■趙慧娟 程宗佳 成廷水 胡竑邠

（1.北京九州互聯(lián)農(nóng)牧科技有限公司，北京 100029；2.美國(guó)大豆協(xié)會(huì)北京辦事處，北京 100004）

水分含量是影響顆粒質(zhì)量的重要指標(biāo)。成品水分過(guò)高，飼料容易霉變，不易保存；但成品水分過(guò)低，不僅直接影響飼料企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)造成顆粒含粉率較高，不利于動(dòng)物采食、消化和吸收，尤其在水產(chǎn)料中，原料經(jīng)細(xì)粉碎甚至超微粉碎，水分損失嚴(yán)重，同時(shí)因?yàn)檎{(diào)質(zhì)時(shí)水分較低，飼料的熟化度也因此降低，動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的消化、利用率降低；水分偏低還造成顆粒耐久性欠佳，不僅是飼料浪費(fèi)，還會(huì)污染水體；同時(shí)高低不勻的飼料水分還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，影響企業(yè)品牌信譽(yù)。因此，認(rèn)真分析飼料生產(chǎn)中的水分損失環(huán)節(jié)，找到恰當(dāng)?shù)姆椒ê侠淼乜刂骑暳纤?，?duì)飼料企業(yè)和養(yǎng)殖戶都有重要意義。

1 顆粒飼料生產(chǎn)過(guò)程中的水分損失

水損的含義：當(dāng)具有一定含水量的原料被加工成飼料成品后，其成品的平均含水率低于加工前配方含水率的現(xiàn)象，稱為生產(chǎn)過(guò)程的水分損失現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱“水損”現(xiàn)象。飼料生產(chǎn)過(guò)程中的水損主要發(fā)生在以下五個(gè)環(huán)節(jié)：原料儲(chǔ)存階段、原料粉碎階段、調(diào)質(zhì)、制粒和冷卻階段。

1.1 原料的儲(chǔ)存階段

原料儲(chǔ)存階段水損首先與原料的水活度（ac?tivity of water,Aw）和環(huán)境相對(duì)濕度（equilibrium relative humidity,ERH）有關(guān)。水活度的基本定義是“在給定溫度下，某一體系中水分的逸度系數(shù)與同溫度下純水的逸度系數(shù)之比”，但由于逸度系數(shù)難于測(cè)量，而蒸汽壓力容易獲得，業(yè)界通常用蒸汽壓來(lái)近似計(jì)算：Aw=p/p0，其中p為體系中水分的蒸汽壓，p0為同樣溫度條件下純水的蒸汽壓。原料水活度與環(huán)境相對(duì)濕度之間的差異會(huì)造成原料與空氣中的水分交換現(xiàn)象，水分會(huì)從高壓區(qū)向低壓區(qū)擴(kuò)散，直到平衡。如果原料中的水分高于“平衡水分”，水分將向空氣中擴(kuò)散，這個(gè)過(guò)程也叫原料的解吸過(guò)程。谷物及其加工產(chǎn)品中的蛋白、淀粉和纖維等生物大分子，以其在一定溫度、壓力和相對(duì)濕度條件下的平衡水分反映了原料的水結(jié)合能力,也被稱為持水力(water binding capacity，WBC)。原料的持水力越高，平衡水分越高，在儲(chǔ)存期的水損越小。劉煥龍[1]研究比較了玉米、豆粕等25種主要飼料原料在常溫范圍內(nèi)的吸濕或解吸平衡，發(fā)現(xiàn)其中DDGS、糖蜜、發(fā)酵豆粕和魔芋精粉具有較高的持水力。

一般情況下，環(huán)境溫度越高、相對(duì)濕度越低，儲(chǔ)存期的水損越多、越快；原料初始水分越高，儲(chǔ)存期的水損越大；與空氣接觸面越大，水損越大；通風(fēng)條件越好，水損越快；室溫條件下，這種解吸過(guò)程需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，因此隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，物料的水損也越大。

1.2 原料的粉碎階段

根據(jù)粉碎機(jī)工作原理，物料受沖擊和摩擦而被粉碎。由于錘片的高速旋轉(zhuǎn)和對(duì)物料的沖擊及物料在篩面上的摩擦，使得物料快速升溫，原料中的部分游離水分被蒸發(fā)。同時(shí)由于粉碎作用破壞了顆粒物料的內(nèi)部凝聚力，顆粒變小、表面積增大，物料的分子結(jié)構(gòu)水由于壓力差而轉(zhuǎn)變成顆粒表面的游離水，其中一部分也被蒸發(fā)，這部分水分的蒸發(fā)使粉碎室內(nèi)的空氣濕度大大增加，當(dāng)受到轉(zhuǎn)子的正壓力和機(jī)外吸風(fēng)的負(fù)壓雙重作用時(shí)就排出機(jī)外。

