双螺杆挤压机操作参数对膨化水产饲料物性的影响.pdf

第 3 1 卷第 3 期 2 0 0 7年 5月 水产学报 J OURNAL OF F I S HERI ES OF CHI NA VO 1 31 NO 3 M a v2 0 0 7 文章编号 ： 1 0 0 0 0 6 1 5 ( 2 0 0 7 ) 0 30 3 7 9 0 6 双螺杆挤压机操作参数对膨化水产饲料物性 的影响 俞微微， 刘俊荣， 王 勇， 路红波， 谢智芬 ( 大连水产学 院食 品工程 系 ， 辽宁 大连1 1 6 0 2 3 ) 摘要 ： 利用 C l e x t r a l B C 一 4 5型双螺杆挤压机对豆饼粉、 鱼粉和玉米粉 的混合原料进行挤压 蒸煮 生产水产饲料。通过改变螺杆转速 、 进料速率和进水速率来生产具有不同物性的水产饲料， 并 对所得到的饲料进行膨化度 、 堆积密度和水 中稳定性指数的测定， 同时对挤 出物的浮性进行 了 观察。应用二次回归通用旋转设计进行试验方案设计及试验结果分析， 建立 回归方程来描述 操作参数与膨化度 、 堆积密度 、 水中稳定性指数的关系。研 究结果表 明， 螺杆转速 、 进料速率和 进水速率均与膨化度和堆积密度有显著的相关关系， 而与水中稳定性指数的相关关系不显著。 应用所建立的回归方程可预测和控制挤压产品的膨化度与堆积密度。操作参数与水 中稳定性 指数的关系需进一步研究。 关键词： 双螺扦挤压蒸煮； 操作参数； 物性； 二次回归通用旋转设计 中图分类号 ： S 9 5 8 文献标识码 ： A Effe c t o f t wi n - s c r e w e x t r u de r p r o c e s s p a r a me t e r s o n a q u a t i c f e e d p h y s i c a l a t t r i b u t e s YU W e i we i ，LI U J u n r o n g，W ANG Yo n g，LU Ho n g bo ，XI E Zhi f e n ( D e p a r t m e n t o fF o o d E n g i n e e r i n g ，D a l i a n F h e r ie s U n i v e r s i t y ，D a l i a n 1 1 6 0 2 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ex t r u s i o n c o o k i n g h a s b e e n u s e d f o r p r o c e s s i n g f o o d for ma n y y e a r sF o o d p r o d u c t s l i k e r e a d t o e a t c e rea l s ，s o me s n a c k s，d r y o r s e mi mo i s t p e t f o o ds ，c o n f e c ti o n e ry p r o d u c ts，ma c a r o n i p r o d u c t s an d t e x t ur i z e s o y p r o t e i n p r o d u c ts C an b e ma d e wi t h e x t r u s i o n c oo kin gEx t r u s i o n o pe r a t i o n s r e qu i r e a h i g h l e v e l o f k n o wl ed g e a b o u t the s i g n i fic an t i n p u t an d o u t p u t p r oce s s v a ria b l e sLe s s n a t i o n a l l i t e rat ures a r e a v a i l a b l e o n t wi n S C reW e x t r u s i o n u s e d for p r oce s s i n g a q u a t i c f e e d T h u s ， th e o b j ect i v e o f thi s s t u d y i s t o i n v e s t i g a t e e ff ect o f twi n S C re W e x t r u d e r p r oc e s s p a r a me t e r s o n a q u a t i c f e e d p h y s i c al a t t r i b u t e s A tw i n S C reW e x t r u d e r i s a c o mp l e x s y s t e m wi th mu l ti p a r a me t e rs b o th o f i n p u t and o u tpu t Mech a n i s m a b o u t the s y s t e m i s n o t v e ry c l e arB u i l d i n g o f a the o ry mo d e l t o i n d i c a t e mn n i n g s y s tem i s d i ffi