اکستروژنرهای خوراک دام در عملکرد خود از ماشین‌های گرانوله‌ساز چه تفاوتی دارند؟

اصل کار اکستروژنرهای خوراک دام و ماشین‌های دانه‌ساز

چگونه اکستروژنرهای خوراک دام از دمای بالا، فشار و برش برای پخت اکستروژن استفاده می‌کنند

اکسترودرهای خوراکی با استفاده از یک فرآیند سه‌مرحله‌ای گرم کردن و فشرده‌کردن، مواد اولیه را دگرگون می‌کنند. وقتی دما به ۱۲۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد و فشار به حدود ۲۰ تا ۴۰ بار می‌رسد، اتفاقی جالب برای اجزای خوراک رخ می‌دهد. نشاسته شروع به نرم شدن و به شکل ژله‌ای در می‌آید و در همین حال پروتئین‌ها ساختار اولیه خود را از دست می‌دهند. این تغییر در واقع هضم خوراک توسط حیوانات را بسیار آسان‌تر می‌کند، به گونه‌ای که گزارش‌های فائو از سال ۲۰۲۳ نشان می‌دهند که بهبودی حدود ۱۸ تا ۲۵ درصدی نسبت به خوراک تیمار نشده وجود دارد. عامل اصلی این فرآیند، پیچ‌های قدرتمند داخل دستگاه هستند که با ایجاد گرمای اصطکاکی همراه با بخار تزریقی، مخلوط را به‌خوبی پخته می‌کنند. این سیستم نه تنها مخلوط را به‌طور کامل پخته می‌کند، بلکه باکتری‌های نامطلوب را نیز از بین می‌برد و به حفظ مواد مغذی ارزشمند در گرانول‌های خروجی کمک می‌کند.

نقش سیستم‌های دو پیچه و تک پیچه در اکستروژن خوراک

اکسترودر دوپیچ به تجهیزات اصلی برای تولید محصولات پیچیده خوراک آبزیان تبدیل شده است و امروزه حدود 60 درصد بازار را به خود اختصاص داده است. این موضوع عمدتاً به دلیل طراحی پیچ های دوار در خلاف جهت یکدیگر است که در فرمول های پرچرب (بالای 12 درصد چربی) تفاوت ایجاد می کند و مخلوط کردن مناسب را فراهم می کند. در همین حال، سیستم های تک پیچی همچنان در عملیات معمول خوراک دام پایدار مانده اند که در آن ها کارایی انرژی اهمیت بیشتری دارد. این سیستم ها معمولاً مصرفی بین 35 تا 50 کیلووات ساعت در تن دارند، در حالی که اکسترودرهای دوپیچی برای فرآوری خوراک های مبتنی بر غلات به میزان بیشتری بین 55 تا 75 کیلووات ساعت در تن انرژی مصرف می کنند. نکته جالب توجه این است که فناوری های جدید چقدر پیشرفت کرده اند. بسیاری از مدل های جدید به درایوهای سرعت متغیر مجهز شده اند که به اپراتوران اجازه می دهد زمان ماندگی مواد را بدون متوقف کردن خط تولید در میانه فرآیند از 15 ثانیه تا 90 ثانیه تنظیم کنند.

چگونه دستگاه‌های معمولی گرانول‌سازی به فشرده‌سازی و شکل‌دهی توسط ماتریس با حرارت متوسط متکی هستند

دستگاه‌های گرانول‌کاری معمولاً در دمایی بین حدوداً 60 تا 85 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند و از آن دیسک‌های حلقوی افقی استفاده می‌شود تا مواد خمیری اصلاح‌شده را از طریق سوراخ‌های مورب یادشده عبور دهند. نتیجه حاصل از این فرآیند فشرده‌سازی با دیسک حلقوی چیست؟ گرانول‌هایی بسیار متراکم با وزنی در حدود 600 تا 700 کیلوگرم در متر مکعب، در حالی که سطح رطوبت زیر 12.5 درصد نگه داشته می‌شود، که به طور کلی برای حیوانات خشکی‌زی مناسب است. حال بیایید به جایی برویم که این موضوع جالب‌تر می‌شود، در مقایسه با روش‌های اکستروژن. در طول این فرآیند هیچ تغییر شیمیایی واقعی اتفاق نمی‌افتد. در عوض، چیزی که رخ می‌دهد این است که پیوند مکانیکی بخاطر چیزی به نام پلاستیک‌شدن لیگنین اتفاق می‌افتد، در شرایطی که میزان رطوبت بین 18 تا 22 درصد قرار داشته باشد، مطابق با استانداردهای ASABE که در سال 2022 به‌روزرسانی شدند.

