膨化机总体设计

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三者缺一不可。广义上的膨化可分为两种，即挤压膨化和气体热压膨化。前者是当物料受到高温高压的作用，使其中水分变成过热的水蒸汽，并在瞬间得到释放。由高压变常压物料失水膨胀，这就是挤压膨化的基本原理，后者是在密封容器里对物料施以高温高压蒸汽处理，然后减压。从目前膨化技术的推广应用来看，绝大部分是挤压膨化。

根据处理原料水分的高低，挤压膨化可分为干法挤压膨化和湿法挤压膨化。干法积压膨化的原理是在挤压处理过程中，利用磨檫产生的热量使物料升温，在挤压螺旋的作用下，强迫物料通过模孔，同时获得一定压力，物料挤出模孔后，压力急剧下降，水分蒸发，物料内部形成多孔结构，体积增大，从而达到膨化的目的。整个处理过程的水分一般为15%-20%。湿法挤压膨化的原理与干法挤压膨化相同，但在挤压过程中要加水，加蒸汽，其水分达20%。甚至30%以上，物料的升温是靠蒸汽加入来达到的。

1.4 膨化对饲料中营养成分的影响

1.4.1 蛋白质

由于瞬间高温加工，将蛋白质的次级键分解，使氨基酸的利用价值提高，并增加蛋白质消化率，在处理高品质蛋白时，更显其重要性。同时膨化腔内高温、高压也可钝化象抗胰蛋白酶因子的抗营养因子和其它有害酵素，却不会破坏氨基酸。

再者，对反刍动物而言。由于膨化加工过的产品，非降解蛋白增加，使动物的小肠能有效地吸收消化蛋白质，改善其生产能力。

1.4.2 淀粉

淀粉通过膨化腔加工时，产生胶化，当物料被喷出机腔时，由于外界的温度、压力骤然下降，此时蛋粉迅速产生膨化作用，提高了淀粉的消化率。

1.4.3 脂肪

膨化机内特殊的摩擦、剪切作用使油细胞破坏，增加油脂消化率及提高热能值。

1.4.4 纤维

纤维受机腔内的摩擦、剪切，纤维内部结构改变，使可消化纤维含量增加。

1.4.5 适口性

膨化加工过的产品，适口性极佳，因为：淀粉被分解成具甜味、较小的成分；原料中有些特殊的气味，会随高温加工蒸发；原料质地改善。]

1.5 挤压膨化的作用及目的

1.5.1 作用

1.5.1.1 淀粉的变化

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膨化可使淀粉颗粒膨胀，结构发生变化，从而形成一种胶态的凝胶体，即糊化。糊化后可以大量吸水膨胀，增加淀粉与消化酶接触的机会，提高消化率。 1.5.1.2 蛋白质的变化

在挤压膨化中，在高温高压和内剪切力的作用下，蛋白质的三级、四级结构被改变而变性，蛋白质分子的伸展，可以更有效地提高蛋白质的消化率。 1.5.1.3 有害物质和有害微生物的消除

许多研究表明，膨化可有效地大豆胰蛋白酶抑制因子，能显著降低棉粕中的芥子、蓖麻籽粕中的毒蛋白、变应原等，亦具有较好的脱毒效果。膨化还可以大量杀灭饲料中的微生物。

1.5.1.4 秸秆的变化

秸秆的含量与营养物质消化率之间负相关，而膨化可在一定程度上改变秸秆的物理结构。

1.5.1.5 对脂肪的影响

挤压膨化可使饲料中的脂肪酶失活，从而降低脂肪酸败的程度，提高了饲料的贮藏性能，此外在挤压膨化过程中，游离脂肪酸含量有所提高，提高了脂肪的消化。 1.5.1.6 对维生素的影响