c u l t Re g ard i n g the s y s t e m as a b l a c k bo x，reg r e s s i o n an aly s i s me tho d i s u s ed t o analy z e rel a t i o n s o f o u tpu ts and i n p u tsS eco n d o r d e r r e g r e s s i o n g e n e ral r o t a t i o n al d e s i g n i s u s ed i n e x pe rime n t a l d e s i g n an d reg r e s s i o n an aly s i s i n t h i s s t u d yA mi x ture o f c o m me al，d e o i l ed s o y flo u r an d fis h me al i s e x t r u d ed b y a tw i n S C reW e x t r u d e r t o p r o d u c e a q u a ti c f e e dS c rew s p e ed ，s o l i d f e e d rat e an d wa t e r f e e d rate a r e 收稿 13期 ： 2 0 0 6 1 0 2 1 资助项 目： 国家“ 几四八” 引进国际先进农业科学技术项 目( 9 9 3 1 2 2 ) ； 农业郜海洋水产增养殖学与生物技术重点 开放实验窜蕈点科研 项 目( K 2 0 0 3 3 ) ； 科技部农业科技成 果转化资金项 目( 0 5 E F N2 1 2 1 0 0 0 6 5 ) 作者简介： 俞微微( 1 9 6 1 一) ， 女， 浙江绍兴人 副教授， 硕士， 从事低值鱼蛋白深加_T利用和食品热蠼挤压技术研究。T e 1 ： 0 4 1 1 8 4 7 6 3 5 5 7 ，E ma i l ： y ww0 4 1 0d l f u e d u c n 通讯作者 ： 刘俊荣 ， T e l ： 04 1 1 8 4 7 6 3 5 5 2 ， E m a i l ： lj u n r o n g d l f u e d u c n 维普资讯 3 8 0 水产学报 3 l 卷 a d j u s t e d t o ma k e a q u a t i c f e e d w i t h d i f f e r e n t p h y s i c a l p r o p e rt i e s i n d i c a t ed b y e x p a n s i o n r a t i o n ，a p p a r e n t b u lk d e n s i t y a n d wa t e r s t a b i l i ty i n d e xI n the me an t i me ，b u o y anc y o f the p r o d u c e s i s o b s e r v ed Al l e x p e r i me n t a r e c a r r i ed o u t u s i n g a c o r o ta t i n g C l e x t r a l t w i n s c r e w e x t r u d e r( Mode l B C 一 4 5 )d e s i g n ed w i t h 5 b a r r e l s e c t i o n s and b o r e d wi th tw o 4 i n l Y l d i a me t e r h o l e s S c r e w s p e e d， s o l i d f e e d r a t e are e l e c t r o n i c a l l y c o n t r ol l e d f r o m a p an e l bo ardTh e s e o pe r a t i n g p aram e t e r s an d e l ec t r i c c u r r e n t o n t h e d r i v e mo t o r are rea d d i r e c t l y fro m d i gi t a l d i s p l a y s o n the c o n t r o l p ane 1 Wa t e r f e e d r a t e c an b e m anu al l y a d j u s t ed Th e t e m per a t u r e p r o fi l e i n t h e 5 b a r r e l s ect i o n s f r o m the f e e d e n d a r e s e t a t 1 0 0，1 5 0，1 8 0，1 8 0，1 2 0 for all e x peri me n t s Va ri a b l e s i n c l u d e s c rew s p e e d ( 3 l 6 ，3 5 0 ， 4 0 0 ， 4 5 0 ， 4 8 4 r mi n ) ，s o l i d f e e d r a t e( 3 3 ， 5 ， 7 5 ，l 0 ，1 1 8 ) 。