飼料加工工藝對淀粉消化特性影響的研究進展
日期：2025-08-01 來源： 鴨高創(chuàng)咨詢公眾號
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摘要：為探明粉碎加工、擠壓膨脹、調質質粒等飼料加工工藝對淀粉消化特性的影響，針對飼料加工工藝、淀粉消化特性等進行深入剖析，結果發(fā)現(xiàn)，無論是粉碎加工工藝、擠壓膨化工藝，還是調質質粒工藝，對淀粉消化特性的影響均有不同的特點及側重點。為此，在實際選用飼料加工工藝的過程中，為滿足動物生長能量需求、健康生長要求，需重點關注加工條件、工藝技術等對飼料淀粉理化性質的關鍵作用，以保證動物對營養(yǎng)物質的吸收效果，同時操作人員還需結合不同動物的消化特征，選擇恰當加工工藝，以便為不同動物的營養(yǎng)物質吸收質量提供保證。
在我國飼料工業(yè)的發(fā)展建設中，飼料加工工藝展現(xiàn)出多種多樣的特點。據(jù)中國飼料工業(yè)協(xié)會官網(wǎng)發(fā)布的2023年6月全國飼料生產(chǎn)形勢，2023年6月，全國工業(yè)飼料產(chǎn)量2 629萬t，環(huán)比下降1.3%，同比增長9.6%。上半年全國工業(yè)飼料總產(chǎn)量14 930萬t，同比增長7.0%。在這種數(shù)據(jù)的增長中，飼料加工工藝所發(fā)揮的作用不容忽視。本研究將圍繞不同飼料加工工藝對動物淀粉消化特性影響的變化，做出全面探究分析。
1. 飼料加工工藝概述
在飼料加工工藝的類型劃分中，主要可分為以下三種：
一是粉碎加工工藝。在飼料粉碎加工中，需首先做到所需粉碎原料中細粉塵、粗雜物等的初清篩，同時需做好鐵磁金屬物磁選，而后使用粉碎機粉碎成粉狀飼料，并進入中間配料倉。對于魚粉、糠麩等無需粉碎的原料則直接進入中間配料倉。隨后在添加劑配料倉中做好一次稀釋添加劑的加入，各倉粉料需基于配料計量裝置、依照飼料配方配比，逐一計量飼料粉料，并于混合設備中做到充分、均勻混合，最終形成粉狀配合飼料。對于一些需壓粒的飼料，則需利用壓粒系統(tǒng)成型。在該工藝的實際應用中，主要有以下7個特點需重點關注：
①在稱重配料的過程中，能夠保證其配比的精準性，一般情況下能夠將誤差控制在0.3%～0.5%，清倉作業(yè)的開展也更為高效；
②能夠提供更多配料倉，常規(guī)情況下的配料倉容需供6～8h配料生產(chǎn)使用；
③可根據(jù)原料品種的不同分別粉碎，但如粉碎種類的調換過于頻繁，整體清理、操作會更為復雜，時間也會產(chǎn)生更多損耗；
④飼料加工工藝之中，粉碎機的利用頻率較高，依照具體需求可選擇不同粉碎粒度；
⑤粉碎工藝的使用，對配方頻繁更換、自動控制工作開展均十分有益；
⑥粉碎加工工藝更適用于在大中型飼料廠內使用，主要因為其具備造價較高、整體工藝較為復雜的特點；
⑦該工藝能夠做到分批混合，混合質量也能得到有效保證。無論哪種添加劑，都能在混合工序的作用中，于飼料中均勻混合，均勻度一般在1/10萬。
二是擠壓膨化工藝。在該工藝的實際應用中，本身涵蓋加熱、混合、殺菌、破碎、蒸煮等多種功能，能夠實現(xiàn)飼料加工的連續(xù)操作及系列單元操作，其技術原理如圖1所示。
圖1 擠壓膨化工藝原理。1.傳動箱 2.喂料螺桿 3.喂料螺套 4.阻力圈 5.壓縮螺桿 6.壓縮螺套 7.抱箍 8.擠出螺桿 9.擠出螺套 10.模板
