影響顆粒質量的加工因素（上）

007畜牧 · 發表于 2013-7-8 17:30:45

　影響顆粒質量的加工因素
文章出版日期：2001年

　　作者 : Keith C. Behnke博士，美國堪薩斯州立大學谷物科學和工業系

　　下面的文章來自與 AFMA (動物飼料商協會)的合作。
　　我們感謝他們的支持。
　　對顆粒飼料質量的充分了解和影響因素的研究仍然是一塊研究和設計構想的沃土。當新材料變得實用時，就會發生設備和技術的更新進步，也就必須徹底了解影響顆粒飼料的因素。這是一篇綜述文獻。
　　(這篇文章于2001年2月發表在2001年南非AFMA飼料協會論壇上，之后擴展并發表在飼料工業2001年5卷4其上)
　　造粒大約在1920年進入歐洲，1920年代后期進入美國飼料行業(Schoeff, 1994)。它的受歡迎程度穩定增長，美國飼料行業80%都是飼料造粒。今天，這項工藝廣泛使用，這是由于它提供了物理和營養利益。物理利益包括便于操作，減少原料分離，較少的飼料浪費，增加容重。營養利益是通過動物飼養試驗測定的(Falk, 1985)。
　　作為一項規則，飼喂顆粒飼料與飼喂粉料相比可以改善動物性能和飼料轉化率。它對畜牧性能的改善表現在(Behnke, 1994):
　　"減少飼料浪費
　　"減少飼料挑食
　　"降低原料分離
　　"較少時間和精力就能掌握
　　"破壞病原微生物
　　"淀粉和蛋白的熱改性
　　"改善了適口性
　　研究主要集中于對比顆粒飼料和粉料的好處。顆粒飼料變成養豬和家禽業中的重要成分，因為整個行業都在擴展和認識到了飼養顆粒飼料的價值。
　　對豬的效應
　　歐洲和美國的研究表明顆粒保育料會使ADG和G/F增加9-10%。顆粒生長育成料會使ADG增加3-5%，G/F增加7-10%（表1）。飼料顆粒的粉化率影響研究是有限的，一般都局限于不良的飼料顆粒會導致動物性能的下降。Gill和Oldfield (1965) 以及Tribble 等 (1979)均報道當飼喂不良飼料時，會導致動物性能下降。然而，當改變造粒加工（如較厚的環模）時將會改善顆粒飼料質量，并改善動物性能。Hanrahan (1984)報道說當嚴格飼喂PDI（顆粒耐久性指數）為69%或者62%的顆粒料時，育肥豬性能之間無差異。Stark (1994)進行了豬的飼養試驗證明飼喂較高質量的顆粒飼料（無粉化率）與包含30%粉化率的飼料相比會得到更好的增重效益。
　　對家禽業的改善
　　家禽肉雞顆粒飼料改善生長性能和飼料轉化率。Hussar和 Robblee (1962)報道了細磨顆粒飼料沒有影響幼齡家禽的性能。然而，對于成熟的家禽，飼喂全價顆粒日糧會獲得較好的生長和飼料轉化率。Hull 等(1968)報道家禽顆粒飼料有多于5%的飼料轉化率，但是細磨顆粒的飼料轉化率比粉料低。Scheideler (1991)進行的現場試驗指出家禽飼喂75%的全價顆粒比25%的全價顆粒會有更好的飼料轉化率（F/G為2.08比2.13）。這個結果可能是由于肉雞的擇食物性導致的。
　　火雞對顆粒飼料質量和粉化率的敏感度強于肉雞。好幾個試驗表明粉化率降低了火雞性能。Proudfoot和 Hulan (1982)報道說顆粒日糧改善了飼料轉化率。然而，當顆粒粉化率從0上升到60%時，性能下降了。Moran (1989)表明當飼喂細磨顆粒時，生長和畜牧性能下降了。Salmon (1985)報道說飼喂高質量顆粒時家禽性能沒有差異。這或許可以解釋飼料加工商將顆粒飼料作為高度優先發展項目的原因。這也是一個行業不斷改善的區域。
　　顆粒質量測試
　　如果假設顆粒飼料質量對動物性能有一些影響，然后準確，精確，客觀的記錄對性能的影響是必不可少的 (McCormick和Shellenberger, 1960).。顆粒飼料質量能使用好幾種方法測定。直接的方法如Stoke氏片劑硬度測試儀[Stoke's® Tablet Hardness Tester (Britsol, PA)]（它是專為片劑工業發展的）就是第一種使用到飼料工業的測試方法(McCormick和Shellenberger, 1960)。
　　簡潔的測試方法允許飼料生產商在飼料剛一離開制粒機就要進行質量檢測，從而進行必要的調整。Young (1970)發明了"翻斗盒測試法"（tumbling box test），此法現已成了用以測試顆粒料質量的行業標準。
　　飼料耐久性指標（PDI）(ASAE S269.3)是一種檢測機械處理中飼料細粉量的方法，Young (abid)報道了一種矯正方法，熱顆粒和冷卻24h的顆粒矯正系數R=0.967 和0.949，使用翻斗盒能作為飼料粉化率的檢測方法。這種測定單個顆粒的方法有最低的相關性(Stokes, R=0.78; Shear測試 R=0.72)。
　　Holman氏顆粒料測試法(Holman化學公司, 英國)是一種氣動的而不是機械的方法，它可以測定顆粒飼料的耐久性。試驗采用高速氣流將顆粒料通過管道進行傳送，模擬了現場條件下對飼料進行的處理(MacMahon和Payne, 1981)。McEllhiney (1988)報道說Holman氏顆粒料測試法結果比較穩定，然而，測得的數值低于以翻斗盒測試法測得的(ASAE, 1987)。使用間接測定顆粒質量的方法可能是飼料生產線中調整設備的有用參考。然而，家畜生產與飼料線中粉化率的測定有關系。飼料粉化率會導致飼料浪費，動物拒食，增加飼料管理。
　　顆粒飼料的附著力
　　附著是材料之間以物理化學相互作用結合到一起的過程。這也是通過加入表面材料或者使用粘合劑使各物質粘合到一起。粘合劑被定義為一種使用到物質表面，可以使它們融合起來，不再分離的材料(Wake, 1976)。顯而易見的是顆粒飼料，我們很少"采用"粘合劑，然而，我們必須去嘗試，通過溫度和濕度控制，激活天然的粘合劑，這些粘合劑通常存在于飼料原料中。
　　一些關于粘合劑在顆粒界面作用原理的理論已經提出來。制粒過程中應用的理論包括：+機械聯鎖+擴散+ Adsorption Kinlock (1987)描述的每種理論中的基本概念以及粘合劑作用機理。機械聯鎖是基于粘合劑能通過表明流動，變為硬性的，并將各種物質集合到一起。理論也建議了通過表面能改善接觸面積，自然也就增強了粘結強度。擴散理論的基礎是存在物質表面的聚合物擴散。擴散發生在物質加熱時，并允許擴散沿著物質表面流動。
　　這種現象只能是在當聚合物溫度超越它的玻璃化轉化溫度時發生。吸附粘連的發生是由于粘合劑和材料表面原子和/或分子間的強力作用。粘合力是離子鍵，共價鍵，氫鍵結合偶極相互作用鍵以及范德華力。結合力的強弱程度和效力范圍已經由Allen (1990)總結概述。
　　飼料的流變學特性
　　不同飼料原料的流變學和功能特征取決于它們的物理結構（結晶與非晶態）和化學成分。材料被加熱是通過第一或第二階玻璃化轉化或第一和第二階混合轉化完成的。晶體材料（如糖）只能通過第一階轉化。半結晶材料（如淀粉）可先于第一階轉化通過第二階轉化。非結晶材料（如纖維素，木質素）只表現出第二階轉化。在非晶體區域的聚合物開始松軟或變為動態的溫度被定義為玻璃化轉變溫度。
　　一些物質的玻璃化轉變溫度已經報道了，如淀粉(Zeleznak和 Hoseney, 1987); 小麥面筋(Slade, 1984; Hoseney等, 1986),以及玉米面筋 (Lawton, 1992)。玻璃化轉變溫度與水分呈負相關狀態。當系統中的水分增加時，物質變為流動的溫度也上升了。飼料成分的玻璃化轉變溫度低于調質過程(70-90° C)的常規溫度，這時濕度為15-18%。這表明在調質和造粒過程中飼料原料開始流動，流動物質的數量和位置取決于水分溫度和位置（顆粒表明或內部）。
　　據報道，總顆粒淀粉糊化度以及淀粉的破換程度與顆粒質量呈負相關關系(Stevens, 1987; Lopez, 1993)。淀粉破解程度被認為是低溫調質時顆粒表面效果好一些。然而，當調質溫度增加時，淀粉破壞程度降低了，這表明破壞主要是由于環模表面和淀粉之間的機械剪切，而不單單是由于熱液提升。
　　Woods (1987)檢驗了淀粉和蛋白在顆粒飼料加工中的功能作用。與熱變性大豆粕相比，原料中大豆片的添加提高了顆粒質量。此外，預膠化淀粉比生淀粉改善了顆粒質量 Briggs等(1999).。Woods斷定粗蛋白比淀粉有對顆粒質量較大的影響。這個發現由最近的Briggs（1999）證實。
　　數據表明糊化淀粉的水平可能是沒有膠化淀粉的位置重要。很明顯，顆粒飼料表面的糊化度是使顆粒內部結合，形成強壯、耐用顆粒的關鍵。顆粒界面與蛋白增塑相關的淀粉糊化度將會使聚合物擴散到淀粉顆粒和蛋白分子之間，從而導致粘到顆粒上。

