膨化飼料加工工藝及配方管理第1頁，課件共77頁，創作于2023年2月發展史

1797—英國人研制的手動活塞壓力機，制作無縫鉛管、瓦片、肥皂和通心面；

1869—英國人研制的雙螺桿連續擠壓機，制作肉腸；1873—PhoenixGummiwerkeAG開發單螺桿擠壓機，加工橡膠；1940s’--熟化加壓機的開發，生產干的狗糧；1950s’--有了加壓的預調制器，達到100℃預熟化；1960s’—半濕的寵物飼料、糊化淀粉、餅干粉及組織大豆蛋白；1980s’—美國的雙螺桿膨化機開始發展；1990s’—第三代弱剪切-低熱擠壓機（reducedshear/heatextruders)、預調制器、直接蒸汽注入和帶放氣孔的機鏜。第2頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓熟化的定義是靠水、壓力、溫度和機械剪切的綜合作用使得已著濕的、可膨脹的、淀粉類的和\或蛋白類的物質塑化并熟化的連續工藝過程；是將熱能和機械能導入食品/或飼料原料中的一種手段，使原料中的淀粉和蛋白質等基本成分發生化學和物理變化，同時形成預定的形狀。第3頁，課件共77頁，創作于2023年2月基本概念按調制方法分濕法膨化干法膨化按螺桿結構分單螺桿擠壓機（圖）雙螺桿擠壓機（圖）第4頁，課件共77頁，創作于2023年2月

雙螺桿擠壓機單螺桿擠壓機料斗；2.喂料絞龍；3.調制器；4.喂料段；5.蒸汽或水夾套調溫部分；6.模板；7.出料皮帶輸送機；8.變速器；9.主電機第5頁，課件共77頁，創作于2023年2月基本詞匯

