膨化技术及其在饲料工业中的应用

bobo304

专业:05级动物营养与饲料专业
郑晓灵
   个人 写的作业综述

摘要：膨化饲料除具有一般全价颗粒饲料的优点外，还具有提高饲喂动物消化吸收率、有效预防动物消化道疾病、拓展饲料资源利用途径等诸多优点。为此，本文结合饲料工业的发展,就膨化技术概况，分类，原理和工艺特点及膨化过程中饲料成分的变化,膨化技术在饲料资源开发,饲料产品开发及饲料加工中的应用等方面作一概述。

关键词：膨化技术；饲料工业；应用

1膨化技术概况
膨化技术应用于饲料工业起始于20世纪50年代的美国,主要用于加工宠物食品,对动物饲料进行预处理以改进消化性和适口性及生产反刍动物蛋白补充料的尿素饲料[1]。到了20世纪80年代,膨化技术已经成为国外发展速度最快的饲料加工新技术,它在加工特种动物饲料、水产饲料、早期断奶仔猪料及饲料资源开发等方面具有传统加工方法无可比拟的优点[2]。膨化加工应用于人的食品制造业已有50多年的历史，膨化加工的方法由干法挤压到湿法挤压再发展到气体热压，加工机械从单螺旋到双螺旋，加工方式从间歇到连续[3]。挤压技术在我国饲料工业中的应用尚属起步,有着广阔的发展前景[4]。

2 膨化技术的分类，原理和工艺特点
广义上的膨化技术可分为两种，即挤压膨化和气体热压膨化，后者应用很少。挤压膨化又分为干法挤压膨化和湿法挤压膨化。前者是对物料进行加热、加压，但不加蒸汽的膨化操作；后者则是在加热加压的同时，另加水或蒸汽的膨化操作[5]。
膨化技术是将物料加湿、加压、加温调质处理，并挤出膜孔或突然喷出压力容器，使之因骤然降压而实现体积膨大的工艺。其过程是在瞬间完成的，包括熟化、灭菌、膨胀、脱水、
成形等变化。物料送入膨化机中,螺杆螺旋推动物料形成轴向流动，同时,由于螺旋与物料,物料与机筒,以及物料内部的机械摩擦,物料被强烈地挤压、搅拌、剪切,其结果物料被进一步细化、软化。随着压力的逐渐加大,温度相应升高。在高温、高压、高剪切条件下,物料的物性发生变化,由粉状变成糊状,淀粉糊化,蛋白变性,纤维质部分降解、细化,致病菌被杀死,卫生指标提高,有毒成分失活。当糊状物料从模孔喷出的瞬间,在强大的压力差作用下,物料被膨化、失水、降温。膨化产品结构疏松、多孔、酥脆、较好的适口性和风味[6]。

膨化工艺的特点：（1）提高物料淀粉糊化度，破坏和软化纤维结构的细胞壁，蛋白质变性、脂肪从颗粒内部渗透到表面利于消化吸收。同时，物料具有特殊的香味，提高了适口性。（2）原料经膨化的短时高温、高压处理，有害微生物被杀死，减少了饲料的有害微生物对机体的感染。（3）可制成各种沉降速度的膨化饲料，如浮性、慢沉性和沉性等，以满足水产动物摄食习性的要求，减少损失和水质污染。（4）可生产各种形状的产品，对饲料和食品的外观价值有很大提高。（5）物料经膨化后，水分大幅度降低，便于贮藏和运输。

