哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料加工工藝參數的優化

陳懿琳 ，萬 蒙，黃 選，錢宇豪，陳 杰，祝愛俠,2，王春維,2*

（1.武漢輕工大學動物科學與營養工程學院，武漢市畜禽飼料工程技術研究中心，湖北武漢 430023；2.生豬健康養殖省部共建協同創新中心，湖北武漢 4 300700）

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗日糧 哺乳期母豬全價飼料以玉米和豆粕為主要原料，參照NRC（2012）哺乳期母豬營養需求標準配制，原料組成和營養成分見表1。

1.1.2 試驗材料 丙酸鈣購自河南安盛科技有限公司；脫支酶（Sigma，No.A-7255）濃度為12 100 單位/g；緩沖液：將3.7 mL 冰醋酸和4.1 g 無水乙酸鈉溶于100 mL左右的蒸餾水中，定溶至l 000 mL；酶溶液：將750 mg脫支酶溶于50 mL 蒸餾水，此溶液含粗制酶15 mg（或180 單位/mL），測試當天配制；蛋白沉淀劑：ZnSO4.7H2O，10%（W/V）蒸餾水溶液；銅試劑：將40 g 無水Na2CO3溶于大致400 mL 蒸餾水中，加7.5 g酒石酸，溶解后加4.5 g CuSO4.5H2O，混合并稀釋至1 000 mL；磷鉬酸試劑：取70 g 鉬酸和10 g 鎢酸鈉，加入400 mL 10%NaOH 和400 mL 蒸餾水，煮沸20～40 min以驅趕NH3，冷卻，加蒸餾水至大約700 mL，加250 mL濃的正磷酸（85%H3PO4），用蒸餾水稀釋至1 000 mL；葡萄糖標準液：溶解100 mg 純葡萄糖于70 mL 蒸餾水中，稀釋至100 mL，測試當天配制。

1.2 試驗設備 萬能粉碎機（ZK-100B）購自北京中科浩宇科技發展有限公司；雙螺桿擠壓機（MHE36-24）購自山東智能裝備有限公司；物性分析儀（TMS-PRO）購自上海眾淵實業有限公司。

表1 日糧配方及營養成分（風干基礎）

1.3 試驗方法 試驗前先將飼料原料進行粉碎處理，過20 目篩后再用混合機混合均勻。因為本研究中的配合顆粒飼料的使用對象為母豬在哺乳期，所以試驗固定工藝參數模孔直徑為4 mm 和喂料速度為350 r/min 不變；根據熟化軟顆粒飼料高水分的特點，試驗防霉劑丙酸鈣的添加量為3 000 mg/kg，制粒前與飼料原料混合均勻。

1.3.1 影響顆粒飼料硬度和凝膠成型效果（感官評價）的探索試驗 該試驗在本課題組成功開發出熟化軟顆粒教槽料的基礎之上[10-11]，以飼料的成型狀況和顆粒硬度為評價指標，針對調質溫度、水的添加量、和螺桿轉速3 個因素進行試驗，分別討論其對飼料的凝膠成型效果和飼料硬度影響。

首先固定選擇螺桿轉速為150 r/min，調質溫度為105℃，研究水的添加量變化（25%～37%）對試驗結果的影響；再選擇固定螺桿轉速為150 r/min，調質階段添加的水分為25%，研究調質溫度變化（100～120℃）對試驗結果的影響；選擇固定調質階段添加的水分為25%，調質溫度為105℃時，研究螺桿轉速變化（150～350 r/min）對試驗結果的影響。飼料制粒后冷卻封存于密封袋中；觀察其成型情況，并于7 d 后飼料產品性質趨于穩定后測定其物理性質。

1.3.2 影響飼料糊化度的單因素試驗 ①水的添加量：稱取哺乳期母豬全價飼料原料5 份，每份1 kg，分別添加27%、29%、31%、33% 和35% 水分并混合均勻，根據前期試驗設定螺桿轉速為200 r/min，調質溫度為110℃，按照優化結果選取，確定水分的最適添加量。

②調質溫度：稱取哺乳期母豬全價飼料原料5 份，每份1 kg，加27% 水分混合均勻，設定螺桿轉速為200 r/min，調質溫度分別105、110、115、120、125℃。探究調質溫度對飼料淀粉糊化度的影響，確定調質溫度的最佳水平。

一方面,若A∈∪i∈IcsOi,則存在i∈I使得A∈csOi,于是A∈csX且A∩Oi≠?,故A∩(∪i∈IOi)≠?,從而A∈cs(∪i∈IOi);另一方面,若A∈cs(∪i∈IOi),則A∈csX且A∩(∪i∈IOi)≠?,于是存在i∈I使得A∩Oi≠?,即存在i∈I使得A∈csOi,于是A∈∪i∈IcsOi,從而cs(∪i∈IOi)=∪i∈IcsOi。

③螺桿轉速：稱取哺乳期母豬全價飼料原料5 份，每份1 kg，選取以上試驗得出的最優溫度和最適水的添加量，設定溫度為110℃、水的添加量為27%，分別在螺桿轉速為220、250、280、310、340 r/min 的條件下進行熟化加工，確定螺桿轉速的最佳水平。

