擠壓膨化機(jī)的發(fā)展歷史和介紹

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　　一、擠壓膨化技術(shù)的發(fā)展歷史
　　自從 1856 年美國沃德申請(qǐng)了第一份有關(guān)膨化的專利以來，許多發(fā)達(dá)國家對(duì)擠壓膨化相關(guān)的設(shè)備和工藝相繼作了廣泛研究，擠壓膨化技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越受到青睞。
　　擠壓膨化技術(shù)應(yīng)用于飼料工業(yè)起始于五十年代的美國，主要用于加工寵物飼料，對(duì)動(dòng)物飼料進(jìn)行預(yù)處理以改進(jìn)消化性和適口性及生產(chǎn)反芻動(dòng)物蛋白補(bǔ)充料的尿素飼料。到了八十年代，擠壓技術(shù)已經(jīng)成為國外發(fā)展速度最快的飼料加工新技術(shù)，它在加工特種動(dòng)物飼料、水產(chǎn)飼料、早期斷奶仔豬料及飼料資源開發(fā)等方面具有傳統(tǒng)加工方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
　　膨化技術(shù)在我國的應(yīng)用最早使用于正大集團(tuán)所屬的飼料加工企業(yè)，經(jīng)過近十幾年的宣傳推廣，膨化料的優(yōu)越性已被廣大的養(yǎng)殖企業(yè)所接受，膨化機(jī)生產(chǎn)技術(shù)也逐步走向成熟。如果按照產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段(導(dǎo)入期、發(fā)展期、高峰期、衰落期)分析，我國膨化機(jī)的生產(chǎn)及膨化機(jī)的應(yīng)用目前處于發(fā)展期，預(yù)計(jì) 3 - 5 年將進(jìn)入高峰期。
　　二、 膨化機(jī)
　　(一)、膨化機(jī)的基本組成
　　膨化機(jī)主要由動(dòng)力傳動(dòng)裝置、喂料裝置、預(yù)調(diào)質(zhì)器、擠壓部件及出料切割裝置等組成。擠壓部件是核心部件，由螺桿、外筒及模頭組成。一般按外筒內(nèi)螺桿的數(shù)量將擠壓機(jī)分為單螺桿擠壓機(jī)和雙螺桿擠壓機(jī)。由于雙螺桿擠壓機(jī)的投資大，除生產(chǎn)某些特種飼料外較少使用。目前，在飼料行業(yè)應(yīng)用最廣泛的是單螺桿擠壓機(jī)，具有投資少、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)在膨化過程中是否向物料中加蒸汽，擠壓機(jī)又可分為干法膨化機(jī)和濕法膨化機(jī)。干法膨化機(jī)依靠機(jī)械摩擦和擠壓對(duì)物料進(jìn)行加壓加溫處理，這種方法適用于含水和油脂較多的原料的加工，如全脂大豆的膨化。對(duì)于其他含水和油脂較少的物料，在擠壓膨化過程中需加入蒸氣或水，常采用濕法膨化機(jī)。擠壓機(jī)膛一般是組裝成的，便于所需要配置件的更換及保養(yǎng)。機(jī)膛節(jié)段有直溝型和螺旋溝型。直溝型有剪切、攪拌作用，一般位于擠壓機(jī)膛中段;螺旋溝型有助于推進(jìn)物料，通常位于進(jìn)料口部位，靠近模板的節(jié)段也設(shè)計(jì)成螺旋溝，使模板壓力和出料保持均勻。單螺桿從喂料端到出料端，螺根逐漸加粗，固定螺距的螺片逐漸變淺，使機(jī)內(nèi)物料容量逐漸減少。同時(shí)在螺桿中間安裝一些直徑不等的剪切鎖以減緩物料流量而加強(qiáng)熟化。雙螺桿擠壓機(jī)的雙螺桿互相平行，有 4 種形式：非嚙合同向旋轉(zhuǎn)、非嚙合相對(duì)旋轉(zhuǎn)、嚙合同向旋轉(zhuǎn)和嚙合相對(duì)旋轉(zhuǎn)。其中非嚙合雙螺桿擠壓機(jī)可用作兩個(gè)分離的并列螺桿使用，各有不同的充滿度和出料。雙螺桿擠壓機(jī)在質(zhì)量控制及加工靈活性上有其優(yōu)勢，可以加工粘稠的、多油的或非常濕的原料以及在單螺桿擠壓機(jī)中會(huì)打滑的原料。
　　(二)、膨化機(jī)各組成部分的功能
　　1 、喂料器
　　喂料器上方一般接緩沖倉，以儲(chǔ)存一定量的物料，倉內(nèi)物料在喂料器的推送下，連續(xù)均勻的進(jìn)入調(diào)制器。
