湿态发酵豆粕不同添加比例和预处理工艺对颗粒饲料质量的影响

■鲁春灵 李军国 杨 洁 于纪宾 梁东亮 蒋万春*

（1.河北工程大学生命科学与食品工程学院，河北邯郸056038；2.中国农业科学院饲料研究所，北京100081；3.邯郸市经济技术开发区动物防疫站，河北邯郸057151）

随着减抗和无抗时代的来临，以及人们对环境污染的关注，抗生素替代品已广泛应用。发酵饲料原料不仅可以消除抗营养因子、降解蛋白质、提高饲料原料营养吸收水平、解决动物的营养性腹泻，还能补充大量活性益生菌、抑制有害菌的生长、减少疾病的发生，大大减少抗生素等药物类添加剂的使用，改善动物健康水平，提高动物食品安全性[1]。

发酵饲料原料是指豆粕、棉粕、菜籽粕等一种或几种蛋白质饲料原料经酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌等单一或混合益生菌，在水分30%～45%的固态状态下，通过厌氧或耗氧方式发酵3～5 d而得[2-3]。一般发酵饲料原料产品都要经过热气流烘干处理，使水分降低到12%以下[4]，以便于长期贮存。但是发酵后的干燥过程很容易让发酵菌种失活，降低了发酵饲料原料的使用价值和营养附加值[5]，发酵饲料原料的烘干工艺成本也很高，约占加工成本的50%以上[6]。湿态发酵饲料原料是指发酵后不经烘干处理，直接使用，以保护生物活性，提高使用价值，同时降低生产成本[7-8]。但是，由于湿态发酵原料水分含量高（35%～45%），流动性极差，直接投入配合饲料生产线中使用，无法粉碎到成品要求的粉碎粒度，在料仓中极易结拱，很难进行自动配料，在混合过程中不易分散、容易与极易吸潮的原料瞬间形成不能分散的湿团，导致混合粉料水分分布不均匀，制成的颗粒某点水分高易引起霉变[9]。同时，由于湿态发酵原料水分含量高，添加后使混合粉料的水分显著增加，为了不影响颗粒质量和制粒效率，在配合饲料中的添加比例受到限制，一般要求添加湿态发酵原料后混合粉料的水分含量增加不超过2%。因此，开发一种湿态发酵原料的预处理工艺，保护发酵原料生物活性，提高添加湿态发酵原料配合饲料水分的均匀性，降低添加湿态发酵原料对颗粒饲料质量和制粒效率的影响非常必要。本研究在相同玉米和湿态发酵豆粕预混合配比下，设计4×4双因素的颗粒饲料加工试验，探讨湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料质量的影响，供颗粒饲料生产企业参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

选择典型肉鸡饲料配方，设计4×4双因素的加工试验，研究湿态发酵豆粕不同添加比例和预处理工艺及其交互作用对颗粒饲料质量的影响。其中，湿态发酵豆粕的添加比例为4%、6%、8%和10%，预处理工艺分别为：A：直接添加；B：与玉米粉按3∶7比例混合后添加；C：与玉米粉按3∶7 比例混合、粉碎后添加；D：与玉米粉按3∶7 比例混合、冷制粒、再粉碎后添加。饲粮组成及营养水平见表1。

表1 基础饲料组成及营养水平（风干基础）

1.2 加工工艺与取样

采用常规饲料加工工艺进行试验，加工参数：原料采用2.5 mm筛片粉碎后混合，调质时间40 s，调质温度75 ℃，模孔直径3 mm、长径比5∶1。待调质温度、制粒机工作稳定后开始取样，分别取调质前、调质后的混合粉料和制粒后的样品各3份，所有样品按规定进行编号，并将冷却后的颗粒饲料于室温下（温度20～25 ℃、湿度50%～60%）进行为期98 d的储存试验，每隔14 d取样，检测霉菌总数，观察是否存在点状发霉情况。

