어류 사료 압출 공정

압출 조리는 영양소 가용성 향상, 부력 제어, 강력한 펠릿 무결성 및 우수한 물 안정성을 목표로 하는 경우 현재 고성능 아쿠아피드의 업계 표준이지만, 열에 민감한 영양소의 손실을 방지하고 어종별 먹이 행동을 충족하기 위해 더 많은 자본과 에너지, 온도, 수분 및 기계적 에너지의 세심한 제어가 요구되는 방식입니다.

1. 압출의 물리학: 고온 단시간(HTST) 공정

압출 조리는 고온, 단시간(HTST) 바이오 반응기 공정으로 정의됩니다. 이 공정은 단백질, 전분, 지질 등 원재료의 혼합물을 가소화된 용융물로 변환합니다.

전단과 열의 역할

압출기는 스크류 펌프, 열교환기, 화학 반응기 역할을 동시에 수행합니다.

• 열 에너지: 컨디셔너의 스팀과 배럴의 히팅 재킷을 통해 외부에서 공급됩니다.

• 기계 에너지: 재료와 배럴 벽에 회전하는 스크류의 마찰로 인해 발생합니다.

이러한 에너지의 조합으로 사료 매쉬는 5~10초 동안 80°C~150°C의 온도에 노출됩니다. 이러한 급속 가열은 단백질의 생체 이용률을 보존하면서 대두의 트립신 억제제와 같은 항영양 인자를 파괴합니다.

전분 젤라틴화

아쿠아피드의 경우 전분은 주요 결합제 역할을 합니다. 전분 과립은 열과 습기에 의해 수분을 흡수하고 부풀어 오릅니다. 압출기의 고전단 영역을 통과할 때 아밀로오스와 아밀로펙틴 분자의 결정 구조가 분해됩니다.

• Target: 최적의 수분 안정성을 위해 젤라틴화 정도는 85%~95%가 필요합니다.

• 결과: 이렇게 하면 펠릿이 물에 닿는 즉시 분해되지 않아 양식 시스템의 오염을 줄일 수 있습니다.

2. 원료 준비: 펠릿 무결성의 기초

압출기가 작동하기 전에 원재료는 엄격한 물리적 변화를 거쳐야 합니다. 기계는 연삭 또는 혼합 단계에서 발생한 오류를 수정할 수 없습니다.

초미세 분쇄(분쇄)

원료의 입자 크기에 따라 최종 사료의 질감과 소화율이 결정됩니다. 특히 새우나 새끼 새우와 같은 수생 어종의 경우 거친 원료는 허용되지 않습니다.

• 해머 밀: 텅스텐 카바이드 팁이 달린 망치를 사용하여 재료가 스크린을 통과할 때까지 분쇄합니다.

• 크기 요구 사항: 표준 어류 사료의 경우, 95%의 입자는 60메쉬 스크린(약 250마이크론)을 통과해야 합니다. 새우 사료의 경우 80~100메쉬를 목표로 합니다.

• 금속학 노트: 거친 입자는 연마 그릿 역할을 합니다. 압출기 스크류의 마모를 가속화하고 다이 구멍을 막아 위험한 압력 급증을 유발할 수 있습니다.

컨디셔닝: 컨디셔닝: 조리 전 단계

컨디셔너는 드라이 매시가 압출기 배럴에 들어가기 전에 스팀과 물을 만나는 혼합 챔버입니다.

• 스팀 주입: 매시 온도를 90~95°C로 올립니다.

• 수분 추가: 총 수분 함량을 25-30%로 조정합니다.

• 보존 시간: 매시는 컨디셔너에 60~180초 동안 머물러야 합니다. 이 “체류 시간'은 입자를 부드럽게 하여 메인 압출기 모터에 필요한 기계적 토크를 줄여줍니다. 이렇게 하면 기어박스와 스크류 부품의 수명이 연장됩니다.

