粉碎是指利用机械力克服固体物料内部的凝聚力将其分解的过程,是饲料加工工艺中的重要工序,与生产能耗、饲料品质以及动物的生产性能、肉品质等存在密切联系[1-2]。粉碎粒度过大,制成的颗粒饲料的硬度和耐久性均较低,含粉率高,饲粮中的纤维素、淀粉等营养成分释放速度下降,难以被动物充分消化吸收;而粉碎粒度过细,会使饲粮的适口性变差,使物料粘在畜禽的口腔中而不便吞咽,且导致饲粮中的营养成分过多地暴露在空气中,易受到氧化、吸附等作用,从而降低饲料的利用率[3]。丘婷等[4]报道,应用1.5 mm粉碎筛片孔径可促进白羽肉鸡肠道绒毛发育,增强肠道消化酶活性。另一项研究评估了饲喂2种颗粒大麦饲粮对肉鸡生长性能、营养物质和能量利用以及肠道形态测量的影响,结果表明:相比通过2 mm筛网,用通过8 mm筛网得到的较粗大麦粒饲喂肉鸡可提高其饲料效率和能量利用率[5]。在猪的生产中,控制粉碎粒度在大于400 μm时可有效改善肠道形态,减少炎性胃溃疡的发生,并提高肠道有益菌数量[6⇓-8]。由此可见,饲料形态及粉碎粒度影响着动物生产性能,粉碎工艺的选择应根据动物的消化生理特点,以满足不同品种及生长阶段动物对饲料粉碎程度的要求,从而充分发挥其生产性能。本文就粉碎对饲料及其饲喂效果的影响进行综述,以期为合理组织饲料生产及加工工艺优化提供参考。
1 粉碎工艺概述
配合饲料的加工工艺流程一般包括:原料接收清理、粉碎、配料、混合、制粒/膨化、冷却以及成品包装等主要工序。粉碎的目的主要有以下几点:1)增加饲粮与动物消化道中消化液的接触面积,促进养分的消化吸收;2)粉碎过程中饲料的物理性质发生变化,使其更易于咀嚼和咽下,从而降低饲粮在动物口腔内的黏附和堵塞现象,改善适口性;3)改善和提高物料的加工性能,通过粉碎可使物料的粒度基本一致,减少混合均匀后的物料分级[9]。一般而言,需要粉碎的原料最低也占配合饲料配方中各原料组成的50%以上,而粉碎过程所消耗的能量甚至可以占整个加工过程能耗的70%[10]。在保证饲料粉碎效果的前提之下,如何降低粉碎耗能一直是饲料生产中的难题。根据物料的粉碎粒度,饲料行业中的粉碎机可分为超微粉碎机、微粉碎机和普通粉碎机;根据结构特点,粉碎机可分为锤片式粉碎机、齿爪式粉碎机、辊式粉碎机、压扁机和盘式粉碎机等。我国饲料工业目前普遍采用的是锤片式粉碎机设备,其具有结构简单、操作方便、适应性强及价格实惠等优点[9]。但是,锤片式粉碎机无法满足水产动物对饲料粒度的要求,因此,超微粉碎多应用于水产饲料加工。粉碎后颗粒的粒径以几何平均粒径(Xgm)表示,粉碎粒度的变异情况用几何标准偏差(GSD)描述[11]。
2 粉碎对饲料的影响
2.1 粉碎对饲料生产成本的影响
2.2 粉碎对饲料品质的影响
饲料粉碎是饲料加工制造中的重要工艺之一,粉碎可利用撞击、研磨等机械外力使物料颗粒变小,增大物料的表面积,进而提高养分的消化吸收率。粉碎过程中,饲料原料的物理形状发生变化,但其化学性质并未发生过多变化。粉碎粒度越细,饲料的表面积越大,饲料调质效果越好,这有助于提高饲料的糊化和变形效果,从而提高颗粒饲料的耐久性、硬度和含粉率[15]。粉碎均匀性是衡量粉碎效果的重要指标,粉碎均匀性越好,饲粮中的营养物质分布越均匀,有利于提高饲料的品质[16]。此外,粉碎均匀性还有助于提高饲料的生产效率和降低能耗。谢正军等[17]研究发现,颗粒饲料的稳定性随着粉碎粒径逐渐增大,呈现出显著下降的现象。程译锋等[18]研究也发现,粉状饲料淀粉糊化度随饲料粉碎粒度(分别为505、303、214、178和81 μm)减小而提高。由此可见,粉碎粒度越细,饲料的糊化度和稳定性越高,有利于提高饲料品质。