1.3 检测指标与方法

1.3.1 水分

参照《饲料中水分的测定》(GB/T 6435—2014)测定试样的水分。

1.3.2 颗粒硬度饲料颗粒硬度采用质构分析仪（TA.XT2，Surrey，UK）测定，试验数据为随机采集20个样品的平均值。

1.3.3 颗粒耐久性

将500 g已过筛除去细粉的样品放进颗粒耐久性测试装置中翻转10 min，取出样品，过筛，称量剩余的颗粒饲料重量，按下列公式计算颗粒耐久性（PDI）：

PDI（%）=翻转后颗粒料的重量/翻转前颗粒料的重量×100

1.3.4 成型率

从制粒机出料口接取约5 kg颗粒饲料，冷却后称重，选取孔径为颗粒大小0.8倍筛网过筛后称重。

成型率（%）=过筛后颗粒饲料重量/冷却后颗粒饲料重量×100

1.3.5 霉菌总数

根据《饲料中霉菌总数的测定》（GB/T 13092—2006）测定。

1.4 数据处理

试验数据以“平均值±标准差”形式表示，所有数据用软件IBM SPSS Statistics 20进行双因素方差分析（two-way ANOVA），用Duncan's法多重比较检验差异的显著性，显著性水平为P＜0.05，极显著性水平为P＜0.01。

2 结果与分析

2.1 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对制粒性能的影响(见表2)

表2 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对制粒性能的影响

在饲料加工试验中，通过观察制粒过程，评价湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对制粒性能的影响。由表2可知，湿态发酵豆粕添加比例为4%时，制粒机在4种预处理工艺下都工作良好；湿态发酵豆粕添加比例为6%时，在A、B预处理工艺下，制粒机能正常工作，C、D 预处理工艺下工作良好；湿态发酵豆粕添加比例为8%时，A 预处理工艺易堵机，B 预处理工艺偶尔堵机，C、D 预处理工艺工作正常；湿态发酵豆粕添加比例为10%时，A、B预处理工艺严重堵机，C预处理工艺易堵机，D预处理工艺偶尔堵机。

2.2 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对饲料加工过程中水分的影响(见表3～表5)

表3 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对混合粉料调质前水分的影响（%）

表4 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对混合粉料调质后水分影响（%）

表5 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料水分影响（%）

由表3 可知，随着预处理工艺变化（A～D），混合粉料调质前水分极显著降低（P＜0.01）；随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，混合粉料调质前水分极显著提高（P＜0.01）；预处理工艺和湿态发酵豆粕添加比例交互作用对混合粉料水分有极显著影响（P＜0.01）。一般认为，饲料调质前水分低于12.5%时，其吸收蒸汽的能力较强，调质温度较高，颗粒质量较好[10]。调质前水分过高，会导致其吸收蒸汽能力下降，调质温度降低，淀粉糊化和蛋白质变性程度降低，进而影响颗粒饲料质量。本试验中，当湿态发酵豆粕添加比例为8%和10%时，A、B 预处理工艺混合粉料调质前水分在12.57%～13.82%之间。因此，湿态发酵豆粕添加比例为10%时，建议采用D预处理工艺，添加比例为8%时，C、D预处理工艺均可。

由表4可知，预处理工艺对混合粉料调质后水分影响不显著（P＞0.05）；随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，混合粉料调质后水分极显著提高（P＜0.01），预处理工艺和湿态发酵豆粕添加比例交互作用对混合粉料调质后水分有极显著影响（P＜0.01）。一般认为，混合粉料调质后水分在15.5%～17.0%时，生产的颗粒饲料质量较好，光洁度均匀，粉化率最低，成品料的水分含量可达到标准要求。本试验中，湿态发酵豆粕添加比例为4%和6%时，混合粉料调质后水分较标准要求较低，添加比例为8%和10%时符合要求。

由表5可知，随着预处理工艺变化（A～D），颗粒饲料水分极显著降低（P＜0.01）；随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，颗粒饲料水分极显著提高（P＜0.01）；预处理工艺和湿态发酵豆粕添加比例交互作用对颗粒饲料水分无显著影响（P＞0.05）。关于成品颗粒饲料的水分含量，南方控制在不高于12.5%，北方不高于14%。本试验中，颗粒饲料的水分基本符合要求，但在饲料加工过程中，随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，采用A、B 预处理工艺时，制粒机制粒性能降低，很难快速制出光滑、成型好的颗粒饲料，尤其是添加比例为10%时，由于含水量过高，制粒机严重堵机。因此，在湿态发酵豆粕添加比例较高时，采用D预处理工艺制粒，颗粒饲料水分符合要求，制粒效率较高。

