承德北蒼術秸稈顆粒飼料生產工藝研究

張金合，許立陽，李彥猛，王珍珊，王文華，閆港

（河北旅游職業學院，河北 承德 067000）

近年來，承德市著力打造“灤河潮河流域道地中藥材產業示范帶”，中藥材種植總面積穩步增長，截至2021 年12 月底，全市中藥材種植面積發展到24.6 萬hm2，其中北蒼術種植面積超3 400 hm2。 北蒼術在我國已有2 000 多年的藥用歷史，承德市作為北蒼術黃金生產區形成了日漸強大的特色產業。 2022 年，隆化縣中藥材被農業農村部認定為“國家級區域性良種繁育基地”，并成功注冊了“隆化蒼術”國家地理標志證明商標，隆化縣北蒼術栽培面積超過2 700 hm2，為全省北蒼術栽培面積最大的縣。 北蒼術藥用部位為根莖，一般春、秋均可采挖，以秋季為好，挖取根莖后，除去殘莖、須根及泥土，曬干。 北蒼術種子一般于8 月下旬至9 月采收，10 月地上秸稈需要割除。 長期以來，蒼術秸稈被藥農丟棄或者燒土炕取暖。

蒼術秸稈中除了含有粗纖維、蛋白質及脂肪等飼料成分外，也含有蒼術醇、茅術醇和β-桉葉醇等中藥成分，具有被用作反芻動物飼料資源的應用前景。 本研究以承德市隆化縣人工種植的北蒼術秸稈為試驗材料，研究模孔直徑、原料粉碎粒度和總水分含量對北蒼術秸稈顆粒飼料生產工藝的影響，以期為合理利用北蒼術秸稈資源和推廣利用北蒼術秸稈型顆粒飼料提供技術支持。 北蒼術秸稈顆粒飼料生產技術的研究和推廣對緩解冬春季飼草料嚴重缺乏問題，促進畜牧業可持續發展，減輕放牧壓力、保護草地，構建生態安全屏障，發展生態農業，加快農牧業科技進步，促進種植結構調整和提高經濟效益，以及增加農牧民收入具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料北蒼術秸稈（自然風干）和玉米均購自河北省承德市隆化縣農戶。

1.2 試驗儀器設備

中遠9FH-500 型飼料粉碎機、RH-9JGW 型飼料混合機、9KLV-400 型飼料顆粒機、ZX11-UV-1000 型分光光度計、游標卡尺及ME203E/02 型電子天平。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計。 將自然干燥的北蒼術秸稈用鍘草揉絲機鍘至3～5 cm；添加3%玉米面，充分混合后用粉碎機將上述物料分別粉碎為6、8 和10 mm 的碎粉；采用烘干或者加自來水的方式調整水分含量為10%、15%和20%； 制粒時模孔直徑分別為4、6 和8 mm；每個處理組3 個重復，選用L9（34）正交表進行試驗設計（表1）。

表1 顆粒飼料正交水平編碼表

1.3.2 測定指標及方法。 顆粒飼料生產質量指標包括成型率、顆粒密度及糊化度。

成型率：5 min 內1 kg 的飼料顆粒樣品經3 mm孔篩進行分級，其篩上物與樣品總重之比，重復3 次試驗得到成型率的平均值； 飼料顆粒密度參照JB/T5169—1991 標準， 按照下述公式進行計算：Y=4M/（3.14×R2×H），式中：Y 為樣品密度（kg/cm3）；M 為單個顆粒樣的質量（kg）；R 為單個顆粒的直徑（m）；H 為單個顆粒的長度（m）。樣品的質量用電子天平測定，長度用游標卡尺測定；樣品的糊化度檢測采用由美國大豆協會熊易強博士根據美國飼料工業界普遍采用的測定淀粉糊化度簡化的簡易酶法[1]。

1.4 數據處理

數據采用Excel 2003 和SPSS 17.0 統計學軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 正交試驗綜合加權評分試驗

