关于制粒过程中温度变化的研究

相较于被直接投喂碾碎原料，被投喂颗粒饲料的动物的生长表现和饲料利用更优(平均日增重和饲料转化率)(Royer等人，2015)。出于营养目的，或出于提升动物健康，配方中通常会使用添加剂。有些添加剂对饲料热加工很敏感，因此确定制粒条件、添加剂投料位置以及选择添加剂本身时必须谨慎。

本文将关注饲料制粒生产线的组成和管理，并重点讨论在生产过程中饲料经受的温度：参考在生产现场观察到的温度范围；理解制粒工艺，确定背后的原因；提供有助于监测这些温度的意见。

一条制粒生产线(图1)由四个连续的部件组成。物料被储存在上方的料斗中，通过绞龙被输送到配备有搅拌桨的调质器，物料在此与蒸汽混合。位于调质器末端的温度传感器测量混合蒸汽后的物料温度，这个温度被称为 "调质温度"。最后，物料将通过制粒机被制粒。制粒机配置了带模孔的环模，物料被位于环模内的压辊碾压挤过模孔(图2)。

图1 制粒生产线(Payne等)

饲料制粒过程中主要是两个力起到作用：

1. 压辊对物料施加相当大的力(~1,200 kg/cm2)(Friedrich, W., 1979)

2. 物料会和模孔的边缘之间产生较大的摩擦力。压辊施加的力和环模内的摩擦力影响了饲料颗粒的抗震性和耐磨性。

饲料生产商如果希望颗粒能很好的抗震及耐磨，就会选择模孔较长的环模。但如果饲料需破碎，他们会选择模孔较短的环模。物料特性(颗粒大小、成分等)也起着重要作用，如饲料中有矿物质等坚硬的饲料原料的存在，环模内的摩擦会增加，这种摩擦会使环模中的物料升温。图3显示了法国动物饲料技术中心Tecaliman在生产现场进行的测试中记录的猪和禽饲料在环模中被加热情况。

图3 猪和禽饲料在环模中的加热情况与调质温度的关系(Tecaliman，内部数据)

图3显示：

·调质温度越低，环模中物料升温越高(当调质温度为50℃或更低时，禽饲料被加热超过20℃，而当调质温度高于70℃时，平均为5℃)。

·与禽饲料相比，猪饲料生产时的摩擦更高，因此在相同的调质温度下环模处产生的热量更多。

如果需要在制粒机前添加热敏性的原料，需要考虑以上的情况。

首先，根据生产的饲料颗粒粒型及所需要的饲料颗粒质量选择适当的环模。由于使用同一台制粒机生产多种类型的饲料，所选择的环模必须匹配不同的颗粒类型和各种饲料的质量标准。然后，操作工通过调整蒸汽质量和蒸汽用量为每种饲料选择适当的调质温度。通过调质，物料间的粘结性和润滑性能得到了调高，这可以防止物料在环模内被过度加热，从而降低制粒机的功率消耗。

然而，过多的蒸汽会导致糊状物的形成，阻碍物料通过环模(模孔堵塞)。在选择最高调质温度时，必须考虑饲料配方，防止模孔被堵塞。图4展示了占法国饲料总产量35%的不同的饲料品种使用的调质温度范围。

图4 不同类型饲料使用的调质温度(Tecaliman对法国饲料制造商的调查)

从图4中可以看出使用的调质温度从50℃到85℃不等，不同类型饲料之间存在差异。例如，牛饲料的使用的平均调质温度为60℃，火鸡饲料为75℃。从配方结构分析火鸡饲料的谷物比例高，而牛饲料纤维含量高，因此牛吸收的水分少，对蒸汽提供的水分更耐受。

最后一个生产线管理参数是颗粒成型率，这与物料在环模内的停留时间有关。这个时间反映了饲料受到制粒过程中最高温度的时间。

因此，调质温度的选择取决于饲料及其在环模内的加热情况，以及在调质器中加入的蒸汽量(与调质温度直接相关)。鉴于这些信息，在制粒过程中测量饲料的温度对于在制粒机前使用热敏性添加剂至关重要。应检查调制器探头是否准确，是否设置在正确位置。为了确定环模出口温度，通常有必要在环模出口处直接采集颗粒样品，然后让环模温度稳定一段时间。将压实的热颗粒放在一个等温的容器中，通过引入温度传感器测量其温度。

饲料的温度在整个制粒过程中不断变化，从环境温度(在原料仓中)到环模出口处的高温。如果饲料制造商将他们的生产线管理决策建立在调质温度的基础上，需要记住这个温度通常低于在环模内的物料温度，因为物料在经过环模的时候由于摩擦还会被继续加热。这种加热取决于蒸汽质量和物料的研磨性，有可能这种热加工的效果不明显，也可能达到甚至超过30℃。不是所有的物料在环模中的停留时间都一样，因此经过高温加工的时间也不同。图6还显示，即使在一个颗粒内，在颗粒的外部(受到环模中的摩擦)和颗粒的核心之间可能有超过10℃的梯度。尽管温度在整个过程中会发生变化，但它也会根据物料在环模中的位置和物料本身的情况而发生变化。

图6 环模出口处颗粒内部的温度梯度(红外线测量)

来源：Sandy Rouchouse,Tecaliman《关于使用热敏性原料制粒时温度的研究：制粒过程中的温度变化》