饲料造粒後处理惧热生物材料之经验

前言

        近年来饲料市场已有数种酵素及微生物菌剂成为常用成份，此等成份均为相当复杂的生物分子，其共同之特色为受到饲料制作过程中之预热(conditioning)，加工(Expanding)，及制粒(Pelleting)条件影响，不甚稳定，因为饲料工业近年来技术趋向使用越来越高的温度及蒸气压力，以改进造粒性状，杀死饲料原料中之病原菌及病 害，同时增加饲料之可消化性。所以现代新式美国饲料厂，造粒所使用之蒸汽温度甚高，往往会将预混之生物添加物完全杀灭。

        ChemGen公司之酵素产品以往是以粉状成品与饲料混合後造粒，如预热温度超过华氏175度以上，原可期待之饲料换肉率开使受到影响。故ChemGen公司自1992年开始，发展出一项造粒後喷 液状酵素之技术以维持活性。

        此项技术之具体目标为喷 液体酵素在饲料上其均匀及再现性与一般微量添加物相同，而且成本效益良好。

        至本文发稿日，ChemGen公司已使用本项技术於30家以上中大型饲料厂，应用在火鸡，肉鸡，及肉猪饲料中。本文将就此等现场应用之细节摘要报告於後，因其经济不但对液体酵素有帮助，对其他造粒後喷 添加物之制程应也有帮助。

活性测试

        本技术之开发过程需有可靠且方便的酵素活性测试方法，以随时检讨各种操作条件变化对活性之影响，技术本身之可靠性则以该喷 法之平均酵素添加量与理想量相比较(准确度)，以及该喷 法短期操作与长期操作所添加之酵素剂量差益度(应越小越好)而定。

        ChemGen公司所产之恒美酵素主要成份是乙型甘露聚糖醇，其测试方法为将样品磨为细粉後浸入水中一小时，取其上清液即为酵素材料。将此酵素液与刺块豆胶(主成份为乙型甘露聚糖)混合，依照Miller氏检验法(Miller et.al.1960,Anal. Biochem. 1：127)检测还原糖反应。还原糖越多，表示酵素活性越高。本法之差益度(Coefficeint of Variation,CV)由一般经训练之化学技术人员操作，对同一样品所得之分析结果不超过5％。

        依此分析法对粉状酵素在混合机(Mixer)中充份搅拌後采样分析，其差益不超过8％，且活性保持100％。所以分析法对粉状酵素在混合後之活性作为标准，以评估各後喷操作效果好坏。

配合饲料系统之设计

        欲达到前述後喷操作之理想目标，吾人应事先谨慎检讨现场饲料制造系统之环境，就下列各项问题一一探讨，以设计喷液系统；

        一、在现在饲料制造系统中，是否已有喷液设备，喷入点为何，其喷 之设备规格为何？

        二、现有饲料生产系统中在喷液点之饲料流量如何监测？此资讯可以供液体流量控制参考。

        三、喷 设备是否稳妥可靠，不易故障，操作简单易学？

        四、成本效益如何？

        即令是同一类饲料操作系统，每一间饲料工厂对於本身之操作环境都会有少许不同调整，所以每一项新安装的喷液设备事实上需配合现场状况订作。其程序如下：

        首先，应对造粒机下游现场处理饲料之机械设备研究在何处安装喷液设备较合适。如有必要，不妨以一套手提式喷 设备在几个选择点试喷，以测试其喷 前後之混合均匀程度。我们的心得是无论所用之帮浦或控制软件有多灵巧智慧，如现场选择喷点不当，或喷 方式不当，结果都是失败。一般而言，较有可能成功的喷 点包括：

