Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 9: 6109 - 6120

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.518

RESEARCH PAPER

Effects of Feed Grade Phosphates on Physicochemical Properties and Pellet Feed Quality of Corn-Soybean Meal Mash Feed

  • LIAO Ying , 1, 2 ,
  • YANG Jie 2 ,
  • LI Junguo 2 ,
  • LIU Wei 1, 2 ,
  • SHAO Shuang 2, 3 ,
  • LU Lizhi 4 ,
  • ZHANG Yuzhu 5 ,
  • LI Jun , 2, * ,
  • SHEN Shuibao , 6, *
Expand
  • 1 School of Animal Science and Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China
  • 2 Institute of Feed Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
  • 3 College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China
  • 4 Animal Husbandry Station of the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530002, China
  • 5 Anyou Biotechnology Group Co., Ltd., Suzhou 215437, China
  • 6 Institute of Agriculture and Animal Husbandry Development, Guangxi University, Nanning 530004, China
* LI Jun, professor, E-mail: ;
SHEN Shuibao, associate professor, E-mail:

Received date: 2024-03-21

  Online published: 2024-09-08

Fold

Abstract

The purpose of this experiment was to study the effects of different feed grade phosphates on the physicochemical properties and pellet feed quality of corn-soybean meal mash feed. In this experiment, the crushed corn and soybean meal were mixed according to the mass ratio of 6∶4, the control group did not add feed grade phosphate, and the test group added 2% of different feed grade phosphates, they were dicalcium phosphate (DCP), powdery monocalcium phosphate (MCP), granular MCP, powdery mono-dicalcium phosphate (MDCP), granular MDCP, and the flow properties, hydration properties and gelatinization properties of the mash feed were compared and granulation performance and pellet feed quality were compared. The results showed as follows: 1) there were significant differences in the physicochemical properties of different feed grade phosphates (P<0.05), and the angle of repose of DCP was significantly higher than that of other feed grade phosphates (P<0.05), the water solubility index (WSI) was significantly lower than that of other feed grade phosphate (P<0.05). 2) Different feed grade phosphate groups compared with the control group, the apparent density of the feed mash was significantly increased (P<0.05) except DCP group, the tap density was significantly increased (P<0.05) except DCP group and granular MDCP, and the compressibility was significantly decreased (P<0.05) except DCP group. The apparent density of the feed mash of DCP group was significantly lower than other feed grade phosphate groups (P<0.05), and the compressibility was significantly higher than other feed grade phosphate groups (P<0.05). For the same feed grade phosphate, the apparent density of granular group was significantly higher than that of the powdery group (P<0.05), and the compression was significantly lower than that of the powdery group (P<0.05). The peak viscosity, trough viscosity, breakdown value, final viscosity and setback value of the feed mash of feed grade phosphate groups were significantly decreased compared with the control group (P<0.05), and the pasting temperature was significantly increased compared with the control group (P<0.05) except DCP group. 3) The feed grade phosphates could significantly improve the production rate (P<0.05), significantly decrease the starch gelatinization degree (P<0.05), and improve the pellet durability index (PDI) and hardness in different degrees, among which the PDI of the DCP group was the highest. Considering the cost of feed grade phosphate and the processing and granulation effect, dicalcium phosphate has more advantages in five feed grade phosphates under the condition of meeting the nutritional needs of animals.

Key words： feed grade phosphates; physicochemical properties; mash feed; pellet feed quality

Cite this article

LIAO Ying , YANG Jie , LI Junguo , LIU Wei , SHAO Shuang , LU Lizhi , ZHANG Yuzhu , LI Jun , SHEN Shuibao . Effects of Feed Grade Phosphates on Physicochemical Properties and Pellet Feed Quality of Corn-Soybean Meal Mash Feed[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(9) : 6109 -6120 . DOI: 10.12418/CJAN2024.518