預調制器—一種調節原料水分和溫度的裝置，使物料進入擠壓機前部分或完全熟化；

螺桿—將物料輸送通過擠壓機的部件（圖1）

螺套-增加行程

螺片—螺桿的螺旋形輸送表面，將物料向前推進（圖1）索片-增加剪切力，后挫力，提高滯留時間，糊化度剪切—一種揉捏、攪拌作用，使輸送的物料勻質、受熱模板—使制品出機時成型的末端裝置?？稍谀０迳现苯鱼@孔，或將模板做成圓孔狀，裝上設計復雜、用耐磨材料制成的壓模嵌入件，使物料成型切刀—將擠壓物切割成所要求的長度的裝置第6頁，課件共77頁，創作于2023年2月圖1螺桿第7頁，課件共77頁，創作于2023年2月雙螺桿擠壓機特點可加工高油脂飼料，油脂含量可大于17%；可加工添加有鮮肉漿或其它水分含量超過30%的高水分物料；可加工小顆粒水產飼料（0.8-1.0mm)；加工特定形狀/尺寸的產品；物料在機內滯留時間分布范圍較窄，物料溫度較易控制，能量利用充分，產量和質量均很穩定；投資大，單螺桿擠壓機的1-1.5倍。第8頁，課件共77頁，創作于2023年2月雙螺桿與單螺桿擠壓機比較單螺桿擠壓機雙螺桿擠壓機水分水平油脂水平纖維水平蛋白質水平機械能輸入產量耐磨損性第9頁，課件共77頁，創作于2023年2月膨化擠壓在水產養殖中的應用廣泛的適用性各種養殖方式：工廠化、池塘、網箱等各類吃食性養殖品種：魚、蝦、蟹、龜等觀賞性魚類飼料第10頁，課件共77頁，創作于2023年2月概述特點綜合水、壓力、溫度和機械剪切的作用溫度：90-200℃延續時間：2-30s物理、化學變化第11頁，課件共77頁，創作于2023年2月蛋白質高溫、高壓、高剪切力，使得蛋白質適度變性，蛋白酶更易進入蛋白質內部，消化率提高，彈性增強，可溶性物質與淀粉間質相溶和蛋白可塑性增強，提高制粒效率，降低粉化率適度的熱處理，鈍化抗營養因子如抗胰蛋白酶因子、棉酚、毒蛋白等，提高植物蛋白利用價值，降低配方成本第12頁，課件共77頁，創作于2023年2月蛋白質擠壓過程中的蛋白質結構變化變性締合加熱或剪切導致部分或全部締合物破裂而形成濃縮溶液或熔化相高溫下可能形成的一些共價鍵冷卻時形成的非共價鍵和二硫鍵在足夠低的水分條件下非晶體區向玻璃態轉化第13頁，課件共77頁，創作于2023年2月動物蛋白綜合特征氮溶解指數（NSI)低吸水性和粘合特性較差氨基酸結構平衡，一般動物生長會超過高植物蛋白飼料低溫干燥動物蛋白的質量最佳新鮮的原料和噴霧干燥加工后，會具有很高的粘合性第14頁，課件共77頁，創作于2023年2月植物蛋白綜合特征氮溶解指數（NSI)高吸水性和粘合特性好一般缺乏某種或某幾種氨基酸未榨油原料是很好的能量原料小麥面筋粉是膨脹型最好的植物蛋白第15頁，課件共77頁，創作于2023年2月大豆蛋白在熱處理中的分子變化擠壓的主要影響是將蛋白質拆散而后又重新連接在一起，NSI下降，吸水性和膨脹性提高。第16頁，課件共77頁，創作于2023年2月不同擠壓溫度下大豆分離蛋白的溶解性能生產組織蛋白溫度一般為140-160℃，水分20-40%，若產品要求較好的溶解度，則溫度可低一些。第17頁，課件共77頁，創作于2023年2月非酶褐變—美拉德反應過度膨化---異味、消化率下降、Lys損失嚴重還原糖與游離氨基酸之間的一種反應，對導致氨基酸，特別是賴氨酸的損失，并形成有色化合物而影響擠壓物的外觀；擠壓熟化過程中的高溫和低水分有利于美拉德反應；提高溫度會增加損失，增加物料水分、加快喂料速度可顯著減少損失；提高螺桿轉速可縮短滯留時間，本應減輕褐變，但提高螺桿轉速會加強剪切，提高溫度，反而可能導致褐變加重。第18頁，課件共77頁，創作于2023年2月碳水化合物淀粉(糊化與碎化）淀粉發生糊化（α-化），高分子結構斷裂，變成低分子物質，易于消化吸收，同時還起到重要的粘合作用，保持水中穩定性，降低飼料散失，減少工業合成粘合劑的添加，無毒性。轉化成葡萄糖、麥芽糖等碎化多糖，產生甜味增加適口性纖維素經擠壓后，可溶性膳食纖維的量增加，保健作用葡萄糖、蔗糖等影響淀粉的糊化，與蛋白質發生反應，飼料效率降低。第19頁，課件共77頁，創作于2023年2月碳水化合物α-淀粉：淀粉粒有許多淀粉分子排列成放射狀微晶束構成。這種微晶束系直鏈、支鏈淀粉分子相互平行且彼此間以氫鍵結合而成。水分子在熱作用下進入淀粉粒內微晶束間隙與淀粉分子中游離基團結合。溫度繼續升高，一部分直鏈淀粉被水溶解和滲出，使更多的水分子進入淀粉粒內部，從而使微晶束分離，形成一種間隙大且不規則的立體網狀結構，中間充滿水或溶液，處于這種糊化狀態的淀粉稱α-淀粉。第20頁，課件共77頁，創作于2023年2月常見能量飼料原料的淀粉含量原料%淀粉（干物質）全玉米70-75面粉75-80麩皮5-8冬小麥65.5-82次粉21.5高粱71.6全稻米81全大麥60全燕麥4544%豆粕0.5浮性飼料需要至少18-20%的淀粉含量第21頁，課件共77頁，創作于2023年2月淀粉的糊化過程調制器30%α-化環模造粒40%環形間隙膨脹機60%單螺桿膨化機〉85%雙螺桿膨化機100%第22頁，課件共77頁，創作于2023年2月淀粉糊化度擠壓溫度物料水分剪切力螺桿結構在機腔內滯留時間高水分、低溫擠壓使淀粉部分糊化低水分、高溫擠壓有利于提高淀粉的糊化度第23頁，課件共77頁，創作于2023年2月脂肪使原料中微生物分解的脂肪酶完全失活，提高飼料的貯藏性能使油脂從顆粒內部滲透到表面，使飼料產生特殊的香味，提高飼料適口性和外觀效果網狀結構能夠吸附更過的脂肪，冷水性魚類科利用高達40%脂肪的高能飼料，減少氮污染形成蛋白-脂肪復合物，這部分脂肪仍然可以被魚類正常利用，但索氏抽提法不適用于膨化飼料，應采用酸水解法，三高條件下，甘油三酯會部分水解，與直鏈淀粉絡合，影響膨化效果，淀粉的溶解性和消化率降低。