        ．喷油设备

        ．螺旋传送机

        ．特殊设计之传送设备

        後文将报告此等不同喷 点对於喷 效果之影响。

        惧热之液体喷 於饲料上往往需使用特殊喷嘴，甚或以加压空气以协助雾化(Atomize)效果。理论上雾化後之液体因其个别粒子较小，涵盖面积广，混合应较为均匀。

        但是，如果加压空气喷射之方向有误，就会将液体吹到不该去的地方；常见到纷乱的液滴与饲料粉尘混合後在厂区内黏在所有的设备上，造成安全及卫生的困扰。

        使用传统喷嘴，因其液滴颗粒较大，不易被饲料制程所带动之气流吹乱，所以本公司最後决定以传统扇型喷此为主要选择。

        饲料通过喷 点时应即刻启动液体喷 系统，当饲料停止通过喷 点时，液体亦应即时停止。此期间全部饲料通过之量亦应有监测器纪录，以便计算剂量。

        如此等启动／停止之功能故障，会导致严重设备阻塞。一般如饲料厂中原已有自动喷油设备，则惧热液体之喷 控制不妨与喷油设备控制系统同步启闭，较易处理。如饲料中原先没有自动喷油设备，则有必要加装可同时监测饲料流量及启闭控制设备。例如撞击挡板(Impact Plate)及秤重传送带(Weigh belt)即是。

        安装此等器材会影响饲料厂正常操作秩序，投入额外资金。也有单位采用另一种设备，就是所谓可设定逻辑控制软体〔Progammable Logic Controller (PLC) Software〕.以计算在喷 点之饲料流率。

        ChemGen公司使用一种隔膜式化学计量帮浦来输送被喷 之液体。吾人认为此帮浦准确度、耐用度及功能再现性均十分稳定。再现性就是说，一旦设定帮浦於某一操作条件後，其送液速度及容量不必每次校对，十准确。吾人所使用之帮浦也可以扩张功能以同时输送数种液体，每种液体之输送条件均不相同，由电子控制推杆及体积变化设定数值。

        吾人也发现在每一个饲料厂之现场，操作员与控制系统，各种开关，警示灯及警报器，及自动调整控制之互动设计均有所不同。吾人因此尽量设计喷液控制系统与现行设计观念相容，操作员所需手动之工作越少越好。

        喷液系统之整体成本可以大致分为两部份：1. 喷液系统本身单元，例如帮浦，阀门，PLC等。2. 为安装喷液系统所需作之现场修改。前者数字相当固定，各厂出入不大。後者就可能会因思路理念不同而有极大出入。举例而言：对一般火鸡饲料中之必备之油脂包埋器(Fat─Coater)，加装喷液系统就没有什麽需要修改现场的问题。但在最新的肉鸡饲料厂，往往没有把油脂包埋器其螺旋传送机设计进去，就必需额外改装，所费金额以吾人之经验而言，通常不超过10000美元。

安装及现场验证

        一般安装新喷液系统至少包括下列各项工作，其排程如次：

        1. 在现场接水、电、加压空气，及控制电路。

        2. 连接喷液系统管路在预定之喷 点。

        3. 改装饲料制造系统以配合喷液系统之设计。

        4. 连接喷液系统各项控制管线及电路，完成安装。

        前述第一项及第三项工作往往由外包商承作。完工之後，吾人之工程人员即可进场，通常於3─5天内可以将第二及第四项工作执行完毕。在完工後所需作的种种测试及各单元之间需於现场操作方能设定关系之流程概要请见图一。

图1. 饲料造粒系统喷液设备品管验证互动关系图

        现场试车时多需特别设定帮浦速率(Pumping rate)，PLC软体所需之现场条件设定，及液体喷 量之设定等。於喷液系统安装完毕後，通常应定期收集样品，由品管人员测试其酵素活性以监测系统操作是否正常。如现场业者不能测试活性，ChemGen公司随时可提供此项服务。

现场喷液效果

        以下将吾人於各种不同之饲料工厂中安装隔膜式帮浦喷液系统所获之数据略加介绍，并将其饲料流量分列其後。

回旋喷液机(Roto─coater)：

        回旋喷液机为一桶形设备，其中央有一中空之旋转轴，自上穿过顶盖後直到贴近底板。在其下方有一拱形液体分流圆盘，可高速旋转。其上约1─2英尺有一稍大饲料转盘，连於中空转轴上，转速较慢。操作时粒状饲料自上方下落於饲料转盘上，被均匀扫至四周圆桶壁後向下掠过液体分流转盘外缘落至底板。同时，液体即通过中空转轴喷 於液体分流盘後被其高速旋转之离心力向四周外缘下落之饲料"幕"均匀 布。吾人通常即以一支3／8英寸之不锈钢管套在油管中，专门输送酵素液，同时利用原喷油系统之启动控制及计时系统即可。在此系统中，油与水溶液喷上饲料前只有短暂数秒接触时间，所以互相不产生显着干扰。油之热度对恒美酵素也止生影响。

