■ 《當代水產》楊帆 程純明 文/圖 [ 微信公眾號:tsfish ]

會議現場
近年來隨著我國養殖業的快速發展,飼料加工業也得到了飛速的發展,當前已然進入一個相對飽和與規范的成熟期,企業之間也進入了整合與轉型的階段。在此大背景之下,飼料加工的配方和生產技術成為了核心技術,而如何提升飼料加工水平,實現智能化、精準化、高效低耗、安全生產,已是目前企業提升核心競爭力的重要途徑。
2019年12月3日至6日,由中國農業科學院飼料研究所主辦,廣東恒興飼料實業股份有限公司聯合承辦,青島瑪斯特、江蘇正昌、豐尚農牧、珠海普樂多、北京英惠爾、中國糧油學會飼料分會協辦的“第四屆國際飼料加工技術研討會(水產飼料專題)暨第四期水產膨化飼料加工培訓班”于廣東珠海召開。
本次研討會邀請國內外知名飼料加工與營養領域理論和實踐專家,針對水產飼料廠設計、飼料原料膨化加工特性、擠壓膨化加工質量控制與節能降耗、全價發酵飼料、新型蛋白質原料開發應用及精準飼料生產大數據管理技術等最新進展進行交流與研討,促進產業界和學術界的合作與互動,吸引了國內外科研院校學者以及優秀企業代表等350多人共同參會。
麥康森指出,2018年的全球人口已達到76億,據估測將來全球人口蛋白質需求要比目前增加75%~100%,因此如何滿足人類對蛋白質的需求已成為重大課題。而目前全球80%農用地用于動物養殖,1/3糧食收成用于動物飼料生產,中國作為一個飼料大國,也是人口大國,飼料爭糧問題已日益凸顯。實際上,水產養殖是飼料效率最高的動物蛋白食物的生產方式,水產養殖比畜禽養殖更節約糧食,更少污染環境。
為人類提供食物蛋白質的核心應是為養殖動物提供蛋白質,而當前動物飼料蛋白主要來源于動物蛋白、植物蛋白、單細胞蛋白等。其中,他重點介紹了單細胞蛋白(SCP),SCP可以由微藻、細菌、放線菌、酵母、真菌等單細胞生物生產,作為水產飼料蛋白源的優勢在于適口性好,對攝量不產生負面影響;對成活和生長不會造成負面影響;安全性好,對動物健康不產生負面影響;使用現有技術,利于配方設計與飼料加工;生產成本適宜,能為多數養殖動物飼料所采用;不與糧食生產爭地、爭水;生產不受季節、氣候影響。
會上,麥康森以甲烷氧化菌蛋白舉例,在甲烷氧化菌蛋白取代魚粉的相關研究中,針對大西洋鮭生產性能進行大量實驗,結果顯示用細菌蛋白取代魚粉,使得大西洋鮭的生長更好,且大西洋鮭對細菌蛋白中的高含量銅和核酸沒有不良反應。此外,大西洋鮭的生長性能改善表明細菌蛋白存在生長刺激因子,這也有待于進一步研究。隨后他還介紹了從兔子糞便中分離得到的乙醇梭菌以及乙醇梭菌菌體蛋白在水產飼料中的應用。
Dr.Tor A.Samuelsen在報告中講述了挪威三文魚飼料、擠壓膨化及生物高聚物變化、粘度特性與玻璃化轉變、原料對膨化飼料物理品質的影響、水溶性蛋白質和氨基酸的塑化作用。
他表示,在生產三文魚飼料中他們運用了擠壓膨化加工技術,而擠壓膨化加工是一種能夠生產高品質飼料的技術,具有平衡飼料的最佳攝入量和飼料的利用效率;以最小化飼料損耗提高物理質量;水中穩定最小化飼料降解;膨化到可吸附足夠油脂又能讓顆粒容重在水中下沉;以最小化漏油率優化微結構等方面作用。
為什么要在擠壓膨化過程中加水呢?他指出,能量(熱)和水是物料在膨化機中從粉狀轉化到高粘性熔體狀態的必要條件,而水降低了上述轉化過程所需的能量,水也被稱為塑化劑或增塑劑。因此,增塑劑是一種可互相聯結形成無定型高聚物的低分子化合物,它通過阻斷分子間引力,增加自由體積和分子鏈的流動性使材料可塑化。
經研究發現,擠壓膨化中水溶性蛋白質和氨基酸可作為增塑劑代替水分,且用蛋白質增塑劑代替水可以減少膨化飼料的水分含量、干燥成本和損失。在工業生產實踐中,任何高度水解的蛋白水解物(比如魚蛋白濃縮物)都可能作為經濟有效的塑化劑,并可以在膨化水產飼料顆粒中起到營養、增塑和粘合三種作用。
