【毕业学位论文】（Word原稿）SPF猪饲料灭菌方法的研究动物营养与饲料科学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 饲料灭菌方法的研究 I 摘 要 本论文 由三 个试验 组成， 通过研究辐照灭菌、微波灭菌和膨化灭菌三种工艺对 饲料 灭菌效果 和营养成分的影响，从而确定符合 饲料要求的灭菌工艺。 试验一 研究了 残留菌数与 辐照 剂量 (0 2 3 4 5 6 关系，以及 辐照剂量 (0 5 10 15 20 25 储存时间 (辐照后 0 天、 7 天、14 天、 21 天和 28 天 )对 饲料 灭菌效果的 影响 。 结果表明： (1) 辐照后 菌落总数、霉菌和酵母总数的对数值与辐照剂量 呈线性关系 ： y=对饲料中水分 和 粗蛋白含量有极显著影响 (微波功率 饲料水分含量。 (3) 最优工艺 条件 为 饲料含水 34%、 微波 处理 9 率为 700 w、料层厚度为 12 可以考虑适当减少 处理时间。 因此， 微波灭菌可以达到 饲料的要求。 试验三 通过 温度 (90、 100、 110、 120、 130、 140、 150 、 160、 170、 180 )单因素试验， 以及 4 因素 3 水平正交试验 4)： 膨化前 饲料 水分含量 (18%、 23%、 28%)、喂料速度 (18 r/24 r/30r/螺杆转速 (100r/150r/200r/膨化温度 (80、120、 160 )，探讨了膨化对 饲料 灭菌效果的影响。 结果表明： (1) 膨化 具有较好的灭菌作用， 经过 80的膨化 ， 大肠菌群 、霉菌和酵母 都未检出 ；经过 90的膨化，在饲料中未检测到微生物； (2) 饲料膨化前的水分含量、喂料速度、螺 杆转速和膨化温度对饲料中菌落总数有极显著影响 (喂料速度 =螺杆转速。 (3) 最优工艺 条件 为 ：膨化前水分含量为 23%、喂料速度为 24 r/杆转速 为 150 r/20。 因此， 只要能够避免冷却、输送、打包等后续工序中的二次污染， 膨化工艺 就能够生产出符合 要求的饲料。 通过本试验 ，以及国内外的研究现状来看，辐照是生产 饲料 最合适的工艺， 15可以达到 饲料 要求 ，普通环境下可保存 28 天。 关键词： 饲料 ， 灭菌， 辐照 ， 微波 ，膨化， 营养成分 of of on PF by in to to PF 0 2 3 4 5 of 0 5 10 15 20 50 7 14 21 8 on PF is as (1) or is y=2= y= (2) 10 of (3) No in 506 g, 05g 8800g; (4) no on P on (3) 34%, 00 2 At be In by PF of on of by 90 , 100 , 110 , 120 , 130 , 140 , 150 , 160 , 170 , 180 ) 9 (34): 18%, 23%, 28%), 18 r/24 r/30r/ 100 r/150 r/200r/80 , 120 , 160 ). as (1) of on of 0 , no 0 . (2) 差异不显著， P(以“ *”表示 )， P(以“ *”表示 )； a,b,c,d,e,f 同一 行 不同字母表示差异显著 (差异不显著， P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P (以“ *”表示 )； a,b,c,d,e,f 同一 行 不同字母表示差异显著 (P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P 差异极显著 ,(以“ *”表示 )； a,b,c,d,e 不同字母表示差异显著 (，对饲料中水分、粗蛋白 含量 有极显著影响 (对饲料中水分、粗蛋白 含量 有极显著影响 (差异不显著， P(以“ *”表示 )， P(以“ *”表示 )； a,b,c, 同一列右肩标有 不同字母表示差异显著 (差异不显著， P(以“ *”表示 )， P(以“ *”表示 ) 中国农业科学院 硕 士学位论文 第三章 微波灭菌的研究 26 表 3各因素各水平对各项指标的影响 (干物质基础 ) of on M) 成品 水分 (%) 粗蛋白 (%) 粗灰分 (%) 粗脂肪 (%) 总能 (g) L* 亮 度指数 因素 A(饲料含水量 ) 1 283a a 4308b 308b 值 P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P (以“ *”表示 )； a,b,c 各因素同一列 不同字母表示差异显著 ( 由主效应分析 (见表 3知，因素 A (饲料含水量 )对菌落总数、水分、粗蛋白、总能和亮度指数有极显著的影响 (因素 B (处理 时间 )对菌落总数、水分、粗脂肪和亮度指数有极显著的影响 (因素 C (功率 )对菌落总数、水分和亮度指数有极显著的影响 ( 因素 D (料厚 )对菌落总数、水分、粗蛋白和亮度指数有极显著的影响 ( 由图 3知成品中的水分含量 随着处理前饲料中水分含量的升高而升高 ，当处理前饲料中水分含量为 20%(水平 1)时，成品水分含量仅为 饲料比较干燥，而当处理前饲料中水分含量为 27%(水平 2)时，成品水分含量为 这与饲料中的自然含水量接近，比较适宜； 成品中水分含量 随着 处理 时间的延长而降低；随着功率的增加而降低；随着料层厚度的增加而升高 。 由图 3知，饲料中的粗蛋白随着处理前饲料中水分含量的升高而先升高后降低 (但下降不中国农业科学院 硕 士学位论文 第三章 微波灭菌的研究 28 显著 )；随着料层 厚度的增加而先升高后降低 (但下降不显著 )；这可能是由于在低水分或者料层厚度小时，饲料所受的热强度较大，蛋白质损失较大；随着 处理 时间的延长而降低，但 差异不显著(P随着功率的增加而先降低后升高 ，但差异不显著 (P 饲料出现焦化现象后，其表观颜色会发生较大的变化 (见附图 1 和附图 2)，可以通过亮度 指数 反应出来。由图 3知，饲料的亮度 指数 随着处理前饲料中水分含量的升高而先升高后降低 ，这水明饲料中水分含量太高或太低都会影响饲料的外观颜色； 随着料层厚度的增加而先升高后降低；随着 处理 时间的延长 而降低；随着功率的增加而先升高后降低。 在试验条件 3 (，即饲料含水 20%、微波 处理 9 率为 700w、料层厚度为12 饲料中没有检出菌落 ，但是饲料已经 有焦化现象 。最优工艺 条件 组合 (试验条 3 (比，只是水分含量增加了，更有利于灭菌，可以达到无菌，甚至可以考虑适当缩短微波时间，以得到更好的饲料表观颜色。 小结 通过本试验可得出以下结论： (1) 大肠菌群 、霉菌和酵母对微波比较敏感，经过 3微波处理，都未检出。 (2) 饲料 水分含量、微波 处理 时间、微波功率和料层厚度都对灭菌效果有影响，其影响程度为：微波 处理 时间 料层厚度 微波功率 饲料水分含量。 (3) 最优工艺 条件 组合为 饲料含水 34%、微波 处理 9 率为 700w、料层厚度为 12能够达到 饲料要求，甚至 可以考虑适当减少微波时间。中国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 29 第四章 膨化灭菌的研究 目前，常用的饲料灭菌方法有 60照灭菌、高温高压蒸汽灭菌、微波灭菌等，膨化灭菌的研究报道 非常少 。挤压膨化过程的温度可达 130 180，压力高达 4约 40 个大气压 )，在这样 的高温高压环境下，微生物是难以生存的，因此通过膨化灭菌 应该 是有可能的，本 研究 分为两个试验，试验一 进行了温度单因素试验， 探讨膨化温度对饲料灭菌效果的影响； 试验二 在试验一的基础上， 以 膨化温度、 饲料水分含量、喂料速度 和 螺杆转速为因子， 进行了正交试验， 进一步研究了影响膨化灭菌的其他因素 。 验一 膨化 温度 对饲料灭菌效果的影响 料与方法 要仪器设备 试验设备为 验室双螺杆挤压膨化机 ( 4德国布拉本德食品仪器公司生产。 驱动单元、组合式套筒和同向双螺杆及喂料器组成。套筒分为喂料区、混合区、剪切区和泻压区四个区，各区长度依次为 10015050150杆长 750径 25工温度、螺杆转速和喂料速度均为无级可调。检测区配有温度、压力探测器和传感器，可通过计算机进行全程控制，直接读取膨化加工过中的扭矩、压力和各区温度等参数。 色彩色差计： 本 图 4双螺杆挤压膨化机 5 验材料 （同 辐照试验 ） 验方法 验设计 中国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 30 固定 饲料膨化前的水分含量为 23%、 螺杆转速为 150r/喂料速度为 18r/模口直径为 4膨化机加工温度设计见表 4加工温度单因素挤压膨化试验，另设一个对照 (不做任何处理 )，共 11 个处理。 表 4膨化机加工温度 ( )设计 of ) in 理 1 区 2 区 3 区 4 区 5 区 1 60 70 80 87 90 2 60 72 80 90 100 3 60 80 90 100 110 4 60 90 100 110 120 5 60 100 110 120 130 6 60 110 120 130 140 7 60 110 130 140 150 8 60 110 140 150 160 9 60 110 150 160 170 10 60 110 160 170 180 注：如果没有特殊说明，膨化温度均指 5 区温度。 