沉性膨化飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖上具有特別的優(yōu)勢,如飼料熟化程度高、耐水性好、飼料浪費(fèi)少、對水質(zhì)污染小等,對于蝦蟹等在水底采食較慢的動物,具有很好的適應(yīng)性。國內(nèi)很多飼料廠有單螺桿擠壓機(jī),常用來生產(chǎn)浮性水產(chǎn)飼料,而生產(chǎn)沉性水產(chǎn)飼料就有困難。為此,本課題研究以單螺桿擠壓機(jī)來生產(chǎn)沉性膨化飼料的工藝條件。
三門峽富通新能源生產(chǎn)環(huán)模式
顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
1、材料和方法
1.1主要設(shè)備
單螺桿擠壓機(jī):螺桿轉(zhuǎn)速可調(diào),機(jī)筒溫度可調(diào);高速錘式粉碎機(jī)。
1.2試驗(yàn)物料
按河蟹飼料配方如下:魚粉30%,豆粕30%,菜粕8%,棉粕5%,小麥22%,米糠5%。
配方成分:粗蛋白40. 6%,粗脂肪3.1%,粗纖維3. 8%。
1.3擠壓工藝
按如下工藝進(jìn)行:原料→配料→粉碎→微粉碎→混合→蒸汽調(diào)質(zhì)→擠壓膨化→干燥冷卻。原料微粉碎用篩孔Ø0. 8rnm篩片。
1.4測定指標(biāo)和方法
對于沉性膨化飼料主要考察以下幾個指標(biāo)。
1.4.1沉降速度
飼料顆粒在水中下沉的平均速度。取一直徑60mm,長1020mm的透明管,一端封閉,裝水深1000mm,豎直放置。取飼料顆粒1粒,從水面釋放,用秒表計(jì)時飼料顆粒降落到管底的時間。測定隨機(jī)抽取20個飼料顆粒的沉降時間,計(jì)算平均速度。
1.4.2糊化度
用酶法水解,測定葡萄糖含量來計(jì)算。
1.4.3耐水時間
飼料顆粒在水中有半數(shù)顆粒開始潰散的時間。取幾個250ml燒杯,分別加入水200ml,置恒溫水浴器內(nèi)25℃恒溫,分別投入20個飼料顆粒,計(jì)下時間。過一段時間后,在一個燒杯中用鑷子小心鑷取1個飼料顆粒,用力程度以不使顆粒掉下為限,慢慢提出水面,觀察顆粒潰散情況。取出的顆粒棄去不用。逐個鑷取其它19個顆粒。在不同的間隔時間,當(dāng)一個燒杯中鑷出水面時潰散的顆粒數(shù)達(dá)到10個時,則記下這個燒杯中飼料顆粒的浸泡時間,作為這種飼料的耐水時間。
1.4.4水浸干物質(zhì)損失率
飼料顆粒浸泡在水中一定時間,測定干物質(zhì)的損失率。取飼料顆粒3份,每份10g。先取1份(對照樣)在烘箱內(nèi)烘干(130℃,2h),稱其質(zhì)量m。將另外兩份樣(試驗(yàn)料)作平行試驗(yàn),分別放在邊長100×100mm的12目篩網(wǎng)(篩孔1. 4mm,飼料顆粒直徑>2mm)上,置于恒溫水浴器內(nèi),水面能浸沒飼料顆粒,水溫25℃,靜置1h。然后提出篩網(wǎng),斜放瀝干,再進(jìn)烘箱烘干(130℃,2h),稱其質(zhì)量m,計(jì)算干物質(zhì)損失率C如下:C=(m
0-m)/m
0
2、結(jié)果與討論
2.1 調(diào)質(zhì)后水分對膨化顆粒性能的影響
按1.3的工藝,調(diào)整調(diào)質(zhì)后物料水分為17%~32%,每3%為一水分梯度,擠壓條件:螺桿轉(zhuǎn)速150r/min;調(diào)質(zhì)后料溫92℃;揉合區(qū)機(jī)筒(中段)溫度125℃;熟化區(qū)(出料段)機(jī)筒溫度40℃擠壓飼料顆粒的指標(biāo)如圖1、圖2、圖3所示,顆粒耐水時間均大于24h。
2.1.1沉降速度從圖1中看出,隨水分增加,飼料顆粒沉降速度增大。沉降速度主要反映飼料顆粒的密度,沉性飼料的密度要大于水,沉降速度必須大于零。