通過以上數據分析影響正交試驗綜合加權評分值的主次因素為B>A>C，即物料水分含量>物料粉碎直徑>制粒模孔直徑，最優制粒條件組合為B2A3C2，即北蒼術秸稈顆粒飼料生產工藝最優參數為總水分含量15%、原料粉碎直徑10 mm 和制粒模孔直徑6 mm（表2）。

表2 正交試驗綜合加權評分值的極差分析

2.2 最優組合驗證試驗

通過在最優組合參數總水分含量15%、原料粉碎直徑10 mm 及制粒模孔直徑6 mm 的生產條件下進行驗證試驗（表3），北蒼術秸稈顆粒飼料的成型率、密度和糊化度的綜合加權評分值較高，分別為69.42、69.74 和69.33，平均得分為69.49。

表3 最優組合驗證試驗結果

3 討論

3.1 北蒼術秸稈粉碎粒度對北蒼術飼料顆粒質量的影響

飼料顆粒的質量評價通常包括成型率、密度和糊化度。 北蒼術秸稈中含有較多的木質素，曬干之后柔韌度降低，質地堅硬松脆，易粉碎。 北蒼術秸稈顆粒生產中粉碎粒度過低，需要更大的壓力和電能，物料纖維之間的鑲嵌結合也弱于粒度較高的碎粉。 粉碎粒度過高，顆粒飼料易出現裂紋，制粒機生產率降低，制粒時蒸汽不能充分調制，熟化度降低，因此要將碎粉直徑控制在合適的范圍內。趙華明等[2]研究發現，飼料粉碎粒度占飼料顆粒質量影響因素的18%。 李忠平[3]報道， 原料粉碎粒度對顆粒飼料質量的影響因素占15%～20%。 張海龍等[4]研究發現，玉米秸稈和苜蓿干草復合秸稈顆粒飼料生產工藝的最優粉碎粒度為8 mm。 本研究發現， 北蒼術秸稈碎粉為10 mm 造粒成型率較好， 與上述研究結果類似， 但是糊化度要略低于6 mm和8 mm 試驗組。 秸稈顆粒飼料的密度應該適中，顆粒密度過大、過硬均不利于消化吸收。 秸稈顆粒的密度和硬度與原料、 粉碎粒度及顆粒機性能均有關系，一般認為密度和硬度越大，成型率越高，但是應通過飼喂試驗將其控制在一定的范圍內。 本試驗中最優生產條件組合下顆粒密度為1.15 kg/cm3， 經飼喂試驗，消化良好。 在工業化的顆粒飼料生產中，高速擠壓升溫能夠使原料糊化，一方面可以改善飼料成型流變學特性，提高顆粒質量；另一方面能夠提高飼料中營養物質的可消化性和飼料轉化率，因此糊化度是評價顆粒飼料加工質量的重要指標，直接影響動物吸收利用飼料中能量物質的效率，進而影響飼料的轉化效率和畜禽生長性能。 本試驗中在最優生產條件下糊化度可達26.5%。 北蒼術秸稈中淀粉含量低，并與粗纖維素混合在一起，因此糊化度與玉米為主要成分的飼料配方相比要低， 同時較低的糊化度也避免了賴氨酸、精氨酸、組氨酸、維生素A、維生素D、維生素K 和維生素C 等營養成分被加熱破壞。