اکستروژن در مقابل گرانول‌کاری: تفاوت‌های موجود در رطوبت، دما و زمان ماندگی

اکسترودرهای خوراک در دمای 120–150°C با رطوبت 15–30% ، با استفاده از سیستم‌های دو مارپیچی برای حفظ 90–120 ثانیه پردازش حرارتی کنترل‌شده (گروه Wenger، 2023) انجام می‌شوند. در مقابل، ماشین‌های گرانوله کردن خوراک را در دمای 70–90°C با رطوبت 10–15% فشرده می‌کنند، تشکیل دانه‌ها را در مدت زمان 15–30 ثانیه . این تفاوت‌ها به اکسترودرها امکان می‌دهند تا:

• تخریب کننده 86٪ بیشتر ضد مواد مغذی مانند مهارکننده‌های تریپسین
• در رسیدن به ژلاتینه شدن نشاسته 3.1 برابر بیشتر نسبت به گرانوله کردن

ویژگی‌های فیزیکی گرانول‌های اکسترود شده در مقابل گرانول‌های سنتی

ویژگی	گرانول‌های اکسترود شده	گرانول‌های سنتی
نسبت انبساط	1.8–2.5:1	1.1–1.3:1
چگالی حجمی	350–450 کیلوگرم/متر مکعب	550–650 کیلوگرم/متر مکعب
پایداری در برابر آب (ساعت)	6–8	1–2
نرخ خرد شدن	<3% پس از 24 ساعت	8–12% پس از 24 ساعت

ساختار متخلخل خوراک اکسترود شده جذب مواد مغذی را افزایش می‌دهد به میزان 19–27% در گونه‌های آبزی از طریق تسهیل نفوذ آنزیمی.

خواص شناوری و فرونشینی در خوراک آبزیان: نحوه کنترل شناوری توسط اکستروژن

اکستروژن به دست می‌آورد 5–12 دقیقه شناوری در خوراک‌های شناور از طریق انبساط دقیق نشاسته — که از طریق پلت کردن قابل دستیابی نیست. گزارش آکواتک آبزی‌پروری سال 2022 دریافت که خوراک‌های اکستروژن شده باعث کاهش ضایعات به میزان ۴۱٪ در پرورش میگو به دلیل نرخ کنترل شده فرونشینی. عوامل کلیدی عبارتند از:

• تشکیل حباب هوا در 125–140 درجه سانتی‌گراد دمای قالب
• تنظیم چگالی (400–700 کیلوگرم/متر مکعب) از طریق کنترل رطوبت

کارایی و مقیاس‌پذیری پردازش: زمانی که باید یک اکسترودر خوراک یا میل پلت انتخاب کنید

اکسترودرها پردازش می‌کنند 8–12 تن/ساعت اما مصرف می‌کنند 35–50 کیلووات/تن , که آنها را برای خطوط خوراک آبزیان با حجم بالا مناسب می‌کند. میل پلت‌ها تولید می‌کنند 3–6 تن/ساعت در 18–25 کیلووات/تن , که برای عملیات طیور و دام تحت 10000 تن/سال مناسب‌تر است. آنالیز بهره‌وری هزینه FAO 2023 اکسترودرها را برای موارد زیر پیشنهاد می‌کند:

• رژیم‌هایی که نیازمند بیش از 20% لیپید هستند
• تسهیلاتی که با بیش از 75٪ ظرفیت استفاده عمل می‌کنند

تحول مواد مغذی و نتایج قابلیت هضم

ژلاتینه شدن نشاسته و دناتوره شدن پروتئین در خوراک اکسترود شده

فرآیند اکستروژن به دلیل حرارت بالا تغییرات قابل توجهی در مواد مغذی ایجاد می‌کند و اغلب منجر به ژلاتینه شدن بیش از 70٪ نشاسته در غلات مورد استفاده برای خوراک دام می‌شود. وقتی کربوهیدرات‌های پیچیده به مولکول‌های گلوکز ساده تجزیه می‌شوند، انرژی بیشتری برای دام‌هایی که این خوراک‌ها را مصرف می‌کنند در دسترس قرار می‌گیرد. در همان زمان، پروتئین‌ها دناتوره می‌شوند که به معنای عملکرد بهتر آنزیم‌ها در هنگام تجزیه آن‌ها در طی گوارش است. مطالعات منتشر شده در مجله Frontiers in Nutrition در سال 2021 نشان داد که خوراک اکسترود شده حدود 12 تا 18 درصد قابلیت هضم پروتئین بهتری نسبت به مواد تکمیل نشده دارد. این تفاوت بیشتر برای دام‌هایی با معده ساده مانند مرغ‌ها و دیگر انواع طیور اهمیت دارد که در آن‌ها جذب صحیح مواد مغذی برای رشد و سلامتی حیاتی است.