由于挤压过程的高温、高压及水分作用，会使饲料中的热敏性维生素发生不同程度的损坏。

1.5.2 目的：

1.5.2.1 熟化

饲料在10s内完全熟化，所需的温度视原料的不同而定，一般在120℃到175℃不等。膨化机的熟化功能，基本上与破坏谷物中抑制生长因子有关。此机器可在极短的时间内，于无氧的状态下完成加工，有助于保存蛋白质、能量和维生素，也能降低产品因氧化而褐化的反应，熟化还能提高产品的消化率和适口性。 1.5.2.2 灭菌、去毒

膨化机工作时所产生的高温高压可有效抑制沙门氏菌、酵母和其他有害物质。 1.5.2.3 膨化

原料在连续的高压、熟化后，突然降低压力可造成淀粉细胞胶质化、油细胞的破裂。 1.5.2.4 混合、研磨

物料大部分在挤出前已先行做过粗粉碎和预混，而膨化腔内螺杆的摩擦、剪切作用将物料再做进一步的混合、粉碎，有助于最终产品的均匀化。 1.5.2.5 脱水

对于某些高含水率物料（含水50%以上），其含水量会随腔内高温蒸发，对于存储非常有益。

1.5.2.6 稳定性

膨化腔内的高温、高压可钝化物料中引起腐败的酵素，免于在短期内造成米糠或其他物质中营养成分的迅速破坏，增加产品稳定性。

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1.6 国内外挤压膨化技术的发展

1.6.1 国外情况

膨化机国外称EP机，最早关于挤压加工记载是在1797年，当时Joseph Bramah用一个活塞驱动装置制造无缝铅管。这项发明后来被食品工业应用与制作通心面。1856年美国沃德就发表了有关食品的第一分专利，1959年出现了第一台挤压式膨化机。20世纪30年代中期，有人用成型挤压机将粗面粉与水回合制作面条。1936年第一台应用与谷物加工的单螺杆挤压蒸煮机问世，并取得成功。20世纪30年代后期Robert Colombo和Carlo Pasquetti研究了啮合同向转动双螺杆挤压机，用这种挤压机不加溶剂即可混合纤维素。20世纪40年代中后期，用单螺杆挤压机规模性地生产了最早的挤压食品——玉米片。50年代，美国首先把挤压膨化技术应用与饲料工业，主要用于加工宠物食品及动物饲料预处理，到现在美国已有几百个食品膨化技术和设备专利。1968年日本明治制果公司才开始发展膨化食品。

目前，德国、法国、英国、瑞士等国家都很重视这方面的研究。美国的SW公司、CPM公司、温格尔公司、日本的上田铁工所、大山铁工所都是膨化机的专业生产厂，可生产40种以上的膨化产品。西德的兰明公司的挤压膨化机可加工水分较高的饲料配方，饲料通入4-6kg/cm2蒸汽，温度可达85℃，水分25-35%，入机推进，挤压温度上升到110-180℃压力达30-100kg/cm2,10-20秒即喷出成形。

20世纪70年代前期Creuot Loire为食品加工饲料加工新技术。今天在食品工业中应用膨化技术已能生产各种各样的食品。诸如：各种饼干，糖果等。而且膨化技术在饲料工业中的应用也越来越广泛。

日本在膨化技术方面也取得了重大的进步，早在第二次世界大战期间，就用膨化技术加工米，麦，再经过压制成一定形状，可放置5-6年不蛀不酶不变质，作为备用的军粮。日本1968年开始生产膨化食品，1975年膨化食品销售额为1050亿日元。1978年超过2200亿日元，巧克力销售额为2000亿日元，比巧克力的销售额还大，说明膨化食品的发展是相当迅速的。根据1977年的统计，日本生产膨化食品量为14.62万吨，折合人民币10亿元。1970年以后日本开始生产膨化饲料用于饲养家畜和鱼虾。膨化饲料成品比一般的颗粒饲料成本高二倍。因此只用于鱼类迅速生长的阶段。

