膨化玉米在饲料工业中的应用

膨化玉米及在饲料工业中的应用

引言

“科技是第一生产力，科技就是财富”，膨化技术已让更多的饲料生产商感受到这一切。大豆、玉米、饼粕脱毒、血粉、羽毛粉、肉骨粉、米糠、豌豆、糊化玉米尿素、屠宰下脚料、宠物食品、组织蛋白、全价料……，1. 膨化玉米简介

国内很早就有用挤压膨化生产膨化玉米，但自2003年来，高效养殖业对膨化玉米的需求急剧增加，由于膨化玉米目前尚未有相关的标准，因此整个膨化玉米市场比较混乱，有些关于膨化玉米的介绍也仅限于试验机型。本文是膨化技术及应用系列讲座之一，主要根据众多膨化机用户反馈回来的信息归纳整理而成，很多数据资料均来自第一生产现场，基本上反映了目前国内膨化玉米生产现状，希望对现有膨化机用户及欲从事膨化玉米生产的客户提供一些参考。

首先让我们来了解一下为什么要膨化玉米。

玉米作为饲料中最重要的能量源，其籽粒成分含70～75%的淀粉，由于生玉米内其淀粉分子聚集成致密的淀粉粒结构，淀粉粒内存在相当比例抗酸抗酶的晶体结构而不利于动物的消化利用，必须让晶体结构解体（即糊化）才能被酶充分水解而提高消化率。幼龄动物特别是早期断奶仔猪消化器官尚未发育成熟，消化酶活性很低，研究表明仔猪在出生后42天内都存在淀粉酶分泌不足的问题，并且由于断奶应激使消化酶活性增长出现倒退，常常因淀粉消化不良导致腹泻，影响生产性能。当玉米膨化后，淀粉糊化，使淀粉晶体结构不可逆地被破坏，在动物小肠内迅速吸水膨胀，大大增加了淀粉酶的作用面积和穿透能力，使淀粉的水解速度和消化程度均提高，同时，糊化淀粉大幅度提高了ɑ-淀粉酶的敏感度，使其作用更迅速。此外，糊化淀粉还会刺激幼畜胃内产生乳酸，可防止病原微生物的产生，从而减轻和消除仔猪下痢。

对于水产动物，糊化淀粉的影响也甚为显著，虹鳟对生淀粉的利用率仅为20～24％，而熟淀粉为52～70％；鲤鱼对熟淀粉的消化率高达96％，而生淀粉为38％。水产饲料中的糊化淀粉还增强了饲料的粘结性能，提高其在水中的稳定性。

正是由于以上原因，糊化淀粉在幼畜料、特种饲料、水产饲料中大量应用，挤压膨化也成为一种重要的淀粉糊化手段。实际上，在这些饲料中不仅玉米需要膨化，其它用作能量饲料的谷物都需要膨化。

2. 挤压膨化玉米工艺

我们再看看典型的挤压膨化玉米工艺过程。

玉米膨化是在水分、热、机械剪切及压力差的综合作用下的淀粉糊化过程。当物料与蒸汽和水混合时，淀粉的非结晶区开始吸水膨胀，通过膨化腔时，迅速升高的温度及螺旋叶片的揉捏使淀粉加速吸水，晶体结构开始解体，氢键断裂，膨胀的淀粉粒开始破裂，变成一种粘稠的熔融体，在出口处由于瞬间的压力降，水分闪蒸使大量的膨胀淀粉粒崩解，淀粉糊化。高温、高压及机械剪切使挤压膨化比其他加工方式产生的淀粉糊化更彻底，一般糊化度可达80～100％，与常规的煮熟工艺相比，能使植物细胞壁破裂，淀粉链更短从而更有

效地提高消化率。影响玉米膨化的因素比较多，主要是水分、膨化温度、膨化压差及腔内机械剪切力，这也是目前膨化生产可以控制的几个因子。

目前，挤压膨化生产玉米分为干法和湿法两种，有不少用户以为加水就是湿法，不加水就是干法，实际上是误解。所谓湿法是指蒸汽预调质后再膨化，干法是没有蒸汽预调质，直接膨化，即便是加水，也是干法。对于干湿法膨化另有资料介绍，本文从略。一般地，湿法生产比干法生产效率高，但需要蒸汽锅炉，投资要比干法大一些。在生产膨化玉米的时候，究竟是用干法还是湿法，取决于用户具体情况和产品要求，有的产品只能干法膨化。

