膨胀器(expander)又称环隙挤压机，从油脂加工设备引进而来，改进后应用于饲料加工行业^[1]。20世纪初，膨胀器直接应用于制粒机上方，作为“超级调质器”使用，膨胀后物料经破碎后直接制粒，但该加工工艺对饲料中热敏性成分破坏严重，且制粒机产量、工作稳定性受膨胀器制约，因此，该工艺并未得到广泛使用^{[2, 3]}。目前，膨胀器主要用于乳猪、断奶仔猪料加工，在饲料加工中先将大宗原料粉碎混合后进行膨胀加工，再与预混料、乳清粉等热敏性成分混合后低温制粒成型，该工艺提高大宗原料熟化度，并有效保护饲料中热敏性成分，目前已在部分企业得到使用^{[4, 5]}。

膨胀饲料与普通饲料相比具有更多的优势^[6]。Lundblad等^[7]比较分析低温调质、高温调质、膨胀调质和膨化调质对仔猪和仔鸡生长性能和营养物质消化率的影响，结果显示膨胀调质和膨化调质与低温调质和高温调质相比可以降低仔猪料重比，提高仔鸡的生长速度和饲料利用率。宋富平^[8]研究发现，用膨胀过的饲粮饲喂8~12 kg的仔猪，其料重比从1.65降低到1.56。Lundblad等^[9]比较分析低温调质、高温调质、膨胀调质和膨化调质对猪饲粮中粗蛋白质和氨基酸的回肠末端消化率的影响，研究表明不同调质加工方式均可提高粗蛋白质和氨基酸等营养物质的消化率，其作用效果差异不显著。

近年来，对膨胀器的相关研究主要是侧重膨胀器的工作原理和针对膨胀调质饲料与普通调质饲料的对比分析上，却很少有关于膨胀器环隙开度对大宗原料膨胀度的影响及其对低温制粒颗粒质量和动物生长性能的影响进行相关研究。膨胀器环隙开度的大小不仅影响膨胀压力和产品品质，还关系着膨胀过程能否顺利进行。因此，寻找最佳的环隙开度和大宗原料膨胀度，对于膨胀工艺的发展至关重要。本试验旨在研究膨胀器不同环隙开度对大宗原料饲料品质的影响，以及探讨生产条件下膨胀器不同环隙开度对断奶仔猪颗粒饲粮质量和断奶仔猪生长性能的影响，为饲料企业合理使用膨胀器提供科学依据。

试验所需基础饲粮组成及营养水平见表1，试验饲料在中粮东海粮油(东台)有限公司加工生产，具体加工参数见表2。首先将碎米、玉米和豆粕分别按照比例配料混合，在前人试验基础上^[10]，膨胀器(正昌：SPZL180a)采用不同环隙开度(3.2、3.8和4.5 cm)进行膨胀加工，再将膨胀料与预混料、乳清粉等热敏性成分配料混合后低温制粒成型(调质温度60 ℃)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis) % 项目 Items 含量 Content 原料 Ingredients 碎米 Broken rice 15.00 玉米 Corn 47.96 发酵豆粕 Fermented soybean meal 10.01 大豆粕 Soybean meal 6.38 乳清粉 Dried whey 5.00 代乳粉 Milk replacer 3.00 全脂大豆 Full-fat soybean 3.00 鱼粉 Fish meal 5.44 碳酸氢钙 Ca(HCO3)2 1.18 石粉 Limestone 0.50 甲酸钙 Calcium formate 0.31 豆油 Soybean oil 1.07 预混料 Premix1) 1.00 食盐 NaCl 0.15 合计 Total 100.00 营养水平 Nutrient levels2) 消化能 DE/(MJ/kg) 14.25 粗蛋白质 CP 18.17 粗灰分 Ash 7.41 钙 Ca 0.79 总磷 TP 0.62 赖氨酸 Lys 1.34 蛋氨酸＋半胱氨酸 Met+Cys 0.73 1)预混料为每千克饲粮提供Premix provide the following per kg of diet：VA 6 312 IU，VD3 900 IU，VE 20 IU，VK3 2.5 IU，VB1 2.0 mg，VB2 4.6 mg，VB6 2.7 mg，叶酸 folic acid 0.55 mg，VB12 18 μg，D-泛酸 D-pantothenic acid 15.0 mg，烟酸 nicotinic acid 30.3 mg，生物素 biotin 0.05 mg，氯化胆碱 choline chloride 450 mg，Cu 100 mg，Fe 90 mg，Mn 40 mg，Zn 80 mg，I 0.85 mg，Se 0.25 mg。 2)粗灰分和粗蛋白质为实测值，其他为计算值。Ash and CP were measured values,and the others were calculated values.

