膨化鱼料加工质量的影响因素和关键控制点

韩俊巍

膨化鱼料的质量控制，从饲料配方的优化设计开始，到控制粉碎粒度和混合均匀度的综合效果；从对膨化机供料均匀性的保证，到调质系统温度、湿度的控制效果；从膨化机主机螺杆结构设计，到出料系统切刀、模板、模头的优化设计；从膨化腔内加入蒸汽量的控制，到烘干机料层厚度、风网系统和温度的控制等等，只有把握好众多的参数的优化控制，才能做出合格的膨化水产饲料。本文着重介绍了膨化机的各种参数对膨化鱼料质量的影响程度以及相关参数控制的关键点，基于作者对膨化机结构设计和实际操作经验的基础上，为读者进行一次关于合格膨化鱼料的生产交流和汇报。

随着水产养殖行业对饲料和原料的质量要求的日益提高，膨化料的优势已经广泛被广大养殖户认可。在对膨化鱼料的需求量突飞猛进的大潮下，怎样提高膨化鱼料的质量，从而提高客户的养殖效益，提高产品的市场竞争力，成为众多饲料生产企业关注的核心技术之一。

1 膨化鱼料加工质量的评估标准

如果要评价膨化饲料的合格与否，一定会有一些评价的标准，作者总结了评估膨化鱼料加工质量的几个因素，分别是熟化度、容重（膨胀度）、外观均匀性、水分、水中稳定性、粉化率，其中，容重、熟化度、外观是最重要的三个因素，也是起决定性作用的因素，是生产和评价膨化鱼料的合格与否或者品质好坏的三个重要标尺，也是膨化鱼料生产的三个重要目标。

熟化度是膨化料最内在的品质，不仅是膨化饲料优于硬质颗粒料的决定因素，也是影响水中稳定性和粉化率的重要因素，因此熟化度是膨化饲料的“内功”；熟化度和产品的容重（膨胀度）关系密不可分，熟化度高的产品，膨胀度不一定大，比如生产膨化沉性饲料；但是膨胀度大的产品，熟化度一定高。

容重是区分膨化料是浮水还是沉水的基本参数。膨胀度大的饲料容重小，为浮水饲料，一般的容重范围在320～480 kg/m3；反之，膨胀度小的饲料容重大，为沉水饲料，容重范围在480～600 kg/m3。

产品外观是综合评定产品质量的“软”条件，外观大小、长短的均匀性，膨化产品的表面光洁度、油脂添加喷涂的均匀性，都是能否被市场接受的“第一印象”，是衡量和评价产品优劣的基本条件。一般采取正态分布曲线来衡量产品均匀性。如图1，曲线分布越集中，峰值越高的样品（样品B）的均匀性越好。

图1 膨化饲料外观正态分布曲线

2 原料和配方对膨化鱼料加工质量的影响控制点

膨化鱼料生产的关键控制点首当其冲的是配方因素，配方的组成百分比、选用原材料的品质、原材料的粉碎粒径等都是影响产品最终质量的关键控制点，配方因素对产品质量起到关键作用，配方中的蛋白比例、淀粉和油脂含量比例既要适合于膨化的需要，又要保证产品的糊化度，从而达到营养要求和最佳的饲养效果。如果用单螺杆膨化机生产时，又要考虑到油脂含量的控制，避免物料随主轴共转而影响产能。

原料的特性中，粉碎粒径对产品质量的影响主要体现在产品的外观上面，对产品的外观和光洁性的影响很大，最直观的体现就是原料粉碎粒径越细，膨化出来的产品外表越光洁。在调质和膨化过程中，粒度越细的饲料粒子拥有较大的表面积，对能量和水分的吸收起到促进作用，从而提升了产品的糊化度。后续烘干后，细小的颗粒由于较好的糊化作用，充分地粘结在一起，降低产品的粉化率；实际生产中对细度的一般要求为：普通淡水鱼料40目左右，高档鱼料可以达到80目左右。

