1、膨脹器的加工過程
原理上，膨脹器加工與膨化機(jī)加工相似。但相對于膨化加工，膨脹加工中最重要的優(yōu)勢是對飼料的處理量更大，高溫加工處理的成本更低。在膨脹器中，裝配有一個錐狀出料控制系統(tǒng)，可以用于調(diào)整環(huán)隙出口，但是組成設(shè)備其它部分的圓形混合腔室與單螺桿膨化機(jī)非常相似。該錐狀出料系統(tǒng)可以調(diào)整環(huán)狀縫隙使得壓力最高增加到100 bar，溫度提高到130℃，因此，這是兩種設(shè)備之間最大的區(qū)別。
當(dāng)飼料通過膨脹器時，通常的溫度范圍在80～130℃。但溫度保持在120～130℃并不容易，并且能耗較高，而溫度上升到100℃比較容易，因此將膨脹溫度保持在80～90℃的范圍最經(jīng)濟(jì)有效。膨脹器內(nèi)最高可以產(chǎn)生100 bar的壓力，一般運(yùn)行壓力在40bar左右，在出口處瞬時壓力最大。處理過程中飼料原料的水分最佳值為16%~18%。飼料原料在膨脹腔內(nèi)滯留的時間很短，只有幾秒鐘(2~10s)。在膨脹器的出料口處，溫度和壓力瞬間降低，使得物料中水分閃蒸，在物料內(nèi)部形成多孔狀結(jié)構(gòu)，物料體積變大，內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，富通新能源生產(chǎn)銷售飼料顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等顆粒飼料成型機(jī)械設(shè)備，顆粒機(jī)等飼料成型機(jī)械設(shè)備是養(yǎng)殖戶們生產(chǎn)顆粒飼料很好的選擇。
物料加工過程中膨脹器內(nèi)部的溫度和壓力變化如圖2所示。
經(jīng)過膨脹加工后，物料的宏觀特性及微觀特性會發(fā)生很大變化。從外觀可以直接看到的宏觀變化主要是物料容重降低，體積增大，且一般情況下熟化度越高的物料其容重越低。從圖3可以看到，膨脹料的容重明顯低于原料，也低于顆粒料的容重（顆粒料經(jīng)過壓縮過程，其容重略高于原料），并且膨脹加工溫度越高，膨脹料的容重越低。
不同物料的微觀物理及化學(xué)特性在經(jīng)過膨脹加工后也發(fā)生了很大的變化，這在下文的膨脹對營養(yǎng)物質(zhì)的影響中可以更深一步了解。
2、膨脹生產(chǎn)工藝
2.1膨脹生產(chǎn)工藝流程
相對膨化機(jī)，膨脹器的簡單處理使得生產(chǎn)效率更高，從而實(shí)現(xiàn)在更低的成本下產(chǎn)量更大。在配合飼料加工中，膨脹器處理是作為整個生產(chǎn)線的一部分（見圖4），在配合料進(jìn)行膨脹預(yù)處理后再進(jìn)行制粒、冷卻。歐洲有關(guān)公司的專家做過一系列試驗(yàn)，經(jīng)膨脹處理后的配合料，其在制粒步驟中，成型率更高、顆粒硬度更大、產(chǎn)量更大。
2.2膨脹工藝中的調(diào)質(zhì)處理
在物料進(jìn)入膨脹器主機(jī)前，一般需要在調(diào)質(zhì)器中進(jìn)行蒸汽預(yù)調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)的過程是一個通過蒸汽加溫加壓的過程，勺膨脹器的機(jī)械能加溫加壓過程有所不同，蒸汽加溫加壓的過程更加平緩，使得在進(jìn)入膨脹主機(jī)前物料水分和物理特性處于一個更易加工的狀態(tài)。
調(diào)質(zhì)器中的蒸汽加溫加壓也是一個淀粉的熟化過程，但相對膨脹加工，其淀粉的熟化度要低的多，無法滿足飼料熟化加工的要求，因此只能作為膨脹器加工前的預(yù)調(diào)質(zhì)過程。
淀粉原料在蒸汽調(diào)質(zhì)、制粒以及不同溫度的膨脹加工條件下，其淀粉熟化度變化如圖5所示。