تأثیر فرآوری بر حفظ ویتامین‌ها و عوامل ضد تغذیه‌ای

اکستروژن (extrusion) قطعاً تأثیر منفی بر ویتامین‌های حساس به حرارت دارد و به ویژه سطح تیامین (ویتامین B1) در حین فرآوری بین 65 تا 75 درصد کاهش می‌یابد. اما خبر خوب این است که این روش تقریباً 95 درصد از عوامل ضد تغذیه‌ای موجود در آرد سویا، از جمله مهارکننده‌های تریپسین را از بین می‌برد. طبق برخی مطالعات اخیر که در ساینس‌دایرکت (ScienceDirect) منتشر شده‌اند، خوراک دانه‌ای (pellet) در مقایسه حدود 15 درصد ویتامین بیشتری حفظ می‌کند، چون دمای آن در حین تولید به میزان بالایی افزایش نمی‌یابد. دمای اوج در تولید دانه‌های خوراکی در حدود 60 تا 80 درجه سانتی‌گراد است، در حالی که در فرآیند اکستروژن به 130 تا 150 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. هنوز هم باید توجه داشت که اکستروژن در از بین بردن لکتین‌ها و فیتات‌هایی که تمایل دارند به مواد معدنی مهم مانند روی و آهن متصل شوند و از جذب آنها جلوگیری کنند، عملکرد بسیار خوبی دارد.

قابلیت هضم نسبی: چرا خوراک‌های اکستروژن شده اغلب جذب مواد مغذی را افزایش می‌دهند

وقتی از فرآوری خوراک حیوانی صحبت می‌کنیم، چیز جالبی در مورد فرآیند اکستروژن رخ می‌دهد. ترکیب شدن این دو فرآیند، ژله‌ای شدن نشاسته و باز شدن پروتئین‌ها، در واقع انرژی قابل متابولیسم این خوراک‌ها را در مقایسه با گرانول‌های معمولی تا حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد افزایش می‌دهد. برخی آزمایش‌های انجام شده در بخش آبزی‌پروری نشان داده‌اند که در تولید خوراک میگو با روش اکستروژن نتایج بهتری نیز حاصل می‌شود. نسبت کارایی پروتئین در محصولات اکستروژن شده به حدود ۲٫۸ می‌رسد، در حالی که گرانول‌ها تنها به ۲٫۳ می‌رسند. این امر به این دلیل است که نحوه تغییر یافتن نشاسته، منافذ ریز زیادی در ساختار خوراک ایجاد می‌کند که باعث می‌شود آنزیم‌ها در هنگام هضم سریع‌تر عمل کنند. اما نکته مهم این است: حیوانات چهل‌دندانه از این نوع مزایا به همان اندازه بهره‌مند نمی‌شوند، چون میکروب‌های دستگاه گوارش آن‌ها به‌طور خاص برای تجزیه مواد فیبری تکامل یافته‌اند.

مزایای کاربردی در خوراک آبزیان و تغذیه دام

چرا اکستروژن‌های خوراکی در تولید خوراک ماهی و میگو مسلط هستند

اکسترودرهای خوراک مدرن می‌توانند بیش از 95 درصد از نشاسته را به‌خوبی ژلاتینه کنند، زمانی که در دماهای بسیار بالا، حدود 140 تا 160 درجه سانتی‌گراد، پخته می‌شوند. این فرآیند باعث تولید گرانول‌های شناور می‌شود که روی سطح آب قرار می‌گیرند و دقیقاً همان چیزی هستند که ماهی‌ها و سخت‌پوستانی که از سطح خوراک می‌گیرند، به آن نیاز دارند. پرورش‌دهندگان تیلاپیا و میگو این گرانول‌ها را دوست دارند، چون می‌توانند مشاهده کنند حیواناتشان واقعاً در حال تغذیه هستند. مزیت واقعی از کنترل روی تراکم گرانول‌ها ناشی می‌شود. بیشتر خوراک‌های اکسترود شده در 8 مورد از 10 مرتبه، طی یک دوره شش ساعته روی آب شناور می‌مانند، در حالی که گرانول‌های قدیمی به سادگی پس از برخورد با آب، در عرض تقریباً دوازده دقیقه فرو می‌روند. و سخن را درباره انعطاف‌پذیری فرمولاسیون گفتیم، دستگاه‌های پیچ دوتایی همچنین مواد چربی‌دار را نیز به خوبی پردازش می‌کنند. برخی از مراکز تولیدی فرمول‌هایی با محتوای چربی تا 18 درصد را پیاده می‌کنند، بدون اینکه ساختار گرانول از هم بپاشد، که این امر برای پرورش گونه‌های گوشت‌خواری که در طول چرخه رشدشان نیاز به مصرف انرژی بیشتری دارند، کاملاً ضروری است.

