全混合日糧制備機混合均勻度測定方法對比試驗

喬建偉

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030002）

0 引言

全混合日糧（TMR）制備機，是一種將粗料（包含青貯飼料和干草料）、精料、礦物質、維生素和其他添加劑充分混合，能夠提供足夠的營養以滿足奶牛需要的飼養機械。全混合日糧飼養技術在配套技術措施和性能優良的全混合日糧制備機械的基礎上能夠保證反芻動物每次采食口糧都是精粗比例穩定、營養濃度一致的全價日糧，可提高飼料的利用率、強化動物的營養及防疫要求[1-2]。

目前，國內大、中型反芻動物養殖廠均配備多臺全混合日糧制備機或由TMR 制備機為核心建立的養殖場中央餐廚，完成不同階段動物飼料的精確營養配比，提高飼料利用率及飼料制備速度，降低人員投入和勞動強度，深受養殖場（戶）的歡迎。自2018 年以來，全國全混合日糧制備機產銷量呈現高速增長態勢，2021 年產銷量1 萬臺以上，中小型養殖戶已成購機主力軍，中小型制備機市場占比不斷提高。但是該產品良莠不齊，高端機型較低端機型成本差2～3 倍，且存在售價成本不對等、產品質量差異明顯、作業效果懸殊等問題，因此在全混合日糧制備機關鍵作業指標飼料混合均勻度方面很好地區分不同產品顯得非常關鍵和必要[2-4]。本文分析現有全混合日糧制備機混合均勻度測試方法優缺點，創新提出采用TMR 飼料分級篩測試混合均勻度衡量機具作業質量的方法，并進行了對比試驗。

1 混合均勻度測試方法

全混合日糧制備機的主要物料一般為青（黃）貯玉米、干草、精料粉（配方飼料），作業時按照飼養要求配比依次添加相關物料到制備機內，機具通過切割、揉搓、攪拌等方式將青黃貯、草料切割揉搓至合理尺寸，并同其他物料混合均勻后排出完成飼料的制備[5-6]。通常混合均勻度的高低可以從一個側面反映該機具作業質量的優劣。

1.1 傳統測定方法

產品標準及相關規范文件中采用標示物篩分法，在完成制備作業后取樣，使用2.0 mm 或710 μm 的單層篩子進行篩分，通過篩分取樣分析篩下標示物質量，求得標示物的變異系數得出物料的混合均勻度。該方法在實際使用過程中較為簡便，能很好地通過小顆粒標示物反映出物料的混合情況。標準和規范文件使用該種方法給出的產品混合均勻度合格指標推薦值≥85%[5-6]。

測定時，試驗物料混合后，從出料口等間隔時間獲取10 個樣本，每個樣本的質量不少于300 g，稱取樣本質量后，用CQ10 號（篩孔710 μm）或2.0 mm 的分樣篩保持相同狀態均勻搖擺往復100 次，分揀出包含標示物的分揀物，稱取分揀物質量，按比例折算成300 g 樣本的分揀物質量，按式（1）～式（4）計算折算后分析樣本中分揀物質量、樣本標準差、樣本變異系數和混合均勻度。

傳統測定方法存在兩方面的缺點。一是全混合日糧飼料中粉料標示物配比較少，一般為3%～5%，僅能體現流動性較好的粉料的混合情況，而占比大的青黃貯、干草的鍘切、揉搓后尺寸能否達標情況未考慮，混合后成品飼料的秸稈分布均勻性未考慮，而這兩項指標關系到飼料適口性、消化率等指標，在實際生產過程中常常出現塊狀青黃貯和未切到標準尺寸范圍內的干草及草團[7-8]。二是混合均勻度指標得出的合理性有待探討，傳統測定方法是基于標示物混合后，通過篩分標示物分析篩下標示物質量的變異系數得出混合均勻度，但是配方飼料添加物較復雜，能通過篩孔的物質較多，按照上述方法篩分出來的篩下物比例常常大于標示物添加比例的1.5 倍以上，而且具體操作時還存在只要一直篩一直有物料能篩分出來的情況，影響數據得出的合理性。

1.2 分級篩測定方法

從反芻動物學角度出發，綜合考慮反芻動物飼養較為敏感的飼料適口性、采食率、消化率的影響因素，采用TMR 飼料分級篩將成品飼料取樣篩選分層后，以各層物料占比的變異系數得出混合均勻度，以此來評價全混合日糧制備機的關鍵作業質量[9-11]。