整個工藝技術呈現(xiàn)出成本能耗低、實際操作方便簡單的特點，高品質、高產(chǎn)量、多功能是擠壓膨化工藝的主要優(yōu)勢。經(jīng)過擠壓膨化的飼料營養(yǎng)成分，其消化率、保存率均會展現(xiàn)出較高的特點。在實際應用中，擠壓膨化工藝的原理主要為，在飼料已經(jīng)被輸送至擠壓膨化機中后，經(jīng)過螺旋及螺桿的作用，飼料即會以軸向移動形式不斷向前移動，同時，飼料和螺旋、機筒均會在擠壓膨化機中產(chǎn)生一定程度上的摩擦，飼料就會受到強烈攪拌、擠壓作用，這時飼料就會得到進一步均化、細化。而后伴隨擠壓膨化機內部壓力的不斷增大，其內部溫度也會持續(xù)升高，由此飼料就會在高剪切力、高壓高溫等條件的作用下，產(chǎn)生物性方面的變化，從粉狀變?yōu)楹隣钍侵饕兓攸c。其中，①蛋白質會重組、變性；②淀粉會裂解、糊化；③致病細菌會被成功殺死；④纖維會產(chǎn)生部分降解；⑤其中所蘊藏的有毒成分也會在這種條件作用下失活。而在糊狀飼料自?？讎娚涠?，強大壓力作用會使飼料水分出現(xiàn)急驟汽化、飼料也會在此基礎之上被膨化，就此膨化飼料產(chǎn)品隨之產(chǎn)生，并具備酥脆、多孔、疏松的特點，飼料擠壓膨脹目的由此達成。
擠壓膨化加工技術，一般情況下可劃分為濕法膨化、干法膨化2種方式。其中，前者一般在寵物、斷奶仔豬的膨化顆粒飼料生產(chǎn)中較為常用，整個應用流程為在飼料送到膨化設備前，需以蒸汽方式或加水方式開展調質作業(yè)，而后進入膨化機制出顆粒飼料（多孔狀）。而后者在應用過程中，不需進行飼料前期調質，僅需在原料中添加適量油脂、水，而后進入膨化機，經(jīng)過膨化機處理即可得到飼料。需要及時關注的是，經(jīng)過膨化處理的飼料原料，其細胞壁內含的木質素、纖維會遭到破壞，其成分消化率就會在這種情況的影響下迅速提升。據(jù)相關研究人員的分析，如果飼料受到高溫膨化作用，其糊化度高達80%以上，更容易被動物吸收。
三是調質質粒工藝。在飼料加工生產(chǎn)過程中的調質，本身指在制粒膨化工藝發(fā)揮作用前期，于粉料階段應用的工藝。在飼料進入到混合機后，直至其到達制粒機環(huán)模腔間，所發(fā)生的全部改變、添加操作均屬于飼料生產(chǎn)調質。同時，顆粒飼料本身所具備的優(yōu)勢也較為顯著，如有助于動物吸收消化、不易發(fā)霉、容易保存等。而在調質質粒加工工藝的使用中，需明確會對飼料顆粒質量產(chǎn)生影響的第一要素即為“調質”，在影響飼料固定成型的加工要素中，“調質”占比能達到60%。飼料進入混合機后其固定成型基本無法改變，因此就需及時關注到“調質”操作，以推進原料向飼料的充分轉變（質變）。同時，在調質時需重點關注時間、溫度、水分這三大要素。具體注意事項如表1所示。
2. 淀粉消化特性研究
淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，主要是由80%支鏈淀粉與20%支鏈淀粉組成，也是高分子碳水化合物，含有葡萄糖分子，而且淀粉、口腔、胃部以及腸道都有助于消化的效果，并且消化速度較快，較好消化。而在淀粉的實際消化之中，會經(jīng)過多個器官、涉及酶種類也較為豐富，具體如下：①口腔消化，當含有淀粉的食物進入口腔后，通過牙齒的咀嚼和研磨作用，淀粉顆粒變得較小。隨后，唾液中的唾液淀粉酶開始工作，將這些淀粉顆粒分解成麥芽糖和糊精，這些簡單的糖類隨后可以通過食管進入胃內；②胃消化，盡管胃本身不含有消化淀粉的酶，但是胃內的胃酸和肌肉蠕動有助于食物的物理消化，胃酸與食物混合，促進淀粉的進一步磨碎，這有助于后續(xù)的小腸消化；③小腸消化，在小腸中，胰腺分泌的胰淀粉酶以及其他消化酶負責將糊精、麥芽糖等進行更進一步的分解，使其成為葡萄糖，以便于被動物小腸吸收，進入血液供軀體利用。
3. 飼料加工工藝對淀粉消化特性的影響
3.1粉碎加工工藝對淀粉消化特性的影響
