摘 要 飼料膨化技術是目前國內飼料工業中發展最快的一項工業科學技術。利用膨化技術使物料物性發生質的變化,極大改善了飼料產品品質,拓展了飼料資源，提高了飼喂飼料的消化吸收率，膨化技術在有效預防動物消化道疾病及飼料安全方面有著獨特的優勢。文中就膨化技術理念、原理和膨化過程中飼料營養成分的變化,以及膨化技術在飼料資源開發及畜牧養殖中的應用進行了探討，并對膨化技術研究與應用中存在的主要問題做了深入探討，最后結合我國飼料的資源狀況對膨化技術在飼料及養殖業中的應用前景做了分析和展望。

關鍵詞 膨化技術；原料開發；應用前景

中圖分類號 S816.34

1 膨化技術的發展歷程和對飼料工業的推動作用

膨化技術的發展始于1797年，應工業發展的需求，英國人布拉默研制一個手動活塞壓力機擠壓無縫鉛，推動了絕緣電線和電纜的規?；a；1879年英國的格雷發明了第一個熱喂料型的螺桿橡膠擠出機，其后大大促進了建筑材料、汽車工業等行業的發展；隨著人們生活水平的提高，對食品加工方式的要求增多，20世紀30年代，第一臺谷物加工單螺旋擠壓機問世,用于生產食用的膨化玉米。20世紀40年代，膨化技術進入飼料加工業，人們從寵物喜愛吃餅干得到啟發，進而利用擠壓機把谷物及人類食品副產物生產成為形式多樣的寵物食品（如強化餅干和干碎羊肉面餅），節約了成本，改善了飼料的外觀和適口性，推動了寵物飼養的發展，同時也帶動了膨化設備的更新。在美國，1990年的擠壓膨化加工產量是1983年的5倍，僅寵物食品一項1990年銷售額就達80億美元，膨化設備也由單螺桿干法膨化機發展到濕法雙螺桿膨化機。膨化擠壓工藝真正飛速的發展始于20世紀80年代末，在1989年的Victam展覽會上，以膨化機為代表的高溫短時調質先進設備引起行業重視，快速應用于各種飼料原料、畜禽飼料、水產飼料和寵物飼料的加工中，由于膨化料卓越的品質，大受飼料生產商和養殖業主的歡迎，很快推廣開來，于20世紀90年代進入我國。目前，畜牧養殖業中的高檔飼料生產基本上都采用了膨化工藝，如成品料膨化、膨脹后制粒及原料膨化后配料等技術，由于后者能分別控制各種原料的熟化度，也不存在熱敏性元素的損失問題，發展更為迅速。隨著膨化技術在飼料加工中的推廣與普及，也推動了一些膨化設備生產商的產生，如德國的丹佛公司，美國的溫格公司，我國的牧羊、正昌及現代洋工。同時，越來越多的飼料廠商認識到膨化飼料的優點，并且也有意從事膨化飼料的加工與生產，組建了飼料原料膨化廠（德國的deuka飼料公司和江西雙胞胎飼料集團），也涌現出了一批專業膨化原料的公司，國內如河南大成膨化飼料有限公司，哈爾濱普凡飼料有限公司等，專門為飼料廠和飼養場提供各種膨化原料，極大推動了我國飼料及飼料原料的開發。

2 膨化技術在飼料開發中的應用效果

養殖業傳統上有對幼齡動物飼料進行濕熱加工的處理方式,以改善其飼養效果,但是不便于規模化生產,由于膨化技術的便利性、高效性及安全性,膨化技術迅速應用在水產飼料和幼齡動物飼養中,并且使用效果明顯,隨著畜牧養殖業工業化、規模化和技術密集化的發展,膨化技術在飼料原料開發中的應用日漸廣泛,目前應用的主要傳統膨化產品有膨化大豆、膨化玉米。

