20饲料蛋白节能干燥工艺技术研究_张忠杰

干燥技术在饲料蛋白资源开发中所起的作用越来越 大。作为饲料加工过程中的重要工序，压力喷雾干燥和 流化床干燥可实现其规模化高效节能生产，有效地解决 了蛋白饲料的连续化干燥难题，并运用计算机模拟和控 制技术优化了干燥工艺及装备运行参数，保障了产品质 量的同时降低了生产成本，有力地推动了行业的健康发展。 （参考文献略）
干燥是利用热介质将固态、液态或膏糊状物料中的 水分或其它溶剂蒸发排除，最终获得所需产品的工艺过 程 [1]。干燥过程是一个热量、质量和动量传递的过程，同 时也伴随着复杂的物理和化学变化过程，干燥工艺的合 理性及装备的使用性能直接影响着产品的性状、质量、 价值以及能源消耗等。为了提高工农业产品的质量，优
蛋白源饲料应用与工艺研究
饲料蛋白节能干燥工 艺技术研究
国家粮食局科学研究院 / 张忠杰 李爱科 北京金泰得生物科技股份有限公司 / 雷红升 左剑兵
摘 要 干燥是饲料蛋白及相关产品加工过程中的重要工序，干燥工艺及装备运行参数直接影响着产品的质量 和生产成本。文章就血液蛋白高压喷雾干燥和发酵豆粕的流化床干燥的相关技术研究加以著述，并提出两种产品规 模化设计优化干燥装备参数，有效实现了蛋白饲料的保质节能干燥。
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化生产工艺参数，降低能源消耗成本，保护生态环境， 对干燥工艺和技术装备水平提出了更高的要求。特别是 二十世纪八十年代以来，伴随着计算机技术和装备制造 业的快速发展，我国的干燥技术研发现已达到世界先进 水平，干燥装置的大型化、国产化方面已取得重大突破， 并且已经为国民经济的发展做出了重要的贡献。
1 血液喷雾干燥
新鲜猪血的含水量约 79%，经高速离心分离机分离
得到血浆和血球两种液体。其加工工艺路线如下 ：
采集新鲜血液→检验→抗凝→离心分离→→血血浆球 血浆→均质→微滤 ( 膜分离 ) →高压喷雾干燥→血浆蛋白粉
图 2 放大 1000 倍时的血球细胞破壁效果图
血球→高压喷雾干燥→部分破壁血球蛋白
采用高压喷雾干燥后得到的血浆蛋白粉要比离心喷 雾干燥等其它干燥型式得到的血浆蛋白粉的颗粒度大， 堆积密度高，水溶速度快，添加使用扬尘少，产品质量 稳定。血浆蛋白粉的粗蛋白含量可达 74.0%，特别是富 含免疫球蛋白高达 22%，血浆蛋白的消化率提高到 98% 以上。
分离后的新鲜血球蛋白，利用高压泵（20MPa ～ 25MPa）
与蛋白质有机结合。目前国内规模化干燥血液方法主要 将料液输送到旋流式压力喷嘴，经喷嘴雾化、瞬间压力释
有离心式喷雾干燥、压力式喷雾干燥等，所生产的血浆 放后，造成部分血球细胞壁破裂，破壁后的血球蛋白完全
蛋白粉的水溶性能、营养指标、产品质量稳定性不尽相同。 裸露，易于被消化吸收（如图 2 所示的测定血球细胞破壁
我国是世界上畜禽养殖量最多的国家，屠宰加工过程 产生的血液是一大宗动物蛋白质资源。血细胞中含蛋白质 十分丰富，一般接近或高于同种畜禽肌肉组织，营养成份 与大豆饼粕相接近。以猪为例，猪血占活猪重量的 3.5%， 新鲜猪血含 79% 的水分，含蛋白质量 18.9%。血液中矿物
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质如钾、钠、镁、磷多以无机盐的形式存在，而铁等则
图 5 流化床干燥装置图
低流化质量现象。如图 4 所示的流化床干燥工艺流程图。
2.2 发酵豆粕流态化干燥装备
3 结论
利用计算流体力学（C F D）技术软件模拟了流化床 内气固两相流传递过程 [4]，优化了流化床干燥系统的设计 参数，以提高装备的干燥效率，并通过中试试验装置实 验确定了规模化节能干燥生产的工艺技术参数，确立了 采用低温流化床组合烘干工艺方案，在确保烘干产品质 量和产能的前提下，利用二级干燥的部分尾气用于物料 的预干燥，使得整个系统综合能源消耗降低 15% 以上，
大型化的卧式流化床干燥室，采用隔板把其分成多个腔 室，干燥物料从隔板与分布板之间的间隙中依次穿过， 只要控制热介质的温度和流速，即可实现装置的操作稳 定，并得到含水量较为均匀的干燥产品。
工业化应用取得了良好的效果。如图 5 所示的流化床干 燥设备，实现时产 2000k g 以上的连续化作业，产品质量 高于其它型式的干燥设备。该型式干燥机可以推广应用 于糟渣类、饲料酵母、氯化胆碱、菜籽粕、棉籽饼粕发 酵等物料的干燥。
的胰蛋白酶抑制因子、凝血素、大豆抗原蛋白、植酸等
抗营养因子，细胞壁被酶解破裂，动物适口性大大增强，
有助于维持和改善肠道健康，提高了大豆蛋白的消化吸
收率。由于发酵豆粕有其独特的生产工艺和热敏性、粘
性等特点，在后续的低温干燥过程中既要考虑干燥热效