2.3 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料质量影响(见表6～表8)

由表6 可知，随着预处理工艺变化(A～D)，硬度极显著升高（P＜0.01）；随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，硬度极显著降低（P＜0.01）；二者交互作用对硬度无显著影响（P＞0.05）。

由表7可知，预处理工艺对颗粒饲料耐久性无显著影响（P＞0.05），随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，颗粒饲料耐久性极显著升高（P＜0.01），二者交互作用对颗粒饲料耐久性无显著影响（P＞0.05）。

表6 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料硬度影响（N）

表7 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料耐久性影响（%）

表8 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料成型率影响（%）

由表8可知，随着预处理工艺变化（A～D），成型率极显著提高（P＜0.01）；随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，成型率先升高再降低，添加量为8%时，成型率最高；二者交互作用对成型率有极显著影响（P＜0.01）。

根据颗粒饲料通用技术条件（GB/T 16765—1997）可知肉鸡颗粒料含粉率应低于10%，本试验中颗粒饲料的颗粒耐久性均在90%以上，成型率在96%以上，硬度在40～57 N之间，与马世峰等[11]研究结果相似，以上三个颗粒指标均符合颗粒质量要求，但在饲料加工过程中，随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，A、B、C 预处理工艺下，制粒机开始出现堵机现象，影响了颗粒饲料制粒性能，因此建议采用D预处理工艺进行颗粒饲料加工。

2.4 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料储存期霉菌总数影响（见表9）

室温条件下，预处理工艺、湿态发酵豆粕添加比例和储存时间对霉菌总数的影响见表9。由表9 可知，随着储存时间的延长和湿态发酵豆粕添加比例的提高，霉菌总数有升高趋势，湿态发酵豆粕添加比例为4%、6%、8%、10%时，四种预处理工艺加工的颗粒料均能安全储存的时间分别为84、70、42、42 d；湿态发酵豆粕添加比例为4%时，B、C、D 预处理工艺生产的颗粒饲料的保质期为90 d 以上，A 预处理工艺在98 d时发霉；添加比例为6%时，B、D预处理工艺可保质90 d 以上，C、A 预处理工艺分别在84 d 和98 d 时发霉；添加比例为8%时，C 预处理工艺在56 d 时发霉，B 预处理工艺在84 d 时发霉，A、D 预处理工艺在98 d 时发霉；添加比例为10%时，A、B、C 预处理工艺在56 d时发霉，D预处理工艺储存至84 d时发霉。

3 讨论

3.1 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料制粒性能影响

在饲料加工过程中，适宜的水分含量有利于制粒，能提高颗粒饲料产品的加工质量和生产效率，降低加工成本。相关研究表明，调质前粉料的水分含量在12.5%左右[10]；调质后入模物料的水分含量在15.0%～16.5%之间比较合理[12]，生产的颗粒饲料加工质量较好，光洁度均匀，粉化率低，同时能耗也较低，最终产品的水分含量也易达到标准要求（一般加工后颗粒饲料的水分应不高于12.5%）。

调质前水分如果高于12.5%，调质时又想添加蒸汽达到合适的调质温度，调质后水分就会升高，混合粉料就会在制粒机中打滑并堵机。在本试验中，湿态发酵豆粕添加比例达到8%时，A、B 两种预处理工艺调质前水分大于12.5%，A 预处理工艺甚至超过了13%，制粒机出现堵机现象，B 预处理工艺偶尔堵机；添加比例达到10%，A、B、C预处理工艺调质前水分都超过了12.5%，A、B预处理工艺调质前水分超过13%，A 预处理工艺下接近14%，A、B 预处理工艺下制粒机出现了严重堵机的现象，C预处理工艺堵机，D预处理工艺水分低于12.5%，偶尔堵机。以上结果表明，预处理工艺对调质前水分有显著性影响。这是因为，玉米与湿态发酵豆粕进行预混合时，玉米可以吸附湿态发酵豆粕的水分，制成半干湿混合粉料，提高流动性和水分分布的均匀性，制粒和粉碎过程中也会损失一部分水分[13-15]。本试验中，添加比例为4%和6%调质后水分均小于15.5%，制粒效果不理想；添加比例为8%和10%时，A、B 预处理工艺符合要求，C、D 预处理工艺较理想含水量相差很小。颗粒饲料的水分基本符合要求，但在饲料加工过程中，随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，采用A、B 预处理工艺的制粒性能降低，尤其是添加比例为10%时，由于含水量过高，制粒机严重堵机。