第24頁，課件共77頁，創作于2023年2月熱敏性物質在膨化過程中的損失維生素反應敏感依次為維生素K3,C,D3,A,E反應不敏感其他B族維生素酶制劑完全失活活菌制劑120℃乳酸桿菌、鏈球菌、酵母、芽孢桿菌全部失活第25頁，課件共77頁，創作于2023年2月維生素在膨化過程中的損失維生素保留取決于：原料配方溫度水分滯留時間第26頁，課件共77頁，創作于2023年2月維生素在膨化過程中的穩定性（保存率%）選擇熱穩定劑型：交聯反應型VA微粒膠囊、微囊型VE醋酸酯、高穩性VC磷酸酯，蝦青素10-15%的損耗根據保存率，超量添加！膨化溫度/在機滯留時間（min)121/3132/3149/3154/3166/3VA(微粒膠囊）9188807771VD3(微粒膠囊）9492878583VE(醋酸酯）9796949493VE(醇）554522155VK(甲萘醌）6354373325VC5747312515膽堿9897969594其他B族維生素90-9685-9578-8976-8771-82第27頁，課件共77頁，創作于2023年2月蝦青素在加工過程中的損失加魚油注:噴涂魚油的“稀釋”作用導致蝦青素含量下降。第28頁，課件共77頁，創作于2023年2月礦物質反應不敏感，報道較少植物蛋白中的植酸可能同鋅、錳等絡合，降低效價糊化淀粉對礦物質的包被作用，可使礦物質的氧化還原、吸濕返潮等向著有利的方向發展第29頁，課件共77頁，創作于2023年2月膨化擠壓影響虹鱒對幾種原料表觀養分消化率（%）干物質蛋白質*粗脂肪總能豆粕75.3598.1073.0179.05擠壓豆粕78.3898.0886.1381.85大麥43.6095.5872.5748.53擠壓大麥67.2294.3180.7469.88玉米蛋白粉74.2487.3975.6878.95擠壓玉米蛋白粉86.0375.4576.0488.89小麥46.7495.5677.2554.05擠壓小麥71.1490.2077.4577.09*擠壓溫度稍高，蛋白質部分褐變，消化率降低第30頁，課件共77頁，創作于2023年2月虹鱒對不同加工后的全脂大豆的表觀消化率（%）全脂大豆（生）擠壓全脂大豆擠壓全脂大豆+200FTU/kg植酸酶豆粕+200FTU/kg植酸酶干物質74.5±1.673.8±8.273.6±3.675.9±3.3粗蛋白88.0±0.4a97.2±1.1b96.8±0.6b97.9±0.2bMg68.5±0.4a59.6±2.7b74.7±1.2c68.0±3.3a總磷21.2±0.1a12.5±4.8b81.3±3.4c31.7±6.5d植酸磷29.9±1.2a19.6±6.1a60.9±1.9b60.6±0.2Cu89.9±0.293.3±1.292.1±1.692.7±2.7Mn20.3±0.4a13.5±1.2a46.2±2.9b16.8±0.9aZn14.6±5.7a7.2±0.3b48.4±3.3c15.7±5.6a第31頁，課件共77頁，創作于2023年2月膨化擠壓影響虹鱒對幾種原料礦物質利用率（%）CaKMgS總P植酸PCuFeMnZn豆粕7.499.878.998.163.20.994.977.230.664.7擠壓豆粕8.699.778.497.960.641.094.254.032.358.1大麥29.499.389.796.576.35.788.355.943.855.4擠壓大麥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擠壓玉米蛋白粉7.799.575.391.864.714.677.333.442.245.4小麥20.999.188.096.771.1086.654.436.556.0擠壓小麥19.899.585.994.867.426.479.447.526.940.9第32頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓熟化對菜籽—大豆混合料（重量1：1）中芥子甙總含量的影響（μmol/g)低芥子甙菜籽-大豆混合料高芥子甙菜籽-大豆混合料未擠壓18.491.6150℃擠壓13.473.73%堿液中11.256.63%（NH4)2SO4溶液中11.1/3%甲酸溶液中6.4/5%堿+1%Fe2(SO4)3溶液中/14.9*資料來源：Fenwichetal.,1986)第33頁，課件共77頁，創作于2023年2月水分和溫度對抗胰蛋白酶（TI)活力的影響第34頁，課件共77頁，創作于2023年2月草魚膨化飼料養殖效果的中試材料與方法池塘條件：育成池塘條件：2個池塘，試驗池10.07畝；對照池10.02畝；水深均為2米左右。第35頁，課件共77頁，創作于2023年2月試驗魚主養魚種：草魚搭配魚種：鰱、鳙及鯽魚放養規格和密度10000尾草魚，130g/尾、5000尾鯽魚，50g/尾、550尾鳙，120g/尾、2000-2500鰱，70g/尾。

