饲料加工工艺对淀粉消化特性影响的研究进展

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摘要：为探明粉碎加工、挤压膨胀、调质质粒等饲料加工工艺对淀粉消化特性的影响，针对饲料加工工艺、淀粉消化特性等进行深入剖析，结果发现，无论是粉碎加工工艺、挤压膨化工艺，还是调质质粒工艺，对淀粉消化特性的影响均有不同的特点及侧重点。为此，在实际选用饲料加工工艺的过程中，为满足动物生长能量需求、健康生长要求，需重点关注加工条件、工艺技术等对饲料淀粉理化性质的关键作用，以保证动物对营养物质的吸收效果，同时操作人员还需结合不同动物的消化特征，选择恰当加工工艺，以便为不同动物的营养物质吸收质量提供保证。

关键词：饲料加工工艺;淀粉消化特性;粉碎加工工艺;挤压膨化工艺

在我国饲料工业的发展建设中，饲料加工工艺展现出多种多样的特点。据中国饲料工业协会官网发布的2023年6月全国饲料生产形势，2023年6月，全国工业饲料产量2 629万t，环比下降1.3%，同比增长9.6%。上半年全国工业饲料总产量14 930万t，同比增长7.0%。在这种数据的增长中，饲料加工工艺所发挥的作用不容忽视。本研究将围绕不同饲料加工工艺对动物淀粉消化特性影响的变化，做出全面探究分析。

‍1 饲料加工工艺概述

在饲料加工工艺的类型划分中，主要可分为以下三种。

一是粉碎加工工艺。在饲料粉碎加工中，需首先做到所需粉碎原料中细粉尘、粗杂物等的初清筛，同时需做好铁磁金属物磁选，而后使用粉碎机粉碎成粉状饲料，并进入中间配料仓。对于鱼粉、糠麸等无需粉碎的原料则直接进入中间配料仓。随后在添加剂配料仓中做好一次稀释添加剂的加入，各仓粉料需基于配料计量装置、依照饲料配方配比，逐一计量饲料粉料，并于混合设备中做到充分、均匀混合，最终形成粉状配合饲料。对于一些需压粒的饲料，则需利用压粒系统成型。在该工艺的实际应用中，主要有以下7个特点需重点关注：①在称重配料的过程中，能够保证其配比的精准性，一般情况下能够将误差控制在0.3%～0.5%，清仓作业的开展也更为高效;②能够提供更多配料仓，常规情况下的配料仓容需供6～8h配料生产使用;③可根据原料品种的不同分别粉碎，但如粉碎种类的调换过于频繁，整体清理、操作会更为复杂，时间也会产生更多损耗;④饲料加工工艺之中，粉碎机的利用频率较高，依照具体需求可选择不同粉碎粒度;⑤粉碎工艺的使用，对配方频繁更换、自动控制工作开展均十分有益;⑥粉碎加工工艺更适用于在大中型饲料厂内使用，主要因为其具备造价较高、整体工艺较为复杂的特点;⑦该工艺能够做到分批混合，混合质量也能得到有效保证。无论哪种添加剂，都能在混合工序的作用中，于饲料中均匀混合，均匀度一般在1/10万。