在飼料加工中，粉碎是保證飼料生產(chǎn)效果的第一道工序，主要物理作用力應用，實現(xiàn)淀粉顆粒性質、結構等改變的目的，其中包含的物理作用力包含剪切力、摩擦等。在粉碎加工工藝的使用中，天然淀粉結晶度會有較為顯著的減少，顆粒表面也會形成“疏松多孔”形態(tài)結構，上述種種情況的發(fā)生，對淀粉吸水率、淀粉溶解度等的理化性質改善均有不容忽視的重要作用，最終，就會影響淀粉消化率。但在飼料經(jīng)過球磨機的處理之后，馬鈴薯淀粉結構也會出現(xiàn)明顯降低的情況，淀粉糊化熱也會隨之降低、其吸熱峰值移動至低溫方向。同時，在實際進行飼料原料粉碎的構成中，馬鈴薯淀粉結晶區(qū)域也會出現(xiàn)被破壞的情況，在淀粉顆粒方面起到消化作用的消化酶，其整體效用會產(chǎn)生明顯提升。這也就從側面驗證了“粉碎后馬鈴薯淀粉，更有利于動物吸收、消化”這一觀點。此外，粉碎這種工藝，對于谷物結構的破壞作用也較為顯著，淀粉消化速率也會因此得到有效提升。
經(jīng)過上述剖析與闡述發(fā)現(xiàn)，原料粉碎粒度與動物消化率提升、營養(yǎng)吸收效果提升之間，是一種正相關關系，基于粉碎粒度的區(qū)分，淀粉理化性質、消化特性也各不相同。如細顆粒淀粉具備硬度低、沒有定形構象、比表面積更大等特點，因此其消化程度、速度等都更快。有學者采用外源淀粉酶、葡萄糖苷酶等，展開了豬口腔環(huán)境、豬胃部環(huán)境的模擬。以測定淀粉酶在小麥、高粱等谷物消化中的作用，驗證其擴散速率、回腸消化率等，結果表明“粉碎粒度與“淀粉酶解速率”成反比。關于一般豬飼料在最佳粉碎粒度區(qū)間的劃分，在不同階段會有一定區(qū)分，但基本控制在500～1 600，而在飼料粉碎粒度出現(xiàn)過粗或者過細的情況時，均會對動物吸收消化飼料影響物質造成較為明顯的影響。
據(jù)文獻表明，在飼料中糙米的粉碎粒度出現(xiàn)改變時（從800提高至600），育肥豬、斷奶仔豬對飼料中干物質、淀粉的消化吸收率都會產(chǎn)生顯著提升，但是，當糙米的粉碎粒度在400時，其和糙米的粉碎粒度在600時對比，則沒有顯著變化。
通過分析也能發(fā)現(xiàn)，在飼料加工中粉碎工藝不可或缺，這種工藝通過機械作用改變飼料內部凝聚力，使其發(fā)生分裂，這對飼料物理形態(tài)的改變起到直接作用。關于飼料營養(yǎng)品質提升需保證其有合適的粉碎粒度，動物營養(yǎng)物質消化率也會在這種情況下有明顯提升，當然對飼料調質、膨化、制粒等時間的縮短也大有裨益，能夠為飼料顆粒均勻度提供保證。在常規(guī)狀態(tài)下，飼料原料內部含有的蛋白質、脂肪等，一般存在于淀粉分子的表面上，之所以產(chǎn)生這種情況的主要原因是淀粉本身一般不會有糊化現(xiàn)象的產(chǎn)生。但是，在飼料原料已經(jīng)被粉碎過后，飼料的外表皮被破壞、整體顆粒度也明顯變小，在這時，淀粉就會極易產(chǎn)生糊化問題。與此同時，在飼料原料的粉碎中，其如果比表面積越大，那么其粒度就會變得越小，這就會直接導致淀粉糊化程度的迅速提升、除此之外，飼料原料的粉碎加工，除了能將動物對營養(yǎng)物質的消化率、吸收率進行有效提升之外，對后續(xù)工作開展也十分有益。上文已經(jīng)提及飼料原料經(jīng)過粉碎，其顆粒會隨之變小，這對改善食糜流動性、提升消化率等均有積極的促進作用。需要注意的是，雖然飼料顆粒度變小對動物吸收率提升有積極一面，但是并不是越小越好，如果其存在過大情況，飼料營養(yǎng)成分穩(wěn)定性就會受到影響，而如果過細就會造成飼料營養(yǎng)物質無法被完全吸收、消化。
3.2擠壓膨化工藝對淀粉消化特性的影響