3. 기계의 심장: 나사 및 배럴 야금

랜슨머신의 재료 전문가로서 저는 가공 챔버에 사용되는 강철의 중요성을 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 스크류와 배럴 사이의 상호 작용이 기계의 수명을 결정합니다.

나사 구성 및 형상

이 나사는 단순한 오거가 아닙니다. 세 가지 처리 영역으로 세분화되어 있습니다:

1. 수유 구역: 저밀도 분말을 기계로 운반하기 위한 깊은 비행.

2. 반죽(압축) 영역: 비행 깊이가 감소합니다. 이렇게 하면 매시에서 공기가 압축되어 마찰이 증가합니다.

3. 계량(요리) 영역: 전단력이 높은 얕은 비행. 이렇게 하면 용융물을 금형에 밀어 넣는 데 필요한 최종 압력이 형성됩니다.

내마모성을 위한 합금 선택

아쿠아피드 재료에는 종종 골분, 탄산칼슘 및 기타 연마성 미네랄이 포함되어 있습니다. 표준 탄소강은 몇 주 안에 고장이 납니다.

구성 요소	표준 자료	고성능 소재(랜슨머신 추천)	경도(HRC)	애플리케이션 컨텍스트
나사 샤프트	40Cr 합금강	38CrMoAlA	28-32(코어)	높은 토크 전달
나사 비행	화염 경화 강철	38CrMoAlA + 이온 질화	60-62(표면)	피드와의 표면 접촉
배럴 라이너	주철	바이메탈 합금(Ni-Cr-B-Si)	62-65	극한의 내마모성
다이 플레이트	45# 스틸	스테인리스 스틸 4Cr13	52-55	부식 및 내마모성

기술 인사이트: 나사의 질화 층은 일반적으로 0.5mm~0.7mm의 깊이를 가집니다. 이 층이 마모되면 마모 속도가 기하급수적으로 빨라집니다. 작동 시간 2000시간마다 나사 형상을 점검하는 것이 좋습니다.

4. 싱글 스크류와 트윈 스크류 압출

업계는 이 두 가지 기술로 나뉩니다. 선택은 식단의 복잡성, 특히 지방 함량에 따라 달라집니다.

싱글 스크류 압출기(SSE)

• 메커니즘: 배럴 벽과의 마찰에 의존하여 재료를 앞으로 이동시킵니다. 재료가 너무 미끄러우면(지방이 많으면) 나사와 함께 회전하여 흐름이 멈춥니다.

• 지방 제한: 일반적으로 내부 지방 첨가량은 7-12%로 제한됩니다.

• 비용: 자본 투자는 줄이고 유지보수 비용은 낮춥니다.

• 최상의 대상: 틸라피아, 잉어, 메기(표준 식단).

트윈 스크류 압출기(TSE)

• 메커니즘: 두 개의 맞물리는 나사가 나란히 회전합니다. 양변위 펌핑 동작을 생성합니다. 한 나사의 비행이 다른 나사의 비행을 닦아냅니다.

• 지방 처리: 최대 17-22%의 내부 지방으로 식단을 처리할 수 있습니다.

• 다용도성: 끈적끈적하거나 초미세 또는 변동성이 큰 원료를 더 잘 처리할 수 있습니다.

• 최상의 대상: 연어, 송어, 장어, 새우 및 고가의 육식성 어종.

5. 밀도 제어: 플로팅 피드와 싱킹 피드

펠릿의 부력은 압출 공정 중에 조작되는 부피 밀도에 의해 결정됩니다.

확장 메커니즘

용융된 사료가 다이를 빠져나오면 고압(30~60bar)에서 대기압(1bar)으로 이동합니다. 펠릿 내부의 과열된 물은 순식간에 증기로 변합니다. 이 팽창으로 인해 다공성의 통기성 구조가 만들어집니다.

플로팅 피드 생성

• 온도: 높은 압출 온도(>130°C).

• 전분: 높은 전분 함량(>20%).