3. 膨化玉米指标

几乎所有用户都会问，膨化玉米到何种程度才可以呢？对这个问题，我们也进行了总结，让我们先探讨一下如何评价膨化玉米。从前述可以看出，饲料用膨化玉米，最重要的是要求熟化（亦即糊化度），至于膨化，是淀粉颗粒破裂、水分闪蒸的必然结果，一般以物料容重来表征膨化度大小。因此，膨化玉米有两个方面的要求，熟化度和膨化度，分别用淀粉糊化度和物料容重来衡量。淀粉糊化度用淀粉葡萄糖苷酶法测定，物料容重则可用容重计测得。熟化度和膨化度是相互关联的，熟化度高不一定膨化度就高，而膨化度高相应的熟化度会高。对于大多数饲料企业，不具备测量糊化度的条件，但容重则很容易测得，而通过容重反映的熟化度也比较准确。因此，容重就成为目前饲料企业评价膨化玉米的重要指标。

根据终产品的容重（干燥冷却后，2mm筛板粉碎），可以将膨化玉米分为三种：

3.1 低膨化度产品

容重>0.5kg/l,一般采用低温膨化，80～120oC左右，成品水分较高，糊化度能做到60～80％，离乳后期仔猪可用，也可用于多维和酶制剂包被工艺。

3.2 中等膨化度产品

容重0.3～0.5 kg/l，温度100～150oC左右，成品水分8～10％，糊化度能做到90％以上，用于乳猪料，貉、狐及水貂等特种动物饲料，水产饲料。

3.3 高膨化度产品

容重0.1～0.3 kg/l,温度在140～170oC和更高，成品水分4～8％，可完全糊化，一般采用干法膨化，用于复合磷脂粉中载体，及铸造工业、涂料工业。

由于水分对膨化玉米影响非常显著，在同一温度下，水分不同出来的产品膨化度也有差异，水分越低，膨化度越高，直接反映在产品容重上。在同一水分下，膨化度要求越高，膨化温度升高，电耗增加，产量下降。因此，需要根据自己的产品要求，确定适宜的膨化度，对一般饲料用膨化玉米，首先要保证足够的熟化度，以中等膨化度为宜。过度膨化，不仅导致设备效率低下，还会产生一些抗酶消化的类似木质素的新键物质，使得膨化产品的淀粉含量下降或膳食纤维量上升，从而降低动物对淀粉的消化吸收。

4. 膨化玉米的应用

目前国内膨化玉米应用的主要在以下几方面：

4.1猪料

乳猪料中含有60％或以上的玉米成分，最理想的是将所有玉米成分全部膨化，但会导致生产成本急剧升高。常规的做法是将半数玉米成分经中等膨化，然后与其它组份（豆粕也要膨化）一起造粒，配方中淀粉的糊化度一般在60～80％。当然也可将全部玉米成分经低度膨化，可达同样效果，而膨化生产工序的效率会比较高。目前国内的众多乳猪饲料产品中均使用膨化玉米。

4.2 特种动物饲料

近几年貉、狐及水貂等特种动物养殖在国内发展很快，主要在东北及华北地区。为保证淀粉类物质的消化吸收率，特种动物传统的饲养方式是把料蒸熟饲喂，效率低下，无法实现规模饲养。当采用膨化玉米后，饲喂前只需把料浸泡30分钟即可，节省大量人力物力，提高了效率。现在行业内基本都采用膨化玉米做料，比如博微、佳兴、华龙、农科院特产所等，但其对膨化玉米糊化度要求90％以上，而且产品要求细粉，比乳猪料所用的膨化玉米要求略高。

4.3 水产饲料

主要用于虾料和鳗鱼料，如福州海马。

4.4 其它工业用原料

将玉米粉高度膨化后用作复合磷脂粉载体（本公司有文专述），或将玉米脱皮脱胚后高度膨化，制成不同程度的α-淀粉，可用于食品工业、铸造工业及涂料工业等。由于挤压膨化中存在可控的摩擦剪切，可生产不同淀粉降解度的产品，与一般的滚筒干燥α-淀粉相比，挤压膨化淀粉粘度较低，范围较广。

摘要:国内膨化技术自上个世纪90年代以来有了不少发展，已经有配套160KW的商用机型大量使用，全国也有好几十家生产厂，其中不乏一些先进机型，比如北京现代洋工机械科技发展有限公司生产的EXT155S和

EXT200S膨化机，在国内市场上被大量使用，其技术性能指标已达国际先进水平。关于饲料膨化技术及相关应用，笔者曾与1998和2000年做过简要介绍，由于国内饲料膨化本身起步较晚，基础研究很薄弱，基本上还处于仿制、改进阶段，鲜有单位进行膨化及相关技术的研发。本文将就近些年饲料膨化技术的发展及应用作一简要概述，以期对国内膨化机厂商技术改进提供一点参考。

1.膨化技术最新进展

1.1密度控制系统

密度控制在膨化饲料生产、尤其是水产饲料生产中最具挑战性的一环，沉性饲料应基本按照期望的方式下沉。如果沉性饲料漂浮在水面上，不仅降低饲料转化率，而且作为一种浪费的营养物对环境造成污染。用膨化生产油脂含量相对较低的“低能配方”沉性饲料时，困难就更大了。国内目前常用的是将原料膨化后再制粒。

