双螺杆膨化机的原理及在水产饲料中的应用

双螺杆膨化机的原理及在水产饲料中的应用20世纪30年代，第一台用于谷物加工的单螺杆挤压机问世，它开始用于生产膨化玉米。二战期间，日本人用于生产压缩军粮。20世纪60年代，续单螺杆挤出机后开始出现了双螺杆挤压机，并用于食品加工领域。50年代，美国将挤压膨化技术应用于饲料工业，主要用于加工宠物食品，对动物饲料进行预处理以改进消化性和适口性，并生产反刍动物蛋白补充料的尿素饲料（Loscicki，1982）。到了80年代，挤压膨化技术已经成为国外发展速度最快的饲料加工新技术，它在加工特种动物饲料、水产养殖饲料、早期断奶仔猪料及饲料资源开发等方面具有传统加工方法无可比拟的优点。国际上有代表性的膨化机生产企业除丹麦SPROUT-MATADOR公司外，还有美国Insta-pro、Wenger和Anderson公司，德国的KARL公司，瑞士的Buhler公司等。我国从70年代开始研究食品挤压技术和挤压加工机械。1980年，北京食品研究所仿制出第一台自热式PJ-1型谷物膨化挤压机。1982年无锡轻工业大学从法国Clextral公司引进一台BC-45型双螺杆挤压机，开始了对挤压加工技术的研究（文东辉等.1999）。与此同时，国内许多生产厂家也先后从世界各大公司引进了先进的挤压设备。在引进国外设备的同时，一些饲料设备生产厂也先后生产了不同类型的挤压膨化设备，国内代表性的膨化机生产企业有牧羊集团、正昌集团、北京现代洋工机械科技发展有限公司等。随着膨化机越来越多地应用于实际生产，必须在提高膨化机设计水平的同时，提高使用水平。本文仅对双螺杆膨化机的结构原理特点等作一简要说明。希望对膨化机的使用者有所帮助。[NextPage]1.双螺杆膨化机工作原理及优点1.1双螺杆膨化机结构配合物料经输送设备送至调质器，物料在调质器中经高温蒸汽调质，由泻料槽进入膨化机构，在一对相互平行啮合的螺杆泵送下，从一定形状的模孔中瞬间挤出切割成粒。1.主电机2.调质器3.泻料槽4.膨化机构5.切割装置6.支撑7.底座及机架8.齿轮箱传动机构9.电控系统图1.双螺杆膨化机的组成1.2双螺杆膨化机膨化原理图2所示为一典型双螺杆挤压膨化机的膨化机构，是靠一对相互平行啮合的螺杆推动物料向前推进，其螺杆分为三段：输料段、压缩熔融段、均匀段。在输料段，物料从料斗进入机筒内，随着螺杆的转动，沿着螺槽方向向前输送，并被逐渐压实。进入压缩熔融段后，由于螺旋结构上的变化，压力升高，又由于受到来自机筒的外部加热以及物料在两根螺杆之间及螺杆和机筒的强烈搅拌、混合、剪切下，物料温度升高,开始熔融，直至全部熔融。由于螺槽空间进一步变小，物料进一步升温升压，得到蒸煮，使原料淀粉充分糊化，脂肪、蛋白质变性等一系列复杂的生化反应，组织进一步均化，到达均匀段，经分流板将从“”膨化腔出来的物料均匀分到模板上，此时压力通常为3～6Mpa（依膨化要求而定），温度可达150～200℃，由于在密闭套筒中这样高的压力超过了挤压温度下的饱和蒸汽压，所以水分不会快速蒸发，当物料从一定形状的模孔中瞬间挤出时，压力迅速释放，游离水分急剧蒸发，物料随之膨胀，水分从物料中迅速散失，使产品很快冷却至80℃左右，从而被固化定型，并保持其膨胀后的形状。1.料斗2.螺杆3.机筒4.分流板5.模板图2双螺杆膨化结构示意图1.3双螺杆膨化机的特点双螺杆膨化机在国内发展相对较晚，由于其膨化的原料特性变化范围较大，需要螺杆转速在较大范围内调整，其工作原理比单螺杆膨化机要复杂得多，在具体结构上有较大差异，特别是机筒、螺杆、推力轴承齿轮箱的布置比较复杂，造成设备成本的增加，如单螺杆采用皮带一级传动，而双螺杆膨化机采用齿轮箱传动，二者在制造与传动效率方面都有很大差异。