사료 압출기와 일반 펠릿 제조기는 기능상 어떻게 다른가요?

사료 압출기와 펠릿 기계의 작동 원리

사료 압출기가 압출 조리 과정에서 고온, 고압 및 전단력을 활용하는 방식

사료 압출기는 원자재를 가열하고 압축하는 3단계 공정을 통해 마법처럼 변환시킵니다. 온도가 섭씨 120~150도에 달하고 압력이 약 20~40바(bar)에 이르면 사료 성분에 흥미로운 변화가 일어납니다. 전분은 부드러워지면서 젤 상태가 되고 단백질은 본래 구조를 잃게 됩니다. 실제로 이는 동물이 사료를 소화하기 훨씬 더 쉽게 만들어 주며, FAO의 2023년 보고서에 따르면 일반적으로 처리하지 않은 사료 대비 약 18~25%의 개선 효과가 있는 것으로 나타났습니다. 이 전체 공정을 주도하는 것은 기계 내부에 있는 강력한 나사(screw)들로 인해 발생하는 마찰 열과 주입된 증기입니다. 이러한 시스템은 혼합물을 충분히 익힐 뿐만 아니라 원치 않는 박테리아를 제거하고 최종적으로 나오는 펠릿(pellet) 내 소중한 영양소를 보존하는 데 도움을 줍니다.

사료 압출에서 이중축 및 단일축 압출기의 역할

이중 축 압출기는 현재 복잡한 수산사료 제품 제조를 위한 주력 장비로 자리 잡았으며, 시장 점유율 약 60%를 차지하고 있습니다. 이는 특히 고지방 배합(지방 함량 12% 이상)을 효과적으로 혼합할 수 있도록 해주는 대향 축 디자인 덕분입니다. 한편 단일 축 시스템은 여전히 에너지 효율이 가장 중요한 일반 가축 사료 제조 분야에서 그 입지를 유지하고 있습니다. 단일 축 장비는 곡물 기반 사료를 가공할 때 보통 톤당 35~50kWh의 전력을 소비하는 반면, 이중 축 압출기는 톤당 55~75kWh의 전력을 필요로 합니다. 흥미로운 점은 최신 기술이 한층 더 발전했다는 것입니다. 많은 신형 모델에는 가변 속도 드라이브가 장착되어 있어 생산 라인을 중단하지 않고도 재료의 체류 시간을 15초에서 최대 90초까지 조정할 수 있습니다.

일반 펠렛 제작 기계가 중간 정도의 열을 이용한 압축 및 다이 성형 방식에 의존하는 방법

펠렛 밀은 일반적으로 약 60~85도 섭씨 온도에서 작동하며, 앞서 언급한 테이퍼형 구멍을 통해 사전 처리된 펄프 원료를 수평 링 다이를 이용해 압착시킵니다. 이러한 링 다이 압축 공정을 거치면 결과물로는 입자 밀도가 600~700kg/m³인 펠렛이 만들어지며, 일반적으로 육상 동물에게 적합한 수준인 12.5% 이하의 수분 함량을 유지하게 됩니다. 여기서 우리가 주목할 점은 압출 공법과의 차이입니다. 이 과정에서는 실제로 화학적 변화가 일어나지 않습니다. 대신 수분 함량이 2022년 ASABE 표준에서 업데이트한 기준에 따라 18~22% 사이로 유지될 때, 리그닌 플라스티시제이션(lignin plasticization)이라는 현상 덕분에 기계적 결합이 발생하게 됩니다.

압출 vs. 펠릿화: 수분 함량, 온도, 체류 시간의 차이

사료 압출기는 120–150°C - 15–30% 수분 함량에서 이중 나사 시스템을 사용하여 90–120초 간 동안 열처리를 조절하게 작동합니다(Wenger Group 2023). 반면, 펠릿 제조기는 70-90°C - 10–15% 수분 함량에서 사료를 압축하여 형성 과정을 15–30초 이내에 완료합니다. 이러한 차이로 인해 압출기기는 다음이 가능합니다:

• 파괴 항영양소 86% 더 많음 트립신 저해제 등
• 달성하지 않을 것입니다 펠릿 제조법 대비 전분 겔화도 3.1배 높음 펠릿 제조법 대비

압출 펠릿과 전통 펠릿의 물리적 특성

특징	압출 펠릿	전통 펠릿
확장 비율	1.8–2.5:1	1.1–1.3:1
벌크 밀도	350–450 kg/㎥	550–650 kg/㎥
물 안정성(시간)	6~8	1–2
분해율	24시간 후 3% 미만	24시간 후 8–12%

압출 사료의 다공성 구조는 영양소 흡수율을 19–27% 효소 침투를 촉진함으로써 수생종에서 그렇습니다.