在原料品质的控制过程中，纤维状和絮状原料含量越少越好，这些物质不仅影响粉碎效率，关键是会使膨化机模孔堵塞，造成物料出模的不均匀，从而影响产品的外观均匀性；从另外一个角度来讲，物料细度越细，生产成本就越高，所以，控制原料细度的关键点就在于：第一、掌握好不同产品的市场需求，从而控制粉碎粒径；第二、了解和掌握所使用膨化机的特性，比如螺杆结构、螺杆材质和耐磨性等。特性优越的膨化机可以减少对原料粉碎粒径的依赖程度。

3 调质系统对膨化鱼料加工质量影响的控制点

物料进入膨化机的膨化腔之前，一般都要使用蒸汽和水分对物料进行预处理，这个湿热处理的过程就是我们熟知的调质过程。调质的作用有两点：

第一、蒸汽湿热调质后，物料得以软化，更具可塑性，降低了在膨化腔中的挤压摩擦力，避免大量的机械能转化为热能；

第二、通过蒸汽的水热作用，物料淀粉预糊化，糊化的淀粉和变性蛋白可以充分发挥粘结剂的作用，充分粘结配方中的其他组分，降低后续产品的粉化率。

目前，应用的调质器种类很多，其中用在膨化机上的调质器有两种：双筒差速调质器和调质+保持的双层调质器；前者调质特点是调质时间长；搅拌效果好；但滞留时间有差异，残留量较高；后者高速调质，熟化时间可调，物料滞留时间均匀，符合“先进先出”的条件，桨叶和内壁的距离调整方便，物料残留量较低；

影响调质系统最关键的三个因素分别是：调质水分、调质时间、调质温度。调质时需要加多少水分，首先要根据粉碎后进入调质器之前的原料的水分来调整，调质后的水分目标控制值在19%～25%，如果膨化腔中也添加蒸汽的情况下，可酌情减少调质时的水分；如果调质的水分过高，物料在螺杆内的摩擦力相应减弱，主机负载下降，产品糊化度降低，出模后的水分过高，产品外观变差，烘干成本高；相反，如果调质水分过低，物料容易产生干摩擦，物料过度受热，容易产生焦糊，膨化产品膨胀不均匀；烘干后水分过低，稳定性变差，粉化率提高。调质温度控制在95℃以上；调质时间推荐20～30 s，对于膨化机生产所需要物料的质量要求已经足够，但是具体时间还要根据不同的膨化机的特性做出调整。

调质系统中蒸汽的品质和添加入调质器的水的质量要稳定，蒸汽要是饱和蒸汽，压力在2～3 bar，配置正确的冷凝水处理装置，保证蒸汽的洁净；水的添加要有恒定的压力，一般3～4 bar的水压最为理想，温度在40～60℃为最优选择条件。在自来水压力不稳定的场合，最好是有储水罐来保证水压力的稳定和水源的充分供给。

4 膨化机结构对膨化鱼料加工质量影响的控制点

4.1 螺杆结构配置对膨化鱼料质量的影响

生产优质的膨化饲料，除了配方因素、原料因素、调质因素外，膨化机的结构设计和操作也是重要的关键控制点之一。在影响膨化机结构设计的众多因素中，螺杆结构和配置对产品的质量的影响是比较关键的，一般膨化机出厂配置中是标准配置，一旦螺杆结构和配置固定，对产品质量的影响也随之固定，但是我们可以通过了解单螺杆膨化机的螺杆的功能来解释螺杆结构对产品的质量的影响。以单螺杆膨化机为例，根据其工作原理可以分为三个功能区：物料输送区、压力设定区、最终熟化区，参见图2。单头螺杆一般用于物料输送，不断提供摩擦和剪切，积累能量和压力，螺杆结构配置时位于物料输送区和压力设定区；双头螺杆用于需要提供高剪切、高能量的位置，提供较大的摩擦力和对物料的充分熟化所需要的机械能，一般螺杆结构分部于压力设定区和最终熟化区；