3 膨化技术对饲料成分的影响[7-10]
3.1膨化过程中的碳水化合物
碳水化合物是饲料中的主要组成成分,通常在饲料中占到60%～70%,因此是影响挤压饲料特性的主要因素。碳水化合物根据其分子量大小、结构及理化性质差异常可分为淀粉、纤维、亲水胶体及糖,它们在挤压过程中的变化及作用各不相同。
3.1.1淀粉
膨化作用能促使淀粉分子内1，4—糖苷键断裂而生成葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖及麦芽糊精等低分子量产物,致使挤压后淀粉含量下降。但对淀粉的主要作用是分子间氢键断裂而发生的糊化作用：淀粉膨胀、吸水，胶质化，当瞬间骤然减压时，水分蒸发导致淀粉质粒破裂，转变成熔融状态[11]。淀粉也被水解，水解作用能改善动物消化道的内环境，尤其是可刺激动物消化道中乳酸杆菌产生乳酸。乳酸是动物重要的代谢产物，它具有对病原菌的屏障作用，可减少动物的腹泻性疾病。淀粉的有效糊化使挤压处理不仅改善了饲料的营养,而且有利于饲料成粒,从而提高饲料加工品质。
3.1.2纤维
纤维包括纤维素、半纤维素和木质素,它们在饲料中通常充当填充剂。由于用于挤压的纤维原料及挤压采用的设备和工艺条件不同,对挤压过程中纤维数量的变化文献报道差异较大[12]。Wang (1993)对小麦和小麦麸皮的研究表明,挤压后的纤维数量降低;而Bjorck等(1984)分别对全麦粉及全大麦粉的挤压研究结果正好同上述相反[13]。但对挤压过程中纤维质量变化的研究结果较为一致,均表明纤维经挤压后其可溶性膳食纤维的量相对增加,一般增加量在3%左右。纤维分子间价键断裂,分子裂解及分子极性变化所致由于可溶性膳食纤维对人体健康具有特殊的生理作用,因此采用挤压手段开发膳食性纤维无疑是一种很好的方法,但对动物是否同样具有整肠作用尚未见报道。同时细胞间及细胞壁内各层木质素熔化,部分氢键断裂,结晶度降低,高分子物质发生分解反应,使原来的紧密结构变得蓬松,释放出部分可消化物质,从而提高了饲料的利用率。
3.1.3亲水胶体
胶体主要用于水产饲料的生产,通常有阿拉伯胶、果胶、琼脂、卡拉胶、海藻酸钠等亲水胶体,它们经挤压后其成胶能力将普遍下降。在挤压过程中其亲水特性还将影响常规的挤压条件,降低挤压产品的水分蒸发速率及冷冻速率,提高产品的质构性能。对于一个特定的产品,在选择亲水胶体时胶体的粘稠性、成胶性、乳化性、水化速率、分散性、口感、操作条件、粒径大小及原料来源等因素均得慎重考虑[14]。
3.1.4糖
高温糖易发生焦糖化反应。不仅使产品色泽变暗，口感变苦，严重时还可造成堵机。还原性糖还会与氨基酸作用产生美拉德反应，这能造成氨基酸、特别是赖氨酸的无谓消耗。所以很多工作是探讨如何努力避免其发生或有效控制其发生的程度。另外,糖具有亲水性,在膨化过程中将调控物料的水分活度,从而影响淀粉糊化。在挤压过程中添加一定量的糖能有效地降低物料的粘度, 从而提高物料在膜口出口时的膨化效果(Hsieh等,1991),这一点对控制水产饲料的沉浮性有一定的帮助[6]。因此,在膨化饲料中糖除了起提供能量作用外,主要是作为一种风味剂、甜味剂、质构调节剂、水分活度与产品颜色调控剂而被应用,通常使用的糖有蔗糖、糊精、果糖、玉米糖浆、糖蜜。