2.1.2糊化度圖2中顯示,糊化度隨物料調(diào)質(zhì)后水分的增高而提高。物料中淀粉的糊化與物料溫度、水分和調(diào)質(zhì)時間密切相關(guān)。在其它條件一定的情況下,較高的水分,有利于淀粉團(tuán)粒迅速吸收水分,從而使糊化度較高。
2.1.3耐水時間擠壓制得的飼料顆粒的耐水時間均在24h以上。說明在此條件下,物料得到了充分的熟化,彼此揉和交織在一起,耐水時間已遠(yuǎn)大于6h的要求。
2.1.4水浸后干物質(zhì)散失率圖3顯示,隨物料水分提高,顆粒的水浸干物質(zhì)散失率降低。這可能有兩方面的原因:一是從顆粒的緊密程度來看。物料水分高,物料塑性好,顆粒膨脹度小,密度大,水滲透到顆粒內(nèi)部的時間長,顆粒內(nèi)的可溶性物質(zhì)溶解到水中的時間也長。所以在相同時間內(nèi),水分高的顆粒損失率較小。二是從物料的降解方面考慮。物料在水分較低的情況下,物料的摩擦系數(shù)較大,受到的剪切作用較強(qiáng),在較高溫度下,淀粉部分降解,小分子物質(zhì)在水浸泡下較易散失到水中。
2.1.5膨化料在水中浸泡后干物質(zhì)損失的情形與硬顆粒不同在試驗(yàn)中觀察到,膨化顆粒的耐水時間可達(dá)24h,即使浸泡時間較長,顆粒形狀還保持完整,而且水還是較清的。這說明顆粒中的物料微粒在調(diào)質(zhì)及擠壓過程中經(jīng)過揉和、糊化、變性等作用粘結(jié)到了一起,不易受水的浸蝕而散失。而散失的干物質(zhì)部分應(yīng)是物料中的可溶性成分,如水溶性蛋白、降解的淀粉、礦物質(zhì)、水溶性維生素等。
2.2揉和區(qū)機(jī)筒溫度對膨化顆粒性能的影響
按1.3的工藝,控制揉和區(qū)機(jī)筒溫度90~140℃,每10℃為一溫度梯度,擠壓條件:螺桿轉(zhuǎn)速150r/min;調(diào)質(zhì)后料溫92℃;物料調(diào)質(zhì)后水分22.4%;熟化區(qū)機(jī)筒溫度40℃擠壓飼料顆粒的指標(biāo)如圖4、圖5、圖6、圖7所示,顆粒耐水時間均大于24h。
2.2.1沉降速度從圖4中看到,沉降速度隨揉和區(qū)機(jī)筒溫度升高而降低,表明顆粒密度趨向于減小。試驗(yàn)中觀察到,溫度在130℃時,已有少部分顆粒呈浮性;在140℃時,顆粒都已為浮性飼料。
2.2.2糊化度從圖5中看出,糊化度隨揉和區(qū)機(jī)筒溫度升高而增加,但在此條件下還沒有完全糊化。
2.2.3耐水時間從圖6中看到,揉和區(qū)機(jī)筒溫度在90~100℃時,顆粒耐水時間較低為18~21h,而在110℃以上時,耐水時間則都在24h以上。所以揉和區(qū)機(jī)筒溫度應(yīng)在110℃以上。
2.2.4水浸后干物質(zhì)散失率從圖7中看到,隨揉和區(qū)機(jī)筒溫度升高,干物質(zhì)散失率降低。主要是溫度提高后糊化度提高了,物料間的粘結(jié)作用發(fā)揮更充分,使散失率降低。
2.3熟化區(qū)機(jī)筒溫度對膨化飼料顆粒性能的影響
按1.3的工藝,控制熟化區(qū)機(jī)筒溫度為30~100℃,每10℃為一溫度梯度,擠壓條件:螺桿轉(zhuǎn)速150r/min;調(diào)質(zhì)后料溫92℃;物料調(diào)質(zhì)后水分22. 4%;揉和區(qū)機(jī)筒溫度125℃。擠壓飼料顆粒的指標(biāo)如圖8~圖11所示。耐水時間則都在24h以上。
2.3.1沉降速度如圖8所示,熟化區(qū)機(jī)筒溫度越低,沉降速度越大。為保證飼料都是沉性的,熟化區(qū)機(jī)筒溫度應(yīng)保持在50℃以下,若80℃以上則為浮性飼料。
2.3.2糊化度從圖9中看出,隨著熟化區(qū)溫度的提高,糊化度也提高。淀粉在擠壓過程中的糊化是在低水分條件下的糊化。當(dāng)水分較低時,淀粉顆粒不能吸收足夠的水分,糊化的進(jìn)行相當(dāng)慢。當(dāng)溫度提高時,分子能量增加,淀粉團(tuán)粒間的氫鍵破壞,糊化反應(yīng)的速度加快,在短時間內(nèi)糊化度就較高。
