沉性膨化饲料在水产养殖上具有特别的优势，如饲料熟化程度高、耐水性好、饲料浪费少、对水质污染小等，对于虾蟹等在水底采食较慢的动物，具有很好的适应性。国内很多饲料厂有单螺杆挤压机，常用来生产浮性水产饲料，而生产沉性水产饲料就有困难。为此，本课题研究以单螺杆挤压机来生产沉性膨化饲料的工艺条件。
三门峡富通新能源生产环模式
颗粒机、
秸秆压块机、饲料颗粒机等机械设备。
1、材料和方法
1.1主要设备
单螺杆挤压机：螺杆转速可调，机筒温度可调；高速锤式粉碎机。
1.2试验物料
按河蟹饲料配方如下：鱼粉30%，豆粕30%，菜粕8%，棉粕5%，小麦22%，米糠5%。
配方成分：粗蛋白40. 6%，粗脂肪3.1%，粗纤维3. 8%。
1.3挤压工艺
按如下工艺进行：原料→配料→粉碎→微粉碎→混合→蒸汽调质→挤压膨化→干燥冷却。原料微粉碎用筛孔Ø0. 8rnm筛片。
1.4测定指标和方法
对于沉性膨化饲料主要考察以下几个指标。
1.4.1沉降速度
饲料颗粒在水中下沉的平均速度。取一直径60mm，长1020mm的透明管，一端封闭，装水深1000mm，竖直放置。取饲料颗粒1粒，从水面释放，用秒表计时饲料颗粒降落到管底的时间。测定随机抽取20个饲料颗粒的沉降时间，计算平均速度。
1.4.2糊化度
用酶法水解，测定葡萄糖含量来计算。
1.4.3耐水时间
饲料颗粒在水中有半数颗粒开始溃散的时间。取几个250ml烧杯，分别加入水200ml，置恒温水浴器内25℃恒温，分别投入20个饲料颗粒，计下时间。过一段时间后，在一个烧杯中用镊子小心镊取1个饲料颗粒，用力程度以不使颗粒掉下为限，慢慢提出水面，观察颗粒溃散情况。取出的颗粒弃去不用。逐个镊取其它19个颗粒。在不同的间隔时间，当一个烧杯中镊出水面时溃散的颗粒数达到10个时，则记下这个烧杯中饲料颗粒的浸泡时间，作为这种饲料的耐水时间。
1.4.4水浸干物质损失率
饲料颗粒浸泡在水中一定时间，测定干物质的损失率。取饲料颗粒3份，每份10g。先取1份（对照样）在烘箱内烘干(130℃，2h)，称其质量m。将另外两份样（试验料）作平行试验，分别放在边长100×100mm的12目筛网(筛孔1. 4mm，饲料颗粒直径>2mm)上，置于恒温水浴器内，水面能浸没饲料颗粒，水温25℃，静置1h。然后提出筛网，斜放沥干，再进烘箱烘干(130℃，2h)，称其质量m，计算干物质损失率C如下：C=（m
0-m）/m
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2、结果与讨论
2.1 调质后水分对膨化颗粒性能的影响
按1.3的工艺，调整调质后物料水分为17%～32%，每3%为一水分梯度，挤压条件：螺杆转速150r/min;调质后料温92℃；揉合区机筒（中段）温度125℃；熟化区（出料段）机筒温度40℃挤压饲料颗粒的指标如图1、图2、图3所示，颗粒耐水时间均大于24h。
2.1.1沉降速度从图1中看出，随水分增加，饲料颗粒沉降速度增大。沉降速度主要反映饲料颗粒的密度，沉性饲料的密度要大于水，沉降速度必须大于零。
2.1.2糊化度图2中显示，糊化度随物料调质后水分的增高而提高。物料中淀粉的糊化与物料温度、水分和调质时间密切相关。在其它条件一定的情况下，较高的水分，有利于淀粉团粒迅速吸收水分，从而使糊化度较高。
2.1.3耐水时间挤压制得的饲料颗粒的耐水时间均在24h以上。说明在此条件下，物料得到了充分的熟化，彼此揉和交织在一起，耐水时间已远大于6h的要求。
2.1.4水浸后干物质散失率图3显示，随物料水分提高，颗粒的水浸干物质散失率降低。这可能有两方面的原因：一是从颗粒的紧密程度来看。物料水分高，物料塑性好，颗粒膨胀度小，密度大，水渗透到颗粒内部的时间长，颗粒内的可溶性物质溶解到水中的时间也长。所以在相同时间内，水分高的颗粒损失率较小。二是从物料的降解方面考虑。物料在水分较低的情况下，物料的摩擦系数较大，受到的剪切作用较强，在较高温度下，淀粉部分降解，小分子物质在水浸泡下较易散失到水中。