3.2膨化过程中的蛋白质、氨基酸、酶的变化[14]
3.2.1蛋白质
经过膨化后蛋白质变性，氨基酸和缩氨酸含量增加，提高了机体对蛋白质的消化和吸收能力。另外,膨化过程中发生了分子重排,蛋白质发生了一些质构变化,可改善风味口感。膨化法还可用于植物蛋白的组织化。近来的研究证明，应用双螺杆挤压机对高含水率的肌源蛋白和植物蛋白混合物进行组织化（形成纤维），可以获得肉类、海鲜等多用途的代用品。高温高压使蛋白质分子不可逆变性。
3.2.2氨基酸
一部分蛋白质裂解为多肽和氨基酸,如玉米膨化前氨基酸含量为40mg/g左右,而膨化后变为68mg/g。氨基酸在挤压膨化中，氨基酸常与糖类发生美拉德反应。玉米经挤压膨化后，蛋白质和脂肪的含量减少氨基酸和水溶性成分含量增加[16]。这说明在挤压膨化过程中蛋白质发生了降解，大分子被切断成小分子肽及部分氨基酸。此外,虽然由于蛋白质降解,氨基酸总量有所增加,但一些氨基酸的损失却不能忽视,如赖氨酸可损失13%～37%,蛋氨酸可损失26%～28% ,精氨酸可损失20%[17]。
3.2.3酶
膨化加工对酶的作用既有积极的方面,也有消极的方面。积极的作用是使脂肪酶、过氧化物酶、脂肪氧化酶、芥子苷酶、脲酶等失活；而消极作用是使淀粉酶、植酸酶失活。酶制剂的损失,由于酶是一种蛋白质,一般酶的最适温度在35~40℃之间,最高不超过50℃.但膨化制粒过程中的温度可达120~150℃以上,并伴有高湿、高压,在这样的条件下,大多数酶制剂的活性都将损失殆尽。Israelsen报道,110℃植酸酶，B-葡萄糖酶和纤维素酶的活性存留率为零[18]。
3.3脂肪
膨化加工破坏脂肪的脂肪酶和一种能使游离脂肪酸氧化酸败的脂肪氧化酶。这两种酶在膨化时可以完全失活，使脂肪不易被氧化分解，延长原料的保质期，改善产品质构和口感。这种作用对肉鸡饲料和水产饲料中添加脂肪十分有利。同时膨化时的温度一般都是调在121-145℃之间，在膨化过程脂肪细胞被破坏，释放出的油脂与淀粉结合形成复合物,降低了挤出物中游离脂肪的含量，既不会造成损失，又可提高消化率，所以对脂肪的影响极微[16]。如米糠含脂肪15%以上,存放一个星期就会酸败,而经高温、高压、膨化处理后可以存放三个月。膨化处理的另一个好处是使饲料的结构疏松,有利于油脂后喷涂,包容更多的脂肪,特别适用于水产养殖,这是硬颗粒饲料不可比拟的。
3.4维生素
膨化加工对维生素有一定损失,加工条件不同,维生素残留量不同,提高温度、螺杆速度及降低水分含量和膜口直径等均会降低维生素的含量[19]。谷物是B族维生素重要来源,挤压对其损失是较大的,VB1残留量约为60%～90%,当温度升为232℃时,其残留量为0,VB6为71%～83%,VB12为65%～99% ,VC为32%～97% ,β2胡萝卜素损失不大。尽管如此,由于膨化是高温短时,同时物料在挤压腔内与氧接触少,因此与其它加工方法比较,挤压膨化中维生素的损失量较少。值得注意的是,在适宜加工条件下,某些维生素如VB2、VC ,其残留量可达110%～125% ,其可能原因是挤压前这些维生素分子与淀粉或蛋白质大分子缔合或被它们包围,因不能显示维生素特性而不能被检测出来,当受到挤压后,由于剧烈条件使维生素被释放出来,导致残留量上升。Vanderpoel报道,猪饲料在120℃膨化后,贮存1个月,损失最多的几种维生素是:VK380%,VC75%,VD325%,VA和VE20%。
3.5挤压膨化对其他成分的影响
3.5.1抗营养因子
膨化加工还能破坏饲料中的抗营养因子,诸如生大豆中的抗胰蛋白酶和脲酶,棉籽中的棉酚、菜籽中的芥子甙等。Hayakawa 等报道,用双螺杆挤压机处理全脂大豆后,可以使抗胰蛋白酶活性完全丧失。抗胰蛋白酶是抑制动物消化系统中蛋白酶的多种物质之一,它可以抑制蛋白质分解,减少氨基酸生成,并且抑制代谢能释放和脂肪代谢,从而降低蛋白质消化率[15]。因此,挤压膨化可使大豆及其他豆类产品中养分消化率提高。据Cheng等(2003)报道,挤压大豆与生大豆相比,虹鳟粗蛋白质的表观消化率显著增加[20]。
3.5.2微生物制剂
微生物制剂的损失。微生物制剂目前应用比较多的有乳酸杆菌、链球菌、芽孢杆菌和酵母,这些微生物对高温尤为敏感,当制粒温度超过85℃时活性全部丧失。