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis)

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 饲粮加工参数 Table 2 Processing parameters of diets 加工条件 Processing condition 环隙开度 Annulus gap/cm 3.2 3.8 4.5 大宗原料粉碎筛片孔径 The aperture of mill shattering main materials/mm 2.0 2.0 2.0 大宗原料喂料频率 The feeding frequency of main material/Hz 20 20 30 大宗原料膨胀调质温度 The conditioning temperature of expanding main material/℃ 95 95 95 膨胀料粉碎筛片孔径 The aperture of mill shattering popmaterials/mm 1.5 1.5 1.5 模孔直径 Die hole diameter/mm 3 3 3 模孔长径比 Die hole draw ratio 5 ∶ 1 5 ∶ 1 5 ∶ 1 调质温度 Conditioning temperature/℃ 60 60 60

表2 饲粮加工参数 Table 2 Processing parameters of diets

试验选用品种、胎次一致且体重相近[(5.8±0.5) kg]的“大×长×杜”三元杂交试验猪72头，按照体重接近和性别比例分为3个组，每组6个重复，每重复4头猪。3组分别饲喂不同膨胀度的饲粮，依次为采用3.2、3.8和4.5 cm环隙开度对大宗原料进行膨胀，其他加工条件基本相同，进行为期28 d的正式饲养试验。试验在中国农业科学院南口中试基地进行，试验期间断奶仔猪进行自由采食、自由饮水，保持猪舍清洁和通风，并定期消毒。于第28天08：00空腹称重1次，计算平均日增重、平均日采食量和料重比。

每组均在膨胀工段调质前、调质后和膨胀器出料口各取样3次，并采用“四分法”逐渐缩减至2 kg，于4 ℃冰箱保存待测。

每组均在低温制粒工段调质前、调质后和制粒机出料口各取样3次，并采用“四分法”逐渐缩减至2 kg，于4 ℃冰箱保存待测。 1.4 检测指标与方法 1.4.1 淀粉糊化度

样品的糊化度检测参照熊易强^[11]的方法进行。

硬度的测定参照《饲料检验化验员》^[12]中颗粒饲料硬度的测定方法。

粗蛋白质含量参照GB/T 6432—1994^[13]，采用凯氏定氮法测定。

粗蛋白质体外消化率参照王卫国等^[14]方法进行。

氨基酸含量参照GB/T 18246—2000^[15]，采用酸水解法测定。

试验数据以平均值±标准差表示，所有数据用软件SAS 9.2进行单因素方差分析(ANOVA)，用Duncan氏法多重比较检验差异的显著性，显著性水平P<0.05。

由表3可知，大宗原料调制前和经调质后3组间淀粉糊化度差异不显著(P＞0.05)。经膨胀器不同环隙开度加工后，大宗原料淀粉糊化度3组间差异显著(P＜0.05)。膨胀器环隙开度越小，膨胀器出料口淀粉糊化度越高，3.2 cm组淀粉糊化度最高，为61.01%，显著高于其余2组(P＜0.05)，环隙开度由4.5 cm减小到3.2 cm，大宗原料淀粉糊化度提高约40%。对膨胀器环隙开度(X)与膨胀后物料淀粉糊化度(Y)，作线性回归(n=3)方程：Y=-0.284X+1.501，R²为0.994 5，经F检验P＜0.01，即膨胀器环隙开度与膨胀后物料淀粉糊化度之间有着较好的线性关系。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 不同环隙开度对大宗原料淀粉糊化度的影响 Table 3 Effects of different annulus gaps on the starch gelatinization of the main materials % 加工条件 Processing condition 环隙开度 Annulus gap/cm 3.2 3.8 4.5 调质前 Before conditioning processing 5.55±0.50 5.55±0.50 5.55±0.50 调质后 After conditioning processing 14.15±2.62 11.14±0.84 8.83±2.85 膨胀后 After expand processing 61.01±4.92a 33.73±1.48b 24.03±1.89c 同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。 In the same row,values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

表3 不同环隙开度对大宗原料淀粉糊化度的影响 Table 3 Effects of different annulus gaps on the starch gelatinization of the main materials

