Cứ mỗi 100 tấn thức ăn viên xuất xưởng, các nhà máy có thể mất từ 3 đến 8 tấn chỉ vì vụn mịn (fines) phát sinh trong quá trình vận chuyển, đóng gói và cho ăn (Abdollahi & Ravindran, 2022). Con số đó không chỉ là lãng phí nguyên liệu mà còn kéo theo hàng loạt hệ lụy: vật nuôi bỏ ăn do mùi ôi thiu của vụn mịn tích tụ trong máng, hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR – feed conversion ratio) tăng lên, và chất lượng nước ao nuôi thủy sản xấu đi nhanh chóng khi vụn tan rã. Nghịch lý ở chỗ, phần lớn nguyên nhân gây vỡ viên không đến từ máy móc hay nguyên liệu đắt tiền, mà từ những thông số quy trình tưởng chừng nhỏ nhặt – nhiệt độ hơi nước, tỷ lệ khuôn ép, kích thước bột nghiền – bị bỏ qua mỗi ngày. Hiểu rõ cơ chế hình thành liên kết trong viên thức ăn là bước đầu tiên để kiểm soát vấn đề này một cách có hệ thống.
Chỉ số độ bền viên và ý nghĩa thực tiễn
Độ bền viên được đo bằng chỉ số độ bền viên (PDI – Pellet Durability Index) và Chỉ số Bền Va Đập (MPDI – Modified Pellet Durability Index, có bổ sung các vít thép để mô phỏng điều kiện vận chuyển thực tế). Theo tiêu chuẩn ngành, viên thức ăn gia cầm và thủy sản cần đạt PDI ≥ 80%, trong khi thức ăn thủy sản chìm thường yêu cầu PDI ≥ 90% do môi trường ngâm nước (American Society of Agricultural and Biological Engineers [ASABE], 2012). Cấu trúc vi mô của một viên thức ăn vững chắc dựa trên ba cơ chế liên kết chính: liên kết cơ học do các hạt tinh bột hồ hóa (gelatinized starch) đan xen vào nhau; liên kết hóa học từ protein biến tính dưới tác động nhiệt; và lực dính nhớt từ chất kết dính (binder). Khi bất kỳ cơ chế nào trong số này bị suy yếu – do ẩm độ không đồng đều, điều kiện gia nhiệt chưa đủ, hay thành phần nguyên liệu không tương thích – PDI giảm và tỷ lệ vỡ viên tăng (Moritz et al., 2021).
Tối ưu hóa công thức phối trộn
Thành phần phối trộn là nền tảng quyết định chất lượng viên trước khi bước vào dây chuyền ép. Một số điểm cần lưu ý: Tinh bột là chất kết dính tự nhiên quan trọng nhất. Ngô, lúa mì, gạo có hàm lượng tinh bột cao và dễ hồ hóa, do đó hỗ trợ độ bền viên tốt hơn so với khô dầu đậu tương hay cám gạo. Tăng tỷ lệ ngô hoặc lúa mì trong công thức từ 5–10% có thể cải thiện PDI đáng kể mà không cần thay đổi thiết bị (Abdollahi et al., 2022). Chất béo là "kẻ thù" của độ bền viên khi sử dụng quá mức. Hàm lượng dầu mỡ vượt 4–5% trong hỗn hợp trước ép sẽ bôi trơn bề mặt hạt, làm giảm ma sát trong khuôn ép và ngăn cản quá trình hồ hóa tinh bột (Moritz et al., 2021). Để giải quyết mâu thuẫn giữa nhu cầu năng lượng cao và độ bền viên, kỹ thuật phun dầu sau ép (post-pelleting fat application) được khuyến nghị – phần lớn dầu được bổ sung bằng cách phun lên bề mặt viên sau khi làm nguội, không đưa vào hỗn hợp ép. Chất kết dính ngoại sinh (exogenous binders) là giải pháp khi công thức thiếu tinh bột hoặc chứa nhiều xơ thô. Các nhóm phổ biến được nghiên cứu gồm:
| Chất kết dính | Cơ chế tác động | Mức dùng thông thường (%) |
| Lignosulfonate | Tạo lớp màng nhựa quanh hạt | 0,5 – 2,0 |
| Bentonite natri | Hút nước, trương nở, lấp đầy khoảng rỗng | 0,5 – 1,5 |
| Tinh bột biến tính | Hồ hóa nhanh, tăng độ nhớt | 0,5 – 3,0 |
| Guar gum | Tạo gel nước, liên kết các phần tử | 0,1 – 0,5 |
(Nguồn tổng hợp từ Abdollahi & Ravindran, 2022; Lv et al., 2023)
Ngoài ra, kích thước hạt nghiền (particle size) ảnh hưởng mạnh đến diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các cấu tử. Nghiên cứu cho thấy hỗn hợp bột có đường kính hạt trung bình từ 500–700 µm cho PDI cao hơn so với hỗn hợp quá thô (> 1.000 µm) hoặc quá mịn (< 300 µm) (Lv et al., 2023).
