膨化魚料加工質量的影響因素和關鍵控制點

韓俊巍

膨化魚料的質量控制，從飼料配方的優化設計開始，到控制粉碎粒度和混合均勻度的綜合效果；從對膨化機供料均勻性的保證，到調質系統溫度、濕度的控制效果；從膨化機主機螺桿結構設計，到出料系統切刀、模板、模頭的優化設計；從膨化腔內加入蒸汽量的控制，到烘干機料層厚度、風網系統和溫度的控制等等，只有把握好眾多的參數的優化控制，才能做出合格的膨化水產飼料。本文著重介紹了膨化機的各種參數對膨化魚料質量的影響程度以及相關參數控制的關鍵點，基于作者對膨化機結構設計和實際操作經驗的基礎上，為讀者進行一次關于合格膨化魚料的生產交流和匯報。

隨著水產養殖行業對飼料和原料的質量要求的日益提高，膨化料的優勢已經廣泛被廣大養殖戶認可。在對膨化魚料的需求量突飛猛進的大潮下，怎樣提高膨化魚料的質量，從而提高客戶的養殖效益，提高產品的市場競爭力，成為眾多飼料生產企業關注的核心技術之一。

1 膨化魚料加工質量的評估標準

如果要評價膨化飼料的合格與否，一定會有一些評價的標準，作者總結了評估膨化魚料加工質量的幾個因素，分別是熟化度、容重（膨脹度）、外觀均勻性、水分、水中穩定性、粉化率，其中，容重、熟化度、外觀是最重要的三個因素，也是起決定性作用的因素，是生產和評價膨化魚料的合格與否或者品質好壞的三個重要標尺，也是膨化魚料生產的三個重要目標。

熟化度是膨化料最內在的品質，不僅是膨化飼料優于硬質顆粒料的決定因素，也是影響水中穩定性和粉化率的重要因素，因此熟化度是膨化飼料的“內功”；熟化度和產品的容重（膨脹度）關系密不可分，熟化度高的產品，膨脹度不一定大，比如生產膨化沉性飼料；但是膨脹度大的產品，熟化度一定高。

容重是區分膨化料是浮水還是沉水的基本參數。膨脹度大的飼料容重小，為浮水飼料，一般的容重范圍在320～480 kg/m3；反之，膨脹度小的飼料容重大，為沉水飼料，容重范圍在480～600 kg/m3。

產品外觀是綜合評定產品質量的“軟”條件，外觀大小、長短的均勻性，膨化產品的表面光潔度、油脂添加噴涂的均勻性，都是能否被市場接受的“第一印象”，是衡量和評價產品優劣的基本條件。一般采取正態分布曲線來衡量產品均勻性。如圖1，曲線分布越集中，峰值越高的樣品（樣品B）的均勻性越好。

圖1 膨化飼料外觀正態分布曲線

2 原料和配方對膨化魚料加工質量的影響控制點

膨化魚料生產的關鍵控制點首當其沖的是配方因素，配方的組成百分比、選用原材料的品質、原材料的粉碎粒徑等都是影響產品最終質量的關鍵控制點，配方因素對產品質量起到關鍵作用，配方中的蛋白比例、淀粉和油脂含量比例既要適合于膨化的需要，又要保證產品的糊化度，從而達到營養要求和最佳的飼養效果。如果用單螺桿膨化機生產時，又要考慮到油脂含量的控制，避免物料隨主軸共轉而影響產能。

原料的特性中，粉碎粒徑對產品質量的影響主要體現在產品的外觀上面，對產品的外觀和光潔性的影響很大，最直觀的體現就是原料粉碎粒徑越細，膨化出來的產品外表越光潔。在調質和膨化過程中，粒度越細的飼料粒子擁有較大的表面積，對能量和水分的吸收起到促進作用，從而提升了產品的糊化度。后續烘干后，細小的顆粒由于較好的糊化作用，充分地粘結在一起，降低產品的粉化率；實際生產中對細度的一般要求為：普通淡水魚料40目左右，高檔魚料可以達到80目左右。

