热天气条件下的动物饲料造粒方法与流程

1.本发明涉及一种热天气条件下的动物饲料造粒方法。


背景技术：

2.动物饲料造粒的目的在于将口感不佳且难以处理的细碎(有时呈粉末状)饲料原料通过加热、加湿、加压而形成较大的颗粒。与未造粒的饲料相比，此类较大颗粒更易处理，口感更佳，且通常能够得到更好的饲喂效果。
3.与糊状饲料相比，造粒饲料因如下原因而使得动物能够更好地增重：(a)调质处理和造粒过程中产生的热量使淀粉分解，从而使得饲料物质更易消化；(b)造粒处理将饲料压实成密集形式；(c)造粒处理最大程度地减少进食过程中的浪费。
4.具体而言，对饲料成分进行的加湿、加热、加压产生一定程度的糊化作用，从而使得动物和禽类能够更好地利用此类成分中的营养物质。举例而言，当喂养造粒饲料而不是糊状饲料时生猪能增重约10～15％。
5.造粒系统通常至少包括如下部件：
6.1.用于将原料混在一起而形成糊状饲料的混料器；
7.2.用于糊状饲料的糊化的蒸汽调质器；
8.3.用于将调质后的糊状饲料成型为颗粒的造粒模具。
9.糊状饲料的水分含量对成品颗粒的结构尤为重要。当水分太少时，营养物质可因美拉德(maillard)反应(其中，赖氨酸与糖分反应)而分解，而且在物理层面上，由于糊化作用的减弱，饲料颗粒可易于因崩解而产生更多细粉。然而，水分太多也会产生问题，因为糊化作用的增强可导致饲料颗粒过粘且堵塞设备。
10.在热带气候中，原料中的水分含量会因热天气条件而普遍降至小于12％，低于最佳含量。虽然所得颗粒具有令人满意的颗粒耐久性指数(如94％)，但显微检查结果清楚地表明，颗粒质量因美拉德反应而降低。然而，环境中的热量使得难以增大水分含量，而且难以确保调质过程中糊状饲料的水分的保持。
11.因此，本发明的目的在于提供一种热天气条件下的动物饲料造粒方法，以克服上述问题。


技术实现要素：

12.在本发明的一个方面中，提供一种动物饲料造粒方法，包括如下步骤：
13.将饲料原料与组合物和水在混料器内混合，以将所得糊状饲料的水分含量增加至第一最小预定值；
14.将所述糊状饲料引入至蒸汽调质器内，在所述蒸汽调质器内将所得的调质糊状饲料的水分含量增加至第二最小预定值；以及
15.使用造粒模具，对所述调质糊状饲料进行造粒，
16.其中，所述组合物包括至少一种无机潮解剂。
17.在一种实施方式中，在所述混合步骤后，所述糊状饲料的水分含量增加至约12～14％(重量百分比)的第一预定值范围。通过所述蒸汽调质器，所述调质糊状饲料的水分含量一般增加至约14～17％(重量百分比)的第二预定值范围。
18.有利地，混合后糊状饲料的水分含量(约12～14％)高于热天气条件下现有技术系统的混合后糊状饲料的水分含量(通常小于12％)。在所述潮解剂的作用下，糊状饲料更为有效地保持水分，从而使得其通过蒸汽调质器之后，糊状饲料的水分含量上升至约14～17％这一最优水平，实现糊化作用的改善。与此相对，现有技术系统在热天气条件下的混合后状饲料的水分含量低于14％，因为混合后糊状饲料的温度更高，通常会在所述调质步骤当中限制水分的吸取。
19.这一点体现了对已知方法的改进，在造粒的某些方面上提高了质量。例如，在已知方法中，虽然可通过在糊状饲料中加入表面活性剂而减少细粉的产生，但是由于此类表面活性剂具有亲脂特性，因此减少了水分的吸收，进而限制或降低了营养物质的含量(kim&walker1992)。
20.优选地，所述糊状饲料在混合后的水分含量约为13％(重量百分比)，经调质的糊状饲料的水分含量约为16％(重量百分比)。
21.在一种实施方式中，所述水分含量通过在104～105℃的烘箱中干燥2～3小时(通常在104℃下干燥3小时)的方式测量。该方法即“干燥失重”法，用于通过比较干燥前后的重量而确定水分含量，也称美国国家饲料检测协会(nfta)法2.1.4或美国官定分析化学家协会(aoac)官定法935.29&945.15，其能够实现与卡尔费休(karlfischer)滴定法的“黄金标准”最为接近的测量结果。需要注意的是，传统的aoac930.15法(135℃下2小时)往往会严重高估动物饲料的水分含量(原因在于，过高的温度使得挥发性化合物汽化蒸发)。虽然aafco实验室方法与业务委员会(laboratorymethodsandservicescommittee)水分方面最佳实践工作组(moisturebestpracticesworkinggroup)已在2018年1月建议停止使用该方法，但其目前仍然是现有造粒系统的常用方法。