二是挤压膨化工艺。在该工艺的实际应用中，本身涵盖加热、混合、杀菌、破碎、蒸煮等多种功能，能够实现饲料加工的连续操作及系列单元操作，其技术原理如图1所示。

1.传动箱 2.喂料螺杆 3.喂料螺套 4.阻力圈 5.压缩螺杆

6.压缩螺套 7.抱箍 8.挤出螺杆 9.挤出螺套 10.模板

图1 挤压膨化工艺原理

整个工艺技术呈现出成本能耗低、实际操作方便简单的特点，高品质、高产量、多功能是挤压膨化工艺的主要优势。经过挤压膨化的饲料营养成分，其消化率、保存率均会展现出较高的特点。在实际应用中，挤压膨化工艺的原理主要为，在饲料已经被输送至挤压膨化机中后，经过螺旋及螺杆的作用，饲料即会以轴向移动形式不断向前移动，同时，饲料和螺旋、机筒均会在挤压膨化机中产生一定程度上的摩擦，饲料就会受到强烈搅拌、挤压作用，这时饲料就会得到进一步均化、细化。而后伴随挤压膨化机内部压力的不断增大，其内部温度也会持续升高，由此饲料就会在高剪切力、高压高温等条件的作用下，产生物性方面的变化，从粉状变为糊状是主要变化特点。其中，①蛋白质会重组、变性;②淀粉会裂解、糊化;③致病细菌会被成功杀死;④纤维会产生部分降解;⑤其中所蕴藏的有毒成分也会在这种条件作用下失活。而在糊状饲料自模孔喷射而出，强大压力作用会使饲料水分出现急骤汽化、饲料也会在此基础之上被膨化，就此膨化饲料产品随之产生，并具备酥脆、多孔、疏松的特点，饲料挤压膨胀目的由此达成。

挤压膨化加工技术，一般情况下可划分为湿法膨化、干法膨化2种方式。其中，前者一般在宠物、断奶仔猪的膨化颗粒饲料生产中较为常用，整个应用流程为在饲料送到膨化设备前，需以蒸汽方式或加水方式开展调质作业，而后进入膨化机制出颗粒饲料(多孔状)。而后者在应用过程中，不需进行饲料前期调质，仅需在原料中添加适量油脂、水，而后进入膨化机，经过膨化机处理即可得到饲料。需要及时关注的是，经过膨化处理的饲料原料，其细胞壁内含的木质素、纤维会遭到破坏，其成分消化率就会在这种情况的影响下迅速提升。据相关研究人员的分析，如果饲料受到高温膨化作用，其糊化度高达80%以上，更容易被动物吸收。

三是调质质粒工艺。在饲料加工生产过程中的调质，本身指在制粒膨化工艺发挥作用前期，于粉料阶段应用的工艺。在饲料进入到混合机后，直至其到达制粒机环模腔间，所发生的全部改变、添加操作均属于饲料生产调质。同时，颗粒饲料本身所具备的优势也较为显著，如有助于动物吸收消化、不易发霉、容易保存等。而在调质质粒加工工艺的使用中，需明确会对饲料颗粒质量产生影响的第一要素即为“调质”，在影响饲料固定成型的加工要素中，“调质”占比能达到60%。饲料进入混合机后其固定成型基本无法改变，因此就需及时关注到“调质”操作，以推进原料向饲料的充分转变(质变)。同时，在调质时需重点关注时间、温度、水分这三大要素。具体注意事项如表1所示。

2 淀粉消化特性研究

淀粉分为直链淀粉和支链淀粉，主要是由80%支链淀粉与20%支链淀粉组成，也是高分子碳水化合物，含有葡萄糖分子，而且淀粉、口腔、胃部以及肠道都有助于消化的效果，并且消化速度较快，较好消化。而在淀粉的实际消化之中，会经过多个器官、涉及酶种类也较为丰富，具体如下：①口腔消化，当含有淀粉的食物进入口腔后，通过牙齿的咀嚼和研磨作用，淀粉颗粒变得较小。随后，唾液中的唾液淀粉酶开始工作，将这些淀粉颗粒分解成麦芽糖和糊精，这些简单的糖类随后可以通过食管进入胃内;

②胃消化，尽管胃本身不含有消化淀粉的酶，但是胃内的胃酸和肌肉蠕动有助于食物的物理消化，胃酸与食物混合，促进淀粉的进一步磨碎，这有助于后续的小肠消化;