2.1.5膨化料在水中浸泡后干物质损失的情形与硬颗粒不同在试验中观察到，膨化颗粒的耐水时间可达24h，即使浸泡时间较长，颗粒形状还保持完整，而且水还是较清的。这说明颗粒中的物料微粒在调质及挤压过程中经过揉和、糊化、变性等作用粘结到了一起，不易受水的浸蚀而散失。而散失的干物质部分应是物料中的可溶性成分，如水溶性蛋白、降解的淀粉、矿物质、水溶性维生素等。
2.2揉和区机筒温度对膨化颗粒性能的影响
按1.3的工艺，控制揉和区机筒温度90～140℃，每10℃为一温度梯度，挤压条件：螺杆转速150r/min；调质后料温92℃；物料调质后水分22.4%；熟化区机筒温度40℃挤压饲料颗粒的指标如图4、图5、图6、图7所示，颗粒耐水时间均大于24h。
2.2.1沉降速度从图4中看到，沉降速度随揉和区机筒温度升高而降低，表明颗粒密度趋向于减小。试验中观察到，温度在130℃时，已有少部分颗粒呈浮性；在140℃时，颗粒都已为浮性饲料。
2.2.2糊化度从图5中看出，糊化度随揉和区机筒温度升高而增加，但在此条件下还没有完全糊化。
2.2.3耐水时间从图6中看到，揉和区机筒温度在90～100℃时，颗粒耐水时间较低为18～21h，而在110℃以上时，耐水时间则都在24h以上。所以揉和区机筒温度应在110℃以上。
2.2.4水浸后干物质散失率从图7中看到，随揉和区机筒温度升高，干物质散失率降低。主要是温度提高后糊化度提高了，物料间的粘结作用发挥更充分，使散失率降低。
2.3熟化区机筒温度对膨化饲料颗粒性能的影响
按1.3的工艺，控制熟化区机筒温度为30～100℃，每10℃为一温度梯度，挤压条件：螺杆转速150r/min；调质后料温92℃；物料调质后水分22. 4%；揉和区机筒温度125℃。挤压饲料颗粒的指标如图8～图11所示。耐水时间则都在24h以上。
2.3.1沉降速度如图8所示，熟化区机筒温度越低，沉降速度越大。为保证饲料都是沉性的，熟化区机筒温度应保持在50℃以下，若80℃以上则为浮性饲料。
2.3.2糊化度从图9中看出，随着熟化区温度的提高，糊化度也提高。淀粉在挤压过程中的糊化是在低水分条件下的糊化。当水分较低时，淀粉颗粒不能吸收足够的水分，糊化的进行相当慢。当温度提高时，分子能量增加，淀粉团粒间的氢键破坏，糊化反应的速度加快，在短时间内糊化度就较高。
2.3.3耐水时间从图10上来看，颗粒的耐水时间都在18h以上，也能满足养殖要求。
2.3.4水浸后干物质散失率从图11中看出，随着熟化区机筒温度的升高，颗粒水浸后干物质散失率降低，但变化不是很剧烈，平均每升高10℃，损失率降低0.55%。原因主要是当熟化区温度较高时，有利于糊化的继续进行，物料中各种微粒相互揉和、粘结得更充分，使得颗粒以后浸泡时不易被水浸蚀。
2.4螺杆转速对膨化颗粒性能的影响
按1.3的工艺，控制螺杆转速130～250r/min，每20r/min为一转速梯度，挤压条件：调质后料温92℃；物料调质后水分26%；揉和区机筒温度120℃；熟化区机筒温度40℃。挤压饲料颗粒的指标如图12～图14所示，耐水时间均大于24h。
2.4.1沉降速度根据图12，沉降速度随螺杆转速提高而减小。螺杆转速提高，物料获得的机械能增加，物料受到的压力也越大，通过模孔后，物料的膨胀度会更大，因而颗粒的沉降速度减小。
2.4.2糊化度由图13中看出，增加螺杆转速对于提高糊化度有较显著的作用。在挤压过程中糊化度的影响因素除温度、水分、时间外，剪切作用也是很重要的因素。剪切作用可通过对淀粉的结构进行机械破裂而引起糊化，在较低水分下，物料有较高的粘滞性，螺杆的旋转会造成大量的剪切应力，这种剪切应力的存在会缓和低水分蒸煮的糊化抑制效应。
