調質效果對于膨化沉性水產(chǎn)飼料水中穩(wěn)定性的影響分析

■高一桐 馬 亮

（江蘇牧羊控股有限公司，江蘇 揚州 225000）

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，促使了其對于蝦、蟹等沉性飼料持續(xù)增長的需求。面對競爭日趨激烈的市場，水產(chǎn)飼料生產(chǎn)以及水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)對于沉性水產(chǎn)飼料的品質要求愈發(fā)提高：飼料外觀、水中穩(wěn)定性、吸水透心性、飼喂效果以及飼料轉化率等等，都成為評價沉性水產(chǎn)飼料品質優(yōu)劣的標準。面對以上問題，牧羊有限公司在長期的實驗研發(fā)以及實踐生產(chǎn)過程中，對影響沉性水產(chǎn)飼料品質的部分因素進行了一些總結和分析。

1 制粒蝦料和膨化蝦料水中穩(wěn)定性和吸水性能的比較

使用制粒機生產(chǎn)的沉性蝦料仍是目前絕大部分中國水產(chǎn)飼料生產(chǎn)企業(yè)的選擇。但是近幾年，使用膨化機加工的螃蟹料和小龍蝦料得到了迅猛的發(fā)展，目前幾乎已經(jīng)全面替代了顆粒料。放眼南美市場，尤其在厄瓜多爾，膨化蝦料也得到了迅猛的發(fā)展，正在快速取代傳統(tǒng)的顆粒蝦料。

蝦類等水下生物的采食習慣和普通的魚類不一樣。通常來講，在投喂的2 h內，蝦類會完成采食。但是這其中有近50%的飼料是在前30 min被采食掉的[1]，這就對蝦料的水中穩(wěn)定性和吸水透心性能有了特定的要求。Misra等[2]在對羅氏沼蝦的研究中進行了制粒蝦料和膨化蝦料的實驗對比。對于相同的蝦料配方，制粒蝦料和膨化蝦料的水中穩(wěn)定性實驗結果如圖1，吸水性能實驗結果如圖2。其中水中穩(wěn)定性的計算方法為：取樣5 g飼料，放入絲網(wǎng)編制的容器中，浸入在室溫環(huán)境下裝有2 L淡水的容器中，浸泡時間0.5～12 h。隨后稱取絲網(wǎng)上殘余的飼料，烘干后進行稱重；吸水性能計算方法：取樣5 g飼料，放入絲網(wǎng)編制的容器中，浸入在室溫環(huán)境下裝有2 L淡水的容器中，浸泡時間1～10 h。隨后稱取絲網(wǎng)上殘余的濕飼料，室溫環(huán)境下瀝水1 min后稱量：

圖1 膨化蝦料和制粒蝦料水中穩(wěn)定性對比

圖2 膨化蝦料和制粒蝦料的吸水性對比

從其實驗結果可以得出以下結論：①膨化蝦料的水中穩(wěn)定性要好于制粒蝦料，這個結論也符合Ranjan進行的實驗研究結論[3]。這是由于膨化的高溫、高壓環(huán)境，使得淀粉的糊化度較高，同時蛋白質也發(fā)生變性，而糊化的淀粉和變性蛋白在飼料中起到了粘結劑的作用，從而導致膨化顆粒料有較好的水中穩(wěn)定性。②膨化蝦料的吸水率要好于制粒蝦料。這是由于膨化料有一定的膨脹度，而帶來物料內部具有一定的組織化、纖維化結構，這就使得膨化料具有更好的吸水性能[4]。