图2 单螺杆膨化机工作状态

4.2 膨化机模头对膨化鱼料质量的影响

膨化机模头是指位于模板和螺杆之间的机械结构，它的主要作用是整流、稳流和提供均匀的模板压力分部。

物料进入膨化机的最终熟化区后，经过调质和螺杆挤压、摩擦、剪切后的物料的状态已经发生改变，蛋白质充分变质、淀粉糊化度剧增、物料已经处于熔融的状态，物理状态非常接近非牛顿流体，如果模头是一个简单的腔体，会出现腔体中间料流速度过快而导致出模时候物料的挤压时间不同而产生膨胀不均匀的现象，见图3。另外，由于模板阻力提供的回流、螺杆提供的摩擦力和剪切力产生的拖曳流的综合作用下，物料脱离螺杆进入模头会产生压力降（拖曳流和回流的综合作用），即是物料出模的最终压力。压力降的大小除了两股压力流的大小决定之外，模头的设计对这股流体的状态的影响也是很大的，所以模头的结构一定能够保证通过模头后的流体处于压力平稳、混合均匀的状态（见图4），不能有死角产生物料停滞不前从而产生焦糊料。另外，每班生产完毕一定要彻底清除残留在模头内的物料，以免下一班生产时产生交叉而影响产品质量。

图3 流体通过模头的速度差

图4 理想的流体速度分布

4.3 膨化机模板结构对膨化鱼料质量的影响

模板是提供物料形状和大小的关键因素，一个合格的模板包括两个重要的方面，一是合适的开孔面积；一是模孔的长径比；

生产不同的膨化饲料的开孔面积[单位产量的开孔面颊 mm3/(t·h）]为：浮水饲料 250 mm3/(t·h）；慢沉饲料 350 mm3/(t·h）；沉性饲料 550 mm3/(t·h）。开孔面积越大：产品膨胀度低，容重大，模板提供的阻力小，回流压力小，产量大；但是出模压力小，糊化度低，产品水中稳定性差；所需要模孔的个数多。开孔面积小，产品膨化度高，容重小，模板提供的阻力大，回流压力大，产量小，但是可以得到的出模压力大，糊化度高，产品水中稳定性好；所需要的模孔个数少。

长径比是指模孔的长度与模孔直径的比值，见图5，一般情况下，模孔直径≤1.5 mm时，L/D=1.5;模孔直径≥2.0 mm，L/D=2;长径比大，产品表面密实，趋于圆柱型，产品密度大，容重大；主机负载上升，电耗增多；产品糊化度高，水中稳定性好。长径比小，产品表面多孔，趋于圆球型；产品密度低，容重小；主机负载下降，电耗降低；产品糊化度低，水中稳定性差；

另外，模孔的结构对生产不同品种的鱼料也会有所不同，一般建议设计时选用渐缩型模孔，如图六，可以减少出模前物料在模孔边角产生“呆料”的机率。而且渐缩型模孔的物料表面光滑，出料均匀，但是膨胀度小，产品切口均为圆柱型；阶梯型模孔内表面摩擦力不均匀，出料膨化度有差异，但是其也有一定的应用价值，膨胀度比较大，切口多为球形，见图7。

图5 不同的模孔长径比

图6 不同的模孔结构

图7 不同类型的模孔产品出模情况

4.4 膨化机切刀结构对膨化鱼料质量的影响

切刀对质量的影响主要体现在产品的外观上，切口是否整齐、切割后的产品是否有拖尾现象、切割是否成簇状等问题均和切刀有一定的关系。切刀角度要和模板平面保持适当的倾角，一般切刀与模板表面控制在3～5°的倾角；刀片数量根据产品的要求、模孔直径、产量等确定，要求排列均匀；刀片质量，最好用耐磨锋利刀片，减少产生钝刀的机会；刀片设计和模板配合，模孔的距离要和刀片角度布置相对应，避免切割产品的簇状现象；及时更换刀片，避免产生“拖尾”产品；刀片与模板距离可以在线调节，以避免“拖尾”料；切刀切割饲料情况见图8。

