擠壓膨化生產(chǎn)小龍蝦飼料加工工藝研究

郭玉秋， 劉傳富， 侯漢學(xué)， 湯文利， 梁 萌， 門曉冬

（1.山東省飼料獸藥質(zhì)量檢驗(yàn)中心，山東省畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)評估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南 250100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018）

擠壓加工技術(shù)是現(xiàn)在飼料加工中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一（牛化欣等，2011），其可使粉狀飼料在摩擦、高溫、高壓和強(qiáng)剪切力等作用下發(fā)生理化反應(yīng)，生產(chǎn)出一種低污染、低溶出、高消化、高轉(zhuǎn)化率的優(yōu)質(zhì)環(huán)保型飼料，可有效減少飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子（Kraugeruda等，2011；Cheng等，2003)，改善產(chǎn)品的適口性，延長飼料的保質(zhì)期，減少資源的浪費(fèi)。與硬顆粒飼料相比，具有更好的消化性、適口性、耐水性和安全性，將成為飼料加工的主流趨勢。

隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展和人們生活水平的快速提高，水產(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)將由數(shù)量型向規(guī)模化、集約化、專業(yè)化和質(zhì)量型發(fā)展，水產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)要求將是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然，這就對飼料的要求越來越高。擠壓膨化飼料是提高水產(chǎn)品質(zhì)量的主要手段之一，小龍蝦的攝食特點(diǎn)及生活習(xí)性決定了小龍蝦飼料必須具有良好的耐水性、下沉性，而擠壓膨化工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量有密切的關(guān)系（劉恬等，2009）。因此，本文就小龍蝦飼料的擠壓膨化工藝進(jìn)行研究，旨在為小龍蝦飼料的加工提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 主要材料 魚粉：山東省榮成市京閶海產(chǎn)品公司；大豆粕：中國糧食儲備集團(tuán)；碎米、米糠：東營市墾利區(qū)萬隆農(nóng)林經(jīng)貿(mào)有限公司；蝦糠：天津宏遠(yuǎn)盛豐生物科技有限公司。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備JFSD-70粉碎磨：上海嘉定糧油檢測儀器廠；DS56-X型雙螺桿擠壓膨化機(jī)：濟(jì)南高新區(qū)賽信機(jī)械有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 飼料配方 參考我國對蝦成蝦飼料配方（王道尊等，2004）制定飼料配方：豆粕45%、魚粉25%、蝦糠9%、米糠6%、碎米15%。

1.3.2 擠壓膨化工藝 原料→粉碎→稱量→調(diào)粉→擠壓膨化→切割→干燥（50℃）

1.4 單因素試驗(yàn) 物料水分含量對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響，試驗(yàn)設(shè)置20%、22%、24%、26%和28%五個(gè)水平；螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響，試驗(yàn)設(shè)置100、150、200、250、300 r／min五個(gè)水平；擠壓膨化溫度對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響，試驗(yàn)設(shè)置90、100、110、120、130℃五個(gè)水平。

以上試驗(yàn)在研究某種因素對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響時(shí)，其他因素均保持在同一水平。以產(chǎn)品膨化度、密度、穩(wěn)定性和糊化度為考察指標(biāo)。

1.5 優(yōu)化試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速和擠壓膨化溫度進(jìn)行多因素試驗(yàn)，以近似密度為考察指標(biāo)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平

1.6 測定方法

1.6.1 試驗(yàn)配方營養(yǎng)成分 粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維含量的測定分別根據(jù)GB/T 6432-2018、GB/T 6433-2006、GB/T 6434-2006方法進(jìn)行。

1.6.2 密度 細(xì)沙置換法測定：過100目并烘干的細(xì)沙，量取體積Vl。稱取質(zhì)量m的樣品，向量筒中交替倒入細(xì)沙與樣品，使樣品全部被埋入沙中，記錄體積V2（劉恬等，2009）。

樣品的密度ρ=m/（V2-V1）。

1.6.3 膨化度 每個(gè)樣品隨機(jī)取15個(gè)顆粒飼料，用游標(biāo)卡尺測量其直徑，取其平均值（Glencross等，2010）。

飼料膨化度=飼料直徑2/模孔直徑2（牛化欣，2011）。

1.6.4 水中穩(wěn)定性 水產(chǎn)配合飼料水中穩(wěn)定性/%=（濾浸顆粒干物質(zhì)質(zhì)量/最初顆粒物質(zhì)質(zhì)量)×100（牛化欣等，2014）。

1.6.5 糊化度 糊化度采用β-淀粉酶水解法進(jìn)行測定（王加啟等，2004）。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)配方基本營養(yǎng)成分分析 從表2看出，飼料配方中粗蛋白含量40.1%、粗脂肪4.7%、粗纖維5.1%，符合GB/T22919.5-2008質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表2 試驗(yàn)配方基本營養(yǎng)成分分析%

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 物料水分含量對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響 準(zhǔn)確稱取5份原料粉碎后過50目篩的混合飼料粉，每份5000 g，分別置于調(diào)粉機(jī)中進(jìn)行調(diào)粉，使調(diào)粉后的物料含水量分別為20%、22%、24%、26%和28%，在膨化溫度100℃、螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min條件下進(jìn)行膨化。物料水分含量對糊化度的影響結(jié)果如圖1所示。

