膨脹和膨化是對物料進行高溫高壓處理后迅速減壓，利用水分瞬時蒸發或物料本身的膨脹特性使物料的某些理化性能改變的一種加工技術。它分為氣流膨脹和擠壓膨脹兩種。氣流膨脹是在密閉容器里對物料施以高溫高壓蒸汽處理，然后減壓；擠壓膨脹（EX-TRUDE）是利用螺桿、汽塞對物料的擠壓、剪切、摩擦升溫增壓，在出口處突然減壓。從目前國際上飼料膨脹技術的推廣應用來看，絕大部分采用的都是擠壓膨脹。因此，本文中涉及到的有關事項主要是針對擠壓膨脹而言。如今，膨化、膨脹、膨脹加工、膨脹器處理或高壓調質都作為相同意義的詞語應用于描述對飼料原料進行的高溫短時機械加工。
1、膨脹器的加工過程
    原理上，膨脹器加工與膨化機加工相似。但相對于膨化加工，膨脹加工中最重要的優勢是對飼料的處理量更大，高溫加工處理的成本更低。在膨脹器中，裝配有一個錐狀出料控制系統，可以用于調整環隙出口，但是組成設備其它部分的圓形混合腔室與單螺桿膨化機非常相似。該錐狀出料系統可以調整環狀縫隙使得壓力最高增加到100 bar，溫度提高到130℃，因此，這是兩種設備之間最大的區別。
    當飼料通過膨脹器時，通常的溫度范圍在80～130℃。但溫度保持在120～130℃并不容易，并且能耗較高，而溫度上升到100℃比較容易，因此將膨脹溫度保持在80～90℃的范圍最經濟有效。膨脹器內最高可以產生100 bar的壓力，一般運行壓力在40bar左右，在出口處瞬時壓力最大。處理過程中飼料原料的水分最佳值為16%~18%。飼料原料在膨脹腔內滯留的時間很短，只有幾秒鐘(2~10s)。在膨脹器的出料口處，溫度和壓力瞬間降低，使得物料中水分閃蒸，在物料內部形成多孔狀結構，物料體積變大，內部微觀結構產生變化，富通新能源生產銷售飼料顆粒機、秸稈壓塊機等顆粒飼料成型機械設備，顆粒機等飼料成型機械設備是養殖戶們生產顆粒飼料很好的選擇。
    物料加工過程中膨脹器內部的溫度和壓力變化如圖2所示。
    經過膨脹加工后，物料的宏觀特性及微觀特性會發生很大變化。從外觀可以直接看到的宏觀變化主要是物料容重降低，體積增大，且一般情況下熟化度越高的物料其容重越低。從圖3可以看到，膨脹料的容重明顯低于原料，也低于顆粒料的容重（顆粒料經過壓縮過程，其容重略高于原料），并且膨脹加工溫度越高，膨脹料的容重越低。
    不同物料的微觀物理及化學特性在經過膨脹加工后也發生了很大的變化，這在下文的膨脹對營養物質的影響中可以更深一步了解。
2、膨脹生產工藝
2.1膨脹生產工藝流程
    相對膨化機，膨脹器的簡單處理使得生產效率更高，從而實現在更低的成本下產量更大。在配合飼料加工中，膨脹器處理是作為整個生產線的一部分（見圖4），在配合料進行膨脹預處理后再進行制粒、冷卻。歐洲有關公司的專家做過一系列試驗，經膨脹處理后的配合料，其在制粒步驟中，成型率更高、顆粒硬度更大、產量更大。
2.2膨脹工藝中的調質處理
    在物料進入膨脹器主機前，一般需要在調質器中進行蒸汽預調質處理。調質的過程是一個通過蒸汽加溫加壓的過程，勺膨脹器的機械能加溫加壓過程有所不同，蒸汽加溫加壓的過程更加平緩，使得在進入膨脹主機前物料水分和物理特性處于一個更易加工的狀態。
    調質器中的蒸汽加溫加壓也是一個淀粉的熟化過程，但相對膨脹加工，其淀粉的熟化度要低的多，無法滿足飼料熟化加工的要求，因此只能作為膨脹器加工前的預調質過程。
