鸡精产品中影响篮网制粒机产量的关键因素分析

朱生林，王永福

上海太太乐食品有限公司（上海 201812）

篮网制粒机因其设计独特、操作方便、产量高的特性，目前被广泛应用于鸡精行业的制粒过程中。制粒机的主要结构如图1所示，其由喂料、搅拌、制粒及传动系统等组成。其工作过程是把含水量不大于10%的混合料，通过喂料系统将物料输送至搅拌区域，由4叶搅拌转子将物料均匀分散输送到制粒区域，通过5叶制粒转子的旋转，使湿料挤出通过筛网，再由传动系统将制得的颗粒带出圆盘的过程（如图2所示）。

图1 制粒机结构图

图2 颗粒带出示意图

物料混合后的水分含量是一个极为重要的参数，直接影响篮网制粒机的制粒速度。目前根据工厂的生产经验数据，鸡精适合制粒的物料水分含量在5%~9%之间，一般控制在7%左右。水分对于制粒的影响与水分存在的形式密切相关，当物料的水分含量超过一定数值时，水分将以自由态的形式存在（通常称为自由水）。适量的自由水分附着在颗粒表面形成水膜，可以减少湿物料通过筛网孔的摩擦阻力，延长筛网的使用寿命，另外，水也是最天然的黏结剂，有助于改善制粒的质量。但是自由水分含量不宜大于10%，否则物料太湿，容易在筛网表面打滑，难以通过筛网孔，致使堵塞筛孔。另外，物料过湿也会使制得的颗粒拉长，影响后期的干燥过程。

目前有关制粒机产量的因素分析文献主要集中在饲料行业，但都是以综述的形式介绍制粒机产量的影响因素，没有具体的试验数据说明，如权伍荣等[1]综述影响制粒机产量的因素分析，邓留坤等[3]综述影响饲料制粒的因素及其控制方法分析。

此次试验以具体试验数据为支撑，通过试验设计，着重从3个因素（4叶搅拌速度、5叶制粒速度及物料的水分含量）来确认篮网制粒机产量的关键影响因素，其中物料的水分含量是通过混合加水量来体现的。所有产量数据的评估是基于颗粒的质量（如颗粒大小及溶解度）在可接受的标准范围内，通过三因素三水平共计9个试验来确定影响篮网制粒机产量的关键影响因素。

1 材料与方法

1.1 材料

鸡精，每次按750 kg试验（5个批次，每批次按150 kg来混合）。

1.2 仪器与设备

篮网制粒机JY450（广州燎恒机械有限公司）；CAMSIZER粒径分析仪[德国RETSCH（莱驰）公司]；溶解性测试搅拌设备（德国IKA公司）。

1.3 方法

1.3.1 制粒机产量的测试方法

以每分钟从篮网制粒机出来的湿料颗粒的质量来计，每批次试验会收集20~30个产量数据，最终以中间值作为该批次产量的衡量依据。

1.3.2 颗粒的质量测试方法

颗粒的质量主要体现在颗粒的粒径大小上，用粒径分析仪来测试颗粒的直径和长度。

1.3.3 颗粒的溶解性测试方法

称取6 g不同造粒条件下的样品，溶解在500 mL的热水中（水温为80 ℃），在600 r/min的转速下搅拌30 s，将最终溶液倒入碗中观察溶解情况。

2 试验设计

以制粒速度、搅拌速度及加水量3个因素来评估，每个因素设置3个水平，每个水平变化范围如表1所示，三因素三水平正交试验见表2。

表1 制粒速度、搅拌速度和加水量因素水平表

表2 正交试验表

3 结果与讨论

3.1 正交试验结果

按9组正交试验进行测定，每个批次试验有20~30个产量数据，具体结果见图3。

图3 篮网制粒机在不同造粒条件下的产量数据图

3.2 篮网制粒机产量的主要影响因素分析结果

由图4可知，在不同制粒条件下9个正交试验的产量结果均不同，可明显看出加水量是最重要的影响因素，占比为56%，即物料混合后的水分含量是最关键的影响因素，其次为篮网制粒机的搅拌速度和制粒速度。

图4 影响产量的各个影响因素的占比分析

3.3 篮网制粒机产量的优化条件

由图5可看出，制粒速度越大，搅拌速度越大，物料混合的加水量越大，得到的产量也越高，即篮网制粒机的产量分别与制粒速度、搅拌速度及物料的水分含量呈正比例关系。

图5 各个影响因素在不同水平下的产量关系图

由图6可看出，在同种因素条件下，制粒机的产量和水平变量也呈正比例关系，即水平的值越高，产量越大。并且当加水量在最大6 kg（物料混合时的加水量在4%）时，得到的产量最大。

图6 各种因素下的平均产量对比图

3.4 物料的加水量是影响产量关键因素的确认

由图7可看出，综合9组试验，2组数据显示，当加水量在最大6 kg时，篮网制粒机的产量最大，符合以上介绍的物料的水分含量是制粒机产量的关键影响因素，此时对应的搅拌速度亦为最大（35 r/min），制粒速度为70 r/min。

图7 每个影响因素的平均产量

3.5 最优造粒参数条件下的产量验证结果

根据产量主要影响因素的确认结果，在最优化的条件[制粒速度为70 r/min，搅拌速度为35 r/min，加水量为6 kg（即4%的添加量）]下进行一次验证试验，结果显示在该制粒条件下篮网制粒机的产量可达到3 000 kg/h，完全验证了前期试验设计的结论，证明了试验设计的有效性。

3.6 不同制粒条件下的样品的质量评估结果

为确认在不同造粒条件下样品的质量符合标准要求，特对样品的粒径大小和溶解度进行测试比较，以确保在不同制粒条件下生产出来的样品质量的稳定性。

3.6.1 颗粒粒径比较结果

颗粒的粒径分析结果是由粒径仪设备测试得到的。由图8和图9可以看出，在不同制粒条件下制得的颗粒在长度（通常情况下xFe_max被认作为颗粒的长度）和直径上（通常情况下xc_min被认作为颗粒的直径）没有显著的差异，完全符合产量质量的要求。

图8 不同条件下的颗粒长度比较结果

图9 不同条件下的颗粒直径比较结果

3.6.2 颗粒溶解度的比较结果

将不同条件下制得的颗粒先从外观上作初步判断，颗粒的外观形状如图10所示。按照上述介绍的标准方法将不同颗粒溶解在水里，搅拌一定时间后倒入碗里观察颗粒的溶解性情况，从图11可明显看出9种颗粒样品均无溶解性问题，全部溶解，故判断在不同制粒参数条件下制得的颗粒符合质量标准要求。

图10 不同条件下制得的颗粒外观大小

图11 不同条件下制得的颗粒溶解性比较

4 结论

从试验设计中可得出物料混合的加水量是影响篮网制粒机产量的最主要因素。在确保颗粒质量符合要求的前提下，加水量越大（即物料混合后的水分含量越大），篮网制粒机的产量越大。

篮网制粒机的制粒速度和搅拌速度也与制粒产量呈正比例关系，即制粒速度越大产量越大，搅拌速度越大产量也越大。

针对同一个配方在不同的制粒参数条件下，终产品的颗粒大小和溶解度等质量属性没有明显差异。