挤压(膨化)技术及其在浮性水产饲料和宠物饲料中的应用

(接上期)

２.１制粒加工水产饲料，是通过水、热和加压使配料凝聚成大的均质颗粒。将粉碎过的原料先用蒸汽处理，再压制成颗粒。对制粒质量和制粒机模具磨损影响最大的环节是进行原料调制的蒸汽调制器和大功率混合器。通过调制器加热加水，使淀粉一定程度地糊化而在颗粒内部起到一定的粘合作用。通常是用一定量的蒸汽使物料在通过模具之前水分达到１５－１８％，温度达到７０－８５℃。颗粒出机后须立即进行适当冷却以去除水分。这样制成的颗粒一投进水中就很快沉落，短时间内，即膨胀解体。这就要求所养殖的鱼在很短时间内采食。制粒机的初期投资少，且产量大，现仍被许多厂家使用。图５ａ和５ｂ表示了制粒机的典型加工流程和一个制粒机供料仓的设计。

图５ａ　制粒流程图　                   　图５ｂ　制粒机供料仓设计

虽然斑点叉尾鱼回 和其他一些池底采食鱼类并不要求饲料能够飘浮，但仍然希望饲料颗粒具有强的凝聚力，在水中能保持其形状而不致解体成碎片。经挤压加工的膨化水产饲料能在水中更好地保持原来的密度。挤压加工的饲料还能在水面飘浮，这一点很受养鱼人的欢迎，这让他们可以观察鱼的采食情况，防止过度饲喂，还可藉以查看疫情或水质问题。因此，尽管制粒花钱较少，加工成本要比用挤压饲料低１０－１２％，但美国商品化养殖斑点叉尾鱼回 的９０％仍用挤压的膨化饲料喂养。

２.２　挤压熟化

挤压加工所要求的水、热、压力水平都比制粒机要高。图６所示是挤压制作鱼类饲料的工艺流程，图７所示是挤压熟化系统的各个组成部分。通常的作法是将经过细粉碎(通过１６目筛)的配合好的粉料用蒸汽或水调制３至５分钟。进入挤压机之前的这一预调制过程可使物料达到初步熟化。预调制可以增进香味，提高饲料消化率，减少机镗磨损，并提高挤压机的产量。调制过的混合物料含水２５％左右，在挤压机里面的高压下压紧，升温至１３５－１７５℃。挤压机是由一个带螺片的旋转轴(或螺杆)在一个套筒或机镗内旋转构成。螺片的作用是将蒸煮器调制过的“塑化”物料向前推进，在出料压模后面形成一定压力，从而将物料挤压出机。机镗可以加上套筒进行加热或冷却。熟化是通过蒸汽注入机镗直接加热或通过套筒间接加热，以及物料内部形成的剪切力使机械能转化为热能而完成的。直接火力蒸汽发生器也可用于挤压加工。在挤压熟化过程中，当物料顺螺杆前移时，在加热、加压和机械剪切的作用下从颗粒状变成一种粘稠无定形物体，最后变成某种特定性质的产品，这些变化都与挤压机螺杆的几个特定区段的作用分不开。一个单螺杆挤压机机镗断面图（图８）表示了这三个加工区段：喂料区、揉合区、最终熟化或计量区。

喂料区通常都有一些深的沟槽接纳物料。这个区段将物料混合，轻微加压，使物料在螺片之间形成更为均质的状态。此时可以注入水或蒸汽，以增加水分并加强机镗内的热传递。

揉合区的螺片降低了深度。这个区段对物料加压，施加中度剪切并施加热能。在这区段末尾，物料变成粘稠无定形物体，温度达到或高于１００℃。挤压物完全填满螺杆槽并开始变热的这个点称为“阻塞点”(ｃｈｏｋｅｐｏｉｎｔ)，因为从这个点往前，机镗被充分阻塞。阻塞点的位置也就是物料进入最终熟化区的点。

图７　挤压熟化系统组成

图８　单螺杆熟化挤压机的三个加工区段

最终熟化区的槽沟最浅。这个区段起加压作用，并将塑体状态的物料向压模推压。这个区段的剪切力最高，物料温度迅速上升达到最高温度，在制品通过压模之前保持此高温不到５秒钟。压模决定成品的形状，并影响挤压机的反压力(ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ)。

通过模孔出机的制品进入到压力较低的大气环境中，高温物料中的水分迅即蒸发并导致膨胀。压模尾端的外置旋转切刀将挤压加工的制品“条索”按预定长度切段。最终成品的水分必须降到９－１２％，这通常是用连续烘干机带一个单独的冷却器(或者是烘干机／冷却机联合装置)来完成。制品均匀地撒布在一条移动着的传送带上，制品层的厚度依制品性质而定。令热空气按每分钟６０米的速度通过制品层，热空气温度在９５－１５０℃之间。烘干是时间／温度的综合结果，烘干机提供的传送带面积决定了需要多高的空气温度。干燥后的挤压加工的鱼饲料的容重如下：斑点叉尾鱼回 是一种池底采食鱼，饲料容重是４３３－５６０ｋｇ／ｍ３(公斤／立方米，下同)，亦即２７－３５１ｂ／ｎ(磅／立方尺，下同)；而鳟鱼是一种上层采食鱼，饲料容重是３２０－４８０ｋｇ／ｍ３，即２０－３０１ｂ／ｆｔ３(Ｓｍｉｔｈ，１９８５）。

利用各种不同的压模可以制作各种大小的水产颗粒饲料，从１．５毫米的养蝦饲料到一些很长很宽的特种饲料。用挤压机制作更小的颗粒或许是可能的，但要求配料的碾磨更为精细。高温／短时的挤压加工可以使淀粉糊化，蛋白质变性，并使许多导致饲料储藏变质的酶发生钝化，一些天然产生的毒性物质(如胰蛋白酶抑制因子)被破坏，还能消灭成品中的微生物。