4膨化技术与饲料资源开发
膨化技术不仅可用于生产膨化全脂大豆饲料、开发粗饲料、油料饼粕饲料的脱毒，而且用于开发利用羽毛、血等动物加工的废弃物作饲料。
4.1米糠保鲜处理
新鲜米糠含有极活泼的脂肪分解酶,能使米糠所含油分迅速分解成游离脂肪酸而酸败变质,所以新鲜米糠的贮存性能极差。酸败变质的米糠,不仅出油率降低,而且若作为饲料饲喂畜禽会影响畜禽的生长发育。所以新鲜米糠必须及时进行保鲜处理。挤压膨化,高温、高压、高剪切,能使脂肪酶失去活性,防止酸败变质。挤压膨化已成为米糠制油生产中预处理的新工艺。
4.2油料饼粕蛋白脱毒
我国各种油料饼粕年产量达2000万t以上,除大豆饼(粕)外,菜籽、棉籽、葵花籽、蓖麻等油料制油后所得饼(粕),也含有一定量的蛋白质,都是优良的饲用蛋白源。然而各种油料饼粕(包括大豆粕),并不能直接用于配制饲料,因为其中都含一定量的抗营养因子或其它有害成分。油料饼(粕)必须经过脱毒处理后才允许使用。脱毒方法有化学法和物理法。而油料饼(粕)挤压膨化脱毒则是挤压膨化技术应用于油料饼(粕)处理的现代技术。
4.3羽毛膨化加工
由于羽毛多肽链间存在着二硫键和氢键,使羽毛蛋白质的结构特别稳定,动物消化酶基本无法进行消化分解,因此研究开发出了羽毛挤压膨化技术。羽毛经挤压膨化处理后,其二硫键断开,分子结构被破坏,消化酶易于消化分解,提高消化率。消化率与降解程度、挤压膨化温度有关。挤压温度高,羽毛膨化产品的消化率提高,但产品含氨基酸相应减少,产品的蛋白品质降低。羽毛粉蛋白质含量高,但氨基酸不够平衡,为解决这一问题,可将鸡内脏、鸡血同羽毛混合加工成肠羽粉[21-22]。
４.4动物血粉膨化
目前，动物血液资源日益丰富。据农业部对国8０个大中城市的不完全统计，每年屠宰生猪2700万头，可得猪血7092万ｔ，如能收集加工利用，可制得血粉1418万ｔ［23］。然而，我国大多数的屠宰场中，畜禽屠宰后的血液除极少数用于制血豆腐、血肠和饲料以外，大部分的血液被白白当作废弃物排放掉。这不仅造成蛋白质资源流失，还造成严重的环境污染。因此，畜血资源的开发利用应该得到足够的重视。血粉粗蛋白含量高达80%以上，是很好的动物蛋白饲料。目前，国内外所采用的各种加工方法生产的血粉动物食后很难消化，适口性和营养平衡性差。这主要是由于血细胞属于硬质蛋白，在加工过程中，血细胞膜未经全部破坏及血粉中硬蛋白未经充分变性，所以在动物体内很难消化吸收。因此，加工血粉的关键是在加工过程中借助外力将其原有的分子结构破坏，即血细胞破裂，血细胞内的营养物质完全释放。挤压膨化加工技术可实现这一要求。通过挤压膨化加工，使血细胞破壁，细胞内含的营养物质被释放，极大地提高了血粉的消化吸收率。挤压膨化后的血粉经过显微镜检验，无完整的细胞存在，其产品质量和消化率要优于发酵血粉喷雾干燥血粉。膨化加工使得蛋白质变性，发生组织化，从而使蛋白酶更容易进入到蛋白内部，扩大了蛋白消化酶与蛋白质接触面积，从而更易被动物消化吸收。[21，23-24]
４.5畜禽废料膨化
畜禽废料（如家禽的尸体、下脚料、内脏、粪便等）都具有潜在的利用价值，因为其中含有大量的营养成分。但是，直接利用这些畜禽废料具有一定的危险性和局限性，它们都含有霉菌和有害物质，且消化率低、动物利用价值低。应用挤压膨化技术可以解决这些问题。在美国，鸡粪经过挤压膨化处理后有机物的消化率可超过75%，未经膨化的仅为62%。同时，膨化处理还可以杀灭病原菌和霉菌等。利用挤压膨化技术可消除畜禽废料对环境的污染，又可扩大饲料资源，实现变废为宝[24]。

