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水产饲料耐水性的影响因素



发布日期:2017-12-28 作者:中国农业大学烟台研究院 刘 峰 肖 瑶 王振洁 纪 元 孙汝江 浏览次数:504 [放大字体  缩小字体]
水产饲料与畜禽饲料在使用上最大的不同就是水产饲料需投入水中供动物采食,因此饲料耐水性是水产饲料的特有要求,也是保证其发挥预
       水产饲料与畜禽饲料在使用上最大的不同就是水产饲料需投入水中供动物采食,因此饲料耐水性是水产饲料的特有要求,也是保证其发挥预期营养作用的前提。在水产饲料的加工过程中,减少饲料在水中的散失率和可溶性营养物质的流失十分关键。尤其是在虾、蟹等甲壳类动物摄食过程中,它们用口部的附肢抱住食物进行啃食,这种特殊的持续缓慢的摄食方式对水产饲料的耐水性提出了更高的要求。饲料的耐水性差,不仅会增加饲养成本,而且会污染水体,造成水产动物的疾病和死亡。Baeverfjord 等研究发现,使用水稳定性较差的饲料是虹鳟的潜在病因之一,它会导致油脂在虹鳟腹部的积累引起腹胀,降低其对脂质的消化率,还会对其渗透压调节产生不利影响,从而降低虹鳟养殖的成活率。因此,饲料耐水性是水产饲料的一项重要加工指标,全面深入探究其影响因素具有重要意义。

 

1  原料的选择及比例

        在选择原料时,不仅要考虑到原料的营养价值和价格,也要考虑其对耐水性的影响。因为尽管一些原料本身具有较高的营养价值,但如果它们对饲料的物理性质和加工过程有不良影响,那么它们将会成为影响饲料发挥营养作用的限制因子。

 

1.1 蛋白源对饲料耐水性的影响

        蛋白质是水产动物的主要供能物质,同时也是促进鱼体生长、构成鱼体器官和组织的主要成分。目前,鱼粉是水产饲料中的最主要、优质的蛋白源,主要包括白鱼粉和褐色鱼粉2种。对褐色鱼粉的专题研究发现,褐色鱼粉中含有较高的游离脂肪酸,这些脂肪酸可以与预糊化淀粉结合,形成不溶于水的复合物,使得预糊化淀粉的黏合能力急剧下降。

 

       随着鱼粉资源的不断枯竭和价格攀升,使用植物蛋白源等替代鱼粉已经成为水产营养学研究的热点之一。然而不同蛋白源除去影响饲料的营养成分外,其对饲料耐水性的影响也是值得关注的热点之一。Sudaryono研究表明,提高羽扇豆仁粕替代鱼粉的比例可导致虾饲料入水浸泡8h内耐水性下降;若用羽扇豆仁粕替代豆粕,在替代比例为50% 时耐水性最佳;羽扇豆仁粕中淀粉含量较低而脂肪和纤维含量较高导致了其较差的耐水性。梁晓芳等在研究鱼粉(FM)、棉籽浓缩蛋白(CPC)、发酵豆粕(FSM)这3种蛋白质源及不同配比对高蛋白质水产饲料膨化工艺参数及加工质量影响的研究中发现,植物蛋白质源替代鱼粉后,挤压温度降低,螺杆转速提高,且增加了生产的能耗;FM组的容重、水中稳定性显著高于其他各组(P<0.05)。植物蛋白质完全替代鱼粉尚存在一定瓶颈,鱼粉的理想替代原料仍需进一步研究。
 

1.2 糖类物质对饲料耐水性的影响

        糖类物质主要可分为可消化糖类和粗纤维两大类。可消化糖类中的淀粉成分可以作为颗粒饲料的黏合组分,与黏合剂协同发挥作用,从而提高水产饲料的耐水性。Ali等发现,在虾饲料中其他成分不变的基础上,筛选添加15.3%的玉米粉、漂白面粉、米粉、木薯粉、小麦粉作为淀粉源和1%、2%、3%的瓜尔豆胶作为黏合剂的最佳耐水性水平组合,结果表明漂白面粉与2%的瓜尔豆胶组合饲料的水稳定性最佳。瓜尔豆胶添加量超过2%对于提高耐水性没有显著效果,其添加比例的增加会导致颗粒饲料膨胀并产生裂纹,使得饲料的表面积增加,从而促进更多的饲料颗粒散失到水体中。Ighwela等研究表明,在鱼饲料中麦芽糖的添加可以提高饲料的耐水性,然而随着饲料中麦芽糖添加比例的增加(高于20% 时),饲料耐水性下降。需要注意的是,若饲料中淀粉类物质含量过高,将会影响其他成分的含量及营养平衡性,因此也不能一味追求过高的饲料耐水性而忽视了营养平衡的问题。