Kiểm soát quy trình ép viên
Dù công thức có tốt đến đâu, quy trình ép viên kém sẽ phủ nhận mọi nỗ lực trên. Quá trình điều hòa (conditioning) bằng hơi nước bão hòa là bước sống còn. Nhiệt độ điều hòa từ 80–90°C trong 30–60 giây kích hoạt hồ hóa tinh bột và biến tính protein, tạo ra liên kết bền chắc trong viên. Nếu nhiệt độ thấp hơn 75°C, hồ hóa không đủ; nếu vượt 95°C kéo dài, protein biến tính quá mức sẽ làm viên giòn và dễ vỡ (Moritz et al., 2021). Ẩm độ hỗn hợp sau điều hòa lý tưởng ở 15–17% để đảm bảo đủ nước cho hồ hóa nhưng không gây dính khuôn. Thông số khuôn ép (die) quyết định lực nén và thời gian lưu vật liệu trong khuôn. Tỷ lệ chiều dài trên đường kính lỗ khuôn (L/D ratio) thường nằm trong khoảng 8:1 đến 12:1 cho thức ăn gia cầm và heo. L/D quá thấp cho viên kém chắc; L/D quá cao làm tăng ma sát, tốn điện năng và có thể gây cháy viên. Đường kính lỗ khuôn nên phù hợp với đối tượng nuôi: 2–3 mm cho cá giống và gia cầm non, 4–8 mm cho heo thịt và cá lớn (FAO, 2021). Làm nguội và sàng phân loại sau ép là khâu thường bị xem nhẹ. Viên rời máy ép có nhiệt độ 80–90°C và ẩm độ 15–17%; nếu đóng bao ngay lập tức, hơi nước ngưng tụ bên trong làm mềm viên và tạo điều kiện cho nấm mốc phát triển. Quá trình làm nguội ngược chiều (counter-flow cooling) giúp giảm nhiệt độ viên xuống gần nhiệt độ môi trường và ẩm độ về mức 11–13% trước khi đóng bao (Abdollahi & Ravindran, 2022). Sàng rung sau làm nguội loại bỏ vụn mịn trước khi đóng gói, đây là biện pháp đơn giản nhất để nâng cao PDI của sản phẩm xuất xưởng.
Kết luận
Giảm tỷ lệ vụn viên là bài toán nhiều biến: từ lựa chọn nguồn tinh bột trong công thức, kiểm soát hàm lượng chất béo, bổ sung chất kết dính phù hợp, cho đến hiệu chỉnh nhiệt độ hơi nước, tỷ lệ L/D khuôn ép và quy trình làm nguội. Không có "một công thức vàng" áp dụng cho mọi nhà máy, vì nguyên liệu đầu vào, thiết bị và đối tượng nuôi ở mỗi nơi đều khác nhau. Điều quan trọng là thiết lập hệ thống kiểm tra PDI định kỳ như một chỉ tiêu kiểm soát chất lượng bắt buộc, từ đó truy xuất nguyên nhân và điều chỉnh có hệ thống. Trước khi thực hiện bất kỳ thay đổi nào về công thức hay thông số quy trình, nhà sản xuất nên tham vấn chuyên gia dinh dưỡng động vật được cấp phép hoặc kỹ sư công nghệ thức ăn có kinh nghiệm để đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế.