調(diào)質時間對水產(chǎn)飼料成品質量的影響

■高一桐 馬 亮 董 宇

(江蘇牧羊控股有限公司，江蘇揚州225000)

在使用膨化機生產(chǎn)水產(chǎn)飼料的過程中，調(diào)質器的使用已經(jīng)成為一種標準配置。調(diào)質器的配置可以給水產(chǎn)飼料的生產(chǎn)帶來很多優(yōu)點，諸如：使原料在調(diào)質器內(nèi)充分的攪拌均勻，提升淀粉的糊化度和使蛋白質進行變性，從而增加魚類對飼料中淀粉和蛋白質的吸收率；提高膨化機產(chǎn)能，減少膨化機螺桿磨損，提高飼料的品質、殺菌等[1]。

1 水產(chǎn)膨化傳統(tǒng)組合調(diào)質器的性能對比

目前，水產(chǎn)膨化系統(tǒng)中，關于常見幾種調(diào)質器的結構特征與性能比較已經(jīng)有了一些介紹和分析[2]。水產(chǎn)膨化系統(tǒng)中，單層雙軸差速調(diào)質器（DDC）已經(jīng)很少使用了，而組合調(diào)質器被越來越多的使用。組合調(diào)質器的顯著功能就是增加調(diào)質時間，并且提高原料中的淀粉糊化度，其帶來的直接效果就是膨化產(chǎn)品的質量和品質得到改善。目前在中國的水產(chǎn)加工行業(yè)，關于生產(chǎn)水產(chǎn)飼料的最佳調(diào)質時間，尚沒有確定的結論。但是在牧羊有限公司的實際操作中，發(fā)現(xiàn)對比兩種組合調(diào)質器（一種調(diào)質時間為120～180 s，另外一種調(diào)質時間為240～360 s）調(diào)質后產(chǎn)品的品質、外觀等均有很大的提高。本文將對此結果，并且結合一些成熟的研究成果，進行一些前期的論述分析。

傳統(tǒng)的雙層組合調(diào)質器的調(diào)質時間一般為120～180 s，目前被大部分水產(chǎn)飼料生產(chǎn)企業(yè)所使用并且認可的組合形式為：第一層為高速打擊、混合的單軸調(diào)質器，第二層為雙軸差速調(diào)質器(DDC)。根據(jù)Beyer[3]的研究，淀粉的糊化度在調(diào)質時間達到120 s后，變化很小，并且其值大約在53%。其中，該研究所使用的配方為常見典型的傳統(tǒng)寵物料配方，溫度95℃、水分含量23%。

普通DDC的有效調(diào)質時間為60～120 s，當配套膨化機在額定產(chǎn)能運行時，其有效調(diào)質時間一般不高于80 s。故使用組合調(diào)質器，調(diào)質時間達到120 s以上后，淀粉糊化度得到了提升，這也是很多企業(yè)采用雙層組合調(diào)質器的原因[2]。如果僅從調(diào)質時間來看，使用傳統(tǒng)的雙層組合調(diào)質器，其淀粉的糊化度已經(jīng)能夠達到要求，如果再加長調(diào)質時間，對于提高淀粉糊化度沒有非常大的明顯改善。

表1 三種調(diào)質器性能數(shù)據(jù)的比較

2 新型組合調(diào)質器的實驗對比

但隨著配方技術的更新以及市場的變化，新型的水產(chǎn)配方中越來越多的使用植物蛋白并且減少淀粉的用量，新型的調(diào)質加工技術要求調(diào)質時間應該至少在3 min，才能夠保證產(chǎn)品的質量品質要求[4]。相對于傳統(tǒng)的組合調(diào)質器來說，牧羊有限公司創(chuàng)新的使用調(diào)質時間達到240～360 s的新型組合調(diào)質器，其更多的優(yōu)勢體現(xiàn)在：膨化顆粒泡水后的黏彈性得到提升，顆粒的表面光滑度得到更好的改善，膨化機主電機的電流負載有所下降。更重要的是，在同樣配方和工況下，膨化顆粒的淀粉糊化度由原先的89%～91%提升到96%～98%。牧羊有限公司在某工廠進行實地取樣測試的結果如圖1所示。

圖1 5組樣品糊化度的比較

該廠家使用的牧羊公司全套膨化生產(chǎn)線，其配套調(diào)質器為新型組合調(diào)質器，調(diào)質時間為240～360 s，測試產(chǎn)品為浮性烏龜料。在調(diào)質膨化工段前后取5組樣，并測試樣品的糊化度，進行比較。這5組樣品分別為：調(diào)質前（樣品1），調(diào)質20 s左右（樣品2），調(diào)質170 s左右（樣品3），調(diào)質278 s（樣品4），膨化顆粒成品（樣品5）