　　膨化機(jī)一般采用螺旋喂料器，進(jìn)料段常采用變徑或變距螺旋，以保證緩沖倉出口均勻卸料。螺旋的直徑和螺距，應(yīng)與膨化機(jī)的生產(chǎn)率相適應(yīng)，以避免供料波動(dòng)。
　　一般喂料器的轉(zhuǎn)速要高于 100RPM ，盡量減少低速引起的供料波動(dòng)現(xiàn)象。喂料器的轉(zhuǎn)速應(yīng)可調(diào)，調(diào)速開關(guān)應(yīng)當(dāng)設(shè)置在膨化機(jī)的操作現(xiàn)場，操作員可根據(jù)膨化機(jī)主機(jī)電流和工作狀況隨時(shí)調(diào)整喂料量。
　　2 、調(diào)質(zhì)器
　　調(diào)質(zhì)器是一種將蒸汽和液體等添加劑與原料充分混合的機(jī)械裝置。 調(diào)質(zhì)器可改善物料的膨化性，提高產(chǎn)量，降低能耗，提高膨化機(jī)螺旋、氣塞、膨化腔的壽命。通過調(diào)質(zhì)，物料得以軟化，更具可塑性，避免了在膨化過程中大量的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，同時(shí)減緩了螺旋、氣塞、膨化腔的磨損。
　　調(diào)質(zhì)器品種繁多，有 單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器、蒸汽夾套調(diào)質(zhì)器 、雙軸異徑差速漿葉式調(diào)質(zhì)器等。目前市場上的膨化機(jī)三種形式的調(diào)質(zhì)器均有。一般膨化機(jī)采用單軸槳葉式調(diào)質(zhì)器或蒸汽夾套調(diào)質(zhì)器，水產(chǎn)膨化機(jī)采用雙軸異徑差速漿葉式調(diào)質(zhì)器。
　　調(diào)質(zhì)器主要有外腔和漿葉式轉(zhuǎn)子組成。為了維持調(diào)質(zhì)器內(nèi)有適量的物料，從而提供足夠的時(shí)間使蒸汽與物料充分混合，進(jìn)而被物料吸收，漿葉的角度應(yīng)可調(diào)， 一般單軸漿葉式調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于 150r/min ，最低不低于 100r/min 。
　　雙軸異徑差速漿葉式調(diào)質(zhì)器單獨(dú)通過對(duì)其漿葉角度的調(diào)節(jié)可以使調(diào)質(zhì)時(shí)間在幾十秒至 240 秒內(nèi)變動(dòng)，所以一般工作中不需要改變槳葉軸的轉(zhuǎn)速，漿葉角度的調(diào)節(jié)可以從入料口處調(diào)質(zhì)器長度方向上 1/3 以后的漿葉開始，如需增加調(diào)質(zhì)時(shí)間，可增加大徑低速正漿葉片與槳葉軸的夾角。雙軸異徑差速漿葉式調(diào)質(zhì)器雖然粘壁滯留現(xiàn)象有所改善，但是有的物料粘壁滯留現(xiàn)象還是比較嚴(yán)重，此時(shí)可以適當(dāng)減小小徑高速反漿葉片與攪動(dòng)軸的的夾角，以此來加劇反漿葉片對(duì)粉料的逆向搓動(dòng)，減少殘留量。
　　3 、擠壓部件
　　擠壓部件是膨化機(jī)的主要工作部件，包括：膨化腔、螺桿、氣塞和揉切塊等機(jī)械部件。 在單螺桿擠壓腔中物料基本上緊密圍繞在螺桿的周圍，呈螺旋形的連續(xù)帶狀，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物料沿著螺旋就像螺母一樣向前移動(dòng) , 但當(dāng)物料與螺桿的摩擦力大于物料與機(jī)筒的摩擦力時(shí) , 物料將與螺桿產(chǎn)生共轉(zhuǎn) , 這就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的向前擠壓和輸送作用了。當(dāng)物料的水分、油分越高，這種趨勢就越明顯。為避免這些問題，現(xiàn)在大多數(shù)的單螺桿擠壓膨化機(jī)采用分段式，單、雙螺旋，壓力環(huán)與捏合環(huán)交錯(cuò)排列的組合螺桿和內(nèi)壁開槽機(jī)筒，以適應(yīng)機(jī)腔內(nèi)物料的變化情況。
　　(1)、膨化腔：
