颗粒饲料生产中水分损失的分析与控制

■赵慧娟 程宗佳 成廷水 胡竑邠

（1.北京九州互联农牧科技有限公司，北京 100029；2.美国大豆协会北京办事处，北京 100004）

水分含量是影响颗粒质量的重要指标。成品水分过高，饲料容易霉变，不易保存；但成品水分过低，不仅直接影响饲料企业的经济效益，还会造成颗粒含粉率较高，不利于动物采食、消化和吸收，尤其在水产料中，原料经细粉碎甚至超微粉碎，水分损失严重，同时因为调质时水分较低，饲料的熟化度也因此降低，动物对营养成分的消化、利用率降低；水分偏低还造成颗粒耐久性欠佳，不仅是饲料浪费，还会污染水体；同时高低不匀的饲料水分还会影响产品质量的稳定性，影响企业品牌信誉。因此，认真分析饲料生产中的水分损失环节，找到恰当的方法合理地控制饲料水分，对饲料企业和养殖户都有重要意义。

1 颗粒饲料生产过程中的水分损失

水损的含义：当具有一定含水量的原料被加工成饲料成品后，其成品的平均含水率低于加工前配方含水率的现象，称为生产过程的水分损失现象，简称“水损”现象。饲料生产过程中的水损主要发生在以下五个环节：原料储存阶段、原料粉碎阶段、调质、制粒和冷却阶段。

1.1 原料的储存阶段

原料储存阶段水损首先与原料的水活度（ac⁃tivity of water,Aw）和环境相对湿度（equilibrium relative humidity,ERH）有关。水活度的基本定义是“在给定温度下，某一体系中水分的逸度系数与同温度下纯水的逸度系数之比”，但由于逸度系数难于测量，而蒸汽压力容易获得，业界通常用蒸汽压来近似计算：Aw=p/p0，其中p为体系中水分的蒸汽压，p0为同样温度条件下纯水的蒸汽压。原料水活度与环境相对湿度之间的差异会造成原料与空气中的水分交换现象，水分会从高压区向低压区扩散，直到平衡。如果原料中的水分高于“平衡水分”，水分将向空气中扩散，这个过程也叫原料的解吸过程。谷物及其加工产品中的蛋白、淀粉和纤维等生物大分子，以其在一定温度、压力和相对湿度条件下的平衡水分反映了原料的水结合能力,也被称为持水力(water binding capacity，WBC)。原料的持水力越高，平衡水分越高，在储存期的水损越小。刘焕龙[1]研究比较了玉米、豆粕等25种主要饲料原料在常温范围内的吸湿或解吸平衡，发现其中DDGS、糖蜜、发酵豆粕和魔芋精粉具有较高的持水力。

一般情况下，环境温度越高、相对湿度越低，储存期的水损越多、越快；原料初始水分越高，储存期的水损越大；与空气接触面越大，水损越大；通风条件越好，水损越快；室温条件下，这种解吸过程需要比较长的时间，因此随着时间的延长，物料的水损也越大。

1.2 原料的粉碎阶段

根据粉碎机工作原理，物料受冲击和摩擦而被粉碎。由于锤片的高速旋转和对物料的冲击及物料在筛面上的摩擦，使得物料快速升温，原料中的部分游离水分被蒸发。同时由于粉碎作用破坏了颗粒物料的内部凝聚力，颗粒变小、表面积增大，物料的分子结构水由于压力差而转变成颗粒表面的游离水，其中一部分也被蒸发，这部分水分的蒸发使粉碎室内的空气湿度大大增加，当受到转子的正压力和机外吸风的负压双重作用时就排出机外。

粉碎阶段的水损也有规律：被粉碎物料水分越高水损越大，例如水分在14%以下时粉碎过程平均水损0.81%，而水分达到15%以上时平均水损1.2%[2]；筛孔越小水损越严重，Wolfe[3]用锤片粉碎机处理玉米，在4个月期间得出，玉米细粉碎(3.2 mm筛，机械输送)丢失水分1.1%，粗粉碎(4.7 mm筛，机械输送)丢失水分1.05%；锤片越多物料水损越严重，因为重复打击次数较多；负压吸风效果越差，水分丢失越严重；粉碎次数越多，水损越大，例如普通沉水性鱼虾料生产时需经过两次粉碎，所以水分普遍较低。

1.3 调质、制粒和冷却过程

自1930年首次引入颗粒饲料生产工艺后，制粒已成为饲料加工中最为普遍的工艺之一。饲料半成品在加蒸汽调质时，每凝结1%优质饱和蒸汽，粉料升温14.5～15℃[4]。一般禽料调质温度在70℃左右，猪料调质温度在80℃左右，水产料调质温度在90℃左右，那么在调质阶段饲料水分增加量约为2.5%～4%。在制粒后的冷却阶段，一般每降低11℃，颗粒水分减少1%[5-6]。如果夏季冷却到室温30℃，则产品水分丢失3.5%～5.5%，也就意味着某些产品在调质、制粒、冷却的过程中要损失1%左右的水分。

