原料类型、粉碎筛孔直径及锤片数量对粉碎粒度的影响

■任 文 汪仕奎 吴金龙

（帝斯曼（中国）动物营养研发有限公司，河北霸州 065799）

为了确保动物能快速生长并获得最佳效益，我们必须关注饲料中谷物原料的组成，同时也要管理饲料的加工过程，从而使得饲料中的营养物质能被动物充分利用。对原料进行粉碎是饲料加工生产的第一步，被粉碎原料的颗粒度大小不仅影响畜禽对饲料的消化吸收，而且关乎饲料生产中的成本控制[1-2]。锤片式粉碎机在商业化饲料厂中被广泛用以降低饲料原料的颗粒度，降低饲料原料的粉碎粒度，增加了原料与动物体内消化酶的接触面积，促进饲料原料更容易被消化，进而改善饲料的转化效率[1，3-5]。在饲料的加工生产中，饲料原料的粉碎粒度大小同样也会对随后的加工和处理过程产生直接的影响。当粉碎粒度降低到适当的点时，可以对饲料加工过程中原料的进一步加工如混合等工序带来益处。但是过度降低粉碎粒度则导致粉碎时灰尘过大、饲料厂的能量损耗及饲料加工成本增加、饲料在喂料系统中结拱，并且会导致动物胃溃疡的发生率增加[6-9]。因此，过度粉碎会使得通过降低粉碎粒度改善饲料转化效率的优势被这些不良影响抵消。为了生产出既能改善营养物质的消化吸收率以增强动物的生长性能，同时也能有效改善饲料的加工处理和混合特性的饲料，饲料原料的粉碎粒度的大小必须合适，即有必要通过系统研究获得理想的饲料颗粒度。

粉碎颗粒度大小的测定和表述已经成为准备饲料原料时的研究主题。在较早的研究中，饲料的粉碎颗粒度大小通常被简单地划分为细、中粗和粗，这些术语描述非常不精确[6]。目前已经有一个更好的划分，主要是基于以微米为单位进行测定的饲料颗粒的几何平均粒径以及颗粒分布的几何标准偏差[10]。对饲料颗粒尺寸的这种定义有助于为优化动物的生产性能提出具体的建议。已经有研究证实，当粉碎粒度从1 000 μm降低到600 μm时，可以观察到这方面的改善作用。然而，当进一步降低粉碎粒度直至低于600 μm时，给保育猪饲喂此种日粮不能得到持续的有益影响，并且有研究报道会降低生长猪的采食量和体增重[11-12]。

在饲料加工过程中，可以通过一系列措施控制原料的粉碎粒度，如控制待粉碎原料的类型、粉碎筛孔直径的大小以及粉碎机锤片的数量[1,13-14]。因此本研究采用锤片式粉碎机，系统研究了常用的3种饲料原料（玉米、小麦、豆粕），6种粉碎筛孔直径（1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm）以及3种锤片数量（32、52、64片）这三种粉碎条件对原料的对数几何平均粒径以及粒度分布的影响，为生产实际中分析不同粉碎条件下原料粉碎粒度提供参考，同时为进一步研究理想饲料颗粒度提供基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料与仪器

原料：玉米、小麦、豆粕；锤片式粉碎机：布勒AH⁃ZL0655定频粉碎机，配备动力55 kW；筛片：孔径分别为1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm；12层标准筛一套；标准筛振筛机：SOB-200顶击式。

