承德北苍术秸秆颗粒饲料生产工艺研究

张金合，许立阳，李彦猛，王珍珊，王文华，闫港

（河北旅游职业学院，河北 承德 067000）

近年来，承德市着力打造“滦河潮河流域道地中药材产业示范带”，中药材种植总面积稳步增长，截至2021 年12 月底，全市中药材种植面积发展到24.6 万hm2，其中北苍术种植面积超3 400 hm2。 北苍术在我国已有2 000 多年的药用历史，承德市作为北苍术黄金生产区形成了日渐强大的特色产业。 2022 年，隆化县中药材被农业农村部认定为“国家级区域性良种繁育基地”，并成功注册了“隆化苍术”国家地理标志证明商标，隆化县北苍术栽培面积超过2 700 hm2，为全省北苍术栽培面积最大的县。 北苍术药用部位为根茎，一般春、秋均可采挖，以秋季为好，挖取根茎后，除去残茎、须根及泥土，晒干。 北苍术种子一般于8 月下旬至9 月采收，10 月地上秸秆需要割除。 长期以来，苍术秸秆被药农丢弃或者烧土炕取暖。

苍术秸秆中除了含有粗纤维、蛋白质及脂肪等饲料成分外，也含有苍术醇、茅术醇和β-桉叶醇等中药成分，具有被用作反刍动物饲料资源的应用前景。 本研究以承德市隆化县人工种植的北苍术秸秆为试验材料，研究模孔直径、原料粉碎粒度和总水分含量对北苍术秸秆颗粒饲料生产工艺的影响，以期为合理利用北苍术秸秆资源和推广利用北苍术秸秆型颗粒饲料提供技术支持。 北苍术秸秆颗粒饲料生产技术的研究和推广对缓解冬春季饲草料严重缺乏问题，促进畜牧业可持续发展，减轻放牧压力、保护草地，构建生态安全屏障，发展生态农业，加快农牧业科技进步，促进种植结构调整和提高经济效益，以及增加农牧民收入具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料北苍术秸秆（自然风干）和玉米均购自河北省承德市隆化县农户。

1.2 试验仪器设备

中远9FH-500 型饲料粉碎机、RH-9JGW 型饲料混合机、9KLV-400 型饲料颗粒机、ZX11-UV-1000 型分光光度计、游标卡尺及ME203E/02 型电子天平。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计。 将自然干燥的北苍术秸秆用铡草揉丝机铡至3～5 cm；添加3%玉米面，充分混合后用粉碎机将上述物料分别粉碎为6、8 和10 mm 的碎粉；采用烘干或者加自来水的方式调整水分含量为10%、15%和20%； 制粒时模孔直径分别为4、6 和8 mm；每个处理组3 个重复，选用L9（34）正交表进行试验设计（表1）。

表1 颗粒饲料正交水平编码表

1.3.2 测定指标及方法。 颗粒饲料生产质量指标包括成型率、颗粒密度及糊化度。

成型率：5 min 内1 kg 的饲料颗粒样品经3 mm孔筛进行分级，其筛上物与样品总重之比，重复3 次试验得到成型率的平均值； 饲料颗粒密度参照JB/T5169—1991 标准， 按照下述公式进行计算：Y=4M/（3.14×R2×H），式中：Y 为样品密度（kg/cm3）；M 为单个颗粒样的质量（kg）；R 为单个颗粒的直径（m）；H 为单个颗粒的长度（m）。样品的质量用电子天平测定，长度用游标卡尺测定；样品的糊化度检测采用由美国大豆协会熊易强博士根据美国饲料工业界普遍采用的测定淀粉糊化度简化的简易酶法[1]。

1.4 数据处理

数据采用Excel 2003 和SPSS 17.0 统计学软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 正交试验综合加权评分试验

通过以上数据分析影响正交试验综合加权评分值的主次因素为B>A>C，即物料水分含量>物料粉碎直径>制粒模孔直径，最优制粒条件组合为B2A3C2，即北苍术秸秆颗粒饲料生产工艺最优参数为总水分含量15%、原料粉碎直径10 mm 和制粒模孔直径6 mm（表2）。

表2 正交试验综合加权评分值的极差分析

2.2 最优组合验证试验

通过在最优组合参数总水分含量15%、原料粉碎直径10 mm 及制粒模孔直径6 mm 的生产条件下进行验证试验（表3），北苍术秸秆颗粒饲料的成型率、密度和糊化度的综合加权评分值较高，分别为69.42、69.74 和69.33，平均得分为69.49。