2 調質器對于水產(chǎn)沉性料品質的影響效果

在以上的研究成果中，都表明了膨化沉性蝦蟹料的水中穩(wěn)定性以及吸水性好于傳統(tǒng)的制粒沉性料。其中，調質效果對于影響膨化沉性料的上述特性起了關鍵作用。在使用膨化工藝生產(chǎn)沉性水產(chǎn)飼料的時候，調質是一個必不可少的環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代水產(chǎn)飼料加工行業(yè)中，調質器已經(jīng)成為一種標準配置。調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：使原料在調質器內充分的攪拌均勻，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[5]。常見的水產(chǎn)調質器可分為：單軸高速調質器、雙軸差速調質器(DDC)以及雙軸等速調質器(DC)。在工業(yè)生產(chǎn)中，常常根據(jù)不同場合的應用，對這幾類調質器進行組合使用。馬亮等[6]對于不同類型的水產(chǎn)調質器的性能進行了比較，結合牧羊有限公司的實際生產(chǎn)結果，發(fā)現(xiàn)使用三軸組合式調質器(單軸+DDC)的調質效果更理想。高一桐等[7]在后續(xù)的研究以及結合牧羊有限公司的實際生產(chǎn)結果后發(fā)現(xiàn)，對于某些有特殊要求的水產(chǎn)飼料，例如甲魚料等，要求其成品膨化料具有較高的淀粉糊化度和黏彈性，五軸組合調質器(單軸+DDC+DC)具有其他組合式調質器無法比擬的良好效果。牧羊有限公司通過使用五軸組合式調質器(單軸+DDC+DC)，使調質時間可達240～360 s，并且通過對調質器內部的結構進行改進，增加了調質器的充滿度，使得在調質過程中，物料更加充分地與水、蒸汽進行混合，淀粉糊化度更大程度的提高。牧羊有限公司在某工廠進行實地取樣檢測的結果如圖3所示。

圖3 五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，其配套調質器為新型組合調質器，調質時間為240～360 s，測試產(chǎn)品為烏龜料。在調質膨化工段前后取5組樣，并測試樣品的糊化度進行比較。這5組樣品分別為：調質前（樣品1），調質20 s左右（樣品2），調質170 s左右（樣品3），調質278 s（樣品4），膨化顆粒成品（樣品5）。使用三層組合調質器，可以使物料的淀粉糊化度達到85%以上，成品的淀粉糊化度達到96%以上。新型五軸組合調質器對調質時間的延長，對于膨化沉性料的品質提高起到了決定性作用。

調質效果對于沉性水產(chǎn)飼料水中穩(wěn)定性的研究也表明了在生產(chǎn)膨化沉性料的過程中，調質效果的關鍵作用。Eugenio Bortone等[8]對調質時間和機械能輸入對膨化蝦料水中穩(wěn)定性帶來的影響，進行了實驗研究。分別對4組實驗(PPC、PPO、LSME和MSME)進行了對比研究，實驗結果如圖4所示。

其中，PPC：制粒蝦料+2.5 min前調質(90℃)+15 min后調質(90℃)；

PPO：制粒蝦料+2.5 min前調質(90℃)，無后調質；

LSME：低剪切膨化蝦料(機械能90 kJ/kg);

本文則在對企業(yè)戰(zhàn)略管理、企業(yè)總體經(jīng)營戰(zhàn)略、企業(yè)生命周期等相關理論進行總體簡單概述的基礎上，結合河南省許昌市胖東來商貿集團由創(chuàng)業(yè)期轉向企業(yè)成長期以及企業(yè)成長后期這兩次經(jīng)營戰(zhàn)略調整的經(jīng)驗教訓，提出了企業(yè)的首要發(fā)展目標是成為一個長壽企業(yè)，而非把企業(yè)做大做強，即企業(yè)首先要致力于成為一個500年的企業(yè)，而非成為世界500強。文章在此觀點上，進一步提出了企業(yè)實現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展的一些對策和建議。

MSME：較高剪切膨化蝦料(機械能126 kJ/kg)。

從Eugenio Bortone的實驗結果可以得出如下結論：低剪切工況下生產(chǎn)的蝦料，具有最高的水中穩(wěn)定性(低剪切LSME實驗組水中穩(wěn)定性最高，為89.7%)。而延長調質時間對于提高蝦料的水中穩(wěn)定性具有非常明顯的效果(延長調質時間使得水中穩(wěn)定性從67.5%提升至82.1%)。這與牧羊有限公司在實際生產(chǎn)過程中所得到的結果完全吻合。圖5和圖6為牧羊有限公司在進行膨化沉性螃蟹料水中穩(wěn)定性實驗的現(xiàn)場圖片。在同樣配方、同樣工況情況下，圖5為使用普通調質器(調質時間120 s)生產(chǎn)的沉性螃蟹料浸泡4 h后的情況；圖6為使用牧羊有限公司的五軸組合調質器(調質時間為240 s)生產(chǎn)的螃蟹料浸泡4 h后的情況。

