水产“工业化养殖”(一)

 

 

 

 

文/图  中国水产科学研究院黄海水产研究所 牛化欣 雷霁霖

 

目前，我国鲆鲽类养殖正基本循着从“陆基温室大棚+深井海水开放式流水工厂化养殖模式（open-flowing aquaculture systems，OAS）”向“封闭式循环水系统工程化养殖模式（recirculating aquaculture systems，RAS）”转变的发展趋势。开发和生产鲆鲽类专用配合饲料是发展鲆鲽类工业化养殖必不可少的物质保障，但是，就目前鲆鲽类养殖投喂专用配合饲料来看，其普及率仍然较低。因此，引导鲆鲽类养殖企业和养殖从业人员，对鲆鲽类配合饲料的理化特性的认识与使用也很有必要。基于我国鲆鲽类养殖现状和技术体系专项的要求，针对鲆鲽类工业化养殖配套技术需要，本文就鲆鲽类专用挤压饲料的物化特性、生产工艺、普及与推广概况进行了综述。

 

 

1、膨化度与饲料直径

 

饲料膨化度是指物料制粒和膨化后饲料挤出物截面积与模孔截面积的比。水产饲料形状一般为圆柱型，其大小通常用颗粒直径的平方与挤压机模孔直径平方之比来测定，因此测定饲料的膨化度需要精确测定饲料的直径大小。鲆鲽类饲料的膨化度较小，一般为0.9-1.2。与饲料的堆积密度有关，膨化度越大则密度越小，其浮性越好，反之膨化度越小则密度越大，其沉性越好。在饲料挤压生产过程中，原料特性和挤压工艺参数是影响饲料膨化度大小的主要因素。一般是，鱼粉含量越多、淀粉含量越少、物料水分含量越多、挤压温度越低、挤压机套筒压力越小等，其膨化度越小；反之，其挤出物膨化度越大。选择不同规格饲料的直径与不同生长阶段的鱼类密切相关，鱼类的摄食方式一般为吞食，因此不同生长阶段的鱼类其口张开和大小与饲料直径大小一致，才能易于被鱼类摄食，减少饲料的损失和浪费。

 

2、饲料密度与沉浮性

 

从挤压加工工艺上来说，饲料密度与物料水分、套筒温度、螺杆转速、模头压力等有关。随着物料水分增加和螺杆转速降低，饲料密度在升高。套筒温度在一定高温或低温条件下，螺杆转速对密度影响小而不显著。在一定螺杆转速时，随着套筒温度的增加，其密度有先升高后下降趋势。此现象的原因可能是物料随套筒温度升高而发生质构变化，使其松软的各原料相互紧密结合，而当温度继续升高，物料被挤压后会发生高膨化，使其密度下降。因此要获得适宜高近似密度的沉性水产饲料，首先必须精确控制挤压机的套筒温度，物料水分次之。

 

水产动物养殖种类众多，其有着不同的生态和摄食习性，从而所选用的饲料特性也有些不同。根据各种水产所用饲料的浮力特性不同，可将海水和淡水养殖品种分类如下（表2）。鲆鲽类在工厂化养成期间可选择慢沉性和沉性饲料，而在网箱养殖条件下，最好选择慢沉性饲料，这样有益于鱼类延长对饲料选择和摄食的时间，减少饲料的损失和浪费。为了获得所需的沉浮力饲料，对不同养殖环境所用饲料密度范围有所不同（表3）。因此，随着养殖水体的水温和盐度不同，饲料的沉浮特性也在变化。

 

根据生产饲料的浮性和脂肪水平，需要调整饲料原料种类和配方，挤压机和干燥机部件设计，以及生产饲料的挤压、干燥、冷却和涂布加工工艺参数。单位机械耗能和挤压物料水分（湿度）是在控制生产饲料工艺中的关键参数。沉性水产饲料种类可进一步划分为表4所示。

 

3、颗粒耐久性

 

饲料颗粒耐久性是衡量饲料在运输和贮藏过程中抗御破碎的相对能力。鲆鲽类养殖需求区和饲料厂家饲料供应区距离较远，在两者运输和搬运期间一般需要3-5个环节来完成，此操作不免会影响到饲料的物理特性，若饲料耐久性越差，颗粒饲料的粉尘率就越大，影响到饲料在水中的稳定性，进而影响到鱼类对饲料的利用效果。因此，饲料颗粒耐久性对饲料的质量和动物生长利用具有一定的影响。一般情况下，挤压熟化生产的沉性饲料比环模制粒生产的沉性饲料的耐久性要好得多。在饲料挤压生产过程中，调质处理、物料水分、套筒温度、螺杆转速等对饲料的耐久性均有一定的影响。