• 압력: 다이 페이스의 높은 압력 강하.

• 결과물인 펠릿은 물보다 부피 밀도가 낮아(<450g/L) 물에 뜰 수 있습니다.

싱킹 피드 생성

• 환기: 증기가 빠져나갈 수 있도록 통풍구가 있는 배럴을 사용합니다. 전에 주사위를 던집니다. 이렇게 하면 확장이 줄어듭니다.

• 온도: 낮은 처리 온도(100-110°C).

• 압력: 다이 압력을 낮추십시오.

• 재료: 단백질/지방은 높고 전분은 낮습니다.

• 그 결과 새우나 넙치 같은 바닥 먹이를 먹는 어류의 경우 빠르게 가라앉는 고밀도 펠릿(600g/L 이상)이 생성됩니다.

6. 다이 및 커터 시스템

다이 플레이트는 최종 성형 도구 역할을 합니다. 여기서 흐름 역학은 균일한 펠릿 크기를 위해 매우 중요합니다.

개방형 공간 및 홀 디자인

“개방 면적”은 구멍의 총 단면적입니다.

• 너무 작습니다: 과도한 압력, 모터 과부하, 사료 연소.

• 너무 큽니다: 불충분한 압력, 다짐 불량, 약한 펠릿.

• L/D 비율: 다이 구멍의 길이를 직경으로 나눈 값입니다. L/D 비율(예: 10:1)이 높을수록 저항이 커져 더 조밀하고 매끄러운 펠릿이 생성됩니다. 비율이 낮을수록(예: 3:1) 팽창이 촉진됩니다.

커터 어셈블리

고속 회전 나이프가 압출물이 나오면서 슬라이스합니다.

• 속도 동기화: 일정한 펠릿 길이를 유지하려면 커터 속도를 스크류 RPM과 동기화해야 합니다.

• 블레이드 재질: 경화 공구강 또는 카바이드 인서트를 사용합니다. 무딘 칼날은 펠렛을 깎는 대신 부수어 표면 모공을 닫고 나중에 오일 흡수에 영향을 미칩니다.

7. 압출 후 건조 및 지방 코팅

압출기에서 나오는 펠렛은 젖어 있고(25% 수분) 뜨겁습니다. 선반에 보관할 수 없습니다.

수평 컨베이어 건조기

펠릿은 멀티패스 건조기를 통해 이송됩니다. 뜨거운 공기(보통 스팀 코일이나 가스 버너로 가열)가 펠릿 층을 순환합니다.

• 목표 수분: 10-12% 이하로 감소했습니다.

• 곰팡이 예방: 수분이 13% 이상으로 유지되면 보관 중에 곰팡이 성장이 불가피합니다.

진공 코팅(오일 주입)

고에너지 식단(연어/송어)의 경우 외부 지방을 추가해야 합니다. 단순히 표면에 오일을 뿌리면 기름기가 많은 알갱이가 생겨 물에 미끈거리는 기름기가 남습니다.

• 프로세스: 펠렛을 진공 믹서에 넣습니다. 펠릿의 기공에서 공기를 빨아들입니다. 오일이 분사됩니다. 진공이 해제됩니다.

• 물리학: 되돌아오는 대기압은 오일을 펠렛의 중심부 깊숙이 밀어 넣습니다. 이를 통해 표면의 기름기 없이 최대 35-40%의 지방 레벨을 얻을 수 있습니다.

8. 운영 매개변수 및 제어

현대의 압출은 데이터 기반 프로세스입니다. 작업자는 품질을 유지하기 위해 주요 변수를 모니터링해야 합니다.

