Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние техники, теории и технологии процесса культивирования микроводоросли 12
1.1. Спирулина как объект исследований 12
1.1.1. Таксонометрия микроводоросли: царство, отдел, род, краткая морфология, описание 12
1.1.2. Химический состав спирулины 13
1.1.3. Свойства спирулины как биологического объекта,
условия её существования 17
1.2. Способы или методы культивирования микроводорослей 18
1.3. Современные конструкции биореакторов для культивирования микроводорослей (устройства для интенсификации массообмена)
1.3.1. Общая характеристика фотобиореакторов 23
1.3.2. Тонкослойные реакторы 27
1.3.3. Пластинчатые аппараты 28
1.3.4. Аппараты глубинного типа 31
1.3.5. Особенности технологии культивирования водорослей 32
1.4. Гидродинамические и массообменные исследования в системах фотоавтотрофного культивирования 33
1.5. Методы математического описания микробных популяций в тонкослойном реакторе 39
1.6. Использование продуктов фотоавтотрофного биосинтеза в качестве БАД для животных 47
1.7. Цели и задачи исследования 49
ГЛАВА 2. Экспериментальные и теоретические исследования процесса культивирования 52
2.1. Химический состав и реология структуры объекта исследований
2.2. Описание экспериментальной установки и методики проведения эксперимента 55
2.3. Кинетика процесса культивирования суспензии Spirulina platensis в фотобиореакторе 67
2.3.1. Культивирование спирулины в накопительном режиме 67
2.3.2. Кинетика накопления биомассы при культивировании спирулины в режиме субкультивирования 74
ГЛАВА 3. Математическое моделирование процесса культивирования микроводоросли Spirulina 82
3.1. Алгоритм расчёта математической модели 82
3.2. Аналитическое решение 84
3.3. Верификация модели (проверка её адекватности) и разработка программного обеспечения 93
ГЛАВА 4. Техника и технология ввода суспензии в комбикорма 97
4.1. Обоснование содержания суспензии спирулины в составе комбикормов для разных типов животных 97
4.2. Анализ показателей качества полученной продукции 108
4.3. Динамика показателей качества комбикормов с введённой суспензией спирулины при хранении 118
ГЛАВА 5. Повышение эффективности технологии комбикормов с вводом суспензии спирулины 122
5.1. Эксергетический анализ процесса культивирования микроводоросли Spirulina platensis 122
5.2. Разработка способа производства комбикорма с использованием суспензии Spirulina platensis и линии для его осуществления 134
5.3. Фотобиореактор с комбинированным истечением жидкости
для культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов 139
5.4. Способ управления процессом культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов 145
5.5. Расчёт экономической эффективности предлагаемой техники и технологических решений 152
Основные выводы и результаты 155
Список литературы 157
- Таксонометрия микроводоросли: царство, отдел, род, краткая морфология, описание
- Описание экспериментальной установки и методики проведения эксперимента
- Верификация модели (проверка её адекватности) и разработка программного обеспечения
- Динамика показателей качества комбикормов с введённой суспензией спирулины при хранении
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из главных задач государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы является повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на основе инновационного развития АПК. При этом особое внимание уделяется таким приоритетным направлениям, как экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции и обеспечение животноводства растительным кормовым белком. Получение экологически чистой комбикормовой продукции предполагает отказ от стимулирующих, гормональных, антибиотических и других фармакологических препаратов, обладающих кумулятивным действием и способных передаваться человеку через потребляемые продукты животноводства.
Этим требованиям отвечает природная биологически активная добавка – микроскопическая водоросль Spirulina platensis, которая богата высококачественными питательными веществами, особенно белками (65…72 %), -каротином и минеральными веществами. Уникальность биохимического состава биомассы Spirulina platensis делает привлекательным возможность её использования в составе комбикорма как источника важнейших компонентов, участвующих в обмене веществ сельскохозяйственных животных и птицы.
Культивирование Spirulina platensis в условиях управляемого биосинтеза в фотобиореакторах позволяет получить микроводоросль с наиболее желаемым составом клеточных компонентов. Причём исключение применения химических реагентов, высоких температур и других воздействий на клетки Spirulina platensis практически полностью сохраняет их качественный и количественный состав.