 

4、颗粒硬度

 

硬度是饲料颗粒强度方面的指标，也是饲料外观质量的重要指标。同时它对水产动物摄食和消化有一定影响。物料的粒度（粒径）对生产饲料的颗粒硬度起着决定性作用，一般来说，物料粒度越小，在调质过程中淀粉越容易糊化，使饲料颗粒的黏结作用越强，颗粒耐久性越好不容易破碎，硬度越大。鲆鲽类饲料在加工前的物料粉碎粒度一般要求在150 μm以下（100目筛下物）。

 

5、水中稳定性

 

水产饲料的水中稳定性是水产饲料的重要质量指标，已用于虾饲料的质量管理。因为虾是缓慢而间歇底栖摄食的方式，所以要求虾饲料物理性质稳定，粘合牢固，能在水中停留不散的时间比大多数鱼饲料更长。良好耐水性的饲料能减少养分的流失尤其是微量组分快速流失，并使颗粒保持合格的物理状态，从而减少水污染并改善饲料转化率。在工厂化和封闭循环水鲆鲽类养殖系统中，选择水中稳定性好的饲料尤为重要。在有效的趋于定量的循环养殖水体中，若饲料没有良好的水中稳定性，一般每天2次的投喂饲料，势必对日积月累运行的循环养殖水体造成不良的影响。因此，革新改造挤压设备和改善鲆鲽类挤压工艺，来提高饲料水中稳定性十分重要。

 

6、糊化度

 

鱼类对碳水化合物（淀粉、纤维素等）的消化和代谢能力较差。饲料原料中碳水化合物主要成分是淀粉，也是饲料中的能量物质，通常在饲料配方中占到20%-60%，鲆鲽类属于肉食性鱼类，在其饲料中一般含有淀粉20-30%，是影响饲料特性如饲料糊化度、水稳定性和持久性等的主要因素。淀粉在温度和水分的作用下，开始吸水膨胀、破裂，变成黏度较大的糊状物。淀粉的有效糊化易受、加快淀粉酶的作用，将淀粉转化为葡萄糖等可溶性的碳水化合物，可以改善了饲料的营养，有利于动物消化吸收，也有利于饲料成粒，从而提高饲料加工品质及特性。在挤压过程中，物料水分、挤压温度、剪切力、物料挤压舱停留时间、螺杆结构、模头形状等因素对饲料淀粉糊化度的大小有一定的影响。一般来说，高水分、低温挤压对饲料淀粉糊化度影响小；低水分、高温挤压则有利于提高饲料淀粉的糊化度。刘梅英等（2000）研究表明，物料采用压力调质器或挤压膨化设备后，可使饲料淀粉糊化度达到60%-90%。植物饲料含有的淀粉，需熟化后才能被鱼更好地消化吸收，研究表明挤压膨化处理的鲑鱼饲料，由于淀粉的熟化和糊化，提高了鲑鱼对淀粉的消化吸收。其原因在于糊化后的淀粉可以大量吸水膨胀，增加淀粉与淀粉酶接触的机会，从而加速淀粉的消化吸收。

 

 

 

 

 

 

 

随着我国经济发展转型和环保节能日益迫切的需要，水产挤压机制粒成型饲料将逐步取代环模制粒生产的硬颗粒料，成为主要水产饲料。我国水产养殖业正向规模化、集约化、专业化的方向发展，对水产饲料的要求也越来越高。水产动物养殖种类繁多，由于它们的生活习性和摄食特点不同，对饲料性状的要求也不同。水产颗粒饲料可加工成浮性（针对上层鱼类）、慢沉性（针对中下层鱼类）和沉性（针对虾蟹和底栖鱼类、鲆鲽类）这3类饲料。为了满足水产养殖动物有足够的摄食时间，还必须使颗粒饲料具有一定的耐水性，以满足不同水产养殖动物的摄食需要；另外，为提高资源的利用效率，需要尽可能提高饲料的转化率，减少传统的硬颗粒饲料存在的易散失、易污染水体等弊端。而水产膨化料能很好地满足水产养殖业对饲料的上述要求，因此，利用挤压膨化技术生产水产颗粒饲料已成为趋势。

 