在冷却阶段，颗粒越小水分丢失越严重，破碎料比不破碎料水分丢失多；水损与环境温度和空气相对湿度有关，高温、低湿时水损更大；多次制粒比一次制粒水损大；不加油饲料比加油饲料的水损多。

2 水损对企业的影响

2.1 水损对饲料企业的影响

水损给饲料企业带来的经济损失最为直观。夏季饲料成品水分一般9.5%～11.5%，低于国家(企业)标准。以饲料平均水损2%、饲料价格3元/kg为例，企业每吨饲料直接损失为60元，月产1万吨的饲料企业将直接损失60万元。对于竞争日益白热化、利润越来越薄的饲料行业来讲，这是相当可观的一笔账目。

此外，水损还会给饲料企业带来许多隐性损失。它会造成原料水分过低，调质时通过蒸汽增加的水分有限，饲料太干，难以压粒，对环模、压辊磨损大，制粒慢、能耗高；单位时间产能下降，工作安排不紧凑，工人等料时间长，综合生产成本提高；成品颗粒外观粗糙、缺乏光泽、裂纹多，生产时造成花料、碎料多；水分过低还会造成车间粉尘大，不仅损害设备，而且恶劣的工作环境还会影响到工人的健康和工作积极性。

2.2 水损对养殖户的影响

淀粉是单胃动物日粮中最大的单一组分和主要的能量来源。在一定温湿度条件下，淀粉粒吸水润胀，空间构象发生变化，最终导致颗粒膨胀而破裂，即糊化[7]。淀粉糊化后吸收大量水分，淀粉更容易在淀粉酶的作用下降解成比较易溶的碳水化合物，包括血糖。因此畜禽对淀粉的利用率提高，甚至饲料转化率也提高，尤其是幼龄动物[8]。饲料加工过程中影响淀粉糊化度的因素主要是水分、温度和时间，现行蒸汽调质工艺中，淀粉糊化度约为35%，其中水分是影响淀粉糊化度的第一限制性因素，在生产条件下，提高物料水分，将显著增加淀粉糊化度[9]，从而提高饲料的消化吸收率。周兵等[10]研究也发现，高温高湿是淀粉糊化的基础，其中调制阶段水分含量的高低很大程度上决定了颗粒饲料淀粉糊化度的高低。因此，饲料水分低，导致调质效果差，饲料糊化度降低，影响饲料利用率。

淀粉糊化后黏结性增强，有助于颗粒保持完整性，提高颗粒耐久性，降低饲料含粉率和粉化率。颗粒耐久性是反映颗粒质量的一个重要指标，它表明颗粒的坚实程度。颗粒耐久性低的饲料在运输、储藏等过程中受挤压、震动作用，粉化率较高，从而造成饲料散失浪费。如果粉末过小，还会引起动物呼吸道疾病和胃肠道溃疡。饲料制粒工艺可以改进动物的生产性能，但质量差的颗粒，随着细微碎屑的增多，将抵消掉在日增重和饲料报酬方面的好处[11]。

此外，成品水分过低，畜禽采食量受影响。饲料水损造成水分偏低，颗粒干硬，适口性差，尤其是夏天热应激情况下，这种采食下降的现象更明显。

3 饲料生产过程中补充水分的效果

研究结果证明（见表1），在颗粒饲料生产过程中，水分是重要的催化剂。它不仅有利于适当的调质，促使淀粉糊化和蛋白质变性，提高饲料消化率和颗粒黏结性，降低饲料含粉率和粉化率，改善颗粒外观光滑度和润泽度，而且使制粒过程更顺畅，有助于提高制粒速度和降低能耗。由于颗粒品质得到改善，浪费减少，饲料转化率也随之提高。另外，在混合粉料阶段添加水分，确实可以提高成品水分，为饲料企业挽回一部分经济损失。

表1 饲料生产过程中补充水分的效果

4 生产过程中的水损控制措施

4.1 饲料混合阶段补充水分

综合考虑制粒生产效率、电耗和颗粒质量指标，最佳入模水分为15%～16%[18]。如果半成品水分较低，如10%，根据前面提到的，每凝结1%优质饱和蒸汽，粉料升温15℃，调质阶段的水分也只有13%左右，是很难将调质达到理想入模水分的。在饲料混合阶段直接添加水分是目前最常见的补水措施，也不失为最有效的措施。但是单纯在饲料混合阶段增加水分，因为添加的是游离水，水分在饲料冷却阶段很容易重新损失掉，保水率很低，同时留下的这部分游离水在饲料中分布不均匀，或因昼夜温差变化而发生聚集造成局部水分较高，容易引起饲料霉变[19]。因此，在饲料混合阶段添加水分，需要注意以下几点：