一般可采取配方调整和操作参数调整等方法来控制产品密度，如降低主轴转速、少加蒸汽多加水、增加配方油脂含量、降低进料量和增强膨化腔冷却，也可以采取一些更有力的措施，如：

—在膨化腔上设置排气口或减压区，这是膨化机厂商常用的方法（Wenger公司）；

—增加模板开孔率或改变模板厚度，降低模板处的压差；

—改变螺旋和膨化腔结构；

—调整配方，尤其是减少碳水化合物的含量。

尽管这些措施在控制膨化度方面有一定作用，但还不足以按照可控的方式生产沉性料。因此，Sprout-Matador开发出针对水产料生产的一种新的密度控制系统，可以称之为近几年膨化技术最重大的进步。

在膨化机中，物料受机械剪切和高温高压作用，由于压力高，温度还达不到水分的沸点，但当物料从模板挤出，进入常压，沸点出现，水分形成“闪蒸”，物料膨化成含很多气孔的多孔状结构，从而引起产品密度变化。碳水化合物含量越高，形成的孔隙越多。孔隙度高意味着密度低，物料能在水中漂浮。对于高油产品，多孔结构有利于膨化产品吸收喷涂的油脂（尤其是采用真空喷涂时），并形成较高密度的产品。但对中油脂和低油脂的沉性料生产时就比较难于控制。

Sprout-Matador研制的这种密度系统采用加压切割（pressurized cutting or post-die pressurization，模后加压），使切割室维持一定正压，由于水分的沸点随压力增加，当物料从膨化腔进入切割室后，可降低闪蒸从而控制物料的膨胀度。因为淀粉分子在切割室内瞬间被固化，在从切割室进入常压后物料不会再发生膨胀。切割室的正压一般维持在0.3～2.0巴，在此范围内增压对产品膨化影响非常显著，但2.0巴以上增压对产品膨化度影响很小。比如对中油脂含量的海鳊、鲈鱼和鳟鱼饲料，常压切割时膨胀度为50％（水分沸点100℃），采用加压切割，1巴的正压可降低50％的膨胀度，也就是说将产品密度从约440g/l提高至550g/l。该项技术主要用于生产较困难的沉性饲料，如低油脂产品，对中油脂产品就可不加正压。与其他一些密度控

制方法如开排气口和减压区等相比较，该加压切割在生产一些具有挑战性的产品时有独到之处：—可准确控制产品密度（±5g/l），是其它任何一种手段难以企及的；

—与开排气口的机型相比，由于物料在整个膨化腔行进过程中受到的干扰小，在生产低油脂或高淀粉类沉性饲料时，可提高膨化机产量25～50％；

—不需要去控制别的一些膨胀因子，比如螺旋和膨化腔结构、进料量等，从而降低了人工操作需求；

—由于在膨化机外控制膨胀度，操作者只需监控产品的视觉质量即可，同时控制外加正压比控制膨化腔压力更容易。

国内的膨化机基本上没有密度控制措施，仅在螺旋和膨化腔配置方面作简单考虑，一些厂家仿制Wenger 的排气装置，但由于技术和加工方面的一些因素，操纵性较差。加压切割就比较易于实现，可用气泵维持所需压力，出料可使用关风机，并且由于所需压力不高，运动件的密封也不是太大问题。该项技术从设备生产、操作使用及膨化产品密度控制等各个方面都较排气机型易于实现，是目前膨化技术发展的新方向。

1.2调质技术

调质技术是膨化前不可或缺的一环，国内目前对调质器研究还比较深入，单轴、双轴的均有产品。本文涉及的调质，实际上是利用废蒸汽进行预调质。原理上很简单，就是将膨化“闪蒸”释放出来的蒸汽和冷却器前端的热空气被重新送到调质器中，从而减少燃油消耗以至于减少CO2和SO2的排放量，同时，尾气中的异味物质被吸收。由于冷却空气的部分循环，还降低了粉尘排放。作为世界知名膨化机制造商，Kahl研制出了环保调质器（Eco- processor），并对膨化饲料生产作了细致的研究。

由于环保调质器利用膨化机／膨胀器出口蒸汽和冷却器前端的热空气进行预调质，在无蒸汽添加的情况下可将物料温度从20℃提升到40℃，这通常需要耗费2％的蒸汽（20Kg/t产品）。换言之，相当于每吨产品节省了1.2Kg燃油，相应地CO2和SO2的排放也降低了（见表16）。同时，废气中的有味物质被物料吸收，在靠近居民区，降低异味排放尤显重要。与普通制粒相比，膨胀生产每吨产品可省电5度。