    淀粉原料在蒸汽調質、制粒以及不同溫度的膨脹加工條件下，其淀粉熟化度變化如圖5所示。
    在環隙膨脹器出口處的阻塞環是一個圓錐狀活塞頂部形式，由液壓裝置控制。液壓泵提供壓力( bar)使得活塞頂在加工過程中保持在合適條件的位置。飼料原料通過出口后，在重力作用下落入破碎機，原料在破碎機中被破碎為統一結構。然后，飼料原料被傳送（通過重力或輸料螺旋等外力）到制粒機制粒。最終顆粒料進入冷卻器，在儲藏之前進行冷卻和干燥。
3、膨脹處理對營養物質的影響
    膨脹加工對飼料原料營養價值的影響主要表現在兩個方面：一方面是對蛋白質營養價值以及反芻氨基酸影響；另一方面是對淀粉熟化度的影響。
3.1淀粉的膨脹效果
    淀粉包括聚合葡萄糖直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例、多聚糖的鏈長以及鏈的分支程度，對各種谷物淀粉的性能及其消化性有明顯的影響。膨脹加工并不會影響單位淀粉含量，但熱加工使得熟化淀粉更易消化。淀粉粒在受熱(60～80℃)時，顆粒膨脹爆裂，整個物料變成一種塑性的熔融物質，會在水中溶脹，形成均勻的糊狀溶液，稱為淀粉的變性或糊化，它的本質是淀粉分子間的氫鍵斷開，分散在水中。這種微觀的變化提高了淀粉的消化吸收率。膨脹加工雖然通常很大程度上提高了淀粉熟化度，但是加工過程中的水分含量限制可能會影響熟化度。一般規律是高水分、低溫膨化使淀粉部分糊化，低水分、高溫膨化有利于提高淀粉的糊化度，且使淀粉部分裂解為糊精。因此，膨脹器對淀粉的加丁處理效果會根據加工條件而有所不同。
    通過膨化加工，不僅町以將淀粉顆粒以及中間的介于半晶狀體和晶狀體區域的表面積顯著擴大，而且可將其組織結構極大地瓦解（見圖6）。使淀粉顆粒遭到極大的破壞后融為一體，形成象塑料一樣的平緩區域。正是由于這種變性，使得小腸內的淀粉酶活性較低的動物（如乳豬、狐貍、水貂等等），也可改善對淀粉的消化率。
    不同谷物的淀粉營養屬性有所不同。特別是燕麥，還有大麥和小麥，包括自然淀粉都是易于消化的。相對而言，玉米和高粱中的淀粉相對是不易于消化酶消化的。因此，對不同形式的谷物原料加工，淀粉熟化度的意義和重要性也不同。在以玉米作為主要飼料原料的國家，無論是反芻動物或單胃動物，膨脹器加工對于提高淀粉營養價值都是一種有效的方法，但過分的熟化淀粉通常對于反芻動物有負面影響。
3.2膨脹對蛋白質的影響
    膨脹處理并不影響飼料中的蛋白質總量。特別是觀察已知氨基酸含量在膨脹處理中沒有受到明顯的影響。在最初階段，適當熱處理使得蛋白變性可以增加蛋白的消化率，特別是可以減弱抗營養因子的活性。因此，熱處理可能在很大程度上改變蛋白質的性質。膨脹器加工過程中在出料口處發生的反應是復雜的，但是這些反應最有可能影響蛋白質和氨基酸的消化率。加工過分的話會減少蛋白營養價值，降低蛋白質或氨基酸在小腸中的消化吸收率。到現在為止，膨脹器加工并沒有顯示出會減少蛋門質或氨基酸的消化吸收率。但是，特別是賴氨酸，在熱處理下容易與糖發生反應形成美拉德產物。因此，容易形成這種反應的加工條件應該盡量避免。高溫結合高含水率以及延長滯留時間最有可能產生破壞性。實踐生產中膨化機加工有可能實現這種條件，但這種條件在膨脹器加工中很少出現。
