調(diào)質(zhì)溫度及模孔長(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響

段海濤，李軍國(guó)，秦玉昌，李 俊，楊 潔，董穎超

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081；2. 農(nóng)業(yè)部食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081；3. 農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；4. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100081）

0 引 言

飼料加工過(guò)程中，影響顆粒飼料加工質(zhì)量的主要因素包括配方原料組成、調(diào)質(zhì)制粒設(shè)備和參數(shù)及粉碎粒度等[1]，其中調(diào)質(zhì)和制粒是影響顆粒飼料加工質(zhì)量的重要因素占40%以上[2-3]。隨著無(wú)抗/減抗時(shí)代的來(lái)臨，益生菌等熱敏性抗生素替代品較多的應(yīng)用到飼料配方中，飼料加工過(guò)程中，較高的調(diào)質(zhì)溫度則引起益生菌等熱敏性飼料原料失活，溫度較低則殺菌不徹底[4]，為克服工藝缺點(diǎn)，飼料生產(chǎn)中存在大宗原料熟化后低溫制粒工藝，如斷奶仔豬料加工工藝中大料膨脹（膨化）低溫制粒工藝，熟化的大宗原料冷卻后與配方中熱敏性成分混合低溫制粒，目前，此類工藝研究主要集中于大宗原料的熟化工藝調(diào)節(jié)方面[5]，較少考慮到低溫制粒環(huán)節(jié)對(duì)飼料加工質(zhì)量的影響，低溫制粒過(guò)程中，溫度較高則引起熱敏性飼料原料損失較大，溫度較低則制粒能耗高、環(huán)模磨損嚴(yán)重等[6-8]。

顆粒飼料加工過(guò)程中，針對(duì)調(diào)質(zhì)溫度對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響研究較多，張現(xiàn)玲等[9]研究發(fā)現(xiàn)玉米豆粕型日糧適宜調(diào)質(zhì)溫度為75～80 ℃，植酸酶保留率及淀粉糊化度較高。Lewis等[10]研究制粒過(guò)程中調(diào)質(zhì)溫度與調(diào)質(zhì)時(shí)間對(duì)淀粉糊化度及維生素保留率的影響，結(jié)果表明調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)時(shí)間及其交互作用均對(duì)核黃素、煙酸及維生素D3的濃度有所降低，但不同調(diào)質(zhì)溫度或調(diào)質(zhì)時(shí)間組間差異不顯著。Spring等[11]在60，70，80，90和100 ℃下將小麥-豆粕制成顆粒飼料，發(fā)現(xiàn)提高調(diào)質(zhì)溫度可以提高顆粒硬度。提高調(diào)質(zhì)溫度可顯著改善顆粒飼料加工質(zhì)量PDI和硬度。除調(diào)質(zhì)溫度外，有研究環(huán)模厚度（60與50 mm），在相同的模孔直徑（3.5 mm）下，環(huán)模厚度為60 mm 表現(xiàn)出更高的 PDI[12]，還有顆粒直徑對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響，有研究報(bào)道了玉米-大豆和大麥-豆粕日糧?？字睆降臏p小（從5到3 mm）對(duì)PDI產(chǎn)生強(qiáng)烈正效應(yīng)[13]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者并未針對(duì)低溫調(diào)質(zhì)溫度與?？组L(zhǎng)徑比及其雙因素對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性研究，及大宗原料熟化后低溫制粒常面臨顆粒硬度高或成形率低等問(wèn)題未進(jìn)行探究。

因此，本試驗(yàn)針對(duì)熟化后大宗原料進(jìn)行低溫制粒，研究調(diào)質(zhì)溫度與模孔長(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量與加工能耗的影響，評(píng)價(jià)大宗原料熟化后低溫制粒顆粒能否滿足顆粒飼料加工指標(biāo)要求，旨在為畜禽飼料低溫調(diào)質(zhì)、制粒等加工過(guò)程的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)日糧與配方