在環(huán)隙膨脹器出口處的阻塞環(huán)是一個圓錐狀活塞頂部形式，由液壓裝置控制。液壓泵提供壓力( bar)使得活塞頂在加工過程中保持在合適條件的位置。飼料原料通過出口后，在重力作用下落入破碎機(jī)，原料在破碎機(jī)中被破碎為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。然后，飼料原料被傳送（通過重力或輸料螺旋等外力）到制粒機(jī)制粒。最終顆粒料進(jìn)入冷卻器，在儲藏之前進(jìn)行冷卻和干燥。
3、膨脹處理對營養(yǎng)物質(zhì)的影響
膨脹加工對飼料原料營養(yǎng)價值的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是對蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值以及反芻氨基酸影響；另一方面是對淀粉熟化度的影響。
3.1淀粉的膨脹效果
淀粉包括聚合葡萄糖直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例、多聚糖的鏈長以及鏈的分支程度，對各種谷物淀粉的性能及其消化性有明顯的影響。膨脹加工并不會影響單位淀粉含量，但熱加工使得熟化淀粉更易消化。淀粉粒在受熱(60～80℃)時，顆粒膨脹爆裂，整個物料變成一種塑性的熔融物質(zhì)，會在水中溶脹，形成均勻的糊狀溶液，稱為淀粉的變性或糊化，它的本質(zhì)是淀粉分子間的氫鍵斷開，分散在水中。這種微觀的變化提高了淀粉的消化吸收率。膨脹加工雖然通常很大程度上提高了淀粉熟化度，但是加工過程中的水分含量限制可能會影響熟化度。一般規(guī)律是高水分、低溫膨化使淀粉部分糊化，低水分、高溫膨化有利于提高淀粉的糊化度，且使淀粉部分裂解為糊精。因此，膨脹器對淀粉的加丁處理效果會根據(jù)加工條件而有所不同。
通過膨化加工，不僅町以將淀粉顆粒以及中間的介于半晶狀體和晶狀體區(qū)域的表面積顯著擴(kuò)大，而且可將其組織結(jié)構(gòu)極大地瓦解（見圖6）。使淀粉顆粒遭到極大的破壞后融為一體，形成象塑料一樣的平緩區(qū)域。正是由于這種變性，使得小腸內(nèi)的淀粉酶活性較低的動物（如乳豬、狐貍、水貂等等），也可改善對淀粉的消化率。
不同谷物的淀粉營養(yǎng)屬性有所不同。特別是燕麥，還有大麥和小麥，包括自然淀粉都是易于消化的。相對而言，玉米和高粱中的淀粉相對是不易于消化酶消化的。因此，對不同形式的谷物原料加工，淀粉熟化度的意義和重要性也不同。在以玉米作為主要飼料原料的國家，無論是反芻動物或單胃動物，膨脹器加工對于提高淀粉營養(yǎng)價值都是一種有效的方法，但過分的熟化淀粉通常對于反芻動物有負(fù)面影響。
3.2膨脹對蛋白質(zhì)的影響
膨脹處理并不影響飼料中的蛋白質(zhì)總量。特別是觀察已知氨基酸含量在膨脹處理中沒有受到明顯的影響。在最初階段，適當(dāng)熱處理使得蛋白變性可以增加蛋白的消化率，特別是可以減弱抗?fàn)I養(yǎng)因子的活性。因此，熱處理可能在很大程度上改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。膨脹器加工過程中在出料口處發(fā)生的反應(yīng)是復(fù)雜的，但是這些反應(yīng)最有可能影響蛋白質(zhì)和氨基酸的消化率。加工過分的話會減少蛋白營養(yǎng)價值，降低蛋白質(zhì)或氨基酸在小腸中的消化吸收率。到現(xiàn)在為止，膨脹器加工并沒有顯示出會減少蛋門質(zhì)或氨基酸的消化吸收率。但是，特別是賴氨酸，在熱處理下容易與糖發(fā)生反應(yīng)形成美拉德產(chǎn)物。因此，容易形成這種反應(yīng)的加工條件應(yīng)該盡量避免。高溫結(jié)合高含水率以及延長滯留時間最有可能產(chǎn)生破壞性。實(shí)踐生產(chǎn)中膨化機(jī)加工有可能實(shí)現(xiàn)這種條件，但這種條件在膨脹器加工中很少出現(xiàn)。
