影响颗粒质量的加工因素（上）

007畜牧 · 发表于 2013-7-8 17:30:45

　影响颗粒质量的加工因素
文章出版日期：2001年

　　作者 : Keith C. Behnke博士，美国堪萨斯州立大学谷物科学和工业系

　　下面的文章来自与 AFMA (动物饲料商协会)的合作。
　　我们感谢他们的支持。
　　对颗粒饲料质量的充分了解和影响因素的研究仍然是一块研究和设计构想的沃土。当新材料变得实用时，就会发生设备和技术的更新进步，也就必须彻底了解影响颗粒饲料的因素。这是一篇综述文献。
　　(这篇文章于2001年2月发表在2001年南非AFMA饲料协会论坛上，之后扩展并发表在饲料工业2001年5卷4其上)
　　造粒大约在1920年进入欧洲，1920年代后期进入美国饲料行业(Schoeff, 1994)。它的受欢迎程度稳定增长，美国饲料行业80%都是饲料造粒。今天，这项工艺广泛使用，这是由于它提供了物理和营养利益。物理利益包括便于操作，减少原料分离，较少的饲料浪费，增加容重。营养利益是通过动物饲养试验测定的(Falk, 1985)。
　　作为一项规则，饲喂颗粒饲料与饲喂粉料相比可以改善动物性能和饲料转化率。它对畜牧性能的改善表现在(Behnke, 1994):
　　"减少饲料浪费
　　"减少饲料挑食
　　"降低原料分离
　　"较少时间和精力就能掌握
　　"破坏病原微生物
　　"淀粉和蛋白的热改性
　　"改善了适口性
　　研究主要集中于对比颗粒饲料和粉料的好处。颗粒饲料变成养猪和家禽业中的重要成分，因为整个行业都在扩展和认识到了饲养颗粒饲料的价值。
　　对猪的效应
　　欧洲和美国的研究表明颗粒保育料会使ADG和G/F增加9-10%。颗粒生长育成料会使ADG增加3-5%，G/F增加7-10%（表1）。饲料颗粒的粉化率影响研究是有限的，一般都局限于不良的饲料颗粒会导致动物性能的下降。Gill和Oldfield (1965) 以及Tribble 等 (1979)均报道当饲喂不良饲料时，会导致动物性能下降。然而，当改变造粒加工（如较厚的环模）时将会改善颗粒饲料质量，并改善动物性能。Hanrahan (1984)报道说当严格饲喂PDI（颗粒耐久性指数）为69%或者62%的颗粒料时，育肥猪性能之间无差异。Stark (1994)进行了猪的饲养试验证明饲喂较高质量的颗粒饲料（无粉化率）与包含30%粉化率的饲料相比会得到更好的增重效益。
　　对家禽业的改善
　　家禽肉鸡颗粒饲料改善生长性能和饲料转化率。Hussar和 Robblee (1962)报道了细磨颗粒饲料没有影响幼龄家禽的性能。然而，对于成熟的家禽，饲喂全价颗粒日粮会获得较好的生长和饲料转化率。Hull 等(1968)报道家禽颗粒饲料有多于5%的饲料转化率，但是细磨颗粒的饲料转化率比粉料低。Scheideler (1991)进行的现场试验指出家禽饲喂75%的全价颗粒比25%的全价颗粒会有更好的饲料转化率（F/G为2.08比2.13）。这个结果可能是由于肉鸡的择食物性导致的。
　　火鸡对颗粒饲料质量和粉化率的敏感度强于肉鸡。好几个试验表明粉化率降低了火鸡性能。Proudfoot和 Hulan (1982)报道说颗粒日粮改善了饲料转化率。然而，当颗粒粉化率从0上升到60%时，性能下降了。Moran (1989)表明当饲喂细磨颗粒时，生长和畜牧性能下降了。Salmon (1985)报道说饲喂高质量颗粒时家禽性能没有差异。这或许可以解释饲料加工商将颗粒饲料作为高度优先发展项目的原因。这也是一个行业不断改善的区域。
　　颗粒质量测试
　　如果假设颗粒饲料质量对动物性能有一些影响，然后准确，精确，客观的记录对性能的影响是必不可少的 (McCormick和Shellenberger, 1960).。颗粒饲料质量能使用好几种方法测定。直接的方法如Stoke氏片剂硬度测试仪[Stoke's® Tablet Hardness Tester (Britsol, PA)]（它是专为片剂工业发展的）就是第一种使用到饲料工业的测试方法(McCormick和Shellenberger, 1960)。
　　简洁的测试方法允许饲料生产商在饲料刚一离开制粒机就要进行质量检测，从而进行必要的调整。Young (1970)发明了"翻斗盒测试法"（tumbling box test），此法现已成了用以测试颗粒料质量的行业标准。