粉碎階段的水損也有規(guī)律：被粉碎物料水分越高水損越大，例如水分在14%以下時(shí)粉碎過(guò)程平均水損0.81%，而水分達(dá)到15%以上時(shí)平均水損1.2%[2]；篩孔越小水損越嚴(yán)重，Wolfe[3]用錘片粉碎機(jī)處理玉米，在4個(gè)月期間得出，玉米細(xì)粉碎(3.2 mm篩，機(jī)械輸送)丟失水分1.1%，粗粉碎(4.7 mm篩，機(jī)械輸送)丟失水分1.05%；錘片越多物料水損越嚴(yán)重，因?yàn)橹貜?fù)打擊次數(shù)較多；負(fù)壓吸風(fēng)效果越差，水分丟失越嚴(yán)重；粉碎次數(shù)越多，水損越大，例如普通沉水性魚(yú)蝦料生產(chǎn)時(shí)需經(jīng)過(guò)兩次粉碎，所以水分普遍較低。

1.3 調(diào)質(zhì)、制粒和冷卻過(guò)程

自1930年首次引入顆粒飼料生產(chǎn)工藝后，制粒已成為飼料加工中最為普遍的工藝之一。飼料半成品在加蒸汽調(diào)質(zhì)時(shí)，每凝結(jié)1%優(yōu)質(zhì)飽和蒸汽，粉料升溫14.5～15℃[4]。一般禽料調(diào)質(zhì)溫度在70℃左右，豬料調(diào)質(zhì)溫度在80℃左右，水產(chǎn)料調(diào)質(zhì)溫度在90℃左右，那么在調(diào)質(zhì)階段飼料水分增加量約為2.5%～4%。在制粒后的冷卻階段，一般每降低11℃，顆粒水分減少1%[5-6]。如果夏季冷卻到室溫30℃，則產(chǎn)品水分丟失3.5%～5.5%，也就意味著某些產(chǎn)品在調(diào)質(zhì)、制粒、冷卻的過(guò)程中要損失1%左右的水分。

在冷卻階段，顆粒越小水分丟失越嚴(yán)重，破碎料比不破碎料水分丟失多；水損與環(huán)境溫度和空氣相對(duì)濕度有關(guān)，高溫、低濕時(shí)水損更大；多次制粒比一次制粒水損大；不加油飼料比加油飼料的水損多。

2 水損對(duì)企業(yè)的影響

2.1 水損對(duì)飼料企業(yè)的影響

水損給飼料企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失最為直觀。夏季飼料成品水分一般9.5%～11.5%，低于國(guó)家(企業(yè))標(biāo)準(zhǔn)。以飼料平均水損2%、飼料價(jià)格3元/kg為例，企業(yè)每噸飼料直接損失為60元，月產(chǎn)1萬(wàn)噸的飼料企業(yè)將直接損失60萬(wàn)元。對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)日益白熱化、利潤(rùn)越來(lái)越薄的飼料行業(yè)來(lái)講，這是相當(dāng)可觀的一筆賬目。

此外，水損還會(huì)給飼料企業(yè)帶來(lái)許多隱性損失。它會(huì)造成原料水分過(guò)低，調(diào)質(zhì)時(shí)通過(guò)蒸汽增加的水分有限，飼料太干，難以壓粒，對(duì)環(huán)模、壓輥磨損大，制粒慢、能耗高；單位時(shí)間產(chǎn)能下降，工作安排不緊湊，工人等料時(shí)間長(zhǎng)，綜合生產(chǎn)成本提高；成品顆粒外觀粗糙、缺乏光澤、裂紋多，生產(chǎn)時(shí)造成花料、碎料多；水分過(guò)低還會(huì)造成車間粉塵大，不僅損害設(shè)備，而且惡劣的工作環(huán)境還會(huì)影響到工人的健康和工作積極性。

2.2 水損對(duì)養(yǎng)殖戶的影響

淀粉是單胃動(dòng)物日糧中最大的單一組分和主要的能量來(lái)源。在一定溫濕度條件下，淀粉粒吸水潤(rùn)脹，空間構(gòu)象發(fā)生變化，最終導(dǎo)致顆粒膨脹而破裂，即糊化[7]。淀粉糊化后吸收大量水分，淀粉更容易在淀粉酶的作用下降解成比較易溶的碳水化合物，包括血糖。因此畜禽對(duì)淀粉的利用率提高，甚至飼料轉(zhuǎn)化率也提高，尤其是幼齡動(dòng)物[8]。飼料加工過(guò)程中影響淀粉糊化度的因素主要是水分、溫度和時(shí)間，現(xiàn)行蒸汽調(diào)質(zhì)工藝中，淀粉糊化度約為35%，其中水分是影響淀粉糊化度的第一限制性因素，在生產(chǎn)條件下，提高物料水分，將顯著增加淀粉糊化度[9]，從而提高飼料的消化吸收率。周兵等[10]研究也發(fā)現(xiàn)，高溫高濕是淀粉糊化的基礎(chǔ)，其中調(diào)制階段水分含量的高低很大程度上決定了顆粒飼料淀粉糊化度的高低。因此，飼料水分低，導(dǎo)致調(diào)質(zhì)效果差，飼料糊化度降低，影響飼料利用率。