　　為便于所需要配置件的更換及保養(yǎng)，膨化腔 一般是組裝成的。膨化腔為圓筒狀，為增大與物料的摩擦剪切力，與螺桿僅有少量的間隙。膨化腔內(nèi)壁有直溝型和螺旋溝型。直溝型有剪切、攪拌作用，一般位于擠壓機(jī)膛中段;螺旋溝型有助于推進(jìn)物料，通常位于進(jìn)料口部位，靠近模板的節(jié)段也設(shè)計(jì)成螺旋溝，使模板壓力和出料保持均勻。膨化腔也可做成夾套型，便于通入蒸汽或冷卻水。為便于操作，一般在膨化腔上安裝壓力傳感器和溫度表。
　　(2)、螺桿：　　螺桿是膨化機(jī)的最主要配件之一，螺桿的質(zhì)量是衡量膨化機(jī)質(zhì)量的主要指標(biāo)。目前市場上的螺桿材質(zhì)主要有： 40 鉻鉬鋁、高鉻鑄鐵、不銹鋼及合金鋼滲碳、滲氮、滲碳化鎢處理。不同的材質(zhì)，耐磨性不同，價(jià)格差距很大。
　　表示螺桿結(jié)構(gòu)的參數(shù)主要有：直徑、螺距、根徑、螺旋角和葉片斷面結(jié)構(gòu)。
　　螺桿分單頭螺桿和多頭螺桿。
　　(3)、汽塞：
　　汽塞沒有傳輸能力，對(duì)物料的流動(dòng)起阻擋作用，當(dāng)物料從一個(gè)螺旋傳送到另一個(gè)螺旋時(shí)，汽塞可使物料內(nèi)外翻轉(zhuǎn)，伴隨著流動(dòng)和混合。
　　汽塞可以產(chǎn)生高低不同的剪切區(qū)域，有很強(qiáng)的剪切和揉搓效果，對(duì)通過的物料有強(qiáng)烈的摩擦作用，升溫效果顯著。
　　通常通過改變汽塞的使用數(shù)量和直徑來得到不同膨化度的產(chǎn)品。
　　(4)、出料裝置
　　膨化機(jī)的出料裝置是產(chǎn)品通過膨化機(jī)的最后關(guān)卡，對(duì)產(chǎn)品的形狀、質(zhì)地、密度及外觀特征及其膨化機(jī)的生產(chǎn)量有很大影響。
　　膨化機(jī)的出料通常有單孔出料、環(huán)隙出料及?？壮隽先N形式。
　　出料模的特性：
　　飼料用膨化機(jī)的出料模常采用經(jīng)處理的鋼模;
　　飼料用膨化機(jī)的工作壓力一般在 21 - 175kgf/cm ;
　　?？讓?duì)物料應(yīng)有適當(dāng)?shù)目刂?，以保證足夠長度的膨化腔被充滿。
　　(5)、切割裝置
　　膨化機(jī)常用的切割裝置有三種 ;
　　同步切刀：裝在膨化機(jī)主軸上的切刀;
　　異步切刀：由單獨(dú)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的切刀;
　　截?cái)嗲械叮河糜谇卸屋^長或慢速擠壓的場合。
　　通常在操作之前就調(diào)整好切刀與壓模的間隙，刀片位置可以個(gè)別調(diào)整;對(duì)成型要求較高的場合，一般采用彈簧刀片，刀片與模面保持接觸。
　　(6)、蒸汽系統(tǒng)
　　蒸汽是調(diào)質(zhì)時(shí)水分和熱量的來源，因此其質(zhì)量的好壞直接影響調(diào)質(zhì)的效果，漿葉式調(diào)質(zhì)器在安裝時(shí)必須合理的設(shè)計(jì)蒸汽管路，使用穩(wěn)定可靠的蒸汽減壓閥和疏水閥，保證進(jìn)入調(diào)質(zhì)器的是壓力穩(wěn)定的干飽和蒸汽;蒸汽應(yīng)從切線進(jìn)入調(diào)質(zhì)器，沿軸向噴出使之與粉料混合更強(qiáng)烈;蒸汽方向不可垂直對(duì)著調(diào)質(zhì)器軸，那樣不僅達(dá)不到好的混和效果，反而使蒸汽對(duì)調(diào)制質(zhì)器軸產(chǎn)生 “ 汽蝕 ” 而割斷調(diào)質(zhì)器軸。調(diào)質(zhì)時(shí)根據(jù)原料和配方以及氣候的變化選用合適的蒸汽壓力和添加量，濕度大的季節(jié)、原料水分含量高時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高蒸汽壓力，減少蒸汽添加量;干燥季節(jié)、原料水分含量低時(shí)應(yīng)降低蒸汽壓力、增加蒸汽添加量;夏天室溫較高可降低蒸汽壓力，因?yàn)榈蛪赫羝尫艧崃亢退指鼮檠杆?冬季氣溫低可提高蒸汽壓力，增強(qiáng)調(diào)質(zhì)溫度，減少蒸汽管道中的冷凝水，有助于粉料的熟化。
　　蒸汽壓力不低于 5 - 7kgf/cm ;一般蒸汽供應(yīng)量為干物料處理量的 10 %。
　　(7)、電控裝置
