篩孔直徑對(duì)玉米和小麥粉碎粒度、生產(chǎn)效率和飼料性狀的影響

■ 孫啟波 劉 寧 楊 玲 楊維仁 張桂國(guó)楊在賓

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山東泰安271018；2.江蘇中煤長(zhǎng)江生物科技有限公司，江蘇徐州221004)

粉碎是飼料加工工藝中必不可少的工藝，原料粉碎粒度、粒度的均勻性、粉碎產(chǎn)量和粉碎電耗等[1]，對(duì)飼料加工的生產(chǎn)性能、飼料中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和動(dòng)物的生產(chǎn)性能均有一定的影響。適當(dāng)?shù)姆鬯槔谠铣煞只旌暇鶆?，便于顆粒飼料的制作，提高制粒的效率和顆粒質(zhì)量[2-3]。但過(guò)度粉碎會(huì)降低粉碎生產(chǎn)效率，且易造成物料流動(dòng)不暢甚至形成結(jié)拱，影響正常生產(chǎn)。因此，探求飼料的粉碎粒度越來(lái)越為科學(xué)家們及企業(yè)關(guān)注。目前大中型飼料廠對(duì)不同篩孔直徑下飼料產(chǎn)量和耗電量的研究較多，但在粉碎對(duì)物料粒度大小和粒度分布以及顆粒飼料品質(zhì)等方面的研究并不多。因此本研究采用錘片式粉碎機(jī)，研究篩孔直徑對(duì)原料粉碎粒度、粒度分布、粉碎生產(chǎn)效率、電耗及顆粒飼料品質(zhì)的影響，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

粉碎原料：玉米和小麥；

粉碎機(jī)：錘片式粉碎機(jī)（江蘇正昌集團(tuán)有限公司生產(chǎn)型號(hào)：SSLG20×140，配備動(dòng)力15 kW+1.5 kW）；

篩片：孔徑分別為2.5、3.0、3.2 mm；

標(biāo)準(zhǔn)篩一套：200×25，新鄉(xiāng)市康達(dá)機(jī)械有限公司；

頂擊式振篩機(jī)：浙江上虞五金紗織篩廠。

GWJ-1型谷物硬度計(jì)：浙江圖譜儀器有限公司。

制粒機(jī)：江蘇正昌集團(tuán)有限公司，正昌-SZLH420D制粒機(jī),主機(jī)功率：110 kW。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

粉碎：玉米和小麥在同一臺(tái)粉碎機(jī)中粉碎，分別配備3個(gè)孔徑篩片條件下粉碎3個(gè)重復(fù)。每種原料保證物料均勻投入進(jìn)料口，每次換篩片時(shí)清理機(jī)器，保證無(wú)雜物殘留，粉碎后裝入編號(hào)后的袋中，留存用于粒度分析。

篩分：采用一套直徑為204 mm，高度為25 mm的金屬編織篩，篩孔尺寸分別為4、6、8、12、16、20、30、40、50、70、100、140、200目和 270目加底總共15層。將粉碎后至于自封袋中的樣品混勻，稱取100 g，將其放在分析篩的最上層，分析篩放在振篩機(jī)上，然后使其振動(dòng)。直到最細(xì)的一層篩子物料的質(zhì)量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為止，約10 min。停止震動(dòng)后拔下電源，將14層分析篩上物分別于分析天秤上稱重并記錄。

制粒：試驗(yàn)選用直徑為2.5、3.0、3.2 mm的篩片對(duì)玉米和小麥進(jìn)行粉碎，粉碎流程做6次重復(fù)。將分別得到的粉碎樣品按肉鴨飼料配方制成顆粒料，待測(cè)顆粒料品質(zhì)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 粉碎粒度的計(jì)算

按下列公式計(jì)算幾何平均粒徑Xgm和幾何標(biāo)準(zhǔn)差

式中：di為第i層篩子上物料顆粒的幾何平均直徑（μm）=（di×di+1）1/2；

di為第i層篩的篩孔直徑（μm）；

di+1為比第i層篩子大的相鄰篩子的篩孔直徑(μm)；

Wi為第i層篩子上物料的重量。

1.3.2 粉碎成本的測(cè)定

玉米和小麥粉碎過(guò)程中記錄時(shí)間（h）、耗電量（kW·h），粉碎產(chǎn)量（t），用于計(jì)算粉碎生產(chǎn)效率（t/h）和單位產(chǎn)量電耗(kW·h/t)；

粉碎生產(chǎn)效率（t/h）=粉碎產(chǎn)量（t）/粉碎時(shí)間（h）；

粉碎單位產(chǎn)量電耗(kW·h/t)=粉碎產(chǎn)量（t）/粉碎耗電量（kW·h）。

1.3.3 顆粒飼料品質(zhì)的測(cè)定

混合均勻度：按GB/5918-1997進(jìn)行；

含粉率：根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T16765-1997；

硬度：參考《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》中所示顆粒飼料硬度的測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.2統(tǒng)計(jì)軟件中的ANOVA過(guò)程進(jìn)行單因子方差(one-way ANOVA,LSD)分析，Duncan's多重比較檢驗(yàn)，P＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 篩孔直徑對(duì)玉米和小麥Xgm的影響

