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饲料膨化技术最新进展及应用

2010-7-28 20:47| 发布者: admin| 查看: 1290| 评论: 0

摘要: 摘要:国内膨化技术自上个世纪90年代以来有了不少发展,已经有配套160KW的商用机型大量使用,全国也有好几十家生产厂,其中不乏一些先进机型,比如北京现代洋工机械科技发展有限公司生产的EXT155S和EXT200S膨化机,在 ...

摘要:国内膨化技术自上个世纪90年代以来有了不少发展,已经有配套160KW的商用机型大量使用,全国也有好几十家生产厂,其中不乏一些先进机型,比如北京现代洋工机械科技发展有限公司生产的EXT155S和EXT200S膨化机,在国内市场上被大量使用,其技术性能指标已达国际先进水平。关于饲料膨化技术及相关应用,笔者曾与1998和2000年做过简要介绍1,2,由于国内饲料膨化本身起步较晚,基础研究很薄弱,基本上还处于仿制、改进阶段,鲜有单位进行膨化及相关技术的研发。本文将就近些年饲料膨化技术的发展及应用作一简要概述,以期对国内膨化机厂商技术改进提供一点参考。
      

  1.膨化技术最新进展
  1.1密度控制系统
  密度控制在膨化饲料生产、尤其是水产饲料生产中最具挑战性的一环,沉性饲料应基本按照期望的方式下沉。如果沉性饲料漂浮在水面上,不仅降低饲料转化率,而且作为一种浪费的营养物对环境造成污染。用膨化生产油脂含量相对较低的“低能配方”沉性饲料时,困难就更大了。国内目前常用的是将原料膨化后再制粒。
  一般可采取配方调整和操作参数调整等方法来控制产品密度,如降低主轴转速、少加蒸汽多加水、增加配方油脂含量、降低进料量和增强膨化腔冷却,也可以采取一些更有力的措施,如:
  —在膨化腔上设置排气口或减压区,这是膨化机厂商常用的方法(Wenger公司);
  —增加模板开孔率或改变模板厚度,降低模板处的压差;
  —改变螺旋和膨化腔结构;
  —调整配方,尤其是减少碳水化合物的含量。
  尽管这些措施在控制膨化度方面有一定作用,但还不足以按照可控的方式生产沉性料。因此,Sprout-Matador开发出针对水产料生产的一种新的密度控制系统,可以称之为近几年膨化技术最重大的进步5。
  在膨化机中,物料受机械剪切和高温高压作用,由于压力高,温度还达不到水分的沸点,但当物料从模板挤出,进入常压,沸点出现,水分形成“闪蒸”,物料膨化成含很多气孔的多孔状结构,从而引起产品密度变化。碳水化合物含量越高,形成的孔隙越多。孔隙度高意味着密度低,物料能在水中漂浮。对于高油产品,多孔结构有利于膨化产品吸收喷涂的油脂(尤其是采用真空喷涂时),并形成较高密度的产品。但对中油脂和低油脂的沉性料生产时就比较难于控制。
  Sprout-Matador研制的这种密度系统采用加压切割(pressurized cutting or post-die pressurization,模后加压),使切割室维持一定正压,由于水分的沸点随压力增加,当物料从膨化腔进入切割室后,可降低闪蒸从而控制物料的膨胀度。因为淀粉分子在切割室内瞬间被固化,在从切割室进入常压后物料不会再发生膨胀。图15中上线表示水分在不同压力下的沸点,下线表示不同压力下产品的膨胀度,气压以绝对压力表示。切割室的正压一般维持在0.3~2.0巴(图示1.3~3.0巴),在此范围内增压对产品膨化影响非常显著,但2.0巴(图示3.0巴)以上增压对产品膨化度影响很小。比如对中油脂含量的海鳊、鲈鱼和鳟鱼饲料,常压切割时膨胀度为50%(水分沸点100℃),采用加压切割,1巴的正压可降低50%的膨胀度,也就是说将产品密度从约440g/l提高至550g/l。该项技术主要用于生产较困难的沉性饲料,如低油脂产品,对中油脂产品就可不加正压。与其他一些密度控制方法如开排气口和减压区等相比较,该加压切割在生产一些具有挑战性的产品时有独到之处:
