粉碎方式对小麦粉碎粒度及粒度分布的影响

曹胜雄， 王炳彦， 张 曦， 黄 伟， 孙照程，陈 莹， 钟兴文， 孔凡虎， 华雪妃， 章雨竹， 陶琳丽

（1.云南农业大学动物科学技术学院，云南省动物营养与饲料重点实验室，云南昆明650201；2.牟定县新桥镇畜牧兽医站，云南楚雄675501）

粉碎是饲料生产中的重要工序之一， 是影响饲料质量、产量和生产成本的重要因素。将原料进行粉碎，能增大饲料暴露的表面积，增加饲料颗粒和消化酶的接触，有利于动物消化和吸收（Wondra 等，1995）。 此外，还能改善和提高配料、混合及制粒等后序工序的效率和质量（孙启波，2014）。目前国内采用较多的是锤片式粉碎机 （秦永林，2009）。 锤片式粉碎机采用以击碎为主的粉碎方式， 利用粉碎室内高速回转的锤片对饲料撞击使其破碎，在粉碎过程中会产生较多的细颗粒，产品粒度的一致性较差； 对辊式粉碎机主要采用锯切碎的方式， 利用表面有齿的轧辊以不同的转速相对转动，对物料颗粒进行锯切而使其碎裂，产生的细粉很少， 产品粒度的均匀性较高（Mcellhiney，1996）。

粉碎方式会对畜禽生产性能和饲料利用率产生影响，但研究结果并不一致。 Wondra 等（1995）研究结果显示， 提高粉碎粒度的均匀性或使用对辊式粉碎机粉碎饲料能增强饲粮养分消化率，减少对胃形态的不良影响，从而改善动物生产性能。Hafeez 等（2015）研究发现，粉碎方式会对矿物质和微量元素的消化率产生显著影响， 对辊式粉碎机生产的饲料中镁、锌、铜、铁的表观回肠吸收率及铁和铜的表观总消化率均显著高于锤片式粉碎机处理组， 但对鸡蛋中矿物质含量并没有显著影响；粉碎方式还会影响采食量、饲料转化系数和体增重， 但对蛋品质的影响并不显著 （Hafeez 等，2016）。 然而，Ruhnke 等（2015）试验表明，粉碎方式对蛋鸡的体重、采食量、每周增重、蛋重、产蛋性能和饲料转化效率均没有显著影响。 Ivan 等（2010）指出，锤片式粉碎机或对辊式粉碎机粉碎的小麦不会对猪的生产性能产生影响。 Rohe 等（2014）研究发现，粉碎方式对蛋鸡消化道无显著影响。Laurinen 等（2000）研究结果显示，粉碎机类型不会对猪的采食量、 生产性能和胴体品质产生影响， 也不会对大麦和小麦的干物质消化率产生影响。

小麦是我国第三大粮食作物，其产量大，粗蛋白质和矿物质含量高，是优质的能量饲料来源。小麦粗脂肪含量较低， 采用小麦饲喂动物能增加体脂硬度，提高胴体品质。此外，小麦所含淀粉较软，且具黏性，有利于制粒（马尹鹏，2016）。 采用小麦替代部分玉米，能缓解玉米资源压力、改善畜禽品质、降低生产成本。近年来，随着饲料工业的发展，加工成本不断上升，饲料厂规模不断扩大，用对辊式粉碎机取代或与锤片式粉碎机组合使用已成趋势（曹康，2003）。此外，关于粉碎方式的影响，目前的研究主要集中在对畜禽生产性能、 饲料利用率等方面，在其对粒度分布的研究较少。 为此，本试验选取锤片式粉碎机为对照组， 研究对辊式粉碎机轧辊间隙0.2、0.4、0.6 mm 条件下， 粉碎方式对小麦粉碎粒度及粒度分布的影响， 以期为对辊式粉碎机在饲料粉碎中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验原料 试验采用的小麦购于西尔南饲料公司，水分含量11%。

1.2 试验设备 锤片式粉碎机（河南省荥阳市三张机厂215 型；锤片末端线速度，50 m/s；锤筛间隙，6 mm；锤片厚度，3 mm；筛片孔径，2 mm）、对辊式粉碎机（由漯河孟南面粉机制造厂2235 磨粉机拆除筛分装置改制而成；快辊表面线速度，6 m/s；慢辊与快辊速比，1∶2.5； 齿数，12 齿/英寸）、BT-2900 动态图像颗粒分析系统（丹东百特仪器有限公司）、 变频器 （矢量通用型AC70-T3-R75G/1R5P， 苏州伟创电气设备技术有限公司）、 转速表、厚薄规、台秤等。