어류 사료의 부상 및 침강 특성: 압출 공정이 부력 조절을 가능하게 하는 방법

압출기는 전분의 정밀한 팽화를 통해 5–12분 의 부력 시간을 달성합니다. 펠릿 제조 방식으로는 이를 달성할 수 없습니다. 2022년 올테크 아쿠아컬처 보고서에 따르면, 압출 사료는 침강 속도를 조절함으로써 새우 양식에서 폐기물을 41% 까지 줄이는 것으로 나타났습니다. 주요 요인은 다음과 같습니다.

• 다이 온도가 125–140°C 일 때 공기층 형성
• 습도 조절을 통한 조절 가능한 밀도(400–700 kg/m³)

처리 효율성과 확장성: 사료 압출기와 펠릿밀 중 선택할 시기

압출기는 처리 8–12톤/시간 하지만 소비 35–50kWh/톤 , 대량의 수산사료 생산라인에 적합함을 의미합니다. 펠릿밀은 3–6톤/시간 at 18–25kWh/톤 , 연간 10,000톤 미만의 가금류 및 돈육 생산 시설에 더 적합함. FAO 2023 비용효과성 분석에서는 다음의 경우에 대해 압출기를 추천함:

• 지방 함량이 20% 이상 필요한 사료
• 가동률이 75% 이상인 시설

영양물질 전환 및 소화율 결과

압출 사료에서의 전분 겔화와 단백질 변성

사료 제조 공정 중인 압출 과정은 고온으로 인해 영양소에 상당한 변화를 주며, 곡물의 전분이 약 70% 이상 겔화되는 경우가 많습니다. 복합 탄수화물이 단순 포도당 분자로 분해되면 동물이 이 사료를 섭취할 때 더 많은 에너지를 이용할 수 있습니다. 동시에 단백질이 변성되므로 소화 과정에서 효소가 단백질을 분해하는 데 보다 효율적으로 작용할 수 있습니다. 2021년에 Frontiers in Nutrition에 발표된 연구에 따르면, 압출된 사료는 일반 가공하지 않은 원료에 비해 단백질 소화율이 약 12~18% 더 높은 것으로 나타났습니다. 이 차이는 닭과 같은 단위위를 가진 가금류에서 특히 중요하며, 이들 동물에게는 적절한 영양소 흡수가 성장과 건강에 필수적입니다.

가공 처리가 비타민 보존 및 항영양 인자에 미치는 영향

압출 공정은 열에 민감한 비타민에 확실히 영향을 미치는데, 특히 티아민 수치는 가공 중에 65~75% 정도 감소합니다. 하지만 이 공정에는 장점도 존재하는데, 이는 콩박에 들어 있는 방해성분(anti-nutritional factors)의 약 95%를 제거해 준다는 점입니다. 트립신 저해물질을 포함한 이러한 성분들 말입니다. 작년에 ScienceDirect에 발표된 최근 연구들에 따르면 펠릿 사료는 제조 과정에서 더 낮은 온도로 가공되기 때문에 약 15% 더 많은 비타민을 유지한다고 합니다. 펠릿 공정의 최고 온도는 압출 공정의 130~150도에 비해 60~80도 정도에 머무릅니다. 다만 주목할 점은 압출 공정이 아연이나 철과 같은 중요한 미네랄을 결합하여 흡수를 방해하는 렉틴(lectins)과 피틴산(phytates)을 제거하는 데 매우 효과적이라는 것입니다.