首先,程宏遠介紹了水產飼料顆粒水穩定性的定義,水穩定性即溶失率,就是飼料顆粒在水中長時間浸泡后留下的干物質。在測定方面,中國農業科學院飼料研究所飼料加工創新團隊起草了“漁用膨化飼料加工質量通用技術標準”,“標準”中制定出了具體的測定方法、測定結果計算公式、水溶解指數測定等。“如果我們能降低1%的溶解量,那么每1百萬t飼料中就能節省1萬t飼料,可減少營養損失和水污染。”他說道。
他還指出,影響飼料顆粒水中穩定性的因素包括配方成分、原料顆粒大小、加工過程工況、粘結劑等,而水含量、溫度、螺桿轉速、產量、模頭壓力、螺桿配型等膨化加工參數對飼料顆粒水中穩定性產生一定的影響。他們通過關聯膨化加工參數與飼料顆粒水穩定性,解釋二者之間的定量關系,目的是為了降低飼料顆粒水溶失率,提高生產線運行數據分析的可靠性,優化膨化加工過程工藝參數調整,優化配方設計等。
會上,曹康從我國膨化飼料發展歷程開始談起,以廣東為例,2006年廣東膨化水產飼料40萬t,占水產飼料總量的20%左右,2018年廣東水產飼料突破500多萬t,膨化水產飼料產量呈穩步上升趨勢。我國膨化飼料生產經歷了從無到有、從小到大、從大到精的發展過程,其中裝備技術、精益生產、智能化、環保、安全缺一不可,共同推動工藝技術變革。
他強調道,安全、衛生、高效是未來發展方向,包括工廠設計模塊化、工藝設計專業化、設備選擇精準化以及環保、安全可持續化。
淀粉在水產膨化飼料加工過程中起著非常重要的作用,楊潔及其團隊選擇面粉、木薯淀粉、碎米、高粱、大麥、豌豆和預糊化淀粉作為淀粉源,將淀粉源與豆粕按2:8進行配料,飼料原料粉碎混合均勻(通過加水將水分調節到26%)利用干法膨化機進行膨化試驗,研究不同淀粉源對水產膨化飼料品質特性的影響。
經研究發現,預糊化淀粉組膨化飼料的膨化度最大,容重最低,但溶失率最高,軟化時間最長,最大吸油率最大,漏油率最小;豌豆組膨化飼料的膨化度最小,容重最高,軟化時間較長,最大吸油率最小,漏油率較高;木薯淀粉、碎米組膨化飼料的各項指標均較好,比較適宜加工膨化浮性飼料,面粉、大麥和高粱組次之。
關于飼料加工、調質(熱量和水分擴散)、狀態相圖(工藝條件與原料的聯系)、粘結平衡以及建立統一加工體系,Dr.MennoThomas 在會上進行了一一闡述。其中他強調,在調質后熱量擴散很快(<1s),而水分擴散很慢(100s);在飼料生產過程中,水分在粉料(顆粒)中的分布是不均勻的;水分梯度受顆粒大小、顆粒類型影響,導致原料中成分、粉料壓實特性以及濕飼料顆粒和冷卻后飼料顆粒中粘結類型和強度的變化。
此外,在建立統一的加工體系方面,我們應該關注這幾個問題:粒度如何分布?在(新)設備中如何實施?混合原料SPD的研究;理解并模擬飼料生產各階段熱量、水分變換的動態特性。
Dr. RaffaelOsen 表示,盡管當前魚粉價格有一定波動,但從長遠來看,魚粉價格可能還將繼續上漲,為了降低成本并提高魚飼料的可持續性,他們致力于研究用植物蛋白源替代魚粉,挖掘食品和飼料生產過程中副產品的潛力。然而,雖然各種副產品(如植物油生產時的副產品)是可用的,但是植物源(如氨基酸、賴氨酸、半胱氨酸)氨基酸譜存在局限性。
那么,如何選擇蛋白源?如何加工與修飾集成蛋白?在飼料中如何應用及優化?這是開發每一個產品所需考慮的問題。以油籽餅代替虹鱒水產飼料中的魚粉研究為例,通過研究油籽和油籽餅的機械加工,虹鱒表觀消化率和生長性能的評估,油籽壓榨工藝的優化等,他們發現應篩選富含蛋白質的油籽餅(油菜籽、亞麻籽、葵花籽)來替代魚粉,并采用合理的膨化加工、干燥以及噴涂方式以優化水產飼料質量。
