不同加工因素对发酵全株青绿玉米低温制粒的影响

赵红波　金娉婷　韩红　陈雪梅　盛清凯　张伶燕

摘要：为促进发酵全株青绿玉米的应用，本试验采用正交试验设计，研究其在全价饲料中的添加量以及加水量、次粉添加量、制粒机模孔直径对全株青绿玉米颗粒料的制粒温度、颗粒硬度、含粉率、水分含量4个指标的影响。结果表明，全株青绿玉米添加量、加水量和模孔直径极显著影响制粒温度和颗粒硬度（P<0.01），模孔直径和全株青绿玉米添加量为主要因素，次粉添加量为次要因素;全株青绿玉米添加量和模孔直径极显著影响含粉率（P<0.01）;全株青绿玉米添加量和加水量极显著影响颗粒料的水分含量（P<0.01）;全株青绿玉米低温制粒的制粒温度与颗粒硬度显著负相关（P<0.05）、与含粉率存在极显著负相关（P<0.01）。认为：控制全株青绿玉米的添加量和模孔直径有助于降低制粒温度;全株青绿玉米颗粒硬度与其水分含量极显著负相关，与含粉率极显著正相关。

关键词：发酵全株青绿玉米;低温制粒;硬度;温度;粉化率

中图分类号：S816.9文献标识号：A文章编号：1001-4942（2020）03-0129-05

AbstractThe aim of this experiment was to promote the application of fermented whole green corn. The orthogonal test was designed to study the effects of additional amount of fermented whole green corn in complete formula feed， amount of added  water， amount of wheat middling and pore diameter of granulator on extrusion temperature， particle hardness， powder content and moisture content. The results showed that the addition amount of whole green corn and water and the pore diameter of granulator significantly affected the extrusion temperature and hardness （P<0.01）. The pore diameter and the added amount of whole green corn were the main factors， and the amount of wheat middling was a secondary factor. The whole green corn addition and pore diameter significantly affected the powder content （P<0.01）. The added amount of whole green corn and water significantly affected the moisture content of pellets （P<0.01）. There were negative correlations between extrusion temperature and particle hardness（P<0.05） or powder content （P<0.01）. It was concluded that controlling the additional amount of whole green corn and the diameter of pores could help to reduce the extrusion temperature; the pellet hardness was significantly negatively correlated with its water content， but positively correlated with powder content（P<0.01）.

KeywordsFermented whole green corn;Low-temperature extrusion; Hardness;Temperature; Percentage of powdered pellets

玉米為我国主要的农作物饲料原料，全球广泛种植。猪为六畜之首。全株青绿玉米发酵后喂猪，不但可以显著降低饲料成本，而且可以改善饲料的适口性、降低猪粪臭味[1]。但是发酵的全株青绿玉米为湿料，水分含量超过60%，不适合当前高温制粒的干料运输饲喂系统。如果发酵的全株青绿玉米湿料参照普通饲料80℃高温制成颗粒，理论上可以应用于大规模猪场，但高温制粒消耗大量能源并且破坏发酵玉米中的益生菌、生物酶、维生素等热敏物质[2]。全株青绿玉米低温制粒，不但节能，还有助于其中益生菌、维生素、酶等物质保持活性。发酵的全株青绿玉米如何低温制粒，未见报道。

过去青贮的全株玉米粉碎粒度为1～3 cm，难以制粒。目前全株青绿玉米可以粉碎至0.2～0.4 cm，这为全株玉米低温制粒提供了可能[3]。但全株青绿玉米水分含量超过60%，制粒过程中适宜的全株玉米添加剂量、如何调整水分等至今未见报道[4]。低温制粒不同于高温制粒，不需要高温对饲料原料的熟化，不同原料间难以粘合，需加次粉、淀粉等粘结剂，但两者对低温制粒的影响尚不清楚。制粒后，颗粒饲料的硬度不但影响管道中的运输，还影响动物的采食及消化[5]。因此开展发酵全株青绿玉米低温制粒的相关研究，特别是开展全株青绿玉米添加量、加水量、次粉添加量及模孔直径对其低温制粒影响的研究，有助于全株青绿玉米猪用饲料化的广泛利用，可为全株青绿玉米的广泛应用提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

