1、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；1873PhoenixGummiwerkeAG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（reducedshear/heatex
2、truders)、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。基本概念按调制方法分湿法膨化干法膨化按螺杆结构分单螺杆挤压机（图）双螺杆挤压机（图）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
4、水化合物原料经挤压加工颗粒（中）高碳水化合物原料经挤压加工颗粒（中）普通硬颗粒饲料（差）普通硬颗粒饲料（差）饲料漂浮度（溶重：饲料漂浮度（溶重：480g/L(480g/L(转折点）转折点）全漂浮全漂浮慢沉或反复沉浮颗粒（漂浮慢沉或反复沉浮颗粒（漂浮下沉下沉上浮）上浮）高度的多孔性和充分发展的蛋白间质结构，缓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慢释放油脂和可溶性糖下沉下沉工艺流程图（原料准备）工艺流程图（原料准备）不同类型饲料的挤压技术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预调制优点提高
5、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，增加热能输入目的物料初步熟化搅拌使物料碎粒水合，干核(DryCore)消失，提高热传导性DC浸湿部分预调制预调制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。挤压加工浮性鱼饲料挤压加工浮性鱼饲料1
6、-2分钟喂料区（粉状）揉合区（面团状）熟化区（接近液态）揉合区揉合组件特征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，28-30%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挤压加工沉性虾饲料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，28-30%
7、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挤压加工沉性饲料25-30%70-8530-40放气孔挤压机自变量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水分的重要性饲料性能成品率稳定性营养保留率单位产量配方成品膨化机运转成本膨化机最佳工作范围快速水分测定快速水分测定仪非常重要仪非常重要挤压物的膨胀挤压物的膨胀挤压物膨胀，产品密度改变，显著影
8、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；挤压物的膨胀影响挤压物膨胀的因素影响挤压物膨胀的因素淀粉淀粉纯淀粉的最大膨胀比是纯淀粉的最大膨胀比是500%，其次为全谷物粉（，其次为全谷物粉（400%）、）、饲料混合物（饲料混合物（200-300%，淀粉含量，淀粉含量40-50%
10、好的粘结能力，糙米膨化效果差。影响挤压物膨胀的因素影响挤压物膨胀的因素淀粉淀粉常温或低温条件下，长期放置的-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-淀粉；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直链淀粉含量对膨胀度的影响影响挤压物膨胀的因素影响挤压物膨胀的因素模模板板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。粘度加大，从而减弱膨胀，提高容重。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
