朱生林，王永福

上海太太樂食品有限公司（上海 201812）

籃網(wǎng)制粒機(jī)因其設(shè)計(jì)獨(dú)特、操作方便、產(chǎn)量高的特性，目前被廣泛應(yīng)用于雞精行業(yè)的制粒過程中。制粒機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由喂料、攪拌、制粒及傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。其工作過程是把含水量不大于10%的混合料，通過喂料系統(tǒng)將物料輸送至攪拌區(qū)域，由4葉攪拌轉(zhuǎn)子將物料均勻分散輸送到制粒區(qū)域，通過5葉制粒轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，使?jié)窳蠑D出通過篩網(wǎng)，再由傳動(dòng)系統(tǒng)將制得的顆粒帶出圓盤的過程（如圖2所示）。

圖1 制粒機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 顆粒帶出示意圖

物料混合后的水分含量是一個(gè)極為重要的參數(shù)，直接影響籃網(wǎng)制粒機(jī)的制粒速度。目前根據(jù)工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，雞精適合制粒的物料水分含量在5%~9%之間，一般控制在7%左右。水分對(duì)于制粒的影響與水分存在的形式密切相關(guān)，當(dāng)物料的水分含量超過一定數(shù)值時(shí)，水分將以自由態(tài)的形式存在（通常稱為自由水）。適量的自由水分附著在顆粒表面形成水膜，可以減少濕物料通過篩網(wǎng)孔的摩擦阻力，延長(zhǎng)篩網(wǎng)的使用壽命，另外，水也是最天然的黏結(jié)劑，有助于改善制粒的質(zhì)量。但是自由水分含量不宜大于10%，否則物料太濕，容易在篩網(wǎng)表面打滑，難以通過篩網(wǎng)孔，致使堵塞篩孔。另外，物料過濕也會(huì)使制得的顆粒拉長(zhǎng)，影響后期的干燥過程。

目前有關(guān)制粒機(jī)產(chǎn)量的因素分析文獻(xiàn)主要集中在飼料行業(yè)，但都是以綜述的形式介紹制粒機(jī)產(chǎn)量的影響因素，沒有具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，如權(quán)伍榮等[1]綜述影響制粒機(jī)產(chǎn)量的因素分析，鄧留坤等[3]綜述影響飼料制粒的因素及其控制方法分析。

此次試驗(yàn)以具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)，著重從3個(gè)因素（4葉攪拌速度、5葉制粒速度及物料的水分含量）來確認(rèn)籃網(wǎng)制粒機(jī)產(chǎn)量的關(guān)鍵影響因素，其中物料的水分含量是通過混合加水量來體現(xiàn)的。所有產(chǎn)量數(shù)據(jù)的評(píng)估是基于顆粒的質(zhì)量（如顆粒大小及溶解度）在可接受的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，通過三因素三水平共計(jì)9個(gè)試驗(yàn)來確定影響籃網(wǎng)制粒機(jī)產(chǎn)量的關(guān)鍵影響因素。

1 材料與方法

1.1 材料

雞精，每次按750 kg試驗(yàn)（5個(gè)批次，每批次按150 kg來混合）。

1.2 儀器與設(shè)備

籃網(wǎng)制粒機(jī)JY450（廣州燎恒機(jī)械有限公司）；CAMSIZER粒徑分析儀[德國RETSCH（萊馳）公司]；溶解性測(cè)試攪拌設(shè)備（德國IKA公司）。

1.3 方法

1.3.1 制粒機(jī)產(chǎn)量的測(cè)試方法

以每分鐘從籃網(wǎng)制粒機(jī)出來的濕料顆粒的質(zhì)量來計(jì)，每批次試驗(yàn)會(huì)收集20~30個(gè)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，最終以中間值作為該批次產(chǎn)量的衡量依據(jù)。

1.3.2 顆粒的質(zhì)量測(cè)試方法

顆粒的質(zhì)量主要體現(xiàn)在顆粒的粒徑大小上，用粒徑分析儀來測(cè)試顆粒的直徑和長(zhǎng)度。

1.3.3 顆粒的溶解性測(cè)試方法

稱取6 g不同造粒條件下的樣品，溶解在500 mL的熱水中（水溫為80 ℃），在600 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌30 s，將最終溶液倒入碗中觀察溶解情況。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以制粒速度、攪拌速度及加水量3個(gè)因素來評(píng)估，每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平，每個(gè)水平變化范圍如表1所示，三因素三水平正交試驗(yàn)見表2。

表1 制粒速度、攪拌速度和加水量因素水平表

表2 正交試驗(yàn)表

3 結(jié)果與討論

3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

按9組正交試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)批次試驗(yàn)有20~30個(gè)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，具體結(jié)果見圖3。

圖3 籃網(wǎng)制粒機(jī)在不同造粒條件下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)圖