③小肠消化，在小肠中，胰腺分泌的胰淀粉酶以及其他消化酶负责将糊精、麦芽糖等进行更进一步的分解，使其成为葡萄糖，以便于被动物小肠吸收，进入血液供躯体利用。

3 饲料加工工艺对淀粉消化特性的影响

3.1粉碎加工工艺对淀粉消化特性的影响

在饲料加工中，粉碎是保证饲料生产效果的第一道工序，主要物理作用力应用，实现淀粉颗粒性质、结构等改变的目的，其中包含的物理作用力包含剪切力、摩擦等。在粉碎加工工艺的使用中，天然淀粉结晶度会有较为显著的减少，颗粒表面也会形成“疏松多孔”形态结构，上述种种情况的发生，对淀粉吸水率、淀粉溶解度等的理化性质改善均有不容忽视的重要作用，最终，就会影响淀粉消化率。但在饲料经过球磨机的处理之后，马铃薯淀粉结构也会出现明显降低的情况，淀粉糊化热也会随之降低、其吸热峰值移动至低温方向。同时，在实际进行饲料原料粉碎的构成中，马铃薯淀粉结晶区域也会出现被破坏的情况，在淀粉颗粒方面起到消化作用的消化酶，其整体效用会产生明显提升。这也就从侧面验证了“粉碎后马铃薯淀粉，更有利于动物吸收、消化”这一观点。此外，粉碎这种工艺，对于谷物结构的破坏作用也较为显著，淀粉消化速率也会因此得到有效提升。

经过上述剖析与阐述发现，原料粉碎粒度与动物消化率提升、营养吸收效果提升之间，是一种正相关关系，基于粉碎粒度的区分，淀粉理化性质、消化特性也各不相同。如细颗粒淀粉具备硬度低、没有定形构象、比表面积更大等特点，因此其消化程度、速度等都更快。有学者采用外源淀粉酶、葡萄糖苷酶等，展开了猪口腔环境、猪胃部环境的模拟。以测定淀粉酶在小麦、高粱等谷物消化中的作用，验证其扩散速率、回肠消化率等，结果表明“粉碎粒度与“淀粉酶解速率”成反比。关于一般猪饲料在最佳粉碎粒度区间的划分，在不同阶段会有一定区分，但基本控制在500～1 600，而在饲料粉碎粒度出现过粗或者过细的情况时，均会对动物吸收消化饲料影响物质造成较为明显的影响。

据文献表明，在饲料中糙米的粉碎粒度出现改变时(从800提高至600)，育肥猪、断奶仔猪对饲料中干物质、淀粉的消化吸收率都会产生显著提升，但是，当糙米的粉碎粒度在400时，其和糙米的粉碎粒度在600时对比，则没有显著变化。

通过分析也能发现，在饲料加工中粉碎工艺不可或缺，这种工艺通过机械作用改变饲料内部凝聚力，使其发生分裂，这对饲料物理形态的改变起到直接作用。关于饲料营养品质提升需保证其有合适的粉碎粒度，动物营养物质消化率也会在这种情况下有明显提升，当然对饲料调质、膨化、制粒等时间的缩短也大有裨益，能够为饲料颗粒均匀度提供保证。在常规状态下，饲料原料内部含有的蛋白质、脂肪等，一般存在于淀粉分子的表面上，之所以产生这种情况的主要原因是淀粉本身一般不会有糊化现象的产生。但是，在饲料原料已经被粉碎过后，饲料的外表皮被破坏、整体颗粒度也明显变小，在这时，淀粉就会极易产生糊化问题。与此同时，在饲料原料的粉碎中，其如果比表面积越大，那么其粒度就会变得越小，这就会直接导致淀粉糊化程度的迅速提升、除此之外，饲料原料的粉碎加工，除了能将动物对营养物质的消化率、吸收率进行有效提升之外，对后续工作开展也十分有益。上文已经提及饲料原料经过粉碎，其颗粒会随之变小，这对改善食糜流动性、提升消化率等均有积极的促进作用。需要注意的是，虽然饲料颗粒度变小对动物吸收率提升有积极一面，但是并不是越小越好，如果其存在过大情况，饲料营养成分稳定性就会受到影响，而如果过细就会造成饲料营养物质无法被完全吸收、消化。