11、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；慢沉性饲料模头开孔面积为300-350/吨/小时。模板孔径与淀粉的共同作用模板孔径与淀粉的共同作用螺杆形状对膨胀的影响螺杆形状对膨胀的影响螺杆转速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，利于膨胀膨胀比膨胀比-直链淀粉含量、直链淀粉含量、温度和水分温度和水分最大膨胀比挤压条件：机镗温度最大膨胀比挤压条件：机镗温度140，水分，水分14%；100-170之间，提高温度可增强膨胀，再升高温度则减弱；之间，提高温度可增强膨胀，再
12、升高温度则减弱；增加含水量通常使膨胀急剧减弱。增加含水量通常使膨胀急剧减弱。影响挤压物膨胀的因素影响挤压物膨胀的因素其它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；（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；模模口形状对饲料产品外观的影响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%30492%70.0%33680%表面光滑致密，圆柱形饲料多孔状表面，球形饲料LL=1.5*die,纵向膨胀LL=1.0*die,辐射膨胀真空对产品
13、密度的影响真空对产品密度的影响饲料容重不抽真空抽真空6mm0.871.2320mm0.921.14几种常见饲料原料平均容重（几种常见饲料原料平均容重（g/L)饲料原料容重饲料原料容重鱼粉480-641次粉288-400虾粉400小麦面粉513-673肉骨粉785玉米粉609-641鸡肉粉545-593玉米蛋白粉416-529粗血粉617膨润土801-962豆粕44%561-609米糠320-336花生粕464干酵母657棉粕593-641麦芽根208-256亚麻粕497-529烘干烘干/冷却冷却烘干烘干/冷却设备冷却设备单层：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
18、的牛皮纸袋包装带内衬的牛皮纸袋包装保证烘干均匀，没有湿心，水分保证烘干均匀，没有湿心，水分10%10%对于半湿饲料，保证对于半湿饲料，保证水分活度（水分活度（Aw)Aw)在在0.650.65以内，可以抑制大部分微生物生长以内，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膨化工艺对微生物菌群的影响标准平板计数法标准平板计数法(CFU/G)酵母酵母&霉菌霉菌配方配方2,200,00074,000膨化膨化*3,70010*沙门氏菌呈现阴性沙门氏菌呈现阴性饲料中防止微生物生长的措施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；最大限度降低加工后污染的可能性；
19、加工过程中控制水分活度加工过程中控制水分活度(Aw)(Aw)，而不仅仅是而不仅仅是水分含量；水分含量；避免在加工后提高水分活度的条件的存在；避免在加工后提高水分活度的条件的存在；添加防霉剂添加防霉剂措施措施11：降低加工后污染可能性：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措施22：加工过程中控制产品的：加工过程中控制产品的水分活度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（水分活度定义（Aw)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/100Pb:试样表面水分压Pf:敞开水面水分压实验室
