影響顆粒飼料耐久性指數(shù)PDI的因素及其控制

        顆粒飼料耐久性指數(shù)PDI（Pellet Durability Index）是反映顆粒飼料質(zhì)量最主要的指標(biāo)之一，它是用來衡量顆粒飼料成品在輸送和搬運(yùn)過程中飼料顆?？蛊扑榈南鄬?duì)能力。它的操作是把冷卻篩分后的顆粒飼料樣品放在一個(gè)特制的回轉(zhuǎn)箱中翻轉(zhuǎn)一固定時(shí)間，模擬飼料的輸送和搬運(yùn)過程，在樣品翻轉(zhuǎn)后通過篩分，最后計(jì)算篩上物和總量的比值，即為顆粒飼料的耐久性指數(shù)PDI。PDI越大，說明顆料抗破碎能力越強(qiáng)，顆粒質(zhì)量越好，飼料利用率越高。該項(xiàng)操作規(guī)程由美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)谷物科學(xué)技術(shù)系首創(chuàng)，后被美國(guó)農(nóng)業(yè)工程協(xié)會(huì)采納，并逐步被世界各國(guó)飼料界所認(rèn)同。 

        我國(guó)的該項(xiàng)指標(biāo)是用粉化率來表示的，其操作原理也是采用回轉(zhuǎn)箱的方式，取細(xì)粉和總量的比值作為粉化率值，其值是PDI的倒數(shù)，表明粉化率值越大，顆粒的抗破碎能力越差，顆粒質(zhì)量差，其利用率越低。 

        根據(jù)筆者的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，影響顆粒飼料PDI的因素是多方面的，為了合理控制顆粒飼料的PDI，本文將從配方、粉碎粒度、調(diào)質(zhì)制粒工序、冷卻工序、篩分工序等幾方面分別進(jìn)行討論。 

1、飼料配方對(duì)PDI的影響 

        配方是各種原料的組合，它是影響顆粒飼料耐久性指數(shù)PDI的主要因素。有研究表明，配方在各種影響因素中所占的比例大約在40%左右（劉沛民，2003）。配方中的各種原料組分對(duì)整個(gè)PDI的貢獻(xiàn)率是不同的，根據(jù)不同原料對(duì)PDI的貢獻(xiàn)率大小不同，Boerner（1992）把一些常用的原料給出不同的顆粒質(zhì)量系數(shù)（PQF），如表1。顆粒質(zhì)量系數(shù)越大的原料，制出的顆粒越結(jié)實(shí)，PDI越高，反之則越低。如表中的膨潤(rùn)土、木質(zhì)素，它們的PQF較高，一般作為粘結(jié)劑來使用；又如表中的酸性油，PQF為負(fù)的40，表明油脂類原料組分越多，制出的顆粒越松散，顆粒的PDI越低。一個(gè)合理的配方，既要考慮營(yíng)養(yǎng)方面的需求，又要考慮制出顆粒的質(zhì)量，Boerner（1992）推薦的一個(gè)飼料配方的顆粒質(zhì)量系數(shù)至少應(yīng)大于4.7。

        原料中不同的營(yíng)養(yǎng)成分及含量高低和來源亦對(duì)PDI有不同的影響。淀粉是飼料中的主要營(yíng)養(yǎng)成分之一，一般生淀粉不容易制粒，制出的顆粒較松散，但如果通過水熱作用進(jìn)行糊化，則其制粒性能大大提高，制出的顆粒表面光滑，冷卻后顆粒結(jié)合較緊密，顆粒的PDI較高。不同來源的淀粉其對(duì)PDI的影響也不同，一般大麥和小麥的淀粉就比玉米和高粱的制粒性能要好，這是因?yàn)槠渌矸鄣慕Y(jié)構(gòu)不同。蛋白質(zhì)也是飼料中的主要營(yíng)養(yǎng)成分，天然蛋白質(zhì)在水熱作用下具有良好可塑性，制出的顆粒緊密結(jié)實(shí)，PDI較高，但如果配方中的蛋白質(zhì)含量過高，因其影響蒸汽的吸收，反而制粒性能下降。另外，配方中如果是外加的非蛋白蛋（如尿素），則會(huì)影響制出的顆粒的質(zhì)量。對(duì)于飼料中的纖維成分，一般少量的纖維（3%~5%）對(duì)顆粒的質(zhì)量有利，由于纖維的相互牽聯(lián)作用，制出的顆粒硬度高，不易破碎，但配方中纖維含量較多，由于其本身具有彈性和吸水膨脹作用，制出的顆粒容易產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而容易破碎產(chǎn)生細(xì)粉。配方中的脂肪成分，如果是原料本身含有的脂肪，如豆粕等，對(duì)顆粒的PDI影響較小，且有利于制粒，減少對(duì)模具的磨損。如果是外加的脂肪，則對(duì)顆粒的PDI影響較大，制出的顆粒較松散，細(xì)粉較多。一般外加脂肪不宜超過3%，再多則需要采用后噴涂的方式進(jìn)行添加。 