淀粉糊化后黏結(jié)性增強(qiáng)，有助于顆粒保持完整性，提高顆粒耐久性，降低飼料含粉率和粉化率。顆粒耐久性是反映顆粒質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，它表明顆粒的堅(jiān)實(shí)程度。顆粒耐久性低的飼料在運(yùn)輸、儲(chǔ)藏等過(guò)程中受擠壓、震動(dòng)作用，粉化率較高，從而造成飼料散失浪費(fèi)。如果粉末過(guò)小，還會(huì)引起動(dòng)物呼吸道疾病和胃腸道潰瘍。飼料制粒工藝可以改進(jìn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能，但質(zhì)量差的顆粒，隨著細(xì)微碎屑的增多，將抵消掉在日增重和飼料報(bào)酬方面的好處[11]。

此外，成品水分過(guò)低，畜禽采食量受影響。飼料水損造成水分偏低，顆粒干硬，適口性差，尤其是夏天熱應(yīng)激情況下，這種采食下降的現(xiàn)象更明顯。

3 飼料生產(chǎn)過(guò)程中補(bǔ)充水分的效果

研究結(jié)果證明（見(jiàn)表1），在顆粒飼料生產(chǎn)過(guò)程中，水分是重要的催化劑。它不僅有利于適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)，促使淀粉糊化和蛋白質(zhì)變性，提高飼料消化率和顆粒黏結(jié)性，降低飼料含粉率和粉化率，改善顆粒外觀光滑度和潤(rùn)澤度，而且使制粒過(guò)程更順暢，有助于提高制粒速度和降低能耗。由于顆粒品質(zhì)得到改善，浪費(fèi)減少，飼料轉(zhuǎn)化率也隨之提高。另外，在混合粉料階段添加水分，確實(shí)可以提高成品水分，為飼料企業(yè)挽回一部分經(jīng)濟(jì)損失。

表1 飼料生產(chǎn)過(guò)程中補(bǔ)充水分的效果

4 生產(chǎn)過(guò)程中的水損控制措施

4.1 飼料混合階段補(bǔ)充水分

綜合考慮制粒生產(chǎn)效率、電耗和顆粒質(zhì)量指標(biāo)，最佳入模水分為15%～16%[18]。如果半成品水分較低，如10%，根據(jù)前面提到的，每凝結(jié)1%優(yōu)質(zhì)飽和蒸汽，粉料升溫15℃，調(diào)質(zhì)階段的水分也只有13%左右，是很難將調(diào)質(zhì)達(dá)到理想入模水分的。在飼料混合階段直接添加水分是目前最常見(jiàn)的補(bǔ)水措施，也不失為最有效的措施。但是單純?cè)陲暳匣旌想A段增加水分，因?yàn)樘砑拥氖怯坞x水，水分在飼料冷卻階段很容易重新?lián)p失掉，保水率很低，同時(shí)留下的這部分游離水在飼料中分布不均勻，或因晝夜溫差變化而發(fā)生聚集造成局部水分較高，容易引起飼料霉變[19]。因此，在飼料混合階段添加水分，需要注意以下幾點(diǎn)：

4.1.1 不超過(guò)最高水分和最大添加量

混合機(jī)內(nèi)的粉料水分含量會(huì)影響制粒效果和制粒機(jī)工作效果、成品含水量和飼料保存期，過(guò)大的添加量還會(huì)影響到動(dòng)物生產(chǎn)性能，因此在決定是否向混合機(jī)內(nèi)添加水分之前，務(wù)必要測(cè)定混合機(jī)內(nèi)粉料的初始水分。Sarah Muirhead[20]研究發(fā)現(xiàn)，14%的粉料水分含量時(shí)制粒效果及制粒機(jī)的使用效果最佳，當(dāng)粉料水分超過(guò)14%時(shí)，制粒所需的能量迅速增加，顆粒料產(chǎn)量迅速降低，顆粒耐久力降低。當(dāng)混合粉料初始水分低于12.5%時(shí)，添加水分后的粉料目標(biāo)水分應(yīng)不高于14%。同時(shí)最大水分添加量不高于2%[21]，這樣有利于制粒作業(yè)；如果粉料水分已高于13%，則建議不要再添加水分，否則不利于成品水分的控制[19]。