粉碎至0.2～0.5 cm、厌氧发酵200天的乳熟期全株青绿玉米（以下简称全株玉米），临邑绿叶种猪场提供。玉米豆粕型育肥猪全价配合饲料，济南和美饲料公司生产。平模制粒机，济南牧龙公司提供。饲料硬度计及粉化率测定仪，皆为济南盛泰仪器设备公司生产。次粉，市场购买。

1.2试验设计

试验于2018年12月进行。采用L27（34）正交试验设计，详见表1。在前期试验基础上，依据表1试验设计将全株玉米与育肥猪全价配合饲料混匀，然后分别加水及次粉。全株玉米在全价饲料中的添加量分别为10%、20%和30%;全株玉米与全价饲料混合料中的加水量分别为10%、12.5%和15%;全株玉米与全价饲料混合料中的次粉添加量分别为6%、8%和10%。将各组分混匀，每份样品重约5 kg，各重复3次，然后分别制粒。每次制粒前都将制粒机内的残留清理干净，各样品进料速度一致。

1.3检测方法

每次制粒过程中，检测物料出口处5个代表性位点颗粒料的温度，取其平均值作为制粒温度。将刚加工的物料室温下晾至37℃时，进行颗粒硬度的检测[6]。晾至室温后，按GB/T 16765法[7]进行含粉率检测，采用常规方法进行相对水分含量检测。

1.4数据分析

采用SAS 9.1的GLM程序进行数据显著性分析和极差分析，采用CORR程序进行相关分析、REG程序进行回归分析。采用Student-t检验进行比较，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2结果与分析

2.1不同试验组全株青绿玉米低温制粒指标的表现

各因素水平试验组全株青绿玉米制粒指标的测定结果如表2所示。

2.2不同加工因素对4个制粒指標影响的显著性

由表3看出，不同加工因素对4个制粒指标影响存在差异。其中X1、X2、X4对制粒温度和硬度皆有极显著影响，X4对含粉率有极显著影响，X1对水分含量有极显著影响，X3对制粒温度、硬度、含粉率及水分含量皆无显著影响（P>0.05）。

2.3不同加工因素对全株玉米制粒4个指标影响的模拟方程

2.3.1对制粒温度影响的模拟方程Y=80.2367-0.1154X1-0.01547X2-5.0011X4，PX1<0.0001，PX2=0.0003，PX4<0.0001，R2=0.9660，校正R2=0.9616，变异系数=1.7560。Y：制粒温度（℃）;X1：全株玉米在全价饲料中的添加量（%）;X2：每千克全株玉米混合饲料中的加水量（g）;X4：模孔直径（mm）。

2.3.2对颗粒硬度影响的模拟方程Y=2.0063-0.0421X1-0.0047X2+0.4467X4，PX1<0.0001，PX2=0.0011，PX4<0.0001，R2=0.8593，校正R2=0.8409，变异系数=10.2548。Y：颗粒硬度（N）;X1：全株玉米在全价饲料中的添加量（%）;X2：每千克全株玉米混合饲料中的加水量（g）;X4：模孔直径（mm）。

2.3.3对制粒含粉率影响的模拟方程Y=2.6917X4-9.3717，PX4<0.0001，R2=0.6359，校正 R2=0.6214，变异系数=42.2858。Y：含粉率（%）;X4：模孔直径（mm）。

2.3.4对制粒水分含量影响的模拟方程Y=11.1809+0.2010X1+0.0272X2，PX1<0.0001，PX2=0.0002，R2=0.7118，校正 R2=0.6878，变异系数=6.0789。Y：水分含量（%）;X1：全株玉米在全价饲料中的添加量（%）;X2：每千克全株玉米混合饲料中的加水量（g）。

2.4影响制粒的不同加工因素主次作用分析

由表4看出，影响制粒温度各因素的极差值表现为：X4>X1>X2>X3，即模孔直径与全株青绿玉米的添加量为主要因素，次粉添加量为次要因素。影响颗粒硬度各因素的极差值大小顺序，与制粒温度相同。影响含粉率各因素的极差值表现为：X4>X1>X3>X2，即模孔直径为主要因素，加水量为次要因素。影响水分含量各因素的极差值表现为：X1>X2>X3>X4，即全株玉米添加量和加水量为主要因素，模孔直径为次要因素。