매개변수	최적 범위(일반)	편차의 효과
피더 속도	일관된 로드	서핑은 고르지 않은 요리와 크기 편차를 유발합니다.
증기 압력	2-4 바	압력이 낮으면 습한 증기가 발생하고 열 전달이 원활하지 않습니다.
배럴 온도(구역 1)	80-100°C	너무 높음: 피드 슬립. 너무 낮음: 모터 과부하.
배럴 온도(구역 3)	120-150°C	확장을 결정합니다. 너무 높으면 영양소가 저하됩니다.
중소기업(특정 기계 에너지)	20-40 Wh/kg	완료된 작업의 척도. 낮은 SME = 낮은 내구성.

9. 일반적인 결함 및 문제 해결

최고의 기계를 사용하더라도 문제가 발생할 수 있습니다. 물질적 동작을 기반으로 문제를 진단하는 방법은 다음과 같습니다.

펠릿이 “팝콘” 또는 폭발 중

• 원인: 수분 함량이 너무 높거나 온도가 과도합니다. 증기 팽창이 너무 심해서 구조물이 부서질 수 있습니다.

• 수정: 컨디셔너의 물을 줄이고 마지막 구역의 배럴 온도를 낮춥니다.

표면 거칠기(상어 가죽)

• 원인: 용융 골절. 재료가 다이를 통해 원활하게 흐르지 않습니다. 다이가 차갑거나 윤활(지방) 부족으로 인해 발생하는 경우가 많습니다.

• 수정: 다이 온도를 높이고 포뮬러에 지질 조정이 필요한지 확인합니다.

고르지 않은 펠릿 길이

• 원인: 흐름이 급증합니다. 재료가 나사에서 미끄러지다가 붙잡힙니다.

• 수정: 배럴 라이너의 마모 상태를 확인합니다(홈이 매끄럽게 마모되었을 수 있음). 그립감을 개선하기 위해 공급 영역의 온도를 높입니다.

10. 에너지 효율 및 지속 가능성

어류 사료 산업은 탄소 발자국을 줄여야 한다는 압박을 받고 있습니다. 압출 공정은 에너지 집약적입니다.

열 회수 시스템

첨단 공장은 이제 건조기에서 배출되는 뜨거운 공기를 포집하여 재순환합니다. 또한 스팀 가열 재킷에서 나오는 응축수를 보일러로 돌려보내 물과 열 에너지를 절약합니다.

직접 구동 대 벨트 구동

랜슨기계는 직접 구동 기어박스를 지지합니다. 벨트 드라이브는 미끄러짐과 마찰로 인해 5-8%의 효율이 손실됩니다. 직접 커플링은 모터 동력의 98%를 스크류 샤프트에 전달하여 중소기업의 효율을 극대화합니다.

11. 장수를 위한 유지보수 전략

예측 유지 관리 일정은 다운타임보다 저렴합니다.

• 주간: 커터 날의 날카로움을 점검합니다. 자기 분리기를 검사하여 배럴에 금속 파편이 들어가지 않았는지 확인합니다.

• 월간: 나사와 배럴 사이의 간격을 측정합니다. 간격이 3mm를 초과하면 역류로 인해 생산 능력이 크게 떨어집니다.

• 다이 청소: 막힌 다이 구멍을 청소할 때는 절대로 단단한 강철 도구를 사용하지 마세요. 표면이 긁혀서 흐름이 방해될 수 있습니다. 초음파 수조를 사용하거나 부드러운 황동 공구를 사용하여 조심스럽게 구멍을 뚫습니다.

12. 미래: 식물성 단백질과 곤충 식사

어류 사료의 배합이 변화하고 있습니다. 어분은 대두 농축액, 밀 글루텐으로 대체되고 있으며, 점점 더 곤충 사료(흑군 파리 유충)로 대체되고 있습니다.

• 처리 과제: 곤충 분말은 어분과 다른 유변학적 특성을 가지고 있습니다. 종종 더 끈적거리고 지방 함량이 높습니다.

• 조정: 이를 위해서는 적절한 혼합과 텍스처화를 위해 보다 공격적인 전단 요소를 갖춘 다양한 나사 프로파일이 필요합니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: 어류 사료용 펠렛 밀과 압출기의 차이점은 무엇인가요?

