膨化饲料加工工艺及配方管理

措施1：降低加工后污染可能性
▪ 空气 ▪ 卫生 ▪ 水分 ▪ 设备 ▪人 ▪ 原料 ▪ 包装
措施2：加工过程中控制产品的 水分活度
▪ 干饲料中微生物生长有水分含量，或更确切地 说是由水分活度决定的。
水分活度定义（Aw)
水分活度表示微生物生长所需水分的数量指 标： • Aw=Pb/Pf =相对湿度/100
含水量和温度对淀粉膨胀比影响显著； 不同来源淀粉存在差异，小麦、玉米、稻米中的谷物淀粉具 有较好的膨化效果，块茎淀粉不仅具有良好的膨化性能，还 具有十分好的粘结能力，糙米膨化效果差。
影响挤压物膨胀的因素—淀粉
常温或低温条件下，长期放置的α-淀粉会逐渐变硬，这种现象 叫淀粉的凝沉或回生，也叫淀粉老化，成为β-淀粉；
放气孔
25-30% 70-85℃ 30-40
挤压机自变量
喂料速度
▪出预调制器的物流 ▪蒸汽流 ▪水流 ▪其他添加成分（肉汁、油脂等）
挤压机转速 挤压机结构配置 模板结构
挤压机因变量
产品容重 出料口水分 出料口温度
水分的重要性
1. 饲料性能 • 成品率 • 稳定性 • 营养保留率 • 单位产量 • 配方成品
（宠物料）加糖（1-15%）削弱膨胀，加盐（0-3%）只 轻微削弱膨胀或没有影响；
模口形状对饲料产品外观的影响
模口形状 装载量 物料容重（g/L) 糊化度 饲料外观
96.7%
304
LL=1.5*die,纵向膨胀
70.0%
336
LL=1.0*die,辐射膨胀
92%
表面光滑致密， 圆柱形饲料
80%
多孔状表面， 球形饲料
按螺杆结构分 •单螺杆挤压机（图） •双螺杆挤压机（图）
1. 料斗；2.喂料绞龙；3.调制器； 4.喂料段；5.蒸汽或水夹套调温部分； 6. 模板；7.出料皮带输送机； 8.变速器；9.主电机
基本词汇
预调制器—一种调节原料水分和温度的装置，使物料进入挤 压机前部分或完全熟化；
螺杆—将物料输送通过挤压机的部件（图1） 螺套-增加行程 螺片—螺杆的螺旋形输送表面，将物料向前推进（图1） 索片-增加剪切力，后挫力，提高滞留时间，糊化度 剪切—一种揉捏、搅拌作用，使输送的物料匀质、受热 模板—使制品出机时成型的末端装置。可在模板上直接钻孔， 或将模板做成圆孔状，装上设计复杂、用耐磨材料制成的压模 嵌入件，使物料成型 切刀—将挤压物切割成所要求的长度的装置
Pb:试样表面水分压 Pf:敞开水面水分压 实验室仪器可以在5min内测定水分活度
▪高度的多孔性和充分发展的蛋白间质结构，缓慢 释放油脂和可溶性糖
▪下沉
工艺流程图（原料准备）
不同类型饲料的挤压技术
浮性饲料 半湿性饲料 沉性饲料 慢沉性饲料
螺杆 模板开孔面积比 挤压机内温度和压力 蒸汽和水 淀粉含量 脂肪含量
预调制
优点
•提高挤压机部件寿命 •提高产量 •提高产品质量 •提高单螺杆挤压弹性 •降低机械能，增加热 能输入
返工料 （开机废品和细粉回料）
• 返工物料为混合料总量活干料喂入量 的5%，不得超过10%
返工料对饲料成品的影响
• 颜色加深 •膨胀减小，增加容重 •熟化度提高，可能过度熟化 •外形轮廓更分明 •蛋白原料的功能性下降 •如连续2批之间，一批加返工料，另一批未加，产品 性能区别较大，需调整挤压机参数 •沉性饲料可以适当提高添加量，但饲料水中稳定性 会降低
真空对产品密度的影响
饲料
6mm 20mm
容重 不抽真空 抽真空
0.87
1.23
0.92
1.14
几种常见饲料原料平均容重（g/L)
饲料原料 鱼粉 虾粉 肉骨粉 鸡肉粉 粗血粉 豆粕44% 花生粕 棉粕 亚麻粕
容重 480-641 400 785 545-593 617 561-609 464 593-641 497-529
挤压熟化饲料加工工艺 及配方管理
中国农业科学院饲料研究所水产动 物营养与饲料研究室
水产饲料膨化挤压加工工艺
发展史
1797—英国人研制的手动活塞压力机，制作无缝铅管、瓦片、 肥皂和通心面；