and w a t e r f e e d r a t e( 1 1 6 ，1 5 ，2 0，2 5 ，2 8 4 ) “Wh e n e x t rus i o n o per a t i o n s are u n d e r s t e a d y s t a t e ，s am p l e s a r e c o l l ec t ed f o r an a l y z i n gEx p an s i o n r a t i o n i s me a s u r ed as t h e rat i o n of t h e C roS S s ect i o n a r e a o f the e x t rud a t e t o t h a t o f t h e d i eTh e d i am e t e r o f the e x t rud a t e i s the a v e r a g e o f l 0 r a n d o m me asu reme n t s a t 9 0。t o e a c h o t h e r Ap p a r e n t b u lk d e n s i ty and wa t e r s tab i l i ty i n d e x are me asu r ed f o l l o wi n g the me thod o f Ro i l e e t a 1 ( 2 0 01 ) Th e reg r e s s i o n e q u a t i o n s o f e x p ans i o n r a t i o n ，a p p are n t b u lk d e n s i ty and wa t e r s tab i l i ty i n d e x o n s c r e w s p e ed ，s o l i d f e e d r a t e an d wa t e r f e e d r a t e are e s tabl i s h ed res p e c t i v e l yAn a l y s e s a r e c a r r i ed o u t b ased o n t - t e s t Re s u l ts s h o w th e e ff ect o f s c re w s p e ed( X I ) and i t s s q u ar e ( ) ， and i n te r a c t io n o f s c r e w s p e ed( 1 ) and s o li d f e e d r a te ( 2 ) o n e x p ans i o n r a t i o n i s n o t s i g n i fi c ant ( P 0 0 5 ) ， me anw h i l e e ff ect o f s o l i d f e e d r a t e( 2 )and i ts s q u a r e ( ) ， wa t e r f e e d r a t e ( X3 ) ，int e r a c t i o n o f s c r e w s p e ed and wa t e r f e e d r a t e( X1 X3 )o n e x p ans i o n r a t i o n i s h i g h l y s i g n i fi c ant ( F0 0 5 )and e f f ect o f s c r e w s p e ed squ a r e ( X2 ) ，int e r a c t i o n o f s c rew s p e ed and s o l i d f e e d r a t e ( X1 X2 ) ，t h a t o f s c rew s p e ed and wa t e r f e e d r a t e ( 1 X3 )o n a p p a r e n t b u lk d e n s i ty i s hig h l y s i g n i fi c ant( P R 0 ( 1 I ， 回归达 到极显 著水 平 ( P0 0 5 ) ； 而螺杆转速与进水速率 的 交 互 项 ( X X z ) 对 膨 化 度 有 极 显 著 影 响 ( P0 0 1 ) 。螺杆转速除其与进水速率 的交互项 外 ， 在该试验范围内螺杆转速 的其它相关项对挤 出物膨化 度并没有显 著的影 响。分析其原因， 虽 然螺杆转速的增加会使得物料所受到的剪切力增 大， 使得物料更易吸收水分 ， 但 由于喂料程度 已经 达到了满负荷 ， 再增加喂料量主机电流就会超出 额定值 ， 在该条件下增加 的螺杆转 速就起 不到特 别明显的作用 。 一 似 曼 瑚 三 ；量 一 2 O 0 O 0 0 8 8 0 0 2 0 0 6 0 8 0 0 y 一 蛳 伽伽 档 仍似 弼 档 一 川 惦 们 呓 呖 惦 惦 一 0 l 0 l 】 0 0 l 0 1 1 】 l l l _ 二l 。 。 藿 。 一 一 l 一 2 。 。 。 藿 。o。 一 - 霪 l 。 2 3 4 5 6 7 8 9 m B 【二墙 维普资讯 俞微做， 等： 双螺杆挤压机操作参数对膨化水产饲料物性的影响 3 8 3 进料速率 ( ) ， 其二次项 ( ) 及对膨化度有 极显著的影响 ( P 0 0 1 ) 。