試驗(yàn)所需基礎(chǔ)飼糧配方見表1[14]，玉米與豆粕等大宗原料均采用2.0 mm粉碎機(jī)篩片粉碎，參照配方配料混合后采用調(diào)質(zhì)保持器（STZW60x40Ⅱ）熟化處理，冷卻熟化料添加乳酸菌等熱敏性飼料原料進(jìn)行調(diào)質(zhì)制粒，調(diào)質(zhì)溫度為50、55、60及65 ℃，?？组L(zhǎng)徑比為6∶1、8∶1及 10∶1，試驗(yàn)飼糧在基礎(chǔ)飼糧配方基礎(chǔ)上添加200 mg/kg乳酸菌（大北農(nóng)生物科技有限公司，5.0×1010CFU/kg），以研究調(diào)質(zhì)溫度與?？组L(zhǎng)徑比對(duì)益生菌保留率的影響，日糧配方中預(yù)混料為每千克飼糧提供: 維生素A 6 312 IU，維生素D32 600 IU，維生素E 35 IU，維生素K34 mg，維生素B12.8 mg，維生素B25 mg，維生素 B64 mg，葉酸 1.1 mg，維生素 B1228.1 μg，泛酸 14 mg，煙酸 40 mg，生物素 44 μg，氯化膽堿 400 mg，銅 100 mg，鐵80 mg，錳40 mg，鋅75 mg，L-賴氨酸3.3%，鈣10%，磷2%。碘0.3 mg，硒0.3 mg。

表1 試驗(yàn)基礎(chǔ)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平（干基）Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis)

1.2 樣品采集

在大料混合料調(diào)質(zhì)后，低溫制粒調(diào)質(zhì)前和制粒機(jī)出料口各取樣3次，濕熱粉料、顆粒料攤開變涼后采用“四分法”逐漸縮減至2 kg，裝入自封袋中于4 ℃冰箱保存待測(cè)。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)與方法

1.3.1 淀粉糊化度

樣品的糊化度檢測(cè)采用簡(jiǎn)易酶法[15]。

1.3.2 顆粒硬度

硬度的測(cè)定參照常碧影《飼料質(zhì)量與安全監(jiān)測(cè)技術(shù)》中顆粒飼料硬度的測(cè)定方法檢測(cè)[16]。

1.3.3 顆粒耐久性指數(shù)

顆粒耐久性指數(shù)（pellet durability index, PDI）測(cè)定參照Thomas等[17]的方法，取500 g篩分后的顆粒飼料裝入回轉(zhuǎn)箱內(nèi)，以50 r/min回轉(zhuǎn)10 min，停止后取出樣品，稱取顆粒飼料質(zhì)量m1，見式（1）。

1.3.4 顆粒成形率的測(cè)定。

顆粒成形率的測(cè)定是在制粒機(jī)出料口，接取約 5 kg成形后飼料，冷卻后稱質(zhì)量，然后選用孔徑為顆粒直徑0.8倍的篩子進(jìn)行篩分，篩取篩上物，顆粒成形率計(jì)算見式（2）。

顆粒成形率=篩上物質(zhì)量×100%/冷卻后飼料質(zhì)量 （2）

1.3.5 乳酸菌菌落的測(cè)定

乳酸菌的測(cè)定參照國(guó)標(biāo)GB/T4789.35-2016食品微生物學(xué)檢驗(yàn)，乳酸菌檢驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）形式表示。所有數(shù)據(jù)用軟件SAS 9.2 進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)復(fù)因子試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan 氏法多重比較檢驗(yàn)差異的顯著性，顯著性水平P＜0.05，極顯著水平P＜0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)質(zhì)溫度與?？组L(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料顆粒硬度及顆粒耐久性指數(shù)的影響