　　由于膨化原料的特性不同，膨化機(jī)的產(chǎn)量差距很大，喂料器和切刀的轉(zhuǎn)速應(yīng)可調(diào)。
　　控制柜應(yīng)安裝在現(xiàn)場，便于操作員隨時(shí)調(diào)整。
　　(三)、膨化機(jī)的工作參數(shù)
　　1 、喂料量
　　通常情況下，喂料量要小到使膨化機(jī)處于“欠喂入”狀態(tài)，即保持喂料段的螺旋葉片間隙不完全被物料充滿，隨著過渡段螺旋根徑的增大以及膨化腔尺寸的減小，當(dāng)物料進(jìn)入均質(zhì)段時(shí)，螺旋葉片間隙被完全充滿。
　　2 、螺旋轉(zhuǎn)速
　　螺旋轉(zhuǎn)速直接影響膨化腔的充滿度、物料在膨化腔不同區(qū)域的滯留時(shí)間、熱傳導(dǎo)率、膨化機(jī)的機(jī)械能輸入以及施予物料的力。
　　通常螺桿轉(zhuǎn)速在 100 - 700 轉(zhuǎn) / 分的范圍內(nèi)。
　　3 、比機(jī)械能
　　所謂的比機(jī)械能是指單位產(chǎn)量所消耗的電能。比機(jī)械能與螺旋轉(zhuǎn)速和主軸扭矩成正比，與喂料量成反比。膨化不同的物料所要求的比機(jī)械能差距很大。
　　4 、膨化腔溫度
　　膨化機(jī)工作時(shí)大多需要控制溫度，工作時(shí)，由于傳導(dǎo)對(duì)流，熱能逐步由膨化腔的物料充滿區(qū)向非充滿區(qū)擴(kuò)散?！　【唧w的熱交換方式，不但取決于物料的物理特性(如比熱、相變溫度、濕度、比重、粒徑)和流變學(xué)特性，而且也受制于膨化機(jī)的結(jié)構(gòu)配置和電機(jī)功率。
　　直接膨化谷物原料，隨糖份和脂肪含量的變化，腔內(nèi)水分通常在 12 - 18 %之間，物料溫度可達(dá) 180 度。
　　為防止物料被膨化腔內(nèi)表面燒焦而過分褐變或限制蛋白變性程度，也可以在膨化腔隔層內(nèi)加注冷水?！　≡黾铀只蛴偷暮?，或通過降低螺桿轉(zhuǎn)速或改變螺旋配置來降低剪切程度可以降低物料的溫度。
　　膨化機(jī)溫度的穩(wěn)定性，直接影響其出料的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量。
　　影響膨化機(jī)溫度的因素：
　　膨化腔內(nèi)部結(jié)詬;
　　易損件磨損程度;
　　原料;
　　控制參數(shù)設(shè)置;
　　熱能輸入變化;
　　環(huán)境溫度波動(dòng)。
　　5 、膨化腔壓力
　　膨化腔壓力與物料特性有關(guān)，一般粘度越大，膨化腔壓力越大;一般膨化腔溫度越高，膨化腔壓力越大;一般膨化腔壓力越大，功耗越大;膨化腔壓力越大，磨損越嚴(yán)重。
　　6 、壓模壓力
　　壓模壓力越大，成型狀況越差;壓模開空面積越大，壓模壓力越小;膨化機(jī)?？變?nèi)側(cè)壓力一般約為 25 - 40 巴;壓模壓力越大，膨化越強(qiáng)烈，閃蒸越嚴(yán)重，水分損失越大;壓模壓力越大，功耗越大;壓模壓力越大，壓模損失越嚴(yán)重。
　　三、擠壓過程中飼料營養(yǎng)成分的變化。
　　(一)、擠壓過程中碳水化合物的變化
　　碳水化合物是飼料中的主要組成成分，通常在飼料中占到 60% ～ 70% ，因此是影響擠壓飼料特性的主要因素。碳水化合物根據(jù)其分子量大小、結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)差異可分為淀粉、纖維、親水膠體及糖四類，它們在擠壓過程中的變化及作用各不相同。
　　1、淀粉
　　擠壓作用能促使淀粉分子內(nèi) 1-4 糖苷鍵斷裂而生成葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖及麥芽糊精等低分子量產(chǎn)物，致使擠壓后產(chǎn)物淀粉含量下降。但擠壓對(duì)淀粉的主要作用是促使其分子間氫鍵斷裂而糊化。淀粉的有效糊化使擠壓處理不僅改善了飼料的營養(yǎng)，而且有利于飼料成粒，從而提高飼料加工品質(zhì)。
　　淀粉在擠壓過程中糊化度的大小受擠壓溫度、物料水分、剪切力、螺桿結(jié)構(gòu)及在擠壓機(jī)內(nèi)的滯留時(shí)間、模頭形狀等因素影響。一般規(guī)律是高水分、低溫?cái)D壓使淀粉部分糊化，低水分、高溫?cái)D壓有利于提高淀粉的糊化度，且使淀粉部分裂解為糊精。　　一般，谷物類淀粉在 50 - 60 ℃ 開始膨脹，豆類淀粉在 55 - 75 ℃ 開始膨脹。原料的變性溫度因水分而異，對(duì)含水 20 %的純小麥淀粉糊化溫度為 120 ℃ 。