  —可准确控制产品密度(±5g/l),是其它任何一种手段难以企及的;
  —与开排气口的机型相比,由于物料在整个膨化腔行进过程中受到的干扰小,在生产低油脂或高淀粉类沉性饲料时,可提高膨化机产量25~50%;
  —不需要去控制别的一些膨胀因子,比如螺旋和膨化腔结构、进料量等,从而降低了人工操作需求;
  —由于在膨化机外控制膨胀度,操作者只需监控产品的视觉质量即可,同时控制外加正压比控制膨化腔压力更容易。
  国内的膨化机基本上没有密度控制措施,仅在螺旋和膨化腔配置方面作简单考虑,一些厂家仿制Wenger的排气装置,但由于技术和加工方面的一些因素,操纵性较差。加压切割就比较易于实现,可用气泵维持所需压力,出料可使用关风机,并且由于所需压力不高,运动件的密封也不是太大问题。该项技术从设备生产、操作使用及膨化产品密度控制等各个方面都较排气机型易于实现,是目前膨化技术发展的新方向。
  1.2调质技术
  调质技术是膨化前不可或缺的一环,国内目前对调质器研究还比较深入,单轴、双轴的均有产品。本文涉及的调质,实际上是利用废蒸汽进行预调质。原理上很简单,就是将膨化“闪蒸”释放出来的蒸汽和冷却器前端的热空气被重新送到调质器中,从而减少燃油消耗以至于减少CO2和SO2的排放量,同时,尾气中的异味物质被吸收。由于冷却空气的部分循环,还降低了粉尘排放。作为世界知名膨化机制造商,Kahl研制出了环保调质器(Eco-processor),并对膨化饲料生产作了细致的研究。
  由于环保调质器利用膨化机/膨胀器出口蒸汽和冷却器前端的热空气进行预调质,在无蒸汽添加的情况下可将物料温度从20℃提升到40℃,这通常需要耗费2%的蒸汽(20Kg/t产品)。换言之,相当于每吨产品节省了1.2Kg燃油,相应地CO2和SO2的排放也降低了(见表16)。同时,废气中的有味物质被物料吸收,在靠近居民区,降低异味排放尤显重要。与普通制粒相比,膨胀生产每吨产品可省电5度。
  表1普通和环保调质器效果比较
  2.膨化技术应用
  2.1膨化猪饲料
  国内的膨化猪料也是近几年才兴起的,并且基本上只生产乳猪料。对膨化猪料的营养、卫生等方面的优点已经述及1,2,本文将从另一个角度阐述膨化用于猪料生产的优越性。
  研究表明采用膨化技术生产猪料,可以减少饲料厂生产过程中、牲猪育肥过程中、粪便贮存运输过程中环境污染物的排放。膨化猪料的典型生产工艺流程如图2所示。
  实际生产中发现,饲喂膨化料的猪排放的液体粪污降低了。美国堪萨斯大学(KSU)的研究表明,饲喂膨化料减少了猪对水的需求,膨化料的特殊结构导致在拌湿饲喂时动物需水较少(见表26,8)。对膨化乳猪料的试验也表明可减少猪排出的尿和粪污量,从而降低粪污贮存和转运的费用。
  膨化可以提高粗纤维的消化率,由于粗纤维的酵解增强,会使固体粪便中的N含量略有增加,但其在尿中的含量显著降低。若饲喂膨化料,总的尿量和随尿液排出的N较少。因此猪舍、环境、液体粪污的贮存和转运过程中NH3的量较低,见表36。
  