圖4 調質時間和機械能對于蝦料水中穩(wěn)定性影響實驗

圖5 普通調質器生產(chǎn)螃蟹料浸泡4 h

圖6 牧羊五軸組合調質器生產(chǎn)螃蟹料浸泡4 h

對比上述兩個實驗結果，可以明顯地看出：使用普通調質器生產(chǎn)的螃蟹料在浸泡水4 h后，產(chǎn)生明顯開裂；而使用五軸組合調質器生產(chǎn)的螃蟹料，浸水4 h后，表面并沒有開裂、破損的情況，保持了很好的水中穩(wěn)定性。

3 調質和剪切效果對于膨化水產(chǎn)料品質影響的一點思考

上述的研究結果以及牧羊有限公司的實踐結果都表明了：在生產(chǎn)膨化沉性料的時候，增強調質效果能夠帶來比增加膨化機的剪切程度更好的飼料水中穩(wěn)定性。如果從淀粉糊化的角度來思考該結論，或許能夠得到一些合理的解釋。

3.1 淀粉的糊化

淀粉糊化的本質，就是在外界熱能的作用下，打開淀粉顆粒內部相互作用的氫鍵，使親水基團(-OH)外露，并與水分子親和，吸水膨脹并最終導致淀粉顆粒破裂溶于水中的過程[9]。所以水分、溫度和作用時間在淀粉糊化的過程中起到了關鍵的作用。在胡友軍等[10]的研究中表明，溫度、水分和作用時間不同程度地影響淀粉糊化度，但是其中水分的作用最明顯，見圖7～圖9，其結論表明：

圖7 水分對淀粉糊化度的影響

圖8 溫度對淀粉糊化度的影響

圖9 時間對淀粉糊化度的影響

①同等溫度和時間下，水分上升27.7%，糊化度提高60%；②同等水分和時間下，溫度上升44.4℃，糊化度提高4%；③同等溫度和水分下，時間增加44.4 min，糊化度提高2%。這表明在淀粉糊化的過程中，水分含量的升高對于提高其糊化度的作用最明顯。

3.2 熱能和機械能對膨化沉性料品質的影響

雖然增加水分含量能夠最大程度地提升淀粉糊化度，但是在膨化加工工藝過程中，對于水分含量是有限制的，如果水分過高，則無法對其進行膨化加工。例如沉性膨化飼料的水分添加量大約在26%～32%，如果水分過高，則會出現(xiàn)膨化機螺桿打滑，導致生產(chǎn)出的飼料無法成型。基于此原因，膨化工藝過程中提升淀粉的糊化度只能從另外兩個方面入手，既調質時間和溫度。調質器的機械結構配置，可以實現(xiàn)對調質時間進行調整，從而使調質時間延長用以增加糊化度；溫度的提高，主要通過輸入熱能和機械能兩個方式實現(xiàn)。熱能的輸入主要是通過調質器中的蒸汽添加而實現(xiàn)對物料內輸入熱能；機械能的添加主要是通過調質器中槳葉對物料的打擊以及膨化機中螺桿的剪切，從而實現(xiàn)對物料內輸入機械能。其中螺桿的剪切對物料輸入的機械能是最強的，物料在調質器中進行調質時，調質溫度一般在95～100℃左右。在調質器中添加水和蒸汽，通過調質器中槳葉的攪拌，將物料、水和蒸汽進行均勻的混合。在這一過程中，熱能輸入到物料的淀粉顆粒中，對其進行糊化，其糊化度通?？梢赃_到40%～50%[11]，但是值得注意的是，在調質的過程中，絕大部分淀粉顆粒會膨脹，導致物料黏度上升，但是淀粉顆粒并不會被破壞；隨后，物料在經(jīng)過膨化機內部的高溫、高壓、高剪切環(huán)境后，其淀粉糊化度會達到頂峰，通常在85%～90%以上。這是由于膨化機內的螺桿剪切產(chǎn)生的大量機械能，使得大量淀粉顆粒被破壞，這時物料黏度開始降低，而淀粉會表現(xiàn)出一種類似假塑性體的特征，被稱為生物聚合物(bio-polymer)，因其有著類似塑料聚合物的流動特性；這時如果繼續(xù)增加機械能的輸入，則淀粉會變成更小的葡萄糖單元，被稱為“糊精”[12-13]，見圖10。