1.3 样品采集 对照组小麦采用锤片式粉碎机进行粉碎； 试验组小麦采用对辊式粉碎机进行粉碎，轧辊间隙分别为0.2、0.4、0.6 mm。 将粉碎后的物料混合均匀，采用四分法取样供粒度分析用。

1.4 测定指标及方法 采用BT-2900 动态图像颗粒分析系统测定样品最大粒径、平均圆形度、平均比表面积，并结合十五层筛法（GB 6971-86 饲料粉碎机实验方法）测定各筛分区间样品含量，并计算重量几何平均粒径（dgw）和重量几何标准差（Sgw），公式如下。 其中，采用重量几何平均粒径反映粉碎产品的粒度大小；采用重量几何标准差，以及物料在各筛分区间的积累情况反映产品的均匀程度和分布情况； 采用平均圆形度反映产品的颗粒形状。 圆形度是指与颗粒面积相等的圆的周长与颗粒的实际周长的比值。 圆形度越接近1，表明颗粒越趋近于圆形。

仪器标定及参数设置参照王鹏等（2018）的方法进行操作。

式中：di为第i 层筛孔尺寸，μm；di+1为比i 层筛孔大的相邻筛子的筛孔直径，μm；为第i 层筛上物的几何平均直径，，μm；Wi为第i 层筛子上物料的质量，g。

1.5 统计分析 采用SPSS 23.0 对试验数据进行单因素方差分析， 处理间均值的差异采用Duncan’s 法进行多重比较。 结果以“平均值±标准差”表示，以P ＜0.05 作为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 粉碎方式对小麦粉碎粒度及均匀度的影响由表1 可以看出， 粉碎方式会对小麦粉碎产品的粉碎粒度及产品粒度的一致性产生影响。 轧辊间隙为0.6 mm 时，对辊式粉碎机组样品的粉碎粒度比锤片式粉碎机组大280 μm（P ＜0.05），而均匀度显著低于锤片式粉碎机组（P ＜0.05）；轧辊间隙为0.4 mm 时，两种粉碎机粉碎产品的粒度及均匀度均没有显著差异（P ＞0.05）； 轧辊间隙为0.2 mm时， 对辊式粉碎机组样品的粉碎粒度与锤片式粉碎机组一致（P ＞0.05），但产品粒度的均匀性显著高于锤片式粉碎机组（P ＜0.05）。

2.2 粉碎方式对小麦粒度及粒形的影响 由表2可以看出， 粉碎方式会影响小麦粉碎产品的最大粒径、 颗粒形状和平均比表面积。 轧辊间隙为0.6 mm 时，对辊式粉碎机组样品的最大粒径高于锤片式粉碎机组约1000 μm（P ＜0.05），平均比表面积显著低于锤片式粉碎机组（P ＜0.05），两组样品的平均圆形度没有显著差异（P ＞0.05）；轧辊间隙为0.4 mm 时，对辊式粉碎机组样品的最大粒径比锤片式粉碎机组大850 μm 左右（P ＜0.05），而平均圆形度和平均比表面积在两组间的差异不显著（P ＞0.05）；轧辊间隙为0.2 mm 时，对辊式粉碎机组样品的平均比表面积显著高于锤片式粉碎机组（P ＜0.05）,平均圆形度显著低于锤片式粉碎机组（P ＜0.05）， 两组样品的最大粒径无显著差异（P ＞0.05）。

表1 粉碎方式对小麦dgw 和Sgw 的影响μm

表2 粉碎方式对小麦粒度、粒形的影响

2.3 粉碎方式对小麦粒度分布的影响 由表3可以看出， 小麦粉碎产品在各筛分区间的分布情况会受粉碎方式的影响。在本试验条件下，锤片式粉碎机组与对辊式粉碎机0.4 mm 轧距组样品在15 个筛分区间累积含量没有显著差异 （P ＞0.05），两种样品的粒度分布基本一致。 在轧辊间隙为0.2 mm 时， 对辊式粉碎机组样品为425 ～850 μm 的累积含量比锤片式粉碎机组多8.18%（P ＜0.05），在53 ～75 μm 和1180 ～2360 μm 的累积含量分别比锤片式粉碎机组低0.04%和9.54%（P ＜0.05），在其余区间的含量没有显著差异（P ＞0.05）。 轧辊间隙为0.6 mm 时，对辊式粉碎机组样品为1180 ～2360 μm 累积含量比锤片式粉碎机组高10.3%（P ＜0.05），而在53 ～75 μm和425 ～850 μm 累积含量分别比锤片式粉碎机低0.14%和9.37%（P ＜0.05），在其余区间的含量没有显著差异（P ＞0.05）。 此外， 除辊式粉碎机0.6 mm 轧距组约有2.59% 3350 ～4750 μm 的样品外，其余各组样品的粒度均低于3350 μm。