1869—英国人研制的双螺杆连续挤压机，制作肉肠； 1873—Phoenix Gummiwerke AG开发单螺杆挤压机，加工橡胶； 1940s’--熟化加压机的开发，生产干的狗粮； 1950s’--有了加压的预调制器，达到100℃预熟化； 1960s’—半湿的宠物饲料、糊化淀粉、饼干粉及组织大豆蛋白； 1980s’—美国的双螺杆膨化机开始发展； 1990s’—第三代弱剪切-低热挤压机（reduced shear/heat extruders)、预调制器、直接蒸汽注入和带放气孔的机镗。
挤压熟化的定义
是靠水、压力、温度和机械剪切的综合作用使得已着 湿的、可膨胀的、淀粉类的和\或蛋白类的物质塑化并 熟化的连续工艺过程；
是将热能和机械能导入食品/或饲料原料中的一种手 段，使原料中的淀粉和蛋白质等基本成分发生化学和 物理变化，同时形成预定的形状。
按调制方法分 •湿法膨化 •干法膨化
基本概念
挤压加工沉性虾饲料
调制器中蒸汽流量约为物料流量5-7%，水流 量为物料流量10-15%
挤压产物在出模前达到13-16个大气压，2830%水分
挤压后，容重不低于550g/L，温度120℃，水 分26%
配有出气孔，并能抽气，真空度为250mmHg 出烘干机水分12-16%，再冷却降低到10%以内
挤压加工沉性饲料
2. 膨化机运转成本 3. 膨化机最佳工作
范围
快速水分测定 仪非常重要
挤压物的膨胀
挤压物膨胀，产品密度改变，显著影响饲料外观，质 地、适口性、水稳定性和飘浮性等；其宏观结构的变化 可用产品的膨胀度和密度或容重（g/L)表示；
膨胀度=膨化制品的截面积/挤压机模孔截面积 膨胀主要原因：压模膨胀和水的骤蒸发，后者的膨胀 更大； 水分的骤蒸发的关键是粘弹性物体在出模时温度高于 100 ℃，粘弹体重的水蒸气成为种核气泡（挤压物膨胀 示意图）； 注入CO2或添加碳酸氢钠之类的产气化合物，将增强 挤压物的膨胀；
慢沉性饲料模头开孔面积为300-350 /吨/小时。
加大压模尺寸会减弱压模正常受力，剪切率和温度下降，导致 粘度加大，从而减弱膨胀，提高容重。
模板孔径与淀粉的共同作用
螺杆形状对膨胀的影响
螺杆转速对膨胀的影响
➢螺杆转速增加提高单位产品机械能 ➢单位产品机械能提高降低产品容重，利于膨胀
膨胀比---直链淀粉含量、温度和水分
Zone 1, 150℃; Zone 2,3,4<90 ℃
典型的干燥周期
加热作业空气
新鲜风补入替代排风
加热空气由循环
风机吸入
部分循环风被排掉
热空气施加于产品上
水蒸气被循环风带走
热空气将能量传递给产品
热空气中的热量蒸发掉 产品表面的水分
控制干燥工艺的主要变量
• 操作温度 •空气湿度
•空气分配 •干燥时间 •产品分布 •产品种类
挤压物的膨胀
影响挤压物膨胀的因素—淀粉
纯淀粉的最大膨胀比是500%，其次为全谷物粉（400%）、 饲料混合物（200-300%，淀粉含量40-50%）、油料（150200%，淀粉含量0-10%）；
直链淀粉与支链淀粉之比是决定饲料膨胀比的重要因素， 1:1将达到最大膨胀比，大多数天然淀粉含直链淀粉20-30%；
➢多层： ▪对于高品质、高知水产饲料十分合适 ▪干燥/冷却一体或分体 ▪节省地面空间
烘干/冷却设备
*Wenger Dryer
烘干/冷却（后熟化过程）
产品均匀地散布在移动中的输送器上，热空气一般以1m/s
的匀速穿过，作用温度为100-200℃；
最初4-6分钟，物料可承受177-199 ℃的烘干温度，而不破坏
包装与贮存
•较为彻底杀灭细菌、病毒等有害微生物 •高压下，还可杀死耐热性很强的芽孢 •饲料水分控制8%以下，可以较普通硬颗粒保 存更长时间。 •带内衬的牛皮纸袋包装 •保证烘干均匀，没有湿心，水分<10%
•对于半湿饲料，保证水分活度（Aw)在0.65 以内，可以抑制大部分微生物生长
膨化工艺对微生物菌群的影响
烘干时间(分钟） 20.8 24.7 24.8 24.9 14.8
*Wenger Process Description
高油脂饲料的生产
尽量利用饲料原料中的油脂，主机中可 处理12%油脂，其余部分需要后加工；
加压调制器 真空或常压后喷涂机
油脂及热敏性物质的后添加技术