注：膨化度和密度使用左側(cè)坐標(biāo)軸；下同。

從圖1可以看出，在同一條件下，隨著物料含水量的增加，產(chǎn)品的膨化度逐漸降低，密度、穩(wěn)定性和糊化度不斷增加。物料含水量在20%～26%內(nèi)，產(chǎn)品的膨化度隨物料含水量的增加降低幅度較小，糊化度增加幅度較大，物料含水量超過26%時(shí)，產(chǎn)品膨化度降低幅度較大，糊化度增加幅度減緩。膨化度過低，產(chǎn)品較硬，不利于蝦的消化吸收，糊化度的增加，提高了產(chǎn)品的耐水穩(wěn)定性。因此，在本試驗(yàn)條件下，綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)，物料水分在26%時(shí)，產(chǎn)品的膨化度適中（1.15），糊化度較高（84%），穩(wěn)定性（85.2%）和密度（1.22 g/cm3）較好。

2.2.2 螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響準(zhǔn)確稱取5份原料粉碎后過50目篩的混合飼料粉，每份5000 g，分別置于調(diào)粉機(jī)中進(jìn)行調(diào)粉，使調(diào)粉后的物料含水量為26%，在膨化溫度100℃，螺桿轉(zhuǎn)速分別為100、150、200、250和300 r／min進(jìn)行加工。螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響如圖2所示。

圖2 螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響

從圖2可以看出，在螺桿轉(zhuǎn)速100～250 r/min內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)速的不斷提高，產(chǎn)品的膨化度、穩(wěn)定性和糊化度逐漸增加，在轉(zhuǎn)速250 r/min分別達(dá)到最高值（膨化度1.20、穩(wěn)定性86.0%、糊化度86.8%），密度逐漸降低，轉(zhuǎn)速250 r/min時(shí)達(dá)到最低（1.19 g/cm3）。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速超過250 r/min，產(chǎn)品的膨化度、穩(wěn)定性和糊化度有所降低，密度有所升高。這主要是由于在螺桿轉(zhuǎn)速100～250 r/min內(nèi)隨著轉(zhuǎn)速的升高，增加了套筒內(nèi)的壓力和螺桿對物料的剪切力，可促進(jìn)物料中淀粉的糊化，蛋白質(zhì)的變性，使物料的黏結(jié)性、可塑性提高,從而降低產(chǎn)品的密度，提高產(chǎn)品的水中穩(wěn)定性；如轉(zhuǎn)速超過250 r/min，由于物料在機(jī)筒內(nèi)作用時(shí)間縮短，淀粉糊化不充分，蛋白質(zhì)變性不徹底，造成產(chǎn)品膨化度、穩(wěn)定性和糊化度降低，密度升高。在本試驗(yàn)條件下，綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo)，螺桿轉(zhuǎn)速在250 r/min時(shí)，產(chǎn)品的膨化度適中（1.20），糊化度較高（86.8%）、穩(wěn)定性（86.0%）和密度（1.19 g/cm3）較好。

2.2.3 膨化溫度對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響準(zhǔn)確稱取5份原料粉碎后過50目篩的混合飼料粉，每份5000 g，分別置于調(diào)粉機(jī)中進(jìn)行調(diào)粉，使調(diào)粉后的物料含水量為26%，螺桿轉(zhuǎn)速為250 r/min，擠壓膨化溫度分別為90、100、110、120、130℃進(jìn)行加工，膨化溫度對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響如圖3所示。

圖3 膨化溫度對擠壓膨化飼料質(zhì)量特性的影響

從圖3可以看出，產(chǎn)品的膨化度、穩(wěn)定性和糊化度隨著膨化溫度升高而升高，密度隨著膨化溫度升高而降低。這主要是由于，隨著溫度的升高，一方面促進(jìn)了淀粉糊化，蛋白質(zhì)進(jìn)一步得到變性，使產(chǎn)品的黏結(jié)性更好，提高了水中穩(wěn)定性，另一方面隨著膨化溫度的升高，加大了模孔內(nèi)外的溫度差、壓差，從而提高了產(chǎn)品的膨化度，降低了產(chǎn)品的密度。膨化溫度低于110℃時(shí)，產(chǎn)品膨化度的增大及密度的下降不是特別明顯，當(dāng)膨化溫度高于110℃時(shí)，產(chǎn)品膨化度的增大及密度的下降特別明顯，成為浮性產(chǎn)品。因此，在本試驗(yàn)條件下，膨化溫度110℃最佳。

2.3 優(yōu)化試驗(yàn) 從表3可以看出，影響小龍蝦飼料擠壓膨化工藝的主要因素是擠壓膨化溫度，其次是螺桿轉(zhuǎn)速，物料含水量影響最小。最優(yōu)組合為A2B1C1，即物料含水量26%、螺桿轉(zhuǎn)速200 r／min、擠壓膨化溫度105℃，經(jīng)驗(yàn)證在此條件下產(chǎn)品的密度為1.18 g/cm3，能滿足小龍蝦的攝食特性。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.4 產(chǎn)品理化特性 經(jīng)理化特性分析，該產(chǎn)品膨化度為1.42、密度為1.18 g/cm3、穩(wěn)定性為88.7%、糊化度92.5%。

3 結(jié)論

影響小龍蝦飼料擠壓膨化工藝的主要因素是擠壓膨化溫度，其次是螺桿轉(zhuǎn)速，物料含水量影響最小。最佳工藝條件是物料含水量26%、螺桿轉(zhuǎn)速200 r／min、擠壓膨化溫度105℃，在該工藝條件下生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)光滑質(zhì)密，膨化度為1.42、密度為1.18 g/cm3、穩(wěn)定性為88.7%、糊化度為92.5%,能滿足小龍蝦的攝食要求。