상대적 소화율: 왜 압출사료가 영양소 흡수를 향상시키는가

사료 가공에 대해 이야기할 때, 압출 공정에서 흥미로운 현상이 발생합니다. 전분이 겔로 변하고 단백질이 펼쳐지기 시작하는 조합은 일반 펠릿에 비해 이 사료의 대사 가능 에너지를 약 20~25% 증가시킵니다. 수산 양식 환경에서 수행된 일부 실험에서는 압출 방식으로 새우 사료를 제조할 경우 성과가 더 좋아지는 것으로 나타났습니다. 압출 제품의 경우 단백질 이용률 지수(PER)가 약 2.8인 반면, 펠릿은 2.3에 그쳤습니다. 이는 전분이 변성되는 방식 덕분에 사료 구조 내부에 다양한 미세 기공들이 생성되어 소화 과정에서 효소의 작용을 더 빠르게 만드는 이유입니다. 하지만 중요한 점은 반추 동물의 경우에는 이러한 혜택을 동일하게 누리지 못하는데, 이는 그들의 장내 미생물이 이미 섬유질을 처리하도록 진화되어 있기 때문입니다.

어류 및 가축 영양 분야에서의 특정 적용 장점

왜 어류 및 새우 사료 제조에서 피드 압출기가 우세한가?

최신식 사료 압출기(extruder)를 사용하면 섭씨 140~160도의 고온에서 전분의 95퍼센트 이상을 적절히 호화(gelatinized)시킬 수 있습니다. 이 과정을 통해 물 위에 뜨는 부유성 펠릿을 제조할 수 있는데, 이는 바로 수면에서 먹이를 섭취하는 어류와 갑각류에 적합한 형태입니다. 틸라피아와 새우 양식업자들은 이 펠릿을 사용하면 사육하는 동물들이 실제로 먹이를 먹는 모습을 볼 수 있기 때문에 매우 선호합니다. 진정한 장점은 펠릿의 밀도를 조절할 수 있다는 점입니다. 대부분의 압출 사료는 6시간 동안 투입했을 때 10번 중 약 8번은 물 위에 떠 있는 반면, 일반적인 펠릿은 물에 닿은 지 겨우 12분도 지나지 않아 가라앉습니다. 또한, 배합 유연성 측면에서도 이점이 있는데, 이중 축 압출기(twin screw)는 지방 함량이 높은 원료도 잘 다룰 수 있습니다. 일부 시설에서는 펠릿 구조가 무너지지 않도록 하면서도 지방 함량이 무려 18퍼센트에 달하는 사료 배합으로도 운용이 가능하며, 성장 주기 동안 더 높은 에너지 섭취가 필요한 육식성 어류 양식에 있어 이는 필수적인 조건입니다.

가금류, 돼지, 반추동물 사료에서 펠릿 기계의 사용 사례

펠릿 제작 기계는 섬유 성분이 30~40% 정도 들어간 고섬유질 원료를 다룰 때 특히 육상 동물 사육에 매우 효과적입니다. 이러한 기계는 원료의 수분 함량이 12~15% 정도일 때 가장 잘 작동합니다. 2024년에 발표된 가축 사료 관련 최근 연구에서는 흥미로운 결과들이 나타났습니다. 닭에게 분말 형태의 사료 대신 펠릿 사료를 급여했을 경우, 사료 전환율(feed conversion rate)이 약 9% 향상되었고, 돼지의 경우 약 6% 정도 개선되었습니다. 펠릿 제작이 효과적인 이유는 제조 과정에서 가해지는 온도 범위에 있습니다. 일반적으로 60~80도 사이의 온도가 유지되는데, 이 온도대는 파이테이스(phytase) 효소와 같은 중요한 첨가제를 파괴하지 않으면서도 유해 박테리아를 줄이는 데 도움이 됩니다. 그래서 소화 기관이 복잡하지 않은 동물들에게는 경제적으로도 효율적이고 실용적인 방법으로 펠릿 사료를 사용하는 것이 좋습니다.

사례 연구: 틸라피아 양식에서 압출 부상 사료 대비 펠릿 침강 사료 적용 결과

틸라피아 생선을 대상으로 진행된 12주간의 연구에서 연구자들은 압출 사료를 사용할 경우 최종 체중이 1,450g인 반면 일반 펠릿을 먹인 경우는 1,178g에 불과해 체중 증가가 약 23%나 증가한 것으로 나타났습니다. 또한, 사료 전환율은 1.7에서 1.4로 거의 18% 감소했습니다. 압출 기술은 펠릿의 다공성을 조절하여 영양소 흡수를 더 효과적으로 할 수 있도록 해주기 때문에 이러한 결과가 주목받고 있습니다. 이는 틸라피아의 장이 몸 길이의 약 4배에 불과해 소화 효율이 상대적으로 낮기 때문입니다. 또한 또 다른 이점으로, 시험 기간 동안 수질이 눈에 띄게 개선되었는데, 아마도 사료 낭비가 줄어들면서 암모니아 수치가 정상 수준보다 27% 낮아졌습니다. 이러한 개선은 깨끗한 수질 조건 유지가 항상 큰 과제인 양식 현장에서 실제적인 차이를 만들 수 있습니다.

