饲料膨化技术最新进展及应用

   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1，2，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5。
　　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。图15中上线表示水分在不同压力下的沸点，下线表示不同压力下产品的膨胀度，气压以绝对压力表示。切割室的正压一般维持在0.3～2.0巴（图示1.3～3.0巴），在此范围内增压对产品膨化影响非常显著，但2.0巴（图示3.0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。
　　表1普通和环保调质器效果比较
　　2.膨化技术应用
　　2.1膨化猪饲料
　　国内的膨化猪料也是近几年才兴起的，并且基本上只生产乳猪料。对膨化猪料的营养、卫生等方面的优点已经述及1，2，本文将从另一个角度阐述膨化用于猪料生产的优越性。
　　研究表明采用膨化技术生产猪料，可以减少饲料厂生产过程中、牲猪育肥过程中、粪便贮存运输过程中环境污染物的排放。膨化猪料的典型生产工艺流程如图2所示。
　　实际生产中发现，饲喂膨化料的猪排放的液体粪污降低了。美国堪萨斯大学（KSU）的研究表明，饲喂膨化料减少了猪对水的需求，膨化料的特殊结构导致在拌湿饲喂时动物需水较少（见表26，8）。对膨化乳猪料的试验也表明可减少猪排出的尿和粪污量，从而降低粪污贮存和转运的费用。
　　膨化可以提高粗纤维的消化率，由于粗纤维的酵解增强，会使固体粪便中的N含量略有增加，但其在尿中的含量显著降低。若饲喂膨化料，总的尿量和随尿液排出的N较少。因此猪舍、环境、液体粪污的贮存和转运过程中NH3的量较低，见表36。
　　
　　膨化料在营养方面的优点已被广大生产商和养殖户所认知1，2，3，从生态角度看，膨化料也是替代粉状猪料和颗粒料的一种较为经济的选择。配备环保调质器的膨化生产线，可减少饲料生产过程中的CO2和SO2排放；饲喂膨化料可降低猪舍的液体粪污量，以及减少释放的NH3量。考虑到其营养方面的好处，与制粒相比，每头猪可节省约2欧元（表46），该成本节省涉及到饲料生产、饲喂和粪污处理多方面，是一种综合效益体现。尤其是对于我国这样一个发展中国家，饲料生产中的能源节省是一个很值得注意的方面。同时，饲喂膨化料在环保方面的影响更是不可忽视。国家环保总局在全国23个省市进行的调查发现，全国90%的规模化畜禽养殖场未经过环境影响评价，60%的养殖场缺乏必要的污染防治措施。畜禽粪便中化学需氧量(有机污染物指标)的排放量已远远超过工业废水和生活废水的排放量之和，畜禽养殖产生的污染已成为中国农村地区污染的主要来源。调查发现，对环境影响较大的大中型畜禽养殖场有80%分布在人口集中、水系发达的东  
　　图2 膨化料生产工艺流程
　　部沿海地区和北京、上海等大城市周围。一些养殖场甚至位于居民区内，或距水源地不远的地方。从以上对膨化料生产、饲喂的分析中也可看出，用膨化料可降低粪污污染。
　　表2  饲料形式、牲猪耗水量与生长情况比较
　　表3  膨化对乳猪料的影响
　　表4      膨化料和颗粒料的综合成本比较
　　2.2膨化奶牛饲料
　　自98年以来，由于畜牧业结构调整，在大力发展节粮型草食畜牧业政策支持下，我国的奶牛养殖业得到飞速发展，短短几年间奶牛存栏数从1998年末的4265000头发展到2001年末的5662000头，不少地区将发展奶业作为新的经济增长点。根据我国农业和畜牧业发展规划，发展奶业是加快农业和畜牧业结构调整的重要组成部分，在《中国食物与营养发展纲要（2001－2010年）》中，将奶业定为今后十年优先发展的三个重点食物领域之一，消费需求是奶业发展的原动力，预计到2005年，我国人均奶类消费将达10Kg，到2015年将达23Kg，可以肯定在今后几年内我国奶业仍将维持较高的发展速度。下文将就膨化在奶牛饲料中的应用作简要介绍。
