综述：水产饲料与宠物食品挤压加工的定量建模视角

这篇综述从定量建模角度系统分析了水产饲料(aquafeed)和宠物食品(pet food)挤压加工(extrusion)的关键影响因素，重点探讨了原料配方、机械参数（如SME）、热力学条件（温度100-180°C）与产品品质（如PDI、WAI）的关联机制，为优化可持续饲料生产提供了建模框架。

　　

水产饲料与宠物食品挤压加工的定量建模视角

1. 1.

   成分差异与流变特性

   水产饲料和宠物食品在成分上存在显著差异。水产饲料蛋白质含量高达474.56±92 g/kg，远高于宠物食品的303.57±42 g/kg，而宠物食品的碳水化合物含量(381.24±48 g/kg)是水产饲料(183.08±125 g/kg)的两倍多。这种差异直接影响加工过程中的流变行为：高蛋白配方会增加熔体粘度（如大豆浓缩蛋白使粘度达1381.6 Pa·s），而淀粉含量高的配方更易发生糊化（糊化度可达94.1%）。

2. 2.

   关键工艺参数的作用机制

   比机械能(SME)是核心输出变量，水产饲料加工需33.4-55.6 kWh/ton，显著高于宠物食品的13-28 kWh/ton。这主要源于：

   • •

     水分含量：增加水分可降低粘度，使SME减少（如水分从21.8%升至36%时SME降低40%）

   • •

     温度：160°C时的SME比100°C低15%，体现热能对机械能的替代效应

   • •

     螺杆配置：双螺杆的混合效率更高，但单螺杆在淀粉基配方中会产生更高模头压力（最高70 bar）

3. 3.

   产品品质的调控规律

   膨胀特性受多重因素影响：

   • •

     模头温度从91°C升至126°C可使径向膨胀率(SEI)从1.12提升至2.48

   • •

     纤维添加会抑制膨胀（纤维素含量达100%时膨胀率从27.5%降至11%）

   • •

     脂肪含量超过10%会导致相分离，影响结构稳定性

耐久性和硬度呈现负相关：

• •

  低水分(23%)和高模头温度(142°C)条件下，PDI下降15%

• •

  豌豆淀粉配方硬度(280.8 N)显著高于小麦淀粉(93.8 N)

1. 1.

   前沿建模技术进展

   当前模型可分为三类：

   • •

     机理模型：如SPH方法模拟非牛顿流体流动，精度达±3 bar

   • •

     数据驱动模型：ANN预测膨胀率的R²>0.9

   • •

     混合模型：将粘度方程η=η_∞+(η₀-η_∞)[1+(λ_Rγ?)²]^(n-1)/2与热力学参数耦合

2. 2.

   未来发展方向

   需突破的瓶颈包括：

   • •

     多组分相互作用量化：如蛋白质-淀粉竞争吸水对糊化的影响

   • •

     跨尺度建模：将分子结构变化（如直链淀粉/支链淀粉比）与宏观膨胀关联

   • •

     工业级数字孪生：整合实时传感器数据与AI算法