據Prof. TrondStorebakken介紹,羅非魚經數代遺傳選育后,其長速、抗病力、耐低溫、魚體營養成分等多方面都有顯著改善,中國市場現有的第12代ProGIFT品系相當于原GIFT品系的第24代。盡管這兩年羅非魚在中國市場中流通逐漸減少,但不可否認這條魚具有極高的飼料轉化率。羅非魚飼料必須充分考慮氨基酸平衡以保證其快速生長,同時采用最佳的可消化蛋能比,淀粉及植物類蛋白原料需充分熟化。
此外,在無應激模式下的羅非魚苗種日攝食量的精準定量方面,我們應注意飼料粒徑至少達2mm,便于殘餌的收集及精準定量;需投喂耐水性好的沉性飼料,日投喂頻率控制在2~4次;同時考慮長期及短期內因素(如抑/促攝食成分、實驗飼料適應、實驗魚健康程度)。
最后,他在報告中總結道:了解養殖品種之所需至關重要;養殖品種遺傳選育是長期且回報豐厚的投資;養殖品種日常投喂需精準化;選用飼料應考慮氨基酸平衡性、最佳可消化蛋能比、原料可消化性;少喂多餐可極大降低養殖排放。
眾所周知,藍鰭金槍魚可以稱得上是目前世界上最貴的海產品,一條278kg重的太平洋藍鰭金槍魚在東京拍賣310萬美元,但藍鰭金槍魚人工養殖面臨繁育與飼料方面的挑戰。據MichaelCheng 介紹,膨化藍鰭金槍魚飼料的加工難度在于形狀必須接近馬鮫魚;外皮必須柔軟,接觸海水后要光滑;配方含高量魚粉、魚油、維生素。而布勒制造出的大型雙螺桿膨化機系統,可生產小中大三種尺寸的香腸型飼料,涵蓋幼魚到成魚全部需求。
他還指出,與凍鮮魚飼料比較,膨化香腸型飼料的優勢在于:投食量大幅度減少;成魚4年即可達到70kg的屠宰標準,比投食凍鮮魚縮短6~12個月;由于膨化香腸型飼料使用量大幅提高和配方改良,其成本已小于凍鮮魚飼料成本。今后,他們還將朝著大幅降低膨化加工成本;繼續改良配方以減少魚粉含量;使用植物蛋白質部分替代動物蛋白質;低溫烘干冷卻以降低能源消耗等方向發展。
黃海明表示,飼料質量的穩定性是飼料企業生存的根本,也是一個企業市場競爭力的體現。而生產過程中的質量控制也是保證產品合格穩定的前提。目前國內大宗飼料原料以玉米、豆粕為主,由于玉米筒倉內大部分原料為散裝原料,此類物資的計量普遍采用“地磅計重”方式,但是無法完全杜絕人員謀取私利,進行二次過磅或者未卸料出廠,因此電子皮帶秤應運而生,可以按照時間段統計出進入艙內的物料重量。
現階段常用的測量筒倉原料料位的方法有阻旋式料位器測量和雷達料位器,但都存在一定的缺陷,而櫻之花研究出了微應變力式筒倉重量測量方法,將應變力重量感應模塊安裝在支腿的中部,當承受大的載荷時,將會引起支腿的壓縮變形,應變力傳感器的應變片實時反饋變形量,儀表將信號通過A/D放大處理,從而實時顯示罐內的料位值。此外,他還介紹了微波在線水份測定法、在線動態檢重系統等。
陳丹董事長從行業發展現狀開始談起,他指出,我國養殖業正經歷去產能、調結構、模式升級的發展階段,而飼料行業也是在艱難前行當中,非洲豬瘟的爆發導致豬價飛漲,但目前的大宗水產品價格卻依然低迷,中美貿易摩擦又使得原材料價格劇烈波動。
據國家公布的數據統計,2013年~2018年飼料總產量的年均增長率僅為3.2%,由此可見飼料產業低速增長常態化;飼料產品結構持續調整,禽飼料、水產反芻比重增長0.4%、0.5%;飼料企業橫向和縱向延伸融合,以飼料板塊為核心,向養殖、屠宰、食品加工、智能化、互聯網、金融等領域持續擴張。
在行業發展的大環境之下,恒興本著“為消費者提供安全、營養、健康、美味的食品,改善人類生活品質”的企業使命,從1991年初創至今的28年間不斷開拓恒興版圖,如今圍繞水產產業一條龍主線,聚焦“種苗、飼料、微生態制劑、養殖、加工和冷鏈物流”六個業務板塊,打造“人力資源優勢、管理高效優勢、研發創新優勢、成本控制優勢和品牌優勢”五項競爭優勢,實現“總體效益大幅度提升,資產規模大幅度增加,市場區域大幅度擴展”三大戰略目標。
“未來5年恒興的發展規劃(2020~2024年):飼料業務總量將達到300萬t,其中特種料100萬t,淡水料100萬t,畜禽料100萬t,種苗業務將突破300億尾,動保業務將達到3億元,食品業務將實現50億元。”陳丹董事長說道。