在原料品質的控制過程中，纖維狀和絮狀原料含量越少越好，這些物質不僅影響粉碎效率，關鍵是會使膨化機?？锥氯?，造成物料出模的不均勻，從而影響產品的外觀均勻性；從另外一個角度來講，物料細度越細，生產成本就越高，所以，控制原料細度的關鍵點就在于：第一、掌握好不同產品的市場需求，從而控制粉碎粒徑；第二、了解和掌握所使用膨化機的特性，比如螺桿結構、螺桿材質和耐磨性等。特性優越的膨化機可以減少對原料粉碎粒徑的依賴程度。

3 調質系統對膨化魚料加工質量影響的控制點

物料進入膨化機的膨化腔之前，一般都要使用蒸汽和水分對物料進行預處理，這個濕熱處理的過程就是我們熟知的調質過程。調質的作用有兩點：

第一、蒸汽濕熱調質后，物料得以軟化，更具可塑性，降低了在膨化腔中的擠壓摩擦力，避免大量的機械能轉化為熱能；

第二、通過蒸汽的水熱作用，物料淀粉預糊化，糊化的淀粉和變性蛋白可以充分發揮粘結劑的作用，充分粘結配方中的其他組分，降低后續產品的粉化率。

目前，應用的調質器種類很多，其中用在膨化機上的調質器有兩種：雙筒差速調質器和調質+保持的雙層調質器；前者調質特點是調質時間長；攪拌效果好；但滯留時間有差異，殘留量較高；后者高速調質，熟化時間可調，物料滯留時間均勻，符合“先進先出”的條件，槳葉和內壁的距離調整方便，物料殘留量較低；

影響調質系統最關鍵的三個因素分別是：調質水分、調質時間、調質溫度。調質時需要加多少水分，首先要根據粉碎后進入調質器之前的原料的水分來調整，調質后的水分目標控制值在19%～25%，如果膨化腔中也添加蒸汽的情況下，可酌情減少調質時的水分；如果調質的水分過高，物料在螺桿內的摩擦力相應減弱，主機負載下降，產品糊化度降低，出模后的水分過高，產品外觀變差，烘干成本高；相反，如果調質水分過低，物料容易產生干摩擦，物料過度受熱，容易產生焦糊，膨化產品膨脹不均勻；烘干后水分過低，穩定性變差，粉化率提高。調質溫度控制在95℃以上；調質時間推薦20～30 s，對于膨化機生產所需要物料的質量要求已經足夠，但是具體時間還要根據不同的膨化機的特性做出調整。

調質系統中蒸汽的品質和添加入調質器的水的質量要穩定，蒸汽要是飽和蒸汽，壓力在2～3 bar，配置正確的冷凝水處理裝置，保證蒸汽的潔凈；水的添加要有恒定的壓力，一般3～4 bar的水壓最為理想，溫度在40～60℃為最優選擇條件。在自來水壓力不穩定的場合，最好是有儲水罐來保證水壓力的穩定和水源的充分供給。

4 膨化機結構對膨化魚料加工質量影響的控制點

4.1 螺桿結構配置對膨化魚料質量的影響

生產優質的膨化飼料，除了配方因素、原料因素、調質因素外，膨化機的結構設計和操作也是重要的關鍵控制點之一。在影響膨化機結構設計的眾多因素中，螺桿結構和配置對產品的質量的影響是比較關鍵的，一般膨化機出廠配置中是標準配置，一旦螺桿結構和配置固定，對產品質量的影響也隨之固定，但是我們可以通過了解單螺桿膨化機的螺桿的功能來解釋螺桿結構對產品的質量的影響。以單螺桿膨化機為例，根據其工作原理可以分為三個功能區：物料輸送區、壓力設定區、最終熟化區，參見圖2。單頭螺桿一般用于物料輸送，不斷提供摩擦和剪切，積累能量和壓力，螺桿結構配置時位于物料輸送區和壓力設定區；雙頭螺桿用于需要提供高剪切、高能量的位置，提供較大的摩擦力和對物料的充分熟化所需要的機械能，一般螺桿結構分部于壓力設定區和最終熟化區；