淀粉在調質、擠壓過程中的高溫、高壓及水分的綜合作用下發(fā)生糊化。具體過程為從蒸汽調質開始粉料混合物中淀粉開始吸收水分溶解，并失去原有的晶體狀結構。在擠壓過程中，隨著水分、溫度、壓力的進一步增加，淀粉的溶脹作用也進一步加劇，到一定程度時淀粉粒開始破裂，此時淀粉開始糊化。當擠壓的物料被擠壓出沖模時，因壓力突然降到大氣壓，淀粉粒急劇破裂，糊化度也相應急劇提高。擠壓過程中的溫度、壓力大小直接影響著淀粉的糊化度。相關研究發(fā)現(xiàn)，含水量為25%時玉米淀粉的最佳膨化溫度在170～200 ℃，在此范圍內糊化后淀粉的體外消化率能達到80%，相對于膨化前消化率（18%）有極大提高。研究人員發(fā)現(xiàn)在65～110 ℃范圍內淀粉糊化度隨溫度升高而升高，但隨著送料速度的增加淀粉糊化度下降。
不同來源的淀粉開始溶脹裂解的溫度不一樣，谷物淀粉一般在55～60 ℃時開始溶脹，但豆類淀粉溶脹溫度為55～75 ℃。原料中淀粉的含量對產(chǎn)品的糊化度也有很大影響。能量輸入與淀粉的糊化度有顯著關系，隨著能量輸入淀粉的糊化不斷加速，但不成線性關系，因而能量輸入適當時，淀粉膨化度可明顯提高。選用性能較好的擠壓膨化機，如雙螺旋桿擠壓膨化機可使淀粉的糊化度達到85%以上。除了膨化外，在調質、擠壓膨化過程中淀粉還有一部分水解成糊精，這種水解后的糊精能刺激幼年寵物胃酸的產(chǎn)生，以維持胃內的低pH，促進胃內蛋白酶的消化作用以及抑制有害微生物的繁殖。
經(jīng)過膨化處理后的飼料原料，會具備有香味、疏松、蓬松的特點，糊化的程度也會較高，對動物產(chǎn)生的誘食效果較為明顯。飼料內含的蛋白質、脂肪長鏈結構也趨向于斷鏈結構，動物對其吸收也更加容易。而經(jīng)膨化作用下的淀粉會出現(xiàn)下述兩種變化。
一是在飼料的膨化操作中，淀粉分子致密晶體會得到及時拆散，這一晶體結構就會隨之產(chǎn)生氫鍵斷裂、吸水解體等現(xiàn)象，這就意味著膨化后淀粉顆粒會產(chǎn)生破裂情況，而后成為黏稠熔融體。在膨化設備的出口位置出現(xiàn)瞬時壓力突然下降的情況時，蒸汽也會馬上出現(xiàn)大量流失情況，造成膨化淀粉顆粒出現(xiàn)瓦解、隨即糊化，飼料隨之制成。
二是淀粉出現(xiàn)降解情況，其分子量出現(xiàn)較為明顯的減小，而在賦予裂解作用后，會有麥芽糊精等的產(chǎn)生，已經(jīng)糊化淀粉與普通淀粉相比，需要具備更強的吸水性、黏接效用，這樣飼料生產(chǎn)過程中，淀粉用量也就會產(chǎn)生明顯減少，更多的選擇就能提供給其他原料。
在具體生產(chǎn)中，飼料營養(yǎng)品質也會受到膨化工藝參數(shù)影響，能夠進行有效控制的參數(shù)包含模板開孔率、螺桿轉速、喂料速度等，能夠控制的變量包括含水量、飼料顆粒度等。在上述因素的共同影響作用下，飼料營養(yǎng)物質品質就會隨之產(chǎn)生改變。其中需重點關注喂料速度，其大小會對飼料于膨化機中滯留時間長短產(chǎn)生直接影響。
除此之外，如果有飼料吸收設備摩擦、機筒剪切等問題的發(fā)生，就會有相應熱量的產(chǎn)生，這種現(xiàn)象就會對淀粉糊化形成促進作用，同時會作用于熱敏性抗營養(yǎng)因子失活。同時需要注意，機筒溫度的持續(xù)性提高會推動分子間量增長，淀粉間氫鍵遭到破壞、糊化反應速度也會在這種情況下有明顯提升，但在120℃后，會逐步趨于平緩，然后，溫度過高情況的存在，還是會導致淀粉黏合飼料組分的能力，有明顯的降低、氧化反應會隨之增強，維生素損失難以避免，基于這種情況的產(chǎn)生，需保證機筒溫度的適宜。
在擠壓膨化的操作中，能夠對飼料營養(yǎng)品種造成影響的關鍵參數(shù)也包含“螺桿轉速”，這種轉速如果變快，物料、螺桿間摩擦、剪切等多方面的作用均會顯著增強，這種情況的產(chǎn)生就會使維生素產(chǎn)生氧化分解、蛋白質也會發(fā)生變形，淀粉糊化程度及其發(fā)生率也會隨之降低。在其轉速出現(xiàn)過高的情況時，淀粉的降解會隨之變得更容易。有學者指出，在螺桿轉速大時，膨化機中飼料的停留時間會明顯變少，難以做到腔體熱量的充分吸收，飼料產(chǎn)品膨化率隨之下降。