Данному научному направлению посвящены труды М. Я. Сальниковой, П. А. Гладышева, С. С. Мельникова, Н. И. Богданова, В. А. Жаворонкова, А. М. Музафарова, Т. Т. Таубаева, И. А. Петрова, А. А. Штоля, Р. Г. Геворгиза, Р. П. Тренкеншу, П. Станчева, R. Andersen, Y. Lee, R. Materassi, M. Miranda, O. Pulz и др.
Научная работа по изучению микроводоросли Spirulina platensis в качестве кормовой добавки проводилась в рамках Федеральных целевых научно-технических программ Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» в соответствии с тематическим планом НИР кафедры технологии хранения и переработки зерна ВГУИТ (№ гос. регистрации 01201253866) «Разработка энерго-, ресурсосберегающих и экологических чистых технологий хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в конкурентоспособные продукты с программируемыми свойствами и соответствующим аппаратурным оформлением на предприятиях АПК»; ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по направлению «Экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания» (№ гос. регистрации П 1201).
Цель диссертационной работы: получение новой кормовой добавки с использованием суспензии микроводоросли Spirulina platensis, обеспечивающей сбалансированность кормовых рационов и рост продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
изучение суспензионной культуры микроводоросли Spirulina platensis как объекта кормопроизводства;
разработка экспериментального биореактора для осуществления процесса фотоавтотрофного биосинтеза микроводоросли;
изучение основных кинетических закономерностей процесса массообмена при культивировании суспензии микроводоросли Spirulina platensis и определение рациональной области изменения технологических параметров в экспериментальном фотобиореакторе;
моделирование массообмена при культивировании микроводоросли на основе математической интерпретации изменения концентрации абсолютно сухих веществ суспензии по высоте фотобиореактора и верификация полученной модели с последующей разработкой программного обеспечения;
обоснование содержания суспензионной культуры микроводоросли Spirulina platensis в составе комбикормов для разных видов животных и птиц;
определение биологической и кормовой ценности комбикормов с вводом суспензии микроводоросли, оценка их стабильности при хранении и определение эффективности скармливания сельскохозяйственным животным и птице;
разработка оригинальной конструкции фотобиореактора для проведения высокоинтенсивного культивирования Spirulina platensis;
разработка способа производства комбикорма с использованием суспензии микроводоросли Spirulina platensis;
разработка способа управления процессом фотоавтотрофного биосинтеза микроводоросли;
промышленная апробация результатов и технико-экономическая оценка предлагаемых технических и технологических решений.
Научные положения, выносимые на защиту:
закономерности процесса биосинтеза микроводоросли Spirulina platensis в фотобиореакторе с комбинированным кольцевым и плёночным истечением жидкости в различных секциях реактора;
математическая модель изменения концентрации абсолютно сухих веществ суспензии по высоте фотобиореактора;
обоснование возможности получений новой кормовой добавки с вводом полученной суспензии;
алгоритм управления процессом культивирования микроводоросли Spirulina platensis, обеспечивающий точность и надёжность регулирования технологических параметров.
Научная новизна.
Определены основные кинетические закономерности выращивания суспензии микроводоросли Spirulina platensis в экспериментальном фотобиореакторе.
Разработана математическая модель процесса массообмена при противоточном истечении суспензии и газовой фазы в фотобиореакторе в исследуемом диапазоне технологических параметров.
Обоснованы технологические режимы ввода суспензии микроводоросли Spirulina platensis в рассыпной комбикорм с его последующим гранулированием.
Составлен алгоритм управления процессом культивирования микроводоросли Spirulina platensis, обеспечивающий точность и надёжность управления технологическими параметрами.
Научно обоснован способ поучения суспензии микроводоросли Spirulina platensis в фотобиореакторе при плёночном и кольцевом истечении жидкости.
Практическая ценность. Разработан способ управления процессом культивирования фотоавтотрофных микроорганизмов (пат. РФ № 2458147) и конструкция фотобиореактора для его реализации (пат. РФ № 2458980).
Определены рациональные интервалы изменения технологических режимов процесса культивирования Spirulina platensis и конструктивных параметров фотобиореактора: концентрация СО2 в газовоздушной смеси (ГВС) – 6,5…7,5 %; давление газовоздушной смеси на входе в фотобиореактор – 0,18…0,21 МПа; освещённость – 18..22 клк; расход суспензии спирулины – 0,5…1,1 дм3/ч; высота рабочей зоны биореактора 2 000 мм; шаг винтовой спирали – 10…15 мм.