　　饲料耐久性指标（PDI）(ASAE S269.3)是一种检测机械处理中饲料细粉量的方法，Young (abid)报道了一种矫正方法，热颗粒和冷却24h的颗粒矫正系数R=0.967 和0.949，使用翻斗盒能作为饲料粉化率的检测方法。这种测定单个颗粒的方法有最低的相关性(Stokes, R=0.78; Shear测试 R=0.72)。
　　Holman氏颗粒料测试法(Holman化学公司, 英国)是一种气动的而不是机械的方法，它可以测定颗粒饲料的耐久性。试验采用高速气流将颗粒料通过管道进行传送，模拟了现场条件下对饲料进行的处理(MacMahon和Payne, 1981)。McEllhiney (1988)报道说Holman氏颗粒料测试法结果比较稳定，然而，测得的数值低于以翻斗盒测试法测得的(ASAE, 1987)。使用间接测定颗粒质量的方法可能是饲料生产线中调整设备的有用参考。然而，家畜生产与饲料线中粉化率的测定有关系。饲料粉化率会导致饲料浪费，动物拒食，增加饲料管理。
　　颗粒饲料的附着力
　　附着是材料之间以物理化学相互作用结合到一起的过程。这也是通过加入表面材料或者使用粘合剂使各物质粘合到一起。粘合剂被定义为一种使用到物质表面，可以使它们融合起来，不再分离的材料(Wake, 1976)。显而易见的是颗粒饲料，我们很少"采用"粘合剂，然而，我们必须去尝试，通过温度和湿度控制，激活天然的粘合剂，这些粘合剂通常存在于饲料原料中。
　　一些关于粘合剂在颗粒界面作用原理的理论已经提出来。制粒过程中应用的理论包括：+机械联锁+扩散+ Adsorption Kinlock (1987)描述的每种理论中的基本概念以及粘合剂作用机理。机械联锁是基于粘合剂能通过表明流动，变为硬性的，并将各种物质集合到一起。理论也建议了通过表面能改善接触面积，自然也就增强了粘结强度。扩散理论的基础是存在物质表面的聚合物扩散。扩散发生在物质加热时，并允许扩散沿着物质表面流动。
　　这种现象只能是在当聚合物温度超越它的玻璃化转化温度时发生。吸附粘连的发生是由于粘合剂和材料表面原子和/或分子间的强力作用。粘合力是离子键，共价键，氢键结合偶极相互作用键以及范德华力。结合力的强弱程度和效力范围已经由Allen (1990)总结概述。
　　饲料的流变学特性
　　不同饲料原料的流变学和功能特征取决于它们的物理结构（结晶与非晶态）和化学成分。材料被加热是通过第一或第二阶玻璃化转化或第一和第二阶混合转化完成的。晶体材料（如糖）只能通过第一阶转化。半结晶材料（如淀粉）可先于第一阶转化通过第二阶转化。非结晶材料（如纤维素，木质素）只表现出第二阶转化。在非晶体区域的聚合物开始松软或变为动态的温度被定义为玻璃化转变温度。
　　一些物质的玻璃化转变温度已经报道了，如淀粉(Zeleznak和 Hoseney, 1987); 小麦面筋(Slade, 1984; Hoseney等, 1986),以及玉米面筋 (Lawton, 1992)。玻璃化转变温度与水分呈负相关状态。当系统中的水分增加时，物质变为流动的温度也上升了。饲料成分的玻璃化转变温度低于调质过程(70-90° C)的常规温度，这时湿度为15-18%。这表明在调质和造粒过程中饲料原料开始流动，流动物质的数量和位置取决于水分温度和位置（颗粒表明或内部）。
　　据报道，总颗粒淀粉糊化度以及淀粉的破换程度与颗粒质量呈负相关关系(Stevens, 1987; Lopez, 1993)。淀粉破解程度被认为是低温调质时颗粒表面效果好一些。然而，当调质温度增加时，淀粉破坏程度降低了，这表明破坏主要是由于环模表面和淀粉之间的机械剪切，而不单单是由于热液提升。
　　Woods (1987)检验了淀粉和蛋白在颗粒饲料加工中的功能作用。与热变性大豆粕相比，原料中大豆片的添加提高了颗粒质量。此外，预胶化淀粉比生淀粉改善了颗粒质量 Briggs等(1999).。Woods断定粗蛋白比淀粉有对颗粒质量较大的影响。这个发现由最近的Briggs（1999）证实。
　　数据表明糊化淀粉的水平可能是没有胶化淀粉的位置重要。很明显，颗粒饲料表面的糊化度是使颗粒内部结合，形成强壮、耐用颗粒的关键。颗粒界面与蛋白增塑相关的淀粉糊化度将会使聚合物扩散到淀粉颗粒和蛋白分子之间，从而导致粘到颗粒上。