由表4可知，膨胀后大宗原料粗蛋白质体外消化率随环隙开度的减小而增大，调质后大宗原料的粗蛋白质体外消化率与其呈现一致的趋势。大宗原料经调质后3.2 cm组粗蛋白质体外消化率显著高于4.5 cm组(P＜0.05)，与3.8 cm组差异不显著(P＞0.05)。大宗原料经膨胀后，3.2 cm组粗蛋白质体外消化率显著高于4.5 cm组(P＜0.05)，与3.8 cm组差异不显著(P＞0.05)。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 不同环隙开度对大宗原料粗蛋白质体外消化率的影响 Table 4 Effects of different annulus gaps on the crude protein digestibility in vitro of the main materials % 加工条件 Processing condition 环隙开度 Annulus gap/cm 3.2 3.8 4.5 调质前 Before conditioning processing 78.83±2.08 78.83±2.08 78.83±2.08 调质后 After conditioning processing 83.53±0.70a 82.67±1.37a 79.70±0.45b 膨胀后 After expand processing 83.68±1.20a 84.25±1.17a 81.56±0.69b

表4 不同环隙开度对大宗原料粗蛋白质体外消化率的影响 Table 4 Effects of different annulus gaps on the crude protein digestibility in vitro of the main materials

由表5可知，大宗原料经调质和膨胀加工后，粗蛋白质体外消化率均呈升高趋势。与调质前相比，3.2和3.8 cm组大宗原料经调质后粗蛋白质体外消化率显著升高(P＜0.05)；4.5 cm组调制后粗蛋白质体外消化率有所升高，但与调制前差异不显著(P＞0.05)。与膨胀前相比，4.5 cm组大宗原料膨胀后粗蛋白质体外消化率显著升高(P＜0.05)，其余组粗蛋白质体外消化率与调质后粗蛋白质体外消化率相比差异不显著(P＞0.05)。

表5

Table 5

表5(Table 5)

表5 不同环隙开度下不同加工过程对大宗原料粗蛋白质体外消化率的影响 Table 5 Effects of different processing procedures on the crude protein digestibility in vitro of the main materials with the different annulus gaps % 加工条件 Processing condition 环隙开度 Annulus gap/cm 3.2 3.8 4.5 调质前 Before conditioning processing 调质后 After conditioning processing 膨胀后 After expand processing 3.2 78.83±0.21a 83.53±0.70b 83.68±1.20b 3.8 78.83±0.21a 82.67±1.37b 84.25±1.17b 4.5 78.83±0.21a 79.70±0.45a 81.56±0.69b

表5 不同环隙开度下不同加工过程对大宗原料粗蛋白质体外消化率的影响 Table 5 Effects of different processing procedures on the crude protein digestibility in vitro of the main materials with the different annulus gaps

由表6可知，不同环隙开度对大宗原料进行膨胀加工，3.2 cm组酪氨酸含量显著低于3.8和4.5 cm组(P＜0.05)，其余氨基酸的含量无显著差异(P＞0.05)。

表6

Table 6

表6(Table 6)

表6 不同环隙开度对大宗原料中氨基酸含量的影响 Table 6 Effects of different annulus gaps on amino acid contents of the main materials % 项目Items 环隙开度 Annulus gap/cm 3.2 3.8 4.5 必需氨基酸 EAA 苏氨酸 Thr 0.40±0.01 0.40±0.03 0.38±0.02 组氨酸 His 0.33±0.01 0.32±0.01 0.31±0.01 缬氨酸 Val 0.65±0.02 0.62±0.02 0.61±0.03 蛋氨酸 Met 0.09±0.00 0.09±0.01 0.09±0.00 异亮氨酸 Ile 0.49±0.01 0.47±0.02 0.46±0.02 亮氨酸 Leu 1.23±0.03 1.22±0.06 1.22±0.07 苯丙氨酸 Phe 0.59±0.02 0.58±0.03 0.56±0.03 赖氨酸 Lys 0.63±0.02 0.62±0.03 0.59±0.03 精氨酸 Arg 0.62±0.02 0.61±0.02 0.58±0.03 非必需氨基酸 NEAA 天冬氨酸 Asp 1.11±0.03 1.08±0.05 1.05±0.05 半胱氨酸 Cys 0.08±0.01 0.08±0.00 0.08±0.00 脯氨酸 Pro 0.69±0.02 0.70±0.04 0.66±0.04 酪氨酸 Tyr 0.21±0.01a 0.22±0.01b 0.22±0.01b 丙氨酸 Ala 0.70±0.01 0.69±0.03 0.68±0.03 谷氨酸 Glu 2.61±0.07 2.52±0.11 2.49±0.13 丝氨酸 Ser 0.55±0.02 0.54±0.03 0.53±0.02 甘氨酸 Gly 0.48±0.01 0.48±0.03 0.45±0.02