挤压技术的挤压膨化腔可认为是一个较为特殊的连续反应器。饲料在反应器内（挤压膨化腔内）本质上是一个蒸煮过程，在高温（120-180℃以上）、高压（4-10 MPa）状态下经强烈的挤压、剪切、摩擦、混合、挤出，使饲料中的淀粉糊化、蛋白变性，物料之间的各组分发生强烈的物理和化学反应、在宏观和微观结构上都产生了具大变化。同时饲料在高水分挤压反应器内，经高温、高压处理，使各种抗营养因子的活性得到有效的钝化、有害病菌大部分灭活。因而，挤压机制粒成型技术所生产的成品具有良好的耐水性和稳定性、易消化、吸收效率高、含菌率低、安全性好等特点。调整挤压机的加工工艺参数可生产出沉性、浮性和半浮性等水产饲料，符合鱼虾水生动物的使用特点和要求。与此同时，挤压机还能用于改善和提高饲料原料的使用价值。

 

物料配方和工艺参数是影响饲料最后产品质量和特性的关键因素。物料的粉碎粒度对产品特性和水产动物对其的消化利用率有着重要的影响。物料进入挤压机前需要进行调质处理，调质的目的是使物料得到预糊化，其好坏直接影响挤压机的工作性能和产品的品质。所以调质是制粒前的一个关键技术。热渗透速度取决于蒸汽和物料内部与界面层的物料性质（密度、粒径、水分）、湿度梯度、温度梯度等因素。高速调质通过提高速度、温度、湿度梯度，从而提高调质效果。对于不同物料和不同挤压机制粒成型（膨化）工艺参数要求，应根据物料的物性，选用不同形式的螺杆，并且必须和挤压机的加工工艺参数相结合，才能生产出高品质的挤压蒸煮（膨化）饲料。

 

 

据《2010中国渔业年鉴》统计，我国海水鱼类养殖产量约为80万吨，其中鲆鲽类产量为11万吨，而海水配合饲料产量为30万吨，其中鲆鲽类配合饲料为3万吨。在海水鱼类养殖方面，鲆鲽类配合饲料的普及率还很低，不足30%。目前，据估计，我国海水鱼养殖主要投喂冰鲜鱼，每年大约有300万吨鲜杂鱼被直接用于海水鱼养殖，也就是说用300万吨的鲜杂鱼换取不到80万吨的养殖海水鱼类（因有30万吨配合饲料所养殖的产量，至少3-5kg鲜杂鱼换取1kg的海水养殖鱼。因此，不仅严重造成了优质蛋白源和脂肪源（鲜杂鱼可做鱼粉和鱼油）的资源浪费，还给养殖环境和沿海生态环境带来了负面效应。因此，引导海水养殖者广泛使用配合饲料和鼓励海水鱼类营养科研者研制高效环保的配合饲料，是我国当前推动海水鱼养殖发展的迫切需要。

1、深层解析投喂鲜杂鱼和配合饲料带来的经济、生态、社会效益，引导海水鱼养殖者使用配合饲料，减少“片面只求生长快、不求整体效益”的认识。当然，相同环境下，投喂鲜杂鱼确实比投喂饲料对海水鱼生长速度和增重来说，要快些。但没有意识到养殖的整体效益，有大菱鲆养殖试验（石峰等，2011）表明，投喂鲜杂鱼的饲料成本约为20.3元/kg大菱鲆，而投喂配合饲料的饲料成本为8.56元/kg大菱鲆。

2、研制替代鱼粉原料的鲆鲽类蛋白源，较少对鱼粉的依赖，研发专用环保型配合饲料，应用生物技术促进饲料的利用效率。配合饲料具有营养全面、转化率高、可提高鲆鲽类养殖密度和预防疾病的优点。优质鲆鲽类专用配合饲料国产化，使其推广、普及和应用，从而充实国内市场。

3、深入开展不同种类鲆鲽类营养与环境、养殖模式、饲料工艺、投饲策略等方面的综合研究。不同鱼类在不同生长阶段的营养研究不够深入和全面，饲料工艺针对性不强，致使部分养殖鲆鲽类的饲养效果不理想，养殖效益低下。

4、根据鲆鲽类摄食生物学特点、养殖模式和环境、投喂策略，选用取材广的原料，优化挤压膨化工艺（原料处理、调质、挤压、后喷涂、烘干等工艺参数），革新挤压设备，研制和生产出具有优良饲料特性（膨化度、密度、耐久性、浮沉性、水中稳定性、糊化度等）的配合饲料，使其更适于不同摄食特性的鲆鲽类摄取。