2.3 粉碎对饲料消化率的影响
饲料的粉碎程度是影响饲料消化吸收率的另一个重要因素。粉碎程度直接关系到饲料颗粒的大小,颗粒大小会影响饲料在动物胃肠道内的消化过程。相比3.0 mm筛片孔径,采用2.0 mm筛片孔径可显著提高饲料颗粒中粗蛋白质的体外消化率,且粉碎机筛片孔径为2.0 mm时颗粒饲料质量最好[13]。当妊娠母猪饲粮中的糙米(含量69.67%)粒径从1 000 μm减小到800 μm时,可使母猪对粗蛋白质的表观消化率提高9%~12%[19]。此外,相比8 mm孔径的筛网,选用4 mm孔径的筛网得到的饲料饲喂蛋鸡的饲料转化率显著提高,尽管蛋鸡的吸收能力增加,但饲喂碎屑对生产性能和鸡蛋质量没有得到明显改善[20]。在泌乳奶牛生产中,饲料粒径的减小可导致饲料利用率降低[21]。由此可见,针对不同种类的动物选择适宜的粉碎粒度,不仅可提高养分的消化率,还能提升饲料的利用率。
2.4 粉碎对饲料混合质量的影响
由于物料粒子间的粒度、相对密度和表面特性各不相同,这些差异在混合过程中会导致物料出现自动分级的现象,这种现象使得混合物料的均匀度被改变,从而影响了养殖生产过程的质量和效率。混合时各种物料的平均粒径越小,颗粒大小越均匀,其混合速度越慢,而混合所能达到的混合均匀度则越高,且在其后的输送、贮存过程中越不容易产生分级现象。生产中可选择适宜的粉碎工艺及设备来降低不同物料粒度之间的差异,进而提高饲料的混合均匀度。石湛粤等[12]用筛片孔径为1.5、3.0、4.5 mm的锤片式粉碎机粉碎玉米,随着筛片孔径的增大,玉米颗粒的对数几何平均粒径呈现出显著增加的趋势;且筛片孔径越小,粉碎后玉米颗粒的均匀性越好。孙启波[22]选择2.5、3.0和3.2 mm的3种孔径的筛片,用工厂实际生产条件下的粉碎机对玉米和小麦进行粉碎,结果表明,随着筛孔直径的减小,饲料的混合均匀度显著提高,颗粒硬度显著升高。黄伟等[23]研究发现,在工艺条件为线速度85 m/s、锤筛间隙9 mm、锤片数量16片、锤片厚度3 mm下,粒度分布更为均匀,并且随着锤片末端线速度的提高,粉碎粒度显著降低,粒度分布均匀度更高。由此可见,控制适宜的粉碎粒度可以减少物料产生分级现象,进而提高饲料混合的均匀度。
2.5 粉碎对饲料制粒的影响
制粒是通过蒸汽热处理对粉料进行直接处理,使淀粉糊化、蛋白质变性以及物料软化,并经过模孔挤压成型的过程。粉碎粒度会对蛋白质变性和淀粉糊化程度产生影响,选择合适的粉碎工艺是改善饲料制粒效果的措施之一。研究表明,用直径为1.5、2.0和2.5 mm的3种规格筛片对豆粕进行破碎,1.5 mm组的颗粒料硬度和耐久性显著高于2.0和2.5 mm组[24]。此外,肉鸡饲料粉碎粒度由约900 μm下调到约700 μm时,颗粒耐久性提高1%~2%,颗粒硬度提高4~6 N,糊化度提高约2%[14]。孙启波[22]报道,随着筛孔直径的增大(2.5、3.0和3.2 mm),颗粒硬度逐渐降低,且3.0和3.2 mm组饲料含粉率显著高于2.5 mm组。由此可见,粉碎粒度越小,制粒后颗粒硬度和耐久性得到显著提升。
3 粉碎对饲料饲喂效果的影响
研究发现,用不同粉碎粒度的饲料饲喂动物的效果不一,因此,寻找最佳粉碎粒度可最大限度的发挥动物的生产性能,降低生产成本,提高生产效益。
3.1 粉碎粒度对猪生长的影响