1.2 试验内容

粉碎：粉碎操作在帝斯曼（中国）动物营养研发中心饲料研发楼按实际生产条件进行，3种原料（玉米、小麦、豆粕）在同一台粉碎机中粉碎，粉碎机锤片数量为原装数量（64片），分别选择6种不同的筛孔直径（1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm），每种孔径下玉米、小麦和豆粕分别粉碎1 000 kg，原料通过斗式提升机自动投料，筛片更换时清理粉碎机。每种孔径对每种原料粉碎时，按照取样流程分别取3个平行样品用于粉碎粒度的分析计算，每个样品400 g。第一阶段的粉碎完成后，分别进行拆除粉碎机锤片的操作，使粉碎机分别保留32片及52片锤片，玉米和豆粕在同一种锤片数量条件下粉碎，选择常用的2.5 mm筛孔直径，玉米和豆粕分别粉碎1 000 kg，按照取样流程分别取3个平行样品用于粉碎粒度的分析计算。

筛分：采用12层标准筛（筛孔直径分别为1 700、1 000、830、380、250、180、150、120、109、96、80、75 μm）进行筛分。将待测粉碎样品均匀混合，采用四分法，称取100 g左右样品，放置于最上层的分析筛上，接通振筛机电源，约10 min，关闭电源，将每层筛子上的物料进行准确称重并记录。

1.3 粉碎粒度的计算

粉碎原料的粉碎粒度用几何平均粒径(Geomet⁃ric average particle diameter,Dgw)以及几何标准偏差(geometric standard error,Sgw)来表示。参照ASAE S319.4—2008标准筛分法中的公式进行计算[10]：

式中：ddi——第i层筛子上物料的几何平均粒径(μm)，ddi=(di×di+1)1/2；

di——第i层筛孔尺寸(μm);

di+1——第i层筛的上一层筛孔尺寸(μm);

Wi——第i层筛上物重量(g)。

2 结果与分析

2.1 不同原料类型及筛孔直径对几何平均粒径（Dgw）及几何标准偏差（Sgw）的影响

玉米、小麦以及豆粕在6种筛孔直径（1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm）进行粉碎所得到的几何平均粒径（Dgw）及几何标准偏差（Sgw）结果如表1所示。由表1可知，在该实际生产条件下，不同原料在同一筛孔直径下粉碎时，得到的原料粉碎颗粒的几何平均粒径均存在差异，这可能与不同原料的物理性状有关，但是这种差异呈现不规则变异，因此很难找到原料类型与Dgw的一般规律。

表1 不同粉碎原料及筛孔直径条件下几何平均粒径及几何标准偏差

对于同一种原料，随着筛孔直径的增大，原料经锤片式粉碎机粉碎后其Dgw也随之递增。这与一些研究者的研究结果类似，玉米、豆粕、棉粕、菜籽粕、小麦等饲料原料的粉碎粒度都随着粉碎机筛孔直径的增加而增加[1-3,13-15]，同时不同谷物的粉碎粒度在同一筛孔直径下也存在差异，可能与谷物的碾磨特性有关。粉碎室中物料在锤片的高速旋转带动而运动，直到物料的粒度减小到可以通过筛片的空隙为止，粉碎机的筛孔直径决定了粉碎粒度和粒度分布，表明在实际粉碎操作中，提高粉碎筛筛片的孔径是有效增加粉碎粒度的途径，可以通过控制筛孔直径来控制原料的粉碎粒度。

2.2 不同粉碎原料及筛孔直径对粉碎粒度分布的影响

玉米在6种筛孔直径条件下粉碎后所得到的粉碎粒度分布情况如表2所示。由表2可知，粉碎机筛孔直径的大小影响玉米在不同粉碎粒度分布区间的分布。玉米在1.0 mm筛孔直径下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析筛孔开口为380 μm（40目）至120 μm（120目）的筛上，颗粒98%过20目筛。玉米在2.5 mm筛孔直径下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析筛筛孔开口为380 μm（40目）至120 μm（120目）的筛上，颗粒94%过20目筛。玉米在3.5 mm筛孔直径下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析筛筛孔开口为830 μm（20目）至150 μm（100目）的筛上，颗粒94%过16目筛。玉米在4.5 mm筛孔直径下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析筛筛孔开口为830 μm（20目）至180 μm（80目）的筛上，颗粒94%过16目筛。玉米在5.5 mm筛孔直径下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析筛筛孔开口为830 μm（16目）至180 μm（80目）的筛上，颗粒89%过16目筛。玉米在8.0 mm筛孔直径下粉碎后粉碎粒度集中分布在分析筛筛孔开口为1 000 μm（16目）至180 μm（80目）的筛上，颗粒96%过10目筛。