膨化大豆是國外應用較早的膨化技術產品,上世紀60年代已經應用于畜牧養殖業,其加工方式也由開始的干法擠壓發展到濕法膨化,質量更加穩定、可靠,產量也更加可觀。膨化大豆具有高能量、高蛋白、高消化率的特性,并含有豐富的維生素E和卵磷脂,是配制高能量高蛋白飼料的最佳植物性蛋白原料,減少飼料中加工的用油量，易于制粒。國內外大量的研究表明，膨化大豆能部分或全部替代豆粕,提高動物生產性能，在營養素比例相同的情況下,膨化大豆與豆粕+大豆油的效果相比,提高飼養效果3%～5%（見表1）。

另外，Palacios等(2004)分別利用基因技術去除胰蛋白酶抑制劑和凝集素這兩種抗營養因子的生大豆喂豬，生產效果并不好，但這兩種大豆膨化后分別使仔豬的日增重提高了153％、53％,采食量提高了27％、10％,飼料利用率提高了104％、42％。這進一步說明大豆中還有其它抗營養因子影響著豬的生長性能,必須通過膨化處理方式才能提高大豆的飼用價值。

許多研究表明，玉米膨化后，能提高玉米的能量水平，提高蛋白質的消化率，改善適口性，能夠顯著提高動物日增重,改善飼料轉化率。施學仕等(2003)報道,添加膨化玉米能使早期斷奶仔豬日增重提高8%、日采食量提高6.93%。王瀟等(2005)以不同比例(20%、40%和60%)膨化玉米替代日糧中的玉米,結果表明,膨化玉米添加量為60%時仔豬的生長性能和消化率最佳。王瀟等(2006)報道,添加膨化玉米可使仔豬斷奶后第2周的日增重提高27%,日采食量提高5.7%,飼料轉化率提高16.5%（見表2）。Moritz（2005）在肉雞上、Cossum(2003)在兔子上的研究也有類似結果。

3 擠壓膨化的機理和對飼料營養及抗營養成分的作用

膨化產品之所以能提高動物的生產性能，一方面與其加工過程中殺菌作用有關，另一方面主要與其特定加工工藝條件下營養素的變化有關。

3.1 擠壓膨化的機理

物料膨化的主要機理是擠壓機內形成的粘彈性物體能在壓模處由于壓力瞬間下降而膨脹，使產品的密度改變，從而顯著影響其外觀、質地(如易碎性、硬度)、適口性、顆粒穩定性、水穩定性和漂浮性(對水產品飼料而言)等。在膨化擠壓機中螺旋與物料、物料與機筒以及物料內部的機械摩擦，物料被強烈地擠壓、攪拌、剪切，物料被細化、均化。在高溫、高壓、高剪切條件下，物料發生變化，由粉狀變成糊狀，淀粉糊化。擠壓腔內溫度高，但腔內壓強較高達到幾十個大氣壓，水分并未轉變成水蒸氣，直到物料從擠出?？着懦龅乃查g，壓強驟然降低至一個大氣壓，水分迅速變成過熱蒸汽而增大體積，使物料體積迅速膨脹，水蒸氣進一步蒸發逸散使冷卻的膠狀物料中留下許多的微孔而定型。擠壓物膨脹過程主要靠壓模膨脹(Ofoli等，1993)和水的驟蒸發(Fan等，1994)，后者占主要作用。對于水的驟蒸發導致的膨脹來說，至關重要的是粘彈性物體在正出模時溫度要超過100 ℃，此時粘彈體中的水蒸氣成為種核氣泡，到膨脹階段，氣泡漲大使擠壓物達到最大體積并且成形，而氣泡的漲大程度取決于溫度、水分和流動狀況指數，如注入二氧化碳或添加碳酸氫鈉之類的產氣化合物，能增強擠壓物的膨脹(Singh,1998;Parsons等，1996)。