Разработан способ производства комбикорма с вводом суспензии Spirulina platensis и технологическая линия для его реализации (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2012116655).
В результате фотоавтотрофного биосинтеза в фотобиореакторе получена и изучена как объект кормопроизводства суспензионная культура микроводоросли Spirulina platensis.
Определена биологическая и кормовая ценность комбикормов с вводом суспензии Spirulina platensis, произведена оценка их стабильности при хранении, выявлена эффективность скармливания сельскохозяйственным животным и птице.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Работа соответствует п. п. 1, 2 и 4 паспорта специальности 05.18.12 – Процессы и аппараты пищевых производств и п. п. 3, 4, и 9 специальности 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на отчётных научных конференциях в Воронежском государственном университете инженерных технологий (2010 - 2012); V Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2011); VII Международной научно-практической конференции «Динамика научного развития-2011» (Польша, 2011); Международной научно-технической конференции «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011); Международной научно-технической конференции «Адаптация ведущих технологических процессов к пищевым машинным технологиям» (Воронеж, 2012). Результаты работы отмечены золотой медалью участника выставки «Агросезон» (Воронеж, 2010), отмечены дипломами участника выставки «ВоронежАГРО» и Воронежского агропромышленного форума (2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 5 статей в журналах, включённых ВАК в перечень рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, получено 2 патента РФ на изобретения и 1 положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 2012116655.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и 32 таблицы. Список литературы включает 209 наименования, в том числе 19 зарубежных. Приложения к диссертации представлены на 47 страницах.
Таксонометрия микроводоросли: царство, отдел, род, краткая морфология, описание
Основными факторами, оказывающими влияние на процесс роста спирулины, являются: температура суспензии, освещённость и рН среды, а также концентрация биомассы в суспензии.
Температурный фактор - один из важнейших в жизни водорослей, именно температура в значительной мере определяет ход и направление сукцессии видов в фитопланктоне [11, 68, 82].
Оптимальная температура для роста микроводоросли в суспензии 35С ± 2С. Также установлено, что при освещённости до 8,0 клк биомасса спирулины увеличивается на 22,4%, а содержание белка - на 7% [77]. Наибольшее количество йода также накапливается при достижении освещённости 8,0 клк. При повышении освещённости до 11,0 клк происходит угнетение роста биомассы и снижение содержания белка в клетках. Суспензия способна выдерживать рН среды 12-14.
Наиболее оптимальной средой для выращивания биомассы спирулины в лабораторных и промышленных условиях считается среда Заррука, в которой гидрокарбонаты составляют около 76 % суммы всех солей [24, 44, 81, 208]. Однако изменение концентрации или замена отдельных компонентов среды Заррука могут приводить к изменению ростовых характеристик культуры спирулины [49, 79, 195, 202].
Методом (способом) культивирования является совокупность действий для решения задачи интенсивного роста клеток микроводоросли. Каждый метод создаётся конкретным лицом или группой лиц, научной или практической школой. В силу своей ограниченности рамками действия и результата методы имеют тенденцию устаревать, преобразовываясь в другие методы. Совокупность однородных методов принято называть подходом. Развитие методов является естественным следствием развития научной мысли [85, 97, 179].
В настоящее время определены основные методы и способы культивирования одноклеточных микроводорослей, а также принципы управления процессом культивирования (рис. 2). Все они в той или иной степени направлены на интенсификацию процесса массообмена [38, 93].
Культивирование микроводорослей проводится как в анаэробных, так и в аэробных условиях (рис. 3). Для анаэробных условий используются системы культивирования полного вытеснения или система идеального смешивания. Они отличаются друг от друга тем, что при полном вытеснении культура в системе не перемешивается и представляет собой поток жидкости через трубку. Примером такой системы может являться процесс брожения при производстве пива в башенных проточных ёмкостях [3, 57].
Лимитирующими факторами в этих процессах являются кислород и субстрат. В тонких плёнках биомассы каждая из прикреплённых к поверхности микробных клеток полностью обеспечена питательной средой и способна расти и размножаться с максимальной экспоненциальной скоростью. По мере того как клетки образуют более толстую плёнку биомассы, рост их лимитируется диффузией субстрата и кислорода внутрь этой плёнки.