由圖1可知，從淀粉糊化度的觀點來考慮，傳統(tǒng)組合調(diào)質器（120～180 s）和新型組合調(diào)質器（240～360 s）在對于產(chǎn)品品質的影響上，并沒有存在非常大大的區(qū)別。那么，在調(diào)質過程中，另外一個重要的因素——蛋白質，就應該被加入到影響因子的考慮中。雖然有研究[5]已經(jīng)表明，在水產(chǎn)飼料中，相對于蛋白質，淀粉的影響更占主導作用。但是在當今市場對于水產(chǎn)飼料高品質的追求上，本文將從調(diào)質時間對蛋白質的影響以及最終影響成品飼料質量的角度，進行一些分析。

3 新型組合調(diào)質器的實驗結果分析

3.1 新型組合調(diào)質器延長了調(diào)質時間，增加了物料中蛋白質的變性程度，從而改善產(chǎn)品品質，并且提高了飼養(yǎng)過程中魚類對于蛋白質的消化吸收率

蛋白質在水產(chǎn)飼料的加工過程中，由于高溫、水分和剪切力的同時存在，會發(fā)生變性。一定范圍內(nèi)的蛋白質能夠提高魚類對于蛋白質的消化利用率[6-7]。Mosig等[8]的研究成果表明，蛋白質在一定范圍內(nèi)變性程度的提高，會使魚類對于飼料中蛋白質的消化率上升5%～8%。同時，水產(chǎn)飼料的成品對于顆粒黏彈性有一定要求，而黏彈性跟原料配方中的蛋白含量有直接關系，在一定范圍內(nèi)，蛋白質含量的增加可以使成品飼料的黏彈性增加，提高其品質[4，9]。Briggs等[10]及Winowiski[11]的研究證明了，水產(chǎn)飼料的原料配方中，一定范圍內(nèi)蛋白質含量的提升會增加成品飼料的耐久性指數(shù)(PDI)，其實驗結果如圖2。

圖2 蛋白含量與成品耐久性指數(shù)PDI實驗(根據(jù)Briggs結論重新獲得數(shù)據(jù))

同時，Navickis等[12]對于小麥面團中蛋白質含量研究的結論中證明，水分含量一定的情況下，蛋白含量的上升會增加其黏彈性。由Briggs等的研究結論可以推論出，調(diào)質條件不變的情況下，蛋白質含量的增加意味著在加工過程中蛋白質變性程度的增加，從而最終成品飼料的黏彈性指數(shù)上升。從而說明，蛋白質含量不變的情況下，更改調(diào)質條件使蛋白質變性程度增加，同樣可以達到使成品飼料黏彈性指數(shù)上升的目的。

3.2 同等條件下，蛋白質變性的時間要大于淀粉糊化時間。雖然調(diào)質時間的延長對于淀粉的糊化影響已經(jīng)不大，但對于蛋白質的充分變性是需要的

根據(jù)谷文英[13]的研究，其實驗使用對蝦飼料配方在水分過量(74.71%)的情況下，對其進行吸熱值測試。實驗結果顯示蛋白質的變性溫度大約在100℃，淀粉的糊化溫度大約在67℃，實驗結果見圖3。

圖3 對蝦飼料的吸熱與峰值溫度實驗（根據(jù)谷文英的結論重新獲取數(shù)據(jù)）

該研究中所使用的對蝦飼料配方見表2。

表2 實驗中所使用的對蝦飼料配方

谷文英的研究中，在對蝦飼料中添加過量的水分(74.71%)后，對其進行吸熱值實驗并對比溫度。在圖3的實驗結果中顯示，4個峰值的出現(xiàn)分別代表了淀粉的糊化峰形、脂質淀粉的糊化峰形、蛋白質的變性峰形，其中第四個峰值在該研究中的測試不夠，尚未確定是何種成分的變性峰形。根據(jù)該結論，如果僅從淀粉的糊化和蛋白質的變性來看，該研究中所使用的蛋白質變性的溫度(100.86℃)，大大高于淀粉的糊化溫度(67.93℃)。

根據(jù)谷文英的結論，對于水產(chǎn)飼料的調(diào)質部分進行熱量分析計算：

①假設某水產(chǎn)飼料配方中含有粗蛋白45%，淀粉20%。

② 淀粉糊化溫度(Ts=67.93℃)和蛋白質變性溫度(Tp=100.86℃)，使用谷文英的實驗結論溫度，起始溫度為0℃。質量流率假定為m=1 kg/s。

③ 淀粉和蛋白質的比熱容(定壓熱容cp)采用Choi等[14]推薦的修正公式進行計算。

根據(jù)以上的條件進行蛋白質和淀粉的吸熱計算[15]：

Q=cpmΔT。

式中：Q——熱量率(J/s)；

cp——定壓熱容[J/(kg·℃)]；

ΔT——溫度變化量(℃)。

a.蛋白質吸熱率：

Qp=cppmpΔTp=96 073.84(J/s)。

其中：cpp=2 008.2+1 208.9×10-3Tp-1 312.9×10-6，TP2=2 116.77 J/(kg·℃)。

b.淀粉吸熱率：

Qs=cpsmsΔTs=2 2480.75(J/s)。

其中：cps=1 548.8+1 962.5×10-3Ts-5 939.9×10-6，Ts2=1 654.70 J/(kg·℃)。

從以上的計算結果中可以看出，Qp/QS=4.27，即蛋白質變性時吸收的熱量為淀粉糊化吸收熱量的大約4.27倍。故此可知，當溫度一定時，蛋白質變性相對于淀粉糊化需要更多的時間。假設溫度為70℃，根據(jù)熱量與加熱時間成正比，可以得到如下關系(其中t為時間)：