目前，為提高顆粒飼料產(chǎn)品加工質(zhì)量，同時(shí)，降低配方中熱敏性飼料原料損失率，飼料生產(chǎn)中常采用大料熟化后低溫制粒工藝，如斷奶仔豬料加工工藝及本研究中所使用的生長(zhǎng)育肥豬飼料加工工藝[18]。本試驗(yàn)即采用大料熟化后低溫制粒，研究低溫制粒過(guò)程中顆粒飼料加工質(zhì)量的變化規(guī)律。本試驗(yàn)配方中大宗原料（玉米、豆粕、棉粕及麩皮）參照配方混合后熟化器濕熱調(diào)質(zhì)處理，淀粉糊化度為69.13%，熟化粉狀大宗原料參照日糧配方與熱敏性飼料原料混合進(jìn)行調(diào)質(zhì)制粒，調(diào)質(zhì)溫度及?？组L(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料硬度及顆粒耐久性指數(shù)的影響如表 2所示。當(dāng)?？组L(zhǎng)徑比為 6∶1時(shí)，顆粒耐久性指數(shù) 65 ℃組顯著高于50 ℃處理組（P＜0.05）；顆粒成形率50 ℃組顯著低于其余3組（P＜0.05），但差異較小且均高于95%。當(dāng)模孔長(zhǎng)徑比為8:1時(shí)，65 ℃組顆粒硬度顯著高于其余3組（P＜0.05）；顆粒耐久性指數(shù)60 ℃組顯著高于50及55 ℃組（P＜0.05），但與 65 ℃組差異不顯著（P＞0.05）；顆粒成形率50 ℃顯著低于65 ℃組（P＜0.05），由3×5雙因素方差分析可知，調(diào)質(zhì)溫度與?？组L(zhǎng)徑比對(duì)顆粒硬度及顆粒耐久性指數(shù)具有極顯著性影響（P＜0.01），然而其交互作用對(duì)顆粒硬度及顆粒耐久性指數(shù)影響不顯著（P＞0.05）?？梢?，顆粒飼料加工質(zhì)量受到調(diào)質(zhì)溫度及?？组L(zhǎng)徑比的雙因素共同作用，低溫制粒調(diào)質(zhì)溫度或?？组L(zhǎng)徑比的提高，顆粒硬度及顆粒耐久性指數(shù)隨之升高，然而乳酸菌保留率呈下降趨勢(shì)，制粒噸料電耗呈上升趨勢(shì)，從顆粒硬度及顆粒耐久性指數(shù)可得，顆粒成形率均96%以上，顆粒耐久性指數(shù)均大于95%，滿足顆粒飼料加工質(zhì)量要求。

隨行業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量要求的提高，更多的報(bào)道研究如何提高顆粒飼料加工質(zhì)量。Duan等[19]研究表明調(diào)質(zhì)器類型的改進(jìn)可以提高顆粒飼料加工質(zhì)量及生長(zhǎng)育肥豬生長(zhǎng)性能，即改變飼料調(diào)質(zhì)時(shí)間改善顆粒飼料加工質(zhì)量。張現(xiàn)玲等[9]研究發(fā)現(xiàn)提高調(diào)質(zhì)溫度可提高玉米-豆粕型日糧顆粒飼料加工質(zhì)量，推薦調(diào)質(zhì)溫度為75～85℃。Svihus等[1]研究發(fā)現(xiàn)較高?？组L(zhǎng)徑比顆粒飼料表現(xiàn)較高的顆粒耐久性指數(shù)。這與本文中研究結(jié)果一致。

表2 調(diào)質(zhì)溫度與模孔長(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量的影響Table 2 Influence of conditioning temperature and length- diameter ratio of ring die on feed quality and power consumption

本試驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)隨著調(diào)質(zhì)溫度及?？组L(zhǎng)徑比的提高，顆粒硬度呈升高趨勢(shì)。這是由于大宗原料熟化過(guò)程即淀粉糊化及蛋白質(zhì)變性過(guò)程，淀粉顆粒分子被破壞，包括不可逆吸水膨脹、雙折射消失及結(jié)晶區(qū)消失等，蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)打開，分子結(jié)構(gòu)松散，不能形成結(jié)晶等[20]。大宗原料熟化后冷卻，此過(guò)程中伴隨熱的淀粉糊轉(zhuǎn)變成具有粘彈性和硬的凝膠，已經(jīng)溶解膨脹的淀粉分子重新排列組合，形成一種類似天然淀粉結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，即淀粉的老化[21-22]，值得注意的是：淀粉老化的過(guò)程是不可逆的，不可能通過(guò)糊化再恢復(fù)到老化前的狀態(tài)，但是，老化淀粉由于其分子鏈已全部破碎，再次受熱時(shí)，其黏度呈一直上升趨勢(shì)，且糊化溫度較于熟化前較低[20]。冷卻后大宗原料添加熱敏性飼料原料低溫調(diào)質(zhì)制粒，由于老化淀粉較好的粘結(jié)性及較低的糊化溫度，因此顆粒飼料硬度較高。