Также, системы делятся на однофазные и многофазные. К многофазным относятся системы твёрдожидкостного типа, в которых культура растёт на границе разных фаз: жидкость - твёрдая фаза, жидкость - твёрдая фаза - газ. В этих системах клетки удерживаются путём прилипания к твёрдой основе -наполнителю и размножаются на нем, образуя плёнку биомассы. Типичным примером такой системы может являться производство уксуса в стружечных аппаратах.
В зависимости от концентрации микроорганизмов и их удельной скорости роста различают периодическое и непрерывное культивирование (рис. 4) [87]. Для получения культуры, все клетки которой находятся в одной фазе развития, разработан метод синхронизации деления микроорганизмов. Рис. 4. Системы культивирования по концентрации клеток
Он позволяет раздельно и поэтапно изучать физиологические и биохимические процессы, протекающие на разных стадиях развития клетки. Метод делится на две группы (рис. 5). Этот метод имеет то преимущество, что при его использовании не создаётся никакого препятствия в обмене веществ у отдельных клеток, как это бывает при использовании других методов.
Для количественного определения эффективности и интенсивности культивирования вводится понятие урожая клеток.
Под урожаем клеток (X) понимают разность между максимальной и исходной массой бактерий: X = ХтаХ - Х0. Эту величину выражают в весовых единицах, чаще в граммах. Особенно важно отношение урожая клеток к количеству потреблённого субстрата (X/S).
Впервые коэффициент был использован для выражения пищевых потребностей микроскопических мицелиальных грибов (Y = -dX/dS). Знак « - » здесь вводился, поскольку значения изменяются в разных направлениях. В настоящее время принято использовать величину Y. Если же урожай (в граммах) относят к числу молей потреблённого субстрата, то экономический коэффициент, называемый в этом случае молярным экономическим коэффициентом, обозначают через Ym. Коэффициент вычисляется, если известен путь расщепления данного субстрата и выход АТФ в результате этого расщепления [16]. Скорость потребления субстрата культурой в данный момент времени выражается соотношением:
Описание экспериментальной установки и методики проведения эксперимента
В режиме субкультивирования интервал рабочих концентраций выбирается на основании данных о скорости роста биомассы. Для этого по полученным ростовым характеристикам методом графического дифференцирования была получена кривая скорости культивирования (рис. 30). Из рис. 32 видно, что наибольшая скорость роста АСБ была в промежутке 65... 140 часов культивирования (обозначено пунктиром). Затем наблюдался резкий спад скорости роста, вызванный кислородным ингибированием. Пунктиром с точкой обозначен переход культуры к фазе отмирания.
На основании данных по культивированию спирулины в накопительном режиме был найден интервал концентраций АСБ, в котором скорость прироста кле-ток максимальна (1,8...3,0г/дм АСБ при скорости (110,5... 130,0)-10" ч"). Учитывая некоторую длительность метода определения оптической плотности суспензии микроводорослей, вместо крайних точных значений концентрации АСБ были выбраны интервалы 0,4...0,6 и 0,8...1,0 ед. опт. пл. 2.3.2. Кинетика накопления биомассы при культивировании спирулины в режиме субкультивирования
Были проведены эксперименты по влиянию на время достижения суспензией спирулины заданного значения оптической плотности (0,8..1,0 ед. опт. пл. или 2,0...4,0 г/л АСБ) следующих параметров: концентрации СОг, расхода га-зовозушной смеси, освещённости, расхода суспензии (размер зазора, создаваемого устройствами для образования плёнки) и геометрических параметров проволочной спирали, закреплённой в прозрачных трубках. Экспозиция каждого варианта опытов составляла около 10 сут., интервал между отборами проб для определения оптической плотности -5 ч. [40, 73].
Концентрация углекислого газа в газовоздушной смеси (ГВС) варьировалась изменением давления на выходе из углекислотного баллона в соответствии с формулой (2.3). График зависимости коэффициента к от концентрации СОг в ГВС представлен на рис. 33.