20、仪器可以在5min内测定水分活度几种微生物生长最低几种微生物生长最低AwAw需求需求无微生物生长区00.60.70.80.91.0除耐干燥种类之外的酵母和霉菌大部分麦霉及酵母噬盐性菌大部分青霉及耐受力较低的酵母大部分酵母菌、霉菌和青霉大部分G+菌沙门氏菌及大部分G-菌控制产品水分活度的途径控制产品水分活度的途径配方及营养成分分析数据基于水分值；饲料加工过程中尽量减少变量，特别是在干燥过程中。措施措施33：尽量减少加工后水分活：尽量减少加工后水分活度提高的条件度提高的条件避免大型包装暴露在高湿度环境中避免由于温度变化而造成的水分重新分配措施措施44：添加防霉剂：添加防霉剂当其它
21、措施出现问题时，防霉剂可以提供保证；防霉剂不能替代其它措施，也不能完全抑制霉菌生长。优化防霉剂性能最佳剂量和施用点；如果添加量适当并完全分散，不会影响适口性。不同材料包装饲料的生霉情况不同材料包装饲料的生霉情况包装材料包装大小（kg)生霉程度*14天21天23天35天PB*11.3+PB*22.6+PL*11.3-(+)PL*22.6-+*+严重生霉；严重生霉；+中毒生霉；中毒生霉；+轻微生霉；轻微生霉；（+）极轻微生霉）极轻微生霉*PB,15.9kg强度防油纸衬里袋；强度防油纸衬里袋；PL,75号聚丙烯衬里袋（号聚丙烯衬里袋（StoneContainer)保存环境
23、量利用充分，产量和质量均很稳定；投资大，单螺杆挤压机的1-1.5倍。双螺杆与单螺杆挤压机比较单螺杆挤压机双螺杆挤压机水分水平油脂水平纤维水平蛋白质水平机械能输入产量耐磨损性挤压机的选择挤压机的选择选择什么类型的挤压机取决于：选择什么类型的挤压机取决于：所用原材料的种类；制作什么样的产品；单位产量；投资费用；运转费用。水产膨化饲料的原料选择和配方技术水产膨化饲料的原料选择和配方技术膨化工艺的优点膨化工艺的优点适应性适应性(可调节饲料的漂浮性可调节饲料的漂浮性)饲料性状饲料性状(外形外形,颜色颜色,质地等质地等.)高产及自动化控制高产及自动化控制高品质高品质提高蛋白（变性）和淀粉（糊化）的消
26、高，弹性增强，可溶性物质与淀粉间质相溶和弹性增强，可溶性物质与淀粉间质相溶和蛋白可塑性增强，提高制粒效率，降低粉化蛋白可塑性增强，提高制粒效率，降低粉化率率适度的热处理，钝化抗营养因子如抗胰蛋白适度的热处理，钝化抗营养因子如抗胰蛋白酶因子、棉酚、毒蛋白等，提高植物蛋白利用酶因子、棉酚、毒蛋白等，提高植物蛋白利用价值，降低配方成本价值，降低配方成本蛋白质挤压过程中的蛋白质结构变化蛋白质挤压过程中的蛋白质结构变化变性缔合加热或剪切导致部分或全部缔合物破裂而形成浓缩溶液或熔化相高温下可能形成的一些共价键冷却时形成的非共价键和二硫键在足够低的水分条件下非晶体区向玻璃态转化动物蛋白综合特征动物蛋白综合特
27、征氮溶解指数（NSI)低功能性差（吸水性和粘合特性）氨基酸结构平衡，一般动物生长会超过高植物蛋白饲料低温干燥动物蛋白的质量最佳新鲜的原料和喷雾干燥加工后，会具有很高的粘合性植物蛋白综合特征植物蛋白综合特征氮溶解指数（NSI)高功能性（吸水性和粘合特性）好一般缺乏某种或某几种氨基酸未榨油原料是很好的能量原料小麦面筋粉是膨胀型最好的植物蛋白水产饲料中植物蛋白的作用水产饲料中植物蛋白的作用制作浮性饲料有更大的膨胀潜力；提高粘合性，增进颗粒持久性；降低原料成本；外涂作业时有较高吸油水平；灰分含量低，在螺杆和压模上的白色矿物沉积少大豆蛋白在热处理中的分子变化大豆蛋白在热处理中的分子变化挤压的主要影响是将
28、蛋白质拆散而后又重新连接挤压的主要影响是将蛋白质拆散而后又重新连接在一起，在一起，NSINSI下降，吸水性和膨胀性提高。下降，吸水性和膨胀性提高。不同挤压温度下大豆分离蛋白的溶解性能不同挤压温度下大豆分离蛋白的溶解性能0%20%40%60%80%100%120%未挤压507090110130加工温度大豆蛋白溶解性能生产组织蛋白温度一般为生产组织蛋白温度一般为140-160，水分，水分20-40%，若产品要，若产品要求较好的溶解度，则温度可低一些。求较好的溶解度，则温度可低一些。非酶褐变非酶褐变美拉德反应美拉德反应v过度膨化过度膨化-异味、消化率下降、异味、消化率下降、LysLys损失严重损失严