圖2 單螺桿膨化機工作狀態

4.2 膨化機模頭對膨化魚料質量的影響

膨化機模頭是指位于模板和螺桿之間的機械結構，它的主要作用是整流、穩流和提供均勻的模板壓力分部。

物料進入膨化機的最終熟化區后，經過調質和螺桿擠壓、摩擦、剪切后的物料的狀態已經發生改變，蛋白質充分變質、淀粉糊化度劇增、物料已經處于熔融的狀態，物理狀態非常接近非牛頓流體，如果模頭是一個簡單的腔體，會出現腔體中間料流速度過快而導致出模時候物料的擠壓時間不同而產生膨脹不均勻的現象，見圖3。另外，由于模板阻力提供的回流、螺桿提供的摩擦力和剪切力產生的拖曳流的綜合作用下，物料脫離螺桿進入模頭會產生壓力降（拖曳流和回流的綜合作用），即是物料出模的最終壓力。壓力降的大小除了兩股壓力流的大小決定之外，模頭的設計對這股流體的狀態的影響也是很大的，所以模頭的結構一定能夠保證通過模頭后的流體處于壓力平穩、混合均勻的狀態（見圖4），不能有死角產生物料停滯不前從而產生焦糊料。另外，每班生產完畢一定要徹底清除殘留在模頭內的物料，以免下一班生產時產生交叉而影響產品質量。

圖3 流體通過模頭的速度差

圖4 理想的流體速度分布

4.3 膨化機模板結構對膨化魚料質量的影響

模板是提供物料形狀和大小的關鍵因素，一個合格的模板包括兩個重要的方面，一是合適的開孔面積；一是?？椎拈L徑比；

生產不同的膨化飼料的開孔面積[單位產量的開孔面頰 mm3/(t·h）]為：浮水飼料 250 mm3/(t·h）；慢沉飼料 350 mm3/(t·h）；沉性飼料 550 mm3/(t·h）。開孔面積越大：產品膨脹度低，容重大，模板提供的阻力小，回流壓力小，產量大；但是出模壓力小，糊化度低，產品水中穩定性差；所需要?？椎膫€數多。開孔面積小，產品膨化度高，容重小，模板提供的阻力大，回流壓力大，產量小，但是可以得到的出模壓力大，糊化度高，產品水中穩定性好；所需要的?？讉€數少。

長徑比是指?？椎拈L度與?？字睆降谋戎?，見圖5，一般情況下，?？字睆健?.5 mm時，L/D=1.5;?？字睆健?.0 mm，L/D=2;長徑比大，產品表面密實，趨于圓柱型，產品密度大，容重大；主機負載上升，電耗增多；產品糊化度高，水中穩定性好。長徑比小，產品表面多孔，趨于圓球型；產品密度低，容重??；主機負載下降，電耗降低；產品糊化度低，水中穩定性差；

另外，?？椎慕Y構對生產不同品種的魚料也會有所不同，一般建議設計時選用漸縮型?？?，如圖六，可以減少出模前物料在?？走吔钱a生“呆料”的機率。而且漸縮型?？椎奈锪媳砻婀饣?，出料均勻，但是膨脹度小，產品切口均為圓柱型；階梯型?？變缺砻婺Σ亮Σ痪鶆?，出料膨化度有差異，但是其也有一定的應用價值，膨脹度比較大，切口多為球形，見圖7。

圖5 不同的?？组L徑比

圖6 不同的?？捉Y構

圖7 不同類型的?？桩a品出模情況

4.4 膨化機切刀結構對膨化魚料質量的影響

切刀對質量的影響主要體現在產品的外觀上，切口是否整齊、切割后的產品是否有拖尾現象、切割是否成簇狀等問題均和切刀有一定的關系。切刀角度要和模板平面保持適當的傾角，一般切刀與模板表面控制在3～5°的傾角；刀片數量根據產品的要求、?？字睆?、產量等確定，要求排列均勻；刀片質量，最好用耐磨鋒利刀片，減少產生鈍刀的機會；刀片設計和模板配合，?？椎木嚯x要和刀片角度布置相對應，避免切割產品的簇狀現象；及時更換刀片，避免產生“拖尾”產品；刀片與模板距離可以在線調節，以避免“拖尾”料；切刀切割飼料情況見圖8。