Mr. Kim Jensen Meller表示,放眼全球,我們面臨著人口增長、能源消耗、氣候變化、食物浪費等方面的挑戰,而當前多數的飼料廠同樣面臨著諸多挑戰,包括設備停機、停機時間、產品質量、性能、維護、生產可視化等。“任何一個產業,不論規模多大,數字化是必經之路,如果企業要保持競爭力,選擇數字化毋庸置疑。”他說道。
關于如何踏上數字化轉型之路,他認為,企業應該從驅動8項基礎價值以及26項工業4.0實踐(數字化羅盤)為工廠進行設計與優化,比如一個數字化工廠應具備養殖物聯系統(養戶管家、飼喂計劃、領料記錄、領料申請)、智慧倉庫、物流一卡通、調度管理、設備管理、智能化及自動化產線、運營績效管理、質量和追溯等。
為什么水產動物更需要發酵飼料?王磊表示,由于很多水產動物是沒有胃的,或者消化道比較短,導致消化能力也較弱,腸道更容易受損傷,而發酵飼料可以提高消化利用率,降低養殖環境污染,降低、消除抗營養因子,維持腸道微生物平衡,增強腸道屏障功能,提高機體免疫力,增加適口性。因此借助現代生物工程技術,經適度固態發酵處理的發酵飼料更適合水產動物。“這兩年發酵飼料的市場占比正逐漸提升,今后至少可以替代10%~30%的飼料。”
在發酵飼料的生產中,企業最好采用“菌+酶+n”的菌酶協同發酵方式,還應制粒熟化后再進行發酵,原因在于經調制熟化后的利用率更高,且熟化能滅雜菌,更容易成功發酵,確保益生菌活性。而相比起其他發酵飼料類型,軟顆粒型全價發酵飼料是目前效果較好的發酵飼料。
張月星指出,經過他們團隊對溶血磷脂添加進行了相關實驗,結果表明應用多步真空噴涂技術及硬脂魚油的使用可有效改善高脂型水產飼料的水中穩定性,提高營養素(尤其是總脂肪)的保留率;適量添加溶血磷脂等營養性乳化劑可適當改善高脂飼料中的硬脂魚油的消化率;在加州鱸高脂膨化料中添加過多的溶血磷脂會降低其對粗蛋白、所有必需氨基酸、Cys、總必需氨基酸和總氨基酸的表觀消化率,具體原因還需進一步探究。
“一臺配置固定不變的膨化機不能解決所有問題,需要針對不同配方,優化生產操作參數,優化配置,才能得到高品質的膨化顆粒,并最大提升膨化機產能。”沈長山在報告中從配方原料、設備配置以及操作參數的三個角度談“如何提升飼料顆粒品質”。
據他介紹,早期國外關于膨化技術的要求中,在生產浮性水產飼料時,淀粉含量要求≥20%,目前國內很多飼料企業淀粉含量調整為15%~16%,部分企業在一些淡水魚類上下降到12%主要,而一些肉食性魚類(如加州鱸料)最低為8%,甚至開發少淀粉、無淀粉沉性水產飼料。但淀粉含量降低之后,我們應關注水中穩定性不足、不能100%漂浮、膨化系數不夠、糊化度低等問題。
因此,對于低淀粉配方,需要有調質時間可調整的調質器,調質時間也需要進一步延長,一方面淀粉糊化度略有增加,另一方面增加變性蛋白含量,從而使得飼料更加具有粘彈性,具有更好的耐久性。通常而言,普通淡水魚水產飼料最佳調質時間3~4min,低淀粉配方、有更高粘彈性要求,以及其它特種水產飼料最佳調質時間5~6min。
會上,薛敏指出,一旦飼料加工質量不穩定,產品一次性合格率就低,而影響膨化顆粒料加工質量的因素主要有原料配方、工藝設備和擠壓操作參數。但當前真實生產數據幾乎為空白,多數飼料企業存在缺乏全生產流程數據,沒有準確實測數據可查,與配方和產品質量關聯度數據空白等方面問題。
基于數據采集和記錄的精準加工系統,企業應對生產線性能進行實時監測;設備綜合效率精確計算(日效率、月度、年度效率,OEE analysis);關鍵性原料損失度量評估、追溯;原料——生產數據——產品加工質量關聯記錄進行多指標關聯分析(能耗及產品質量);獲得目標質量產品生產的精準操作參數窗口;自動化智能操作系統;5G時代對行業的顛覆。