雖然膨脹熱處理不會影響飼料中蛋白質(zhì)總量，但對蛋白質(zhì)的營養(yǎng)吸收價值有著很大的影響。在反芻動物飼料中蛋白質(zhì)的價值主要決定于小腸內(nèi)可吸收氨基酸的量。瘤胃中未降解的內(nèi)原蛋白質(zhì)、微生物蛋白質(zhì)和食用蛋白質(zhì)組成了這些氨基酸，而微生物蛋白質(zhì)是主要組成部分（Clark等，1992）。微生物蛋白質(zhì)的量不足以滿足高運(yùn)動量動物的需求。因此，一般以瘤胃未降解的食用蛋白質(zhì)作為補(bǔ)充。有資料顯示，熱加工可以增加飼料原料中蛋白質(zhì)類可食用蛋白的數(shù)量( Kau{man等，1982;Satter,1986; Broderick等，1991;Schwab，1995)。因此，可以在反芻動物中使用膨脹器技術(shù)來增加未降解蛋白質(zhì)的量以及谷物中蛋白質(zhì)的價值。平均而言，高強(qiáng)度（125-130℃）的膨脹器加工可以有效增加大麥和燕麥中20%～35%的蛋白質(zhì)價值( Presdokken，1999)。大麥和燕麥中有效蛋白質(zhì)增加的情況如表1所示。
表1可見，經(jīng)過膨脹處理后的大麥和燕麥，在混合物中有效蛋白質(zhì)價值相同(如表l所示的常數(shù)AAT)的情況下可以有效降低飼料成本。但是，當(dāng)通過增加瘤胃中未降解食用蛋白質(zhì)量提高蛋白質(zhì)價值的同時，也相應(yīng)的降低了瘤胃中的降解蛋白質(zhì)（如表1所示PBV的降低）。這對于瘤胃中需要降解蛋白質(zhì)作為氮來源的微生物是非常重要的。而使用膨脹器來處理混合物中的大麥和燕麥，可以增加瘤胃中降解蛋白質(zhì)比例，有效的避免瘤胃中的氮缺乏。以青儲飼草為例，當(dāng)使用膨脹器處理代替普通的大麥和燕麥時，單位蛋白質(zhì)含量會提升2%。3%（以十物質(zhì)為基礎(chǔ)）。
因此可以看出，相對于膨化機(jī)加工，膨脹器的加工處理能夠更好地提高飼料中蛋白質(zhì)的價值并且更多地減少蛋白質(zhì)熱處理后的負(fù)面影響。
3.3對其它營養(yǎng)元素的影響
熱加工對其它營養(yǎng)元素也有影響，對不同物質(zhì)影響各有不同，但總體是有益的影響較多。
熱加工可以鈍化脂肪中脂肪酶的活性，減少游離脂肪酸的含量，延緩飼料中脂肪的氧化酸敗過程。膨脹加工過程中的高溫、高壓、高剪切作用促使纖維分子問價鍵斷裂，分子裂解及分子極性發(fā)生變化，促使纖維中可溶性膳食纖維含量的增加。但熱加工對纖維的影響還比較復(fù)雜，國內(nèi)外各種文獻(xiàn)的報道差異也比較大。熱加工對礦物質(zhì)的影響比較小，礦物質(zhì)一般不會被破壞。
過分的熱加工對于飼料中一些熱敏元素帶來損失，特別是一些維生素和大部分酶制劑以及抗氧化劑。今天，大部分合成維生素相對熱穩(wěn)定性強(qiáng)（包括VC、VE和VK），允許在熱加r丁前添加到飼料中。相對而言，酶制劑必須在處理加工后再添加，例如，通過在顆粒表面進(jìn)行液體噴涂。在這方面，膨脹器的溫和熱加工條件相對膨化機(jī)的加工處理也更具有優(yōu)勢。
從衛(wèi)生的角度來看，膨脹器加工也是一種有效的熱加工。在最低81℃的膨脹器加工條件下，沙門氏菌就可以被有效的殺滅。
4、膨脹工藝對各種飼料的影響效果
在實(shí)際生產(chǎn)中，針對不同動物的飼料，在飼料配方和生產(chǎn)工藝上都會有所不同。而膨脹工藝的應(yīng)用對于不同的飼料將會產(chǎn)生怎樣的影響是飼料生產(chǎn)廠商最關(guān)心的問題。以下將主要以牛用飼料和豬用飼料為例，觀察膨脹上藝對飼料生產(chǎn)的影響效果。
4.1膨脹工藝對牛飼料的影響效果
首先，針對牛（特別是奶牛）的優(yōu)質(zhì)飼料，應(yīng)該具有以下幾個特點(diǎn)：
能夠提高采食量；能夠提高飼料消化吸收率；增加過瘤胃蛋白的比例；各種營養(yǎng)成分在瘤胃中盡量同步降解。