图8 刀片切割过程

5 膨化机操作因素对膨化鱼料加工质量的影响控制点

5.1 主轴转速的对膨化鱼料质量的影响

在操作膨化机的时候，除了注意调质器内水、蒸汽的加入量之外，更重要的是膨化机本身的操作，其中比较重要的一点是膨化机主轴的转速。

主轴转速越快，螺杆剪切力越大，提供给物料的能量越多，物料压力积累越大，产品的糊化程度越高，膨胀度越大，容重越轻；试用于生产浮水性鱼料；转速快，压力分布不均匀，回流压力大，破坏了物料出模时的压力均布，产品外观会受到影响；

主轴转速慢，剪切力小，物料得到的能量有限，糊化度得不到保证，出模压力降低，产品容重大，膨胀度小；适用于生产沉性鱼料；转速慢，会降低膨化机的产量，尤其对单螺杆，引起产品出模压力过低，不能够形成膨化；主轴转速对产品的影响见图9。

一般而言，生产浮水性饲料在400～600 r/min生产沉性饲料在350～550 r/min。

5.2 膨化腔内水添加量对膨化鱼料质量的影响

膨化腔内的水分含量和调质水分的控制密切相关，但是也可以通过膨化腔内加入蒸汽的方式对物料提供能量和水分。水分含量提高对膨化机参数的影响见图10，水分含量提高，SME和主机的扭矩会因为水分的润滑作用而降低，从而降低膨化腔内的压力和温度，适合生产沉水饲料。一般调质水分控制在19%～25%，而进入主机膨化腔后的水分控制在25%～30%之间，即蒸汽提供的水分控制在5%～6%的范围。

图9 主轴转速对膨化机操作的影响

图10 膨化腔水分含量对膨化机参数的影响

膨化腔内水分含量与产品的容重也有着密切的关系，见图11所示，水分含量少或者是不足时，淀粉的糊化度会受到影响，但是产品的容重在一定范围内还可以达到市场要求，但是产品的色泽较深，很容易产生焦糊现象或者疑似焦糊状产品；在一定范围内水分越高，产品的容重就越大，适合做沉水饲料，且有利于调整水分参数。水分的高低对产品的硬度和水中稳定性也有重要的影响，一般24%～30%水分含量的产品硬度趋于稳定，实际生产中多采用这个控制范围。

图11 膨化腔水分含量对容重的影响

5.3 喂料量对膨化鱼料质量的影响

膨化机喂料量增加，产量相应提高，这会使单位时间通过的物料增多，物料平均得到的能量减少，而导致物料的温度下降，螺杆内物料的充满系数增大，电机的扭矩增大，膨化腔内的压力增大，见图12。另外，喂料量的增加会直接影响到产品的容重，使得产品的容重增加明显，见图13。所以，在操作的过程中，每次产量的提升一定是均匀而稳定的，并且产量提升后要实时监测产品的容重，只有产品容重稳定后再进行产量进一步提升。

图12 喂料量对膨化机参数的影响

图13 喂料量对产品容重的影响

6 烘干机操作因素对膨化鱼料质量影响的控制点

烘干效果的好坏直接关系到产品的最终水分。烘干水分过高，产品不合格，储存时间短，寿命短；烘干水分过低，在包装和运输过程中容易造成较高的粉化率，在饲喂过程中，吸水率也会受到影响，产品硬度过大，不利于鱼类摄食。烘干水分均匀性的控制也很关键，要根据产量和烘干机种类控制烘干机内料层厚度和料层的均匀性；控制风速和进风温度；控制排湿和循环风量；控制烘干机烘干时间。

7 结语

影响膨化鱼料质量的关键点分布于原料品质、配方设计、调质结构、蒸汽和水的质量、膨化机结构性能、膨化机操作因素以及后续的流程设计的合理性、膨化料运输提升机的选型和操作、油脂喷涂的控制、冷却的效果等众多的因素中，影响质量的因素多达几十个，这些因素相互关联又彼此独立，所以要得到合格的膨化鱼料，需要生产者统筹管理，综合分析，从整条生产线大局出发，才能及时高效地保证产品的品质稳定。