펠릿 내구성 지수(PDI)는 사료 산업에서 펠릿의 물리적 품질을 평가하는 표준 지표입니다. 표준화된 시험기(홀멘 공압식 또는 캔자스 주립대 회전통 방식)에서 펠릿 샘플을 회전시켜 파손되지 않고 남아 있는 펠릿의 비율을 계산하는 PDI는 사료 효율, 동물 생산성 및 고객 만족도에 직접적인 영향을 미칩니다. 취급 과정에서 파손된 펠릿은 미세 입자(동물이 사료 급여대에서 골라내고 거부하는 작은 입자)를 생성하여 사료 낭비를 초래하고, 체중 증가량당 비용을 증가시키며, 사료 배합 전문가가 설계한 영양 균일성을 저해합니다. 이 글에서는 PDI에 영향을 미치는 요인을 살펴보고 개선을 위한 실질적인 전략을 제시합니다.
1. PDI의 경제학
사료 펠릿 품질 저하는 상당한 재정적 손실을 초래합니다.
- 사료 낭비. 사료 급여대에서 거부되는 미분은 직접적인 사료 손실을 의미합니다. 소 사육장에서 비포장 도로를 통한 대량 운송 중 발생하는 미분은 PDI가 90% 미만일 경우 운송 중량의 5~15%에 달할 수 있습니다.
- 동물 생산성 저하. 사료를 골라 먹는 조류와 동물은 배합된 영양 성분과 다른 불규칙적인 사료를 섭취하게 되어 성장 속도와 사료 효율이 저하됩니다.
- 고객 유지. 통합 가금류 사육 시설이나 독립 축산 농가에 사료를 공급하는 상업용 사료 공장은 PDI가 계약 사양을 충족하지 못할 경우 계약 위반에 대한 위약금과 고객 이탈에 직면합니다.
카자흐스탄의 홍양 사례 연구에서는 그 관계를 명확하게 문서화했습니다. 소 사료의 PDI가 88.7%에서 94.2%로 개선되었을 때(5.5% 포인트 증가), 일일 운영 용량이 130톤에서 178톤으로 증가하여 처리량이 36.9% 향상되었고 펠릿 품질도 개선되었습니다[1].
2. 요소 가중치: PDI를 좌우하는 요인은 무엇인가?
업계 연구에 따르면 펠릿 내구성에 영향을 미치는 5가지 주요 요인에 대한 대략적인 기여도가 다음과 같이 정립되었습니다.
요인: 사료 배합(성분 결합 특성). PDI에 대한 대략적인 기여도: 40%.
요인: 조건(증기, 습도, 온도, 시간). PDI에 대한 대략적인 기여도: 20%.
요인: 분쇄(입자 크기 분포). PDI에 대한 대략적인 기여도: 20%.
요인: 링 다이 사양(압축비, 홀 디자인). PDI에 대한 대략적인 기여도: 15%.
요인: 냉각 및 건조. PDI에 대한 대략적인 기여도: 5%.
이러한 가중치는 대략적인 값이며 적용 분야에 따라 다르지만, 중요한 점을 보여줍니다. 즉, PDI의 3분의 1 이상은 펠릿 제조 공장에서 조정할 수 있는 매개변수(컨디셔닝, 분쇄 및 다이 사양)에 의해 결정되므로, 공정 최적화를 원하는 공장이라면 PDI를 제어 가능한 지표로 활용할 수 있습니다.
3. 사료 배합: 40% 요소
사료 배합은 PDI에 가장 큰 영향을 미치는 요인이지만, 동시에 가장 제약이 많은 부분이기도 합니다. 영양학자들은 사료 배합을 할 때 사료의 내구성보다는 동물의 생산성과 비용을 고려하기 때문입니다. 그럼에도 불구하고, 영양학적 제약 조건 내에서 몇 가지 배합 조정을 통해 PDI를 개선할 수 있습니다.
전분 함량. 컨디셔닝 및 펠릿화 과정에서 전분의 젤라틴화가 주요 결합 메커니즘을 제공합니다. 전분 함량이 높은 제형(옥수수, 밀, 보리)은 일반적으로 펠릿화 성능이 더 좋습니다. 옥수수 함량이 60% 이상인 옥수수 기반 제형은 표면 경화 없이 전분의 젤라틴화를 가능하게 하는 낮은 압축비(1:5 범위)에서 이점을 얻습니다[2].