Wondra等[28]研究发现,将玉米的粒径从1 000 μm减小到400 μm(玉米碾磨成1 000、800、600或400 μm的粒径),育肥猪的料重比显著增加,总能消化率显著提高;但胃病变和角质化程度随着粒径减小而增加;同时减小粒径会增加铣削所需的电能并降低铣削生产率,特别是当粒径从600 μm减小到400 μm时。Wondra等[29]研究泌乳母猪饲粮中玉米粒径(1 200、900、600或400 μm)对母猪和窝产仔生产性能的影响发现,随着粒径从1 200 μm减小到400 μm,平均日采食量(ADFI)增加,干物质、氮和总能的表观消化率显著提高;随着粒径从1 200 μm减小到400 μm,仔猪的存活率没有受到影响,但当母猪饲喂400和1 200 μm粒径的玉米时,窝产仔体重显著增加。因此,综合考虑生产成本、生长性能以及胃形态,选择600 μm或稍小的粒径是玉米在育肥猪粉料和颗粒饲粮中可接受的折中方案。
3.2 粉碎粒度对家禽生长的影响
石湛粤等[33]报道,用锤片式粉碎机分别粉碎为232、319和380 μm的3种玉米原料配制成的饲粮饲喂肉鸡,肉鸡的肌胃体重指数、65日龄的回肠体重指数和小肠体重指数随着玉米粉碎粒度增大而显著增大。丁雪梅等[34]研究表明,随着小麦粉碎粒度(筛片孔径为2、4、6、8和10 mm)的增大,肉鸡42日龄时肠道的黏膜厚度、绒毛高度和绒隐比显著提高;隐窝深度与小麦粉碎粒度呈显著的二次曲线关系,4 mm组隐窝深度显著低于2、6和10 mm组;紧密连接蛋白—闭锁小带蛋白-1(ZO-1)和闭合蛋白(occludin)的mRNA表达量呈显著的线性增加,10 mm组肉鸡空肠黏膜occludin的mRNA表达量显著高于2、4和6 mm组。张春兰[35]研究发现,给罗曼粉壳蛋鸡饲喂3种不同粉碎粒度(1 001.70、824.97和671.56 μm)的玉米,粗颗粒组盲肠的大肠杆菌数显著高于细颗粒组。Amornthewaphat等[36]研究表明,在每笼4只母鸡的高放养密度下,饲喂玉米粒径为638和870 μm或粒径为556和735 μm的母鸡采食量较低,变异系数较低,蛋重、蛋黄颜色和蛋清重量均匀性较高。朱隆基[37]分别给扬州鹅饲喂粉碎粒度为272.0、301.2和391.3 μm的苜蓿草粉制成的饲粮,结果表明:301.2 μm组的ADG、屠体重、胸肌重和胸肌率显著高于272.0和391.3 μm组。由此可见,粉碎粒度可通过调节肠黏膜紧密连接蛋白的表达和肠道形态,改善肠道微生物区系,促进肠道发育,维持肠道健康,进而达到提高生产性能的效果。
3.3 粉碎粒度对反刍动物生长的影响
在羊的研究方面,Awais等[41]研究表明,分别用粉碎粒度为4和8 mm的燕麦秸秆与精料按1.5∶8.5配成全混合日粮饲喂育肥公山羊,结果显示,使用8 mm磨碎的燕麦秸秆能够通过改善摄食行为和稳定瘤胃环境,提高生长性能和胴体产量。Norouzian等[42]给巴鲁奇羔羊饲喂细磨(2 mm)和粗磨(3~4 mm)的2种苜蓿粒,粗粒组羔羊的瘤胃角质层厚度显著降低,瘤胃壁的肌化率提高,有利于提高饲料转化率。谭建华等[43]报道,饲喂粉碎全混合日粮与不粉碎全混合日粮相比,能够通过提升绵羊瘤胃液的总氮、蛋白氮和尿素氮含量,有效降低氨态氮含量;这一调整可以减少微生物对蛋白质的分解作用,提高过瘤胃蛋白的比例,进而提高蛋白质的利用率。由此可见,应用粒度更大的饲料可以有效提高反刍动物的ADG和ADFI,改善瘤胃消化功能。
3.4 不同动物的饲料最佳粉碎粒度
表1 饲料最佳粉碎粒度Table 1 Optimal crushing particle size of feed |