　　反刍动物胃内含有大量的微生物，摄入的蛋白或非蛋白氮由微生物降解到不同程度，然后再进入肠道消化吸收。因为不是瘤胃中所有产生的氨都能转化成微生物蛋白，当饲喂可溶性含氮饲料时，大量氨被吸收，容易造成氨中毒。但如果摄入的蛋白能形成过瘤胃蛋白，通过瘤胃，逃逸微生物降解，就可直接进入肠道消化，以氨基酸形态被吸收。产奶量越高，对过瘤胃蛋白／微生物蛋白的比例要求越高。对高产奶牛，需要增加饲料摄入量；提高营养成份的消化率；提高过瘤胃蛋白的比例；同时保证营养物在瘤胃中同步降解。由于高产牛对过瘤胃蛋白的需求量高，因此必须在日粮中进行补充以满足其产奶需要。膨化技术不使用化学添加剂，通过热处理提高过瘤胃蛋白。膨化料中由于大量糊化淀粉的存在，将蛋白质紧密地与淀粉基质结合在一起，生成瘤胃不可降解蛋白──即过瘤胃蛋白。表53，7显示出膨化增加了瘤胃中的过瘤胃蛋白。
　　表5  膨化与否对过瘤胃蛋白含量的影响
　　1）   混合料中大麦和燕麦占75％，全价膨化。
　　2）   混合料中大豆和葡萄籽粉占80％，全价膨化。
　　从上表可看出，膨化可显著增加过瘤胃蛋白的含量，有利于反刍动物的消化吸收。
　　此外，全混合日粮（TMR）饲喂在国内奶牛养殖上正得到逐步认可，不少企业花巨资从国外引进全日粮设备，有几家国外厂商在中国还开设了代理机构。笔者曾于2001年就全混合日粮饲喂的特点及效果作过介绍4，目前国内认同比较一致的是将草料铡碎／切碎后，与青贮料和精料一起拌合均匀饲喂，对草料的粒度没有定性认识，一般以粉料较均匀地附着在草料上为准，这样在将精料和秸秆、干草混合时可能需要加水或加入大量青贮料。近几年国外开始尝试膨化奶牛全日粮，并对各种组分的粒度做了规定，见表67。
　　　表6  推荐的原料粒度与TMR粒度
　　与单一作用的化学处理相比，膨化技术可以较低的成本获得多重效果，如增加过瘤胃蛋白；影响营养物在瘤胃中的降解；增加淀粉类物质消化率10％以上；产品无菌化；产品结构既满足动物营养需要，又符合TMR饲喂要求；提高日产奶量2～3l；降低产奶成本10～15分／l；增加再制粒（如果需要）时的可制粒性等等。
　　对于膨化TMR，可以通过粉碎机筛孔大小和破碎机，按照表6控制膨化产品粒度以适应TMR饲喂，膨化后的产品基本无细粉。当然也可将膨化用作压制前的预处理，通过膨化后制粒，可降低制粒机吨料能耗，可以将颗粒的坚实度提高一倍，同时由于淀粉糊化，可将制粒时粉化率降至0.8％，还不到常规或二次制粒细粉率（2％）的一半。将膨化用作压制前预处理还有其它一些别的一些优点:可采用较薄的模板，模板磨损降低50～70％；可添加10～15％以上的糖蜜成份。
　　若仅就提高过瘤胃蛋白与别的技术相比，配方中增加5～6％的过瘤胃蛋白，采用：
　　加入10％木质素类的产品，4～5欧元／吨；
　　加入10％甲醛类的产品，4～5欧元／吨；
　　加入0.5％单宁类的产品，6～7欧元／吨；
　　使用膨化技术，2～3欧元／吨，所有成本增加均是以每吨TMR料计。
　　可见采用膨化技术可以较低成本满足奶牛高产的过瘤胃蛋白需求。
　　此外，为进一步降低饲养成本，增加非蛋白氮的利用率，膨化玉米、尿素和部分粗纤维混合物正在国内兴起，它可以提高奶牛对尿素的利用率，减少饲料中动物蛋白和植物蛋白的添加，从而降低饲养成本。目前国内仅伊利就从北京现代洋工机械科技发展有限公司购进了7台糊化玉米尿素生产线，结果表明可以大大降低成本，提高产奶量约8%，对中低产牛群效果尤其明显，有试验反映将其应用于肉牛养殖效果更好。