TMR 飼料分級篩又稱草料分析篩、3 層飼料分析篩和濱州顆粒分離篩，主要用于養殖場飼草料的檢測，分析動物飼料組成及加工，是美國賓夕法尼亞州立大學的研究者發明的一種用來估計日糧組分粒度大小的專用篩[11]。目前我國使用最多的篩體為上篩孔徑19 mm、中篩孔徑8 mm、下篩孔徑2 mm，底部配置底盤。結合全混合日糧制備機實際作業情況，使用該方法時可根據各制備機推薦最小作業時間，在制備完飼料后等間隔采樣，并放于上篩水平搖動一定頻次，對各層剩余物料分別稱重，并計算出對應的占比，多點采樣后求得各層物料的變異系數，得出制備機的混合均勻度。

測定時，試驗物料混合后，從出料口等間隔時間獲取10 個樣本，每個樣本的質量不少于500 g，稱取樣本質量后，用TMR 飼料分級篩保持相同狀態均勻搖擺往復100 次，稱取各層篩上物質量，并除以樣本質量，按式（5）～式（8）計算各層篩上物質量占樣本質量比、各層篩上物占比標準差、各層篩上物占比變異系數和各層混合均勻度。

2 兩種測定方法對比試驗

兩種全混合日糧制備機混合均勻度測定方法在測試時計算公式原理基本相同，但是原始數據的得出方法、分析條件不同，對變異系數的得出有根本區別。傳統方法采用CQ10 號（篩孔710 μm）或2.0 mm 篩下物質量的變異系數作為混合均勻度的導出值，而TMR 分級篩測試方法采用各層物料占比的變異系數作為混合均勻度的導出值，較傳統方法避免了在不同飼料配比、不同測試物料時，結果數據的劇烈變化。采用TMR 篩分法也較為符合飼料學對飼料產品的分析手段，對生產企業、科研院所、用戶較為容易接受使用，能很好地保證數據的穩定性，進而消除多次試驗后結果的差異。

常見的TMR 制備機按照結構型式可分為臥式、立式，按主絞龍數量可分為單絞龍、雙絞龍，從攪拌倉容積來看通常以7～9 m3在作業效果、產品質量方面能很好地代表中小容積制備機，而11～13 m3能較好地代表大中型制備機。匯總2018-2021 年農機購置補貼公示數據發現，目前市場保有量、產銷量占比最大的3 種機型分別為臥式7 m3單絞龍、臥式12 m3雙絞龍、立式12 m3單絞龍。以上3 種機型因其結構型式、攪拌倉容積、物料攪拌流向及作業方式有明顯區別，有很好的產品代表性，因此選擇以上3 種機型作為混合均勻度的試驗機型。

動物飼養學專家對不同廠家生產的3 種機型制備的成品飼料進行質量分析，從飼料草的鍘切均勻性、混合后的均布情況、混合作業效果及成品飼料的混合情況等方面評價，選出3 種機型混合均勻度作業質量有明顯差異的好、中、差各3 款機型，并結合用戶的使用情況，認為這9 款機型具有很好的代表作用。使用TMR篩分法與傳統測定方法針對作業質量好、中、差機型進行混合均勻度數據對比試驗。具體機型及飼料配比信息如表1 所示。

表1 測試機型及測試條件Tab. 1 Test model and test conditions

為保證測試數據的客觀性，而且與傳統方法形成直接對比，兩種方法試驗中均采用在添加完全部物料并到達企業推薦最小作業時間后開始排料，從排料口等時間接取10 個樣品，每次取樣質量不小于2 kg，各次取樣樣品用兩種篩體分別放置相同質量的物料（兩種篩子各篩均采用相同的篩體高度、篩面面積），均勻搖擺100 次，計算出兩種方法的混合均勻度，進行3 次測試取平均值，結果如表2 所示。