22.在一种实施方式中，所述无机潮解剂包括氯化镁和/或氯化钙。
23.所述无机潮解剂一般以0.001～0.05％(重量百分比)(优选0.004～0.008％)(重量百分比)的比例与所述糊状饲料相混合。然而，可以理解的是，该潮解剂也可以高达0.5％(重量百分比)的比例与所述糊状饲料相混合。
24.在一种实施方式中，所述组合物为dmx-7，包括48～53％的丙酸，1～12％(优选3～5％)的氯化镁，0.25～0.35％的氯化钙以及26～38％的水。dmx-7可从delstasiasdnbhd公司获得。
25.在一种实施方式中，所述组合物基本上由48～53％的丙酸，4～5％的氯化镁，0.25～0.35％的氯化钙以及35～38％的水组成。
26.所述组合物一般进一步包括氨，氢氧化钠，甘油及谷氨酸一钠当中的任何一种或其任意组合。这些成分有助于维持所述潮解剂的有效性。
27.在一种实施方式中，所述组合物基本上由48.3％的丙酸，4.4％的氯化镁，0.3％的氯化钙，26.2％的水，6.6％的无水氨，10.2％的氢氧化钠及4.1％的甘油组成。
28.在一种实施方式中，所述组合物基本上由48％的丙酸，3.8％的氯化镁，0.3％的氯化钙，26％的水，6.5％的无水氨，10.2％的氢氧化钠，3.7％的甘油及1.5％的谷氨酸一钠组
成。
29.在一种实施方式中，针对每吨饲料原料，向所述混料器中加入1～4千克(通常为1～2千克)的dmx-7。
30.在一种实施方式中，针对每吨饲料原料，向所述混料器中加入2～4％(重量百分比)的水。
31.在一种实施方式中，该方法实施于环境温度为至少25℃，典型为至少30℃，更典型为至少35℃，甚至更加典型为至少40℃的热天气条件下。
32.在一种实施方式中，所述糊状饲料在所述蒸汽调质器内处理30～120秒。应该理解的是，现有处理时间一般为25～30秒。然而，处理时间延长易于提供更好的造粒质量。
33.因此，即使当糊状饲料以38～48℃的温度(常见于热带气候)进入蒸汽调质器时，与10～25℃的温度(常见于温带气候)相比，糊状饲料内的潮解剂仍能确保水分的吸收与保持。
34.在一种实施方式中，所述造粒模具的压缩比约为17～20。该模具一般具有55～60毫米的厚度，并设有直径为3～3.5毫米的模孔。与此相比，现有系统的压缩比为13～16。
35.由于颗粒越细，热量透入效果越好，因此3毫米的颗粒直径优于4毫米的颗粒直径。颗粒越大，摩擦力越大，从而使得颗粒被灼焦。
36.在一种实施方式中，所述颗粒在从造粒模具脱出后，在冷却器内冷却。
37.在一种实施方式中，使用上述nfta法2.1.4，测量原料、糊状饲料、经调质的糊状饲料、从造粒模具脱出的颗粒以及/或者冷却器内的颗粒的水分含量。如此，可实现在整个造粒过程中对水分含量的追踪。
38.在本发明的另一方面中，提供一种对动物饲料的原料进行造粒的方法，包括将1～4千克/吨(通常为1～2千克/吨)的dmx-7和2～4％的水与所述原料混合的步骤。
附图说明
39.本发明便于结合附图进行进一步的描述，附图所示为本发明能够采取的形式。除此之外，本发明还能采取其他形式，因此附图所示的具体情形不应理解为凌驾于本发明上文所述的普遍情形之上。
40.图1为根据本发明实施方式的动物饲料造粒方法所用设备的示意概视图。
41.图2所示为水分、热量、停留时间及剪切作用对形成(a)劣质颗粒和(b)优质颗粒的影响。
42.图3(a～e)为整个糊化范围内玉米淀粉颗粒的形态变化的显微镜图像。
43.图4为(a)劣质颗粒和(b)优质颗粒的图像。
44.图5为糊状饲料水解效率相对于环境温度的变化图。
具体实施方式