Зависимость коэффициента к от концентрации СОг в ГВС хлёбывания, составило 3,5...4,5 м/с с использованием спирали из проволоки различной толщины, и 3,0 м/с при движении плёнки по гладкой внутренней поверхности. Максимально допустимое суммарное давление, нагнетаемое компрессором и баллоном, составило 0,67...0,86 и 0,42 МПа соответственно; для используемого оборудования 1,8...2,1 и 1,2 тех. атм. Исходя из того, что скорость газа принимают равной 80-90 % скорости захлёбывания, рабочее давление ГВС на выходе из смесителя было равным 1,6 тех. ат. при использовании спирали из проволоки толщиной 1,3 мм. Опыты без проволочной спирали не производились ввиду малости рабочего давления ГВС (0,96 тех. ат.).
Зависимость роста биомассы спирулины от концентрации диоксида углерода в газовоздушной смеси (в интервале 3... 10%) представлена на рис. 34.
Как видно из рисунка, значительное ускорение роста водоросли наблюдается в интервале концентраций COj 3...7%. Это свидетельствует о том, что при данных освещённости и температуре концентрация порядка 5 - 7 % является насыщающей и дальнейшее ускорение культивирования возможно только при интенсификации указанных факторов. Расход газовоздушной смеси, коррелируемый с её давлением на выходе из газового смесителя, регулировали с помощью рукояток, установленных на компрессоре и углекислотном редукторе. Диапазон изменения давления, в соответствии с рассчитанной скоростью «захлёбывания», составлял 1,2...2,2 тех. атм. Данные по соотношению указанных величин представлены ниже:
Цикл субкультивирования биомассы при массовом расходе ГВС: 1-14,8 кг/ч; 2 - 20,2 кг/ч; 3-23,1 кг/ч; 4 - 24,2 кг/ч. Как видно из рисунка, увеличение массового расхода ГВС несколько ускоряет рост спирулины, однако это связано, скорее всего, с увеличением массового расхода углекислого газа в смеси. Дальнейшее повышение давления ГВС в подводящем газовом шланге сдерживается большой вероятностью перехода плёночного течения в режим «захлёбывания».
Изменение освещённости в рабочей зоне экспериментальной установки осуществлялось путём использования ламп ЛБ-20 и OSRAM Fluora различных типоразмеров, которые могли быть размещены в реакторе (табл. 17).
Различие в выборе типов ламп предназначено для воздействия на биомассу световым потоком в виде максимально возможной освещённости и узким спектром световых волн в интервале 445-660 нм, что позволяет обеспечить клетки только необходимым для роста освещением. Температура во второй секции освещения за счёт использования ламп типа Fluora растёт медленно, относительно первой секции освещения, так как температура поверхности лампы достигает не более 35-45С. Лампа Л Б, напротив, создаёт мощный световой поток с температурой поверхности лампы до 50С, благодаря чему прогрев биомассы в трубках происходит интенсивнее.
Верификация модели (проверка её адекватности) и разработка программного обеспечения
Зерновое сырье, не требующее измельчения, например, мучка, отруби, дроблёнка, из бункеров 7 посредством шнековых питателей 8 подают на взвешивание в бункерные весы 9 и далее по линии 0.1.2 в надсмесительный бункер 33.
Белковое и минеральное сырье из бункеров 10 шнековыми питателями 11 направляют на взвешивание в бункерные весы 12 и далее по линии 0.2.1 подают на очистку от металломагнитных примесей в магнитную колонку 13. Затем сырье фракционируют в односитовой просеивающей машине 14 с получением мелкой и крупной фракции. Крупную фракцию по линии 0.2.2 направляют на доизмельчение в дробилку 15, а после по линии 0.2.4 соединяют с мелкой фракцией, которую по линии 0.2.3 подают в надсмесительный бункер 33.