1.6.2 国内情况

在国内，膨胀加工自20世纪50年代开始应用于食品行业，60年代初在饲料行业中有少量应用。随着膨化加工设备的不断改进和加工工艺的日益完善，膨化产品的质量得以提高，成本得以降低，因而膨化技术也有突飞猛进的发展。1975年挤压式膨化技术传入我国，食品与水产两个行业开始研制。上海中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所先后与有关单位协作研制了多种外加温长螺杆型膨化机。宁夏自治区水产实验厂又与宁夏柴油机厂协作研制了多种自热式长螺杆型膨化机。在70年代还有几个单位研制了膨化颗粒饲料机，绝大部分是外加温长螺杆型。如上海新泾公社农业机械厂、芜湖市渔业机械厂，吴县渔业机械厂，松江余山渔业机械厂等。因为机械性能不稳定或欠安全，未

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能在生产上推广使用。关于畜牧饲料膨化，我国于80年代开始逐渐研究。1986年内蒙农牧业研究所对饲料麦杆采用罐式膨化机进行膨化，并进行了部级鉴定，沈阳农牧业机械研究所和沈阳农业大学对稻壳膨化机都分别做了研究和试制，前者为大型后者为小型，都初步进行了推广和应用。为了开发新饲料来源，80年代初，我国各地开始研制综合加工禽类混合饲料的膨化机，除能正常膨化精料外，还能加工比较粗的混合饲料。杀菌、造粒和部分脱水一步化，开创挤压膨化机的新天地。

在最近十年里，膨化饲料已广泛的应用于畜禽，鱼类以及观赏动物的饲料行业中。一些大型的中外合资饲料加工厂，由于在生产中使用了膨胀器，他们的产品结构发生了重大变化，有的企业膨胀饲料以占整个产品的60%以上。

1.7 膨化机的现状及发展趋势

1.7.1 膨化机的现状

膨化机由传动装置、喂料装置、挤压部件及切割等附属装置组成的机器。其中挤压部件主要包括挤压套筒、螺杆及喷嘴三部分。传动装置一般采用皮带轮来传递扭矩及功率。喂料装置包括料斗、电磁震动给料器。也有采用螺旋输送机的、干法单螺杆挤压膨化机和湿法双螺杆挤压膨化机。干法双螺杆挤压膨化机很少生产。但螺杆挤压膨化机操作简单、投资少，应用比较广泛。目前已有许多膨化机可供选择。国内比较成功的有北京建中机器厂生产的B99-1干法挤压膨化机、江苏牧羊集团的MYPS膨化机、武汉商业机械厂的YPHG1200、GE135型干法膨化机、中国农业机械化科学研究院P1000s型湿法挤压膨化机、江苏正昌集团公司生产的正昌SPHG132X型膨化机。其中武汉商业机械厂的YPHG1200型干法膨化机和正昌SPHG132X型膨化机用在大豆膨化效果最好。

加工与营养的关系越来越引起人们的注意，以膨化为代表的新一代饲料加工工艺将在本世纪扮演着重要的角色，膨化加工在未来的水产生产应用中将发挥更大的作用，它将保证我国水产养殖业的持续发展。

1.7.2 发展趋势

挤压膨化技术正在日益广泛应用于饲料工业。综合国外发展趋势及国内发展状况，挤压技术有以下发展趋势：

1.7.2.1 研制并开发多功能，大功率的挤压设备

目前国内挤压设备的特点是功率简单，应用范围窄，功率一般不超过110KW，生产能力不大，而在国外最大功率可达360KW。因干法和湿法挤压机的操作和控制十分不稳定，其应用受到限制，目前很多单位都在致力于这方面的研究。

1.7.2.2 重视挤压膨化技术研究 国外挤压膨化技术已广泛应用于食品，宠物饲料、浮性和沉性鱼饲料、鸡猪饲料等方面，响应的技术也比较成熟。在美国，1990年的挤压膨化加工产量是1983年的5倍，而应用于饲料的范围窄。一般仅用于大豆的挤压膨化。对其他原料的处理还未推广，因此发展潜力很大。随着饲料工业的发展及人民生活水平的提高，对饲料挤压膨化的需求会越来越大，挤压膨化技术的研究将变的越来越好。

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