调质时间对水产饲料成品质量的影响

■高一桐 马 亮 董 宇

(江苏牧羊控股有限公司，江苏扬州225000)

在使用膨化机生产水产饲料的过程中，调质器的使用已经成为一种标准配置。调质器的配置可以给水产饲料的生产带来很多优点，诸如：使原料在调质器内充分的搅拌均匀，提升淀粉的糊化度和使蛋白质进行变性，从而增加鱼类对饲料中淀粉和蛋白质的吸收率；提高膨化机产能，减少膨化机螺杆磨损，提高饲料的品质、杀菌等[1]。

1 水产膨化传统组合调质器的性能对比

目前，水产膨化系统中，关于常见几种调质器的结构特征与性能比较已经有了一些介绍和分析[2]。水产膨化系统中，单层双轴差速调质器（DDC）已经很少使用了，而组合调质器被越来越多的使用。组合调质器的显著功能就是增加调质时间，并且提高原料中的淀粉糊化度，其带来的直接效果就是膨化产品的质量和品质得到改善。目前在中国的水产加工行业，关于生产水产饲料的最佳调质时间，尚没有确定的结论。但是在牧羊有限公司的实际操作中，发现对比两种组合调质器（一种调质时间为120～180 s，另外一种调质时间为240～360 s）调质后产品的品质、外观等均有很大的提高。本文将对此结果，并且结合一些成熟的研究成果，进行一些前期的论述分析。

传统的双层组合调质器的调质时间一般为120～180 s，目前被大部分水产饲料生产企业所使用并且认可的组合形式为：第一层为高速打击、混合的单轴调质器，第二层为双轴差速调质器(DDC)。根据Beyer[3]的研究，淀粉的糊化度在调质时间达到120 s后，变化很小，并且其值大约在53%。其中，该研究所使用的配方为常见典型的传统宠物料配方，温度95℃、水分含量23%。

普通DDC的有效调质时间为60～120 s，当配套膨化机在额定产能运行时，其有效调质时间一般不高于80 s。故使用组合调质器，调质时间达到120 s以上后，淀粉糊化度得到了提升，这也是很多企业采用双层组合调质器的原因[2]。如果仅从调质时间来看，使用传统的双层组合调质器，其淀粉的糊化度已经能够达到要求，如果再加长调质时间，对于提高淀粉糊化度没有非常大的明显改善。

表1 三种调质器性能数据的比较

2 新型组合调质器的实验对比

但随着配方技术的更新以及市场的变化，新型的水产配方中越来越多的使用植物蛋白并且减少淀粉的用量，新型的调质加工技术要求调质时间应该至少在3 min，才能够保证产品的质量品质要求[4]。相对于传统的组合调质器来说，牧羊有限公司创新的使用调质时间达到240～360 s的新型组合调质器，其更多的优势体现在：膨化颗粒泡水后的黏弹性得到提升，颗粒的表面光滑度得到更好的改善，膨化机主电机的电流负载有所下降。更重要的是，在同样配方和工况下，膨化颗粒的淀粉糊化度由原先的89%～91%提升到96%～98%。牧羊有限公司在某工厂进行实地取样测试的结果如图1所示。

图1 5组样品糊化度的比较

该厂家使用的牧羊公司全套膨化生产线，其配套调质器为新型组合调质器，调质时间为240～360 s，测试产品为浮性乌龟料。在调质膨化工段前后取5组样，并测试样品的糊化度，进行比较。这5组样品分别为：调质前（样品1），调质20 s左右（样品2），调质170 s左右（样品3），调质278 s（样品4），膨化颗粒成品（样品5）

由图1可知，从淀粉糊化度的观点来考虑，传统组合调质器（120～180 s）和新型组合调质器（240～360 s）在对于产品品质的影响上，并没有存在非常大大的区别。那么，在调质过程中，另外一个重要的因素——蛋白质，就应该被加入到影响因子的考虑中。虽然有研究[5]已经表明，在水产饲料中，相对于蛋白质，淀粉的影响更占主导作用。但是在当今市场对于水产饲料高品质的追求上，本文将从调质时间对蛋白质的影响以及最终影响成品饲料质量的角度，进行一些分析。