會上,王紅英重點介紹了飼料企業的設備綜合效率。設備綜合效率(OEE)是表現設備實際生產能力相對于理論產能的比率,由時間開動率、性能開動率和合格品率三個要素組成(OEE=時間開動率×性能開動率×合格品率)。這一概念由Nakajima 等(1988)提出之后被廣泛應用于工業中,可以較全面地反映生產現場設備管理對設備效率的影響,是國際上公認的設備利用效率狀況和維護保養狀況的管理考核指標。
針對分析出造成OEE偏低的原因,她對飼料加工過程中各環節提出了改進意見如下:
合理安排生產計劃,同一配方產品盡量集中生產,由于更換配方就要進行設備清理、換裝,從而帶來時間損耗。
定期進行設備預防性維護保養,盡管設備維護會投入人力物力,但可以排除生產中設備故障的隱患,避免停機損失。
更新飼料廠的設備資源,提高飼料生產設備的自動化水平,減少人工操作,使設備能高效穩定運轉。
通過對生產設備OEE的監測,發現生產中的限制性工序,對限制性工序的設備進行增配或更換,保持生產線(流)通暢。
協調好各工序之間的生產能力,最大限度地利用中間倉能平衡各生產工序之間流量的作用,保持流暢的生產流,減少暫停機損失。
對不同原料生產設置不同加工參數,而不是千篇一律的固定參數,盡量避免產品加工過程中的過度加工,使設備保持高效率高產能生產。
嚴格執行飼料企業管理制度和操作規程,定期對員工進行培訓,提高工人的生產操作水平。
過去幾年,我國工業的發展重點是設備自動化,大數據人工智能技術的發展拉動行業向智能化方向發展,智能化是以工廠數字化為基礎的,當前智能化工廠的主要任務是推動工廠數字化的發展,而PIMS/MES系統是工廠數字化的核心基礎,其功能模塊包括工廠數據平臺(數據收集、加工、歸檔、發布)、生產運營數據看板、MES功能模塊以及UI設計工具/插件擴展框架/.Net SDK。
針對行業共性難點問題,江蘇正昌突破關鍵技術瓶頸,挑戰了以下這些技術難題:創新飼料生產過程中關鍵工序的控溫控水智能化系統;突破了大顆粒玉米不易熟化及制粒效率相比細粉制粒較低的技術瓶頸;實現了Φ8.0篩網粉碎玉米或玉米破碎成3~5mm;、開發后噴油脂設備與控制系統;創新后噴維生素與酶制劑工藝技術設備控制系統。
葉李軍指出,對生產設備精細化管理,使整個生產系統在高效的情況下運轉,是為企業創造更高價值的最佳途徑,其價值體現在平衡好各種成本(人工成本、電耗、蒸汽耗量、配件損耗成本)之間的關系,并且在管理中必須主抓人與設備兩大方面,包括創建效率極高的培訓方式,降低操作設備的技能門檻。
真空噴涂通常適用于高脂含量的膨化水產與寵物料,在近年來其真空度得到了極大提高,真空壓力達到20mBar。而科潤德VM系列真空噴涂的液體添加比例高(可達35%),液體噴涂準確性和均勻性高(CV≤6%),液體添加比例大范圍、無級可調(5%~35%)。
布勒新型單螺桿膨化機可以通過長時間監控和必要時的膨化過程參數的修正,從而避免非必要停機的出現;通過膨化過程的自動啟動和關閉,將生產廢品率降到最低;通過控制系統內產品配方的使用,從而保證了產品質量的統一;螺套是可以預先加熱或冷卻,從而減少等待時間再開始生產;Buhler提供的遠程維護。
現有維生素前置添加的生產工藝帶來的總體平均損失率在15%~30%,從而造成巨大的成本浪費。魏萬權認為,后噴涂是解決熱敏性物質添加應用的有效方案,同時要求液體多維必須均勻、穩定、流動性好、噴后飼料物性保真、成本節約,而由瑪斯特研發的液維美?能夠體現這些特性。
張以祥指出,英惠爾自2017年正式推出水產用百惠康?,之前對多數特種養殖品種進行相關實驗,其中在針對大黃魚幼魚生長、飼料利用和抗應激的影響實驗中,百惠康?按蛋白含量替代5%的魚粉和按干物質量替代3%的魚粉,對大黃魚的生長、血清抗氧化能力和皮膚黃色值有顯著的促進作用。