45.结合图1，所述动物饲料造粒方法所用设备包括将饲料原料混合于一起的混料器2。由于带式混料器比叶片式混料器更为有效，因此混料器2优选为带式混料器。所述原料可包括含量例如为55％重量百分(w/w)比的碎玉米，25％重量体积百分比(w/v)的豆粕，维生素等。饲料原料的混合物的示例如下表1所示。
46.表1：玉米类
47.48.[0049][0050]
表2：玉米类(续表)
[0051]
[0052][0053]
表3：玉米类(续表)
[0054]
[0055][0056]
表4：小麦类
[0057][0058]
[0059]
表5：小麦类(续表)
[0060][0061][0062]
虽然热天气条件下的原料的平均水分含量(一般不高于9～12％)小于冷天条件，
但是可以理解的是，这一状况随组成成分的不同而不同。例如，虽然玉米/大豆混合物的水分含量一般为11～11.5％，但是通过在该混合物内添加小麦，一般能够将其水分含量降至9％左右。因此，在以小麦为食物原料的主成分的情形中(例如，如表4～5所示)，水分含量一定程度上低于玉米类原料。
[0063]
进一步结合图5，该图所示为糊状饲料水解效率与环境温度关系。在冷天条件下(例如，见于温带气候)，糊状饲料的吸水状况相对较好，蒸汽调质后的水分含量为16～17％。然而，在热天气条件下(例如，见于热带气候)，吸水状况减弱，蒸汽调质后的水分含量仅为12～14％左右。此时，如果不对糊状饲料进行进一步处理，所得颗粒的质量将会较差。
[0064]
根据本发明的实施方式，原料与约0.1～0.4％重量百分比(即1～4千克/吨)的dmx-7混合。dmx-7包括48～53％的丙酸，1～12％(优选3～5％)的氯化镁，0.25～0.35％的氯化钙以及26～38％的水。
[0065]
可以理解的是，氯化镁和氯化钙为吸水的无机潮解剂，能够确保在整个造粒过程及该过程之后保持水分。相应地，在该例中，潮解剂与糊状饲料的比例大约为0.00325～0.0214％(重量百分比)。然而，可以理解的是，在合适的情况下，也可使用更高的潮解剂水平(例如，反刍动物能够承受的0.5％(重量百分比)以内水平)。
[0066]
丙酸为一种抗微生物剂，有助于确保糊状饲料制成的颗粒具有抗微生物生长和降解的能力。与大多数化合物一样，dmx-7的抗微生物活性随时间的推移而降低，但其半衰期依然为1个月左右。
[0067]
上述混合物内还加入水，加入量通常为2～4％重量百分比，以将水分含量优选增加至至少12％，更优选增加至约13％。
[0068]
在混合后约4～6分钟后，所得糊状饲料通过链条式输送机4和斗式升降机6传送至蒸汽调质器10的进料装置8。
[0069]
在蒸汽调质器中，蒸汽对糊状饲料加热30～120秒(行业标准为25～30秒，且难以改变，但越长越好)，以使得原料内的淀粉发生糊化。糊化作用使颗粒中的淀粉更易消化，并确保糊状饲料微粒彼此结合，从而减少细粉。水分含量同样增大，优选增加至至少14％，更优选增加至约16％，从而使得营养物质不会发生美拉德反应导致的分解。dmx-7确保蒸汽透入糊状饲料内，从而有效地保持水分。
[0070]
然后，调质后的糊状饲料送入造粒腔12内，该造粒腔12内设有由电机14驱动的造粒模具。其中，将调质后的糊状饲料压缩并挤出模具上的模孔以产生颗粒。模具厚度一般为55～60毫米，模孔直径大约为3～3.5毫米，因此压缩比(模具厚度/模孔直径)为17～20。经发现，与4毫米以上的大尺寸模孔相比，3～3.5毫米直径模孔的热量透入效果(由于摩擦和压缩)更佳。
[0071]
随后，将颗粒在冷却器16中冷却。当需要制造更小的饲料颗粒时，可将颗粒进一步送入碎粒机18。颗粒内保持的水分可最大程度减小碎粒过程中产生的细粉。
[0072]
热天气条件下的不同造粒参数以及dmx-7处理对这些参数的作用可见下表6。
[0073]
出于比较目的，在表6的示例中，通过如下四组参数进行原料造粒：
[0074]
·
对照组：无添加物
[0075]
·
现有技术组：添加0.5千克/吨的表面活性剂类型抑霉剂产品和1％的水
[0076]
·
第一处理方式组：添加1千克/吨的dmx-7和2％的水
[0077]
·