3 新型组合调质器的实验结果分析

3.1 新型组合调质器延长了调质时间，增加了物料中蛋白质的变性程度，从而改善产品品质，并且提高了饲养过程中鱼类对于蛋白质的消化吸收率

蛋白质在水产饲料的加工过程中，由于高温、水分和剪切力的同时存在，会发生变性。一定范围内的蛋白质能够提高鱼类对于蛋白质的消化利用率[6-7]。Mosig等[8]的研究成果表明，蛋白质在一定范围内变性程度的提高，会使鱼类对于饲料中蛋白质的消化率上升5%～8%。同时，水产饲料的成品对于颗粒黏弹性有一定要求，而黏弹性跟原料配方中的蛋白含量有直接关系，在一定范围内，蛋白质含量的增加可以使成品饲料的黏弹性增加，提高其品质[4，9]。Briggs等[10]及Winowiski[11]的研究证明了，水产饲料的原料配方中，一定范围内蛋白质含量的提升会增加成品饲料的耐久性指数(PDI)，其实验结果如图2。

图2 蛋白含量与成品耐久性指数PDI实验(根据Briggs结论重新获得数据)

同时，Navickis等[12]对于小麦面团中蛋白质含量研究的结论中证明，水分含量一定的情况下，蛋白含量的上升会增加其黏弹性。由Briggs等的研究结论可以推论出，调质条件不变的情况下，蛋白质含量的增加意味着在加工过程中蛋白质变性程度的增加，从而最终成品饲料的黏弹性指数上升。从而说明，蛋白质含量不变的情况下，更改调质条件使蛋白质变性程度增加，同样可以达到使成品饲料黏弹性指数上升的目的。

3.2 同等条件下，蛋白质变性的时间要大于淀粉糊化时间。虽然调质时间的延长对于淀粉的糊化影响已经不大，但对于蛋白质的充分变性是需要的

根据谷文英[13]的研究，其实验使用对虾饲料配方在水分过量(74.71%)的情况下，对其进行吸热值测试。实验结果显示蛋白质的变性温度大约在100℃，淀粉的糊化温度大约在67℃，实验结果见图3。

图3 对虾饲料的吸热与峰值温度实验（根据谷文英的结论重新获取数据）

该研究中所使用的对虾饲料配方见表2。

表2 实验中所使用的对虾饲料配方

谷文英的研究中，在对虾饲料中添加过量的水分(74.71%)后，对其进行吸热值实验并对比温度。在图3的实验结果中显示，4个峰值的出现分别代表了淀粉的糊化峰形、脂质淀粉的糊化峰形、蛋白质的变性峰形，其中第四个峰值在该研究中的测试不够，尚未确定是何种成分的变性峰形。根据该结论，如果仅从淀粉的糊化和蛋白质的变性来看，该研究中所使用的蛋白质变性的温度(100.86℃)，大大高于淀粉的糊化温度(67.93℃)。

根据谷文英的结论，对于水产饲料的调质部分进行热量分析计算：

①假设某水产饲料配方中含有粗蛋白45%，淀粉20%。

② 淀粉糊化温度(Ts=67.93℃)和蛋白质变性温度(Tp=100.86℃)，使用谷文英的实验结论温度，起始温度为0℃。质量流率假定为m=1 kg/s。

③ 淀粉和蛋白质的比热容(定压热容cp)采用Choi等[14]推荐的修正公式进行计算。

根据以上的条件进行蛋白质和淀粉的吸热计算[15]：

Q=cpmΔT。

式中：Q——热量率(J/s)；

cp——定压热容[J/(kg·℃)]；

ΔT——温度变化量(℃)。

a.蛋白质吸热率：

Qp=cppmpΔTp=96 073.84(J/s)。

其中：cpp=2 008.2+1 208.9×10-3Tp-1 312.9×10-6，TP2=2 116.77 J/(kg·℃)。

b.淀粉吸热率：

Qs=cpsmsΔTs=2 2480.75(J/s)。

其中：cps=1 548.8+1 962.5×10-3Ts-5 939.9×10-6，Ts2=1 654.70 J/(kg·℃)。

从以上的计算结果中可以看出，Qp/QS=4.27，即蛋白质变性时吸收的热量为淀粉糊化吸收热量的大约4.27倍。故此可知，当温度一定时，蛋白质变性相对于淀粉糊化需要更多的时间。假设温度为70℃，根据热量与加热时间成正比，可以得到如下关系(其中t为时间)：