Подготовка суспензии спирулины к вводу в комбикорм производится на участках культивирования и центрифугирования. Подготовленную смесь ино-кулята и питательной среды из бункера 18с помощью циркуляционного насоса 17 направляют по линии 0.3.1 в батарею фотобиореакторов 16, в которых суспензия микроводоросли насыщается углекислым газом из его смеси с воздухом, подводимым компрессором 20 по линии 3.5 и батареей углекислотных баллонов 19, поступающим по линии 5.4. Смешивание С02 и воздуха осуществляют в газовом смесителе 21 до концентрации углекислого газа 5..7 %. Исходную суспензию спирулины культивируют до достижения суспензией требуемого значения оптической плотности для светофильтра с длиной ВОЛНЫ D750 -0,73...0,91 в режиме рециркуляции по линии 0.3.2. Для обеспечения режима рециркуляции используют циркуляционный насос 17. Готовую суспензию по линии 0.3.3 насосом 22 подают в темперирующий ункер 23, который обеспечивает поддержание температуры суспензии в интервале 28...34 С. Из бункера 23 готовую суспензию микроводоросли направляют по линии 0.3.4 на центрифугу 24. В результате центрифугирования образуется осадок суспензии с содержанием сухих веществ 10... 15 % и фугат, которые по линиям 0.3.5 и 0.3.6 помещают в бункер 25 и 26. Полученный осадок по линии 0.3.7 подают на двухпоточный распределитель 31, который часть осадка спирулины направляет на смешивание с фугатом в мешалку 27 для получения суспензии с концентра 137 цией сухих веществ 4...5 %, а часть осадка направляет на смешивание с фуга-том в мешалку 28 для получения суспензии с концентрацией сухих веществ 1... 1,5 %. Избыток фугата с помощью трёхпоточного распределителя 32 отделяют и подают по линии 0.3.9 на смешивание с инокулятом и питательной средой в бункер 18.
Из над смесительного бункера 33 подготовленное зерновое, белковое и минеральное сырье направляют в смеситель периодического действия 34, куда одновременно по линии 0.3.10 через блок форсунок вводится суспензия спирулины с концентрацией сухих веществ 4...5 % в количестве 3...6 % к массе сырья, подаваемого в смеситель. В смесителе 34 производится смешивание всех компонентов в течение 3...6 минут для получения рассыпного комбикорма.
Полученный рассыпной комбикорм по линии 0.4.1 поступает в норию 36, которая подаёт его в надпрессовой бункер 37. Далее комбикорм очищают от ме-таломагнитных примесей в магнитной колонке 38 и направляют на гранулирование в пресс-гранулятор 39. В процессе гранулирования в смесительную камеру пресс-гранулятора посредством насос-дозатора 30 по линии 0.3.11 вводится суспензия спирулины с концентрацией сухих веществ 1... 1,5 % в количестве 1,5...3% к массе комбикорма. Полученный гранулированный комбикорм с влажностью 18...20 % по линии 0.4.2 направляют в вибрационную сушилку 40, где осуществляют его сушку в виброкипящем слое тёплым воздухом до влажности 15... 16 %. Далее гранулы по линии 0.4.3 подают в охладительную колонку 41, в которой осуществляют охлаждение потоком воздуха до температуры, не превышающей температуру в производственном помещении более чем на 3... 5 С, чтобы предотвратить конденсацию водяных паров из окружающего воздуха на поверхности гранул и затем измельчают в измельчителе 42. В процессе охлаждения влажность гранул снижают до требуемых П.. 14 %. Полученный после измельчителя комбикорм по линии 0.4.4 направляют на фракционирование в двухситовую просеивающую машину 43, в которой осуществляют разделение на три фракции: крупную, среднюю и мелкую. Причём крупную фракцию возвра 138 щают по линии 0.4.5 на измельчение, мелкую - по линии 0.4.7 на гранулирование, а среднюю фракцию в качестве готового продукта с помощью нории 44 по линии 0.4.6 направляют на хранение в бункера 45, оснащённые шнековыми питателями 46 и скребковыми конвейерами 47, 48.
Готовый комбикорм отпускают потребителю из бункеров для хранения 45 по линии 0.4.8. Таким образом, способ производства комбикорма с использованием суспензии спирулины и линия для его осуществления позволяет: - получить комбикорм для различных животных, птиц и рыб, обладающий повышенной пищевой и биологической ценностью за счёт ввода суспензии спирулины, являющейся биологически активной добавкой; - внести максимально возможное количество суспензии в комбикорм без снижения его технологических характеристик, вследствие двухстадийного ввода на этапе получения рассыпного и гранулированного комбикорма; - снизить крошимость готовой продукции, так как после гранулирования комбикорма предусмотрена дальнейшая сушка гранул; - получить комбикорм высокого качества за счёт стабилизации технологических параметров промежуточных продуктов процесса; - повысить экологическую безопасность производства вследствие использования контуров рециркуляции по углекислому газу и избытку фугата суспензии.