表3 最优组合验证试验结果

3 讨论

3.1 北苍术秸秆粉碎粒度对北苍术饲料颗粒质量的影响

饲料颗粒的质量评价通常包括成型率、密度和糊化度。 北苍术秸秆中含有较多的木质素，晒干之后柔韧度降低，质地坚硬松脆，易粉碎。 北苍术秸秆颗粒生产中粉碎粒度过低，需要更大的压力和电能，物料纤维之间的镶嵌结合也弱于粒度较高的碎粉。 粉碎粒度过高，颗粒饲料易出现裂纹，制粒机生产率降低，制粒时蒸汽不能充分调制，熟化度降低，因此要将碎粉直径控制在合适的范围内。赵华明等[2]研究发现，饲料粉碎粒度占饲料颗粒质量影响因素的18%。 李忠平[3]报道， 原料粉碎粒度对颗粒饲料质量的影响因素占15%～20%。 张海龙等[4]研究发现，玉米秸秆和苜蓿干草复合秸秆颗粒饲料生产工艺的最优粉碎粒度为8 mm。 本研究发现， 北苍术秸秆碎粉为10 mm 造粒成型率较好， 与上述研究结果类似， 但是糊化度要略低于6 mm和8 mm 试验组。 秸秆颗粒饲料的密度应该适中，颗粒密度过大、过硬均不利于消化吸收。 秸秆颗粒的密度和硬度与原料、 粉碎粒度及颗粒机性能均有关系，一般认为密度和硬度越大，成型率越高，但是应通过饲喂试验将其控制在一定的范围内。 本试验中最优生产条件组合下颗粒密度为1.15 kg/cm3， 经饲喂试验，消化良好。 在工业化的颗粒饲料生产中，高速挤压升温能够使原料糊化，一方面可以改善饲料成型流变学特性，提高颗粒质量；另一方面能够提高饲料中营养物质的可消化性和饲料转化率，因此糊化度是评价颗粒饲料加工质量的重要指标，直接影响动物吸收利用饲料中能量物质的效率，进而影响饲料的转化效率和畜禽生长性能。 本试验中在最优生产条件下糊化度可达26.5%。 北苍术秸秆中淀粉含量低，并与粗纤维素混合在一起，因此糊化度与玉米为主要成分的饲料配方相比要低， 同时较低的糊化度也避免了赖氨酸、精氨酸、组氨酸、维生素A、维生素D、维生素K 和维生素C 等营养成分被加热破坏。

3.2 水分含量对北苍术秸秆饲料颗粒成型率的影响

北苍术地上秸秆部分一般在10 月割除， 承德秋季气候干燥，自然干燥的北苍术秸秆原料水分含量为10%～15%。 水分含量低的秸秆硬度大，粉碎后加工成饲料颗粒需要更高的压力，增加设备电能消耗，降低设备寿命，颗粒密度和硬度也比较高，不利于反刍动物消化吸收；反之水分高于20%的北苍术秸秆颗粒硬度低，容易挤压成泥从而堵塞模具筛孔，降低生产效率，同时由于水分过高容易发生霉变，不利于长期堆积储存。 张海龙等[4]研究在不添加黏结剂和精料的情况下， 将玉米秸秆与苜蓿干草按照1∶1 比例制成纯秸秆型颗粒饲料，其成型率随水分的增加呈直线下降趋势，当总水分含量超过22%时制成的颗粒饲料呈现肉眼可见的不成型[4]。宋志伟等[5]和李奇[6]报道，原料水分含量低于14%时，颗粒饲料质量较高，水分高于18%颗粒将难以成型，太低则降低制粒机的生产效率。 类似研究表明，使用大麦秸秆粉碎后生产颗粒饲料时最佳含水量为19%～23%[7]。 任广跃[8]研究表明，玉米秸秆在制粒的过程中，同样的精料率和模孔直径，当原料含水率达到18%时，颗粒饲料成型率为97.5%。 张杰等[9]以玉米秸秆为主要成分添加精料制作全价饲料颗粒，固定精粗比为2∶8，当原料含水率为12%时颗粒饲料成型率最好。 目前秸秆颗粒饲料中多会添加玉米等黏结剂提高成型率，但是笔者认为加入过高的玉米等精料成分会提高牛羊养殖生产成本。 本试验中添加3%的玉米面旨在增加黏度，提高成型率，对生产成本影响不大，能在较为干燥条件下提高颗粒饲料的成型率；原料含水量在15%时成型率可达88%以上，与上述报道相比，水分含量要求类似，但是成型率略低。 因此，北苍术秸秆可以采用自然晒干的干燥方式，将原料水分控制在15%左右进行粉碎后制粒， 方便生产、加工及储藏等。

3.3 环模孔直径和玉米粉对北苍术秸秆颗粒质量的影响

从制粒质量和效率的角度来说，选用不同比例的环模孔径和厚度可产生不同的影响。 环模孔径比例过小，厚度较厚，则导致生产效率下降，增加企业生产成本；环模孔径比例过大则颗粒松散，对质量和制粒效果产生影响，因此为了高效和优质的生产结果，必须科学合理选择环模的孔径和厚度等参数。 一般来讲环模孔径降低，致使饲料粉化率降低，淀粉糊化度升高，从而提高饲料转化效率， 动物也更喜爱这种颗粒料，既增强了适口性，也得到优良的制粒效果；从饲养效果角度来说，小模孔压制的颗粒料，无论饲料是否完整，其饲喂效果都比大模孔的效果更好。 制粒效果良好模孔直径的适用范围是3～20 mm。颗粒饲料直径的选择与饲喂动物种类、秸秆粉碎粗细及秸秆饲料颗粒机的性能均有关。 颗粒机配有3～20 mm 等多种孔径模具，孔径过小，颗粒坚硬，能耗增加，制粒机工作过程易堵塞；孔径过大，颗粒外紧内松，密度不均匀，糊化率下降， 如果原料粉碎过细甚至会出现漏料的现象，影响颗粒质量。 北苍术秸秆颗粒饲喂对象是牛羊，比较适合的颗粒饲料直径是4～8 mm。 本试验研究制粒模孔直径为6 mm 时制粒质量最好。 北苍术秸秆中的纤维对制粒是不利的，物料流动性差，降低产量，加速模孔磨损，因此要加入部分玉米粉。 玉米粉在整个制粒过程中不但起到黏结的作用，还可以为动物提供能量来源，贾朋君[10]报道，随着加玉米粉量的增加，秸秆饲料的成型率也越来越高，但是增加玉米粉的量也会增加饲料的成本，因此应适量添加。

4 结论

以承德道地药材北苍术秸秆为试验材料， 添加3%的玉米粉增加黏性后制作颗粒饲料， 影响颗粒饲料成型率、 密度和糊化度的主次因素为物料水分含量>物料粉碎直径>制粒模孔直径，生产工艺最优参数为总水分含量15%、 原料粉碎直径10 mm 及制粒模孔直径6 mm。