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调质是对颗粒饲料制粒前的粉状物料进行水热处理的一道加工工序,国内外研究表明调质是影响颗粒饲料质量的重要因素之一,它在颗粒饲料总体质量中所起的作用为20%左右。随着市场对颗粒饲料品质要求的提高,各饲料加工企业也越来越重视饲料加工中的调质工序,改进升级调质设备是他们当前改善颗粒饲料产品质量、提高市场竞争力的重要手段之一。
一、调质器在颗粒饲料加工中的作用
、对粉状物料作熟化处理。大多数动物消化淀粉的能力很低,但能较大程度的消化熟淀粉,调质器使物料在水热作用下,淀粉的糊化度大幅度增加,同时还促进物料中的蛋白质受热变性,变性的蛋白易于被酶解,从而提高了颗粒饲料的消化利用率。
、对粉状物料进行灭菌处理。大部分致病菌像大肠杆菌及沙门氏菌等有害病菌,不耐热,采用调质器对物料在一定温度下进行调质可以杀死这些病菌,使饲料卫生水平得到保证,这种通过调质器对物料进行灭菌的方法与药物防病相比,具有成本低、无污染、无药物残留和副作用等优点。
、调质设备可显著提高颗粒饲料的耐水性,在调质过程中通过通过蒸汽的水热作用,物料中的粘性组份糊化淀粉、变性蛋白可以充分发挥粘结剂的作用,能有效粘结周边其他的组份,在压模压辊的挤压作用下,粒子与粒子相互结合得更为紧密,从而使颗粒饲料变得更为密实,外表光洁,在饲养过程中不易被水分侵蚀,增加了水中的稳定性。
、调质设备可改善物料的制粒性,提高产量,节省制粒的能耗,提高制粒机压模、压辊的寿命。通过调质,物料得以软化,更具可塑性,在与模孔壁、压模内壁和压辊外表的挤压过程中,摩擦力减小,避免了在制粒过程中大量的机械能转变为热能,同时减缓了压模和压辊的磨损。
二、调质器的种类及工作原理
1、单轴桨叶式调质器
这种调质器是国内外饲料加工中使用最早、应用量最广的调质器,结构较简单,其圆柱型壳体中间装有一条搅动轴,搅动轴上安装多个可以调节、更换的浆叶。调质器工作时,粉料颗粒在桨叶搅动下进行两个方向的运动,一是绕轴转动,二是沿轴向推移,运动轨迹近似于螺旋线。一般调质器的转速为150-450r/min,物料的推进速度与轴转速和浆叶的拾物角度有关,在转速一定的条件下,可以通过调整浆叶的拾物角度来控制物料的调质时间,如果将浆叶的角度减小到比较中间的位置,即与浆叶轴成为750〜850的夹角,这样就可以减弱每个浆叶对物料的推出作用从而延长物料在调质室内的滞留时间。一般单轴桨叶式调质器长2-3米,粉料可以在调质室内滞留20-30秒,熟化度达20%左右,基本可以满足一些普通颗粒饲料的调质要求。
2、蒸汽夹套调质器
此类调质器大体结构与单轴桨叶式调质器相似,不同的是壳体采用双层夹套,夹套内通入蒸汽起保温作用。这种蒸汽夹套调质器在工作中对粉料的加热作用有限,因为热量只通过调质器的的表面传给粉料,而这一表面积与容量之比通常很低,加之一般调质粉料的导热性能差,以至于没有多少热量可以传递给粉料,但是蒸汽夹套阻止了调质室与室外常温大气直接进行热交换,有效地减少了热损失,使调质器内部能保持较高温度,因此在寒冷的冬天和气温较低的地区使用这种调质器作用较显著。
3、二通、三通调质器
为了延长和控制粉料在调质器内的滞留时间,在制粒机的上方叠加2-3个标准的单轴桨叶式调质器,就是我们通常所说的二通、三通多层调质器。这种调质器的特点是互相串联,有多重蒸汽注入口,工作时粉料依次通过各个调质器,延长了粉料的调质时间,物料与蒸汽能更充分接触混合,可将粉料的熟化度提高到40%左右。
4、双轴异径差速浆叶式调质器
双轴异径差速浆叶式调质器又称DDC预调质器,它是在单轴浆叶式调质器的基础上发展起来的,其壳体由半径不同的两个大半圆焊接而成,壳体内装有两根转速不同的叶片搅动轴,壳体中部设有多个可单独调节蒸汽量的蒸汽注入口和液体添加口,工作时由于双轴转速不等、旋向相反、浆叶差速搓动运动,使粉料和添加液从两搅动轴中间向上抛起并与蒸汽一起形成对流,又充分剪切和交错混合,粉料在桨叶的作用下,局部运动轨迹呈“8”字型,并绕轴旋转向前推进,运动路线大为增长,因此粉料的轴向移动速度有更大的可调范围。一般长2米左右的调质器,调质时间可以控制在几十秒至240秒,可满足特殊颗粒饲料高熟化率和高杀菌率的要求,熟化度通常可达50-60%,同时具有较高相对运动的浆叶能相互“洗刷”,使这一类型的调质器有较高的自清洁能力,粉料在调质室的残留现象也有所改善。
、膨胀器