유지/오일 첨가. 유지는 펠릿 성형 과정에서 윤활제 역할을 하여 마찰과 다이 압력을 줄여줍니다. 펠릿 성형 후 유지를 첨가하면 펠릿 표면을 코팅하여 펠릿 품질을 향상시키지만, 펠릿 성형 전 매쉬에 과도한 유지(3% 이상)가 있으면 전분-단백질 결합을 방해하여 PDI(펠릿 점도 지수)가 크게 감소합니다. 따라서 실제 적용 시 유지는 1~2% 이하로 제한하고, 나머지 유지는 펠릿 성형 후에 첨가하는 것이 좋습니다.
단백질 공급원. 밀 글루텐 및 특정 대두박 분획과 같은 천연 결합제는 펠릿화 공정 중 단백질 변성 및 가교 결합을 통해 PDI를 향상시킵니다. 반대로, 결합력이 없는 단백질 공급원(예: 면실박)을 다량 사용하면 PDI가 감소할 수 있습니다.
섬유 함량. 적당한 섬유 함량(3~8%)은 구조적 매트릭스를 제공하여 펠릿 품질을 향상시킵니다. 그러나 섬유 함량이 높으면(10~12% 이상) 섬유 입자가 압축에 저항하고 펠릿 구조에 약점을 만들어 PDI가 저하됩니다.
4. 컨디셔닝: 20%의 요소
컨디셔닝은 PDI 개선에 있어 가장 효과적으로 제어할 수 있는 요소입니다. 목표는 재료가 금형에 들어가기 전에 전분 젤라틴화와 단백질 가소화를 활성화시키는 균일한 열 및 수분 침투를 달성하는 것입니다.
최적 조건화 매개변수:
사료 종류: 육계 사료(옥수수-대두). 수분 함량 목표: 15~17%. 온도 목표: 80~85°C. 체류 시간: 30~60초.
사료 종류: 산란계 사료. 수분 함량 목표: 15~16%. 온도 목표: 75~80°C. 유지 시간: 30~45초.
사료 종류: 돼지 사료. 수분 함량 목표: 15~17%. 온도 목표: 75~85°C. 체류 시간: 45~90초.
사료 종류: 소 사료(고섬유질). 수분 함량 목표: 14~16%. 온도 목표: 70~80°C. 체류 시간: 60~120초.
사료 종류: 수산 사료. 수분 함량 목표: 16~18%. 온도 목표: 85~95°C. 체류 시간: 90~180초.
체류 시간이 길어질수록 컨디셔닝 균일성이 향상됩니다. 특히 수질 안정성이 중요한 양식 사료의 경우, 체류 시간을 90~180초까지 연장하는 이중 샤프트 또는 장기 컨디셔너는 PDI에 상당한 이점을 제공합니다.
증기 품질. 포화 증기(과도한 수분을 첨가하는 습증기나 충분한 열 전달이 이루어지지 않는 과열 증기가 아님)가 필수적입니다. 습증기는 다이 홀의 마찰을 증가시켜 PDI를 감소시킬 수 있으며, 과열 증기는 매시를 덜 익히게 합니다.
5. 분쇄: 20%의 요소
입자 크기 분포는 두 가지 메커니즘을 통해 펠릿 품질에 영향을 미칩니다. 하나는 전분-단백질 결합에 사용 가능한 표면적이고, 다른 하나는 다이 홀 내부의 입자 충진 밀도입니다.
최적 입자 크기. 대부분의 가금류 사료의 경우, 기하 평균 입자 직경이 600~800 마이크론일 때 PDI와 동물 생산성 간의 최적의 균형을 이룹니다. 입자가 더 미세해지면 결합에 사용할 수 있는 표면적이 증가하지만 분쇄 에너지 비용이 증가합니다. 반대로 입자가 굵으면 결합력이 감소합니다.
균일성. 입자 크기 분포가 좁을수록 특정 목표 크기보다 더 중요합니다. 분포가 넓으면 내부 밀도가 불균일한 펠릿이 생성되어 약점이 생기고, 이는 PDI(입자 크기 분포)를 감소시킵니다.
6. 링 다이: 15% 요소
링 다이는 세 가지 매개변수를 통해 PDI에 영향을 미칩니다.
압축비. 압축비가 높을수록 PDI가 향상된 더 단단한 펠릿이 생성되지만, 일정 한계가 있습니다. 옥수수-대두박 사료에 대한 실험 데이터에 따르면 펠릿 경도는 1:5에서 85N에서 1:8에서 170N으로 증가하고, 이에 따라 미분 발생률은 12.3%에서 4.8%로 감소합니다[2]. 그러나 1:7을 넘어서면 경도 증가는 감소하는 반면 생산량은 떨어집니다. PDI에 대한 최적의 압축비는 생산량 요구 사항과 균형을 이루어야 합니다.