	粉料				造粒
	阶段		猪头	ADG	ADFI	G/F	ADG	ADFI	G/F	评论
Gill 和Oldfield(1965)	生长/育肥		32	0.98	3.13	0.31	1.02	2.92	0.35	不良颗粒肯定会影响性能
Jensen 和Becker(1965)	保育料		96	0.27	0.44	0.62	0.24	0.37	0.65	颗粒日粮

NCR 42 (1969) 猪的营养 (1969)		生长/育肥	556	0.77		0.31	0.78		0.32	3% ^G/F
Hanke 等(1972)		生长/育肥	379	0.75	2.52	0.29	0.80		0.31	6%^ADG&G/F
Braid (1973)		保育/育肥	120	0.69		0.27	0.72	2.43	0.30	4%^ADG, 7%^G/F
Tribble 等 (1979)		生长/育肥	192	0.66	2.54	0.27	0.68		0.29	3%^ADG, 7%^G/F
Tribble et al. (1980)		生长/育肥	144	0.62	2.35	0.24	0.70	2.6	0.27	12%^ADG&G/F
Harris等 (1980)		生长/育肥	95	0.61		0.26	0.66	2.18	0.30	颗粒质量, 8%^ADG, 15%^G/F
					2.28		0.66	2.51	0.26	不良颗粒质量8%^ADG
Tribble 等(1980)		生长/育肥	120	0.67		0.29	0.71	2.10	0.34	颗粒, 6%^ADG, 17%^G/F
					1.35		0.73	2.16	0.34	颗粒添加结合剂
Skoch et al. (1983)		保育料	48	0.61	2.79	0.45	0.67	1.36	0.49	9%^ADG &G/F
		生长/育肥	48	0.75		0.27	0.79	2.89	0.27	5%^ADG
Hanrahan (1984)		生长/育肥	680				0.486	1.94	0.25	颗粒耐久性, 69%
							0.492	1.94	0.25	颗粒耐久性, 62%
Walker等(1989)		保育			0.31	0.66		0.55	0.73	11%^G/F
Wondra等(1994)		育肥	160	0.96	3.22	0.30	1.00	3.16	0.32	4%^ADG, 6%^G/F