31、-淀粉：淀粉：淀粉粒有许多淀粉分子排列成放射状微晶束构淀粉粒有许多淀粉分子排列成放射状微晶束构成。这种微晶束系直链、支链淀粉分子相互平成。这种微晶束系直链、支链淀粉分子相互平行且彼此间以氢键结合而成。水分子在热作用行且彼此间以氢键结合而成。水分子在热作用下进入淀粉粒内微晶束间隙与淀粉分子中游离下进入淀粉粒内微晶束间隙与淀粉分子中游离基团结合。温度继续升高，一部分直链淀粉被基团结合。温度继续升高，一部分直链淀粉被水溶解和渗出，使更多的水分子进入淀粉粒内水溶解和渗出，使更多的水分子进入淀粉粒内部，从而使微晶束分离，形成一种间隙大且不部，从而使微晶束分离，形成一种间隙大且不规则的立体网状结构，中间
33、、低温挤压使淀粉部分糊化低水分、高温挤压有利于提高淀粉的糊化度低水分、高温挤压有利于提高淀粉的糊化度脂脂肪肪使原料中微生物分解的脂肪酶完全失活，提高饲使原料中微生物分解的脂肪酶完全失活，提高饲料的贮藏性能料的贮藏性能使油脂从颗粒内部渗透到表面，使饲料产生特殊使油脂从颗粒内部渗透到表面，使饲料产生特殊的香味，提高饲料适口性和外观效果的香味，提高饲料适口性和外观效果网状结构能够吸附更过的脂肪，冷水性鱼类科利网状结构能够吸附更过的脂肪，冷水性鱼类科利用高达用高达40%40%脂肪的高能饲料，减少氮污染脂肪的高能饲料，减少氮污染形成蛋白形成蛋白--脂肪复合物，这部分脂肪仍然可以被脂肪复合物，这部分脂
34、肪仍然可以被鱼类正常利用，但索氏抽提法不适用于膨化饲料，鱼类正常利用，但索氏抽提法不适用于膨化饲料，应采用酸水解法，应采用酸水解法，三高条件下，甘油三酯会部分水解，与直链淀粉络合，三高条件下，甘油三酯会部分水解，与直链淀粉络合，影响膨化效果，淀粉的溶解性和消化率降低。影响膨化效果，淀粉的溶解性和消化率降低。热敏性物质在膨化过程中的损失热敏性物质在膨化过程中的损失维生素维生素反应敏感反应敏感依次为维生素依次为维生素KK33,C,D,C,D33,A,E,A,E反应不敏感反应不敏感其他其他BB族族维生素维生素酶制剂酶制剂完全失活完全失活活菌制剂活菌制剂120120乳酸杆菌、链
36、88807771VD3(微粒胶囊）9492878583VE(醋酸酯）9796949493VE(醇）554522155VK(甲萘醌）6354373325VC5747312515胆碱9897969594其他B族维生素90-9685-9578-8976-8771-82虾青素在加工过程中的损失虾青素在加工过程中的损失63.663.159.158.848.2010203040506070粉碎调制器挤压机干燥、冷却真空喷涂虾青素含量（ppmDM)加鱼油注:喷涂鱼油的“稀释”作用导致虾青素含量下降。矿物质矿物质反应不敏感，报道较少反应不敏感，报道较少植物蛋白中的植酸可能同锌、锰等络合，植物蛋白中的植酸可能
37、同锌、锰等络合，降低效价降低效价糊化淀粉对矿物质的包被作用，可使矿糊化淀粉对矿物质的包被作用，可使矿物质的氧化还原、吸湿返潮等向着有利物质的氧化还原、吸湿返潮等向着有利的方向发展的方向发展膨化挤压影响虹鳟对几种原料表观养分消化率（膨化挤压影响虹鳟对几种原料表观养分消化率（%）干物质蛋白质*粗脂肪总能豆粕75.3598.1073.0179.05挤压豆粕78.3898.0886.1381.85大麦43.6095.5872.5748.53挤压大麦67.2294.3180.7469.88玉米蛋白粉74.2487.3975.6878.95挤压玉米蛋白粉挤压玉米蛋白粉86.0375.4576.0488
38、.89小麦46.7495.5677.2554.05挤压小麦71.1490.2077.4577.09*挤压温度稍高，蛋白质部分褐变，消化率降低挤压温度稍高，蛋白质部分褐变，消化率降低虹鳟对不同加工后的全脂大豆的表观消化率（虹鳟对不同加工后的全脂大豆的表观消化率（%）全脂大豆（生）挤压全脂大豆挤压全脂大豆+200FTU/kg植酸酶豆粕+200FTU/kg植酸酶干物质74.51.673.88.273.63.675.93.3粗蛋白88.00.4a97.21.1b96.80.6b97.90.2bMg68.50.4a59.62.7b74.71.2c68.03.3a总磷21.20.1a12.54.