| 动物种类 Animal species | 试验阶段 Experimental stage | 最佳筛片孔径 Optimum screen size | 参考文献 References |
|---|---|---|---|
| 海兰褐蛋鸡 Hy-Line brown laying hens | 210日龄开始 | 筛孔直径为6.0 mm(玉米) | 张嘉琦等[46] |
| 海兰灰蛋鸡 Hy-Line gray laying hens | 46周龄,试验期7周 | 筛片孔径8.0 mm(玉米), 筛片孔径4.5 mm(豆粕) | 张燕鸣等[47] |
| 爱拔益加肉鸡 AA broilers | 42日龄 | 筛片孔径2.0 mm(豆粕) | 梁明等[24] |
| 爱拔益加肉公鸡 AA broiler cocks | 1~42日龄 | 580~760 μm(小麦); 饲料类型:颗粒 | 丁雪梅等[34] |
| 爱拔益加肉公鸡 AA broiler cocks | 1~42日龄 | 筛片孔径为6.0 mm(小麦); 饲料类型:粉状 | 钟丽梅等[48] |
| 中速黄羽肉鸡 Medium speed yellow-feather broilers | 1日龄,试验期65 d | 筛片孔径为3.0 mm(玉米) | 石湛粤等[33] |
| 扬州鹅 Yangzhou geese | 29~70日龄 | 301.2 μm(苜蓿草) | 朱隆基[37] |
| 三元杂交去势公猪 Three-way cross castrated boars | 体重(21.2±1.2) kg | 430~470 μm(小麦) | 刘霜等[26] |
| 三元杂交猪 Three-way cross pigs | 体重(27.5±0.5) kg, 试验期8周 | 筛片孔径为2.0 mm(混合原料) | 段海涛等[13] |
| 三元杂交猪 Three-way cross pigs | 体重(62.68±5.59) kg, 试验期8周 | 筛片孔径为2.5/2.5 mm | 倪海球等[49] |
3.5 粉碎粒度对动物肉品质的影响
饲料粉碎粒度在很大程度上影响着动物的肉品质,饲粮中的营养物质的可消化性和利用率随着粉碎粒度的减小而提高,这对于动物的生长和肉品质的提高有着重要作用。研究发现,粉碎粒度可影响动物不饱和脂肪酸和肌内脂肪的含量。Andrés等[50]报道,饲喂2 mm粉碎粒度的颗粒料组育肥羊肌肉饱和脂肪酸含量显著高于饲喂6 mm粉碎粒度的颗粒料组。马晓文等[51]研究表明,饲喂经过4 mm筛片孔径粉碎(相比于2和3 mm筛片孔径粉碎)的大麦,湖羊瘤胃内容物中纤维分解菌数量增加,肌肉脂肪酸中共轭亚油酸含量增加,并且湖羊肉质剪切力显著提升。朱隆基[37]饲喂扬州鹅粉碎粒度为272.0 μm的苜蓿草粉发现,在胸肌剪切力、系水力方面显著高于粉碎粒度为391.3 μm的苜蓿草粉。由此可见,通过调整饲料的粉碎粒度可在一定程度上改善肉品质。
4 小结
饲料工业是畜牧业绿色、健康发展的基础,粉碎是饲料加工过程中最主要的工序之一。饲料粉碎粒度不仅影响生产耗能及成本,同时在很大程度上影响饲料的消化吸收效率及品质,并且影响动物生产性能和肉品质。降低能耗、改善饲料品质以及提高饲料转化率是饲料加工工艺的发展方向,基于已有的粉碎工艺相关研究,今后可以重点研究粉碎对动物肠道健康的影响。
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