3.2 籃網(wǎng)制粒機(jī)產(chǎn)量的主要影響因素分析結(jié)果

由圖4可知，在不同制粒條件下9個(gè)正交試驗(yàn)的產(chǎn)量結(jié)果均不同，可明顯看出加水量是最重要的影響因素，占比為56%，即物料混合后的水分含量是最關(guān)鍵的影響因素，其次為籃網(wǎng)制粒機(jī)的攪拌速度和制粒速度。

圖4 影響產(chǎn)量的各個(gè)影響因素的占比分析

3.3 籃網(wǎng)制粒機(jī)產(chǎn)量的優(yōu)化條件

由圖5可看出，制粒速度越大，攪拌速度越大，物料混合的加水量越大，得到的產(chǎn)量也越高，即籃網(wǎng)制粒機(jī)的產(chǎn)量分別與制粒速度、攪拌速度及物料的水分含量呈正比例關(guān)系。

圖5 各個(gè)影響因素在不同水平下的產(chǎn)量關(guān)系圖

由圖6可看出，在同種因素條件下，制粒機(jī)的產(chǎn)量和水平變量也呈正比例關(guān)系，即水平的值越高，產(chǎn)量越大。并且當(dāng)加水量在最大6 kg（物料混合時(shí)的加水量在4%）時(shí)，得到的產(chǎn)量最大。

圖6 各種因素下的平均產(chǎn)量對(duì)比圖

3.4 物料的加水量是影響產(chǎn)量關(guān)鍵因素的確認(rèn)

由圖7可看出，綜合9組試驗(yàn)，2組數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)加水量在最大6 kg時(shí)，籃網(wǎng)制粒機(jī)的產(chǎn)量最大，符合以上介紹的物料的水分含量是制粒機(jī)產(chǎn)量的關(guān)鍵影響因素，此時(shí)對(duì)應(yīng)的攪拌速度亦為最大（35 r/min），制粒速度為70 r/min。

圖7 每個(gè)影響因素的平均產(chǎn)量

3.5 最優(yōu)造粒參數(shù)條件下的產(chǎn)量驗(yàn)證結(jié)果

根據(jù)產(chǎn)量主要影響因素的確認(rèn)結(jié)果，在最優(yōu)化的條件[制粒速度為70 r/min，攪拌速度為35 r/min，加水量為6 kg（即4%的添加量）]下進(jìn)行一次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果顯示在該制粒條件下籃網(wǎng)制粒機(jī)的產(chǎn)量可達(dá)到3 000 kg/h，完全驗(yàn)證了前期試驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)論，證明了試驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性。

3.6 不同制粒條件下的樣品的質(zhì)量評(píng)估結(jié)果

為確認(rèn)在不同造粒條件下樣品的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，特對(duì)樣品的粒徑大小和溶解度進(jìn)行測(cè)試比較，以確保在不同制粒條件下生產(chǎn)出來的樣品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3.6.1 顆粒粒徑比較結(jié)果

顆粒的粒徑分析結(jié)果是由粒徑儀設(shè)備測(cè)試得到的。由圖8和圖9可以看出，在不同制粒條件下制得的顆粒在長(zhǎng)度（通常情況下xFe_max被認(rèn)作為顆粒的長(zhǎng)度）和直徑上（通常情況下xc_min被認(rèn)作為顆粒的直徑）沒有顯著的差異，完全符合產(chǎn)量質(zhì)量的要求。

圖8 不同條件下的顆粒長(zhǎng)度比較結(jié)果

圖9 不同條件下的顆粒直徑比較結(jié)果

3.6.2 顆粒溶解度的比較結(jié)果

將不同條件下制得的顆粒先從外觀上作初步判斷，顆粒的外觀形狀如圖10所示。按照上述介紹的標(biāo)準(zhǔn)方法將不同顆粒溶解在水里，攪拌一定時(shí)間后倒入碗里觀察顆粒的溶解性情況，從圖11可明顯看出9種顆粒樣品均無溶解性問題，全部溶解，故判斷在不同制粒參數(shù)條件下制得的顆粒符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖10 不同條件下制得的顆粒外觀大小

圖11 不同條件下制得的顆粒溶解性比較

4 結(jié)論

從試驗(yàn)設(shè)計(jì)中可得出物料混合的加水量是影響籃網(wǎng)制粒機(jī)產(chǎn)量的最主要因素。在確保顆粒質(zhì)量符合要求的前提下，加水量越大（即物料混合后的水分含量越大），籃網(wǎng)制粒機(jī)的產(chǎn)量越大。

籃網(wǎng)制粒機(jī)的制粒速度和攪拌速度也與制粒產(chǎn)量呈正比例關(guān)系，即制粒速度越大產(chǎn)量越大，攪拌速度越大產(chǎn)量也越大。

針對(duì)同一個(gè)配方在不同的制粒參數(shù)條件下，終產(chǎn)品的顆粒大小和溶解度等質(zhì)量屬性沒有明顯差異。