表9 预处理工艺、湿态发酵豆粕添加比例和储存时间对霉菌总数的影响（lgcfu/g）

3.2 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料质量影响

颗粒质量重要的指标有硬度、耐久性、成型率等。Muramatsu[16]研究表明，水分对颗粒质量影响占影响因素的16%，增加水分含量会提高颗粒饲料耐久性，与本试验研究结果一致。硬度为40～57 N 在正常范围内[17-19]，成型率在97%以上符合颗粒质量要求。本试验中，湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料质量的影响，主要是通过改变混合粉料的水分进而改变颗粒饲料的质量，但硬度、颗粒耐久性、成型率均在正常范围内，符合颗粒质量要求，但随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，A、B 两种简单的预处理工艺在制粒时制粒机会发生堵机和严重堵机现象，C预处理工艺在添加比例为8%时，能够正常工作，但是在添加比例为10%时也发生了堵机现象。D 预处理工艺将湿态发酵豆粕与玉米粉混合后经过粉碎、冷制粒成型，使饲料原料紧密接触，有利于水分进一步扩散均匀，最后成型颗粒再经冷却、粉碎使混合料的水分降低2.0～2.5 百分点，在提高湿态发酵豆粕在配合饲料中的添加比例的同时还能提高颗粒饲料质量。

3.3 湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺对颗粒饲料储存期霉菌总数影响

饲料储存期间水分含量、水分活度和温度是霉变的主要环境因素[20-21]，水分活度大于0.65，水分含量大于15%，会诱发饲料霉变[22-24]。湿态发酵豆粕的黏稠特性导致它在与其他原料混合过程中出现混合不均匀的问题，混合粉料混合不均会导致饲料点状发霉，这在实际生产中会给饲料企业带来巨大的经济损失。本试验中，随着湿态豆粕添加比例的提高，保质期逐渐缩短，说明较高的水分含量会促进微生物的生长，从而影响饲料储存时间[25]。同一储存时间，湿态发酵豆粕相同添加比例，当A、B、C预处理工艺下的颗粒饲料发霉时，D 预处理工艺未发霉；甚至当低添加比例的A、B、C预处理工艺发霉时，湿态发酵豆粕高添加比例的D预处理工艺也未发霉，说明改变预处理工艺可以提高颗粒饲料水分均匀性，延长颗粒饲料的保质期。同时，饲料储存至98 d时，霉菌数下降，可能是因为饲料中水分活度降低，抑制了霉菌繁殖[26]。

4 结论

①湿态发酵豆粕添加比例为4%和6%时，在简单的预处理工艺（A、B）下，制粒机也可以正常工作；添加比例提高到8%时，简单的预处理工艺下，制粒机堵机无法制粒，预处理工艺C、D下，可以正常制粒；添加比例提高到10%时，预处理工艺A、B、C下，制粒机堵机严重，无法制粒，预处理工艺D下，能制造出颗粒但偶尔堵机。

②不同的湿态发酵豆粕添加比例和预处理工艺下，颗粒饲料的耐久性、成型率和硬度均符合颗粒质量要求，但在饲料加工过程中，随着湿态发酵豆粕添加比例的提高，影响了制粒机的制粒性能，仅可以采用预处理工艺D进行颗粒饲料的加工。

③湿态发酵豆粕添加比例为4%时，4种预处理工艺下生产的颗粒饲料均能保质84 d，随着添加比例的提高，颗粒饲料出现点状发霉，保质期逐渐缩短，预处理工艺D在4种工艺中保质期最长，可达到70 d以上。

通过湿态发酵豆粕与玉米粉按3∶7 比例预混合、冷制粒、再粉碎预处理工艺下，湿态发酵豆粕添加比例可以提高到10%，同时延长了颗粒饲料的储存时间，实现了湿态发酵豆粕的高比例添加。