1.3.3 正交試驗設計 通過前期大量的單因素試驗，減少各因素的水平數，選擇有代表性的部分因素水平開展正交試驗。根據中心組合的試驗設計原理，以水的添加量、調質溫度、螺桿轉速為因素，以哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料的糊化度為目的參數，進行三因素三水平的正交試驗設計。根據單因素試驗設計得到的結果，水的添加量的因素水平為A（29、31、33%）、調質溫度的因素水平為B（115、120、125℃）、螺桿轉速的因素水平為C（290、300、310 r/min），因素水平表見表2。

表2 正交試驗因素水平表

1.4 測定指標及方法 飼料硬度的測定：挑選外觀指標相似的熟化軟顆粒飼料，將顆粒放置于物性分析儀上，測定模式選擇為壓縮，壓縮量選擇為50%，測試前與測試后的探頭速度設為1 mm/s，測定時速度為0.2 mm/s，探頭P45。每次測定隨機選取1 粒飼料，重復測定3 次取平均值。飼料凝膠成型效果感官判定方法見表3。飼料水分含量測定：依據國標（GBT 6435-2014）方法，飼料在105℃烘箱中烘至衡重，通過計算測定出水分含量。飼料糊化度的測定采用簡易酶法[12]。

表3 飼料凝膠成型效果的判定方法

1.5 統計分析 運用 Microsoft Excel 2010 軟件對探索試驗和單因素試驗數據進行統計分析并繪圖，應用SPSS19.0.0 統計軟件，對正交試驗數據進行分析及最優生產條件優化。

2 結果與分析

2.1 影響飼料硬度和凝膠成型的單因素試驗 如表4 所示，在模孔直徑（4 mm）和喂料速度（350 r/min）一定的試驗條件下，當調質溫度和螺桿轉速一定時，飼料硬度隨水的添加量的增加而降低；水的添加量為25%時，飼料部分凝膠成型；水的添加量為28%、31% 和34% 時，飼料顆粒凝膠成型效果良好；水的添加量為37%時，飼料顆粒不成型，物料擠成粥狀流出。分析原因：物料含水率過低導致物料在機筒與螺桿間的摩擦力加大，物料不易成型；隨著物料含水率不斷增加，物料在機筒和螺桿間的摩擦力減小，物料成型易擠出，飼料的成型率上升，凝膠效果良好；當飼料中水的添加量超出一定范圍時，過多的水分不能與物料結合，飼料不易成型。因此選擇適宜的水的添加量為27%～35%。試驗過程中擠壓溫度為100℃時顆粒飼料的硬度最小，但顆粒表面粗糙，飼料顏色淺淡，凝膠成型效果差；當調質溫度高于110℃時飼料的凝膠成型效果較佳，且110℃以后隨著溫度的升高而硬度降低，因此適宜的調質溫度應該高于110℃。當調質階段添加的水分為25%，調質溫度為105℃時，在各螺桿轉速下飼料顆粒都能凝膠成型；當螺桿轉速為200 r/min 時，飼料硬度逐漸降低。因此選擇適宜的螺桿轉速應該大于200 r/min。

2.2 影響飼料糊化度的單因素試驗

2.2.1 水的添加量對哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料糊化度的影響 本試驗在模孔直徑（4 mm）和喂料速度（350 r/min）一定的條件下進行，當設定調質溫度為110℃、螺桿轉速為200 r/min 時，哺乳期母豬軟顆粒飼料中淀粉的糊化度隨著水的添加量的增加而升高，水的添加量為31%時，淀粉的糊化度最高，之后糊化度逐漸下降（圖1）。分析原因可能是當水的添加量在31% 以下時，淀粉顆粒逐漸吸水膨潤，現有的水分不能滿足高糊化狀態下淀粉的需水量；當水的添加量為31% 時，飼料中淀粉的糊化最高，此時淀粉顆粒吸水量達到峰值；因此在水的添加量大于31% 時，由于水分已滿足現有條件下的糊化狀態，更多的水分在加工過程中蒸發吸收大量的熱量，導致淀粉的糊化度下降。綜合考慮正交試驗中添加水分的因素水平為（A）為29%、31%、33%。

圖1 水的添加量對哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料糊化度的影響

2.2.2 調質溫度對哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料糊化度的影響 由圖2 可知，當固定水的添加量為27%、螺桿轉速為200 r/min 時，哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料中淀粉的糊化度隨著溫度的升高不同程度地增加。調質溫度在110℃～120℃內，飼料中淀粉的糊化度變化差值在4.52%，但當溫度大于125℃，飼料出現膨化現象，膨化會使飼料顆粒變硬，不符合本研究的宗旨。綜合以上考慮正交試驗中調質溫度的因素水平（B）為110、115、120℃。