表2 混合均勻度結果數據Tab. 2 Result data of mixing uniformity單位：%

考慮到幾次測試物料配比差異性不大，分析TMR飼料分級篩各層篩結果數據可以明顯看出，第1、4 層針對不同檔次機型的結果數據線性關聯度不高，而且相同條件下數據離散度較大，而第2、3 層數據關聯性較好，對不同檔次的產品有較為明顯的分級，因此舍去第1、4 層篩分后混合均勻度數據，對第2、3 層數據進一步分析。將產品作業質量好的第2、3 層各取樣點測得篩上物占比結果同傳統方法篩下物質量折算300 g后數據進行分析，具體數據如表3 所示。

分析表3 數據可以看出，使用傳統測試方法在同一測試條件下，篩下物折算后的質量3 次測試數據差距較大，以“1+好”為例，3 次測試篩下物的平均質量分別為 26.778、29.509、30.131 g，平 均 值 的 最 大 差 值 是3.353 g，基本上超過了大部分數據的10%。具體到各次試驗數據，在飼料攪拌混合非常均勻的情況下仍然出現了較多數據歧點，進而影響混合均勻度的結果。TMR 篩分法數據則較為穩定。

表3 TMR 篩分法篩上物占比結果與傳統方法篩下物折算后質量Tab. 3 Ratio of upper sieve of TMR screening method and mass of lower sieve of traditional method after conversion

傳統測試方法由于篩孔較小，大于孔徑尺寸的物料占比較多，水平移動篩分物料時物料容易在篩面形成平整的光滑面，不利于標示物篩落，對出現數據歧點的樣品，試驗人員在翻攪物料后會有短暫的明顯改善，但是受人為因素影響較大，并不利于對篩下物的比較分析。因作業時間會在一定程度上影響混合均勻度數據，為綜合考量兩種試驗方法的效率及準確性，更好地貼近實際作業中遇到的情況，將混合時間延長為推薦最小作業時間的1 倍，得出數據如表4 所示[11]。

分析表4 數據可以看出，在延長作業時間后TMR篩分法各類機型混合均勻度均有所提高，其中第1、4層提高較為明顯，而第2、3 層數據雖然有所提高，但是較其他兩層變化并不大，而且仍然對不同檔次的產品有分級效果。分析對比第2、3 層數據，較好機型和較差機型的混合均勻度差距有一定程度的縮小，延長作業時間后確實能對以上兩種機型的混合均勻度起到提高作用，但是效果有待進一步研究。采用傳統方法測得數據均提高明顯，但是不同檔次產品差距仍然不大，差距幅度有收窄趨勢。

表4 時間延長1 倍后混合均勻度結果數據Tab. 4 Result data of mixing uniformity after doubling time單位：%

3 討論

TMR 篩分法第1 層混合均勻度數據不穩定原因主要集中在草料特性上，飼料配比中秸稈草的占比較大，而草料的不規則性容易引起結果數據不連貫，因此并不能代表機具性能的優劣。第4 層篩孔與傳統方法采用的篩孔相近，但是仍與傳統方法測得數據存在較大差異，分析認為傳統測定方法存在物料不好篩分的情況，而TMR 篩分方法第4 層篩下物分離較好，但是對機具的分級評價效果不佳。從動物飼料學角度出發，第2、3 層飼料是最有利于動物采食的，消化吸收率也明顯高于其他兩層，占成品飼料比例通常為55%～65%，從此角度來看，分析這兩層的混合均勻度有很好的代表性。

4 結束語

針對全混合日糧制備機關鍵性能指標混合均勻度提出了篩分測定方法，經過試驗對比驗證、分析結果數據，建議在使用TMR 分級篩考察機具混合均勻度性能時，以生產廠家推薦的最小混合時間為節點，通過多次取樣，分析第2 層、第3 層篩上物的質量占比，計算各樣品的質量占比變異系數，求得各層混合均勻度，以此來對全混合日糧制備機進行產品作業質量評價。該種方法較為簡單，一般養殖戶在使用現場通過簡單的電子臺秤就可對其進行混合均勻度考核，能在一定程度上對不同檔次的產品進行分級劃分。

目前標準及規范中采用傳統方法進行混合均勻度指標測定，設定的混合均勻度合格指標為85%，市場上現有機型均能符合該項指標。而TMR 篩分法對于好、壞機具的結果數據差較為明顯，在采用該方法對全混合日糧制備機進行綜合判定時，從促進行業發展、提升產品質量的角度來看，建議指標值可以調整為88%，當然還需要結合用戶和飼料學專家的意見對其合理優化。