验步骤 先测得饲料的初始水分含量，再计算所需添加的水分，然后用小喷壶在饲料中逐步添加蒸馏水，混匀，使其达到设计的水分，用封口袋装好， 4 过夜。 按照试验设计，设定工艺参数，进行各个处理。用灭过菌的锥形瓶无菌取样 (见附图 6)， 每个处理取两次， 然后测定产量、取常规分析用样品，按照 003 等操作，进行微生物检测，按照 43586 等进行饲料常规分析。 备系统参数 的 读取 扭矩、 4 区压力、 5 区压力可由计算机直接读取。计算机在某个时刻读取的扭矩、压力值称为一个数据组。 计算机读取数据组速度为 3 个 /分钟。由于每个处理取样 过程需要 1015每个处理可获取 3045 个数据组。 测方法 电耗计算 ( 1994)： 位产量机械能耗， g)= 3 60 0601 00 01 00 0602 M F T =扭矩， n =螺杆转速， 产量， g/1 千瓦小时（ kWh） =06 焦耳（ J） 其它检测方 法同 辐照 试验 据统计 （同 辐照 试验） 中国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 31 果与分析 化温度对设备系统参数的影响 膨化温度对膨化设备系统参数的影响见表 4矩、 4 区压力、 5 区压力、产量和电耗随膨化温度的变化规律见图 4图 4 表 4膨化 温度对 设备系统参数 的影响 (干物质基础 ) of on of 处理 扭 矩 (4 区压力 (5 区压力 (产量 (g/电耗 (kw.h/1 0 V(%) 值 P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P 差异极显著 ,(以“ *”表示 )。 1 物理大气压（ =（ y = 0 100 110 120 130 140 150 160 170 180膨化温度()4 区压力( B a r )5 区压力( B a r )扭矩( N . m ) 扭矩回归曲线4 区压力回归曲线5 区压力回归曲线图 4矩和压力 与 膨化温度 的关系 of 国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 32 00 110 120 130 140 150 160 170 180膨化温度( )产量(g/ 4量 与 膨化温度 的关系 of y = 00 120 140 160 180膨化温度( )电耗(kw.h/耗回归曲线图 4耗 与 膨化温度 的关系 of 表 4知，膨化温度对扭矩、 4 区压力 、 5 区压力、 产量和电耗有极显著的 影响 (P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P 差异极显著 ,(以“ *”表示 )。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 34 y = 00 120 140 160 180膨化温度( )风干样水分含量(%)风干样水分回归曲线图 4干样水分含量 与 膨化温度 的关系 of 9 25 0 100 110 120 130 140 150 160 170 180膨化温度( )粗脂肪含量(% 4 脂肪 含量 与 膨化温度 的关系 of 0 100 110 120 130 140 150 160 170 180膨化温度( )总能(g)图 4能与膨化温度 的关系 of 国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 35 由表 4知，膨化温度对风干样水分、粗脂肪和总能有极显著的影响 (随着膨 化温度的上升，风干样水分含量呈 直 线下降 (见图 4回归方程为 y=2= 当温度上升到 120时，风干样水分含量为 比较干燥；粗脂肪、总能随膨化温度变化的规律不明显 (如图 4图 4但与对照相比，均有减少，粗脂肪减少幅度较大 (， 刘源 (1996) 一方面是由于 脂肪在高温时不稳定，尤其是挥发性脂肪酸，大量 水 解或挥发 损失 ，另一方面 ，脂肪及其水解产物在挤压过程中能同糊化的淀粉 形成络合物，从而使脂肪不能被乙醚萃取，因此检测时含量偏低 (曹康， 2003)。 