第36頁，課件共77頁，創作于2023年2月試驗飼料粗蛋白粗脂肪水分粗灰分環保型魚種飼料36.263.536.929.42硬顆粒魚種飼料39.033.898.659.96環保型成魚飼料27.302.578.58.9硬顆粒成魚飼料29.512.5310.469.48第37頁，課件共77頁，創作于2023年2月飼養管理日投喂率與投喂次數2%—3%4次/天。水質監測DO,NH3-N,NO2-N第38頁，課件共77頁，創作于2023年2月育成期中試結果實驗池對照池草魚鯽魚鰱鳙魚草魚鯽魚鰱鳙魚育成階段收獲量(kg)6863978165160528051342飼料系數1.272.09單價(元/kg)7.09.04.07.09.04.0總收入(元)6344754977成本(元)4109942721總盈利(元)2234812256投入產出比1:1.541:1.28第39頁，課件共77頁，創作于2023年2月對水質的影響：7—9月份草魚育成階段池塘水質變化圖監測日期第40頁，課件共77頁，創作于2023年2月水產飼料膨化擠壓加工工藝第41頁，課件共77頁，創作于2023年2月膨化擠壓對飼料的綜合作用飼料顆粒成型度高蛋白質原料經擠壓加工顆粒（優）高碳水化合物原料經擠壓加工顆粒（中）普通硬顆粒飼料（差）飼料漂浮度（溶重：480g/L(轉折點）全漂浮反復沉浮顆粒（漂浮—下沉—上?。└叨鹊亩嗫仔院统浞职l展的蛋白間質結構，緩慢釋放油脂和可溶性糖下沉第42頁，課件共77頁，創作于2023年2月工藝流程圖（原料準備）第43頁，課件共77頁，創作于2023年2月第44頁，課件共77頁，創作于2023年2月不同類型飼料的擠壓技術浮性飼料半濕性飼料沉性飼料慢沉性飼料螺桿模板開孔面積比擠壓機內溫度和壓力蒸汽和水淀粉含量脂肪含量第45頁，課件共77頁，創作于2023年2月預調制優點提高擠壓機部件壽命提高產量提高產品質量提高單螺桿擠壓彈性降低機械能，增加熱能輸入目的物料初步熟化攪拌使物料碎粒水合，干核(DryCore)消失，提高熱傳導性DC浸濕部分第46頁，課件共77頁，創作于2023年2月預調制Inlet水，70℃,2-3大氣壓脂肪蒸汽，2.5-3大氣壓，100℃出料，70-80℃，18-30%水分，1/3熟化第47頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓加工浮性魚飼料調制器中注入蒸汽和水螺桿:L/D=13.5:1-15.5:1物料至少含20%淀粉擠壓產物在出模前溫度達到125-138℃，34-37個大氣壓，擠壓后，容重為320-400g/L，25-30%水分進一步干燥（水分<10%），還可增進漂浮性。第48頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓加工浮性魚飼料1-2分鐘第49頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓加工沉性魚飼料螺桿:L/D=16.5:1-19.5:1調制器中注入水（不注入或少注入蒸汽）擠壓產物在出模前達到26-30個大氣壓，28-30%水分擠壓后，容重為450-550g/L，溫度<80℃，水分22-27%帶放氣口的模頭可以降低產物溫度，水分和膨脹率過度干燥會使沉性飼料上浮第50頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓加工沉性蝦飼料調制器中蒸汽流量約為物料流量5-7%，水流量為物料流量10-15%擠壓產物在出模前達到13-16個大氣壓，28-30%水分擠壓后，容重不低于550g/L，溫度120℃，水分26%配有出氣孔，并能抽氣，真空度為250mmHg出烘干機水分12-16%，再冷卻降低到10%以內第51頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓加工沉性飼料25-30%70-85℃30-40第52頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓物的膨脹