3.2挤压膨化工艺对淀粉消化特性的影响

淀粉在调质、挤压过程中的高温、高压及水分的综合作用下发生糊化。具体过程为从蒸汽调质开始粉料混合物中淀粉开始吸收水分溶解，并失去原有的晶体状结构。在挤压过程中，随着水分、温度、压力的进一步增加，淀粉的溶胀作用也进一步加剧，到一定程度时淀粉粒开始破裂，此时淀粉开始糊化。当挤压的物料被挤压出冲模时，因压力突然降到大气压，淀粉粒急剧破裂，糊化度也相应急剧提高。挤压过程中的温度、压力大小直接影响着淀粉的糊化度。相关研究发现，含水量为25%时玉米淀粉的最佳膨化温度在170～200 ℃，在此范围内糊化后淀粉的体外消化率能达到80%，相对于膨化前消化率(18%)有极大提高。研究人员发现在65～110 ℃范围内淀粉糊化度随温度升高而升高，但随着送料速度的增加淀粉糊化度下降。

不同来源的淀粉开始溶胀裂解的温度不一样，谷物淀粉一般在55～60 ℃时开始溶胀，但豆类淀粉溶胀温度为55～75 ℃。原料中淀粉的含量对产品的糊化度也有很大影响。能量输入与淀粉的糊化度有显著关系，随着能量输入淀粉的糊化不断加速，但不成线性关系，因而能量输入适当时，淀粉膨化度可明显提高。选用性能较好的挤压膨化机，如双螺旋杆挤压膨化机可使淀粉的糊化度达到85%以上。除了膨化外，在调质、挤压膨化过程中淀粉还有一部分水解成糊精，这种水解后的糊精能刺激幼年宠物胃酸的产生，以维持胃内的低pH，促进胃内蛋白酶的消化作用以及抑制有害微生物的繁殖。

经过膨化处理后的饲料原料，会具备有香味、疏松、蓬松的特点，糊化的程度也会较高，对动物产生的诱食效果较为明显。饲料内含的蛋白质、脂肪长链结构也趋向于断链结构，动物对其吸收也更加容易。而经膨化作用下的淀粉会出现下述两种变化。

一是在饲料的膨化操作中，淀粉分子致密晶体会得到及时拆散，这一晶体结构就会随之产生氢键断裂、吸水解体等现象，这就意味着膨化后淀粉颗粒会产生破裂情况，而后成为黏稠熔融体。在膨化设备的出口位置出现瞬时压力突然下降的情况时，蒸汽也会马上出现大量流失情况，造成膨化淀粉颗粒出现瓦解、随即糊化，饲料随之制成。

二是淀粉出现降解情况，其分子量出现较为明显的减小，而在赋予裂解作用后，会有麦芽糊精等的产生，已经糊化淀粉与普通淀粉相比，需要具备更强的吸水性、黏接效用，这样饲料生产过程中，淀粉用量也就会产生明显减少，更多的选择就能提供给其他原料。

在具体生产中，饲料营养品质也会受到膨化工艺参数影响，能够进行有效控制的参数包含模板开孔率、螺杆转速、喂料速度等，能够控制的变量包括含水量、饲料颗粒度等。在上述因素的共同影响作用下，饲料营养物质品质就会随之产生改变。其中需重点关注喂料速度，其大小会对饲料于膨化机中滞留时间长短产生直接影响。

除此之外，如果有饲料吸收设备摩擦、机筒剪切等问题的发生，就会有相应热量的产生，这种现象就会对淀粉糊化形成促进作用，同时会作用于热敏性抗营养因子失活。同时需要注意，机筒温度的持续性提高会推动分子间量增长，淀粉间氢键遭到破坏、糊化反应速度也会在这种情况下有明显提升，但在120℃后，会逐步趋于平缓，然后，温度过高情况的存在，还是会导致淀粉黏合饲料组分的能力，有明显的降低、氧化反应会随之增强，维生素损失难以避免，基于这种情况的产生，需保证机筒温度的适宜。

在挤压膨化的操作中，能够对饲料营养品种造成影响的关键参数也包含“螺杆转速”，这种转速如果变快，物料、螺杆间摩擦、剪切等多方面的作用均会显著增强，这种情况的产生就会使维生素产生氧化分解、蛋白质也会发生变形，淀粉糊化程度及其发生率也会随之降低。在其转速出现过高的情况时，淀粉的降解会随之变得更容易。有学者指出，在螺杆转速大时，膨化机中饲料的停留时间会明显变少，难以做到腔体热量的充分吸收，饲料产品膨化率随之下降。