5配合饲料的膨化加工
配合饲料产品,由早期的粉料,到环模制粒后的颗粒料,是饲料生产工艺的进步。近年来将膨化技术应用到饲料生产后，使饲料生产工艺具有划时代意义。膨化制粒的主要优点:(1)加工温度高,水分大,物料可充分熟化、降解，颗粒品质优良,饲料效价高;(2)颗粒密度可调范围大,可适应多种饲养对象和不同饲喂环境的要求。
5.1膨化乳猪料
乳猪料的重要指标是卫生和熟化,杜绝乳猪拉稀。原料经高温、高压处理,一方面杀死致病菌,一方面使淀粉料充分熟化,大豆蛋白变性、脱毒,使物料易于消化吸收。糊化淀粉,可以刺激动物体内产生乳酸,增强动物体的抗菌能力[25]。
5.2膨化水产料[26]
水产料采用膨化制粒,从各方面提高了产品的品质：
(1)提高了饲料效价。挤压膨化使淀粉熟化,这对鱼类十分重要,因为鱼类对生淀粉难消化。淀粉熟化,物料的粘结性提高,成形效果好。在保证颗粒质量的前提下,可调整配方,降低成本。
(2)粒料在水中的沉浮时间是由颗粒料密度的大小控制的,而密度大小是膨化度决定的。因此,可通过调整配方、调整淀粉以及粘结剂的品种和含量,调整工艺参数,即调整水分、压力、温度等,生产密度不同的膨化粒料。
(3)采用不同模具,调整切割速度,可得大小不同、形状不同的粒料,以适应不同饲喂对象的采食习性。膨化水产料,首先进行预熟化。物料在调质过程中膨胀、吸热升温,组分软化、均化,初步变性,为进入挤压膨化过程做准备。挤压膨化机配用双轴差速调质器,一对不同直径相对转动的转子,使物料得以充分混合。物料的滞留时间可大幅度调整,以满足充分调质的时间要求,是较先进的调质设备。
5.3膨化鸡料
鸡料配方中含淀粉料较高,同时含15%~20%的蛋白料,对于这个比例,无论干法膨化机,还是湿法膨化机,工艺性能都比较好。试验证明,膨化可以提高鸡对饲料的消化吸收率。膨化鸡料,因为容重小,可减少鸡的采食量,避免肥胖,提高产蛋率[27]。
5.4膨化牛料—尿素膨化玉米
牛、羊等反刍动物,能利用非蛋白氮(如尿素)转化成动物蛋白质。饲料中添加尿素的关键是如何控制添加量、均匀采食和尿素分解速度。尿素膨化玉米最有效地解决了这些问题。将尿素、玉米粉、添加剂以一定比例混合后进入膨化机,玉米粉膨化,糊化淀粉与尿素形成包被结构。脲酶抑制剂抑制了脲酶的活性。从两个方面抑制了尿素分解后释放氨的速度,避免由于氨过剩引起氨中毒。



6存在问题及今后的发展方向
目前尚存在下列问题予以解决:(1)研制国产高产量高膨化机，使膨化饲料可以大批产量生产以降低加工成本，降低进口设备投资;(2)研究更完善的生产工艺，提高单机质量，降低粉碎，膨化、烘干三大主机能耗以降低饲料生产成本;(3)加强膨化饲料配方的研究，选择昂贵原料的代用品，降低饲料成本。
膨化饲料在加工过程中经过膨化机高温高压处理后具有熟化完全、杀菌和浮水等目前普通颗粒饲料无法比拟的特性，是高科技卫生饲料产品。随着人们对它不断的认识、实践和了解，膨化加工饲料将会有较大的应用发展空间，如:(1)可加工幼畜禽和宠物饲料，减少饲料动物肠道病;(2)粗粉碎后用刮板机直接把大豆粉输送给粉料筛理设备后经膨化机膨化，可加工膨化大豆粉供应市场，增加饲料淡季设备的运行时间，提高企业效益;(3)改变膨化机螺器杆、螺套有关参数，可加工沉性水产饲料，如虾饲；（4）使用相同功效廉价原料，降低原料成本，拓宽饲料原料的选择范围等。

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tam0319

很好，有没有实用一点的，有的话更好

xishanzhongke

是的，我也有同感！实用的不多，楼主还需努力！大家一起共勉！

sherier

还是有些实验参数比较有价值

简简单单一句-

有学习的价值

陈正飞

有学习的价值