        吾人以此设计数间饲料厂之现场处理数据列如图二。此等饲料之回旋喷液机下游都以螺旋传送机送至储槽後，再分装於各饲料车外送至客户。

        图二及以後各类似图中之左轴刻度为酵素活性，以每公吨百万单位计。右轴刻度为各饲料样品之活性差异性(CV)。图中之下方虚线代表标准差异(以粉末混合机批次处理後，多次取样之差异)，亦即均匀度之标准。上方虚线为每吨饲料所需标准酵素活性，亦即1亿单位，为准确度之标准。每家饲料工厂以不同字母为代号，其上方之每一个符号为其饲料连续造粒并经後喷酵素液体後，於60秒中所取10个样品之酵素活性平均值。每厂於数周中逢机取10组样品。此10组样品之差异度以长方条表达。

        自图二可见：在七厂之中，G厂之饲料酵素活性差异度少10％，各样品组之活性数值散布状况亦与标准值最接近，F,C,D厂之差异度其次，而A,B,E厂最差。查G,F厂连续生产系统均在其回旋喷液机上游装有一组里击式秤重器(Impact─style Load Cell)，饲料撞击该秤重器後，引发相对比例之电流，从而控制喷油及喷酵素液之帮浦转速，使各液体之流量及流速与饲料通过回旋喷液机之量同步增减。粒状料自撞击秤重器下滑时形成2英寸厚，16英寸宽之幕状，流入回旋喷液机。此时酵素液自该流动之幕状饲料两侧各以一枚扇形喷嘴喷在饲料上，而非自回旋喷液机中央旋转喷 。酵素之帮浦及储槽则距喷嘴100码以外的仓库区。

        A厂及B厂之回旋喷液机操作则为半自动式，其现场产量往往以人为设定，超过原设计产量50％。饲料生产线设备均十分老旧，饲料流速差异度往往超过10％以上，因此酵素喷液均匀度亦最差。

        C厂及D厂设备亦十分老式，但维修状况良好，回旋喷液机乃以批次式操作。整厂产量亦有超过设计能量之困扰。因其维修制度优良，能预先防范障碍发生，所以生产一向尚称顺利，因此酵素喷 之均匀度较好也是理所当然。E厂之回旋喷液机乃是该厂维修班自制。半自动方式操作，虽活性准确度尚可，其均匀度就不太行。吾人至今无法理解是何原故。因该机械原设计人无工程背景，故交谈亦不得要领。

        在回旋喷液机中将惧热液体与油脂同时喷 於饲料上，可以不用喷嘴，是其优点。但如原厂之回旋喷液器设计或维修不良，则喷液操作不良，反而更糟。吾人同时也可依据酵素液与油脂在喷液後分布均匀度之差别检查回旋加速机设计及操作中之微细瑕疵，因而改进原不理解之油脂喷料效果不良之问题。

螺旋传送机(Augers)

        另外一个常用的喷液点是螺旋传送机。吾人用过之螺旋传送机种类众多，无法一一详细说明。大致可分为饲料被传送同时有搅拌功能者或非搅拌者两种。图三显示粒状饲料於四种不同之螺旋传送机中接受喷液之结果。其中三厂之喷後酵素活性与标准相差太大，不能接受。其喷液均匀度也均接近20％。D厂甚至超过20％。目前吾人只保留2条传送机喷液系统(一为搅拌式，另一为螺旋式)，其他均已停止使用。