　　淀粉有直鏈淀粉與支鏈淀粉之分，它們在擠壓過程中表現(xiàn)出不同的特性。就膨化度而言，總的趨勢是淀粉中直鏈淀粉含量升高則膨化度降低，有報(bào)道說 50% 直鏈淀粉與 50% 支鏈淀粉混合擠壓可得到最佳的膨化效果。另外，來源不同的淀粉其擠壓效果也存在差異，小麥、玉米和大米中的谷物淀粉具有較好的膨化效果，塊莖淀粉不僅具有很好的膨化性能而且又具有十分好的黏結(jié)能力。
　　通過膨化加工不僅可以將淀粉顆粒以及中間的介于半晶體狀體和晶體狀體區(qū)域的表面積顯著擴(kuò)大，而且可將其組織結(jié)構(gòu)極大地瓦解。使淀粉顆粒遭到極大地破壞后融為一體，形成象塑料一樣的平緩區(qū)域。正是由于這種變化，雖然乳豬小腸內(nèi)的淀粉酶的活性極低，也可改善對(duì)淀粉的消化率。
　　2、纖維
　　纖維包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，它們在飼料中通常充當(dāng)填充劑。由于用于擠壓的纖維原料及擠壓采用的設(shè)備和工藝條件不同，對(duì)擠壓過程中纖維數(shù)量的變化文獻(xiàn)報(bào)道差異較大。 Fornal 等對(duì)蕎麥與大麥的擠壓研究， Wang 等對(duì)小麥和小麥麩皮的研究表明，擠壓后的纖維數(shù)量降低，而 Bjorck ( 1984 )、 Ostergard ( 1989 )分別對(duì)全麥粉及全大麥粉擠壓研究的結(jié)果正好同上述相反;至于 Silijestron ( 1986 )及 Schweizer ( 1986 )研究則認(rèn)為全麥粉在擠壓過程中其總纖維含量不發(fā)生變化。但對(duì)擠壓過程中纖維質(zhì)量變化的研究結(jié)果較為一致，均表明纖維經(jīng)擠壓后其可溶性膳食纖維的量相對(duì)增加，一般增加量在 3% 左右，表 1 是 Wang 等在不同條件下分別對(duì)整粒小麥與小麥麩皮擠壓后纖維變化的研究結(jié)果。由于可溶性膳食纖維對(duì)人體健康具有特殊的生理作用( Gordon ， R.Huber ， 1991 ; Cummings ， J.H ， 1978 )，因此采用擠壓手段開發(fā)膳食纖維無疑是一個(gè)很好的方法?！　★暳瞎I(yè)中的纖維原料主要來源于玉米、餅粕和糠麩。在擠壓過程中，其規(guī)律一般是膨化度隨纖維添加量增加而降低，但不同來源的纖維或纖維純度不同對(duì)膨化度的影響有明顯差異，其中以豌豆和大豆纖維的膨化能力為好，它們在以淀粉為主原料的飼料中添加量達(dá)到 30% 對(duì)最終產(chǎn)品的膨化度也無顯著影響，而象燕麥麩及米糠，由于它們含有較高的蛋白質(zhì)及脂肪，其膨化能力就很差。
　　3 、親水膠體
　　膠體主要用于水產(chǎn)飼料的生產(chǎn)，通常有阿拉伯膠、果膠、瓊脂、卡拉膠和海藻酸鈉等親水膠體，它們經(jīng)擠壓后其成膠能力將普遍下降。在擠壓過程中其親水特性還將影響常規(guī)的擠壓條件，降低擠壓產(chǎn)品的水分蒸發(fā)速率及冷凍速率，提高產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)性能。對(duì)于一個(gè)特定的產(chǎn)品，在選擇親水膠體時(shí)膠體的粘稠性、成膠性、乳化性、水化速率、分散性、口感、操作條件、粒徑大小及原料來源等因素均得慎重考慮。
　　4、糖
　　糖具有親水性，在擠壓過程中將調(diào)控物料的水分活度，從而影響淀粉糊化。擠壓的高溫、高剪切作用使糖分解產(chǎn)生羰基化合物，從而同物料中的蛋白質(zhì)、游離氨基酸或肽發(fā)生美拉德反應(yīng)，影響擠壓飼料的顏色。另外，在擠壓過程中添加一定量的糖能有效地降低物料的粘度，從而提高物料在模口出口時(shí)的膨化效果，這一點(diǎn)對(duì)控制水產(chǎn)飼料的沉浮性有一定的幫助。因此，在擠壓飼料中糖除了起提供能量作用外，主要是作為一種風(fēng)味劑、甜味劑、質(zhì)構(gòu)調(diào)節(jié)劑、水分活度與產(chǎn)品顏色調(diào)控劑而被應(yīng)用，通常使用的糖有蔗糖、糊精、果糖、玉米糖漿、糖蜜、木糖和糖醇。
　　(二)、擠壓過程中蛋白質(zhì)的變化