    雖然膨脹熱處理不會影響飼料中蛋白質總量，但對蛋白質的營養吸收價值有著很大的影響。在反芻動物飼料中蛋白質的價值主要決定于小腸內可吸收氨基酸的量。瘤胃中未降解的內原蛋白質、微生物蛋白質和食用蛋白質組成了這些氨基酸，而微生物蛋白質是主要組成部分（Clark等，1992）。微生物蛋白質的量不足以滿足高運動量動物的需求。因此，一般以瘤胃未降解的食用蛋白質作為補充。有資料顯示，熱加工可以增加飼料原料中蛋白質類可食用蛋白的數量( Kau{man等，1982;Satter,1986; Broderick等，1991;Schwab，1995)。因此，可以在反芻動物中使用膨脹器技術來增加未降解蛋白質的量以及谷物中蛋白質的價值。平均而言，高強度（125-130℃）的膨脹器加工可以有效增加大麥和燕麥中20%～35%的蛋白質價值( Presdokken，1999)。大麥和燕麥中有效蛋白質增加的情況如表1所示。
    表1可見，經過膨脹處理后的大麥和燕麥，在混合物中有效蛋白質價值相同(如表l所示的常數AAT)的情況下可以有效降低飼料成本。但是，當通過增加瘤胃中未降解食用蛋白質量提高蛋白質價值的同時，也相應的降低了瘤胃中的降解蛋白質（如表1所示PBV的降低）。這對于瘤胃中需要降解蛋白質作為氮來源的微生物是非常重要的。而使用膨脹器來處理混合物中的大麥和燕麥，可以增加瘤胃中降解蛋白質比例，有效的避免瘤胃中的氮缺乏。以青儲飼草為例，當使用膨脹器處理代替普通的大麥和燕麥時，單位蛋白質含量會提升2%。3%（以十物質為基礎）。
    因此可以看出，相對于膨化機加工，膨脹器的加工處理能夠更好地提高飼料中蛋白質的價值并且更多地減少蛋白質熱處理后的負面影響。
3.3對其它營養元素的影響
    熱加工對其它營養元素也有影響，對不同物質影響各有不同，但總體是有益的影響較多。
    熱加工可以鈍化脂肪中脂肪酶的活性，減少游離脂肪酸的含量，延緩飼料中脂肪的氧化酸敗過程。膨脹加工過程中的高溫、高壓、高剪切作用促使纖維分子問價鍵斷裂，分子裂解及分子極性發生變化，促使纖維中可溶性膳食纖維含量的增加。但熱加工對纖維的影響還比較復雜，國內外各種文獻的報道差異也比較大。熱加工對礦物質的影響比較小，礦物質一般不會被破壞。
    過分的熱加工對于飼料中一些熱敏元素帶來損失，特別是一些維生素和大部分酶制劑以及抗氧化劑。今天，大部分合成維生素相對熱穩定性強（包括VC、VE和VK），允許在熱加r丁前添加到飼料中。相對而言，酶制劑必須在處理加工后再添加，例如，通過在顆粒表面進行液體噴涂。在這方面，膨脹器的溫和熱加工條件相對膨化機的加工處理也更具有優勢。
    從衛生的角度來看，膨脹器加工也是一種有效的熱加工。在最低81℃的膨脹器加工條件下，沙門氏菌就可以被有效的殺滅。
4、膨脹工藝對各種飼料的影響效果
    在實際生產中，針對不同動物的飼料，在飼料配方和生產工藝上都會有所不同。而膨脹工藝的應用對于不同的飼料將會產生怎樣的影響是飼料生產廠商最關心的問題。以下將主要以牛用飼料和豬用飼料為例，觀察膨脹上藝對飼料生產的影響效果。
4.1膨脹工藝對牛飼料的影響效果
    首先，針對牛（特別是奶牛）的優質飼料，應該具有以下幾個特點：
    能夠提高采食量；能夠提高飼料消化吸收率；增加過瘤胃蛋白的比例；各種營養成分在瘤胃中盡量同步降解。