	粉料				造粒
	階段		豬頭	ADG	ADFI	G/F	ADG	ADFI	G/F	評論
Gill 和Oldfield(1965)	生長/育肥		32	0.98	3.13	0.31	1.02	2.92	0.35	不良顆粒肯定會影響性能
Jensen 和Becker(1965)	保育料		96	0.27	0.44	0.62	0.24	0.37	0.65	顆粒日糧

NCR 42 (1969) 豬的營養 (1969)		生長/育肥	556	0.77		0.31	0.78		0.32	3% ^G/F
Hanke 等(1972)		生長/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)		生長/育肥	192	0.66	2.54	0.27	0.68		0.29	3%^ADG, 7%^G/F
Tribble et al. (1980)		生長/育肥	144	0.62	2.35	0.24	0.70	2.6	0.27	12%^ADG&G/F
Harris等 (1980)		生長/育肥	95	0.61		0.26	0.66	2.18	0.30	顆粒質量, 8%^ADG, 15%^G/F
					2.28		0.66	2.51	0.26	不良顆粒質量8%^ADG
Tribble 等(1980)		生長/育肥	120	0.67		0.29	0.71	2.10	0.34	顆粒, 6%^ADG, 17%^G/F
					1.35		0.73	2.16	0.34	顆粒添加結合劑
Skoch et al. (1983)		保育料	48	0.61	2.79	0.45	0.67	1.36	0.49	9%^ADG &G/F
		生長/育肥	48	0.75		0.27	0.79	2.89	0.27	5%^ADG
Hanrahan (1984)		生長/育肥	680				0.486	1.94	0.25	顆粒耐久性, 69%
							0.492	1.94	0.25	顆粒耐久性, 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