第二处理方式组：添加1.5千克/吨的dmx-7和3％的水
[0078]
表6
[0079]
[0080][0081]
在此类示例中，原料含有小麦/玉米/大豆混合物。这些混合物的水分含量尤其存在挑战，因为当以104℃下3小时的干燥失重法正确测量时，对照组(无添加物)中的原料混合物在上述的热天气条件(即约39～40℃)下的水分含量小于9％。
[0082]
在现有技术组中，细粉量减少，且水分含量一定程度增大。然而，水的用量的增大(如增加至1.5％)进一步导致压辊滑动现象，其原因在于调质后糊状饲料表面太多的水分和表面活性剂使得压辊在模具表面打滑，从而无法将糊状饲料推入模具。随后，由于未能通过模具的糊状饲料越聚越多，最终使得设备堵塞。除此之外，表面活性剂/乳化剂还具有因在颗粒表面与蛋白质络合而使得蛋白质稳定化而不利于蛋白质的变性和消化的负面作用。此外，当蒸汽调质步骤使得水分含量受限时，所得颗粒的营养成分含量将因美拉德反应而快速下解。
[0083]
然而，当在混合物内加入dmx-7时，可向混合物中加入更多的水(如3％)同时，压辊不会发生打滑现象(原因在于，潮解剂在确保改善水分吸收的同时，不会产生上述负面作用)，从而使得糊化作用和水分含量均增加至最优水平。这一造粒方法也称“糊状饲料水解法”tm
。
[0084]
另外，虽然现有产品处理法实现了高达10％的耗电量降低效果，但dmx-7处理法的耗电量降低效果更胜一筹，约为25～30％。因此，结合上述的改进效果，使用dmx-7时的投资回报率为200～300％这一量级。
[0085]
结合图2a，采用水分、热量、停留时间及剪切作用对原料20进行处理而造粒。但是当任一此类因素的作用不足，则将使得所得颗粒22的质量较低(注意外形清晰的条纹)，其原因如下：
[0086]
(i)原料含有生淀粉(直链淀粉与支链淀粉)；
[0087]
(ii)水分的添加破坏了直链淀粉的结晶性，并使得颗粒膨胀；
[0088]
(iii)当水分不足时，淀粉晶粒停止膨胀，并恢复为生淀粉的状态
……
[0089]
(iv)
…
形成具有抗性(对酶作用的抗性)的淀粉。
[0090]
与此相对，从图2b可以看出，当通过以更大的水分、热量、停留时间及剪切作用处理原料20而形成颗粒时，将使得所得颗粒24的质量较高(注意更为平滑的外观)，其原因如下：
[0091]
(i)原料含有生淀粉(直链淀粉与支链淀粉)；
[0092]
(ii)水分的添加破坏了直链淀粉的结晶性，并使得晶粒膨胀；
[0093]
(iii)水分和加热的施加使得膨胀程度增加。直链淀粉开始从颗粒中扩散而出；
[0094]
(iv)颗粒(现含有支链淀粉)已经塌陷，并保持于直链淀粉基质中，从而形成胶体。糊化后的淀粉成为易消化淀粉(rds)。
[0095]
因此，在足够的水分和热量的作用下，天然蛋白质会发生变性，并能够与糊化后的淀粉相结合，以形成稳定的糊状物。
[0096]
冷天条件下所造颗粒的欧洲性能指数(epi)约为400～480，但热天条件下所造颗粒的wpi降至约300～350。然而，通过在糊状饲料中加入dmx-7，可将热天气条件下所造颗粒
的epi增加至440。相应地，饲料转化率从1.50改善至1.35～1.41(饲料转化率为动物体重每增加1千克所需的动物饲料千克数)。
[0097]
图3a至图3e示出了整个糊化范围内玉米淀粉颗粒的形态变化，在偏光显微镜下观察到双折射现像。观察表明，随着淀粉在足够高的水分和温度条件下开始糊化，颗粒尺寸逐渐增大，完整性逐渐丧失，颗粒破裂度逐渐增大，最终失去双折射特性，直至能够观察到玻璃化转变表面。
[0098]
图4a为从马来西亚出口至日本的未处理棕榈仁粕饼(pke)制成的颗粒的图像。在90天后，这些颗粒腐败，并因营养物质的丧失(水分不受控制的流失)而变得颓黯无光。
[0099]
与此相比，图4b为从马来西亚出口至日本的经dmx-7处理的棕榈仁粕饼(pke)制成的颗粒的图像。在90天后，这些颗粒仍然保持新鲜，而且光泽和营养物质状况基本保持不变。
[0100]
本领域技术人员可理解的是，本发明还可包括对该系统所做的不影响该系统的总体功能的进一步更改。