随着进料速率的增加 膨化度也随之增加 ， 在张裕 中等_ 1 的研究中也得 到了同样 的结论。分析其原因 ， 当进料速率增加 时， 机简内物料的填充率高， 这样就会导致较 高的 模头压力， 导致机筒 内物料的混合程度和热传递 同时加大， 使得物料的生化反应彻底， 提高 了淀粉 的凝 胶 化 程 度， 从 而 产 生 较 高 的 膨 化 度 ， 在 B o t t i n g J 和 C a s e等一 J 的报道 中也得到了相 同的 结论。 进 水 速 率 ( ) 对 膨 化度 有极 显 著 的影 响 ( P R 0 _ n 】 ， 回归达到极显著水平 ( P0 0 5 ) ， 其二次项 ( ) 、 螺杆转速与进 料速率的交互项( ) 和螺杆转速与进水速率的 交互 项 ( ) 对 堆 积 密 度 有 极 显 著 的 影 响 ( P0 0 1 ) 。其对堆 积密度 的影响是先减小后增 大。 进料速率 ( X ) 、 进料速率与进水速率 的交互 项( x X ： ) 对堆积密度有显著 的影 响( P0 0 5 ) 。随着进料速率的增加 ， 产品的堆积密 度减小。 进水 速率 ( ： ) 对 堆 积密 度有 显 著 的影 响 ( P0 0 5 ) 。随着进水速率的增加 ， 堆积密度随之 增加。 从理论 上来说 ， 堆 积密度 和膨化度有 负相关 的关系。从实验结果 的分析 卜 也可以看 出 ， 使膨 化度增大 的影 响 因素一般 都会使得 堆积密度 减 小 ， 其中原 因和影响膨化度 时相 同， 这 里不再赘 述 。 2 3 操作参数对水 中稳定性指数的影响 由 R =0 8 0 00 0 5 ) ， 表明水中稳定性指数 与螺杆转速 ( ) ， 进料速率 ( ) 和进水速率 ( ) 及它们 的交 互项和二次项不存在显著 的线性相关关系 ， 表 明 此 回归方程不宜应用。造成这种现象 的原因可能 是模型选择不当 ， 即在实验范围内， 二次模 型不能 很好地近似真实响应 函数 ， 需要进行进一 步的研 究 。 淀粉 的凝胶化作用 和淀粉 蛋 白质 网状结 构 的形成 ， 影响着挤出物的水稳定性_ 1 ， 并且在保 持其他条件稳定的情况下 ， 水稳定性随着螺杆转 速 、 长径比和机筒温度 的增加和水分含量 的减少 而增加。凝胶化是在挤压淀粉原料时主要 的物理 化学变化 ， 它受温度 、 水分含量 、 螺 杆转速 、 喂料速 度 和螺杆结 构 的影 响【 m 。同时 ， 这 些 因素 也影响着挤 出物 的膨化度 ， 从实验所得数据来看 膨化度 和水稳定性指 数有一定 程度 的负相关关 系， 但由于误差 的存在这种负相关关系并 不 十分 明显， 但仍可作为参考。 2 4 挤 出物稳定性和浮性观察结果讨论 从测定方法可知 ， 所得 到的数据越大说 明挤 出物就越稳定， 同时通过对稳 定性 和浮性进 行观 察 ， 发现所有的挤出物都很稳定 ， 在水中 1 2 h不溃 散 ， 2 4 h有个别挤出物( 第 2 ， 1 2 ， 1 4号) 发生部分溃 散 。对于浮性 ， 只有部 分 的挤 出物具 有浮性 ， 所 以 ， 在试验研究中应尽 可能地增加挤 出物 的膨化 度， 以使挤出物具有一定的浮性 ， 同时也具有一定 的稳定性。 3 结论 本实验通过改变挤压操作参数来研究其对挤 出物物性 的影 响， 获得 了初步研究结果。实验结 果表明， 各操作参数对挤出物特性 的影 响规律是 复杂的， 各参数之间相互联系 ， 相互制约 ， 共 同影 维普资讯 3 8 4 水产学报 响着挤 出物特性。通过 研究 挤压 系统 操作参 数 ( 螺杆转速 、 进料速率和进 水速率 ) 与挤出物物 性 ( 膨化度 、 堆积密度和水中稳定性指数 ) 的关系， 得 出 3个回归方程。经过检验 ， 除水 中稳定性指数 与螺杆转速 ( ) ， 进料 速率 ( ) 和进 水速率 ( ： ) 相关关系不显著， 表明此同归方程不官应用， 需要进行进一步 的研究 ， 其余 2个同归方 程 叮以 应用。利用 回归方程 ， 一方面可 以针 对某具 体试 验操作， 对挤 出物的膨化度和堆积密度进行预测。 另一方面通过调整操作参数， 来控制挤压系统在 预期 的产品膨化度和堆积密度下进行挤 压蒸煮。 同时， 为了得到具有一定浮性的膨化水产饲料 ， 在 该实验基础上还要进一步的研究。 大连水产 学院食品工程 系 2 0 0 1级张玉鹏、 段 磊、 高海昌、 郭健 同学参加 部分研究工作， 谨表谢 意 ! 参考文献： 1 会征字 挤压膨化技术及其住饲料上业 中的应用 J 饲料工业， 2 0 0 0 ， 2 1 ( 6 ) ： 1 5 1 2 j Wo o d J S e l e c t i n g e q u i p m e n t f o r p r o d u c i n g f a r m m a d e a q u a f e e d s C F a n n m a d e A q u a f e e d s N e w M B， T a c o n A J GCs a v a s I e c tsF AO F i s h e rie s Tec h n i c a l P a p e r No 3 4 3，F AO，Ro me，1 9 9 5： 1 3 5 1 4 7 3 H i l t o n J W，C h o C Y，S l i g e r S J E f f ect