饲料级磷酸盐是动物饲粮中必不可少的饲料原料,但其资源有限且不可再生,因此提高其利用率至关重要[1]。目前,研究人员正积极探索如何优化磷酸盐的利用率,以减少对资源的依赖并提高饲料的营养价值。一方面,从动物营养角度出发,研究人员综合考虑动物生理特点、环境因素等,通过调整饲料配方、添加辅助酶或添加剂等方式,尝试提高动物对磷酸盐的吸收率和利用率[2-3];另一方面,从饲料加工角度考虑,有研究人员从原料加工处理、配方优化、加工工艺参数等方面探究了沸石粉、膨润土、凹凸棒等矿物质原料与颗粒饲料质量之间的关系,发现均能影响颗粒饲料质量,进而影响饲料利用率[4⇓-6]。有关饲料级磷酸盐的相关研究尚未空白,因此有必要深入探究饲料级磷酸盐对颗粒饲料质量的影响。
目前,市场上主流的饲料级磷酸盐有磷酸氢钙、磷酸二氢钙、磷酸一二钙等;随着饲料工业的发展,磷酸盐的形态也逐渐发展出了粒状[7]。粒状磷酸盐相比于传统的粉状磷酸盐,在运输、加工及利用中更具优势,能够有效地减少粉尘飞扬和浪费现象,延长在动物体内的停留时间等[8]。不同饲料级磷酸盐生产原料、生产工艺、产品标准等存在差异,造成其理化特性存在差异,进而影响其营养价值、制粒性能、颗粒质量等,但不同饲料级磷酸盐与饲料加工的关系仍不明确。鉴于以上因素,本研究比较不同饲料级磷酸盐在基本成分及理化特性上的差异,探究玉米豆粕混合粉料中添加不同种类的饲料级磷酸盐对其理化特性及颗粒饲料质量的影响,为饲料级磷酸盐的选择提供新方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

磷酸氢钙由广西鑫益新磷化工有限公司提供,粒状磷酸二氢钙和粒状磷酸一二钙购买于云南磷化集团有限公司,粉状磷酸二氢钙购买于中化云龙有限公司,粉状磷酸一二钙购买于贵州云福化工有限责任公司,玉米购买于北京三元禾丰牧业有限公司,豆粕购买于三河汇福粮油集团有限公司。

1.2 试验设计

试验比较磷酸氢钙、粉状磷酸二氢钙、粒状磷酸二氢钙、粉状磷酸一二钙和粒状磷酸一二钙等5种饲料级磷酸盐的基本成分及理化特性方面的差异。采用单因素试验设计,以不添加饲料级磷酸盐的玉米豆粕混合粉料为对照组,试验组在玉米豆粕混合粉料中分别添加质量分数为2%的上述5种不同种类的饲料级磷酸盐,在相同的调质制粒条件下制备成颗粒料,分析不同种类的饲料级磷酸盐对混合粉料理化特性、制粒性能及颗粒饲料质量的影响。

1.3 样品制备

本试验在中国农业科学院南口中试基地进行,为研究不同饲料级磷酸盐对颗粒饲料质量的影响,避免其他原料的相互作用,依据畜禽经典配方,选择玉米、豆粕质量比为6∶4。玉米和豆粕经锤片式粉碎机粉碎(筛片孔径2.0 mm),对照组不添加饲料级磷酸盐,试验组按玉米豆粕混合粉料质量的2%添加不同种类的饲料级磷酸盐,混匀5 min,混合机见图1-A,水分含量调节至(11.25±0.25)%,静置12 h,备用。
图1 样品制备过程

Fig.1 Sample preparation process

每组试验称取500 g样品倒入行星式密炼仪恒温调质腔内,并迅速通入蒸汽开始调质,调质时间90 s,调质温度为80 ℃,行星式密炼仪见图1-B;调质结束后,迅速均匀地将调质物料倒入平模制粒机(模孔直径3 mm、长径比4∶1)制成颗粒,并记录制粒时间、电耗,每组制备3批,平模制粒机见图1-C。待颗粒料冷却风干后,装入自封袋,密封保存于4 ℃冰箱待测。

1.4 测定指标和方法

1.4.1 基本成分

各磷酸盐的水分含量参照GB/T 6435—2014测定;磷酸二氢钙的钙和总磷含量参照GB/T 22548—2017测定;磷酸氢钙及磷酸一二钙的钙和总磷含量参照GB/T 22549—2017测定。