　　蛋白質(zhì)受擠壓機(jī)腔內(nèi)高溫、高壓及強(qiáng)機(jī)械剪切力作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)最終變性。這種變性使蛋白酶更易進(jìn)入蛋白質(zhì)內(nèi)部，從而提高消化率。
　　擠壓膨化對(duì)蛋白質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在：
　　變性作用：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)受熱或受到其他物理或化學(xué)作用時(shí)，其特有的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，使其性質(zhì)也隨之變化，如溶解度降低，對(duì)酶水解的敏感度提高，失去生理活性等，這種現(xiàn)象稱為變性作用。變性不是蛋白質(zhì)發(fā)生分解，而僅僅是蛋白質(zhì)的二三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。適度破壞蛋白的結(jié)構(gòu)可以改善蛋白質(zhì)的消化性。
　　熱致變性：蛋清在加熱時(shí)凝固，瘦肉在烹調(diào)時(shí)收縮變硬等都是蛋白的熱致變性作用引起的。蛋白質(zhì)受熱變性后對(duì)酶水解的敏感度提高，所以我們不吃生肉而吃熟肉，消化率高。
　　熱力殺菌也是利用了蛋白質(zhì)的變性。有些蛋白的要素抑制了他的消化吸收。如，大豆中的尿酶是一種不受歡迎的酶，它很容易在膨化中失去活性。米糠中的脂肪酶也是有害的，它可以加速米糠的腐敗變質(zhì)。通過膨化可以使脂肪酶變性。
　　在淀粉含量很低的情況下，膨化會(huì)降低蛋白質(zhì)在水中的蛋白分散指數(shù)( PDI) 。但是由于物料中淀粉的存在，糊化淀粉將其他營養(yǎng)物質(zhì)包裹在淀粉基質(zhì)。因此，蛋白質(zhì)被物理性地結(jié)合在糊化淀粉內(nèi)，被淀粉基質(zhì)保護(hù)起來，簡單的水溶液不能溶解蛋白，但腸道中的消化酶可輕易的溶解淀粉基質(zhì)，將蛋白釋放出來。到目前為止，沒有任何研究表明膨化會(huì)損害蛋白質(zhì)或降低氨基酸的利用率。
　　膨化對(duì)氨基酸的變化　　膨脹對(duì)某些氨基酸穩(wěn)定性和可利用性的影響
　　從上表可看出：在 120 ℃ 和 130 ℃ 情況下，氨基酸和可應(yīng)用氨基酸都無變化。
　   膨脹對(duì)合成氨基酸的影響

　　備注：加工條件：溫度 140 ℃ ，壓力 50bar ，水分含量 18 %
　　但就蛋白質(zhì)品質(zhì)而言，不同的擠壓條件對(duì)其影響不一，這主要取決于擠壓過程中有效賴氨酸的損失?？偟内厔菔窃谠纤值陀?15% ，擠壓溫度高于 180℃ 的條件下，擠壓時(shí)水分愈低，溫度愈高，賴氨酸損失越大，蛋白質(zhì)的生物學(xué)效價(jià)就愈低( Maclean ， W.C. ， 1983 ; Noguchi ， A. ， 1982 ; Bjorck ， I.1983 )。適當(dāng)改變擠壓工藝條件，如降低飼料中葡萄糖、乳糖等還原糖含量，提高原料水分含量( Tossavainen ， O.S. ， 1986 )等可有效減少美拉德反應(yīng)的發(fā)生。 K.Dahlin ( 1993 )等通過不同條件下對(duì)玉米、小麥、黑麥和高粱等 8 種谷物的處理結(jié)果表明：在原料水分為 15% ，擠壓溫度為 150℃ ，轉(zhuǎn)速為 100rpm 的條件下擠壓，產(chǎn)品蛋白質(zhì)的生物學(xué)效價(jià)與未處理原料相比得到顯著提高( Dahlin ， K. ， 1993 )。
　　(三)、擠壓過程中脂肪的變化　
   　擠壓作用會(huì)使甘油三脂部分水解，產(chǎn)生單甘油脂和游離脂肪酸，因此從單純處理來看，擠壓過程將降低油脂的穩(wěn)定性，但就整個(gè)產(chǎn)品而言，擠壓產(chǎn)品在貯藏過程中游離脂肪酸含量的升高顯著低于未擠壓樣品，這主要?dú)w結(jié)于擠壓使飼料中的脂肪水解酶、脂肪氧化酶等促進(jìn)脂肪水解的因子失活。