다이 홀 상태. 마모로 인해 확대되고 거칠어진 마모된 다이 홀은 유효 압축비가 감소하고 압출 압력이 일정하지 않게 되어 PDI가 낮은 펠릿을 생산합니다. 상업용 브로일러 사료에 대한 연구에서는 다이 상태(새것 vs. 재가공된 것)가 상업용 사료 공장의 펠릿 및 크럼블 조성에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다[3].
다이 홀 설계. 카운터싱크 처리된 홀 입구는 다이 내부로의 재료 흐름을 개선하여 사전 압축을 줄이고 균일한 펠릿 형성을 촉진합니다. 적절한 분리 깊이(카운터싱크 깊이 2~3mm)를 갖춘 직선형 홀 설계는 대부분의 사료 응용 분야에서 표준입니다.
7. 사례 연구: 카자흐스탄 PDI 개선
홍양 카자흐스탄 사례 연구는 이러한 원칙들을 실제 현장에서 검증해 줍니다. 해당 공장은 노후된 펠릿 제조기(2012년 설치, 링 다이 수명 600시간으로 저하)를 새로운 홍양 SZLH 시리즈 장비로 교체했습니다. 주요 구성 결정 사항은 다음과 같습니다.
- 용도별 압축 비율: 소 사료(조섬유 함량 18~22%)의 경우 1:9~1:10, 양 사료(조섬유 함량이 더 높은 경우)의 경우 1:7~1:8
- X46Cr13과 동등한 재질의 링 다이, 진공 경화 처리로 HRC 58–60 경도 달성
- 동일한 합금강 등급으로 제작된 롤러 쉘
- IE3 등급 고효율 모터
8개월 운영 후 결과:
매개변수: 소 사료 PDI(%). 업그레이드 전(2024년): 88.7. 업그레이드 후(2025~26년): 94.2. 변화: +5.5%p.
매개변수: 양 사료 PDI(%). 업그레이드 전(2024년): 89.1. 업그레이드 후(2025~26년): 93.8. 변화: +4.7%p.
매개변수: 소 사료 처리량(톤/시간). 업그레이드 전(2024년): 6.2. 업그레이드 후(2025~2026년): 8.5. 변화율: +37.1%.
매개변수: 에너지 소비량, 소 1마리당 (kWh/t). 업그레이드 전 (2024년): 16.8. 업그레이드 후 (2025~2026년): 14.3. 변화율: -14.9%.
매개변수: 링 다이 수명(시간). 업그레이드 전(2024년): 600. 업그레이드 후(2025~26년): 880. 변화: +46.7%.
출처: [1]
8. PDI 개선 체크리스트
PDI 92% 이상(고급 상업용 사료의 업계 표준)을 목표로 하는 사료 공장의 경우:
1. ✅ 배합 감사: 전분 함량, 지방 첨가 시점 및 천연 결합제 포함 여부를 평가합니다.
2. ✅ 조건 확인: 증기 품질(포화 증기, 습식 증기 아님), 온도(목표 온도 ±2°C), 체류 시간을 확인합니다.
3. ✅ 분쇄 확인: 입자 크기 분포(가금류의 경우 목표 600~800μm) 및 균일성 측정
4. ✅ 금형 상태 점검: 구멍 직경 측정 (15% 이상 확대 시 교체), 표면 마모/결 현상 확인
5. ✅ 압축비 검증: 압축비가 배합과 일치하는지 확인합니다 (용도별 권장 사항은 금형 제조업체에 문의하십시오).
6. ✅ 롤러 간격 점검: 0.1~0.3mm를 유지하고, 전체 둘레에 걸쳐 간격이 균일한지 확인하십시오.
7. ✅ 냉각기 성능 평가: 펠릿 출구 온도가 주변 온도 +5°C 이하이고 수분 함량이 12.5% 이하인지 확인하십시오.
결론
PDI(펠릿 내구성 지수)는 특정 사료 배합의 고정된 특성이 아닙니다. 배합이 펠릿 내구성에 약 40%의 영향을 미치는 것으로 추정되지만, 나머지 60%는 사료 공장 운영자가 제어할 수 있는 조정 가능한 변수입니다. 카자흐스탄 사례 연구는 이러한 요소들을 체계적으로 최적화함으로써 PDI를 5%포인트 이상 개선하는 동시에 생산량을 37% 증가시키고 에너지 소비를 15% 절감할 수 있음을 보여줍니다. PDI가 경쟁 우위 요소인 사료 공장의 경우, 공정 최적화 및 고급 링 다이 선택을 통한 투자 수익은 일반적으로 구현 후 몇 달 내에 회수됩니다.
*본 문서는 링 다이 기술 자료 시리즈의 일부입니다.*
게시 시간: 2026년 6월 20일