1.4.2 理化特性指标

摩擦角、休止角:参照杨洁等[9]的方法,使用自主研制的摩擦角及休止角测定装置测定摩擦角、休止角。
粒径分布:用BT-2001型激光粒度分布仪(干法)测定粒径分布,设定进气压力0.15 MPa,遮光度在0.4%~4.0%;用十四层筛法测定粒状磷酸二氢钙和粒状磷酸一二钙的粒径分布;每个样品取3次测量结果的平均值。
松装密度、振实密度及压缩度:参照余忠奎等[10]的方法,用BT-1000粉体综合特性测试仪测定松装密度、振实密度及压缩度。
吸水性指数(WAI)、水溶性指数(WSI)及溶胀度(SI):取(2.500 0±0.000 5) g样品加入50 mL离心管中,加入30 mL蒸留水混合均匀,在4 ℃下以3 000×g离心10 min,离心后取出上清液转移到烘干皿中,在烘箱中以135 ℃烘2 h至恒重,取出后称重用于计算水溶性指数。离心管中剩余物质称重后用于计算吸水性指数。每个样品取3次测量结果的平均值。相关计算公式如下:
吸水性指数=(沉淀物质量-样品干物质质量)/样品干物质质量;
水溶性指数(%)=(上清液残余干物质质量/样品干物质质量)×100;
溶胀度=沉淀物质量/[样品干物质质量/(1-水溶性指数)]。
糊化特性:参照许传祥等[11]的报道,采用通用的快速黏度分析仪(RVA)糊化分析法测得添加不同饲料级磷酸盐的混合粉料样品的峰值黏度、保持黏度、崩解值、最终黏度、回生值、糊化温度等特征值。

1.4.3 制粒性能指标

产量:平模制粒机稳定出粒后,在其出料口处接取样品,同时记录接料时间,称量样品质量,将样品质量除以接料时间即为产量,单位为g/s。
成型率:在平模制粒机出料口接取颗粒饲料,冷却后称重并过筛(筛片孔径为2.0 mm),过筛后再称重,按照下式计算成型率。
成型率(%)=(过筛后筛上颗粒饲料质量/加入筛格试样颗粒饲料总质量)×100。
吨料电耗:测定制粒机工作前后的耗电量和所生产颗粒的质量,按照下式计算吨料电耗。
G=1 000×(G1-G2)/m。
式中:G为吨料电耗,单位为kW·h/t;G1为单次制粒后电表读数,单位为kW·h;G2为单次制粒前电表读数,单位为kW·h;m为平模制粒机单次生产的颗粒质量,单位为kg。

1.4.4 颗粒质量指标

颗粒耐久性(PDI):使用NHP100 PDI检测仪(气流强度70 mBar)测定PDI,将待测样品用60目的筛子清理去除细粉,称取100 g放入饲料室,盖好仪器盖,选择仪器运转时间60 s,停止后对留在筛网上的颗粒饲料称重,计算所占百分比即为PDI。
颗粒硬度:利用质构仪检测颗粒硬度,每份试验样品取20粒(取样颗粒长度为颗粒直径的2.0~2.5倍)进行测定。
淀粉糊化度:参照国家标准《饲料中淀粉糊化度的测定》(NY/T 4125—2022)测定淀粉糊化度。

1.5 数据统计及分析

采用SPSS 26.0软件对试验数据进行单因素方差分析,并采用Duncan氏法进行组间多重比较,结果以“平均值±标准差”的形式表示,以P<0.05为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 饲料级磷酸盐的基本成分及理化特性

2.1.1 基本成分

5种饲料级磷酸盐的基本成分见表1。5种饲料级磷酸盐的水分含量范围为2.75%~3.41%,以粒状磷酸一二钙的水分含量最低;5种饲料级磷酸盐的总磷及钙含量均略高于国家标准(GB/T 22548—2017和GB/T 22549—2017)水平,其中以磷酸氢钙的总磷含量最低,钙含量最高。
表1 饲料级磷酸盐的基本成分

Table 1 Basic composition of feed grade phosphates %

项目
Items		 磷酸氢钙
DCP		 粉状
磷酸二氢钙
Powdery MCP		 粒状
磷酸二氢钙
Granular MCP		 粉状
磷酸一二钙
Powdery MDCP		 粒状
磷酸一二钙
Granular MDCP		 P值
P-value
水分Moisture 2.85±0.05c 3.13±0.01b 3.36±0.07a 3.41±0.02a 2.75±0.14c <0.001
总磷TP 16.90±0.08d 22.71±0.11a 22.36±0.06b 21.03±0.03c 21.08±0.04c <0.001
钙Ca 22.45±0.06a 13.07±0.06e 13.74±0.12d 17.09±0.09c 17.44±0.08b <0.001

同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表2和表3同。

In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as Table 2 and Table 3.