3.2 擠壓過程中飼料營養及抗營養成分的變化

擠壓產物過程伴隨著一系列物理、化學變化，諸如淀粉糊化、蛋白質變性以及酶類、有毒成分和微生物的失活等。

3.2.1 擠壓過程中碳水化合物的變化

碳水化合物是飼料及原料中的主要組成成分，通常在飼料中占到60%～70%，因此是影響擠壓飼料特性的主要因素。

3.2.1.1 淀粉

擠壓作用能促使淀粉分子內1，4糖苷鍵斷裂而生成葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖及麥芽糊精等低分子量產物，致使擠壓后產物淀粉含量下降。但擠壓對淀粉的主要作用是促使其分子間氫鍵斷裂而糊化。在宏觀上是產品酥松，體積增大；在微觀上是淀粉呈片狀，發生降解，糊精和還原糖增加；在化學性質上，產物的還原能力增強，碘藍值升高，即便在低溫條件制品的水溶性、吸水性也較強，更容易被人體吸收。淀粉的有效糊化使擠壓處理不僅改善了飼料的營養，而且有利于飼料成粒，對產品具有賦形作用，從而提高飼料加工品質。

3.2.1.2 纖維

纖維在飼料中通常充當填充劑，由于用于擠壓的纖維原料及擠壓采用的設備和工藝條件不同，對擠壓過程中纖維數量的變化文獻報道差異較大，但對擠壓過程中纖維質量變化的研究結果較為一致（見表3），即纖維經擠壓后其可溶性膳食纖維的量相對增加，一般增加量在3%左右（Wang，1993）。

3.2.1.3 親水膠體

膠體主要用于水產飼料的生產，通常有阿拉伯膠、果膠、瓊脂、卡拉膠和海藻酸鈉等親水膠體，它們經擠壓后其成膠能力將普遍下降。在擠壓過程中其親水特性還將影響常規的擠壓條件，降低擠壓產品的水分蒸發速率及冷凍速率，提高產品的質構性能。

3.2.1.4 糖

糖具有親水性，在擠壓過程中將調控物料的水分活度，從而影響淀粉糊化。擠壓的高溫、高剪切作用使糖分解產生羰基化合物，從而同物料中的蛋白質、游離氨基酸或肽發生美拉德反應，影響擠壓飼料的顏色。另外，在擠壓過程中添加一定量的糖能有效地降低物料的粘度，從而提高物料在?？诔隹跁r的膨化效果，這一點對控制水產飼料的沉浮性有一定的幫助。因此，在擠壓飼料中糖除了起提供能量作用外，還起著風味劑、甜味劑、質構調節劑、水分活度與產品顏色調控劑的作用。

3.2.2 擠壓過程中蛋白質的變化

蛋白質受擠壓機腔內高溫、高壓及強機械剪切力作用，其表面電荷重新分布且趨向均一化，分子結構伸展、重組，分子間氫鍵、二硫鍵等次級鍵斷裂，導致蛋白質最終變性。這種變性使蛋白酶更易進入蛋白質內部,從而提高消化率(金征宇,2000)。但就蛋白質品質而言，不同的擠壓條件對其影響不一，這主要取決于擠壓過程中有效賴氨酸的損失。總的趨勢是在原料水分低于15%，擠壓溫度高于180 ℃的條件下，擠壓時水分愈低，溫度愈高，賴氨酸損失越大，蛋白質的生物學效價就愈低(Maclean，1983；Noguchi，1982；Bjorck，1983)。適當改變擠壓工藝條件，如降低飼料中葡萄糖、乳糖等還原糖含量，提高原料水分含(Tossavainen，1986)等可有效減少美拉德反應的發生。如在較為溫和的膨化條件下(物料溫度125～165 ℃、水分18％～20%)加工并沒有造成營養損害或Lys損失僅在9%以下(物料溫度165 ℃、水分20%)(Cheftel,1986)。

3.2.3 擠壓過程中脂肪的變化

擠壓作用會使甘油三脂部分水解，產生單甘油脂和游離脂肪酸，如僅從處理來看，膨化擠壓將降低油脂的穩定性，但就整個產品而言，擠壓產品在貯藏過程中游離脂肪酸含量的升高顯著低于未擠壓樣品，主要由于膨化擠壓使飼料中的脂肪水解酶、脂肪氧化酶等促進脂肪水解的因子失活。脂肪及其水解產物在擠壓過程中能同糊化的淀粉形成絡合物并且不能被石油醚萃取，從而使膨化后脂肪含量有可能下降，也使脂肪不易從產品中滲出，令產品外觀更加好看，并且這種絡合物在酸性的消化道中能解離，不影響脂肪的消化率。

