三門峽富通新能源生產環模式顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機等機械設備。
1、材料和方法
1.1主要設備
單螺桿擠壓機：螺桿轉速可調，機筒溫度可調；高速錘式粉碎機。
1.2試驗物料
按河蟹飼料配方如下：魚粉30%，豆粕30%，菜粕8%，棉粕5%，小麥22%，米糠5%。
配方成分：粗蛋白40. 6%，粗脂肪3.1%，粗纖維3. 8%。
1.3擠壓工藝
按如下工藝進行：原料→配料→粉碎→微粉碎→混合→蒸汽調質→擠壓膨化→干燥冷卻。原料微粉碎用篩孔Ø0. 8rnm篩片。
1.4測定指標和方法
對于沉性膨化飼料主要考察以下幾個指標。
1.4.1沉降速度
飼料顆粒在水中下沉的平均速度。取一直徑60mm，長1020mm的透明管，一端封閉，裝水深1000mm，豎直放置。取飼料顆粒1粒，從水面釋放，用秒表計時飼料顆粒降落到管底的時間。測定隨機抽取20個飼料顆粒的沉降時間，計算平均速度。
1.4.2糊化度
用酶法水解，測定葡萄糖含量來計算。
1.4.3耐水時間
飼料顆粒在水中有半數顆粒開始潰散的時間。取幾個250ml燒杯，分別加入水200ml，置恒溫水浴器內25℃恒溫，分別投入20個飼料顆粒，計下時間。過一段時間后，在一個燒杯中用鑷子小心鑷取1個飼料顆粒，用力程度以不使顆粒掉下為限，慢慢提出水面，觀察顆粒潰散情況。取出的顆粒棄去不用。逐個鑷取其它19個顆粒。在不同的間隔時間，當一個燒杯中鑷出水面時潰散的顆粒數達到10個時，則記下這個燒杯中飼料顆粒的浸泡時間，作為這種飼料的耐水時間。
1.4.4水浸干物質損失率
飼料顆粒浸泡在水中一定時間，測定干物質的損失率。取飼料顆粒3份，每份10g。先取1份（對照樣）在烘箱內烘干(130℃，2h)，稱其質量m。將另外兩份樣（試驗料）作平行試驗，分別放在邊長100×100mm的12目篩網(篩孔1. 4mm，飼料顆粒直徑>2mm)上，置于恒溫水浴器內，水面能浸沒飼料顆粒，水溫25℃，靜置1h。然后提出篩網，斜放瀝干，再進烘箱烘干(130℃，2h)，稱其質量m，計算干物質損失率C如下：C=（m0-m）/m0
2、結果與討論
2.1 調質后水分對膨化顆粒性能的影響
按1.3的工藝，調整調質后物料水分為17%～32%，每3%為一水分梯度，擠壓條件：螺桿轉速150r/min;調質后料溫92℃；揉合區機筒（中段）溫度125℃；熟化區（出料段）機筒溫度40℃擠壓飼料顆粒的指標如圖1、圖2、圖3所示，顆粒耐水時間均大于24h。
2.1.1沉降速度從圖1中看出，隨水分增加，飼料顆粒沉降速度增大。沉降速度主要反映飼料顆粒的密度，沉性飼料的密度要大于水，沉降速度必須大于零。
2.1.2糊化度圖2中顯示，糊化度隨物料調質后水分的增高而提高。物料中淀粉的糊化與物料溫度、水分和調質時間密切相關。在其它條件一定的情況下，較高的水分，有利于淀粉團粒迅速吸收水分，從而使糊化度較高。
2.1.3耐水時間擠壓制得的飼料顆粒的耐水時間均在24h以上。說明在此條件下，物料得到了充分的熟化，彼此揉和交織在一起，耐水時間已遠大于6h的要求。
2.1.4水浸后干物質散失率圖3顯示，隨物料水分提高，顆粒的水浸干物質散失率降低。這可能有兩方面的原因：一是從顆粒的緊密程度來看。物料水分高，物料塑性好，顆粒膨脹度小，密度大，水滲透到顆粒內部的時間長，顆粒內的可溶性物質溶解到水中的時間也長。所以在相同時間內，水分高的顆粒損失率較小。二是從物料的降解方面考慮。物料在水分較低的情況下，物料的摩擦系數較大，受到的剪切作用較強，在較高溫度下，淀粉部分降解，小分子物質在水浸泡下較易散失到水中。