2.1.2 流动特性

5种饲料级磷酸盐的粒径分布如图2所示、流动特性指标如表2所示。5种饲料级磷酸盐平均粒径及比表面积有显著差异(P<0.05),平均粒径由小到大排序依次为磷酸氢钙<粉状磷酸二氢钙<粉状磷酸一二钙<粒状磷酸二氢钙<粒状磷酸一二钙,比表面积顺序与之相反;粉状磷酸二氢钙与粉状磷酸一二钙平均粒径无显著差异(P>0.05);粒状磷酸二氢钙与粒状磷酸一二钙平均粒径接近,但磷酸二氢钙的粒度分布更为分散。5种饲料级磷酸盐的摩擦角及休止角有显著差异(P<0.05),磷酸氢钙与粉状磷酸二氢钙和粉状磷酸一二钙的摩擦角相近,其休止角远高于其他饲料级磷酸盐,差异达显著水平(P<0.05);粒状饲料级磷酸盐的摩擦角及休止角均显著低于粉状饲料级磷酸盐(P<0.05),流动性较好。5种饲料级磷酸盐的松散密度、振实密度及压缩度有显著差异(P<0.05),磷酸氢钙的松散密度最低,但其压缩度远高于其他饲料级磷酸盐;粒状饲料级磷酸盐的松散密度高于粉状饲料级磷酸盐,而压缩度低于粉状饲料级磷酸盐;粉状磷酸二氢钙的压缩度略高于粉状磷酸一二钙。
图2 饲料级磷酸盐粒度分布

Fig.2 Particle size distribution of feed grade phosphates

表2 饲料级磷酸盐的流动特性

Table 2 Flow properties of feed grade phosphates

项目
Items		 磷酸氢钙
DCP		 粉状
磷酸二氢钙
Powdery MCP		 粒状
磷酸二氢钙
Granular MCP		 粉状
磷酸一二钙
Powdery MDCP		 粒状
磷酸一二钙
Granular MDCP		 P值
P-value
平均粒径
Mean particle size/μm		 56.56±1.51d 118.97±1.27c 572.22±5.02b 125.77±3.81c 680.83±1.68a <0.001
比表面积
Specific surface
area/(cm2/g)		 89.51±4.92a 28.57±0.40b 8.75±0.11c 25.88±0.71b 7.05±0.06c <0.001
摩擦角
Friction angle/°		 32.80±0.26b 33.67±0.45a 21.43±0.51e 30.13±0.21c 23.90±0.10d <0.001
休止角
Angle of repose/°		 41.57±1.10a 32.03±0.15b 18.70±0.35d 30.20±0.35c 19.20±0.26d <0.001
松散密度
Apparent density/
(g/L)		 796.83±11.47e 841.80±0.62d 1 153.33±5.29a 897.27±9.00c 1 001.47±5.13b <0.001
振实密度
Tap density/(g/L)		 1 150.57±0.85e 1 017.13±1.56d 1 236.20±10.26a 1 057.73±4.35c 1 065.27±3.01b <0.001
压缩度
Compressibility/%		 30.74±1.02a 17.24±0.19b 6.70±1.01d 15.17±0.75c 5.99±0.64d <0.001

2.1.3 水合特性

如表3所示,5种饲料级磷酸盐的吸水性指数、水溶性指数及溶胀度有显著差异(P<0.05),其中磷酸氢钙与其他饲料级磷酸盐相比最为特别,磷酸氢钙的吸水性指数及溶胀度显著高于其他饲料级磷酸盐(P<0.05),水溶性指数显著低于其他饲料级磷酸盐(P<0.05);粒状磷酸二氢钙及粒状磷酸一二钙的吸水性指数显著高于粉状磷酸二氢钙和粉状磷酸一二钙(P<0.05);粒状磷酸一二钙的水溶性指数显著高于粉状磷酸二氢钙和粒状磷酸二氢钙(P<0.05)。
表3 饲料级磷酸盐的水合特性

Table 3 Hydration properties of feed grade phosphates

项目
Items		 磷酸氢钙
DCP		 粉状
磷酸二氢钙
Powdery MCP		 粒状
磷酸二氢钙
Granular MCP		 粉状
磷酸一二钙
Powdery MDCP		 粒状
磷酸一二钙
Granular MDCP		 P值
P-value
吸水性指数WAI 0.94±0.04a 0.25±0.08c 0.62±0.04b 0.28±0.04c 0.73±0.07b <0.001
水溶性指数WSI/% 0.93±0.13c 52.40±3.85b 51.90±3.17b 56.80±3.60ab 63.08±0.25a <0.001
溶胀度SI 2.07±0.04a 0.67±0.02c 0.86±0.04b 0.62±0.06c 0.71±0.06c <0.001