 

        与淀粉类物质相反,粗纤维对于饲料耐水性具有反作用。纤维含量较高的饲料往往黏合性较差,饲料表面容易出现裂纹,从而影响耐水性。作为饲料原料物质之一的米糠就是由于其粗纤维含量较高因而黏合性能较差。

 

1.3 脂类物质对饲料耐水性的影响

        油脂含量较高也是引起饲料耐水性下降的一个因素。在制取水产颗粒饲料的过程中,游离油脂会大幅度降低压模模孔内壁对原料的摩擦阻力,原料承受不到应有的压力,导致颗粒产品结构松散。商品虾饲料通常要求总油脂含量不超过8%。因此,若要提高水产饲料的油脂含量需要通过以下两种途径:①制粒后进行油脂外涂,可以提高饲料的耐水性和适口性,同时还可以减少可溶性营养物质的流失。②选用含游离油脂少的饲料原料。在饲料的总油脂含量相同时,游离油脂越多,颗粒饲料的耐水性越差。

 

2  黏合剂的影响

        黏合剂分为营养性添加剂和非营养性添加剂。目前水产饲料上常用的黏合剂包括海藻酸钠、明胶、淀粉、羧甲基纤维素钠等,黏合剂的种类和添加比例都会对饲料的耐水性产生影响。Pearce 等研究发现,用含有8种添加不同种类和浓度的黏合剂(明胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠、玉米淀粉等)的饲料饲喂绿海胆,结果显示黏合剂的种类对于饲料耐水性具有显著影响,在用明胶做黏合剂时饲料水稳定性最佳。在海胆饲料中,明胶4% 的添加量可以使得饲料浸泡48h内具有良好的稳定性,相比之下,瓜尔豆胶需要添加23.9%才可达到。饲料中较高浓度的黏合剂会降低单位质量饲料的营养水平,饲料中关键营养物质含量的下降会直接影响海胆性腺的产量和质量,因此明胶更适合作为海胆饲料的黏合剂。

 

        黏合剂的添加有时还可能对其他营养物质的消化过程有不利影响,这也是在选择黏合剂时不可忽视的一个方面。海藻酸钠是鱼类和虾类饲料中最为常见的黏合剂,然而它在章鱼的饲料中却效果欠佳,用海藻酸钠作为章鱼饲料黏合剂时,会导致章鱼体重下降甚至死亡;虹鳟饲料中用海藻酸钠和瓜尔豆胶做黏合剂会缩短饲料通过胃肠的时间,使得虹鳟对蛋白质和脂肪的表观消化率下降。

 

        由于饲料原料、黏合剂添加比例和加工工艺的多样性,单纯地下结论说一种黏合剂比另一种更有助于提高饲料的耐水性是不可能的。黏合剂黏合性能比较的实验结果只是相对的,一种黏合剂只是在特定的情况下比另一种作用效果好,因此,客观地评价黏合剂性能是比较困难的。

 

3  加工工艺的影响

3.1 粉碎粒度

        粉碎工艺就是对饲料施以机械力,从而克服其内聚力,减小饲料粒度,增加饲料粉粒个数的过程。一次循环粉碎是目前大多数水产饲料厂采取控制物料粉碎粒度的方法。随分级筛筛孔孔径的减小,物料几何平均粒度减小,调质后淀粉糊化度和耐水时间均增加。较小的粉碎粒度可以提高后续加工工序的效果,粒度细意味着饲料组分具有较大的相对表面积,从而原料分子间接触更加紧密,不同原料越易混匀;调质过程中吸收蒸气快,调质效果好,从而有利于饲料耐水性的提高。

 

        然而也并不是物料粉碎粒度越小越好。在相同的粉碎条件下,物料粉碎粒度越小,就有很大一部分物料在筛分后成为筛上物,需要重新进入粉碎机中粉碎,导致物料在粉碎机中的停留时间增加,不仅降低了粉碎效率,也增加了粉碎电耗。而粉碎电耗占整个生产过程电耗总量的30%~50%。

 

3.2 混合程度

        混合是各种饲料原料经计量配料后,在外力作用下各种物料组分互相掺和,使其分布均匀的一项操作。国家标准规定,全价配合饲料混合均匀度的变异系数应小于等于10% ,预混合饲料混合均匀度的变异系数应小于等于5%。混合均匀度的变异系数越小,各种营养物质的分布越均匀;尤其是像黏合剂一类的添加量极少的饲料添加剂,更要在均匀度的变异系数足够小的情况下才能更好地发挥作用,提高饲料的耐水性。

 