圖8 刀片切割過程

5 膨化機操作因素對膨化魚料加工質量的影響控制點

5.1 主軸轉速的對膨化魚料質量的影響

在操作膨化機的時候，除了注意調質器內水、蒸汽的加入量之外，更重要的是膨化機本身的操作，其中比較重要的一點是膨化機主軸的轉速。

主軸轉速越快，螺桿剪切力越大，提供給物料的能量越多，物料壓力積累越大，產品的糊化程度越高，膨脹度越大，容重越輕；試用于生產浮水性魚料；轉速快，壓力分布不均勻，回流壓力大，破壞了物料出模時的壓力均布，產品外觀會受到影響；

主軸轉速慢，剪切力小，物料得到的能量有限，糊化度得不到保證，出模壓力降低，產品容重大，膨脹度??；適用于生產沉性魚料；轉速慢，會降低膨化機的產量，尤其對單螺桿，引起產品出模壓力過低，不能夠形成膨化；主軸轉速對產品的影響見圖9。

一般而言，生產浮水性飼料在400～600 r/min生產沉性飼料在350～550 r/min。

5.2 膨化腔內水添加量對膨化魚料質量的影響

膨化腔內的水分含量和調質水分的控制密切相關，但是也可以通過膨化腔內加入蒸汽的方式對物料提供能量和水分。水分含量提高對膨化機參數的影響見圖10，水分含量提高，SME和主機的扭矩會因為水分的潤滑作用而降低，從而降低膨化腔內的壓力和溫度，適合生產沉水飼料。一般調質水分控制在19%～25%，而進入主機膨化腔后的水分控制在25%～30%之間，即蒸汽提供的水分控制在5%～6%的范圍。

圖9 主軸轉速對膨化機操作的影響

圖10 膨化腔水分含量對膨化機參數的影響

膨化腔內水分含量與產品的容重也有著密切的關系，見圖11所示，水分含量少或者是不足時，淀粉的糊化度會受到影響，但是產品的容重在一定范圍內還可以達到市場要求，但是產品的色澤較深，很容易產生焦糊現象或者疑似焦糊狀產品；在一定范圍內水分越高，產品的容重就越大，適合做沉水飼料，且有利于調整水分參數。水分的高低對產品的硬度和水中穩定性也有重要的影響，一般24%～30%水分含量的產品硬度趨于穩定，實際生產中多采用這個控制范圍。

圖11 膨化腔水分含量對容重的影響

5.3 喂料量對膨化魚料質量的影響

膨化機喂料量增加，產量相應提高，這會使單位時間通過的物料增多，物料平均得到的能量減少，而導致物料的溫度下降，螺桿內物料的充滿系數增大，電機的扭矩增大，膨化腔內的壓力增大，見圖12。另外，喂料量的增加會直接影響到產品的容重，使得產品的容重增加明顯，見圖13。所以，在操作的過程中，每次產量的提升一定是均勻而穩定的，并且產量提升后要實時監測產品的容重，只有產品容重穩定后再進行產量進一步提升。

圖12 喂料量對膨化機參數的影響

圖13 喂料量對產品容重的影響

6 烘干機操作因素對膨化魚料質量影響的控制點

烘干效果的好壞直接關系到產品的最終水分。烘干水分過高，產品不合格，儲存時間短，壽命短；烘干水分過低，在包裝和運輸過程中容易造成較高的粉化率，在飼喂過程中，吸水率也會受到影響，產品硬度過大，不利于魚類攝食。烘干水分均勻性的控制也很關鍵，要根據產量和烘干機種類控制烘干機內料層厚度和料層的均勻性；控制風速和進風溫度；控制排濕和循環風量；控制烘干機烘干時間。

7 結語

影響膨化魚料質量的關鍵點分布于原料品質、配方設計、調質結構、蒸汽和水的質量、膨化機結構性能、膨化機操作因素以及后續的流程設計的合理性、膨化料運輸提升機的選型和操作、油脂噴涂的控制、冷卻的效果等眾多的因素中，影響質量的因素多達幾十個，這些因素相互關聯又彼此獨立，所以要得到合格的膨化魚料，需要生產者統籌管理，綜合分析，從整條生產線大局出發，才能及時高效地保證產品的品質穩定。