2、粉碎粒度對(duì)PDI的影響 

        粉碎粒度越細(xì)，粒子的表面積越大，粒子之間越容易結(jié)合，同時(shí)調(diào)質(zhì)時(shí)更容易吸收熱量和水分，淀粉的糊化度好，因此制出的顆粒較密實(shí)，光滑，不易產(chǎn)生裂紋和細(xì)粉。但由于粉碎工序能耗較高，原料并不是粉碎的越細(xì)越好，應(yīng)根據(jù)顆粒的直徑大小和飼料品種合理選擇粉碎機(jī)的篩片規(guī)格和粉碎機(jī)類型。根據(jù)筆者的調(diào)研，一般采用如下配置較為合理。 

         對(duì)于畜禽料來說，一般選用普通錘片式粉碎機(jī)，顆粒大小和篩片的篩孔之間有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系： 

生產(chǎn)φ4~5mm顆粒料，用φ2.5~3mm篩孔； 

生產(chǎn)φ3~3.5mm顆粒料，用φ2~2.5mm篩孔； 

生產(chǎn)φ2~2.5mm顆粒料，用φ1.2~1.5mm篩孔。 

         對(duì)于魚飼料來說，一般要求粉碎后原料全部通過40目標(biāo)準(zhǔn)篩，60目標(biāo)準(zhǔn)篩篩上物不大于20%，多選擇篩孔直徑為0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm的錘片式微粉碎機(jī)。 

         對(duì)于蝦飼料來說，一般要求粉碎后原料全部通過60目標(biāo)準(zhǔn)篩，95%通過80目標(biāo)準(zhǔn)篩，多采用超微粉碎。

         另外，原料粒度的均勻性很重要，粉碎后的原料中不能有過大的顆粒，過大的顆粒不容易和其它原料結(jié)合以及影響調(diào)質(zhì)均勻性，制粒后顆粒表面易產(chǎn)生凸凹不平現(xiàn)象和在大顆粒周圍產(chǎn)生輻射式裂紋，造成顆粒易破損，影響顆粒的PDI。 

3、調(diào)質(zhì)對(duì)PDI的影響 

         調(diào)質(zhì)對(duì)顆粒飼料的PDI影響很大，經(jīng)過良好調(diào)質(zhì)后的原料制粒后粒子之間結(jié)合緊密，顆粒表面缺陷少，不易產(chǎn)生細(xì)粉，冷卻后顆粒硬度較高，在運(yùn)輸過程中不易破碎。影響調(diào)質(zhì)效果的因素主要包括調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)時(shí)間和調(diào)質(zhì)水分等。 

         不同的飼料品種對(duì)調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)時(shí)間和水分的要求是不同的。一般畜禽料的調(diào)質(zhì)溫度在70~85℃之間，調(diào)質(zhì)時(shí)間20~40s，調(diào)質(zhì)后水分14~16%；水產(chǎn)飼料的調(diào)質(zhì)溫度85~95℃，調(diào)質(zhì)時(shí)間40~120s，調(diào)質(zhì)后水分15~18%；對(duì)于一些含有熱敏性原料（蔗糖、葡萄糖、脫脂奶粉、乳清粉等）的飼料，溫度一般控制在60℃之內(nèi)，不然會(huì)產(chǎn)生焦化，堵塞環(huán)模，制粒困難。 

         調(diào)質(zhì)需要的是高品質(zhì)的飽合蒸汽，對(duì)鍋爐及管道系統(tǒng)有較高的要求。鍋爐應(yīng)能提供穩(wěn)定的并且壓力在7~10公斤之間的蒸汽，然后通過高壓輸送管道，進(jìn)入車間內(nèi)的分汽包，最后經(jīng)過減壓閥減壓至1.5~4公斤再進(jìn)入調(diào)質(zhì)器。在管道輸送過程中，要通過合理布置一定數(shù)量的疏水閥排出蒸汽中的冷凝水，保證進(jìn)入調(diào)質(zhì)器的是飽合蒸汽。減壓閥應(yīng)安裝在離調(diào)質(zhì)器4.5~10m遠(yuǎn)的地方，不要離調(diào)質(zhì)器太近，以保證蒸汽在減壓后有足夠的空間和時(shí)間進(jìn)行穩(wěn)定。控制進(jìn)入調(diào)質(zhì)器的手動(dòng)截止閥或自動(dòng)控制閥應(yīng)采用質(zhì)量有保證的廠家的產(chǎn)品，以保證調(diào)節(jié)蒸汽量時(shí)流量呈線性變化。

4、制粒機(jī)參數(shù)對(duì)PDI的影響 

        對(duì)顆粒飼料PDI較有影響的制粒機(jī)參數(shù)主要包括產(chǎn)量、環(huán)模線速度、環(huán)模工作面積、模輥間隙和環(huán)模壓縮比等。 在制粒機(jī)其它參數(shù)不變的情況下，產(chǎn)量越高，制出的顆粒越松散，粉料越多。這是因?yàn)楫a(chǎn)量高時(shí)，其在?？字惺軘D壓的時(shí)間較短，其單位產(chǎn)量消耗的功率較少，顆粒壓實(shí)度不夠，因此，為了控制顆粒的PDI質(zhì)量，制粒機(jī)應(yīng)該選用合適的喂料速度，控制產(chǎn)量。 