3.2 水分含量對北蒼術秸稈飼料顆粒成型率的影響

北蒼術地上秸稈部分一般在10 月割除， 承德秋季氣候干燥，自然干燥的北蒼術秸稈原料水分含量為10%～15%。 水分含量低的秸稈硬度大，粉碎后加工成飼料顆粒需要更高的壓力，增加設備電能消耗，降低設備壽命，顆粒密度和硬度也比較高，不利于反芻動物消化吸收；反之水分高于20%的北蒼術秸稈顆粒硬度低，容易擠壓成泥從而堵塞模具篩孔，降低生產效率，同時由于水分過高容易發生霉變，不利于長期堆積儲存。 張海龍等[4]研究在不添加黏結劑和精料的情況下， 將玉米秸稈與苜蓿干草按照1∶1 比例制成純秸稈型顆粒飼料，其成型率隨水分的增加呈直線下降趨勢，當總水分含量超過22%時制成的顆粒飼料呈現肉眼可見的不成型[4]。宋志偉等[5]和李奇[6]報道，原料水分含量低于14%時，顆粒飼料質量較高，水分高于18%顆粒將難以成型，太低則降低制粒機的生產效率。 類似研究表明，使用大麥秸稈粉碎后生產顆粒飼料時最佳含水量為19%～23%[7]。 任廣躍[8]研究表明，玉米秸稈在制粒的過程中，同樣的精料率和模孔直徑，當原料含水率達到18%時，顆粒飼料成型率為97.5%。 張杰等[9]以玉米秸稈為主要成分添加精料制作全價飼料顆粒，固定精粗比為2∶8，當原料含水率為12%時顆粒飼料成型率最好。 目前秸稈顆粒飼料中多會添加玉米等黏結劑提高成型率，但是筆者認為加入過高的玉米等精料成分會提高牛羊養殖生產成本。 本試驗中添加3%的玉米面旨在增加黏度，提高成型率，對生產成本影響不大，能在較為干燥條件下提高顆粒飼料的成型率；原料含水量在15%時成型率可達88%以上，與上述報道相比，水分含量要求類似，但是成型率略低。 因此，北蒼術秸稈可以采用自然曬干的干燥方式，將原料水分控制在15%左右進行粉碎后制粒， 方便生產、加工及儲藏等。

3.3 環模孔直徑和玉米粉對北蒼術秸稈顆粒質量的影響

從制粒質量和效率的角度來說，選用不同比例的環模孔徑和厚度可產生不同的影響。 環模孔徑比例過小，厚度較厚，則導致生產效率下降，增加企業生產成本；環模孔徑比例過大則顆粒松散，對質量和制粒效果產生影響，因此為了高效和優質的生產結果，必須科學合理選擇環模的孔徑和厚度等參數。 一般來講環模孔徑降低，致使飼料粉化率降低，淀粉糊化度升高，從而提高飼料轉化效率， 動物也更喜愛這種顆粒料，既增強了適口性，也得到優良的制粒效果；從飼養效果角度來說，小模孔壓制的顆粒料，無論飼料是否完整，其飼喂效果都比大模孔的效果更好。 制粒效果良好模孔直徑的適用范圍是3～20 mm。顆粒飼料直徑的選擇與飼喂動物種類、秸稈粉碎粗細及秸稈飼料顆粒機的性能均有關。 顆粒機配有3～20 mm 等多種孔徑模具，孔徑過小，顆粒堅硬，能耗增加，制粒機工作過程易堵塞；孔徑過大，顆粒外緊內松，密度不均勻，糊化率下降， 如果原料粉碎過細甚至會出現漏料的現象，影響顆粒質量。 北蒼術秸稈顆粒飼喂對象是牛羊，比較適合的顆粒飼料直徑是4～8 mm。 本試驗研究制粒模孔直徑為6 mm 時制粒質量最好。 北蒼術秸稈中的纖維對制粒是不利的，物料流動性差，降低產量，加速模孔磨損，因此要加入部分玉米粉。 玉米粉在整個制粒過程中不但起到黏結的作用，還可以為動物提供能量來源，賈朋君[10]報道，隨著加玉米粉量的增加，秸稈飼料的成型率也越來越高，但是增加玉米粉的量也會增加飼料的成本，因此應適量添加。

4 結論

以承德道地藥材北蒼術秸稈為試驗材料， 添加3%的玉米粉增加黏性后制作顆粒飼料， 影響顆粒飼料成型率、 密度和糊化度的主次因素為物料水分含量>物料粉碎直徑>制粒模孔直徑，生產工藝最優參數為總水分含量15%、 原料粉碎直徑10 mm 及制粒模孔直徑6 mm。