膨化饲料加工工艺及配方管理

91.6
13.4
11.2 6.4
73.7
56.6 / /
3%（NH4)2SO4溶液中 11.1 3%甲酸溶液中
5%碱+1%Fe2(SO4)3溶 液中
/
14.9
*资料来源：Fenwich et al., 1986)
水分和温度对抗胰蛋白酶（TI)活力的影响
120 100
TI 活力（%）
80 60 40 20 0
不同挤压温度下大豆分离蛋白的溶解性能
120%
Ü Ô Ä â Ð È ½ °Ü °³ ¹ µ ó ¶ ´
100% 80% 60% 40% 20% 0% ´ ¼ Î ²¹ Ñ 50¡ æ 70¡ æ 90¡ æ 110¡ æ 130¡ æ Ó ¹ ¼ ¤Â Î ¶ È
生产组织蛋白温度一般为140-160℃，水分20-40%，若产品要 求较好的溶解度，则温度可低一些。
70 60
加鱼油
虾青素含量（ppm DM)
50 40 30 20 10 0
粉碎 调制器 挤压机 干燥、冷却 真空喷涂
63.6
63.1
59.1
58.8 48.2
注:喷涂鱼油的“稀释”作 用导致虾青素含量下降。
矿物质
•反应不敏感，报道较少
•植物蛋白中的植酸可能同锌、锰等络合， 降低效价 •糊化淀粉对矿物质的包被作用，可使矿 物质的氧化还原、吸湿返潮等向着有利 的方向发展
挤压熟化的定义
是靠水、压力、温度和机械剪切的综合作用使得已着
湿的、可膨胀的、淀粉类的和\或蛋白类的物质塑化并
熟化的连续工艺过程；
是将热能和机械能导入食品/或饲料原料中的一种手 段，使原料中的淀粉和蛋白质等基本成分发生化学和 物理变化，同时形成预定的形状。
基本概念
按调制方法分
•湿法膨化
•干法膨化
按螺杆结构分 •单螺杆挤压机（图） •双螺杆挤压机（图）
加工特定形状/尺寸的产品； 物料在机内滞留时间分布范围较窄，物料温度较易 控制，能量利用充分，产量和质量均很稳定； 投资大，单螺杆挤压机的1-1.5倍。
双螺杆与单螺杆挤压机比较
单螺杆挤压机 双螺杆挤压机
水分水平 油脂水平 纤维水平 蛋白质水平 机械能输入 产量 耐磨损性
膨化挤压在水产养殖中的应用
干物质 74.5±1.6
Mg 总磷
Cu
73.8±8.2
73.6±3.6
75.9±3.3 97.9±0.2b 68.0±3.3a 31.7±6.5d 60.6±0.2 92.7±2.7 16.8±0.9a 15.7±5.6a
粗蛋白 88.0 ±0.4a 97.2±1.1b 96.8±0.6b
68.5 ±0.4a 59.6±2.7b 74.7±1.2c 21.2±0.1a 12.5±4.8b 81.3±3.4c
•三高条件下，甘油三酯会部分水解，与直链淀 粉络合，影响膨化效果，淀粉的溶解性和消化 率降低。
热敏性物质在膨化过程中的损失
维生素
•反应敏感
•依次为维生素K3, C, D3, A, E
•反应不敏感
•其他B族维生素
酶制剂 •完全失活 活菌制剂
•120℃乳酸杆菌、链球菌、酵母、芽孢杆菌全部失活
维生素在膨化过程中的损失
99.8 78.9 98.1 63.2 99.7 78.4 97.9 60.6
29.4 99.3 89.7 96.5 76.3 24.4 99.4 89.4 96.4 70.6 1.5 7.7 99.6 76.6 94.7 65.6 99.5 75.3 91.8 64.7
小麦
挤压小麦
20.9 99.1 88.0 96.7 71.1
19.8 99.5 85.9 94.8 67.4
0
26.4
86.6 54.4
79.4 47.5
36.5
26.9
56.0
40.9
挤压熟化对菜籽—大豆混合料（重量1： 1）中芥子甙总含量的影响（μmol/g)
低芥子甙菜籽-大豆 混合料 高芥子甙菜籽-大豆混 合料
未挤压 150℃挤压 3%碱液中
18.4
维生素保留取决于： 原料配方
温度
水分 滞留时间
维生素在膨化过程中的稳定性（保存率%）
膨化温度/在机滞留时间（min) VA(微粒胶囊） VD3(微粒胶囊） VE(醋酸酯） VE(醇） 121/3 91 94 97 55 132/3 88 92 96 45 149/3 80 87 94 22 154/3 77 85 94 15 166/3 71 83 93 5