2.5全株青绿玉米颗粒料不同评价指标之间的相关性

由表5看出，制粒温度与颗粒硬度显著负相关（P<0.05）、与含粉率极显著负相关（P<0.01）;颗粒硬度与含粉率极显著正相关、与水分含量极显著负相关（P<0.01）。由此得出，制粒温度、颗粒硬度等不同指标的相关方程：

Y=5.2032-0.0596X，R2=0.1993，校正R2=0.1673，变异系数=23.4602。Y：37℃时颗粒硬度（N）;X：制粒温度（℃）。

Y=30.4812-0.5380X，R2=0.7087，校正R2=0.6971，变异系数=37.8273。Y：含粉率（%）;X：制粒温度（℃）。

Y=2.4694X-1.5453，R2=0.2658，校正R2=0.2364，变异系数=60.0501。Y：含粉率（%）;X：37℃时颗粒硬度（N）。

Y=27.4564-2.39078X，R2=0.3430，校正R2=0.3167，变异系数=8.9928。Y：水分含量（%），X：37℃时颗粒硬度（N）。

3讨论

全株青绿玉米低温制粒与目前常见的高温制粒工艺不同。高温制粒工艺大多为60～80℃范围内调质、80～110℃范围内挤压制粒，制粒冷却后的物料为干料，水分含量低于10%[8，9]。相对于高温制粒而言，低温制粒又称冷制粒[10，11]，其制粒温度低，有助于热敏营养物质的保护，但低温区间范围目前尚没有统一规定。全株青绿玉米低温制粒又不同于目前的干物料挤压制粒，其原因在于全株青绿玉米水分含量高且粉碎粒度没有干物料粉碎的粒度小[12]。全株青绿玉米高水分含量以及难以粉碎制约了该原料的制粒生产。本试验结果有助于全株青绿玉米制粒工艺的完善。

本试验中全株青绿玉米制粒温度平均值低于50℃，大幅度低于高温制粒温度80℃[8]，有助于发酵全株青绿玉米中乳酸菌等热敏物质的保护。制粒温度低，有助于减少对乳酸菌的损害以及保留发酵玉米中的有机酸。本试验低温制粒后全株青绿玉米中的乳酸菌、有机酸、维生素以及酶等物质的损失有待进一步检测。本试验得出制粒温度降低的原因与模孔直径有关，这与模孔直径影响制粒能耗的结论[13]近似。本试验得出的制粒温度降低的原因与全株青绿玉米添加量有关的结果未见报道。其影响制粒温度的原因可能在于：其一，全株玉米中含有较高水分[4]，高水分含量不利于温度的升高;其二，粉碎的全株青绿玉米颗粒粒度小[14]，有助于减少物料与模孔的摩擦产热;其三，全株青绿玉米含有较高的淀粉物质，而玉米淀粉与玉米秸秆纤维的质构特性不同[15，16]。

本试验中添加次粉对颗粒硬度无显著影响的结论与金娉婷等[4]的结果存在差异。金娉婷等的研究结果显示，加水情况下粘结剂玉米淀粉和膨化淀粉的添加剂量对颗粒硬度皆无影响，不加水情况下两者的添加剂量对颗粒硬度有显著影响。本试验结果显示，颗粒硬度与水分含量呈极显著负相关，这与硬颗粒饲料制粒时增加饲料水分含量可以降低颗粒硬度的结果[17]相似。添加次粉对全株玉米颗粒硬度的影响是否与加水有关有待进一步验证。另外，本试验还显示颗粒硬度与制粒温度显著负相关，但Taghinezhad等[18]研究认为制粒温度升高，淀粉糊化度增加，颗粒硬度增加，其原因有待进一步研究。

4结论

控制全株青绿玉米的添加量和制粒机模孔直径有助于降低制粒温度。发酵的全株青绿玉米制粒温度可以低于50℃。全株青绿玉米颗粒硬度与其水分含量极显著负相关，与含粉率极显著正相关。

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