　　脂肪及其水解產(chǎn)物在擠壓過程中能同糊化的淀粉形成絡(luò)合物，從而使脂肪不能被石油醚萃取。這種絡(luò)合物的形成使脂肪不易從產(chǎn)品中滲出而給產(chǎn)品一個(gè)很好的外觀。這種絡(luò)合物在酸性的消化道中能解離，因此也不影響脂肪的消化率。
　　脂肪對(duì)飼料的質(zhì)構(gòu)、成型和適口性等作用較大，但從總體看脂肪的存在不僅影響最終擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量 ( 主要是膨化度 ) ，甚至可能影響整個(gè)擠壓過程的順利進(jìn)行。例如對(duì)脫脂大豆粉的擠壓，其脂肪的含量不應(yīng)超過 1% ;在飼料工業(yè)的膨化料生產(chǎn)中，單螺桿擠壓機(jī)油脂添加量在 0% ～ 12% 時(shí)，對(duì)擠壓效果無影響，當(dāng)添加量在 12% ～ 17% 范圍時(shí)，添加量每增加 1% 產(chǎn)品的容重就增加 16g /L ，添加量繼續(xù)增大則效果更差，當(dāng)超過 22% 時(shí)則產(chǎn)品就失去了一般擠壓的特性。因此擠壓應(yīng)以含油量低的原料為好。
　　(四)、擠壓過程中維生素、礦物質(zhì)及風(fēng)味物質(zhì)的變化
　　維生素在加工過程中能否保留下來，很大程度上取決于加工條件。擠壓過程中，熱敏性維生素如 VB1 、葉酸、 VC 、 VA 等是最容易受到破壞的幾種，而其他維生素如煙酸、 VH 、 VB12 比較穩(wěn)定。從生產(chǎn)方便性看，擠壓之前添加維生素優(yōu)于擠壓后添加，但必須超量添加以克服擠壓過程維生素部分損失對(duì)動(dòng)物營養(yǎng)的影響。有資料報(bào)道，在擠壓之前添加維生素，不僅擠壓過程中會(huì)對(duì)維生素產(chǎn)生破壞，而且擠壓之后，產(chǎn)品在儲(chǔ)藏過程中維生素的損失會(huì)加快。所以擠壓物料的維生素可能在擠壓之后添加更為經(jīng)濟(jì)。
　　擠壓過程中，礦物質(zhì)一般不會(huì)被破壞，但是具有凝固特性的新聚合物的形成可能會(huì)降低某些礦物質(zhì)的生物效價(jià)，例如植酸可能同 Zn 、 Mn 等絡(luò)合，形成不為動(dòng)物消化的化合物。
　　由于擠壓時(shí)的高溫、高水分將分解風(fēng)味物質(zhì)，且具有揮發(fā)性的風(fēng)味物質(zhì)在模頭口將隨水蒸汽一起蒸發(fā)而大部分散失。因此，加工過程中風(fēng)味劑的添加都采用擠壓后添加。
　　四、膨化的綜合影響分析　　1、膨化加工改變了飼料原料中各成分的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，尤其是其中的淀粉和蛋白成分。
　　2、糊化淀粉具有很強(qiáng)的吸水性和粘接功能。由于它的高度吸水性，使得我們可向產(chǎn)品中添加更多的液體成分(油脂、糖蜜等)，同時(shí)，因?yàn)樗哂斜绕胀ǖ矸蹚?qiáng)的多的粘接功能，膨化過程淀粉的添加量可大大的減少。這為其他 O 原料的選擇提供了更多的余地，生產(chǎn)商可選擇更多的廉價(jià)原料替代那些昂貴的料，可以降低成本而不會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。
　　3、由于淀粉基質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，因此飼喂時(shí)不易流失，只有當(dāng)動(dòng)物體內(nèi)消化酶分解淀粉時(shí)才將蛋白質(zhì)釋放出來，提高了蛋白質(zhì)的效價(jià)。
　　4、膨化過程使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，鈍化了許多抗?fàn)I養(yǎng)因子，同時(shí)改變了蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，縮短了蛋白質(zhì)在腸道中的水解時(shí)間。
　　5、膨化處理將原料分子中囊化油脂釋放出來，提高了脂肪的熱能值?！　?、膨化將脂肪、淀粉、蛋白一起形成復(fù)合產(chǎn)物脂蛋白或脂多糖，降低了游離脂肪酸含量，鈍化了脂酶，抑制了油脂的降解，減少了產(chǎn)品儲(chǔ)存與運(yùn)輸過程中油脂成分的酸敗?！　?、膨化處理減少了原料中細(xì)菌、霉菌和真菌含量，提高了飼料的衛(wèi)生品質(zhì)，改善了適口性。膨化飼料經(jīng)過比制粒更高的溫度，壓力處理后，飼料中的致病微生物被殺滅(大腸桿菌、沙門氏菌、原蟲菌、殘留農(nóng)藥等)，能有效防止豬白痢、黃痢和水腫，提高幼崽成活率，有益畜禽健康。