4.1.2 均勻添加、控制水活度，小心飼料發(fā)霉

添加水分的潛在風(fēng)險(xiǎn)是飼料發(fā)霉。首先，加水要選擇清潔的生活用水，以免不潔水源引入病菌等影響飼料安全的物質(zhì)。其次，要盡量做到均勻添加。水分添加不均勻，會(huì)造成局部水分過(guò)高、水活度偏高，容易引起飼料霉變。添加過(guò)快，不利于水分和物料混合均勻，添加過(guò)慢，又會(huì)影響正常生產(chǎn)進(jìn)程。因此飼料企業(yè)最好采用專業(yè)的液體噴加設(shè)備在飼料混合時(shí)間內(nèi)均勻噴加。第三，在加水的時(shí)候，要重點(diǎn)考慮控制飼料水活度的變化。霉菌生長(zhǎng)有3個(gè)必要條件：游離水（水活度Aw）、溫度和氧氣。飼料中的水分根據(jù)與生物大分子相互作用強(qiáng)弱的不同可以分為三類：①緊密結(jié)合水（或稱非轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合水），與大分子作用最強(qiáng)，為其不可分割的一部分；②結(jié)合水，與大分子有較強(qiáng)的相互作用，有選擇地排列在相應(yīng)的基團(tuán)上；③游離水（或稱自由水），大分子的作用力未及于此，其性質(zhì)與正常水無(wú)區(qū)別。水活度(Aw)指的是平衡相對(duì)濕度，反映的是飼料中游離水含量的多少。水活度越高，含游離水越多。但水分高的物料，水活度不一定高。而霉菌能利用的是游離水。多數(shù)霉菌生長(zhǎng)要求最低水活度值在0.7以上，如黃曲霉、青曲霉等；少數(shù)霉菌可以在水活度為0.65時(shí)生長(zhǎng)，這類霉菌稱為嗜干性霉菌，如灰綠曲霉、薛氏曲霉、赤曲霉等[22]。使用恰當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┖退Y(jié)合劑，能在提高飼料水分的同時(shí)有效控制水活度[17]。最后，從防霉劑的作用機(jī)理來(lái)看，防霉劑和物料混合越充分、接觸面越大，防霉效果就越好。從這個(gè)角度考慮，液態(tài)防霉劑比固體防霉劑更容易達(dá)到防霉劑和物料的最佳混合均勻度。

4.2 飼料調(diào)質(zhì)階段添加冷凝水

蒸汽的品質(zhì)和添加量是影響顆粒成品水分的重要因素。制粒適用的是干飽和蒸汽，不應(yīng)帶有冷凝水。個(gè)別飼料廠嘗試采取關(guān)閉疏水閥等措施適當(dāng)降低蒸汽的飽和度，通過(guò)蒸汽閥門添加冷凝水，提高調(diào)質(zhì)水分。這種做法的危害很大：冷凝水成股噴入調(diào)質(zhì)器，無(wú)法在調(diào)質(zhì)階段混勻，極易造成制粒時(shí)打滑、堵機(jī)；還會(huì)造成成品水分不均勻，局部水分過(guò)高，更容易霉變。

4.3 顆粒快速冷卻或冷卻階段噴霧

冷卻工序常用的是逆流式冷卻器，其主要參數(shù)為冷卻風(fēng)量和冷卻時(shí)間。調(diào)大風(fēng)門和調(diào)低料位器雖然能快速冷卻飼料、減少飼料在冷卻過(guò)程中的水損，但卻容易造成“熱料”，打包后在包裝袋內(nèi)壁和袋口形成冷凝水，引起飼料發(fā)霉。同時(shí)過(guò)大的風(fēng)量和過(guò)短的冷卻時(shí)間還容易造成顆粒爆腰，以至顆粒表面裂紋較多，容易破碎。

噴霧冷卻的方法雖然能使飼料表面快速冷卻，并且能保持飼料成品較高水分，但卻造成顆粒表面和芯部溫度不均勻、水分分布不均勻，極易引起飼料霉變，給企業(yè)造成更大損失。同時(shí)，因?yàn)橐呀?jīng)錯(cuò)過(guò)了調(diào)質(zhì)階段，加水也不能改善飼料調(diào)質(zhì)、制粒效果。

5 小結(jié)

綜上所述，在飼料混合階段，根據(jù)粉料初始水分含量，用專業(yè)的液體噴加設(shè)備添加1%～2%的水分，同時(shí)混合噴加高品質(zhì)的、含有表面活性劑和水結(jié)合劑的液體防霉劑，是飼料生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)可行的水損控制措施。