常压喷涂后
真空喷涂后
先喷涂水溶性热敏物质，后喷涂油脂 烘干之后冷却之前喷涂油脂，可促进动物油脂吸收。
老化淀粉不再溶于水，也不能被酶分解； 一般聚合程度高的淀粉易老化，直链淀粉较支链淀粉易老化。
直链淀粉含量对膨胀度的影响
影响挤压物膨胀的因素—模板
完全熟化但膨胀较低的沉性水产或宠物饲料 使用的模头开孔面积为550-600mm2 /吨/小时；
高度膨胀食品或浮性水产饲料使用的模头开 孔面积为200-250mm2 /吨/小时；

配方 膨化*
标准平板计数法 (CFU/G)
2,200,000
3,700
酵母 & 霉菌 74,000 <10
* 沙门氏菌呈现阴性
饲料中防止微生物生长的措施
•最大限度降低加工后污染的可能性； •加工过程中控制水分活度(Aw)，而不仅仅是 水分含量； •避免在加工后提高水分活度的条件的存在； •添加防霉剂
图1 螺 杆
螺距的作用
▪螺距：容积（体积）位移能力（输送量） ▪螺距影响到：
▪物料充盈程度 ▪物料滞留时间
膨化挤压对饲料的综合作用
➢饲料颗粒成型度
▪高蛋白质原料经挤压加工颗粒（优） ▪高碳水化合物原料经挤压加工颗粒（中） ▪普通硬颗粒饲料（差）
➢饲料漂浮度（溶重：480g/L(转折点）
▪全漂浮 ▪慢沉或反复沉浮颗粒（漂浮—下沉—上浮）
目的
•物料初步熟化 •搅拌 •使物料碎粒水合，干 核(Dry Core)消失，提 高热传导性
浸湿部分
DC
预调制
Inlet 水，70℃,2-3大气压
脂肪
蒸汽， 2.5-3大气压，100℃
出料，70-80℃， 18-30%水分， 1/3熟化
挤压加工浮性鱼饲料
调制器中注入蒸汽和水 螺杆:L/D=13.5:1-15.5:1 物料至少含20%淀粉 挤压产物在出模前温度达到125-138℃，34-37 个大气压， 挤压后，容重为320-400g/L， 25-30%水分 进一步干燥（水分<10%），还可增进漂浮性。
饲料原料 次粉 小麦面粉 玉米粉 玉米蛋白粉 膨润土 米糠 干酵母 麦芽根
容重 288-400 513-673 609-641 416-529 801-962 320-336 657 208-256
烘干/冷却
烘干/冷却设备
➢单层： ▪对于产量低的生产线较理想 ▪设计简单，常用做实验室设备
➢双层： ▪最常用、最流行的设备 ▪膨化产品最理想的干燥设备 ▪干燥/冷却一体或分体
以尽可能高的温度 尽可能干的空气，但不 能牺牲整个系统的效率 均匀分配 适当 均匀的分布厚度 物力、化学性能、形状、尺寸等
饲料形状与烘干时间
饲料形状 球状，Ø=0.5 圆柱形， Ø=0.5, 长=0.25 圆柱形， Ø=0.5, 长=0.5 圆柱形， Ø=0.5, 长=0.75 Y字形，高=0.5，厚度=0.24
•最大膨胀比挤压条件：机镗温度140℃，水分14%； •100-170 ℃之间，提高温度可增强膨胀，再升高温度则减弱； •增加含水量通常使膨胀急剧减弱。
影响挤压物膨胀的因素—其它
麸皮颗粒易使处于临界厚度的气泡孔壁破裂而降低膨 胀程度；
增加脂肪含量（5%以内）可增强挤压膨胀，超过此限 则膨胀急剧减弱；
挤压加工浮性鱼饲料
喂料区 揉合区
熟化区
（粉状） （面团状） （接近液态）
1-2分钟
揉合区揉合组件特征
输送方向调整 偏角 索片宽度 索片数目 螺旋数目（单/双螺旋）
挤压加工沉性鱼饲料
螺杆:L/D=16.5:1-19.5:1 调制器中注入水（不注入或少注入蒸汽） 挤压产物在出模前达到26-30个大气压，2830%水分 挤压后，容重为450-550g/L，温度<80℃，水 分22-27% 带放气口的模头可以降低产物温度，水分和膨 胀率 过度干燥会使沉性饲料上浮
营养价值，之后，空气温度应降低，以免发生美拉德反应；
产品本身决定烘干条件，如淀粉含量高，则不宜太厚，否
则影响产品形状；
2层或多层的烘干机，不仅有效提高烘干面积，还能防止结
块；
象饲；料形状及物料Zo厚ne度2决定烘干时间Zo长ne短1，防止产生湿心现
Zone 3
Zone 4
现实中的问题： 上层2区还是3区？