由于挤压机内部的高剪切力以及蒸煮器(调制器)和挤压机机镗加给原材料的蒸汽，在挤压制成的颗粒中，淀粉全部糊化，部分蛋白质变性。这一过程在制成的颗粒中形成一种间质，含有可溶性糖和可溶性纤维，还具备一种可以吸收脂肪的多孔结构。再者，挤压制品中的物质是膨胀的，也是熔化的，不像制粒机轻度压制的颗粒那样紧紧压在一起。因此，挤压加工比制粒能更好地封闭颗粒表面，也缩小了颗粒受水侵袭的表面积。

因原材料的配方不同，可以形成两种不同的间质。一种间质是以原料中的大量淀粉为基础：另一种是以高含量的蛋白质为基础。在制粒机轻度压制的颗粒中，淀粉粒形成很小的颗粒，产生一种砂粒状结构。而挤压制成的颗粒，则是由长长短短的碳水化合物分子链组成一种交联的间质结构。

淀粉及蛋白质发生的许多反应和变化可提高营养成分的消化率。当蛋白质置于高温中时，其四级结构和三级结构断裂，有时二级结构也断裂，在挤压机里面形成一种熔化的类似面团的物体：蛋白分子中的氢键和双硫键重新排列，形成一种有弹性的像肉一样结构的物体。这样的间质含有多种可溶性物质，可以与淀粉间质相互混合。

如将各种颗粒饲料加以比较，在振动中最先解体的是制粒机制成的颗粒饲料，其次是高碳水化合物材料经挤压加工制成的颗粒饲料，最为坚固的是高蛋白质材料经挤压加工制成的颗粒饲料(Ｋａｚｅｍｚａｄｅｈ，１９８６)。

有些饲料原料会影响鱼饲料的粘合性或成粒性。例如，油脂会降低饲料的粘合性，对制粒机制粒和挤压机加工都有影响。为此应在成粒或挤压之后再添加油脂。通常，在加工之前添加２％或更少的油脂不致于明显影响颗粒饲料的粘合性。对水产饲料的粘合性来说，淀粉是一种重要成分。一般地说，用挤压机制粒时，要想在加工过程中得到适度的膨胀，配料中至少要有２０％的谷类。用制粒机制粒时，经常使用有机粘合剂，如硫化木质素或半纤维素(都是木质纸浆的副产物)，用量２－２．５％，可提高水中稳定性(Ｌｏｖｅａｌｌ，１９８０)。图９表示了一种自动外加油脂的装置，对制粒和挤压加工都适用。

挤压加工能满足一些客户的特殊需要。例如，要求颗粒饲料以各种速度下沉，或要求颗粒飘浮，甚或要求制成反复沉浮的颗粒饲料(Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｐｅｌｌｅｔｓ)，意思是能在池中先飘浮，然后下沉，短时间后又上浮。这种反复沉浮颗粒饲料的比重是上下波动的，这是由于它的高度多孔性和充分发展的蛋白型间质结构所致，这种性状可以兜住油脂和可溶性糖，又从颗粒的不同层次将它们释放。这些经挤压加工的颗粒饲料可以提高水产养殖的饲料效率，减少鱼的排泄物数量。

图９　自动外加油脂系统

３　挤压技术在宠物饲料方面的应用

挤压加工的干宠物饲料在配方上与浮性水产饲料十分相似，只是几种次要配料有所不同。这两类产品的主要差别是产品的颗粒大小不同，浮性水产饲料的颗粒小一些。水产饲料的颗大小取决于所养殖的鱼种，以及饲喂的对象主要是鱼苗还是中等大小的鱼，或者是大鱼。

加工制作挤压的干宠物饲料的原料与制作浮性水产饲料相似，主要差别是水产饲料很大一部分是散装发送，而不是包装成袋。二者共同之处很多，如：都要进行蒸汽处理(预调制)，加工工艺所要求的水分相近，成品的容重相近，等等。典型的挤压加工的干产品的容重大致是３２０－３５２ｋｇ／ｍ３，(２０－２２ １ｂ／ｆｔ３)。由于这两类产品在加工方面如此相似，大家公认用来加工制造浮性水产饲料的设备也可以用来加工制造干挤压宠物饲料，除配方有所差别外，设备方面不需任何变动就可以进入宠物饲料市场。这个市场的潜在业务量可以与浮性水产饲料相当，甚至更大。

干的猫狗饲料通常含水１０－１２％，用谷物、粮食加工付产物或再制品、大豆制品、动物制品、奶制品、油脂、矿物质及维生素添加剂加工而成。干的狗饲料和猫饲料分别含粗脂肪５－１２．５％(干基）和８－１２％(干基)。适当增加油脂含量可以提高适口性，通常的作法是将液化脂肪和／或增味剂喷涂在成品表面。上市的干狗饲料有粉料、制粒所得颗粒饲料和挤压加工的颗粒饲料；而干的猫饲料通常都是用挤压机熟化加工的制品。粗蛋白含量(干基)通常如下：挤压加工的干狗饲料１８－２５％，挤压加工的干猫饲料３０－３６％(Ｒｏｋｅｙ等人，１９８５)。普通的挤压加工的干狗饲料的配方大致如下：玉米(４４％)，豆粕(１７％)，肉骨粉(１７％)，小麦细麸(１６％)，脂／油(５％)，维生素和矿物质预混料(１％)(Ｒｏｋｅｙ，１９９３)。

(美国密苏里大学生物与农业工程学院)