3.3调质质粒工艺对淀粉消化特性的影响

在实际进行饲料调质的过程中，需明确该工序处于制粒工艺展开之前，同时，饲料调质也会对其营养品质高低产生直接影响。整个调质的过程中，水蒸气的效用十分关键，将湿热、压力共同作用调质过程中，其理化性质就会产生直接的改变。在这一过程中，饲料会有淀粉糊化情况的发生，其中，蒸汽对于饲料的效用主要是浸润，目的在于保证后期饲料颗粒加工的效果。同时，能够对饲料调质造成影响的因素还包含时间、蒸汽质量、温度等多个方面，调质参数的调整也会对饲料颗粒质量、营养品质等产生直接影响。此外，相关调查表明，高质量蒸汽于饲料中的冷凝能够促进调制器内温升高，饲料每吸收1%的蒸汽，物料的温度会上升11℃左右。然而，蒸汽量过大、温度过高或压力不合适会引起颗粒饲料质量下降。饲料在调质过程中经水热处理，淀粉转变成糊化淀粉，黏度增加，提高颗粒质量。研究发现，随着温度的升高，蒸汽量越大，淀粉糊化程度越好，当温度达77℃时，玉米淀粉发生完全糊化。一般来说，淀粉的糊化度与调质温度成正比，但温度过高易导致饲料中发生美拉德反应、酶制剂及维生素的失活、降低饲料的营养价值。

二是制粒工艺流程，主要在于以机械力赋予饲料压缩强制作用，在通过热调质、水调质后，使饲料粉料经过模孔并发生聚合，进而成为膨化饲料、软硬颗粒饲料的过程。饲料原料经过制粒机的摩擦挤压作用，温度升高，同时压力增大，使得淀粉糊化、蛋白质变性、纤维素分解酶和戊聚糖酶的活性进一步提高，饲料发生了物理化学变化，提高了饲料营养物质的品质，提高了饲料的消化率。在制粒过程中，环境和温度是影响饲料营养品质和颗粒质量的主要因素。环模压缩比直接影响饲料营养品质及消化率。选用较小的环模压缩比可以大幅提高调质温度，提高玉米淀粉的糊化度、饲料的适口性以及饲料加工的经济效益。陈山等研究发现，淀粉的糊化度高低与制粒机环模压缩比的大小成正比，淀粉在制粒过程中充分发生糊化，提高了代谢能力。环模直径与厚度很大程度上影响颗粒饲料质量。相关研究表明，当环模厚度从60 mm逐步减少为50 mm，颗粒饲料的耐久性指数降低3.3%;环模厚度为60 mm时，颗粒饲料的耐久性指数最高。

除此之外，制粒过程中，温度这一因素也会对饲料营养品质造成较为明显的影响。在制粒机中会产生充分挤压、摩擦作用，饲料温度就会在这种情况下产生明显提升，饲料淀粉蛋白质变性、糊化度等也会提升。制粒工艺技术的实际应用，对粗脂肪消化率、蛋白质消化率、淀粉消化率均有影响。在实际进行制粒作业时，机械设备产生的摩擦、挤压作用，对破坏饲料中脂肪细胞壁十分有益，这更有助于营养物质的释放。

4 结语

饲料加工工艺的创新、革新直接关系到整个产业发展的稳定可持续，而实际进行饲料加工工艺研制的过程中，工艺选用对动物所需营养物质消化性的影响，是需重点考量的问题。本研究针对饲料加工工艺对淀粉消化特性的影响，做出了深入剖析，并以饲料加工工艺中较为有代表性的三种工艺技术为例，分析其对动物淀粉消化特性变化的重要性，希望能为饲料加工过程的工艺参数优化、调整提供建议，保证动物的正常、健康生长。
本文来源：饲料智造工场

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