Динамика показателей качества комбикормов с введённой суспензией спирулины при хранении
При организации кормления свиней учитывается не только необходимость в питательных веществах, но и особенности их пищеварения. Так как возможность переваривания кормов, содержащих высокое количество клетчатки, ограничена. Поэтому при большом содержании клетчатки в рационе ухудшается переваримость корма и увеличивается его расход на появление прироста.
Свиньи особо требовательны к уровню и качеству протеинового питания. Потребность свиней в протеине во многом зависит от его состава, в частности от содержания незаменимых аминокислот. Чаще всего в их рационах не хватает лизина, метионина, а иногда триптофана. Но также необходимы и минеральные вещества, в том числе микроэлементы и витамины [153].
Из витаминов свиньям нужны прежде всего витамины А (или каротин), D2 и витамины комплекса В. Из-за нехватки витаминов снижается продуктивность и наблюдаются заболевания животных.
Витамин А активизирует рост, способствует повышению устойчивости организма против инфекции, при его недостатке животные становятся менее подвижными, у них появляются судороги, у супоросных маток рассасываются плоды, наблюдаются аборты, рождаются мёртвые поросята.
Из минеральных веществ особенно нужен свиньям кальций, фосфор, натрий, калий. Кальций необходим для нормального роста костей. Для покрытия потребности в минеральных веществах и микроэлементах животные должны получать их с кормом. Как недостаток, так и избыток кальция и фосфора может нарушить процессы роста и образования костяка.
Витамины делятся на растворимые в жирах (ретинол, кальциферол и токоферол) и растворимые в воде (группа витаминов В и аскорбиновая кислота).
Нормы потребности свиней в питательных веществах в соответствии с ГОСТ Р 50257-92 «Комбикорма полнорационные для свиней. Общие технические условия» приведены в таблице
В соответствии с нормами содержания питательных веществ для свиней выявлена предельная норма ввода биомассы спирулины в количестве до 1,5 кг биомассы в сутки на 1 голову как для хряков-производителей, так и для супоросных свиноматок. Данное количество позволяет в полной мере обеспечить организм всеми необходимыми незаменимыми аминокислотами, протеином и микроэлементами, не превышая предельных рекомендованных норм [110, 153].
Применение спирулины в качестве кормовой добавки для разных видов животных позволяет повысить их иммунитет, продуктивность, яйценоскость (для кур-несушек) [69, 109, 181]. Большая концентрация аминокислот и жирных кислот в спирулине делает этот продукт особенно привлекательным для птицеводства, но ввиду наличия в биомассе спирулины других микроэлементов необходимо учитывать их влияние при разработке рецептов полнорационных кормов для птицы ранних возрастов. В отличие от птицеводства, в животноводстве определён более широкий спектр применения спирулины вследствие наличия в её составе достаточного количества протеина и витаминов, которое является определяющим при определении количественного ввода биомассы.
Следует отметить и редкую способность спирулины как компонента в составе полнорационного корма для животных и птицы - возможность поглощать необходимые микроэлементы в большем количестве, чем это возможно при нормальных условиях. Для этого создаётся эффект «голодания» водоросли из-за нехватки или полного отсутствия какого-нибудь элемента из питательной среды, и в этот период клетки водоросли начинают поглощать заменяемый элемент в питательном растворе. Например, таким элементом может быть и йод - биомасса спирулины будет насыщена йодом в его легкоперевариваемой форме, и как следствие, можно, добавляя биомассу спирулины, получать йодированный корм.
Использование спирулины в животноводстве и птицеводстве даст возможность получить сбалансированный корм с высокоэффективными биологически активными добавками.
В каждый из перечисленных рецептов добавлялась концентрированная биомасса спирулины в объёме 5 % от общей массы рецепта. Полученные рецепты представлены в Акте о выработке опытной партии комбикормов (приложение X).
По каждому из рецептов была выработана экспериментальная партия комбикорма. В соответствии с показателями качества комбикорма (табл. 23) была протестирована каждая партия. Отбор проб производился по ГОСТ Р ИСО 6497-2011 «Корма для животных. Отбор проб».