膨胀器也称EXPANDER,国内又名环隙挤压机,其工作原理与挤压机相同,都是用机械能来增加制粒之前加入粉料中的热量。粉料在压力的作用下被迫通过螺杆和压模之间的狭窄间隙,产生压实和剪切,与螺杆和缸体发生激烈的摩擦,并产生大量的热量,以此达到熟化、杀菌和改善制粒状况的目的。不同之处在于膨胀器的压模间隙可调,工作中可以通过调整压模间隙,控制粉料在调质室的挤压、摩擦、剪切强度,从而控制扩散入粉料的热量。一般膨胀器可以对物料产生40帕的压力和120°C-130°C的温度,物料在这些条件下滞留3至5秒,非常快的发生物理变化,使物料的淀粉糊化程度和蛋白质的可溶度都得到显著提高,然而,物料中的热敏性营养成分也会在这一高温过程中受到较大损失。
、通用颗粒熟化机
通用颗粒熟化机即UniversalPelletCooker,简称UPC,是由美国Wenger制造厂首先提出的新型调质制粒设备,这一系统基本上是由高效的调质器和一台短滞留时间的改进型挤压机组合而成。在工作过程中,调质器提供滞留和接触时间以优化饲料的质量,而改进的挤压机则迫使粉料通过具有适当大小空洞的压模从
而使其形成颗粒饲料。这种设备的淀粉糊化程度相当高,一般大于70%,饲料颗粒品质优良,耐水持久,即使在粉料中加入大于10%的脂肪,所生产颗粒饲料的质量仍然可以接受。此系统还有一个特点就是更换压模非常简易方便。目前这种调质制粒设备在水产饲料、幼畜饲料和宠物饲料方面有广泛的应用前景。
除了上述的调质器外还有压力调质器,其基本概念是提高调质室的工作压力,从而温度也随之上升,高压可以迫使水分和热量更快更彻底地进入粉料颗粒内部,从而改善调质效果。
另外还有调质罐等,这里就不作详细介绍了。
三、常用调质器的选择一般普通的畜禽饲料厂可选用单轴浆叶式调质器,保证30秒左右的调质时间,可使淀粉糊化度达20%左右,基本满足普通畜禽饲料的加工要求;水产饲料厂应选用二级、三级调质器或双轴异径差速浆叶式调质器,确保调质饲料的熟化度达到50%以上。
膨胀器又称为超级调质器,用膨胀器膨化大豆和玉米等原料可提高饲料的适口性及消化率,同时改变饲料内的抗原物质和抗营养因子;还可以用膨胀器配合制粒机进行二次制粒,使粉料先通过膨胀器经螺杆和压模的强烈挤压和剪切形成短时高温,促使淀粉充分糊化,改善颗粒质量;一些饲料企业直接使用膨胀器生产乳猪料和肉鸡饲料等片状饲料,营养全面、适口性好,有较大的市场空间。
四、浆叶式调质器的正确使用目前颗粒饲料的调质器最常用的是单轴浆叶式调质器和双轴异径差速浆叶式调质器,下面从几个方面谈谈这些调质器在使用中应注意的问题。
1、蒸汽压力和添加量的控制蒸汽是调质时水分和热量的来源,因此其质量的好坏直接影响调质的效果,浆叶式调质器在安装时必须合理的设计蒸汽管路,使用稳定可靠的蒸汽减压阀和疏水阀,保证进入调质器的是压力稳定的干饱和蒸汽;蒸汽应从切线进入调质器,沿轴向喷出使之与粉料混合更强烈;蒸汽方向不可垂直对着调质器轴,那样不仅达不到好的混和效果,反而使蒸汽对调制质器轴产生“汽蚀”而割断调质器轴。调质时根据原料和配方以及气候的变化选用合适的蒸汽压力和添加量,湿度大的季节、原料水分含量高时应适当提高蒸汽压力,减少蒸汽添加量;干燥季节、原料水分含量低时应降低蒸汽压力、增加蒸汽添加量;夏天室温较高可降低蒸汽压力,因为低压蒸汽释放热量和水分更为迅速;冬季气温低可提高蒸汽压力,增强调质温度,减少蒸汽管道中的冷凝水,有助于粉料的熟化。
2、调质时间的控制
(1)单轴浆叶式调质器调质时间的控制
一般单轴浆叶式调质器调质时间短,可同时采用减小搅动轴转速和改变浆叶角度的方式来增加调质时间。搅动轴的驱动马达采用变频器或电磁调速器来控制,浆叶的调节建议在进料口处(即调质器浆叶轴从开始端到后1/4或1/3处)的浆叶保持在出厂时的设置,这样可以确保粉料被迅速向前驱赶进入与调质室;浆叶角度的调整应在调制器长度方向1/3以后开始,对于单轴浆叶式调质器并非转越慢、浆叶角度越垂直于搅动轴越好,这样虽然增加了调质时间,但过慢的转速和几乎垂直于搅动轴的叶片不足以使粉料抛起,这样粉料会沉积在调质室底部而被轻柔推过调质室,蒸汽在调质时上部自由流动而不会与粉料发生强烈的混合,效果差,而且由于粉料的运动速度过低,更容易在调质室壳体周围形成粘壁滞留,因此一般单轴浆叶式调质器转速不应低于150r/min,最低不低于100r/min,用变频器或电磁调速器控制转速的生产过程中,调质器也不宜长时间工作在超低的转速下。
(2)双轴异径差速浆叶式调质器调质时间的控制这种调质器单独通过对其浆叶角度的调节可以使调质时间在几十秒至240秒内变动,所以一般工作中不需要改变桨叶轴的转速,浆叶角度的调节可以从入料口处调质器长度方向上1/3以后的浆叶开始,如需增加调质时间,可增加大径低速正浆叶片与桨叶轴的夹角。双轴异径差速浆叶式调质器虽然粘壁滞留现象有所改善,但是有的物料粘壁滞留现象还是比较严重,此时可以适当减小小径高速反浆叶片与搅动轴的的夹角,以此来加剧反浆叶片对粉料的逆向搓动,减少残留量。