2.2 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料理化特性的影响

2.2.1 流动特性

如表4所示,与对照组相比,在玉米豆粕混合粉料中添加5种饲料级磷酸盐,摩擦角增大了0.40°~1.35°,休止角增大了0.50°~3.30°;松散密度除磷酸氢钙组外均显著增大(P<0.05),振实密度除磷酸氢钙组和粒状磷酸一二钙组外均显著增大(P<0.05),压缩度除磷酸氢钙组外均显著降低(P<0.05)。对于不同饲料级磷酸盐组,摩擦角各组间差异不显著(P>0.05),休止角在除磷酸氢钙组外的其他组间差异不显著(P>0.05);磷酸氢钙组的松散密度最低,同一种饲料级磷酸盐的粒状组的松散密度显著高于粉状组(P<0.05);磷酸氢钙组的振实密度最低,粒状饲料级磷酸盐组的松散密度低于粉状饲料级磷酸盐组;磷酸氢钙组的压缩度最大,同一种饲料级磷酸盐的粒状组的压缩度显著低于粉状组(P<0.05)。
表4 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料流动特性的影响

Table 4 Effects of feed grade phosphates on flow properties of corn-soybean meal mash feed

项目
Items		 摩擦角
Friction
angle/°		 休止角
Angle of
repose/°		 松散密度
Apparent
density/(g/L)		 振实密度
Tap density/
(g/L)		 压缩度
Compressibility/
%
对照组Control group 31.85±0.21 37.05±0.07b 636.07±1.96d 840.07±7.34d 24.28±0.69a
磷酸氢钙组DCP group 33.15±0.49 37.55±0.21b 640.90±3.80d 841.17±1.35d 23.81±0.57a
粉状磷酸二氢钙组Powdery MCP 32.25±0.35 39.50±0.71a 678.10±1.01c 853.63±0.78ab 20.56±0.18b
粒状磷酸二氢钙组Granular MCP 32.25±0.35 39.75±0.35a 690.03±0.61a 848.20±0.90bc 18.65±0.07c
粉状磷酸一二钙组Powdery MDCP 33.10±0.57 39.65±0.92a 679.33±1.25c 856.53±2.75a 20.69±0.39b
粒状磷酸一二钙组Granular MDCP 33.20±0.28 40.35±0.49a 683.57±1.25b 844.87±2.07cd 19.09±0.16c
P值P-value 0.051 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001

同列数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表5、表6和表7同。

In the same column, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as Table 5, Table 6 and Table 7.

2.2.2 水合特性

如表5所示,各组水分含量无显著差异(P>0.05)。与对照组相比,在玉米豆粕混合粉料中添加5种饲料级磷酸盐,吸水性指数和溶胀度除磷酸氢钙组外均显著降低(P<0.05);水溶性指数仅磷酸氢钙组显著降低(P<0.05)。就水合特性数值来看,各组间数值差异较小。
表5 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料水合特性的影响

Table 5 Effects of feed grade phosphates on hydration properties of corn-soybean meal mash feed

项目
Items		 水分
Moisture/%		 吸水性指数
WAI		 水溶性指数
WSI/%		 溶胀度
SI
对照组Control group 11.34±0.09 2.60±0.11a 11.73±0.02a 3.33±0.10a
磷酸氢钙组DCP group 11.37±0.06 2.54±0.07ab 11.36±0.01b 3.28±0.07ab
粉状磷酸二氢钙组Powdery MCP 11.11±0.06 2.34±0.03c 11.89±0.03a 3.08±0.02c
粒状磷酸二氢钙组Granular MCP 11.15±0.14 2.42±0.01bc 11.86±0.04a 3.16±0.01bc
粉状磷酸一二钙组Powdery MDCP 11.17±0.03 2.35±0.04c 11.85±0.18a 3.09±0.03c
粒状磷酸一二钙组Granular MDCP 11.21±0.23 2.38±0.04c 11.87±0.03a 3.12±0.04c
P值P-value 0.318 0.021 0.004 0.019

2.2.3 糊化特性

如表6所示,与对照组相比,在玉米豆粕混合粉料中添加5种饲料级磷酸盐,各饲料级磷酸盐组峰值黏度、保持黏度、崩解值、最终黏度及回生值均显著降低(P<0.05),磷酸氢钙组各黏度指标数值与对照组差异较小;除磷酸氢钙组外糊化温度均显著升高(P<0.05)。对于不同饲料级磷酸盐组,磷酸氢钙组峰值黏度、保持黏度、崩解值、最终黏度及回生值均显著高于其他饲料级磷酸盐组(P<0.05);粉状磷酸二氢钙组的糊化温度显著高于其他饲料级磷酸盐组(P<0.05)。
表6 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料糊化特性的影响

