共81页，2024年2月25日，星期天螺杆形状对膨胀的影响第60页,共81页，2024年2月25日，星期天膨胀比---直链淀粉含量、温度和水分最大膨胀比挤压条件：机镗温度140℃，水分14%；100-170℃之间，提高温度可增强膨胀，再升高温度则减弱；增加含水量通常使膨胀急剧减弱。第61页,共81页，2024年2月25日，星期天影响挤压物膨胀的因素—其它

麸皮颗粒易使处于临界厚度的气泡孔壁破裂而降低膨胀程度；增加脂肪含量（5%以内）可增强挤压膨胀，超过此限则膨胀急剧减弱；（宠物料）加糖（1-15%）削弱膨胀，加盐（0-3%）只轻微削弱膨胀或没有影响；第62页,共81页，2024年2月25日，星期天模口形状对饲料产品外观的影响模口形状装载量物料容重（g/L)糊化度饲料外观96.7%30492%70.0%33680%表面光滑致密，圆柱形饲料多孔状表面，球形饲料第63页,共81页，2024年2月25日，星期天真空对产品密度的影响饲料容重不抽真空抽真空6mm0.871.2320mm0.921.14第64页,共81页，2024年2月25日，星期天几种常见饲料原料平均容重（g/L)饲料原料容重饲料原料容重鱼粉480-641次粉288-400虾粉400小麦面粉513-673肉骨粉785玉米粉609-641鸡肉粉545-593玉米蛋白粉416-529粗血粉617膨润土801-962豆粕44%561-609米糠320-336花生粕464干酵母657棉粕593-641麦芽根208-256亚麻粕497-529第65页,共81页，2024年2月25日，星期天烘干/冷却*WengerDryer第66页,共81页，2024年2月25日，星期天烘干/冷却（后熟化过程）

产品均匀地散布在移动中的输送器上，热空气一般以1m/s的匀速穿过，作用温度为100-200℃；最初4-6分钟，物料可承受177-199℃的烘干温度，而不破坏营养价值，之后，空气温度应降低，以免发生美拉德反应；产品本身决定烘干条件，如淀粉含量高，则不宜太厚，否则影响产品形状；2层或多层的烘干机，不仅有效提高烘干面积，还能防止结块；饲料形状及物料厚度决定烘干时间长短，防止产生湿心现象；Zone1,150℃;Zone2,3,4<90℃Zone1Zone2Zone3Zone4现实中的问题：上层2区还是3区？第67页,共81页，2024年2月25日，星期天饲料形状与烘干时间饲料形状烘干时间(分钟）球状，Ø=0.520.8圆柱形，Ø=0.5,长=0.2524.7圆柱形，Ø=0.5,长=0.524.8圆柱形，Ø=0.5,长=0.7524.9Y字形，高=0.5，厚度=0.2414.8*WengerProcessDescription第68页,共81页，2024年2月25日，星期天

水分的重要性饲料性能成品率稳定性营养保留率单位产量配方成品膨化机运转成本膨化机最佳工作范围快速水分测定仪非常重要第69页,共81页，2024年2月25日，星期天高油脂饲料的生产

尽量利用饲料原料中的油脂，主机中可处理12%油脂，其余部分需要后加工；加压调制器真空或常压后喷涂机第70页,共81页，2024年2月25日，星期天油脂及热敏性物质的后添加技术先喷涂水溶性热敏物质，后喷涂油脂烘干之后冷却之前喷涂油脂，可促进动物油脂吸收。常压喷涂后真空喷涂后第71页,共81页，2024年2月25日，星期天第72页,共81页，2024年2月25日，星期天返工料（开机废品和细粉回料）

返工物料为混合料总量活干料喂入量的5%，不得超过10%第73页,共81页，2024年2月25日，星期天包装与贮存较为彻底杀灭细菌、病毒等有害微生物高压下，还可杀死耐热性很强的芽孢饲料水分控制8%以下，可