کاربردهای دستگاه گرانوله در خوراک طیور، دام و دوزیستان

دستگاه‌های گرانول‌ساز به خوبی برای تغذیه دام در سطح زمین عمل می‌کنند، به‌ویژه هنگامی که مواد دارای الیاف بالا که حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد الیاف خام دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها زمانی بهترین عملکرد را دارند که رطوبت ماده حدود ۱۲ تا ۱۵ درصد باشد. مطالعات اخیر انجام‌شده در سال ۲۰۲۴ در مورد خوراک دامی نتایج جالبی را نشان دادند. زمانی که مرغ‌ها با گرانول تغذیه شدند نسبت به خوراک پودری، نرخ تبدیل خوراک آن‌ها تقریباً ۹ درصد افزایش یافت. در مورد خوک‌ها، بهبود حدود ۶ درصد نسبت به فرم‌های سنتی خوراک دیده شد. چیزی که فرآیند گرانول‌سازی را بسیار مؤثر می‌کند، دمای مورد استفاده در طی فرآیند است که معمولاً بین ۶۰ تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد است. این سطح از گرما باعث حفظ افزودنی‌های مهم مانند آنزیم‌های فیتاز می‌شود و همچنین باعث کاهش باکتری‌های مضر می‌گردد. به همین دلیل است که بسیاری از کشاورزان فرآیند گرانول‌سازی را از نظر اقتصادی هوشمندانه و از نظر عملکرد مفید برای دام‌هایی با سیستم گوارشی ساده‌تر می‌دانند.

مطالعه موردی: خوراک معلق اکستروژن شده در مقابل خوراک غوطه‌ور شونده به صورت گرانولی در پرورش ماهی تیلاپیا

در یک مطالعه 12 هفته‌ای که بر روی ماهی‌های تیلاپیا انجام شد، محققان دریافتند که استفاده از خوراک اکستروژن شده در واقع افزایش وزن را به میزان قابل توجهی (حدود 23 درصد) افزایش داده است؛ به طوری که وزن نهایی به 1450 گرم در مقایسه با تنها 1178 گرم برای ماهیانی که از خوراک گرانولی معمولی تغذیه کرده بودند، رسیده بود. علاوه بر این، نسبت تبدیل خوراک (FCR) نیز حدود 18 درصد کاهش یافت، از 1.7 به 1.4. آنچه این موضوع را بسیار جالب می‌کند، این است که فناوری اکستروژن به کشاورزان این امکان را می‌دهد که قابلیت نفوذپذیری خوراک خود را تنظیم کنند تا جذب بهتر مواد مغذی را تضمین کنند. این موضوع اهمیت زیادی دارد، چرا که روده‌های تیلاپیا نسبتاً کوتاه هستند، حدود چهار برابر طول بدن آن‌ها. همچنین یک مزیت دیگر نیز وجود داشت و آن بهبود قابل ملاحظه کیفیت آب در طول این آزمایش‌ها بود. سطح آمونیاک به میزان 27 درصد پایین‌تر از حالت عادی اندازه‌گیری شد که احتمالاً به دلیل کاهش هدر رفتن خوراک بود. این نوع بهبود می‌تواند تأثیر بسزایی در عملیات آبزی‌پروری داشته باشد، جایی که حفظ شرایط بهداشتی مناسب در آب همواره چالشی بزرگ محسوب می‌شود.

ملاحظات مربوط به هزینه، نگهداری و انتخاب فناوری

سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه‌های عملیاتی: اکسترودر در مقابل آسیاب گرانوله

هزینه اولیه اکسترودرهای خوراکی معمولاً بین 60 تا حتی 100 درصد بیشتر از آنچه که آسیاب‌های گرانوله معمولی دارند، است. یک آسیاب گرانوله ساده ممکن است از حدود بیست هزار دلار شروع شود، اما آن اکسترودرهای دوپیچی؟ آن‌ها به راحتی از مرز صد و پنجاه هزار دلاری می‌گذرند. با این حال، وقتی به تصویر کلی نگاه می‌کنید، این اکسترودرها از لحاظ مالی برای عملیاتی که در مقیاس انجام می‌شوند، معقول به نظر می‌رسند. صورت‌حساب برق حدود سی تا پنجاه درصد به ازای هر تن پردازش کاهش می‌یابد، همچنین آن‌ها می‌توانند انواع مختلفی از مواد اولیه را بدون مشکل زیادی پردازش کنند. برای کسب‌وکارهایی که روزانه با حجم‌های بزرگی از مواد سروکار دارند، این نوع کارایی اغلب جبران‌کننده هزینه اولیه بالاتر است.