（双螺杆与单螺杆膨化机的区别见表1）。[NextPage]2.双螺杆膨化机在水产饲料中的应用挤压膨化加工是将原料经过高温、高压、瞬间熟化的加工工艺，集输送、粉碎、挤压、混合、剪切、、高温消毒及成型于一体，且可以加工粘稠、高脂肪、高水份的原料，这是一般生产工艺无法比拟的，因此被越来越多地应用在水产饲料、宠物饲料、特种养殖等高档饲料及食品的生产中。2.1加工工艺流程原料微粉碎→配料、混合→膨化→切粒→干燥→喷涂→冷却→计量打包。2.2膨化水产料优点2.2.1良好的耐水性膨化过程中形成的网络结构使膨化水产饲料颗粒能在水中稳定性很好，不管是沉性饲料还是浮性饲料在水中浸泡12小时都能保持不溃散，可保持养殖水质，不仅大幅度减少饲料的浪费，而且能够很好地为水产动物的健康生长提供了优良的环境。2.2.2更高的消化性膨化料加工过程中的高温、高压、强剪切作用对淀粉、蛋白质等物质所产生的变化提高了此类物质的可消化性，膨化水产饲料的淀粉糊化度一般在85％以上，而普通硬颗粒水产料仅有40％左右，仅淀粉的消化率就远远高于普通硬颗粒水产料；强挤压作用可以使部分结构紧凑的纤维素、角质蛋白等降解，使其包裹的不可消化的营养物质得以释放，使消化率大幅度提高。2.2.3优良的适口性膨化过程中适宜的温度和压强作用使饲料颗粒成品具有多孔及质构均匀的特性，并且产生部分香味物质，增加了饲料的诱食性，刺激水产动物的食欲，增加了采食量。2.2.4拓宽了原料利用范围食品业、酿造业、农业等行业的下脚料由于含有过量的水分、油脂或纤维素而不易被加工成其他形式的水产料，而双螺杆膨化机能将它们做到物尽其用，丰富了饲料资源。2.2.5方便养殖管理膨化饲料不仅能够很好地适应水产动物的采食习惯，同时还能使养殖者准确了解水产动物的采食情况，及时调整投放量。膨化饲料的使用能降低养殖水质营养化的危害，可降低换水频率，减少换水量及增氧量。2.2.6提高了饲料安全性挤压膨化过程能有效地去除了原料中致病菌及钝化部分原料中的抗营养因子，可减少饲料中的药物添加量。故膨化水产料比其它形式的水产饲料更安全，这一安全结果是通过物理方法获得的，无不良副作用产生。大大减少了水产品的药物残留量，对人类的食品安全具有重要意义。2.3水产饲料双螺杆膨化机的选择在新建或改建水产饲料生产线时，首先要考虑双螺杆膨化机的选型，根据生产能力及投资大小选择匹配的膨化机；在改造生产线时还要考虑原有粉碎机、冷却机、干燥机的生产能力及生产效果能否满足所选膨化机，要充分考虑能否利用现有设备以便降低投资。2.3.1膨化机的膨化效果所选膨化机生产的水产饲料膨化效果要满足以下几条：A.颗粒成形率≥99％；B.颗粒漂浮率＝100％,下沉率≥99％；C.颗粒大小均匀、色泽一致，具有很好的耐水性；D.浮性料在水中保持10h、沉性料在水中保持3h不烂、不散。2.3.2挤压膨化机的使用寿命不同厂家的双螺杆膨化机由于传动机构、结构特征、使用材料、加工工艺等不尽相同，使用寿命差异很大。在选用膨化机时，首先应注意总体结构设计是否合理，各部件制造工艺、选材是否精良，易损件的耐磨性如何等；其次应注意动力传动机构设计是否合理，能否有效降低传动过程中的能耗。2.3.3可操作性膨化加工一般是人工或半自动操作，故要考虑操作双螺杆膨化机的劳动强度、操作是否方便、应急措施是否完善。如大型双螺杆膨化机是否配有吊装机构和螺旋拆卸工具以便轻松更换螺旋或机筒；是否具有泻料装置以便在堵机时排除调质器中的物料不让其进入膨化机构；膨化外加热措施是否完全安全可靠；夹套是否经试压检测等。