Table 6 Effects of feed grade phosphates on pasting properties of corn-soybean meal mash feed

项目
Items		 黏度Viscosity/cp 糊化温度
Pasting
temperature/℃
峰值黏度
Peak
viscosity		 保持黏度
Trough
viscosity		 崩解值
Breakdown
value		 最终黏度
Final
viscosity		 回生值
Setback
value
对照组
Control group		 1 424.00
±21.21a		 1 308.00
±11.31a		 116.00
±9.90a		 3 287.00
±21.21a		 1 979.00
±9.90a		 82.73
±0.67c
磷酸氢钙组
DCP group		 1 227.50
±16.26b		 1 134.50
±9.19b		 93.00
±7.07b		 2 905.00
±1.41b		 1 770.50
±10.61b		 84.43
±0.53bc
粉状磷酸二氢钙组
Powdery MCP		 502.00
±8.49e		 432.50
±9.19e		 69.50
±0.71c		 1 119.00
±24.04e		 686.50
±14.85d		 86.83
±0.46a
粒状磷酸二氢钙组
Granular MCP		 545.50
±38.89de		 485.50
±23.33de		 60.00
±15.56c		 1 187.00
±80.61de		 701.50
±57.28d		 85.58
±0.04ab
粉状磷酸一二钙组
Granular MDCP		 558.00
±22.63cd		 501.00
±24.04d		 57.00
±1.41c		 1 234.00
±50.91d		 733.00
±26.87d		 84.75
±1.13b
粒状磷酸一二钙组
Powdery MDCP		 610.00
±15.56c		 552.50
±16.26c		 57.50
±0.71c		 1 360.50
±28.99c		 808.00
±12.73c		 84.83
±1.17ab
P值
P-value		 <0.001 <0.001 0.002 <0.001 <0.001 0.024

2.3 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料制粒性能及颗粒饲料质量的影响

颗粒饲料外观如图3所示,在饲料外观上各组无明显差别。饲料级磷酸盐对制粒性能及颗粒饲料质量的影响如表7所示,与对照组相比,在玉米豆粕混合粉料中添加5种饲料级磷酸盐后,颗粒饲料产量显著提高(P<0.05),淀粉糊化度显著降低(P<0.05),PDI和硬度有不同程度的提高,成型率及吨料电耗无显著差异(P>0.05),但吨料电耗相对更低。对于不同饲料级磷酸盐组,颗粒饲料产量、吨料电耗、成型率及硬度均无显著差异(P>0.05);粒状磷酸二氢钙组的淀粉糊化度显著低于其他饲料级磷酸盐组(P<0.05);磷酸氢钙组及粉状磷酸一二钙组的PDI显著高于其他饲料级磷酸盐组(P<0.05)。
图3 颗粒饲料外观

A:对照组;B:磷酸氢钙组;C:粉状磷酸二氢钙组;D:粒状磷酸二氢钙组;E:粉状磷酸一二组;F:粒状磷酸二氢钙组。

Fig.3 Appearance of pelleted feed

A: control group; B: DCP group; C: powdery MCP; D: granular MCP; E: powdery MDCP; F: granular MDCP.

表7 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料制粒性能及颗粒饲料质量的影响

Table 7 Effects of feed grade phosphates on pelleting performance and pellet feed quality of corn-soybean meal mash feed

分组
Group		 产量
Production
rate/(g/s)		 吨料电耗
Power consumption
per ton of material/
(kW·h/t)		 成型率
Pelleting
rate/%		 淀粉糊化度
Starch
gelatinization
degree/%		 颗粒耐久性
PDI/%		 硬度
Hardness/
N
对照组
Control group		 9.35±0.08b 21.91±1.52 99.08±0.32 40.34±0.67a 95.76±0.14c 100.71±8.03b
磷酸氢钙组
DCP group		 10.58±0.45a 18.93±0.08 99.05±0.44 38.89±0.70b 98.19±0.10a 104.20±8.17ab
粉状磷酸二氢钙组
Powdery MCP		 10.50±0.08a 20.35±1.31 99.40±0.16 37.51±0.43bc 96.34±0.41b 110.77±8.92a
粒状磷酸二氢钙组
Granular MCP		 10.47±0.10a 19.50±3.40 99.21±0.09 36.26±0.55c 96.17±0.17bc 105.15±4.88ab
粉状磷酸一二钙组
Powdery MDCP		 10.54±0.22a 19.97±2.29 99.18±0.14 38.07±1.18b 97.84±0.18a 106.49±9.41ab
粒状磷酸一二钙组
Granular MDCP		 10.59±0.20a 19.96±1.87 99.33±0.06 38.16±0.43b 95.90±0.15bc 104.21±7.08ab
P值P-value 0.009 0.687 0.785 <0.001 <0.001 0.003