擠壓物膨脹，產品密度改變，顯著影響飼料外觀，質地、適口性、水穩定性和飄浮性等；其宏觀結構的變化可用產品的膨脹度和密度或容重（g/L)表示；膨脹度=膨化制品的截面積/擠壓機?？捉孛娣e膨脹主要原因：壓模膨脹和水的驟蒸發，后者的膨脹更大；水分的驟蒸發的關鍵是粘彈性物體在出模時溫度高于100℃，粘彈體重的水蒸氣成為種核氣泡（擠壓物膨脹示意圖）；注入CO2獲添加碳酸氫鈉之類的產氣化合物，將增強擠壓物的膨脹；第53頁，課件共77頁，創作于2023年2月擠壓物的膨脹第54頁，課件共77頁，創作于2023年2月影響擠壓物膨脹的因素—淀粉純淀粉的最大膨脹比是500%，其次為全谷物粉（400%）、飼料混合物（200-300%，淀粉含量40-50%）、油料（150-200%，淀粉含量0-10%）；直鏈淀粉與支鏈淀粉之比是決定飼料膨脹比的重要因素，1:1將達到最大膨脹比，大多數天然淀粉含直鏈淀粉20-30%；含水量和溫度對淀粉膨脹比影響顯著；不同來源淀粉存在差異，小麥、玉米、稻米中的谷物淀粉具有較好的膨化效果，塊莖淀粉不僅具有良好的膨化性能，、由具有十分好的粘結能力。第55頁，課件共77頁，創作于2023年2月影響擠壓物膨脹的因素—淀粉

常溫或低溫條件下，長期放置的α-淀粉會逐漸變硬，這種現象叫淀粉的凝沉或回生，也叫淀粉老化，成為β-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，直鏈淀粉較支鏈淀粉易老化。第56頁，課件共77頁，創作于2023年2月直鏈淀粉含量對膨脹度的影響第57頁，課件共77頁，創作于2023年2月影響擠壓物膨脹的因素—模板加大壓模尺寸會減弱壓模正常受力，剪切率和溫度下降，導致粘度加大，從而減弱膨脹，提高容重。完全熟化但膨脹較低的沉性水產或寵物飼料使用的模頭開孔面積為550-600mm2