2.2 調(diào)質(zhì)溫度與?？组L(zhǎng)徑比對(duì)淀粉糊化度的影響

調(diào)質(zhì)溫度及模孔長(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料淀粉糊化度的影響如表2所示。當(dāng)?？组L(zhǎng)徑比為61∶時(shí)，65 ℃組淀粉糊化度顯著高于其余3組（P＜0.05）。當(dāng)?？组L(zhǎng)徑比為81∶時(shí)，低溫制粒調(diào)質(zhì)溫度50、55、60及65 ℃處理組間淀粉糊化度差異不顯著（P＞0.05）。當(dāng)?？组L(zhǎng)徑比為101∶時(shí)，處理組間淀粉糊化度差異不顯著（P＞0.05）。由3×5雙因素方差分析，調(diào)質(zhì)溫度與模孔長(zhǎng)徑比交互作用對(duì)淀粉糊化度具有顯著性影響（P＜0.05）。可以看出當(dāng)?？组L(zhǎng)徑比較低時(shí)，淀粉糊化度隨著調(diào)質(zhì)溫度的升高呈升高趨勢(shì)，低溫制粒?？组L(zhǎng)徑比推薦選用6：1。

淀粉糊化是在水和濕熱的存在下，β-淀粉受熱分解成α-淀粉，直鏈淀粉打開形成無(wú)序的支鏈淀粉的過(guò)程[23-27].高溫高壓是淀粉糊化的基礎(chǔ)條件[28]。馬成林等[29]在700 MPa壓力下，保壓2 min即可使玉米淀粉86.8%糊化，保壓5 min，可使玉米淀粉 100%糊化。不僅調(diào)質(zhì)過(guò)程中的高溫高濕蒸汽能夠提高淀粉糊化度，而且制粒過(guò)程中?？组L(zhǎng)徑比的大小同樣可以提高物料淀粉糊化度。同時(shí)，制粒過(guò)程可以提高蛋白質(zhì)和淀粉消化率約 3%[30]，Hilton等[31]曾研究膨脹加工及制粒機(jī)制粒對(duì)顆粒耐久性指數(shù)、顆粒吸水性及虹鱒的生理指標(biāo)的影響，研究表明，蒸汽調(diào)節(jié)可以改善顆粒飼料耐久性、水中穩(wěn)定性及提高虹鱒對(duì)飼料原料的消化吸收利用率。淀粉糊化度是飼料加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低溫調(diào)質(zhì)溫度各處理組間淀粉糊化度增幅約 10%，雙因素結(jié)果分析顯示，調(diào)質(zhì)溫度及?？组L(zhǎng)徑比對(duì)淀粉糊化度均無(wú)顯著性影響，然而二者交互作用對(duì)淀粉糊化度具有顯著性影響，因?yàn)檩^低溫度尚未達(dá)到淀粉團(tuán)打開或變性溫度。調(diào)質(zhì)作為制粒前準(zhǔn)備工序，起到“軟化”物料的作用，物料調(diào)質(zhì)效果的好壞直接影響制粒效果及制粒能耗，同時(shí)，制粒過(guò)程中高擠壓過(guò)程可提高物料淀粉糊化度，即低調(diào)質(zhì)溫度下二者協(xié)同作用對(duì)淀粉糊化度具有顯著性影響。

2.3 調(diào)質(zhì)溫度與模孔長(zhǎng)徑比對(duì)乳酸菌保留率的影響

調(diào)質(zhì)溫度及?？组L(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料中乳酸菌保留率的影響如表2所示。當(dāng)?？组L(zhǎng)徑比為61∶時(shí)，4種調(diào)質(zhì)溫度下乳酸菌保留率差異均不顯著（P＞0.05）。當(dāng)模孔長(zhǎng)徑比為81∶時(shí)，50 ℃組乳酸菌保留率顯著高于其余3組（P＜0.05）。當(dāng)?？组L(zhǎng)徑比為101∶時(shí)，55 ℃組乳酸菌保留率顯著高于60、65 ℃組（P＜0.05），但顯著低于50 ℃組（P＜0.05）。由3×5雙因素方差分析，?？组L(zhǎng)徑比對(duì)乳酸菌保留率具有極顯著性影響（P＜0.01），且?？组L(zhǎng)徑比對(duì)乳酸菌保留率的影響程度高于調(diào)質(zhì)溫度對(duì)其保留率的影響，由乳酸菌保留率及噸料電耗可得，推薦低溫制粒調(diào)質(zhì)溫度為55～60 ℃，同時(shí)，結(jié)合適宜長(zhǎng)徑比選擇，低溫制粒加工參數(shù)調(diào)質(zhì)溫度為55～60 ℃，模孔長(zhǎng)徑比推薦為6∶1。