3.2.4 擠壓過程中維生素、礦物質及風味物質的變化

維生素在加工過程中能否保留下來，很大程度上取決于加工條件。擠壓過程中，熱敏性維生素如VB1、葉酸、VC、VA等是最容易受到破壞的幾種，而其它維生素如煙酸、VH、VB12比較穩定(Ulrich,1994)。從生產方便性看，擠壓之前添加維生素優于擠壓后添加，但必須超量添加以克服擠壓過程維生素部分損失對動物營養的影響。擠壓過程中，礦物質一般不會被破壞，但是具有凝固特性的新聚合物的形成可能會降低某些礦物質的生物效價，例如植酸可能同Zn、Mn等絡合，形成不為動物消化的化合物，因此，膨化擠壓加工產品礦物質應比正常添加量高10%左右。由于擠壓時的高溫、高水分將分解風味物質，且具有揮發性的風味物質在模頭口將隨水蒸氣一起蒸發而大部分散失。因此，加工過程中風味劑的添加都采用擠壓后添加。

3.3 膨化擠壓對飼料抗營養因子的作用

由于膨化擠壓使蛋白質重新締合而變性，而抗營養因子本身也是蛋白質，因此擠壓加工最令人興奮的功能或許就是破壞抗營養因子，如生大豆中的抗胰蛋白酶（trypsin inhibitors，簡稱TI）、棉籽中的棉酚和菜籽中的芥籽甙。TI抑制蛋白質分解，使消化道內未消化的蛋白質增加，從而減少氨基酸生成，抑制代謝能釋放和脂肪代謝，降低蛋白質消化率。擠壓加工后，大部分TI被破壞。擠壓熟化的溫度、水分、設備配置、滯留時間、?？状笮〉纫蛩囟紩绊慣I破壞的程度。Mustakas等（1964）報道，用單螺桿擠壓機破壞了全脂大豆中95%以上的TI。Hayakawa等（1992）報道，用雙螺桿擠壓機處理全脂大豆之后，TI活性完全喪失，其他的研究也表明，擠壓膨化可以顯著降低棉籽和菜籽粕中的抗營養因子水平。

4 膨化擠壓技術在飼料原料開發及配方設計中的最新成果

隨著畜牧養殖業和飼料工業的快速發展，對飼料原料的需求急劇增加，尤其像我國這樣飼料資源短缺的國家。鑒于膨化加工對原料物性卓越的改良作用，膨化工藝與設備迅速應用于畜牧養殖業和飼料業。

在單一飼料原料的開發上，研究人員利用膨化技術對屠宰場、冷藏廠及肉食加工廠廢棄的動物產品下腳料如血粉、肉骨粉及羽毛粉等進行膨化處理，使成品充分松散，去除有毒有害成分和不良氣味，從而改善了產品的適口性和可消化性，經過膨化加工，香味更加濃郁，改善對畜禽的誘食作用，刺激消化腺的分泌，增進了食欲，提高了營養素吸收率和利用率并增強了安全性，大大提高了這類蛋白飼料的利用效率。此外，國內外技術人員還對油菜籽、棉籽、豌豆等進行了膨化處理的研究，取得了良好的飼養效果，對植物原料進行膨化在未來具有廣闊的發展前景。

在復合原料方面進行了緩釋尿素的開發，利用膨化工藝生產糊化尿素,使尿素在融溶狀態被糊化的玉米淀粉膜包圍,大大降低了尿素在反芻動物體內的水解速度,避免了尿素在動物瘤胃中水解快,極易造成動物氨中毒和尿素損失的缺點,提高了尿素的利用率和使用安全，并節約其它動植物蛋白質飼料資源。另外，針對膨化大豆和膨化玉米不同的膨化特性，進行預膨化處理，再進行復合膨化生產膨化基礎料，在高檔仔豬料的開發上應用廣泛，取得了良好的效果。此外，利用大米、小麥和玉米的復合產品進行膨化處理生產出的膨化復合谷物（河南大成膨化飼料公司）具有獨特的風味、優異的適口性和利用率，在韓國等其他國家應用日漸廣泛。