圖10 淀粉糊化簡圖模型

其實驗結果表明，當SME增加，膨脹的淀粉顆粒數(shù)量以及糊化度會相應增加，在SME小于350～400 kJ/kg時，淀粉顆粒處于未破壞的狀態(tài)。這時飼料的WAI(吸水指數(shù))和WSI(溶水指數(shù))也處于上升狀態(tài)；當SME持續(xù)增加至500～550 kJ/kg到700 kJ/kg時，淀粉顆粒處于完全被破壞的狀態(tài)，并且淀粉糊化度也達到最高。這時的WAI(吸水指數(shù))開始下降，而飼料WSI(溶水指數(shù))持續(xù)上升。而當SME處于區(qū)域中間時，既未破壞和破壞的淀粉顆粒共存時，飼料的WAI處于最高。其中飼料WAI(吸水指數(shù))就是飼料水中穩(wěn)定性的表征指標，WAI的降低則意味著飼料水中穩(wěn)定性變差，見圖11。

圖11 SME與WAI(吸水指數(shù))、WSI(溶水指數(shù))的關系

Kim等[15]的研究也得出同樣的結論：當機械能輸入達到最大值后(該值跟淀粉顆粒被破壞的程度相關)，WAI開始下降并且淀粉發(fā)生糊精化現(xiàn)象。Smith和Kim等的研究結論跟上述對于膨化過程中由于機械能的輸入導致淀粉糊化的過程相吻合，同時也符合牧羊有限公司在實際生產(chǎn)過程中的結果。并且其他膨化產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程也證明了上述結論的正確性。例如使用膨化工藝過程生產(chǎn)的早餐谷物麥片，采用的就是低水分、高溫和高剪切的加工條件，這就使得早餐谷物麥片水穩(wěn)性很差，泡在牛奶或水中很快就會開裂，便于食用；而意大利面條的膨化加工過程，則采取長時間調質、低剪切的加工條件。這就導致意大利面的水中穩(wěn)定性很好，在食用過程中用水煮，面條也不會斷裂[16]。

綜上所述，在生產(chǎn)膨化沉性料的時候，采取很強的螺桿剪切配置，隨后通過在泄壓腔處進行泄壓的方式，對于飼料的水中穩(wěn)定性通常會起到負面作用。應該采取在調質階段最大化物料的淀粉糊化度，而在膨化腔內采取比較弱的螺桿剪切配置，既較低的機械能輸入，來保證沉性料的熟化度、水中穩(wěn)定性以及下沉率。牧羊有限公司結合了實驗研發(fā)結論以及實踐生產(chǎn)經(jīng)驗后，對于現(xiàn)有的五軸高效組合調質器進行了進一步的改進和升級。新一代的RHP3600型高剪切調質器，能夠使得調質時間達到240～360 s，并且通過創(chuàng)新的結構改進技術，使其具有比以往調質器更高的剪切能力。這樣就能夠更好地保證物料在調質器中的淀粉糊化度。尤其是當生產(chǎn)膨化沉性料時，RHP3600高剪切型調質器能夠保證更高的淀粉糊化度，從而保證成品飼料具有更好的水中穩(wěn)定性以及下沉率。

4 結論

本文就調質效果對于生產(chǎn)膨化沉性料的產(chǎn)品品質影響方面，進行了一些討論和分析?？偨Y了前期成熟的研究成果，同時總結了傳統(tǒng)制粒沉性料和膨化沉性料的對比，以及影響沉性料水中穩(wěn)定性的一些因素，得出以下幾點結論：

①膨化沉性料比制粒沉性料的水中穩(wěn)定性以及飼料的吸水透心性更好；

②水分對于淀粉糊化度的影響程度最大，其次是溫度和時間。但是介于膨化工藝過程對于水分含量的限制要求，應從時間和溫度兩個方面對淀粉糊化度進行提高。采取延長調質時間，適當降低膨化機螺桿剪切的方法，能夠有效提升膨化沉性料的水中穩(wěn)定性；

③在膨化機中由于螺桿剪切帶來的大量機械能輸入，導致淀粉糊化度會達到最高。但是淀粉糊化度和產(chǎn)品水中穩(wěn)定性并不一定完全呈線性關系。產(chǎn)品水中穩(wěn)定性會隨著機械能輸入的增加而增加，但是當機械能輸入達到某一特定區(qū)間后，產(chǎn)品的水中穩(wěn)定性則會出現(xiàn)下降；

④牧羊有限公司結合前期研究成果和實踐生產(chǎn)結果后，對現(xiàn)有的五軸組合調質器進行了升級和改進，RHP3600型高剪切調質器，保證了調質器中物料的淀粉糊化度，從而進一步提高了膨化料的產(chǎn)品品質。