在畜禽養(yǎng)殖和飼料工業(yè)中，濫用抗生素和獸藥導(dǎo)致耐藥性細(xì)菌及獸藥殘留等問(wèn)題日益嚴(yán)重，直接影響動(dòng)物食品質(zhì)量和安全性[32]。目前，隨著無(wú)抗/減抗時(shí)代的來(lái)臨，以及人們對(duì)環(huán)境污染的關(guān)注，抗生素替代品（無(wú)抗藥性的新型益生菌）得到推廣應(yīng)用[33-34]。然而，在飼料加工過(guò)程中，高溫高濕調(diào)質(zhì)（85～90 ℃）對(duì)熱敏性飼料原料有效性將產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響[9]。Lewis曾[25]研究飼料加工過(guò)程中熱敏性飼料原料的損失規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)維生素A、維生素C及葉酸損失率最高，但煙酸、生物素和泛酸在飼料加工過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定。不僅維生素在加工過(guò)程中會(huì)損失，而且植酸酶同樣會(huì)降低保留率，張現(xiàn)玲等[9]曾發(fā)現(xiàn) 75 ℃植酸酶的保留率顯著高于 80 ℃處理組植酸酶保留率。本試驗(yàn)采用低溫調(diào)質(zhì)不同?？组L(zhǎng)徑比制粒，研究二者對(duì)乳酸菌保留率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)調(diào)質(zhì)溫度越低保留率越高，?？组L(zhǎng)徑比越小保留率越高，這是因?yàn)闇囟仍礁?，活菌總?shù)死亡率越高，即保留率越低，模孔長(zhǎng)徑比越大，制粒過(guò)程擠壓程度越大，活菌保留率越低。

2.4 顆粒飼料加工質(zhì)量相關(guān)性分析

由表 3顆粒飼料加工質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)性可得，顆粒硬度與顆粒耐久性指數(shù)呈極顯著性正相關(guān)，顆粒耐久性指數(shù)與顆粒成形率呈顯著性正相關(guān)（表3）。

表3 顆粒飼料加工質(zhì)量間相關(guān)性Table 3 Correlation of feed quality indicators

張現(xiàn)玲等研究發(fā)現(xiàn)顆粒硬度與顆粒耐久性指數(shù)呈正相關(guān)，本試驗(yàn)與其取得一致性研究成果。對(duì)調(diào)質(zhì)溫度（X）、?？组L(zhǎng)徑比（Y）與顆粒耐久性指數(shù) Z1和顆粒硬度 Z2，作回歸模型（n=4）如式（3）～（4）。即該模型具有良好的預(yù)測(cè)精度。乳酸菌保留率與顆粒硬度、顆粒耐久性指數(shù)呈極顯著性負(fù)相關(guān)，與顆粒成形率呈顯著性負(fù)相關(guān)，試驗(yàn)中顆粒硬度、顆粒成形率及顆粒耐久性指數(shù)受到調(diào)質(zhì)溫度與?？组L(zhǎng)徑比的顯著性影響，調(diào)質(zhì)溫度及模孔長(zhǎng)徑比越高，顆粒硬度、顆粒成形率及顆粒耐久性指數(shù)越高，高調(diào)質(zhì)溫度及?？组L(zhǎng)徑比對(duì)乳酸菌保留率呈負(fù)面影響，對(duì)調(diào)質(zhì)溫度（X）、?？组L(zhǎng)徑比（Y）與乳酸菌保留率（Z3），作回歸模型（n=4），如式（5）。

即該模型具有良好的預(yù)測(cè)精度。噸料電耗與顆粒耐久性指數(shù)呈及顯著性正相關(guān)，對(duì)調(diào)質(zhì)溫度（X）、?？组L(zhǎng)徑比（Y）與噸料電耗（Z4），作回歸模型（n=4），如式（6）。

3 結(jié) 論

1）熟化大宗原料添加熱敏性原料后混合低溫調(diào)質(zhì)制粒，顆粒飼料加工質(zhì)量均滿足要求，顆粒成形率均 96%以上，顆粒耐久性指數(shù)均大于95%。

2）顆粒飼料加工質(zhì)量受到調(diào)質(zhì)溫度與?？组L(zhǎng)徑比雙因素共同作用，低溫調(diào)質(zhì)制粒時(shí)，?？组L(zhǎng)徑比對(duì)顆粒飼料加工質(zhì)量及乳酸菌保留率的影響程度高于調(diào)質(zhì)溫度的作用，同時(shí)，模孔長(zhǎng)徑比越高，制粒能耗越高，低溫制粒加工參數(shù)調(diào)質(zhì)溫度為55～60℃，?？组L(zhǎng)徑比推薦為6∶1。

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