以上膨化技術的新成果在飼料原料開發和飼料配方生產中的應用得到了飼料廠商和技術人員的認可和推廣，既提高了飼料的品質和適口性，又降低了配方成本，擴大了飼料原料的來源。但是這些膨化技術的新成果仍處于開發和推廣的初級階段，同時存在著一定的問題，有待于通過廣大飼料廠商和養殖人員應用和進一步的研究促進膨化產品品質的提高。

5 當前膨化技術發展過程和產品推廣過程中存在的問題和對策

盡管膨化產品的優點很突出，在實際的應用中也取得了良好的經濟效益，但是目前膨化產品在畜牧養殖中的應用還不是很廣泛，存在的主要問題有：

① 人們對膨化產品特性的了解不是很全面，僅停留在水產料和幼齡動物飼料應用，對膨化產品種類的使用上廣泛接受的也僅有膨化全脂大豆。

② 大多數膨化產品的營養價值評定及動物生產中應用的系統研究缺乏，大規模的動物試驗周期也不夠長，其應用效果并沒有經過精密科學的評定，不能給膨化產品營養價值一個準確的評定，對于膨化產品的品質沒有行業標準。

③ 有些膨化飼料廠商過度夸大膨化產品優點，而對某些品質控制能力較差的膨化產品（如膨化肉骨粉、膨化血粉、膨化羽毛粉）進行不切合實際的宣傳，導致養殖廠商對膨化產品的不信任。

④ 膨化產品的市場競爭還不充分，廠家過少，原料商、飼料廠、經銷商利潤偏高，造成養殖廠商對膨化產品的價格和貨源有所顧忌，限制了其使用范圍。

⑤ 膨化設備的生產能力和適應性有限，膨化產品過于單一，還不具有對工業化、密集化飼料廠和養殖廠提供大量膨化產品的生產能力。

針對以上存在的問題，為了促進膨化產品在畜牧養殖業的應用，應采取以下措施：

① 加大膨化產品和膨化設備的宣傳力度,使膨化理念深入廣大飼料廠商和養殖業主的觀念中,引導膨化理念發展的方向,大力宣傳植物型飼料原料膨化處理，同時激濁揚清,給膨化產品質量一個恰當的界定。

② 大力開展新型膨化產品的系統研發，進行各種膨化產品的營養價值評定，大型膨化飼料公司及科研院校聯合開發，制定膨化產品的行業標準。

③ 大力推進膨化技術與其它技術（如酶技術、化學合成技術等）的交叉研究，開發或引進效率較高的膨化設備（如溫格公司時產22 t的濕法膨化機），推動膨化技術的工業化進程。

6 膨化技術在我國畜牧養殖業中的應用前景

我國是世界畜牧業大國，肉類、禽蛋和養殖水產品總產量及飼料消費量均居世界首位。據有關預測，到2010年、2020年、2030年我國糧食原糧需求的38%、43%、50%將用作飼料，飼料資源的短缺是制約我國飼料工業乃至畜牧水產養殖業發展的重要因素。同時我國的棉籽、油菜籽、馬鈴薯、葡萄籽及紅花等產量均為世界第一位。針對我國傳統飼料資源嚴重短缺而非常規飼料豐富的現狀，結合飼料原料多渠道發展的趨勢，因地制宜，采取靈活的養殖模式，利用膨化技術提高現有非常規飼料資源的利用率極為重要。

膨化技術在我國的發展也只有十余年，是個年輕的行業，隨著膨化技術的成熟，膨化設備的生產能力及膨化工藝的進一步提高，膨化技術和其他加工工藝的結合，膨化技術和膨化產品必將在我國畜牧養殖中得到廣泛的應用。