        環(huán)模線速度或轉(zhuǎn)速高時(shí)，飼料在擠壓區(qū)不容易形成合適的料層厚度且飼料難以進(jìn)入模孔中，造成壓輥和環(huán)模的相對(duì)滑動(dòng)甚至堵機(jī)，影響顆粒質(zhì)量，同時(shí)制出的顆粒以較大的離心力甩出，顆粒容易碰碎，表面裂紋較多。合適的環(huán)模線速度在6~9m，一般難以制粒的原料選用較低的速度，容易制粒的原料選用較高的速度。 

         環(huán)模工作面積越大，模孔數(shù)越多，在同樣產(chǎn)量下，飼料在模孔中待的時(shí)間較長(zhǎng)，受擠壓的時(shí)間較長(zhǎng)，顆粒的組織就越致密，因此制出的顆粒PDI較高。 

當(dāng)模輥間隙設(shè)置在0.1~0.5mm之間時(shí)制粒機(jī)才能正常工作，在此范圍內(nèi)，間隙越大，顆粒機(jī)在同樣產(chǎn)量下消耗的功率越多，制出的顆粒PDI越高，這是因?yàn)樵跀D壓區(qū)壓輥對(duì)料層中的物料有一個(gè)預(yù)壓縮力。對(duì)于不同?？字睆降沫h(huán)模來說，一般壓制小直徑的顆粒選用較小的間隙，壓制較大直徑的顆粒選用較大的間隙。 

        環(huán)模壓縮比是指環(huán)模?？子行чL(zhǎng)度和?？字睆降谋戎?。對(duì)于同一孔徑的環(huán)模來說，壓縮比越大，則意味著環(huán)模有效厚度越厚，飼料在模孔中擠出時(shí)受到的摩擦阻力越大，擠出的顆粒越結(jié)實(shí)，因此，為了得到一個(gè)較高的顆粒PDI，可適當(dāng)增大環(huán)模的壓縮比。不同的顆粒飼料品種對(duì)PDI的要求是不同，一般對(duì)水產(chǎn)飼料的要求要比畜禽料的高，這是因?yàn)楦叩腜DI可以增加顆粒飼料在水中的穩(wěn)定性，降低水體污染和飼料浪費(fèi)。環(huán)模壓縮比并不是越大越好，因?yàn)楦叩膲嚎s比意味著高能耗和低產(chǎn)量，必須根據(jù)配方特點(diǎn)合理選擇，具體選擇方法就不再論述了。 

5、冷卻對(duì)PDI的影響 

        冷卻工序常用的是逆流式冷卻器，其主要參數(shù)為冷卻風(fēng)量和冷卻時(shí)間。冷卻過程中應(yīng)避免由顆粒冷卻不均勻和冷卻風(fēng)量過大、冷卻時(shí)間過快造成的顆粒爆腰現(xiàn)象，以至使顆粒表面裂紋較多，容易破碎。冷卻器中的物料高度在四周方向應(yīng)盡量保持平整，不然會(huì)引起串風(fēng)現(xiàn)象，造成冷卻不均。冷卻風(fēng)量應(yīng)根據(jù)不同的粒徑大小控制在22.6~31.3m3/min.t（張文良等，2004）范圍內(nèi)，同時(shí)冷卻時(shí)間控制在6~9min左右。過大的風(fēng)量和較短的冷卻時(shí)間還易造成顆粒外表面和心部水分不一致，容易引起飼料破裂和發(fā)霉。 

        對(duì)于一些水產(chǎn)料，為了進(jìn)一步提高其PDI，提高水中穩(wěn)定性，經(jīng)常在冷卻前增加保溫熟化工序，然后再進(jìn)行冷卻或干燥。實(shí)踐證明，這是一種可行有效的方法，可以明顯提高顆粒飼料的PDI和水中穩(wěn)定性。 

6、篩分對(duì)PDI的影響 

        篩分不直接影響顆粒的PDI，但如果篩分效果不好，造成包裝成品中粉料較多，到了用戶那里，相當(dāng)于降低了顆粒飼料的PDI，造成飼料的浪費(fèi)。目前常用的分級(jí)篩主要有振動(dòng)分級(jí)篩和回轉(zhuǎn)分級(jí)篩，兩者的效果都較好。振動(dòng)分級(jí)篩應(yīng)根據(jù)物料的性質(zhì)、流量來調(diào)整篩體的振幅，回轉(zhuǎn)分級(jí)篩應(yīng)選擇合理的篩網(wǎng)規(guī)格和控制合適的料層厚度，以達(dá)到最佳效果，兩者的分級(jí)效果都應(yīng)控制在98~99%以上。