小麦在6种筛孔直径条件下粉碎后所得到的粉碎粒度分布情况如表3所示。由表3可知，粉碎机筛孔直径的大小影响小麦在不同粉碎粒度分布区间的分布。小麦在筛孔直径为 1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm的条件下进行粉碎，粉碎粒度分别集中分布在分析筛孔开口为380 μm（40目）至120 μm（120目）、380 μm（40目）至120 μm（120目）、830 μm（20目）至180 μm（80目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）、1 000 μm（16目）至250 μm（60目）、1 000 μm（16目）至250 μm（60目）的筛上。粉碎筛孔径为1.0 mm和2.5 mm时，颗粒98%和89%分别过20目筛。粉碎筛孔径为3.5 mm和4.5 mm时，颗粒96%和90%分别过16目筛。粉碎筛孔径为5.5 mm和8.0 mm时，颗粒99%和96%分别过10目筛。

表2 不同筛孔直径条件下玉米的粉碎粒度分布(%)

表3 不同筛孔直径条件下小麦的粉碎粒度分布(%)

豆粕在6种筛孔直径条件下粉碎后所得到的粉碎粒度分布情况如表4所示。由表4可知，粉碎机筛孔直径的大小影响豆粕在不同粉碎粒度分布区间的分布。豆粕在筛孔直径为1.0、2.5、3.5、4.5、5.5、8.0 mm的条件下进行粉碎，粉碎粒度分别集中分布在分析筛孔开口为380 μm（40目）至120 μm（120目）、380 μm（40目）至120 μm（120目）、830 μm（20目）至180 μm（80目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）、830 μm（20目）至250 μm（60目）的筛上。粉碎筛孔径为1.0 mm和2.5 mm时，颗粒99%和95%分别过20目筛。粉碎筛孔径为3.5 mm和4.5 mm时，颗粒99%和97%分别过16目筛。粉碎筛孔径为5.5 mm和8.0 mm时，颗粒95%和96%分别过10目筛。

2.3 锤片数量对几何平均粒径（Dgw）及几何标准偏差（Sgw）的影响

玉米、豆粕在3种锤片数量（64、52、32片）条件下粉碎时所得到的几何平均粒径及几何标准偏差结果如表5所示。由表5可知，在改变锤片数量的粉碎条件下，随着锤片数量的减少，原料经锤片式粉碎机粉碎后其Dgw增加。原料通过进料口进入粉碎机后，会被粉碎机中高速旋转的锤片瞬间击中而粉碎，减少粉碎机的锤片数量或转速可以降低原料被锤片瞬间高速击中的比例。在本试验中减少锤片数量的条件下，降低了细粉碎部分的比例，因而整体上Dgw增加。因此，在实际粉碎操作中，减少锤片数量可以有效增加粉碎粒度，可以通过控制粉碎机锤片的数量来控制原料的粉碎粒度。

表4 不同筛孔直径条件下豆粕的粉碎粒度分布(%)

表5 锤片数量对几何平均粒径及几何标准偏差的影响

3 结论

锤片式粉碎机筛孔直径以及锤片数量均会影响原料粉碎的几何平均粒径。筛孔直径越大且锤片数量越少，被粉碎原料的几何平均粒径越大，在实际生产中，我们可以通过调整筛孔直径以及锤片数量从而获得目的粉碎粒度。通过对不同筛孔直径条件下的玉米、小麦、豆粕的粉碎粒度的质量分数分布情况进行分析，粒度分布均不均匀，粉碎筛孔直径越大，原料粉碎粒度在大粒径部分所占比例越高。