低温干燥动物蛋白的质量最佳
新鲜的原料和喷雾干燥加工后，会具
有很高的粘合性
植物蛋白综合特征
氮溶解指数（NSI)高 吸水性和粘合特性好
一般缺乏某种或某几种氨基酸
未榨油原料是很好的能量原料
小麦面筋粉是膨胀型最好的植物
蛋白
大豆蛋白在热处理中的分子变化
挤压的主要影响是将蛋白质拆散而后又重新连接 在一起，NSI下降，吸水性和膨胀性提高。
挤压 玉米蛋白粉 7.4 8.6
Mg S
总P
植酸P 0.9 41.0 5.7 24.9 7.4 14.6
Cu Fe
94.9 77.2 94.2 54.0 88.3 55.9 81.7 53.4 85.2 78.7 77.3 33.4
Mn Zn
30.6 32.3 43.8 42.7 42.5 42.2 64.7 58.1 55.4 48 53.0 45.4
•葡萄糖、蔗糖等
•影响淀粉的糊化，与蛋白质发生反应，饲料效 率降低。
碳水化合物
α -淀粉： 淀粉粒有许多淀粉分子排列成放射状微晶束构 成。这种微晶束系直链、支链淀粉分子相互平 行且彼此间以氢键结合而成。水分子在热作用 下进入淀粉粒内微晶束间隙与淀粉分子中游离 基团结合。温度继续升高，一部分直链淀粉被 水溶解和渗出，使更多的水分子进入淀粉粒内 部，从而使微晶束分离，形成一种间隙大且不 规则的立体网状结构，中间充满水或溶液，处 于这种糊化状态的淀粉称α -淀粉。
植酸磷 29.9±1.2a 19.6±6.1a 60.9±1.9b
89.9±0.2 20.3±0.4a 14.6±5.7a 93.3±1.2 92.1±1.6
Mn Zn
13.5±1.2a 46.2±2.9b 7.2±0.3b 48.4±3.3c
膨化挤压影响虹鳟对几种原料矿物质利用率（%）
Ca K
豆粕 挤压豆粕 大麦 挤压大麦 玉米蛋白粉
1940s’--熟化加压机的开发，生产干的狗粮；
1950s’--有了加压的预调制器，达到100℃预熟化； 1960s’—半湿的宠物饲料、糊化淀粉、饼干粉及组织大豆蛋白； 1980s’—美国的双螺杆膨化机开始发展； 1990s’—第三代弱剪切-低热挤压机（reduced shear/heat extruders)、预调制器、直接蒸汽注入和带放气孔的机镗。
非酶褐变—美拉德反应
过度膨化---异味、消化率下降、Lys 损失严重
还原糖与游离氨基酸之间的一种反应，对导致氨基酸，特 别是赖氨酸的损失，并形成有色化合物而影响挤压物的外观； 挤压熟化过程中的高温和低水分有利于美拉德反应； 提高温度会增加损失，增加物料水分、加快喂料速度可显
著减少损失；
提高螺杆转速可缩短滞留时间，本应减轻褐变，但提高螺 杆转速会加强剪切，提高温度，反而可能导致褐变加重。
双螺杆挤压机
单螺杆挤压机 1. 料斗；2.喂料绞龙；3.调制器； 4.喂料段；5.蒸汽或水夹套调温部分； 6. 模板；7.出料皮带输送机； 8.变速器；9.主电机
基本词汇
预调制器—一种调节原料水分和温度的装置，使物料进入挤 压机前部分或完全熟化；
螺杆—将物料输送通过挤压机的部件（图1）
螺套-增加行程 螺片—螺杆的螺旋形输送表面，将物料向前推进（图1） 索片-增加剪切力，后挫力，提高滞留时间，糊化度 剪切—一种揉捏、搅拌作用，使输送的物料匀质、受热
广泛的适用性
各种养殖方式：工厂化、池塘、 网箱等 各类吃食性养殖品种：鱼、虾、 蟹、龟等 观赏性鱼类饲料
概 述
特点 •综合水、压力、温度和机械 剪切的作用 •温度：90-200℃
•延续时间：2-30s
物理、化学变化
蛋白质
•高温、高压、高剪切力，使得蛋白质适度变 性，蛋白酶更易进入蛋白质内部，消化率提高， 弹性增强，可溶性物质与淀粉间质相溶和 •蛋白可塑性增强，提高制粒效率，降低粉化 率 •适度的热处理，钝化抗营养因子如抗胰蛋白 酶因子、棉酚、毒蛋白等，提高植物蛋白利用 价值，降低配方成本
蛋白质挤压过程中的蛋白质结构变化
变性
缔合
