關于調質工藝的幾個關鍵點

即使是現在，盡管膨化等飼料加工技術有了新的發展，制粒仍是動物配合飼料最流行、最經濟的加工處理方法。制粒加工中最為關鍵的步驟是對物料進行預調質，而預調質質量的好壞又依賴于物料的粒徑大小、蒸汽質量、物料的初始水分含量、物料進入預調質器前的溫度以及在調質器中的停留時間等。更長的調質時間能促使蒸汽水分更好地滲入物料中，以及溫度更好地擴散，進而可以使飼料顆粒能夠更好地結合，因此可以提高顆粒硬度，降低細粉的含量。

中圖分類號：S816.9 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2017）12-0061-04

1 淀粉糊化

“糊化”這一術語被廣泛地用于制粒工藝中，并且與生產高品質飼料顆粒密切相關。糊化是指淀粉顆粒雙折射結構消失或淀粉顆粒結晶區天然存在的次級鍵不可逆地斷裂。根據Hoseney（1986）的研究，淀粉雙折結構在持續高熱和超量的水分條件下會損失，從而增加黏結性，并促進淀粉顆粒（因吸水）體積膨大。

毋庸置疑，水分和熱量是淀粉糊化所必需的。而預調質器正是一個可通過飽和蒸汽持續給物料提供水分與熱量的混合室。由于調質這個過程是時間依賴性的，物料存留時間（物料通過預調質器所花費的時間）便成為物料能否達到目標水分與溫度的重要因素。

2 淀粉顆粒破壞

淀粉顆粒在粉碎和制粒過程中會因機械性外力而被破壞。就方法而言，類似這種對淀粉顆粒的破碎或剪切，可被視作為淀粉熟化。事實上，這不是真正的淀粉糊化，而是對淀粉顆粒的破壞。在制粒過程中，損壞主要由摩擦引起，因為物料在通過環模的工作區時被擠壓和擠出，這已經有多篇文獻進行了詳細的記錄（Skoch，1979；Stevens，1987）。

假如有人想要測定蒸汽調質所能達到的確切熟化度，那么他首先要考慮粉碎與制粒過程對淀粉結構所造成的破壞。首先需用調質前后的物料建立一個破壞程度對比的基準。調質前后的差異即是物料經蒸汽調質所產生的糊化度。粉碎雖會造成淀粉破壞，但它的優點是使顆粒具有更大的比表面積，這反過來可以增加混合物料對水分的吸收。

3 蒸汽調質

向混合物料添加蒸汽的過程即預調質或蒸汽調質。在這個過程中，混合的物料與飽和蒸汽相接觸，以獲得水分和熱量，從而完成淀粉糊化和混合物料中其他黏合成分的活化。物料通過調質器的連續混合完成調質（圖1）。

4 調質設備

調質設備（圖2）由旋轉喂料器、槳葉和出料口組成。喂料器將物料從待制粒倉傳輸到調質器；槳葉將物料攪拌暴露給注入的蒸汽；出料口將物料送入斜槽或制粒機進料口。

在喂料速度不變的情況下，可通過降低轉軸速度或改變槳葉傾斜角度增加調質時間和物料填充度（圖3、4）。對于槳葉角度調整，推薦使用一個布局槳葉數量與槳葉（相對轉軸）位置的模板（圖5）。一旦布局模板確立，操作人員便能夠進行槳葉布局調整（圖6、7）。

槳葉擺放：以一個推動飼料向出料口移動的正向（0°～90°）；或以一個水平的平向（0°）；或以一個推動飼料遠離出料口的反向（0°～90°），增加物料填充度和存留時間；再或以垂直于轉軸的方向（90°）使物料在調質器中的混合效應最大化（圖8）。

最好的一種構造是使物料填充滿調質器的中心區域。而這可以通過部分將槳葉角度調至與物料移動方向相反、垂直或相同來實現（圖9）。在反向的槳葉之后，近出料口之前，槳葉角度應再一次調節至與物料前進方向相同，直至出調質器。這是避免因過多的槳葉反向，導致調質器的填充過度或馬達的過載。為使得進入腔室的物料與蒸汽保持密切接觸，槳葉的構造應當保證物料填充度、調質時間和混合效率的最大化。

5 蒸汽

調質過程必不可少的步驟是通過蒸汽對物料進行增濕和加熱。蒸汽又有飽和、過熱和“濕”蒸汽之分。飽和蒸汽是指保持其蒸發點溫度和壓力下的100%蒸汽。過熱蒸汽也指100%的蒸汽，但其在對應壓力下，溫度高于其蒸發點的溫度。“濕”蒸汽是指包含有游離水的蒸汽。在制粒過程中，飽和蒸汽通過冷凝作用提高物料的溫度和水分。其原理是蒸汽進入到處于環境溫度條件下的調質器時，溫度和壓力陡然下降，冷凝發生，熱量轉移到物料，使其溫度上升。而“濕”蒸汽進入到調質器，冷凝效果較差，物料升溫效果也相對差。

6 蒸汽質量

在調質過程中使用的蒸汽應盡量保持干燥。干燥，描述的是蒸汽的品質，其可通過蒸汽中懸浮狀態的水滴占比多少來定義。Reimer和Beggs（1993）指出，當進入調質器的物料水分為12%、料溫為18 ℃、蒸汽中干燥占比為80%時，出調質器的水分和料溫將為16%和84 ℃。而蒸汽100%干燥時，經調質的料溫可達到91 ℃。后者通過蒸汽表可知，在壓力不變情況下，不飽和蒸汽產生的能量要遠低于飽和蒸汽。因此，確保優質的蒸汽進入制粒系統顯得尤為重要。蒸汽品質控制可通過恰當的保溫管理、疏水閥安裝和分離裝置設置來實現。

7 蒸汽冷凝和分子結合力

當蒸汽冷凝的時候，會給物料增加水，同時傳遞熱量。在這個時間過程中，淀粉顆粒將吸水膨脹直到糊化。而有些蛋白質也會改變它們的分子結構，變得更為舒展。在這個過程中，產生的分子結合力，有助于生產高品質飼料顆粒。由于這是時間依賴性過程，物料在調質器應盡量保證足夠的停留時間，以保證充分水合與受熱。

在制粒過程中，不造成環模堵塞的最大允許水分范圍是17%。相比之下，在膨化過程中水分范圍能達到20%，甚至更高。膨化過程水分的控制更加靈活，這也有助于物料水分和熟化程度達到理想的水平。因此，調質器設計因加工過程不同而有差異。

未完，待續。

原題名：Critical steps in mash conditioning（英文）

原作者：Eugenio Bortone（博士）