        据吾人观察，传送机之问题包括：

        a. 准确测量其中之饲料流量不易。

        b. 液体材料往往会在传送器管壁或轴心积聚，造成误差。

秤重带喷液机(Weight-Belt Coaters)测试结果

        有些饲料厂使用量流喷液系统(Mass Flow Coater)或称秤重带喷液机(Weight-Belt Coaters)以於饲料造粒後喷油。吾人也对此种系统研究过其用於酵素喷液是否适合。图四(略)粒状饲料自上方落於秤重带之一端，被带到有秤重器之另一端後落入下槽。落下时饲料形成幕状，油脂或酵素喷嘴即於此时自幕之两边启动喷 。称重器可持续监测称重带上饲料之重量，并送出对比电流讯号(Analog electronic signal)至油脂及酵素帮浦上调频控制器(Variable Frequency Drive)以控制各液体之流量。图五显示四家采用此种系统之饲料厂数据。各家之饲料於通过种重带後即落入一台搅拌式螺旋传送机中，送至储槽。各家之饲料均匀度多在16％以下。但B厂之喷液浓度数值在每吨1亿至1.4亿单位之间，较为偏高。可能是该厂现场之秤重带电子讯号受到干扰，以至液体帮浦误以为秤重带上之饲料量较高而多加过量液体之故。

在不适当之设备上喷液之结果

        吾人在各种现场经验中，当然也遇到过完全不适合造粒後喷液的饲料厂。图六中报告数例：A厂在饲料自储槽下载至运输车辆时喷液；C及D厂在造粒模具下方出口处。显然此等饲料喷後之液体均均度及活性准确度均不能符合工业要求标准。

        在冷却室中移出下落时之饲料量所形成之"幕"不够厚，所以现场喷液时液体会穿过饲料幕，积聚於饲料设备上，造成浪费及不稳定。

        由储槽下载至运输车辆时，饲料之流速太快，无法控制，且饲料之"幕"过厚，虽装月两个不同角度之喷嘴，仍无法及时穿越至下落之饲料中心，故成绩不佳。

        造粒模具下方喷液时，因该处往往有不同向热风，且造粒後温度犹高，均可能影响喷料均匀度及准确度。

配合现场专门设计之喷液设备效果

        在早期如饲料厂没有现成的回旋喷液机，秤重带，或螺旋传送机，吾人往往略过该厂，避免在其现场喷液。後来，吾人於制作小量试验用之饲料配方时，往往使用一具手提式喷液机，在粒状饲料由传送带送至储槽前以手喷液。此期间饲料厂生产速度如维持稳定，所得之酵素均匀度及稳定性就成果良好。因此ChemGen工程人员就特别依其原理，就原厂之冷却槽下方原来的饲料导流管加以修改，使饲料在其中之流"幕"厚度达1─2英寸，且加入两片下斜45度角之挡板，使饲料之下落"幕"厚度均匀。喷嘴则在饲料"幕"之後方以避免受到此区域常见之乱气流干扰。液体之流量由PLC设定与冷却槽饲料流量同步控制。

        图八显示四间家禽饲料厂安装此种设备之结果。四家均换装新导流管，且有塑胶窗开口可供观察。A厂与B厂已操作相当久，其均匀度及准确度也最好。C厂次之，D厂装机时间最短，而其喷液准确度与均匀度也最差。检讨其原因，可能是现场乱气流特别严重之故。

涌流式冷却槽(Up-flow Coolers)之喷液结果

        一般饲料厂经常会因为设备损耗而需更新。冷却槽即是其中之一。许多传统的水平式冷却槽因此会以较新之涌流式冷却槽取代。此种涌流式冷却槽间歇式释出饲料於下方传送带上。吾人即将导流管略为改装成为可计量之缓冲槽，其中之计量仪以PLC与喷液帮浦联线控制喷液量，而喷嘴设定於传送带出口。至目前为止，喷液稳定性及均匀度均尚可接受。但因设置之饲料厂数目不足，还不能作通案分析。

总结

        吾人证明饲料造粒後喷液系统确实可以少量成本在饲料厂中装设，以添加惧热之添加物。吾人所吏用之隔膜式帮浦来源多，世界各地均可购得。但采购时最好选择功能较大者。此等经验除酵素外亦可运用在维生素，生菌剂，或其它惧热原料。喷 成绩最好之喷 点在回旋喷液机，秤重带，或专门设计之冷却槽导流管中。在螺旋传送机中喷液之结果参差不一。但如能於过程中准确测试饲料流量或保持稳定流量，且喷液不会积在传送机中，其结果亦可接受。喷 点如设在冷却槽出口端，饲料装车口，或在造粒模具下方时，喷液效果不好。

饲料营养杂志(p.4～15)─利统公司、九八年十期