不同工藝參數對豆腐貓砂產品性能的影響

文│王誠 董曉桐 董桂紅 范秋蘋（山東寵言生物科技有限公司）

貓砂主要用來收集寵物貓的排泄物，需經常更換，消耗量較大，在寵物用品市場中占據重要的市場份額。我國寵物市場起步晚，但寵物數量和寵物用品的需求量與日俱增。豆腐貓砂是目前消費市場上較受歡迎的貓砂種類，其含水量低、吸水性強、除臭性及結團性較好，且為植物基原料組成，天然、安全、易降解。但目前市場上的豆腐貓砂質量良莠不齊，生產工藝造成的貓砂易碎、粉塵大、吸水速度慢等問題亟待改進。

根據豆腐貓砂的生產工藝及研究背景，在技術指標層面上，對豆腐貓砂質量影響較大的是粒徑、硬度和含水量。本研究對粒徑、硬度、含水量進行單因素及正交試驗設計，確定豆腐貓砂的最佳生產工藝參數，為生產工藝的改進提供理論依據和參考。

一、材料與方法

1.材料與設備。

（1）試驗材料。豆渣、玉米淀粉、瓜爾膠等原料均為市售，原料水分均小于6%。

（2）試驗設備。單軸攪拌機、提升機、環模制粒機、烘干機、震動分級篩、真空包裝機、電熱式恒溫烘箱、質構儀等生產及檢測設備由公司生產基地提供。

2.豆腐貓砂的加工過程。豆腐貓砂制備過程主要分為9步，上料—輸送—混合攪拌—制粒—烘干—輸送—冷卻—篩選—包裝。在攪拌混合階段原料的均質程度是保證制粒時產品質量穩定的關鍵。

3.不同技術指標對豆腐貓砂品質的影響。在不改變原料配方的前提下，通過調整生產設備工藝參數，改變豆腐貓砂粒徑、硬度、含水量三種工藝參數，來探究不同工藝參數對貓砂品質的影響，確定最佳工藝參數，完善生產工藝。

（1）不同粒徑對豆腐貓砂品質的影響。豆腐貓砂粒徑分別以1毫米、1.5毫米、2毫米、2.5毫米、3毫米進行單因素試驗，控制硬度50N，含水量10%，根據豆腐貓砂評定標準，計算各指標得分。

（2）不同硬度對豆腐貓砂品質的影響。豆腐貓砂硬度分別以35N、40N、45N、50N、55N、60N進行單因素試驗，控制粒徑2毫米，含水量10%，根據豆腐貓砂評定標準計算各指標得分。

（3）不同含水量對豆腐貓砂品質的影響。含水量分別以8%、9%、10%、11%、12%進行單因素試驗，控制粒徑2毫米，硬度50N，根據豆腐貓砂評分標準計算各指標得分。

（4）正交試驗確定三種技術指標對豆腐貓砂品質的影響。根據單因素試驗確定添加量的三個水平，設計L9（33）正交試驗，具體因素水平及設計表見表2、表3。按照圖1制備豆腐貓砂，每組做三次平行試驗，并計算各組評分。

4.豆腐貓砂的評價指標。本研究選擇用戶最為關心的4個指標，使用感受、吸水速度、粉塵率、結團強度指標作為豆腐貓砂性能指標評價依據，按照團體標準TCIQA11-2020《豆腐貓砂規范》制定評定標準，見表1。

表1 豆腐貓砂評定標準

（1）寵物貓試驗。選擇10只體重、年齡相近的寵物貓作為觀察對象，連續觀察一周（7天），記錄寵物貓使用各組豆腐貓砂排泄時的狀態，寵物貓由公司貓舍提供。

（2）吸水速度試驗。根據寵物貓日常排泄情況及貓砂平均吸水率，選擇10克貓砂與20毫升溫水接觸時的吸水速度進行試驗與評分。

（3）粉塵率試驗。將真空包裝后的各組豆腐貓砂模擬搬運過程，再拆封過篩。過篩選用30目篩網，稱量相同質量的貓砂（M）過篩，過篩后的貓砂質量稱重記為m。粉塵率＝（M-m）/M×100%。

（4）結團強度試驗。選擇15厘米作為試驗高度，10次自然跌落試驗，觀察其保持完整不破碎的次數判斷結團強度，計算百分率。

二、結果與分析

1.不同技術指標的單因素試驗結果。

（1）粒徑對豆腐貓砂品質的影響如圖1所示。粒徑在1～3毫米范圍內變化時，豆腐貓砂的性能評分呈現先上升后下降的趨勢。其中粒徑2毫米的豆腐貓砂表現最好，粒徑過低導致貓砂粉塵率較高，粒徑增大導致貓砂結團性降低，吸水性變差。

◎圖1 豆腐貓砂不同技術指標的單因素試驗結果

（2）硬度對豆腐貓砂品質的影響如圖1所示。硬度在35N～60N范圍內豆腐貓砂的性能指標評分呈現先上升后下降的趨勢。在55N時觀察到豆腐貓砂吸水速度快，粉塵率低，結團強度較好，硬度降低貓砂易破碎，粉塵率升高，硬度增加結團性降低，據觀察寵物貓使用有不適感。

（3）含水量對豆腐貓砂品質的影響如圖1所示。含水量為11%的豆腐貓砂各指標表現較好，含水量增加導致結團性和吸水性降低。

2.三種技術指標的正交試驗結果。根據單因素試驗結果，在性能指標評分最高點上下取值，選擇粒徑1.5毫米、2毫米、2.5毫米三個水平，硬度50N、55N、60N三個水平，含水量10%、11%、12%三個水平，設計三因素三水平正交試驗。正交試驗因素水平表如表2所示，正交試驗表及方差分析如表3所示。每組做三次平行試驗，經性能測試后進行評分并采用Excel 2010及SPSS 26.0進行數據統計分析。

表2 正交試驗因素水平表

在性能測試過程中，綜合評分最高的是第4 組A2B2C1，豆腐貓砂的粒徑為2毫米，硬度55N，含水量10%。寵物貓使用時無不適感，且在進出貓砂盆過程中無帶出情況，吸水速度快，結團性好，粉塵低。由SPSS 26.0對數據分析可知，各試驗因素對性能指標評分的影響顯著（P＜0.05），由R值可得三個因素對豆腐貓砂性能影響順序為含水量＞硬度＞粒徑。

三、結論

本試驗通過單因素試驗及正交試驗，在不改變豆腐貓砂原料及配方的前提下，通過調節生產設備的參數，探究不同水平的粒徑、硬度、含水量對豆腐貓砂使用效果和性能指標的影響，根據各指標評分來確定最佳的豆腐貓砂粒徑、硬度和含水量。試驗結果表明，豆腐貓砂最佳粒徑為2毫米，硬度為55N，含水量為10%時，豆腐貓砂各項性能試驗結果良好，寵物貓使用無不適感，豆腐貓砂吸水速度快，粉塵率低，結團性能較強，屬于一等品貓砂，本試驗為豆腐貓砂生產參數的選擇和生產工藝的改進提供了理論參考。