비용, 유지보수 및 기술 선택 고려사항

초기 투자비 및 운영 비용: 압출기 대 펠릿밀

사료 압출기의 초기 비용은 일반적으로 펠릿밀보다 60~100% 더 비쌀 수 있습니다. 간단한 펠릿밀은 약 2만 달러부터 시작할 수 있지만, 더블 스크류 압출기의 경우 쉽게 15만 달러를 넘어갑니다. 하지만 장기적인 관점에서 볼 때 대규모로 운영하는 경우 압출기는 경제적으로 더 유리할 수 있습니다. 처리당 톤당 에너지 비용이 약 30~50% 절감되며, 다양한 종류의 원자재를 비교적 쉽게 처리할 수 있습니다. 매일 대량의 생산을 처리해야 하는 업체의 경우 초기 비용은 높지만 이러한 효율성 덕분에 장기적으로 이익을 얻을 수 있습니다.

유지보수 요구사항 및 부품 수명

펠릿 밀은 일반적으로 연간 3~5회 정도 다이 교체나 롤러 조정 등의 서비스 작업이 필요하기 때문에 다른 장비에 비해 유지보수가 비교적 간단한 편입니다. 하지만 압출기의 경우 운영자는 매달 스크류 요소와 배럴 라이너를 점검해야 하며 특히 어분과 같은 마모성이 강한 물질을 처리할 때는 더욱 신경 써야 합니다. 종합적인 유지비를 시간 경과에 따라 검토한 결과, 동일 조건에서 압출기 부품의 마모 속도가 펠릿 밀 부품에 비해 2~3배 정도 빠른 것으로 나타났습니다. 이러한 차이는 정기적으로 운전하는 경우 장기적으로 상당한 영향을 미칩니다.

사료의 종류와 규모에 맞는 기술 선택

• 엑스트루더 적합한 분야:
  • 부력 조절이 필요한 수산사료
  • 고지방 배합사료(지방 함량 >12%)
  • 시간당 5톤 이상의 생산 규모
• 펠릿 밀 적합:
  • 단순한 배합사료를 사용하는 가금 및 돈육 사료
  • 하루 생산량이 2톤 미만인 농장
  • 기술 인력이 제한된 시설

소규모 생산자는 간단한 설비와 낮은 비용의 펠릿밀을 선호해야 하며, 연간 50,000톤 이상의 사료를 가공하는 통합 사료 제조사의 경우 압출기의 다용성과 성능을 통해 더 높은 투자수익률(ROI)을 달성할 수 있습니다.

자주 묻는 질문 섹션

사료 압출기와 펠릿밀의 주요 차이점은 무엇인가요?

펠렛 기계는 압축과 중간 온도의 열에 의존하는 반면, 사료용 압출기는 고온과 고압을 이용합니다. 압출기의 경우 전분을 겔화시키고 단백질을 변성시켜 사료의 소화 흡수율을 높이는 반면, 펠렛 기계는 주로 화학적 변화 없이 기계적 결합에 초점을 둡니다.

압출기는 수산사료의 영양 흡수에 어떻게 기여하나요?

압출 공정은 공기층 형성을 촉진하고 다공성 펠릿을 만들어 영양소 흡수를 향상시키며, 효소 침투성이 뛰어나 수생 생물에 유리합니다.

왜 수산 양식에서는 압출 사료를 선호하는가?

압출 사료는 표면 급이 어류 및 갑각류에 필수적인 조절된 부력을 제공하기 때문에 선호됩니다. 또한 과립 구조를 손상시키지 않고도 더 높은 지방 함량을 포함할 수 있습니다.

소규모 작업에 적합한 사료 가공 기술은 무엇입니까?

펠릿 밀은 간단한 설비와 낮은 비용으로 소규모 작업에 이상적입니다. 가금류 및 돈육용으로 필요한 단순한 배합에도 잘 맞습니다.