　　8、膨化飼料具有獨(dú)特的香味和蓬松感等優(yōu)點(diǎn)，適口性好，糊化度高，具有很好的誘食效果。
　　9、顆粒飼料因環(huán)模的工作特點(diǎn)決定，難以生產(chǎn)高油脂含量的飼料，并且對(duì)飼料原料水分含量要求嚴(yán)，膨化飼料對(duì)油脂、水分含量要求放寬，能生產(chǎn)高能量飼料，充分滿足畜禽需要。
　　五、膨化加工的優(yōu)缺點(diǎn)比較
　　(一)、膨化加工的優(yōu)點(diǎn)
　　熟化：物料在 10 秒左右完全熟化，膨化溫度視原料不同而不同，一般在 120 ℃ 到 175 ℃ 不等。熟化能破壞生長抑制因子在極短的時(shí)間內(nèi)，于無氧狀態(tài)下完成加工，有助于保存蛋白質(zhì)、能量和維生素的含量，也能降低產(chǎn)品因氧化而褐變;能提高產(chǎn)品的消化率和適口性。
　　滅菌、去度：高溫、高壓處理后，物料中的致病微生物被大量殺滅(諸如大腸桿菌、沙門氏菌、原蟲菌、殘留農(nóng)藥等)，能有效防止豬白痢、黃痢和水腫，提高幼崽成活率，有益畜禽健康。
　　膨化成型：原料經(jīng)連續(xù)高壓后突然降壓，可造成淀粉細(xì)胞的膠質(zhì)化、油細(xì)胞的破裂，并可加工成所需要的產(chǎn)品現(xiàn)狀?！　‘a(chǎn)品均質(zhì)：物料在膨化前已先行做過粉碎或混合，膨化腔內(nèi)螺桿、汽塞的摩擦、剪切作用將物料再進(jìn)一步混合、破碎，有助于最終產(chǎn)品的均質(zhì)化。
　　脫水：在膨化料離開膨化機(jī)時(shí)，由于腔內(nèi)的高溫高壓，其內(nèi)部水分立即瞬時(shí)蒸發(fā)(閃蒸)，對(duì)于儲(chǔ)存非常有益。
　　增強(qiáng)穩(wěn)定性：膨化腔內(nèi)的高溫高壓可以鈍化物料中引起腐敗的酵素，免于在短期內(nèi)造成物料中營養(yǎng)成分的迅速破壞，可增強(qiáng)產(chǎn)品儲(chǔ)存過程的穩(wěn)定性。
　　適口性好：膨化料具有獨(dú)特的香味和蓬松感等特點(diǎn)，適口性好，糊化度高，具有很好的誘食作用。
　　原料使用范圍廣：顆粒飼料因環(huán)模的工作特點(diǎn)決定，難以生產(chǎn)高油脂含量的飼料，并且對(duì)飼料原料水分含量要求嚴(yán)，膨化飼料對(duì)油脂、水分含量要求放寬，能生產(chǎn)高能量飼料，充分滿足畜禽需要。
　　效益顯著：國內(nèi)外飼養(yǎng)專家的研究表明，膨化飼料與顆粒飼料相比，料肉比可降低 8 - 10 %，這樣就會(huì)降低飼養(yǎng)成本，縮短育肥時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。
　　(二)、膨化加工的缺點(diǎn)：
　　電耗高：膨化加工屬于摩擦生熱，另外加工時(shí)需徹底打破物料的組織結(jié)構(gòu)，因此能耗一般較高。
　　膨化玉米：一般 80kw.h/t 左右;
　　膨化大豆：一般 40kw.h/t 左右;
　　膨化配合料：一般 30kw.h/t 左右。
　　但由于膨化過程已對(duì)物料進(jìn)行充分的調(diào)質(zhì)，對(duì)后續(xù)的制粒工序有很大好處，可提高制粒機(jī)產(chǎn)量 30 - 60 %。
　　操作難度高：膨化加工涉及溫度、壓力、濕度、負(fù)荷等多種工作參數(shù)，操作員不但了解各種工藝參數(shù)，還需要掌握各種原料的特性，需要較全面的專業(yè)知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)。
　　預(yù)熱：膨化加工屬熱加工，需要一定的溫度，冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)往往性能不太穩(wěn)定，因此一般不宜停機(jī)。
　　損失熱敏元素：由于高溫高壓，加工過程會(huì)損失熱敏元素。

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