2.1.5膨化料在水中浸泡后干物質損失的情形與硬顆粒不同在試驗中觀察到，膨化顆粒的耐水時間可達24h，即使浸泡時間較長，顆粒形狀還保持完整，而且水還是較清的。這說明顆粒中的物料微粒在調質及擠壓過程中經過揉和、糊化、變性等作用粘結到了一起，不易受水的浸蝕而散失。而散失的干物質部分應是物料中的可溶性成分，如水溶性蛋白、降解的淀粉、礦物質、水溶性維生素等。
2.2揉和區機筒溫度對膨化顆粒性能的影響
按1.3的工藝，控制揉和區機筒溫度90～140℃，每10℃為一溫度梯度，擠壓條件：螺桿轉速150r/min；調質后料溫92℃；物料調質后水分22.4%；熟化區機筒溫度40℃擠壓飼料顆粒的指標如圖4、圖5、圖6、圖7所示，顆粒耐水時間均大于24h。
2.2.1沉降速度從圖4中看到，沉降速度隨揉和區機筒溫度升高而降低，表明顆粒密度趨向于減小。試驗中觀察到，溫度在130℃時，已有少部分顆粒呈浮性；在140℃時，顆粒都已為浮性飼料。
2.2.2糊化度從圖5中看出，糊化度隨揉和區機筒溫度升高而增加，但在此條件下還沒有完全糊化。
2.2.3耐水時間從圖6中看到，揉和區機筒溫度在90～100℃時，顆粒耐水時間較低為18～21h，而在110℃以上時，耐水時間則都在24h以上。所以揉和區機筒溫度應在110℃以上。
2.2.4水浸后干物質散失率從圖7中看到，隨揉和區機筒溫度升高，干物質散失率降低。主要是溫度提高后糊化度提高了，物料間的粘結作用發揮更充分，使散失率降低。
2.3熟化區機筒溫度對膨化飼料顆粒性能的影響
按1.3的工藝，控制熟化區機筒溫度為30～100℃，每10℃為一溫度梯度，擠壓條件：螺桿轉速150r/min；調質后料溫92℃；物料調質后水分22. 4%；揉和區機筒溫度125℃。擠壓飼料顆粒的指標如圖8～圖11所示。耐水時間則都在24h以上。
2.3.1沉降速度如圖8所示，熟化區機筒溫度越低，沉降速度越大。為保證飼料都是沉性的，熟化區機筒溫度應保持在50℃以下，若80℃以上則為浮性飼料。
2.3.2糊化度從圖9中看出，隨著熟化區溫度的提高，糊化度也提高。淀粉在擠壓過程中的糊化是在低水分條件下的糊化。當水分較低時，淀粉顆粒不能吸收足夠的水分，糊化的進行相當慢。當溫度提高時，分子能量增加，淀粉團粒間的氫鍵破壞，糊化反應的速度加快，在短時間內糊化度就較高。
2.3.3耐水時間從圖10上來看，顆粒的耐水時間都在18h以上，也能滿足養殖要求。
2.3.4水浸后干物質散失率從圖11中看出，隨著熟化區機筒溫度的升高，顆粒水浸后干物質散失率降低，但變化不是很劇烈，平均每升高10℃，損失率降低0.55%。原因主要是當熟化區溫度較高時，有利于糊化的繼續進行，物料中各種微粒相互揉和、粘結得更充分，使得顆粒以后浸泡時不易被水浸蝕。
2.4螺桿轉速對膨化顆粒性能的影響
按1.3的工藝，控制螺桿轉速130～250r/min，每20r/min為一轉速梯度，擠壓條件：調質后料溫92℃；物料調質后水分26%；揉和區機筒溫度120℃；熟化區機筒溫度40℃。擠壓飼料顆粒的指標如圖12～圖14所示，耐水時間均大于24h。
2.4.1沉降速度根據圖12，沉降速度隨螺桿轉速提高而減小。螺桿轉速提高，物料獲得的機械能增加，物料受到的壓力也越大，通過模孔后，物料的膨脹度會更大，因而顆粒的沉降速度減小。
2.4.2糊化度由圖13中看出，增加螺桿轉速對于提高糊化度有較顯著的作用。在擠壓過程中糊化度的影響因素除溫度、水分、時間外，剪切作用也是很重要的因素。剪切作用可通過對淀粉的結構進行機械破裂而引起糊化，在較低水分下，物料有較高的粘滯性，螺桿的旋轉會造成大量的剪切應力，這種剪切應力的存在會緩和低水分蒸煮的糊化抑制效應。