剪切作用和物料水分在热力学基础上有可交换之处，即用高剪切低水分和低剪切高水分应都能将物料挤压出来，但两种方法的作用及结果是不同的。高剪切、低水分挤压对淀粉分子的破碎作用较强，使物料膨胀更大，这种方式常用于挤压浮性饲料；而低剪切、高水分挤压的作用方式较温和，它不会或者很少引起淀粉分子的降解，沉性膨化料应采用这种方式。
从图13中还看到，在螺杆转速较高的部分，糊化度并没有明显增高甚至有降低的趋势。分析原因推测是螺杆转速提高后物料在机筒内的停留时间减少了，这就部分抵消了螺杆转速提高的作用。
2.4.3耐水时间在本试验条件下，测得的各种颗粒机生产的颗粒饲料的耐水时间都在24h以上，耐水时间都能满足河蟹饲料要求。
2.4.4水浸后干物质散失率 图14中干物质散失率随螺杆转速提高而降低，这对颗粒的水稳定性是有利的。其原因是由于转速增加后，物料中淀粉糊化和蛋白变性的作用加强，提高了物料的粘结性。从干物质散失率来看，沉性料的挤压应采用尽量高的螺杆转速，其转速限制以不产生浮性料为限。
2.5挤压条件的优化
进一步优化试验条件。在前面试验的基础上，揉和区和熟化区机筒温度根据其对沉降速度和干物质散失率的影响分别选用125℃和40℃。选择对颗粒有较大影响的调质后物料水分和螺杆转速为试验因素。另外配方原料中选用了生大豆粉，以期能降低颗粒成品的水浸干物质散失率。选择的试验因素和水平如表1所示，并按正交试验表L34确定试验如表2。试验中不同植物蛋白源的试验料配方如表3所示。
沉降速度为测定的多个饲料颗粒的平均沉降速度。单个饲料颗粒之间的沉降速度会有差异。据观察，试验中平均速度小于0. 05m/s时，有时会有少数饲料呈浮性。因此，做沉性饲料时，平均沉降速度应保持在0. 05m/s以上，以保证饲料颗粒是沉性的，沉降速度也不必很大。
饲料颗粒水浸干物质散失率是水产饲料的重要指标，下面对其进行极差分析。
从表4极差R值的大小来看，影响饲料颗粒水浸1h后干物质散失率的主要因素为螺杆转速，其次为物料水分，再次为配方中大豆粉的含量。
即影响因素主次顺序为：因素B螺杆转速>因素A物料水分>因素C配方中生大豆含量。从干物质散失率来看，损失率越小越好。根据K值，最佳条件为A383C3，即水分29%、螺杆转速190r/min，配方中用生大豆粉作植物蛋白原料。在此条件下挤压得饲料颗粒沉降速度5. 46×0.01m/s．水浸1h干物质损失率9. 32%，耐水时间大于24h，糊化度97. 12%。
从试验数据来看，似乎可以采用更高的水分和螺杆转速。但当物料水分大于29%，挤压时物料的输送性不太好，有时会出现物料输送不进机筒的情况；或者改善螺杆的输送性能后，可取较高的物料水分。而当螺杆转速高于190r/min时，可能就会产生浮性饲料了。
试验中测得的颗粒耐水时间和糊化度都已达到较高的数值，应都能满足养殖要求。
3、结论
采用单螺杆挤压机，通过控制物料水分、螺杆转速、机筒温度等条件，可以生产出合适的沉性膨化饲料。
生产沉性膨化饲料需要适合的物料水分为23～29%。提高水分有利于淀粉糊化和提高颗粒的水稳定性。但水分过高(29%以上)的物料在挤压机中的输送性能较差；物料水分过低，则容易产生浮性饲料，以及颗粒的水稳定性降低。
挤压机螺杆转速对沉性料有较大影响。适宜的螺杆转速为150～190r/min。过高的螺杆转速将产生浮性饲料，而转速过低会降低颗料的糊化度和水稳定性。
挤压机机筒的温度控制对于生产沉性膨化饲料也很重要。生产沉性料时熟化区需要冷却，控制温度在40～60℃。温度过高将产生浮性饲料，温度过低会降低颗粒的糊化度和水稳定性。饲料配方原料中使用生大豆粉，对提高颗粒的水稳定性有利，但幅度有限。
三门峡富通新能源生产销售颗粒机、秸秆压块机、
木屑颗粒机、饲料颗粒机等生物质燃料饲料机械设备。