    而通過以上膨脹處理對營養物質的影響分析可以看到，膨脹處理首先是打破了淀粉長鏈結構，提高了蛋白質中可降解蛋白質的含量，恰恰滿足了以上優質牛用飼料的幾項改善要求。而且與化學處理不同的是，膨脹處理后各種元素減少了化學處理后的多種影響，并且降低了成本，其主要影響試驗結果如下：增加了過瘤胃蛋白的百分比；影響了瘤胃中營養成分的降解率；至少提高了10010的玉米淀粉類物質消化率；清除了產品中的致病菌；相應于動物的需求，飼料結構更適合TMR飼喂系統；產奶量增加2—3l/d;產奶成本減少0.1～0.15元/l。
    并且通過上文膨脹料制粒性能分析還可以看出，如果牛用飼料膨脹處理后再進行制粒，可以顯著提高制粒質量。
4.2膨脹工藝對于豬飼料的影響
    與牛飼料相比，豬飼料在配方以及飼喂方式上都有所不同。從配方上講，豬飼料主要以淀粉類原料和蛋白質類原料為主，但相對牛飼料的配比會有所不同，由于豬的消化系統與牛的消化系統截然不同，缺少了反芻瘤胃的豬對飼料的衛生性以及消化吸收率的要求更高。同時，考慮到豬的營養要求及飼喂方式的特殊性，在豬飼料中通常會更多的添加油脂或糖蜜類液體物質，或在飼喂時直接添加水實現液體式飼喂。
    經過膨脹處理后的豬飼料，除了淀粉的熟化以及可吸收蛋白質比率增加外，還能夠產生以下有益的變化：
    ①飼料的衛生性顯著提高：熱加工過程中，致病菌類和霉菌都被有效殺滅，如表2所示。
    ②淀粉熟化：加工過程中，物料中大約有50%～60%的淀粉熟化，可以滿足豬飼料的需求。
    ③水中的可溶性：膨脹料在水中的可溶性能達到500，好于普通的粉狀料或塊狀飼料。將穩定的塊狀料與液體料混合時，可以很快的溶解。這樣無論距離混合設備多遠，可以實現所有的豬都可以食用到相同干物質溶解度的飼料。
    ④干物質濃度：由于吸水性的增加，液體飼料中的干物質含量可以提高3%～4%。傳統液體飼料中假設水，料比率為3：1．則膨脹料的料冰比率可以達到1：2.6，能量值也可以從3.26 MJ/kg提高到大約3.62 MJ/kg。
    ⑤營養物質的影響：膨脹器加工提高了混合料的消化吸收率，特別是脂肪和纖維的吸收率也有明顯的提高，并因此提高了能量的代謝率，如表3所示。
    丹麥有關單位的研究結果表明，因為減少了飼料的消耗率，膨脹結構的豬飼料減少了50%的豬胃病及潰瘍的發病率。
4.3膨脹工藝對其它常見飼料的影響
    因為常見飼料中蛋白原料和能量飼料是最主要的組成部分，所以除了豬飼料和牛飼料外，膨脹加工對其它常見飼料也主要產生正面影響。此外還對不同飼料有著不同的特殊影響，例如在禽料中，油脂含量一般較高，這些油脂主要是通過添加全脂大豆實現的，而膨脹處理對于大豆的尿酶脫毒有著顯著的效果。
    膨脹工藝對常見飼料的負面影響主要表現在對熱敏元素的影響上，特別是維生素、部分微量元素和酶制劑等。解決辦法是，可以通過后噴涂工藝配合彌補在熱加工中的熱敏元素的損失。這樣可以使得膨脹加工工藝更趨完善。
5、結論
    膨脹加工可以以較低的成本對大批量飼料進行高溫處理，相對膨化機的加工處理更加節能環保，同時還避免了物料過分熟化的可能，符合目前的低碳經濟趨勢。這在發達國家已經大規模應用，可以預見膨脹器在未來幾年將會在國內被廣泛接受。膨脹器加工對飼料營養及飼料屬性的影響，這些方面還具有更深入廣泛的討論空間。在歐洲，膨脹器加工已經被廣泛用于提高反芻動物飼料中大麥和燕麥蛋白質價值。而在國內，目前大部分的飼料廠更多使用的是高耗能的膨化機，對于膨脹器的應用還很少，因此在這方面還有很大的發展空間。