表6 不同环隙开度对大宗原料中氨基酸含量的影响 Table 6 Effects of different annulus gaps on amino acid contents of the main materials

由表7可知，大宗原料经不同环隙开度膨胀加工对低温制粒颗粒料的颗粒耐久性指数有显著影响(P<0.05)。3组间颗粒料淀粉糊化度差异不显著(P＞0.05)，随着环隙开度从4.5 cm缩小到3.2 cm，颗粒饲料淀粉糊化度提高约7%。3.2 cm组颗粒耐久性指数显著高于4.5 cm组(P<0.05)，与3.8 cm组差异不显著(P>0.05)。颗粒硬度3组间差异不显著(P>0.05)。

表7

Table 7

表7(Table 7)

表7 不同环隙开度对断奶仔猪颗粒饲粮加工质量的影响 Table 7 Effects of different annulus gaps on feed pellet processing quality of weaned piglets 项目Items 环隙开度 Annulus gap/cm 3.2 3.8 4.5 淀粉糊化度 Starch gelatinization degree/% 41.95±0.68 35.57±8.50 34.61±9.29 颗粒耐久性指数 PDI/% 96.11±0.02a 95.39±0.70ab 94.62±0.27b 颗粒硬度 Hardness/N 25.36±1.88 24.84±0.45 23.94±0.41

表7 不同环隙开度对断奶仔猪颗粒饲粮加工质量的影响 Table 7 Effects of different annulus gaps on feed pellet processing quality of weaned piglets

由表8可知，不同环隙开度对断奶仔猪的平均日采食量和料重比差异不显著(P＞0.05)，但3.2 cm组平均日采食量和料重比均优于其他各组。3.2 cm组终末体重和平均日增重显著高于4.5 cm组(P<0.05)，与3.8 cm组差异不显著(P＞0.05)。

表8

Table 8

表8(Table 8)

表8 不同环隙开度对断奶仔猪生长性能的影响 Table 8 Effects of different annulus gaps on growth performance of weaned piglets 项目Items 环隙开度 Annulus gap/cm 3.2 3.8 4.5 初始体重 Initial body weight/kg 5.80±0.57 5.80±0.67 5.80±0.51 终末体重 Final body weight/kg 14.93±1.54a 14.02±1.63ab 13.67±2.00b 平均日采食量 ADFI/kg 0.50±0.04 0.46±0.02 0.45±0.04 平均日增重 ADG/kg 0.33±0.02a 0.29±0.04ab 0.28±0.03b 料重比 F/G 1.50±0.16 1.61±0.19 1.64±0.08

表8 不同环隙开度对断奶仔猪生长性能的影响 Table 8 Effects of different annulus gaps on growth performance of weaned piglets

淀粉糊化是指淀粉在水热作用下，吸水膨胀，淀粉分子间氢键断裂，淀粉由分子排列紧密的β-淀粉转变成糊化淀粉即α-淀粉，高温、高压和高湿是淀粉糊化的基础^{[16, 17]}。马成林等^[18]在700 MPa压力下，保压2 min即可使玉米淀粉86.8%糊化，保压5 min，可使玉米淀粉100%糊化。由此可见增大压力，延长保压时间，可有效提高原料淀粉熟化度。膨胀器通过改变环隙开度的大小，可直接影响膨胀器出口锥形模口处的压力，开度越小、模口处压力越大，进而提高淀粉熟化度^{[19, 20]}。同时，徐学明等^[21]也指出，膨胀器对物料作用力的大小可通过液体系统调节出料口环形间隙来控制，在膨胀器中物料通过螺杆、螺套和出料口的挤压、摩擦等作用，使出料温度可达100～140 ℃，膨胀器内压力可达5.0 MPa，同时物料可在膨胀器内保压作用3～7 s。环隙开度越小，物料出料口温度越高，保压作用时间越长，物料的熟化程度越高。本试验研究发现，膨胀器出料口物料，3.2 cm组淀粉糊化度最高为61.01%，与其他组差异显著。原因可能是环隙开度越小，膨胀器内压力越大，物料经挤压后从环隙出口挤出，水分瞬间“闪蒸”，物料相比其他组膨胀度较大，最终使大宗原料淀粉熟化度最大。 3.2 不同环隙开度与大宗原料粗蛋白质体外消化率的关系