o f e x t r u s i o n p r o c e s s i n g a n d s t e a m p el l e t i n g diets on pe l l e t du r a b i l i t y， pe l l e t wa t e r a b s o r p t i o n，a n d t h e p h y s iol o g i c a l r e s p o n s e o f r a i n b o w t r o u t J A q u a c u l tu r e ，1 981 ， 2 5 ，1 8 5 1 9 4 4 C u z o n G， Gu i l l a u m e J ， C a h u C C o mpos i t i o n ， r e p a r a t i o n a n d u t i l i z a t i o n o f f e e d s for c r u s t a c e an J A q u a c u l t u r e ， 1 9 94，1 2 4： 2 5 32 6 7 5 林仕梅 挤压膨化工艺在浮性水产饲料中的应用 J 粮食与饲料工业， 2 0 0 1 ， ( 3 ) ： 1 5 1 8 6 刘俊荣， 朱赞清， 俞微微， 等双轴挤压机在低湿挤 压过程中操作参数对系统运行稳定性的影响 J 大 连水产学 院学报 ， 2 0 0 5 ， 2 0 ( 2 ) ： 1 2 2 1 2 7 7 刘俊荣， 薛长湖， 佟长青， 等鱼肉蛋白在双轴湿挤 压过程中系统运行稳定性的拟合模型 J 水产学 报 ， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 2 ) ： 2 5 8 2 6 2 8 G o u r S C， B i n o y K G， A ar o n J O T w i n s c r e w e x tr u s i o n 3 1 卷 p i n k s a l mo n mu s c l e a n d ri c e flo u r b l e nd s ： e ffect s o f k n e a d i n g e l e me n t s 【 J J A q u a t i c F o o d P r odu c t Te c h n o l o g y ，1 9 9 8，7 ( 2 ) ： 6 99 1 1 9 R o il e L A， Hu f f H E ，H s i e h F E c t o f p a r t i c l e s i z e an d p r o c e s s i n g v a r i a bl e s o n t h e pr o pe ai e s o f an e x t r u d e d c a t fi s h f e e d l J J J A q u a t i c F o o d P r odu c t T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ，1 ( )( 2 ) ： 2 1 3 3 1 ( ) 于饮德， 杨 食品试验设汁 j 统汁分析 M 北 ：中闻农 、i 大学川版 ， 2 ( x 粥 1 1 张裕 中， 戴 宁 ， f 治 蚁螺 f T 挤 饥操 作 参数 变 化对 物产品持 的影响 J 九锡轻 ： 大学学报， 1 9 9 9 ， l 8( 1 ) ： 3 94 6 【 l 2 J B o t t i n g CE x t r u s i o n t e c h n o l o g y i n a q u a c u l tu r e f e e d p r oce s s i n g【 Mj P r oceed i n g s o f t h e A q u a c u l tu r e F e e d s P r o c e s s i n g and Nu t r i t i o n W or k s h o p，S e p t e mb e r 1 9 2 5， Th a i l an d an d I n d o n e s i a Ak i y a ma D M ， Tan R K H， e d sAi ne ri c an So y be an As s oc i a t i o n， S i n g a po r e， 1 9 91 ： 1 29 1 3 7 1 3 C a s e S E ， H a mann D D，S c h w a r t z S J E f f ect o f s ta r c h g e l a t i n i z a t i o n o n p h y s ic a l p r o peai e s o f e x t r ud ed wh e a t and c o r n - b a s e d p r odu c t s 【 J j C e r e a l C h e m，1 9 9 2 ，6 9 ： 4 0 1 4 04 1 4 左春柽， 马成林， 张守勤 双螺杆挤 加工玉米 而膨 化食品的 艺和配方研究 J 农 、 _ J ： 程学报 ， 2 ( x x ) ， 1 6 ( 3) ： 9 19 3 1 5 S u k u mar B ，R a n j a J 1 K RA q u a f e e d