2.3.3耐水時間從圖10上來看,顆粒的耐水時間都在18h以上,也能滿足養(yǎng)殖要求。
2.3.4水浸后干物質(zhì)散失率從圖11中看出,隨著熟化區(qū)機(jī)筒溫度的升高,顆粒水浸后干物質(zhì)散失率降低,但變化不是很劇烈,平均每升高10℃,損失率降低0.55%。原因主要是當(dāng)熟化區(qū)溫度較高時,有利于糊化的繼續(xù)進(jìn)行,物料中各種微粒相互揉和、粘結(jié)得更充分,使得顆粒以后浸泡時不易被水浸蝕。
2.4螺桿轉(zhuǎn)速對膨化顆粒性能的影響
按1.3的工藝,控制螺桿轉(zhuǎn)速130~250r/min,每20r/min為一轉(zhuǎn)速梯度,擠壓條件:調(diào)質(zhì)后料溫92℃;物料調(diào)質(zhì)后水分26%;揉和區(qū)機(jī)筒溫度120℃;熟化區(qū)機(jī)筒溫度40℃。擠壓飼料顆粒的指標(biāo)如圖12~圖14所示,耐水時間均大于24h。
2.4.1沉降速度根據(jù)圖12,沉降速度隨螺桿轉(zhuǎn)速提高而減小。螺桿轉(zhuǎn)速提高,物料獲得的機(jī)械能增加,物料受到的壓力也越大,通過?缀,物料的膨脹度會更大,因而顆粒的沉降速度減小。
2.4.2糊化度由圖13中看出,增加螺桿轉(zhuǎn)速對于提高糊化度有較顯著的作用。在擠壓過程中糊化度的影響因素除溫度、水分、時間外,剪切作用也是很重要的因素。剪切作用可通過對淀粉的結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械破裂而引起糊化,在較低水分下,物料有較高的粘滯性,螺桿的旋轉(zhuǎn)會造成大量的剪切應(yīng)力,這種剪切應(yīng)力的存在會緩和低水分蒸煮的糊化抑制效應(yīng)。
剪切作用和物料水分在熱力學(xué)基礎(chǔ)上有可交換之處,即用高剪切低水分和低剪切高水分應(yīng)都能將物料擠壓出來,但兩種方法的作用及結(jié)果是不同的。高剪切、低水分?jǐn)D壓對淀粉分子的破碎作用較強(qiáng),使物料膨脹更大,這種方式常用于擠壓浮性飼料;而低剪切、高水分?jǐn)D壓的作用方式較溫和,它不會或者很少引起淀粉分子的降解,沉性膨化料應(yīng)采用這種方式。
從圖13中還看到,在螺桿轉(zhuǎn)速較高的部分,糊化度并沒有明顯增高甚至有降低的趨勢。分析原因推測是螺桿轉(zhuǎn)速提高后物料在機(jī)筒內(nèi)的停留時間減少了,這就部分抵消了螺桿轉(zhuǎn)速提高的作用。
2.4.3耐水時間在本試驗(yàn)條件下,測得的各種顆粒機(jī)生產(chǎn)的顆粒飼料的耐水時間都在24h以上,耐水時間都能滿足河蟹飼料要求。
2.4.4水浸后干物質(zhì)散失率 圖14中干物質(zhì)散失率隨螺桿轉(zhuǎn)速提高而降低,這對顆粒的水穩(wěn)定性是有利的。其原因是由于轉(zhuǎn)速增加后,物料中淀粉糊化和蛋白變性的作用加強(qiáng),提高了物料的粘結(jié)性。從干物質(zhì)散失率來看,沉性料的擠壓應(yīng)采用盡量高的螺桿轉(zhuǎn)速,其轉(zhuǎn)速限制以不產(chǎn)生浮性料為限。
2.5擠壓條件的優(yōu)化
進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)條件。在前面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,揉和區(qū)和熟化區(qū)機(jī)筒溫度根據(jù)其對沉降速度和干物質(zhì)散失率的影響分別選用125℃和40℃。選擇對顆粒有較大影響的調(diào)質(zhì)后物料水分和螺桿轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素。另外配方原料中選用了生大豆粉,以期能降低顆粒成品的水浸干物質(zhì)散失率。選擇的試驗(yàn)因素和水平如表1所示,并按正交試驗(yàn)表L34確定試驗(yàn)如表2。試驗(yàn)中不同植物蛋白源的試驗(yàn)料配方如表3所示。