小结 从膨化单因素试验结果可以看出，膨化工艺对饲料具有较好的灭菌作用，即使在 90时的膨化饲料中也未检测到微生物； 从生产成本方面考虑，应该选择 营养成分损失小 、 产量大、电耗小的工艺参数， 但是值得注意 的是，随着 膨化温度的升高，饲料的外观和色泽会发生较大的变化 (见附 图 3 和附图 4),影响 饲料的质量， 因此根据本试验可选 取 130 。 试验二 膨化温度、饲料水分含量、喂料速度和螺杆转速对饲料灭菌效果的影响 材料与方法 (除试验设计外，其余均同试验一 ) 试验设计 采用 4 因素 3 水平的正交试验设计，考虑的因素有饲料膨化前饲料的水分含量、喂料速度、螺杆转速和膨化温度，正交表和因素水平表见表 4表 4设一个对照。 表 4正交试验设计 4) 9(34) 试验号 列 号 A B C D 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 中国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 36 表 4 因素水平表 of 化温度 A 饲料膨化前水分 B 螺杆转速 C 喂料速度 D 1 18% 100r/8 r/ 23% 150 r/4 r/ 28% 200 r/0 r/ 4各区温度设计 ( ) of ) of 化温度 ( ) 1 区 2 区 3 区 4 区 5 区 60 65 70 75 80 80 105 110 115 120 80 145 150 155 160 结果与分析 饲料水分含量、喂料速度、螺杆转速和膨化温度对 设备系统参数的影响 各处理 对膨化设备系统参数的影响见表 4主效应分析见表 4因素各水平对扭矩、 4区压力、 5 区压力、产量和电耗的影响规律见图 4图 4 表 4 各处理对设备系统参数的影响 (干物质基础 ) of on of 扭 矩 (4 区压力 (5 区压力 (产量 (g/电耗 (kw.h/1 值 P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P 差异极显著 ,(以“ *”表示 )。 因 素 水 平 中国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 37 表 4各因素不同水平对 设备系统参数的影响 (干物质基础 ) of on of 扭 矩 (4 区压力 (5 区压力 (产量 (g/电耗 (kw.h/因素 A (膨化温度 ) 1 值 P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P 差异极显著 ,(以“ *”表示 )。 a,b,c 不同字母表示差异显著 (差异不显著， P(以“ *”表示 )， P(以“ *”表示 )； a,b,c, 同一列右肩标有不同字母表示差异显著 (P 差异显著 ,(以“ *”表示 )， P 差异极显著 ,(以“ *”表示 )。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第 四章 膨化灭菌的研究 42 表 4各因素不同水平对 饲料营养成分和颜色的影响 (干物质基础 ) of on he of 风干样水分 (%) 粗蛋白 (%) 粗灰分 (%) 粗脂肪 (%) 总能 (g) L* 亮度指数 因素 A (膨化温度 ) 1 165a 182 187b 值 各因素不同水平对各指标的影响见表 4 亮度指数可以反映颜色的变化。由 图 4知，亮度指数随着饲料含水量的增加而下降，但幅度不大；随 5 区温度升高先缓慢上升而后急剧下降；随螺杆转速的增加而下降；随喂料速度的增加而上升。 由图 4知，脂肪含量随着饲料含水量的增加而下降；随 5 区温度升高而上升；随螺杆转速的增加先上升而 后下降；随喂料速度的增加先下降而后上升。 由于 物饲料最关键的就是要达到无菌，其次是保证饲料的营养成分及饲料的色泽，不影响动物的采食和正常生长，虽然各处理间的产量、电耗差异较大，但可作参考。由于 料在膨化腔内的滞留时间较普通膨化机要长得多，约为 1 分钟，而且本试验是直接从模孔取样 (没有装切刀 )，避免了二次污染，因而灭菌效果非常好；为此，我们使用 双螺杆膨化机进行了中试 (膨化前的水分含量为 23%、喂料速度约为 1020g/杆转速为 268 r/膨化温度为 120 ， 装有切刀 )，在产品中未检测出任何菌落。