饲粮中营养物质价值高低可以用其可消化性来衡量。饲料原料中天然蛋白质分子结构紧密，各亚基呈有序卷曲的紧密结构，不易被机体消化吸收利用，蛋白质发生变性后，蛋白质分子表面暴露出与消化酶结合的位点，在消化过程中，该位点更易与消化酶结合，从而提高原料的利用率。大宗原料在膨胀加工过程中，膨胀器环隙开度越小，膨胀腔内压力越大、温度越高，环隙开度的大小直接影响大宗原料中蛋白质的变性程度，影响粗蛋白质体外消化率^[22]。孙杰等^[10]研究了不同环隙开度对饲粮粗蛋白质体外消化率的影响，结果表明粗蛋白质体外消化率随着环隙开度的减小而减小，但差异不显著。本试验研究发现，膨胀器出料口物料粗蛋白质体外消化率随环隙开度的减小而增大，3.2 cm组显著高于其他组。这与孙杰的研究结果不一致。可能是因为环隙开度的大小对粗蛋白质体外消化率的影响有一个临界点，当环隙开度大于该临界点时，环隙开度对大宗原料粗蛋白质体外消化率的影响表现为随着环隙开度的减小而增大，当环隙开度小于该临界点时，原料粗蛋白质体外消化率随着环隙开度的减小而减小。孙杰试验中选用环隙开度试验范围较小，最大环隙开度为2.6 cm，本试验环隙开度试验范围较大，环隙开度最小为3.2 cm，可能是因为3.2 cm的环隙开度大于该“临界点”，因此，粗蛋白质体外消化率随环隙开度的减小呈升高趋势。

同时，研究发现膨胀加工后大宗原料粗蛋白质体外消化率和调质后差异不显著，可能是因为膨胀器环隙开度较大，膨胀加工未能近一步提高粗蛋白质体外消化率。4.5 cm组膨胀后粗蛋白质体外消化率显著高于调质后，可能是因为4.5 cm组中喂料频率高，调质效果不好，经膨胀加工使得粗蛋白质体外消化率显著升高。

肠道是营养物质吸收的重要部位，断奶仔猪消化机能和免疫器官发育尚未完善，肠道分泌内源性消化酶较少，因此，需配制营养浓度高、易消化吸收的饲粮^[5]。大宗原料经膨胀加工，可有效提高物料熟化度，钝化抗营养因子，从而提高原料利用率^[23]。Amornthewaphat等^[24]研究分析断奶仔猪采食膨胀饲粮和未膨胀饲粮的生长效果，发现采食膨胀饲粮组2周内平均日采食量、平均日增重均高于未膨胀组，料重比低于未膨胀组。金征宇^[25]曾对比分析普通制粒和挤压调质制粒对肉鸡生长性能的影响，发现挤压调质组肉雏鸡平均日增重显著高于普通制粒组。本试验研究发现，断奶仔猪4周内平均日采食量差异不显著，平均日增重3.2 cm组显著高于其他组，这与Amornthewaphat等^[24]的研究结果一致。但本试验3组间料重比差异不显著，原因可能与猪的采食量有关，影响料重比的因素有很多，除采食量外，还包括猪肠道的发育状态以及断奶仔猪的断奶应激等。酶活性直接影响仔猪对饲粮的消化吸收，酶活性越高，仔猪消化吸收越好，表现为生长性能越佳，料重比越低。本试验为期28 d，平均日采食量和料重比各组之间差异不显著，可能是仔猪对饲粮应激程度和酶活性恢复程度不同所致，同时，本试验饲粮加工质量整体差异不大，成品淀粉糊化度和颗粒硬度3.2、3.8和4.5 cm组间差异不显著，因此致使饲养过程中断奶仔猪平均日采食量和料重比差异不显著。

① 膨胀器环隙开度的大小显著影响膨胀后大宗原料淀粉糊化度。本试验膨胀器环隙开度从3.2 cm增大到4.5 cm，大宗原料膨胀后淀粉糊化度降低约40%，膨胀器环隙开度与膨胀后物料淀粉糊化度之间相关系数R²为0.994 5，在一定程度上利用环隙开度的大小可预测大宗原料的膨胀后淀粉糊化度。

② 大宗原料不同膨胀度影响低温制粒颗粒料的加工质量。大宗原料经不同环隙开度膨胀后低温制粒成型颗粒料的淀粉糊化度、颗粒硬度和颗粒耐久性指数(PDI)随环隙开度的缩小呈增高趋势。

③ 提高大宗原料膨胀度有助于提高断奶仔猪生长性能。本试验膨胀器环隙开度为3.2 cm时断奶仔猪终末体重和平均日增重显著高于为4.5 cm时，平均日采食量最高，料重比最低。