沉降速度為測定的多個飼料顆粒的平均沉降速度。單個飼料顆粒之間的沉降速度會有差異。據(jù)觀察,試驗(yàn)中平均速度小于0. 05m/s時,有時會有少數(shù)飼料呈浮性。因此,做沉性飼料時,平均沉降速度應(yīng)保持在0. 05m/s以上,以保證飼料顆粒是沉性的,沉降速度也不必很大。
飼料顆粒水浸干物質(zhì)散失率是水產(chǎn)飼料的重要指標(biāo),下面對其進(jìn)行極差分析。
從表4極差R值的大小來看,影響飼料顆粒水浸1h后干物質(zhì)散失率的主要因素為螺桿轉(zhuǎn)速,其次為物料水分,再次為配方中大豆粉的含量。
即影響因素主次順序?yàn)椋阂蛩谺螺桿轉(zhuǎn)速>因素A物料水分>因素C配方中生大豆含量。從干物質(zhì)散失率來看,損失率越小越好。根據(jù)K值,最佳條件為A383C3,即水分29%、螺桿轉(zhuǎn)速190r/min,配方中用生大豆粉作植物蛋白原料。在此條件下擠壓得飼料顆粒沉降速度5. 46×0.01m/s.水浸1h干物質(zhì)損失率9. 32%,耐水時間大于24h,糊化度97. 12%。
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,似乎可以采用更高的水分和螺桿轉(zhuǎn)速。但當(dāng)物料水分大于29%,擠壓時物料的輸送性不太好,有時會出現(xiàn)物料輸送不進(jìn)機(jī)筒的情況;或者改善螺桿的輸送性能后,可取較高的物料水分。而當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速高于190r/min時,可能就會產(chǎn)生浮性飼料了。
試驗(yàn)中測得的顆粒耐水時間和糊化度都已達(dá)到較高的數(shù)值,應(yīng)都能滿足養(yǎng)殖要求。
3、結(jié)論
采用單螺桿擠壓機(jī),通過控制物料水分、螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度等條件,可以生產(chǎn)出合適的沉性膨化飼料。
生產(chǎn)沉性膨化飼料需要適合的物料水分為23~29%。提高水分有利于淀粉糊化和提高顆粒的水穩(wěn)定性。但水分過高(29%以上)的物料在擠壓機(jī)中的輸送性能較差;物料水分過低,則容易產(chǎn)生浮性飼料,以及顆粒的水穩(wěn)定性降低。
擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速對沉性料有較大影響。適宜的螺桿轉(zhuǎn)速為150~190r/min。過高的螺桿轉(zhuǎn)速將產(chǎn)生浮性飼料,而轉(zhuǎn)速過低會降低顆料的糊化度和水穩(wěn)定性。
擠壓機(jī)機(jī)筒的溫度控制對于生產(chǎn)沉性膨化飼料也很重要。生產(chǎn)沉性料時熟化區(qū)需要冷卻,控制溫度在40~60℃。溫度過高將產(chǎn)生浮性飼料,溫度過低會降低顆粒的糊化度和水穩(wěn)定性。飼料配方原料中使用生大豆粉,對提高顆粒的水穩(wěn)定性有利,但幅度有限。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、飼料顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料機(jī)械設(shè)備。