因此，在实际生产过程中只要能够避免冷却、输送、打包等后续工序中的二次污染，也能够生产出符合 小结 通过本试验可得出以下结论： (1) 膨化工艺对饲料具有较好的灭菌作用，在 90时的膨化饲料中也未检测到微生物； (2) 大肠菌群 、霉菌和酵母对膨化比较敏感，经过 80的膨化后 ，都未检出 ； (3) 饲料膨化前的水分含量、喂料速度、螺杆转速和膨化温度对饲料中菌落总数有极显著影响 (水分含量 =喂料速度 =螺杆转速 ； (4) 最优工艺组合为 ：膨化前的水分含量为 23%、喂料速度为 24 r/杆转速 150 r/膨化温度为 120 ； (5) 只要能够避免冷却、输送、打包等后续工序中的二次污染，就能够生产出符合 物的饲料。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第五章 结论及进展 44 第 五 章 结论及进展 本试验的主要结论 本论文通过研究辐照灭菌、微波灭菌和膨化灭菌三种工艺对 饲料灭菌效果的影响，得出如 下结论： 初始菌落总数为 06 g、霉菌和酵母总数为 05 g 的饲料经辐照后的残留 菌落 数 与 辐 照 剂 量 的 回 归 方 程 分 别 为 对饲料中水分、粗蛋白数有极显著影响 ( 膨化处理对 饲料水分含量、粗脂肪、亮度指数有极显著 影响 ( 本研究是为了寻找一种符合 饲料 灭菌的工艺，其主要参数为灭菌效果，其次是营养成分的变化。从本试验的结果，以及国内外的研究现状看来，辐照是生产 饲料 最合适的工艺，操作简单，灭菌效果好，营养成分损失小， 15可以达 到 饲料 要求 ，灭菌后的饲料可在普通环境下保存 28 天。 从试验室操作来看，微波灭菌、膨化灭菌都是可行的，但要把他们投入到生产中去，还需要进一步的研究。 因此，本研究推荐 使 用 15照来 进行 饲料 的灭菌 。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第五章 结论及进展 45 待进一步研究的问题 在我国 是指 不含喘气病、传染性胃肠炎、萎缩性鼻炎、血痢、伪狂犬病、虱和螨七种疾病 的猪 (李明等， 1997；李纪平等， 2003)， 现有标准中仅检测 菌落总数、大肠菌群、霉菌和酵母及沙门氏菌 四个指标 ， 如果这四个指标都未检出，是否能说明 灭菌后的饲料中 不 含有 这七种 病原 ， 需要进一步探讨。 是确定灭菌剂量非常关键的参数， 目前关于 的影响因素存在着一些争议 。 本试验 在一定初始菌含量的条件下 测定了 饲料中 总菌 、霉菌和酵母的 如果饲料中初始菌浓度变化了或者饲料原料改变了 (其中的微生物种类会改变 )， 或者钴源、辐照方式 、剂量率 变化了， 会如何变化，需要进一步的研究。 如果把这些影响因素研究透彻了，就可以仅根据公式 D 0 /N)确定所需的辐照剂量。 本试验所使用的饲料的初始菌含量比较高，如果饲料原料中微生物含量较少，或者经过制粒后的颗粒料， 其初始菌含量应该会大大降低，那么就不需要这么高的辐照剂量。因此，需要进一步研究初始菌含量与灭菌剂量间的关系， 从而根据饲料初始菌含量不同而选择不同的辐照剂量 ，以降低生产成本。 微波灭菌虽然是可行的，但 该试验是使用家用微波炉进行的，有一些局限性，例如饲料所吸收的功率的准确确定、物料温度的在线测量等，这些都会影响试验的精确性。同时，微波用于工业化灭菌时，还要考虑饲料的包装材料及包装形式。 膨化灭菌从本质上来说是一种高温高压的热处理，因此，其处理时间至关重要。 膨化试验使用的是德国进口的试验用小型 膨化机 ，饲料在膨化腔 内 的滞留时间较长，灭菌效果 较好 ， 中试也取得了较好的效果， 但是饲料在膨化腔内的滞留时间很难准确测得。同时，饲料从膨化腔出来后，必须经过切短、冷却等工艺才能打包，如何避免二次污染也需要进一步研究。 在整个试验中，出现了一些与现有报道不太一致的结果，如辐照后水分有所增加， 15照后粗蛋白含量却增加了 ，这些 问题 还需要更多的试验去证实，以及寻找发生的机理。 中国农业科学院 硕 士学位论文 参考文献 46 参考文献 1. 曹康 , 金征宇 , 等 . 现代饲料加工技术 M 上海 : 上海科学技术文献出版社 , 2003, 938. 2. 程忠刚 , 林映才 , 郑黎 . 仔猪早期断奶综合饲养技术 J. 饲料世界 , 2001, (1): 16 19 3. 冯书堂 , 关伟军 . 全国首次小型猪实验动物化与开发利用研讨会在北京召开 J. 实验动物科学与管理 , 2001, 18 (3): 54. 4. 中华人民共和国兽用生物制品规程 S. 北京 : 中国农业科技出版社 ,1992. 5. 中华人民共和国兽用生物制品质量标准 S. 北京 : 中国农业科技出版社 ,2001. 6. 2001. 实验动物配合饲料卫生标准 S 中国标准出版社 , 2001. 7. 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