篩孔直徑對(duì)玉米和小麥Xgm的影響見(jiàn)表1。在該試驗(yàn)條件下，玉米的對(duì)數(shù)幾何平均粒徑均隨著篩孔直徑的增加而變大，并與篩孔直徑呈線性關(guān)系。粉碎物對(duì)數(shù)幾何平均粒徑遠(yuǎn)小于篩孔直徑。篩孔直徑顯著影響了斜率和截距(P＜0.05)。2.5 mm篩孔直徑與3.0 mm篩孔直徑斜率差異不顯著（P＞0.05），截距差異顯著(P＜0.05)；2.5 mm篩孔直徑與3.2 mm篩孔直徑斜率、截距差異顯著（P＜0.05）；3.0 mm篩孔直徑與3.2 mm篩孔直徑斜率差異顯著（P＜0.05），截距差異不顯著（P＞0.05）。

表1 平均幾何粒徑與篩孔直徑的線性回歸關(guān)系

小麥的對(duì)數(shù)幾何平均粒徑均隨著篩孔直徑的增加而變大，與篩孔直徑呈線性關(guān)系。粉碎物的對(duì)數(shù)幾何平均粒徑遠(yuǎn)小于篩孔直徑。篩孔直徑顯著影響了斜率和截距(P＜0.05)。2.5 mm篩孔直徑與3.0 mm篩孔直徑斜率、截距差異顯著(P＜0.05)；2.5 mm篩孔直徑與3.2 mm篩孔直徑斜率、截距差異顯著（P＜0.05）；3.0 mm篩孔直徑與3.2 mm篩孔直徑斜率、截距差異顯著（P＜0.05）。

2.2 篩孔直徑對(duì)玉米和小麥粉碎生產(chǎn)效率和電耗的影響（見(jiàn)表2）

表2 篩孔直徑對(duì)玉米生產(chǎn)效率和電耗的影響

表2結(jié)果顯示，篩孔直徑對(duì)玉米和小麥生產(chǎn)效率和電耗的影響差異顯著（P＜0.05）。2.5 mm篩孔直徑與3.0 mm篩孔直徑相比，2.5 mm篩孔直徑和3.2 mm篩孔直徑相比，3.0 mm篩孔直徑與3.2 mm篩孔直徑相比，生產(chǎn)效率和電耗差異均顯（P＜0.05）。

2.3 篩孔直徑對(duì)顆粒飼料品質(zhì)的影響（見(jiàn)表3）

表3 篩孔直徑對(duì)顆粒飼料品質(zhì)的影響

由結(jié)果可知，篩孔直徑對(duì)顆粒飼料混合均勻度、硬度、含粉率的影響差異顯著（P＜0.05）。2.5 mm篩孔直徑與3.0 mm篩孔直徑相比，混合均勻度、含粉率差異顯著（P＜0.05），而顆粒硬度差異不顯著（P＞0.05）；2.5 mm篩孔直徑與3.2 mm篩孔直徑相比，混合均勻度、顆粒硬度、含粉率差異顯著（P＜0.05）；3.0 mm篩孔直徑與3.2 mm篩孔直徑相比，混合均勻度、硬度差異顯著（P＜0.05），而含粉率差異不顯著（P＞0.05）。

3 討論

3.1 篩孔直徑對(duì)玉米和小麥粉碎粒度的影響

粉碎粒度是指粉碎樣品的平均顆粒大小[4]。表示方法主要有錘片粉碎機(jī)篩片篩孔直徑法、算術(shù)平均粒徑法、粒度模數(shù)與均勻度模數(shù)法、篩上殘留物百分?jǐn)?shù)法、對(duì)數(shù)幾何平均粒徑法(十四層篩法)[5]，其中十四層篩分法為主要測(cè)定方法，該法優(yōu)點(diǎn)是可以準(zhǔn)確反映樣品粒度，同時(shí)反映樣品粒度的變異情況[6]。

粉碎室中原料在高速旋轉(zhuǎn)的錘片下運(yùn)動(dòng)，直到粒度減小到可以通過(guò)篩片的孔隙，因此，粉碎粒度和粒度分布取決于粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速和篩孔直徑[7-8]。王衛(wèi)國(guó)等[9]對(duì)玉米、豆粕等7種原料進(jìn)行粉碎試驗(yàn)，結(jié)果顯示粉碎篩片篩孔孔徑與同一種原料的粉碎物的質(zhì)量幾何平均粒徑隨篩孔孔徑減小而減小，并呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。另有試驗(yàn)表明，隨篩片直徑的加大，粉碎成品變粗，篩孔直徑與粉碎粒度的關(guān)系大體為：成品平均粒度（mm）=（1/4～1/3）篩孔直徑（mm）[10]。本試驗(yàn)中用錘片粉碎機(jī)對(duì)玉米和小麥在3種孔徑（2.5、3.0、3.2 mm）的篩片下進(jìn)行粉碎，結(jié)果再次證明隨著篩孔直徑與玉米、小麥的Xgm之間的線性關(guān)系。