  膨化料在营养方面的优点已被广大生产商和养殖户所认知1,2,3,从生态角度看,膨化料也是替代粉状猪料和颗粒料的一种较为经济的选择。配备环保调质器的膨化生产线,可减少饲料生产过程中的CO2和SO2排放;饲喂膨化料可降低猪舍的液体粪污量,以及减少释放的NH3量。考虑到其营养方面的好处,与制粒相比,每头猪可节省约2欧元(表46),该成本节省涉及到饲料生产、饲喂和粪污处理多方面,是一种综合效益体现。尤其是对于我国这样一个发展中国家,饲料生产中的能源节省是一个很值得注意的方面。同时,饲喂膨化料在环保方面的影响更是不可忽视。国家环保总局在全国23个省市进行的调查发现,全国90%的规模化畜禽养殖场未经过环境影响评价,60%的养殖场缺乏必要的污染防治措施。畜禽粪便中化学需氧量(有机污染物指标)的排放量已远远超过工业废水和生活废水的排放量之和,畜禽养殖产生的污染已成为中国农村地区污染的主要来源。调查发现,对环境影响较大的大中型畜禽养殖场有80%分布在人口集中、水系发达的东  
  图2 膨化料生产工艺流程
  部沿海地区和北京、上海等大城市周围。一些养殖场甚至位于居民区内,或距水源地不远的地方。从以上对膨化料生产、饲喂的分析中也可看出,用膨化料可降低粪污污染。
  表2  饲料形式、牲猪耗水量与生长情况比较
  表3  膨化对乳猪料的影响
  表4      膨化料和颗粒料的综合成本比较
  2.2膨化奶牛饲料
  自98年以来,由于畜牧业结构调整,在大力发展节粮型草食畜牧业政策支持下,我国的奶牛养殖业得到飞速发展,短短几年间奶牛存栏数从1998年末的4265000头发展到2001年末的5662000头,不少地区将发展奶业作为新的经济增长点。根据我国农业和畜牧业发展规划,发展奶业是加快农业和畜牧业结构调整的重要组成部分,在《中国食物与营养发展纲要(2001-2010年)》中,将奶业定为今后十年优先发展的三个重点食物领域之一,消费需求是奶业发展的原动力,预计到2005年,我国人均奶类消费将达10Kg,到2015年将达23Kg,可以肯定在今后几年内我国奶业仍将维持较高的发展速度。下文将就膨化在奶牛饲料中的应用作简要介绍。
  反刍动物胃内含有大量的微生物,摄入的蛋白或非蛋白氮由微生物降解到不同程度,然后再进入肠道消化吸收。因为不是瘤胃中所有产生的氨都能转化成微生物蛋白,当饲喂可溶性含氮饲料时,大量氨被吸收,容易造成氨中毒。但如果摄入的蛋白能形成过瘤胃蛋白,通过瘤胃,逃逸微生物降解,就可直接进入肠道消化,以氨基酸形态被吸收。产奶量越高,对过瘤胃蛋白/微生物蛋白的比例要求越高。对高产奶牛,需要增加饲料摄入量;提高营养成份的消化率;提高过瘤胃蛋白的比例;同时保证营养物在瘤胃中同步降解。由于高产牛对过瘤胃蛋白的需求量高,因此必须在日粮中进行补充以满足其产奶需要。膨化技术不使用化学添加剂,通过热处理提高过瘤胃蛋白。膨化料中由于大量糊化淀粉的存在,将蛋白质紧密地与淀粉基质结合在一起,生成瘤胃不可降解蛋白──即过瘤胃蛋白。表53,7显示出膨化增加了瘤胃中的过瘤胃蛋白。
  表5  膨化与否对过瘤胃蛋白含量的影响
  1)   混合料中大麦和燕麦占75%,全价膨化。
  2)   混合料中大豆和葡萄籽粉占80%,全价膨化。
  从上表可看出,膨化可显著增加过瘤胃蛋白的含量,有利于反刍动物的消化吸收。
  此外,全混合日粮(TMR)饲喂在国内奶牛养殖上正得到逐步认可,不少企业花巨资从国外引进全日粮设备,有几家国外厂商在中国还开设了代理机构。笔者曾于2001年就全混合日粮饲喂的特点及效果作过介绍4,目前国内认同比较一致的是将草料铡碎/切碎后,与青贮料和精料一起拌合均匀饲喂,对草料的粒度没有定性认识,一般以粉料较均匀地附着在草料上为准,这样在将精料和秸秆、干草混合时可能需要加水或加入大量青贮料。近几年国外开始尝试膨化奶牛全日粮,并对各种组分的粒度做了规定,见表67。
   表6  推荐的原料粒度与TMR粒度
  与单一作用的化学处理相比,膨化技术可以较低的成本获得多重效果,如增加过瘤胃蛋白;影响营养物在瘤胃中的降解;增加淀粉类物质消化率10%以上;产品无菌化;产品结构既满足动物营养需要,又符合TMR饲喂要求;提高日产奶量2~3l;降低产奶成本10~15分/l;增加再制粒(如果需要)时的可制粒性等等。
  对于膨化TMR,可以通过粉碎机筛孔大小和破碎机,按照表6控制膨化产品粒度以适应TMR饲喂,膨化后的产品基本无细粉。当然也可将膨化用作压制前的预处理,通过膨化后制粒,可降低制粒机吨料能耗,可以将颗粒的坚实度提高一倍,同时由于淀粉糊化,可将制粒时粉化率降至0.8%,还不到常规或二次制粒细粉率(2%)的一半。将膨化用作压制前预处理还有其它一些别的一些优点:可采用较薄的模板,模板磨损降低50~70%;可添加10~15%以上的糖蜜成份。
  若仅就提高过瘤胃蛋白与别的技术相比,配方中增加5~6%的过瘤胃蛋白,采用:
  加入10%木质素类的产品,4~5欧元/吨;
  加入10%甲醛类的产品,4~5欧元/吨;
  加入0.5%单宁类的产品,6~7欧元/吨;
  使用膨化技术,2~3欧元/吨,所有成本增加均是以每吨TMR料计。
  可见采用膨化技术可以较低成本满足奶牛高产的过瘤胃蛋白需求。
  此外,为进一步降低饲养成本,增加非蛋白氮的利用率,膨化玉米、尿素和部分粗纤维混合物正在国内兴起,它可以提高奶牛对尿素的利用率,减少饲料中动物蛋白和植物蛋白的添加,从而降低饲养成本。目前国内仅伊利就从北京现代洋工机械科技发展有限公司购进了7台糊化玉米尿素生产线,结果表明可以大大降低成本,提高产奶量约8%,对中低产牛群效果尤其明显,有试验反映将其应用于肉牛养殖效果更好


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