펠렛 밀은 기계적 압력을 사용하여 매시를 조밀한 펠렛으로 압축합니다(가라앉는 것만 가능). 열이 거의 발생하지 않고 전분을 완전히 젤라틴화하지 않습니다. 압출기는 높은 열과 압력을 사용하여 사료를 조리하므로 팽창(부유 사료)과 소화율을 높일 수 있습니다.

Q2: 동일한 기계로 플로팅 피드와 싱킹 피드를 모두 만들 수 있나요?

예. 작동 매개변수(온도, 스크류 속도, 환기)를 조정하고 다이 배합을 변경하여 플로팅과 싱킹 간에 전환할 수 있습니다. 그러나 통풍 배럴은 특히 가라앉는 피드에 유용합니다.

Q3: 플로팅 펠릿이 몇 분 후에 가라앉는 이유는 무엇인가요?

이는 수분 안정성 문제입니다. 일반적으로 전분 젤라틴화가 불완전하거나(조리 온도가 너무 낮음) 바인더의 품질이 좋지 않다는 의미입니다. 컨디셔너에 머무르는 시간을 늘리면 이 문제가 해결되는 경우가 많습니다.

Q4: 나사 세그먼트는 얼마나 자주 교체해야 하나요?

연중무휴 24시간 가동되는 고용량 플랜트의 경우, 마모가 심한 구역(계량 구역)의 나사 세그먼트는 합금 품질에 따라 일반적으로 2,000~4,000시간 동안 지속됩니다. 공급 구역 세그먼트는 훨씬 더 오래 지속됩니다.

Q5: 압출에 이상적인 수분 함량은 얼마입니까?

압출기에 들어가는 매쉬는 일반적으로 25%에서 28% 사이의 수분을 유지해야 합니다. 너무 건조하면 기계가 멈춥니다. 너무 젖으면 펠릿이 뭉개져 팽창하지 않습니다.

Q6: 압출은 사료의 비타민을 파괴하나요?

높은 열은 열에 민감한 비타민(예: 비타민 C와 비타민 A)을 분해할 수 있습니다. 이를 제어하기 위해 제조업체는 열에 안정한 비타민 형태를 사용하거나 건조 및 냉각 후 비타민을 펠렛에 분사합니다.

Q7: 중소기업이란 무엇이며 왜 중요한가요?

SME는 특정 기계 에너지의 약자입니다. 모터에서 사료로 투입되는 에너지의 양을 측정합니다. 이는 조리(젤라틴화) 정도와 직접적인 상관관계가 있습니다. SME가 너무 낮으면 펠렛이 날것이고 부서지기 쉽습니다.

Q8: 날생선 폐기물을 압출기에서 직접 처리할 수 있나요?

아니요. 젖은 생선 쓰레기에는 수분이 너무 많습니다(70%+). 먼저 건조하고 어분으로 분쇄해야 합니다. 또는 “습식 압출” 설정으로 수분 함량이 높은 슬러리를 처리할 수 있지만, 펠렛을 형성하려면 여전히 건식 바인더(밀가루/밀기울)가 필요합니다.

Q9: 압출기가 막히거나 “플러그'가 걸리는 이유는 무엇인가요?

절차가 잘못되면 일반적으로 시작 또는 종료 중에 막힘 현상이 발생합니다. 매시가 너무 건조하면 굳어버립니다. 이물질(금속/돌)도 다이를 막을 수 있습니다. 종료하기 전에 항상 유성 혼합물로 플러시하세요.

Q10: 트윈 스크류 압출기는 추가 비용의 가치가 있습니까?

고지방 사료(연어/송어)를 생산하거나 매우 미세한 제형(새우 종묘의 경우 0.8mm 미만)을 사용하는 경우 트윈 스크류가 필요합니다. 저지방의 일반 메기 또는 틸라피아 사료의 경우 단일 스크류가 더 경제적입니다.