3 讨论

本试验采用重量几何平均粒径、 重量几何标准差、平均圆形度、平均比表面积等指标探究粉碎方式对小麦粉碎粒度及其分布的影响。 饲料粉碎是克服原料颗粒质点间的内聚力作用而形成新表面的过程， 即靠机械力将饲料颗粒由大块破碎成小块。 Rojas 等（2016）指出，粉碎增大了产品颗粒的比表面积，增加和消化酶的接触，从而提高淀粉的消化率，提高原料的代谢能，随着谷物粉碎粒度的降低， 养分利用率和动物性能会呈现出线性增加的趋势。本试验结果显示，随着小麦粉碎粒度的减小，样品的平均比表面积呈现增加的趋势，与前人研究结果一致。 Ruhnke 等（2015）认为，粉碎方式会影响粉碎粒度和颗粒形状，Koch 等（2002）也指出，粉碎方式会影响产品颗粒形状，对辊式粉碎机粉碎产物多为不规则、 立方的或矩形的颗粒，Amerah 等（2007）研究发现，锤片式粉碎机则产生了更多细小的球形颗粒，出现过度粉碎现象，产品均匀度较差。在本试验条件下，锤片式粉碎机组与对辊式粉碎机0.4、0.6 mm 轧距组样品的平均圆形度均没有显著差异，且都小于对辊式粉碎机0.2 mm 组。 该结果与前人研究结果存在差异，这可能是因为粉碎机参数设置不同所导致的。 辊式粉碎机通过相向转动的轧辊将物料锯切使其破碎，Gebhardt 等（2018）指出降低对辊式粉碎机的轧辊间隙能降低粉碎粒度。 在本试验中， 对辊式粉碎机轧辊间隙的减小， 改变了物料在粉碎过程中的受力程度， 在降低小麦粉碎粒度的同时产生更多粒度一致的细小颗粒，导致这种差异的出现。由试验结果可知，粉碎方式会对颗粒形状产生影响，但该影响也会受到粉碎机参数设置的限制。

表3 粉碎方式对小麦粒度分布的影响%

Bonilla 等 （2014）、Amerah 等（2007）、Svihus等（2004）认为，对辊式粉碎机产物粒度的均匀性优于锤片式粉碎机。 在本试验条件下，锤片式粉碎机组样品粒度的一致性优于对辊式粉碎机0.6 mm 轧距组，与对辊式粉碎机0.4 mm 轧距组一致，差于对辊式粉碎机0.2 mm 轧距组，该趋势与前人研究存在差异。 造成这种差异的原因，可能是由于对辊式粉碎机轧距不同所造成的。此外，由试验结果可知，轧距0.6 mm 时，对辊式粉碎机组样品的重量几何平均粒径和重量几何标准差显著高于锤片式粉碎机组； 轧距0.4 mm时，两组中两个指标均无显著差异；轧距0.2 mm时， 对辊式粉碎机组样品的重量几何平均粒径低于锤片式粉碎机组，虽然差异不显著，但也出现了重量几何标准差显著降低的趋势。 同时，结合各组样品在15 个筛分区间的分布情况可以看出，对辊式粉碎机0.4 mm 组与锤片式粉碎机组样品粒度的分布情况没有显著差异； 在300 ～850 μm 时， 锤片式粉碎机组和对辊式粉碎机0.4 mm 组样品的含量均约为55%， 对辊式粉碎机0.2 mm 组在该区间的含量约为65%，0.6 mm组约为41%。 出现这种差异的原因可能是由于物料的粉碎粒度随着辊式粉碎机轧辊间隙的减小而降低， 在粉碎粒度降低的过程中产生了较多粒径一致的细粉， 该过程必然伴随着粒度均匀性的增加，这与Gebhardt 等（2018）和Ganeson等（2008）的观点一致。 而本试验结果显示，选用适当的轧辊间隙， 对辊式粉碎机一次粉碎的产品在粒度及粒度分布方面也能达到锤片式粉碎机的粉碎效果。

4 结论

粉碎方式会对小麦的粉碎粒度和粒度分布产生影响。在本试验条件下，轧辊间隙为0.2 mm 时，对辊式粉碎机组样品均匀性优于锤片式粉碎机组，而粉碎粒度差异不显著；轧辊间隙为0.4 mm时， 对辊式粉碎机组与锤片式粉碎机组样品的粒度及粒度分布没有显著差异；轧辊间隙为0.6 mm时， 对辊式粉碎机组样品的粉碎粒度高于锤片式粉碎机组，但均匀度较差。