加热或剪切导致部分或全部缔合物破裂而形成浓缩溶液或熔化相
高温下可能形成的一些共价键 冷却时形成的非共价键和二硫键 在足够低的水分条件下非晶体区向玻璃态转化
动物蛋白综合特征
氮溶解指数（NSI)低 吸水性和粘合特性较差
氨基酸结构平衡，一般动物生长会超
过高植物蛋白饲料
常见能量饲料原料的淀粉含量
原料 全玉米 %淀粉（干物质） 70-75
面粉 麸皮 冬小麦 次粉 高粱 全稻米 全大麦 全燕麦 44%豆粕
75-80 5-8 65.5-82 21.5 71.6 81 60 45 0.5
浮性饲料需要至少18-20%的淀粉含量
淀粉的糊化过程
环模造粒 40%
调制器 30%α-化
碳水化合物
•淀粉(糊化与碎化）
•淀粉发生糊化（α -化），高分子结构断裂，变 成低分子物质，易于消化吸收，同时还起到重要 的粘合作用，保持水中稳定性，降低饲料散失， 减少工业合成粘合剂的添加，无毒性。
•转化成葡萄糖、麦芽糖等碎化多糖，产生甜味 增加适口性
•纤维素
•经挤压后，可溶性膳食纤维的量增加，保健作 用
73.01
86.13 72.57 80.74 75.68 76.04 77.25 77.45
79.05
81.85 48.53 69.88 78.95 88.89 54.05 77.09
挤压玉米蛋白粉 86.03
*挤压温度稍高，蛋白质部分褐变，消化率降低
虹鳟对不同加工后的全脂大豆的表观消化率（%）
全脂大豆（生） 挤压全脂 大豆 挤压全脂大豆 +200FTU/kg植酸酶 豆粕+200FTU/kg 植酸酶
VK(甲萘醌）
VC 胆碱
63
57 98
54
47 97
37
31 96
33
25 95
25
15 94
其他B族维生素
90-96
85-95
78-89
76-87
71-82
选择热稳定剂型：交联反应型VA微粒胶 囊、微囊型VE醋酸酯、高稳性VC磷酸酯， 虾青素10-15%的损耗 根据保存率，超量添加！
虾青素在加工过程中的损失
挤压熟化饲料加工工艺 及配方管理
薛敏 北京友谊通元水产技术开发中心 Siliao@bjfishery.com
发展史
1797—英国人研制的手动活塞压力机，制作无缝铅管、瓦片、
肥皂和通心面；
1869—英国人研制的双螺杆连续挤压机，制作肉肠； 1873—Phoenix Gummiwerke AG开发单螺杆挤压机，加工橡胶；
模板—使制品出机时成型的末端装置。可在模板上直接钻孔，
或将模板做成圆孔状，装上设计复杂、用耐磨材料制成的压模 嵌入件，使物料成型 切刀—将挤压物切割成所要求的长度的装置
图1 螺 杆
双螺杆挤压机特点
可加工高油脂饲料，油脂含量可大于17%；
可加工添加有鲜肉浆或其它水分含量超过30%的高
水分物料；
可加工小颗粒水产饲料（0.8-1.0mm)；
膨化挤压影响虹鳟对几种原料表观养分消化率（%）
干物质 蛋白质* 粗脂肪 总能
豆粕
挤压豆粕 大麦 挤压大麦 玉米蛋白粉 小麦 挤压小麦
75.35
78.38 43.60 67.22 74.24 46.74 71.14
98.10
98.08 95.58 94.31 87.39 75.45 95.56 90.20
环形间隙膨胀机 60%
单螺杆膨化机〉85% 双螺杆膨化机 100%
淀粉糊化度
挤压温度
物料水分
剪切力
螺杆结构
在机腔内滞留时间 高水分、低温挤压使淀粉部分糊化 低水分、高温挤压有利于提高淀粉的糊化度
脂
肪
•使原料中微生物分解的脂肪酶完全失活， 提高饲料的贮藏性能 •使油脂从颗粒内部渗透到表面，使饲料产 生特殊的香味，提高饲料适口性和外观效果 •网状结构能够吸附更过的脂肪，冷水性鱼 类科利用高达40%脂肪的高能饲料，减少氮 污染 •形成蛋白-脂肪复合物，这部分脂肪仍然可 以被鱼类正常利用，但索氏抽提法不适用于 膨化饲料，应采用酸水解法，
水分（%） 0 10 20 30 40
100℃ 120℃ 140℃
草鱼膨化饲料养殖效果的中试
材料与方法
池塘条件：Baidu Nhomakorabea
育成池塘条件：2个池塘，试验池
10.07亩；
对照池10.02亩；水深均为2米左右。
试验鱼