3.3調質質粒工藝對淀粉消化特性的影響
在實際進行飼料調質的過程中，需明確該工序處于制粒工藝展開之前，同時，飼料調質也會對其營養(yǎng)品質高低產(chǎn)生直接影響。整個調質的過程中，水蒸氣的效用十分關鍵，將濕熱、壓力共同作用調質過程中，其理化性質就會產(chǎn)生直接的改變。在這一過程中，飼料會有淀粉糊化情況的發(fā)生，其中，蒸汽對于飼料的效用主要是浸潤，目的在于保證后期飼料顆粒加工的效果。同時，能夠對飼料調質造成影響的因素還包含時間、蒸汽質量、溫度等多個方面，調質參數(shù)的調整也會對飼料顆粒質量、營養(yǎng)品質等產(chǎn)生直接影響。此外，相關調查表明，高質量蒸汽于飼料中的冷凝能夠促進調制器內溫升高，飼料每吸收1%的蒸汽，物料的溫度會上升11℃左右。然而，蒸汽量過大、溫度過高或壓力不合適會引起顆粒飼料質量下降。飼料在調質過程中經(jīng)水熱處理，淀粉轉變成糊化淀粉，黏度增加，提高顆粒質量。研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，蒸汽量越大，淀粉糊化程度越好，當溫度達77℃時，玉米淀粉發(fā)生完全糊化。一般來說，淀粉的糊化度與調質溫度成正比，但溫度過高易導致飼料中發(fā)生美拉德反應、酶制劑及維生素的失活、降低飼料的營養(yǎng)價值。
二是制粒工藝流程，主要在于以機械力賦予飼料壓縮強制作用，在通過熱調質、水調質后，使飼料粉料經(jīng)過?？撞l(fā)生聚合，進而成為膨化飼料、軟硬顆粒飼料的過程。飼料原料經(jīng)過制粒機的摩擦擠壓作用，溫度升高，同時壓力增大，使得淀粉糊化、蛋白質變性、纖維素分解酶和戊聚糖酶的活性進一步提高，飼料發(fā)生了物理化學變化，提高了飼料營養(yǎng)物質的品質，提高了飼料的消化率。在制粒過程中，環(huán)境和溫度是影響飼料營養(yǎng)品質和顆粒質量的主要因素。環(huán)模壓縮比直接影響飼料營養(yǎng)品質及消化率。選用較小的環(huán)模壓縮比可以大幅提高調質溫度，提高玉米淀粉的糊化度、飼料的適口性以及飼料加工的經(jīng)濟效益。陳山等研究發(fā)現(xiàn)，淀粉的糊化度高低與制粒機環(huán)模壓縮比的大小成正比，淀粉在制粒過程中充分發(fā)生糊化，提高了代謝能力。環(huán)模直徑與厚度很大程度上影響顆粒飼料質量。相關研究表明，當環(huán)模厚度從60 mm逐步減少為50 mm，顆粒飼料的耐久性指數(shù)降低3.3%；環(huán)模厚度為60 mm時，顆粒飼料的耐久性指數(shù)最高。
除此之外，制粒過程中，溫度這一因素也會對飼料營養(yǎng)品質造成較為明顯的影響。在制粒機中會產(chǎn)生充分擠壓、摩擦作用，飼料溫度就會在這種情況下產(chǎn)生明顯提升，飼料淀粉蛋白質變性、糊化度等也會提升。制粒工藝技術的實際應用，對粗脂肪消化率、蛋白質消化率、淀粉消化率均有影響。在實際進行制粒作業(yè)時，機械設備產(chǎn)生的摩擦、擠壓作用，對破壞飼料中脂肪細胞壁十分有益，這更有助于營養(yǎng)物質的釋放。
4. 結語
飼料加工工藝的創(chuàng)新、革新直接關系到整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定可持續(xù)，而實際進行飼料加工工藝研制的過程中，工藝選用對動物所需營養(yǎng)物質消化性的影響，是需重點考量的問題。本研究針對飼料加工工藝對淀粉消化特性的影響，做出了深入剖析，并以飼料加工工藝中較為有代表性的三種工藝技術為例，分析其對動物淀粉消化特性變化的重要性，希望能為飼料加工過程的工藝參數(shù)優(yōu)化、調整提供建議，保證動物的正常、健康生長。