經(jīng)計算后可得tp/ts=1.51，即在溫度相同的情況下，蛋白質達到變性所需的時間大約為淀粉糊化所需時間的1.5倍。

雖然谷文英的研究不能完全直接套用在水產(chǎn)飼料的生產(chǎn)上，但是其結論對于延長調(diào)質時間與提高飼料品質上，有著重要的指導意義。該結論充分說明了在水產(chǎn)飼料的調(diào)質過程中，延長調(diào)質時間能夠保證蛋白質的變性更加充分。

3.3 調(diào)質時間的延長，提高了物料的流動性和混合均勻度，使飼料成品更加均勻美觀，能夠降低膨化機主機負載電流

Briggs等[10]對于使用制粒機生產(chǎn)飼料的調(diào)質時間與飼料品質進行的研究表明，調(diào)質時間的加長使成品PDI（飼料耐久性指數(shù)）上升了約5.7%。其實驗結果如圖4。

圖4 調(diào)質時間與成品耐久性的實驗結論(根據(jù)Briggs實驗結論重新獲取數(shù)據(jù))

實驗結果充分說明了在配方含量相同的情況下，調(diào)質時間在一定范圍內(nèi)的加長能夠有效地提高成品顆粒飼料的耐久性，提高其品質。

此外，調(diào)質時間增加能夠使物料在調(diào)質器內(nèi)的混合時間加長。根據(jù)Wilcox等[16]在飼料混合機與混合時間的研究結論中顯示，混合時間與混合偏離因子成反比(實驗結果見圖5)。圖5中混合偏離因子越大，證明混合均勻度越差。

圖5 混合時間與混合偏離因子實驗結果(根據(jù)Wilcox等研究結論重新獲取)

在圖5的實驗結論中可以看出，總體來說，混合時間的加長更有利于提高物料的混合均勻度。該結論在水產(chǎn)飼料生產(chǎn)中對調(diào)質過程也有著指導作用。調(diào)質器的其中一項重要功能就是使得物料的混合更加均勻，尤其當原料中纖維含量較高的情況，更加均勻的物料能夠提高其流動性，使得物料在進入膨化機加工時壓力和溫度分布更加均勻，最終使得加工出的成品外形更加均勻美觀，而且更高的物料流動性也可以提高產(chǎn)量，使得膨化機主機電流的負載有所下降。

4 結論

本文通過總結一些成熟的研究結論以及一些實際生產(chǎn)成果后，對水產(chǎn)調(diào)質器的不同組合性能進行了一些總結，以及對新型組合調(diào)質器所產(chǎn)生的良好使用效果進行了一些分析。

①使用普通DDC，由于其有效調(diào)質時間僅僅為80 s，最終膨化顆粒的糊化度不高，一般不高于86%。

②有效調(diào)試時間達到150 s以上時，膨化顆粒的糊化度就能夠達到90%以上。之后調(diào)質時間的延長，其糊化度的提升幅度沒有有效調(diào)質時間在80 s以內(nèi)提升的幅度大。但是，如果需要獲得96%以上的糊化度，需要選擇調(diào)質時間為240～360 s的新型組合調(diào)質器。

③新型組合調(diào)質器延長了調(diào)質時間，僅從淀粉糊化度這一項數(shù)據(jù)來看，新型組合調(diào)質器較傳統(tǒng)組合調(diào)質器并沒有明顯的改善和提高。但是，新型組合調(diào)質器對于增加蛋白的變性程度起到了積極作用。蛋白質變性程度的增加可以使水產(chǎn)飼料中的蛋白質更容易被魚類消化，提升飼養(yǎng)質量。而且會增加成品飼料的黏彈性和耐久性指數(shù)PDI，提升飼料品質。

④新型組合調(diào)質器的配置增加了物料在其中的混合時間，提高了混合均勻度，增加了物料的流動性。使其在進入膨化機后的壓力和溫度分布更加均勻，最終使得成品的外形更加美觀。并且這也會增加膨化機的產(chǎn)量，使得主機負載電流有所下降。

本文結論是基于一些研究結論以及牧羊有限公司相關設備的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，所進行的一些合理的分析。在后續(xù)的工作中，會對此結論進行更加完善的實驗驗證，從而進一步的優(yōu)化現(xiàn)有的分析結果。