3.3 调质

        调质是一个对饲料进行水热处理的短时高温过程,可使淀粉糊化、物料软化,从而有利于后续颗粒的成型。淀粉的糊化会在很大程度上影响饲料的耐水性,糊化可以使得饲料的内部结构更为致密,并在表面形成一层保护膜,减少饲料颗粒中物质的溶失。糊化过程主要需要三个条件:水分、温度和时间。在一定范围内,其他因素不变的情况下,随物料水分、温度、调质时间的增加,淀粉糊化程度和最终饲料产品的耐水时间都有所增加。然而若调质后物料的温度过高,会增加生产成本,同时引起饲料中热敏性营养成分的损失。对淡水鱼料、河蟹料、对虾料3种颗粒料来说,当调质温度达到90℃时,再增加调质温度对饲料溶失率的影响并不是很显著。因此,通过调质后物料温度的提高来片面地追求饲料耐水性的提高是不适合生产实际需要的,调质后物料的温度应控制在85~91℃比较适宜。

 

        此外在生产工艺中提高调质器进料速度和主机频率也能显著提高饲料颗粒的水中稳定性,这两个参数可以提高加工过程中的压力,促进淀粉糊化和蛋白质变性,从而使得饲料溶失率减少。调质过程中还应选用饱和蒸汽,并保持稳定和恒压。对于粗蛋白≥30%的水产饲料,蒸汽压力为0.3~ 0.4 MPa 较为适宜。

 

3.4 制粒

        制粒是原料经调质熟化后的成型过程,目前水产饲料加工常用的制粒机主要有环模制粒机和挤压膨化机2种。

        在环模制粒机中,环模压缩比也称为压模模孔的长径比。随着模孔长径比的减小,饲料颗粒生产率会显著提高,电耗降低,但颗粒质量亦随之降低,对颗粒饲料耐水性会产生一定的影响。在配方、原料、工艺一定的前提下,颗粒料的溶失率均随着长径比的增大而呈下降趋势。模孔的长径比大,物料过孔时在孔内停留的时间长,所受的挤压力大,从而可提高饲料颗粒的紧密程度,提高耐水性。同时,环模长径比对饲料产品的外观质量影响较大,长径比越大,挤压时间越长,物料温度偏高,产品颜色偏深。实际生产中,综合考虑以上因素,淡水鱼颗粒料的环模压缩比以15左右为宜;河蟹颗粒料环模压缩比在18~20;对虾颗粒料环模压缩比在18~22较为合适。

       相比而言,物料在挤压膨化机中所受的作用力要远大于在环模制粒机中的作用力。挤压过程及物料出模瞬间的“闪蒸”使物料结构重组,形成较为稳定的网络结构。高温环境中强烈的剪切力和压力使物料软化,黏性物质与非黏性物质紧密接触,从而降低各组分在水环境中的离散力。因此,原料相同的条件下,用环模制粒机制得的水产颗粒饲料,其耐水性常比挤压水产饲料差。

 

3.5 制粒后处理

        经过成型后处理,颗粒饲料的淀粉糊化度和耐水性均有明显增加。不经后处理的饲料的平均耐水时间约为10min,而经过后处理的饲料耐水时间都大于10min,有的已经超过2h。

 

        水产颗粒饲料的制粒后处理包括熟化、冷却、干燥、破碎、分级和外涂6个过程,在生产加工的过程中可根据需要选择其中的全部或几步工艺。经过熟化处理后,提高了颗粒的淀粉糊化度,增强颗粒表面的黏合作用,投入水后能保持颗粒表面的完整性,就相当于在水中形成了一层保护膜,提高了耐水性。后熟化的温度和时间都会影响到熟化的效果,从而也会影响最终产品的质量。相同的稳定化时间下,稳定化的温度越高,淀粉的糊化度也越大。随着稳定化时间的增加,不同温度之间淀粉糊化度的差异先增大后减小。此外,一些先进的颗粒饲料加工厂在造粒后,又在颗粒表面喷一层很薄的可成膜材料(如褐藻酸钙),也可以有效地提高饲料水中稳定性。

 

4  小结

        水产饲料的耐水性是原料、黏合剂、加工工艺等因素共同作用的结果。良好的加工工艺是实现饲料最佳物理性质和发挥最好营养效果的基础。黏合剂这几年的关注度似乎在降低,可能是由于黏合剂本身营养价值比较低,而淀粉类物质可以在发挥黏合作用的同时发挥营养作用。饲料产品的最终目的还是发挥营养作用,因此必须在保持饲料良好物理性质的同时,注意各种营养物质的比例平衡以及饲料的适口性和诱食性以保证饲料的摄食率和消化率。


 
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