而通過以上膨脹處理對營養(yǎng)物質(zhì)的影響分析可以看到，膨脹處理首先是打破了淀粉長鏈結(jié)構(gòu)，提高了蛋白質(zhì)中可降解蛋白質(zhì)的含量，恰恰滿足了以上優(yōu)質(zhì)牛用飼料的幾項(xiàng)改善要求。而且與化學(xué)處理不同的是，膨脹處理后各種元素減少了化學(xué)處理后的多種影響，并且降低了成本，其主要影響試驗(yàn)結(jié)果如下：增加了過瘤胃蛋白的百分比；影響了瘤胃中營養(yǎng)成分的降解率；至少提高了10010的玉米淀粉類物質(zhì)消化率；清除了產(chǎn)品中的致病菌；相應(yīng)于動物的需求，飼料結(jié)構(gòu)更適合TMR飼喂系統(tǒng)；產(chǎn)奶量增加2—3l/d;產(chǎn)奶成本減少0.1～0.15元/l。
并且通過上文膨脹料制粒性能分析還可以看出，如果牛用飼料膨脹處理后再進(jìn)行制粒，可以顯著提高制粒質(zhì)量。
4.2膨脹工藝對于豬飼料的影響
與牛飼料相比，豬飼料在配方以及飼喂方式上都有所不同。從配方上講，豬飼料主要以淀粉類原料和蛋白質(zhì)類原料為主，但相對牛飼料的配比會有所不同，由于豬的消化系統(tǒng)與牛的消化系統(tǒng)截然不同，缺少了反芻瘤胃的豬對飼料的衛(wèi)生性以及消化吸收率的要求更高。同時，考慮到豬的營養(yǎng)要求及飼喂方式的特殊性，在豬飼料中通常會更多的添加油脂或糖蜜類液體物質(zhì)，或在飼喂時直接添加水實(shí)現(xiàn)液體式飼喂。
經(jīng)過膨脹處理后的豬飼料，除了淀粉的熟化以及可吸收蛋白質(zhì)比率增加外，還能夠產(chǎn)生以下有益的變化：
①飼料的衛(wèi)生性顯著提高：熱加工過程中，致病菌類和霉菌都被有效殺滅，如表2所示。
②淀粉熟化：加工過程中，物料中大約有50%～60%的淀粉熟化，可以滿足豬飼料的需求。
③水中的可溶性：膨脹料在水中的可溶性能達(dá)到500，好于普通的粉狀料或塊狀飼料。將穩(wěn)定的塊狀料與液體料混合時，可以很快的溶解。這樣無論距離混合設(shè)備多遠(yuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)所有的豬都可以食用到相同干物質(zhì)溶解度的飼料。
④干物質(zhì)濃度：由于吸水性的增加，液體飼料中的干物質(zhì)含量可以提高3%～4%。傳統(tǒng)液體飼料中假設(shè)水，料比率為3：1．則膨脹料的料冰比率可以達(dá)到1：2.6，能量值也可以從3.26 MJ/kg提高到大約3.62 MJ/kg。
⑤營養(yǎng)物質(zhì)的影響：膨脹器加工提高了混合料的消化吸收率，特別是脂肪和纖維的吸收率也有明顯的提高，并因此提高了能量的代謝率，如表3所示。
丹麥有關(guān)單位的研究結(jié)果表明，因?yàn)闇p少了飼料的消耗率，膨脹結(jié)構(gòu)的豬飼料減少了50%的豬胃病及潰瘍的發(fā)病率。
4.3膨脹工藝對其它常見飼料的影響
因?yàn)槌Ｒ婏暳现械鞍自虾湍芰匡暳鲜亲钪饕慕M成部分，所以除了豬飼料和牛飼料外，膨脹加工對其它常見飼料也主要產(chǎn)生正面影響。此外還對不同飼料有著不同的特殊影響，例如在禽料中，油脂含量一般較高，這些油脂主要是通過添加全脂大豆實(shí)現(xiàn)的，而膨脹處理對于大豆的尿酶脫毒有著顯著的效果。
膨脹工藝對常見飼料的負(fù)面影響主要表現(xiàn)在對熱敏元素的影響上，特別是維生素、部分微量元素和酶制劑等。解決辦法是，可以通過后噴涂工藝配合彌補(bǔ)在熱加工中的熱敏元素的損失。這樣可以使得膨脹加工工藝更趨完善。
5、結(jié)論
膨脹加工可以以較低的成本對大批量飼料進(jìn)行高溫處理，相對膨化機(jī)的加工處理更加節(jié)能環(huán)保，同時還避免了物料過分熟化的可能，符合目前的低碳經(jīng)濟(jì)趨勢。這在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用，可以預(yù)見膨脹器在未來幾年將會在國內(nèi)被廣泛接受。膨脹器加工對飼料營養(yǎng)及飼料屬性的影響，這些方面還具有更深入廣泛的討論空間。在歐洲，膨脹器加工已經(jīng)被廣泛用于提高反芻動物飼料中大麥和燕麥蛋白質(zhì)價值。而在國內(nèi)，目前大部分的飼料廠更多使用的是高耗能的膨化機(jī)，對于膨脹器的應(yīng)用還很少，因此在這方面還有很大的發(fā)展空間。