3 讨论

3.1 饲料级磷酸盐基本成分及理化特性分析

饲料级磷酸盐的摩擦角、休止角、压缩度与平均粒径有一定相关性,磷酸氢钙的平均粒径最小,其休止角最大,可压缩性最强,粒状饲料级磷酸盐经造粒机挤压成粒后,松散密度增大,可压缩性降低。不同饲料级磷酸盐的主要成分、性质不同,磷酸氢钙主要成分分子式为CaHPO4·2H2O,在25 ℃的100 mL水中,难溶于水;磷酸二氢钙主要成分分子式为Ca(H2PO4)2·H2O,稍溶于水;磷酸一二钙主要成分分子式为Ca(H2PO4)2·H2O+CaHPO4·2H2O,为磷酸氢钙与磷酸二氢钙的共晶结合物。饲料级磷酸盐化学结构存在差异,磷酸二氢根及结晶水的含量会影响其溶解性,磷酸氢钙可水解的磷酸二氢根含量较少,造成其与其他饲料级磷酸盐在吸水性指数、水溶性指数及溶胀度上存在差异。

3.2 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料理化特性的影响

3.2.1 流动特性

在饲料加工的各个阶段均涉及了粉体的流动,物料流动特性会影响其在加工过程的运输效率、成型能力、产品质量等[12]。如在生产过程中,休止角大的物料易在下落堆积时发生结拱,不易流动;摩擦角大的物料易对桨叶、管壁、环模等造成磨损;压缩度大的物料更易挤压成粒[13⇓-15]。饲料级磷酸盐的平均粒径均小于玉米豆粕混合粉料,可以填充在混合粉料空隙中,且粉体粒子形状不规则,增大了粉体间的接触面积,进而增加了彼此间的摩擦力,从而增大了混合粉料的摩擦角及休止角。Wamsley等[16]研究发现,磷酸一二钙相对磷酸氢钙表面更加粗糙,在填入混合粉料间隙之后,磷酸一二钙组的接触点要高于磷酸氢钙组,促使其休止角高于磷酸氢钙组。本研究显示,在玉米豆粕混合粉料中添加饲料级磷酸盐,增大了混合粉料的松散密度和振实密度,降低了压缩度,这与饲料级磷酸盐本身的粒径、松散密度及振实密度有较大相关性,饲料级磷酸盐相对玉米豆粕混合粉料的松散密度更大,平均粒径更小,在振实时易填入混合粉料间隙之中,使得混合粉料可压缩性降低,而磷酸氢钙的平均粒径和松散密度相对较小,对混合粉料的影响也更小[17]。

3.2.2 水合特性

水合特性与糊化特性能共同表观混合物料在调质器与蒸汽接触发生的系列变化。吸水性指数能反映物料在调质器内吸收蒸汽中水分的能力,数值越大,说明其在调质时更易将物料表明的水分吸收至内部,对后期的制粒有促进作用;水溶性指数能反映物料的溶解能力,如物料中可溶性多糖、磷酸二氢钙、磷酸一二钙等可溶性物质的含量;溶胀度能反映物料在吸水后的膨胀能力[18-19]。本研究显示,在玉米豆粕混合粉料中添加饲料级磷酸盐,对混合粉料的吸水性指数、水溶性指数与溶胀度有一定影响,但数值变化区间较小,可能与饲料级磷酸盐在混合粉料中添加量较低有关。对于玉米豆粕混合粉料水溶性指数,磷酸氢钙组与其他饲料级磷酸盐组差异较大,着这与磷酸氢钙本身水溶性远低于其他饲料级磷酸盐有关。就水合特性而言,饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料有一定影响,这与原料本身的水合特性呈相关关系。