率和产品收率，以达到较理想的节能减排效果，又要实
现规模化、连续化生产，避免出现局部沟流和死床等降
鼓风机
鼓风机
一级干燥流化床
旋风分离器
二级干燥流化床 旋风分离器
鼓风机 加热器 图 4 流化床干燥工艺流程图
鼓风机
图 3 血液高压喷雾干燥相关设备
2.1 发酵豆粕流态化干燥工艺
发酵豆粕是通过深床固态发酵和液态酶解技术相结
合的生产工艺，有效降解豆粕中蛋白质的分子量，产生
大量易消化的小分子蛋白，最大限度地消除大豆蛋白中
旋转出料装置 电控装置
旋风分离器 系统引风机
图 1 高压喷雾干燥工艺流程图
2 流态化组合干燥
流态化干燥是依据气固两相流强化热质传递原理， 以及待干燥物料的颗粒、含水状况、热敏性状和产品要 求等设计的一种高效、可连续操作的装备技术。由于物 料在流化床干燥器内的滞留时间可任意调节，而且对于
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蛋白源饲料应用与工艺研究
组合压力喷嘴
均风装置
空气过滤器 加热装置
搅拌料槽 高压计量泵
压力喷雾干燥塔
1.2 血液高压喷雾干燥装备 根据日处理 来自百度文库0t 新鲜猪血液的生产规模，设计应用
了干燥塔直径为 ф5000 的压力喷雾塔，旋流式组合压力 喷嘴，高压均质泵等为主要干燥部件，实现了细胞破壁 和节能干燥于一体，并利用计算流体力学（C F D）技术 模拟软件模拟了干燥塔内雾滴蒸发过程，优化了干燥设 计参数，提高了干燥塔的体积蒸发强度，并通过中试试 验装置确定了规模化节能干燥生产的工艺技术参数，将 其应用到工业化生产中。如图 3 所示的高压喷雾干燥相 关设备图。设计燃煤炉为热源，进风温度稳定在 200℃， 出风温度在 75℃。该型式干燥机可以推广于如肠膜蛋白、 啤酒酵母等物料的干燥。
关键词 饲料蛋白 ；压力喷雾 ；流化床干燥
Abstract: Drying is the main process in feedstuff protein and its connected products manufacturing, the drying process and the running parameters of equipments have played an important role on the product’s quality and cost. The research has been showed in the paper about high pressure spray drying for pig blood protein and fluidized bed drying for fermented soybean, and optimized scale facilities’ parameters have been given for two kinds of feedstuff production, the techniques for feedstuff protein drying in quality protection and energy saving have been realized in high efficiency.
针对血液的物理和化学特性，文中提出了日处理 1 万头 效果图）。经压力喷雾干燥装置干燥后得到的血球蛋白粉
猪血的高压雾化破壁、干燥于一体的压力喷雾干燥工艺 要比离心喷雾干燥等其它干燥形式得到的血球蛋白粉的颗
方案，提高了血球和血浆蛋白粉的品质及其营养成分的 粒度均匀，堆积密度大，水溶速度快，产品的色泽、气 消化吸收 [2]，有效地实现了血液的资源化处理，在提高产 味及适口性都得到改善。血球蛋白粉的粗蛋白含量可达
Keyword: feedstuff protein ；high pressure spray dryer ；fluidized bed dryer
我国是一个饲料加工和需求大国，为了推动节粮型 畜牧业的可持续发展，大力开辟新型饲料蛋白源，推广 应用高效、节能、环保的生产工艺技术装备已刻不容缓。 本文以饲料加工过程重要环节的干燥 / 冷却为着眼点， 结合血液蛋白和发酵豆粕两种具有代表性饲料蛋白的不 同干燥工艺需求，研究开发了新型节能环保、高性价比 的组合干燥工艺装备，以满足行业规模化生产需求。
品质量的同时降低能源消耗，所生产的饲料蛋白源可弥补 92.0%，蛋白质消化率高达 97% 以上。
植物蛋白源的缺乏，为屠宰加工企业带来较好经济效益，
同时也改善了行业的生产环境。
1.1 血液喷雾干燥工艺
压力喷雾干燥原理是利用高压泵浆料液输送到组合
压力喷头，经喷嘴充分雾化后与热风并流，快速实现热
质传递来达到干燥目的（如图 1 所示的高压喷雾干燥工 艺流程图）[3]。