4.1.1 不超过最高水分和最大添加量

混合机内的粉料水分含量会影响制粒效果和制粒机工作效果、成品含水量和饲料保存期，过大的添加量还会影响到动物生产性能，因此在决定是否向混合机内添加水分之前，务必要测定混合机内粉料的初始水分。Sarah Muirhead[20]研究发现，14%的粉料水分含量时制粒效果及制粒机的使用效果最佳，当粉料水分超过14%时，制粒所需的能量迅速增加，颗粒料产量迅速降低，颗粒耐久力降低。当混合粉料初始水分低于12.5%时，添加水分后的粉料目标水分应不高于14%。同时最大水分添加量不高于2%[21]，这样有利于制粒作业；如果粉料水分已高于13%，则建议不要再添加水分，否则不利于成品水分的控制[19]。

4.1.2 均匀添加、控制水活度，小心饲料发霉

添加水分的潜在风险是饲料发霉。首先，加水要选择清洁的生活用水，以免不洁水源引入病菌等影响饲料安全的物质。其次，要尽量做到均匀添加。水分添加不均匀，会造成局部水分过高、水活度偏高，容易引起饲料霉变。添加过快，不利于水分和物料混合均匀，添加过慢，又会影响正常生产进程。因此饲料企业最好采用专业的液体喷加设备在饲料混合时间内均匀喷加。第三，在加水的时候，要重点考虑控制饲料水活度的变化。霉菌生长有3个必要条件：游离水（水活度Aw）、温度和氧气。饲料中的水分根据与生物大分子相互作用强弱的不同可以分为三类：①紧密结合水（或称非转动结合水），与大分子作用最强，为其不可分割的一部分；②结合水，与大分子有较强的相互作用，有选择地排列在相应的基团上；③游离水（或称自由水），大分子的作用力未及于此，其性质与正常水无区别。水活度(Aw)指的是平衡相对湿度，反映的是饲料中游离水含量的多少。水活度越高，含游离水越多。但水分高的物料，水活度不一定高。而霉菌能利用的是游离水。多数霉菌生长要求最低水活度值在0.7以上，如黄曲霉、青曲霉等；少数霉菌可以在水活度为0.65时生长，这类霉菌称为嗜干性霉菌，如灰绿曲霉、薛氏曲霉、赤曲霉等[22]。使用恰当的表面活性剂和水结合剂，能在提高饲料水分的同时有效控制水活度[17]。最后，从防霉剂的作用机理来看，防霉剂和物料混合越充分、接触面越大，防霉效果就越好。从这个角度考虑，液态防霉剂比固体防霉剂更容易达到防霉剂和物料的最佳混合均匀度。

4.2 饲料调质阶段添加冷凝水

蒸汽的品质和添加量是影响颗粒成品水分的重要因素。制粒适用的是干饱和蒸汽，不应带有冷凝水。个别饲料厂尝试采取关闭疏水阀等措施适当降低蒸汽的饱和度，通过蒸汽阀门添加冷凝水，提高调质水分。这种做法的危害很大：冷凝水成股喷入调质器，无法在调质阶段混匀，极易造成制粒时打滑、堵机；还会造成成品水分不均匀，局部水分过高，更容易霉变。

4.3 颗粒快速冷却或冷却阶段喷雾

冷却工序常用的是逆流式冷却器，其主要参数为冷却风量和冷却时间。调大风门和调低料位器虽然能快速冷却饲料、减少饲料在冷却过程中的水损，但却容易造成“热料”，打包后在包装袋内壁和袋口形成冷凝水，引起饲料发霉。同时过大的风量和过短的冷却时间还容易造成颗粒爆腰，以至颗粒表面裂纹较多，容易破碎。

喷雾冷却的方法虽然能使饲料表面快速冷却，并且能保持饲料成品较高水分，但却造成颗粒表面和芯部温度不均匀、水分分布不均匀，极易引起饲料霉变，给企业造成更大损失。同时，因为已经错过了调质阶段，加水也不能改善饲料调质、制粒效果。

5 小结

综上所述，在饲料混合阶段，根据粉料初始水分含量，用专业的液体喷加设备添加1%～2%的水分，同时混合喷加高品质的、含有表面活性剂和水结合剂的液体防霉剂，是饲料生产企业经济可行的水损控制措施。