经计算后可得tp/ts=1.51，即在温度相同的情况下，蛋白质达到变性所需的时间大约为淀粉糊化所需时间的1.5倍。

虽然谷文英的研究不能完全直接套用在水产饲料的生产上，但是其结论对于延长调质时间与提高饲料品质上，有着重要的指导意义。该结论充分说明了在水产饲料的调质过程中，延长调质时间能够保证蛋白质的变性更加充分。

3.3 调质时间的延长，提高了物料的流动性和混合均匀度，使饲料成品更加均匀美观，能够降低膨化机主机负载电流

Briggs等[10]对于使用制粒机生产饲料的调质时间与饲料品质进行的研究表明，调质时间的加长使成品PDI（饲料耐久性指数）上升了约5.7%。其实验结果如图4。

图4 调质时间与成品耐久性的实验结论(根据Briggs实验结论重新获取数据)

实验结果充分说明了在配方含量相同的情况下，调质时间在一定范围内的加长能够有效地提高成品颗粒饲料的耐久性，提高其品质。

此外，调质时间增加能够使物料在调质器内的混合时间加长。根据Wilcox等[16]在饲料混合机与混合时间的研究结论中显示，混合时间与混合偏离因子成反比(实验结果见图5)。图5中混合偏离因子越大，证明混合均匀度越差。

图5 混合时间与混合偏离因子实验结果(根据Wilcox等研究结论重新获取)

在图5的实验结论中可以看出，总体来说，混合时间的加长更有利于提高物料的混合均匀度。该结论在水产饲料生产中对调质过程也有着指导作用。调质器的其中一项重要功能就是使得物料的混合更加均匀，尤其当原料中纤维含量较高的情况，更加均匀的物料能够提高其流动性，使得物料在进入膨化机加工时压力和温度分布更加均匀，最终使得加工出的成品外形更加均匀美观，而且更高的物料流动性也可以提高产量，使得膨化机主机电流的负载有所下降。

4 结论

本文通过总结一些成熟的研究结论以及一些实际生产成果后，对水产调质器的不同组合性能进行了一些总结，以及对新型组合调质器所产生的良好使用效果进行了一些分析。

①使用普通DDC，由于其有效调质时间仅仅为80 s，最终膨化颗粒的糊化度不高，一般不高于86%。

②有效调试时间达到150 s以上时，膨化颗粒的糊化度就能够达到90%以上。之后调质时间的延长，其糊化度的提升幅度没有有效调质时间在80 s以内提升的幅度大。但是，如果需要获得96%以上的糊化度，需要选择调质时间为240～360 s的新型组合调质器。

③新型组合调质器延长了调质时间，仅从淀粉糊化度这一项数据来看，新型组合调质器较传统组合调质器并没有明显的改善和提高。但是，新型组合调质器对于增加蛋白的变性程度起到了积极作用。蛋白质变性程度的增加可以使水产饲料中的蛋白质更容易被鱼类消化，提升饲养质量。而且会增加成品饲料的黏弹性和耐久性指数PDI，提升饲料品质。

④新型组合调质器的配置增加了物料在其中的混合时间，提高了混合均匀度，增加了物料的流动性。使其在进入膨化机后的压力和温度分布更加均匀，最终使得成品的外形更加美观。并且这也会增加膨化机的产量，使得主机负载电流有所下降。

本文结论是基于一些研究结论以及牧羊有限公司相关设备的实际生产数据，所进行的一些合理的分析。在后续的工作中，会对此结论进行更加完善的实验验证，从而进一步的优化现有的分析结果。