نیازهای نگهداری و عمر قطعات

معمولاً کارخانه‌های پلت کردن نیاز به تعمیر و نگهداری تنها ۳ تا ۵ بار در سال دارند، مثلاً برای تعویض قالب‌ها و تنظیم غلطک‌ها، که این موضوع نگهداری آن‌ها را در مقایسه با سایر تجهیزات بسیار ساده‌تر می‌کند. اما در مورد اکسترودرها، اپراتورها باید هر ماه یکبار عناصر پیچ و لاینرهای استوانه‌ای را چک کنند، به‌ویژه اگر مواد ساینده مانند آرد ماهی از سیستم عبور داده می‌شود. از بررسی‌های ما از هزینه‌های کلی در طول زمان مشخص شده است که قطعات اکسترودرها در شرایط یکسان، دو تا سه برابر سریع‌تر از قطعات کارخانه‌های پلت کردن فرسوده می‌شوند. این تفاوت در بلندمدت می‌تواند برای کسانی که به‌طور منظم این ماشین‌ها را به کار می‌گیرند، بسیار اهمیت داشته باشد.

انتخاب فناوری مناسب بر اساس نوع خوراک و مقیاس تولید

• استرودرها اکسل برای:
  • خوراک آبزیان با شناوری کنترل‌شده
  • فرمول‌های با چربی بالا (>۱۲٪ محتوای لیپیدی)
  • عملیاتی که بیش از ۵ تن در ساعت تولید دارند
• کارخانه‌های پلت کردن مناسب برای:
  • خوراک طیور و دام با فرمول‌بندی ساده
  • مزرعه‌هایی با تولید کمتر از ۲ تن در روز
  • تاسیسات با کارکنان فنی محدود

تولیدکنندگان کوچک باید به دلیل سادگی و هزینه کمتر، به سمت میل‌های گرانول تمایل پیدا کنند، در حالی که تولیدکنندگان یکپارچه خوراک دام با ظرفیت پردازش بیش از 50,000 تن/سال، بازده بهتری با استفاده از اکستروژن‌ها به دلیل تنوع و عملکرد بالاتر به دست می‌آورند.

بخش سوالات متداول

تفاوت‌های اصلی بین اکستروژن خوراک و میل گرانول چیست؟

اکستروژن‌ها از دمای بالا و فشار استفاده می‌کنند، در حالی که میل‌های گرانول به فشار و گرمای متوسط متکی هستند. اکستروژن‌ها قادر به ژلاتینه کردن نشاسته و دناتوره کردن پروتئین هستند که خوراک را قابل هضم‌تر می‌کند؛ در حالی که میل‌های گرانول عمدتاً بر اتصال مکانیکی بدون تغییرات شیمیایی تمرکز دارند.

اکستروژن‌ها چگونه به جذب مواد مغذی در خوراک آبزیان کمک می‌کنند؟

فرآیند اکستروژن باعث تشکیل حفره‌های هوایی و ایجاد گرانول‌های متخلخل می‌شود که جذب مواد مغذی را تسهیل کرده و به آبزیان کمک می‌کند تا آنزیم‌ها بهتر نفوذ کنند.

چرا خوراک‌های اکستروژن شده در پرورش آبزیان اغلب ترجیح داده می‌شوند؟

خوراک‌های اکسترود شده به این دلیل مورد ترجیح قرار می‌گیرند که شناوری کنترل‌شده‌ای را فراهم می‌کنند که برای ماهی‌های سطح‌خور و سخت‌پوستان ضروری است. همچنین می‌توانند مقدار بیشتری چربی را بدون فرسایش ساختار گرانول در خود جای دهند.

چه نوع فناوری پردازش خوراک برای عملیات کوچک مناسب است؟

آسیاب‌های گرانول برای عملیات کوچک به دلیل سادگی و هزینه‌های پایین‌تر ایده‌آل هستند. آن‌ها به خوبی با فرمول‌بندی‌های ساده مورد نیاز برای طیور و خوک‌ها کار می‌کنند.