表4 影響飼料凝膠成型和顆粒硬度的試驗結果

圖2 調質溫度對哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料糊化度的影響

2.2.3 螺桿轉速對哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料糊化度的影響 由圖3 可知，當固定水的添加量為27%、調質溫度為110℃時，哺乳期熟化軟顆粒飼料的糊化度呈先增大后減小的趨勢。螺桿轉速為310 r/min 時飼料中淀粉的糊化度最大，螺桿轉速超過310 r/min 后，糊化度急劇下降。這是由于飼料在螺桿轉速低時，物料在壓制室內受到的摩擦力小，機筒內溫度上升的慢，制粒時間長，因而飼料的凝膠成型情況良好和糊化度增加。因此，在一定范圍內，飼料糊化度隨螺桿轉速的增加而增加，但當螺桿轉速超出一定范圍內，物料在機內停留時間過短，升溫不足而導致淀粉糊化度降低。綜合考慮正交試驗中螺桿轉速的因素水平（C）為290、310、330 r/min。

圖3 螺桿轉速對哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料糊化度的影響

2.3 正交試驗結果 由表5 可知，根據飼料糊化度的極差值（R 值）的大小可以看出，影響哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料糊化度的因素為B＞A＞C，即調質溫度對哺乳期母豬軟顆粒飼料糊化度的影響最大，其次是水的添加量，螺桿轉速對其影響最小。選擇結果最佳的試驗水平，調質溫度中k3值最大，水的添加量中k2值最大，螺桿轉速中k2值最高，因此對應最優方案為B3A2C2（調質溫度為120℃、水的添加量31%、螺桿轉速310 r/min），在該最優方案的工藝參數條件下制備的哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料的糊化度高達90.1%，顆粒硬度為486 g。

表5 正交試驗設計

3 討 論

飼料加工過程中，調質、環模、模孔形狀和物料類型等諸多因素會影響顆粒成型[13]，不能通過單一的試驗把所有因素考慮在內，只能選擇若干對試驗指標影響大而現階段了解還不夠清楚的因素來研究。本試驗選取飼料中水的添加量、調質溫度和螺桿轉速作為試驗因素，首先以飼料硬度和凝膠成型情況為試驗指標進行基礎探索試驗；再研究各個因素對飼料中淀粉糊化度的影響規律。通過多次單因素試驗縮小范圍，確定最能反映生產中實際情況的因素水平值形成正交試驗，得到更為系統準確的試驗結果。采用熟化工藝生產出的飼料顆粒硬度較低，凝膠成型效果良好，飼料中淀粉糊化度的增加也有利于哺乳期母豬對淀粉能量的利用，避免母豬因有效營養物質攝入不足而出現繁殖性能下降、體況損失嚴重等問題[14]。

本研究結果表明，在飼料成型加工過程中，溫度顯著影響淀粉糊化度。在相同的加熱時間和水的添加量的條件下，豬顆粒飼料淀粉的糊化度隨著溫度的增加而升高[15]。而谷物的膨化與淀粉糊化密切相關，當淀粉凝膠化到一定程度時，谷物會發生膨化[16]。因此應該結合感官評價和飼料發生膨化的溫度，確定在實際應用過程中控制的調質溫度。水分也是影響淀粉糊化度的主要限制性參數，淀粉糊化需要結合一定量的水分，在一定的范圍內糊化度隨著水的添加量的增加而升高，而飼料加工中水分含量較低能限制淀粉的糊化程度[17]。本試驗得出，當飼料中水的添加量低于31% 時，淀粉的糊化度隨水的添加量的增加而上升；但當水的添加量大于31%時，飼料中淀粉的糊化度隨水分的添加量增加而下降。這與食品行業中對淀粉糊化的研究一致，當初始水分達到一定程度時，隨著食品中水的添加量的增加，淀粉糊化度下降[18]。螺桿轉速主要是在螺桿推進原料的過程中對淀粉糊化度產生影響，機內的壓力和溫度隨著螺桿轉速的升高而增加，淀粉的糊化度也隨之增加[19]。因此在一定范圍內，螺桿轉速的增加對淀粉糊化有益。但當螺桿轉速過高時，物料在機筒內打滑，停留時間縮短，飼料中淀粉的糊化度就會下降。研究顯示，影響小米糊化度的主要因素是溫度，其次是螺桿速度和水的添加量[20]，這也與本研究結果相似。熟化過程中的高溫蒸汽可滅活霉菌、沙門氏菌等致病菌[21]，同時試驗在飼料中添加一定量防霉劑，有效延長高水分軟顆粒飼料的保質期。目前，熟化加工技術在飼料行業中的應用仍處于起步狀態，許多關鍵技術尚需突破，關于熟化軟顆粒飼料對動物生長性能和腸道健康的影響，還有待進一步試驗研究。

4 結 論

本試驗條件下，當水的添加量31%、溫度120℃和螺桿轉速310 r/min 時，在該加工工藝參數條件下制得的哺乳期母豬熟化軟顆粒飼料的糊化度高達90.1%、水分含量為29.3%、顆粒硬度為486 g，表明該飼料具備極高的淀粉糊化度和較低的顆粒硬度，較符合哺乳期母豬的生理特點和營養需求。