3.2 篩孔直徑對(duì)粉碎成本的影響

研究表明，粉碎作業(yè)中電耗占粉狀配合飼料成品總電耗的60%～70%，占飼料廠生產(chǎn)車(chē)間總電耗的30%～70%[11-12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同篩孔下粉碎玉米和小麥，單位粉碎的電耗隨篩孔直徑減小而增大。王衛(wèi)國(guó)等[13]對(duì)麩皮、棉粕、豆粕、玉米、菜粕5種原料進(jìn)行粉碎的試驗(yàn)得出的結(jié)論與本試驗(yàn)一致。王鐵良等[19]在對(duì)玉米進(jìn)行粉碎試驗(yàn)的結(jié)果表明，降低原料粉碎粒度，會(huì)使后續(xù)工序制粒的生產(chǎn)率顯著提高，但隨篩孔孔徑的增加，制粒單產(chǎn)耗電量也會(huì)顯著提高。沈長(zhǎng)山[15]在飼料生產(chǎn)中的研究同樣表明，錘片式粉碎機(jī)可將玉米粉碎到平均粒度為1 000、800、600、400 μm。當(dāng)粒度從1 000 μm降到600 μm，粉碎能量只是略增，產(chǎn)量也略微下降。但粒度從600 μm再降低到400 μm時(shí)，所需能量比粉碎到600 μm的能量要大兩倍多，顆粒產(chǎn)量也明顯下降。另有報(bào)告卻報(bào)道當(dāng)粉碎粒度越細(xì)時(shí)，產(chǎn)量越小，電耗卻越大，加工成本也越高[16]。

3.3 篩孔直徑對(duì)顆粒飼料品質(zhì)的影響

產(chǎn)品混合均勻度是衡量飼料產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。由于飼料混合均勻度能夠直接影響飼料的產(chǎn)品質(zhì)量，直接影響畜禽的生產(chǎn)性能，進(jìn)而影響?zhàn)B殖的總體經(jīng)濟(jì)效益[17]。物料的粉碎粒度大小對(duì)飼料的混合均勻度有直接影響。陳道仁[18]研究發(fā)現(xiàn)，混合物料的平均粒徑越小，顆粒大小越均勻，而混合所能達(dá)到的混合均勻度則越高，產(chǎn)品質(zhì)量越好，且在輸送、貯存過(guò)程中越不容易產(chǎn)生分級(jí)現(xiàn)象。本試驗(yàn)結(jié)果與前人基本一致：隨粒度的減小，幾何標(biāo)準(zhǔn)差的減小，產(chǎn)品的混合均勻度越好，且兩者之間具有線性關(guān)系（P＜0.01），但所有產(chǎn)品混合均勻度≤10%屬于允許范圍。

原料粉碎粒度越細(xì)，粉碎電耗較高，生產(chǎn)效率較低，但原料表面積越大，物料吸收蒸汽中水分越快，有利于調(diào)質(zhì)易制粒成形。但從制粒角度來(lái)講，粉碎的粒度過(guò)細(xì)，制粒強(qiáng)度高，加蒸汽多，不留意容易堵塞；粒度過(guò)粗，則增加環(huán)模和壓輥的磨損，制粒成形困難，造成物耗大，產(chǎn)量低，顆粒糊化效果不好，顆粒質(zhì)量也差[15]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨粒度的降低，顆粒料硬度提高，含粉率降低，這與王鐵良等[14]和Angulo等[19]研究結(jié)論一致。原料粉碎粒度越小，則表面積比較大，可獲得較好的調(diào)質(zhì)效果，熱變形和糊化充分，同時(shí)熱和水的滲透充分，壓出的顆粒粘接性好，顆粒硬度高、含粉率低、顆粒耐久性高，顆粒質(zhì)量好[20]。反之熱和水分的傳遞速度較慢，熟化的速率適應(yīng)不了制粒的要求，從而導(dǎo)致制成的顆粒硬度、顆粒耐久性低，較易破碎，含粉率高[21-22]。但梁明等[23]、Reece等[24]和 Koch[25]的研究表明，豆粕的粉碎粒度對(duì)顆粒料的含粉率、穩(wěn)定度沒(méi)有影響，可能是由于粉碎不同原料及粉碎條件不同造成的。

4 結(jié)論

①篩孔直徑能夠顯著影響玉米、小麥的幾何平均粒徑，且與篩孔直徑呈線性相關(guān)；

②篩孔直徑減小，明顯降低粉碎的生產(chǎn)效率，顯著提高飼料加工成本；

③篩孔直徑減小，明顯改善飼料的混合均勻度，提高顆粒飼料硬度，同時(shí)降低飼料含粉率。