39、8b81.33.4c31.76.5d植酸磷29.91.2a19.66.1a60.91.9b60.60.2Cu89.90.293.31.292.11.692.72.7Mn20.30.4a13.51.2a46.22.9b16.80.9aZn14.65.7a7.20.3b48.43.3c15.75.6a膨化挤压影响虹鳟对几种原料矿物质利用率（膨化挤压影响虹鳟对几种原料矿物质利用率（%）CaKMgS总P植酸PCuFeMnZn豆粕7.499.878.998.163.20.994.977.230.664.7挤压豆粕8.699.778.497.960.641.094.254.032.358.1大麦2
40、9.499.389.796.576.35.788.355.943.855.4挤压大麦24.499.489.496.470.624.981.753.442.748玉米蛋白粉1.599.676.694.765.67.485.278.742.553.0挤压挤压玉米蛋白粉玉米蛋白粉7.799.575.391.864.714.677.333.442.245.4小麦20.999.188.096.771.1086.654.436.556.0挤压小麦19.899.585.994.867.426.479.447.526.940.9挤压熟化对菜籽挤压熟化对菜籽大豆混合料（重量大豆混合料（重量1：1）中芥子甙总含量
42、纤维纤维-(1)+功能蛋白功能蛋白-+(2)+非功能蛋白非功能蛋白+-++返工返工+-+FunctionofgrindandparticalsizeLargecellstructure对于功能性差的鱼粉的应对措施对于功能性差的鱼粉的应对措施提高粉碎细度；在预调制器中提高水或鱼油的量；需要更高性能的预调制器；提高功能性蛋白的使用量。草鱼膨化饲料养殖效果的中试草鱼膨化饲料养殖效果的中试材料与方法材料与方法池塘条件：池塘条件：育成池塘条件：育成池塘条件：22个池塘，试验池个池塘，试验池10.0710.07亩；亩；对照池对照池10.0210.02亩；水深均为亩；水
43、深均为22米左右。米左右。试验鱼试验鱼主养鱼种：草鱼主养鱼种：草鱼搭配鱼种：鲢、鳙及鲫鱼搭配鱼种：鲢、鳙及鲫鱼放养规格和密度放养规格和密度1000010000尾草鱼，尾草鱼，130g/130g/尾、尾、50005000尾鲫鱼，尾鲫鱼，50g/50g/尾、尾、550550尾鳙，尾鳙，120g/120g/尾、尾、2000-25002000-2500鲢，鲢，70g/70g/尾。尾。试验饲料试验饲料粗蛋白粗蛋白粗脂肪粗脂肪水分水分粗灰分粗灰分环保型鱼环保型鱼种饲料种饲料36.2636.263.533.536.926.929.429.42硬颗粒鱼硬颗粒鱼种饲料种饲料39.0339.033.893.
44、898.658.659.969.96环保型成环保型成鱼饲料鱼饲料27.3027.302.572.578.58.58.98.9硬颗粒成硬颗粒成鱼饲料鱼饲料29.5129.512.532.5310.4610.469.489.48饲养管理饲养管理日投喂率与投喂次数日投喂率与投喂次数2%3%2%3%44次次//天。天。水质监测水质监测DO,NHDO,NH33-N,NO-N,NO22-N-N育成期中试结果育成期中试结果实验池实验池对照池对照池草鱼草鱼鲫鱼鲫鱼鲢鳙鱼鲢鳙鱼草鱼草鱼鲫鱼鲫鱼鲢鳙鱼鲢鳙鱼育育成成阶阶段段收获量收获量(kg)6863978165160528051342
45、饲料系数饲料系数1.272.09单价单价(元元/kg)7.09.04.07.09.04.0总收入总收入(元元)6344754977成本成本(元元)4109942721总盈利总盈利(元元)2234812256投入产出投入产出比比1:1.541:1.28对水质的影响：对水质的影响：7979月份草鱼育成月份草鱼育成阶段池塘水质变化图阶段池塘水质变化图00.10.20.30.40.50.60.77-107-177-247-318-78-148-218-289-4（mg/L）氨氮实验组氨氮对照组亚硝酸盐实验组亚硝酸盐对照组监测日期膨化饲料与硬颗粒饲料的比较膨化饲料与硬颗粒饲料的比较比较项目膨化饲料性状比较项目膨化饲料性状养殖方面：1.浮性对沉性2，水中的稳定性3，颗粒的黏结度4，因掉入池中而造成的损失5，粉化率（不成颗粒的粉状饲料）6，饲料的转化率7，投饲的管理有利好强少少高方便8，营养物质的消