饲料挤压膨化技术及应用
【摘要】挤压膨化技术在我国饲料工业中的应用虽然起步晚,但发展速度却非常快,应用范围也比较广,甚至成为目前饲料加工中重要的技术手段。但如何科学合理、长期稳定地运用好挤压膨化技术和设备,使其发挥最大的效益和作用,仍然是一个困惑诸多饲料企业的技术难题。本文结合饲料工业的发展和相关资料,就挤压膨化技术对饲料营养特性的影响,挤压膨化加工工艺技术及挤压膨化在饲料加工中的应用等方面作一总结。
【关键词】饲料挤压膨化加工工艺应用
自从1856 年美国沃德申请了第一个有关膨化的专利以来,许多发达国家对挤压膨化相关的设备及工艺相继作了广泛的研究,挤压技术在工业中的应用也愈来愈受到青睐。挤压膨化技术应用于饲料工业起始于20世纪50年代的美国,主要用于加工宠物食品,对动物饲料进行预处理以改进消化性和适口性及生产反刍动物蛋白补充料的尿素饲料。到了20世纪80年代,挤压技术已经成为国外发展速度最快的饲料加工新技术,它在加工特种动物饲料、水产饲料、早期断奶仔猪料及饲料资源开发等方面具有传统加工方法无可比拟的优点。
1.挤压膨化技术对饲料营养特性的影响
1.1挤压膨化对淀粉的影响
饲料中的淀粉主要是直链淀粉, 由于淀粉粒子组成颗粒状团块, 其结构紧密,
吸水性差。淀粉从调质器进人膨化机, 在高温高压的密闭环境中时,大分子的聚合物处于熔化状态, 局部分子链被强大的压力和剪切力切断, 导致支链淀粉降解。同时, 也引起直链淀粉中α一1,4糖苷键断裂, 发生淀粉糊精化作用, 淀粉分子断裂成短链糊精, 降解成为可溶性还原糖, 使淀粉的溶解度、消化率和风味得到提高[1]。挤压膨化后的淀粉不仅有糊化作用,还有糖化作用, 使淀粉的水溶性成分增加几倍至几十倍, 为酶的作用提供了有利条件, 提高了淀粉在水产饲料中的利用率。
1.2挤压膨化对蛋白质的影响
在挤压膨化加工过程中, 蛋白质受挤压腔内高温、高压及强烈的机械剪切力作用, 其表面电荷重新分布且趋向均一化, 分子结构伸展、重组, 分子间氢键、
第１期 ２０１３年１月 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ １７５
双螺杆挤压膨化机螺杆的力学模型及有限元分析
杨凯，武凯，王以龙，彭斌彬，孙宇
（南京理工大学机械工程学院，江苏南京２１００９４）
摘要：双螺杆挤压膨化技术是一种先进的物料挤压成形技术，广泛应用于饲料加工领域、塑料ｈ．ｘ－领域及食品加工领
域。建立了同向啮合双螺杆挤压膨化机共轭型螺杆的力学模型及有限元模型，并运用有限元分析方法对不同螺距和内径
外径比（ｓＡＲ）的螺杆进行了应力分析。结果表明，螺杆最大应力随着螺距的增加而减小，而且减小的幅度逐渐变小；随着
ＳＡＲ的减小而减小，而且对螺杆最大应力的影响逐渐较小；螺杆最大应力出现的位置与螺距无关而与ＳＡＲ有关。
关键词：挤压机；螺距；螺杆外径内径比；共轭形螺杆；有限元分析
中图分类号：ＴＨ１６；￥９６９．４２＋１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１３）０１—０１７５—０３
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌ ａｎｄ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｃｒｅｗ ｉｎ Ｔｗｉｎ－Ｓｃｒｅｗ Ｅｘｔｒｕｄｅｒ
ＹＡＮＧ Ｋａｉ，ＷＵ Ｋａｉ，ＷＡＮＧ Ｙｉ－ｌｏｎｇ，ＰＥＮＧ Ｂｉｎ－ｂｉｎ，ＳＵＮ Ｙｕ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｍｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｗｉｎ－ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ，ｅｅｄ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｉｅｌｄ，ｐｌａｓｔｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｉｅｌｄ ａｎｄｆｏｏｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ血ｌｄ．ｈ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅＺ
双螺杆膨化机的原理及在水产饲料中的应用
20世纪30年代，第一台用于谷物加工的单螺杆挤压机问世，它开始用于生产膨化玉米。二战期间，日本人用于生产压缩军粮。20世纪60年代，续单螺杆挤出机后开始出现了双螺杆挤压机，并用于食品加工领域。50年代，美国将挤压膨化技术应用于饲料工业，主要用于加工宠物食品，对动物饲料进行预处理以改进消化性和适口性，并生产反刍动物蛋白补充料的尿素饲料（Loscicki，1982）。到了80年代，挤压膨化技术已经成为国外发展速度最快的饲料加工新技术，它在加工特种动物饲料、水产养殖饲料、早期断奶仔猪料及饲料资源开发等方面具有传统加工方法无可比拟的优点。国际上有代表性的膨化机生产企业除丹麦SPROUT-MATADOR公司外，还有美国Insta-pro 、Wenger和Anderson公司，德国的KARL公司，瑞士的Buhler公司等。
我国从70年代开始研究食品挤压技术和挤压加工机械。1980年，北京食品研究所仿制出第一台自热式PJ-1型谷物膨化挤压机。1982年无锡轻工业大学从法国Clextral公司引进一台BC-45型双螺杆挤压机，开始了对挤压加工技术的研究（文东辉等. 1999）。与此同时，国内许多生产厂家也先后从世界各大公司引进了先进的挤压设备。在引进国外设备的同时，一些饲料设备生产厂也先后生产了不同类型的挤压膨化设备，国内代表性的膨化机生产企业有牧羊集团、正昌集团、北京现代洋工机械科技发展有限公司等。
随着膨化机越来越多地应用于实际生产，必须在提高膨化机设计水平的同时，提高使用水平。本文仅对双螺杆膨化机的结构原理特点等作一简要说明。希望对膨化机的使用者有所帮助。[NextPage]
1.双螺杆膨化机工作原理及优点 1.1双螺杆膨化机结构
配合物料经输送设备送至调质器，物料在调质器中经高温蒸汽调质，由泻料槽进入膨化机构，在一对相互平行啮合的螺杆泵送下，从一定形状的模孔中瞬间挤出切割成粒。
双螺杆挤压膨化机在水产饲料应用上的优势
据有关资料统计，我国目前每年水产饲料的需求量约为3000万t，但仅有1/3使用工业配合水产饲料，而其中绝大部分为传统的制粒工艺所生产的硬颗粒水产饲料。随着水产养殖业向规模化、集约化、专业化方向的发展，对水产饲料的要求也越来越高，传统制粒机生产的配合水产饲料存在着水中稳定性差、沉降速度快、易造成饲料散失和水质污染等弊端，已越来越不适应现代水产养殖业发展的需要。采用挤压膨化技术加工的水产饲料能较好地解决这些问题，可以生产浮性料、慢沉料和沉性料等适合现代水产养殖业发展的理想饲料形态，具有极大的发展空间。在我国有着较好的市场前景。
目前，我国水产饲料生产厂家由于受到原有生产工艺条件和设备等方面的限制，挤压膨化水产饲料只占很小一部分，而且以单螺杆挤压膨化机为主，主要是由于进口双螺杆挤压膨化机投资成本太高，而国产双螺杆挤压膨化机技术性能和质量等方面尚有差距、也缺乏针对饲料工业特点应用的大产量机型，尽管从单螺杆和双螺杆的挤压膨化原理及机体结构分析就可看出双螺杆挤压膨化机具有明显的优势并具有更好的性价比，但相对于食品加工业的应用仍要逊色得多。
近年来，随着国内企业引进、消化吸收国外先进技术使国产双螺杆挤压膨化机生产技术水平不断提高，特别是针对水产饲料生产推出了双螺杆挤压膨化专用机型，使用单螺杆挤压膨化机的投资同样可以选用双螺杆机型，从而改变了人们以往以投资成本高阻碍使用双螺杆机型的观念。为了适应我国饲料工业发展的需要和提高产品质量，很有必要重视和推广双螺杆挤压膨化技术在饲料加工中的应用，发挥出双螺杆挤压膨化机的原料适应性更宽、产品适应性更广、产品内在和外观质量更好、同等动力下产量更高、熟化均质效果更好、工艺操作更简便、易损件磨损更轻、生产成本更低的诸多优势，让饲料加工企业在新建、扩建水产饲料及宠物食品等特种饲料生产线时，有更充分的理由选择使用双螺杆挤压膨化机。
1挤压膨化原理