剪切作用和物料水分在熱力學基礎上有可交換之處，即用高剪切低水分和低剪切高水分應都能將物料擠壓出來，但兩種方法的作用及結果是不同的。高剪切、低水分擠壓對淀粉分子的破碎作用較強，使物料膨脹更大，這種方式常用于擠壓浮性飼料；而低剪切、高水分擠壓的作用方式較溫和，它不會或者很少引起淀粉分子的降解，沉性膨化料應采用這種方式。
從圖13中還看到，在螺桿轉速較高的部分，糊化度并沒有明顯增高甚至有降低的趨勢。分析原因推測是螺桿轉速提高后物料在機筒內的停留時間減少了，這就部分抵消了螺桿轉速提高的作用。
2.4.3耐水時間在本試驗條件下，測得的各種顆粒機生產的顆粒飼料的耐水時間都在24h以上，耐水時間都能滿足河蟹飼料要求。
2.4.4水浸后干物質散失率 圖14中干物質散失率隨螺桿轉速提高而降低，這對顆粒的水穩定性是有利的。其原因是由于轉速增加后，物料中淀粉糊化和蛋白變性的作用加強，提高了物料的粘結性。從干物質散失率來看，沉性料的擠壓應采用盡量高的螺桿轉速，其轉速限制以不產生浮性料為限。
2.5擠壓條件的優化
進一步優化試驗條件。在前面試驗的基礎上，揉和區和熟化區機筒溫度根據其對沉降速度和干物質散失率的影響分別選用125℃和40℃。選擇對顆粒有較大影響的調質后物料水分和螺桿轉速為試驗因素。另外配方原料中選用了生大豆粉，以期能降低顆粒成品的水浸干物質散失率。選擇的試驗因素和水平如表1所示，并按正交試驗表L34確定試驗如表2。試驗中不同植物蛋白源的試驗料配方如表3所示。
沉降速度為測定的多個飼料顆粒的平均沉降速度。單個飼料顆粒之間的沉降速度會有差異。據觀察，試驗中平均速度小于0. 05m/s時，有時會有少數飼料呈浮性。因此，做沉性飼料時，平均沉降速度應保持在0. 05m/s以上，以保證飼料顆粒是沉性的，沉降速度也不必很大。
飼料顆粒水浸干物質散失率是水產飼料的重要指標，下面對其進行極差分析。
從表4極差R值的大小來看，影響飼料顆粒水浸1h后干物質散失率的主要因素為螺桿轉速，其次為物料水分，再次為配方中大豆粉的含量。
即影響因素主次順序為：因素B螺桿轉速>因素A物料水分>因素C配方中生大豆含量。從干物質散失率來看，損失率越小越好。根據K值，最佳條件為A383C3，即水分29%、螺桿轉速190r/min，配方中用生大豆粉作植物蛋白原料。在此條件下擠壓得飼料顆粒沉降速度5. 46×0.01m/s．水浸1h干物質損失率9. 32%，耐水時間大于24h，糊化度97. 12%。
從試驗數據來看，似乎可以采用更高的水分和螺桿轉速。但當物料水分大于29%，擠壓時物料的輸送性不太好，有時會出現物料輸送不進機筒的情況；或者改善螺桿的輸送性能后，可取較高的物料水分。而當螺桿轉速高于190r/min時，可能就會產生浮性飼料了。
試驗中測得的顆粒耐水時間和糊化度都已達到較高的數值，應都能滿足養殖要求。
3、結論
采用單螺桿擠壓機，通過控制物料水分、螺桿轉速、機筒溫度等條件，可以生產出合適的沉性膨化飼料。
生產沉性膨化飼料需要適合的物料水分為23～29%。提高水分有利于淀粉糊化和提高顆粒的水穩定性。但水分過高(29%以上)的物料在擠壓機中的輸送性能較差；物料水分過低，則容易產生浮性飼料，以及顆粒的水穩定性降低。
擠壓機螺桿轉速對沉性料有較大影響。適宜的螺桿轉速為150～190r/min。過高的螺桿轉速將產生浮性飼料，而轉速過低會降低顆料的糊化度和水穩定性。
擠壓機機筒的溫度控制對于生產沉性膨化飼料也很重要。生產沉性料時熟化區需要冷卻，控制溫度在40～60℃。溫度過高將產生浮性飼料，溫度過低會降低顆粒的糊化度和水穩定性。飼料配方原料中使用生大豆粉，對提高顆粒的水穩定性有利，但幅度有限。
三門峽富通新能源生產銷售顆粒機、秸稈壓塊機、木屑顆粒機、飼料顆粒機等生物質燃料飼料機械設備。