/噸/小時；高度膨脹食品或浮性水產飼料使用的模頭開孔面積為200-250mm2/噸/小時；慢沉性飼料模頭開孔面積為300-350

/噸/小時。第58頁，課件共77頁，創作于2023年2月模板孔徑與淀粉的共同作用第59頁，課件共77頁，創作于2023年2月螺桿形狀對膨脹的影響第60頁，課件共77頁，創作于2023年2月膨脹比---直鏈淀粉含量、溫度和水分最大膨脹比擠壓條件：機鏜溫度140℃，水分14%；100-170℃之間，提高溫度可增強膨脹，再升高溫度則減弱；增加含水量通常使膨脹急劇減弱。第61頁，課件共77頁，創作于2023年2月影響擠壓物膨脹的因素—其它

麩皮顆粒易使處于臨界厚度的氣泡孔壁破裂而降低膨脹程度；增加脂肪含量（5%以內）可增強擠壓膨脹，超過此限則膨脹急劇減弱；（寵物料）加糖（1-15%）削弱膨脹，加鹽（0-3%）只輕微削弱膨脹或沒有影響；第62頁，課件共77頁，創作于2023年2月?？谛螤顚︼暳袭a品外觀的影響?？谛螤钛b載量物料容重（g/L)糊化度飼料外觀96.7%30492%70.0%33680%表面光滑致密，圓柱形飼料多孔狀表面，球形飼料第63頁，課件共77頁，創作于2023年2月真空對產品密度的影響飼料容重不抽真空抽真空6mm0.871.2320mm0.921.14第64頁，課件共77頁，創作于2023年2月幾種常見飼料原料平均容重（g/L)飼料原料容重飼料原料容重魚粉480-641次粉288-400蝦粉400小麥面粉513-673肉骨粉785玉米粉609-641雞肉粉545-593玉米蛋白粉416-529粗血粉617膨潤土801-962豆粕44%561-609米糠320-336花生粕464干酵母657棉粕593-641麥芽根208-256亞麻粕497-529第65頁，課件共77頁，創作于2023年2月烘干/冷卻*WengerDryer第66頁，課件共77頁，創作于2023年2月烘干/冷卻（后熟化過程）

產品均勻地散布在移動中的輸送器上，熱空氣一般以1m/s的勻速穿過，作用溫度為100-200℃；最初4-6分鐘，物料可承受177-199℃的烘干溫度，而不破壞營養價值，之后，空氣溫度應降低，以免發生美拉德反應；產品本身決定烘干條件，如淀粉含量高，則不宜太厚，否則影響產品形狀；2層或多層的烘干機，不僅有效提高烘干面積，還能防止結塊；飼料形狀及物料厚度決定烘干時間長短，防止產生濕心現象；Zone1,150℃;Zone2,3,4<90℃Zone1Zone2Zone3Zone4現實中的問題：上層2區還是3區？第67頁，課件共77頁，創作于2023年2月飼料形狀與烘干時間飼料形狀烘干時間(分鐘）球狀，?=0.520.8圓柱形，?=0.5,長=0.2524.7圓柱形，?=0.5,長=0.524.8圓柱形，?=0.5,長=0.7524.9Y字形，高=0.5，厚度=0.2414.8*WengerProcessDescription第68頁，課件共77頁，創作于2023年2月

水分的重要性飼料性能成品率穩定性營養保留率單位產量配方成品膨化機運轉成本膨化機最佳工作范圍快速水分測定儀非常重要第69頁，課件共77頁，創作于2023年2月高油脂飼料的生產

盡量利用飼料原料中的油脂，主機中可處理12%油脂，其余部分需要后加工；加壓調制器真空或常壓后噴涂機第70頁，課件共77頁，創作于2023年2月油脂及熱敏性物質的后添加技術先