3.2.3 糊化特性

糊化特性相关参数是经快速黏度分析仪模拟物料最佳调质状态而记录的,不同阶段的黏度值能反映物料中淀粉的状态,最终实现物料充分与水混合,其中的淀粉最大程度糊化。淀粉在水热作用下,淀粉颗粒吸水吸热、水合膨胀、大分子分解、结构被破坏,溶解在水中形成黏性糊状物质[20-21]。峰值黏度反映了物料在糊化过程与水结合能力;保持黏度与淀粉糊的稳定性有关;最终黏度表示物料熟化后、温度降低后物料的黏度[22-23]。本研究发现,玉米豆粕在混合粉料中添加饲料级磷酸盐会降低物料黏度,可能玉米和豆粕中的淀粉在水热作用糊化后具有一定黏性,而饲料级磷酸盐并无此性质,从而引起混合粉料黏度降低[24]。Ciesielski等[25]研究发现,金属阳离子能与糊化过程中的淀粉形成配合物,而饲料级磷酸盐中水解的钙离子可能会干扰淀粉的糊化并抑制有黏性的凝胶状物质的形成,进而影响混合粉料的黏度;而磷酸氢钙可水解的钙离子较少,对黏度的影响较小。饲料级磷酸盐之间的黏度差异,也可能与其吸水性指数及水溶性指数相关,经仪器的充分搅拌,玉米豆粕混合粉料内的饲料级磷酸盐充分吸收了其中的水分,部分溶解在水中,消耗了部分水,从而导致黏度降低;而磷酸氢钙的水溶性指数较低,对各黏度指标的影响较小,磷酸二氢钙与磷酸一二钙的水合特性接近,对混合物料黏度的影响接近。

3.3 饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料制粒性能及颗粒饲料质量的影响

饲料制粒性能与颗粒饲料质量受多个因素影响,其中饲料配方的影响较大[26]。饲粮中矿物质原料添加较少,但仍会在一定程度上影响制粒性能及颗粒质量。研究表明,某些矿物质(如蒙脱石、凹凸棒)具有黏结性,可以在饲料颗粒化过程中起到自然黏合剂的作用,提高颗粒的整体稳定性和耐久性,降低能耗[4,27]。对于产量,添加饲料级磷酸盐后玉米豆粕混合粉料的松散密度增大,单位时间内制成的颗粒更重,产量提升。对于制粒能耗,可能是饲料级磷酸盐吸收了部分本应附着在混合粉料表面的水,减轻了平模制粒机打滑,增加了压辊与平模的挤出效率,从而降低了能耗[28]。对于淀粉糊化度,添加饲料级磷酸盐的混合粉料在调质时,饲料级磷酸盐吸收了部分水蒸气及热量,影响了混合粉料的调质效果,使得淀粉糊化度降低;也有可能是其中的钙离子干扰了淀粉的糊化,影响了淀粉糊化;而磷酸氢钙的水溶性指数较低以及可水解的钙离子较少,对淀粉糊化度的负面影响较小。何英蒙等[29]研究发现,粉体粒子的压缩成型性与粒子间的结合强度与接触面积有关,平均粒径小、表面不规则的粒子更易压缩成型。经常规粉碎后的玉米淀粉颗粒表面光滑致密、仅少量微孔,而饲料级磷酸盐表面为凹凸不平的纤维结构且粒径较小,因而各饲料级磷酸盐组相对对照组压缩成型性更好,造成其PDI要高于对照组[16,30-31];同时,饲料级磷酸氢钙组对混合粉料黏度的影响要小于其他饲料级磷酸盐组,在调质过程中,该组淀粉糊化程度更高,黏结性更强,因而其PDI较其他组更高。

4 结论

① 不同饲料级磷酸盐的理化特性差异显著,添加2%的饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料的理化特性有显著影响,能增大松散密度,降低压缩度及黏度。
② 不同饲料级磷酸盐对玉米豆粕混合粉料的影响不同,磷酸氢钙组与其他饲料级磷酸盐组混合粉料的理化特性差异较大,磷酸二氢钙组与磷酸一二钙组、同一种磷酸盐的粉状与粒状组差异较小。
③ 添加2%的不同饲料级磷酸盐均能提高玉米豆粕混合粉料的制粒性能及颗粒饲料质量,其中磷酸氢钙组的PDI最高。
④ 综合考虑饲料级磷酸盐的成本及加工制粒效果,在满足动物营养需求的条件下,5种饲料级磷酸盐中以磷酸氢钙更具优势。

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