Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы 6
1.1 Проблемы экологического загрязнения сельскохозяйственного сырья 6
1.2 Лечебно - профилактические свойства пектина 9
1.3 Пектиновые вещества - составной компонент растительного сырья 13
1.4 Анализ сырьевой базы комбикормов и перспективы её расширения 16
1.5 Вторичные растительные ресурсы - сырьё для комбикормового производства 22
1.5.1 Отходы переработки тыквы 28
1.5.2 Корзинки и стебли подсолнечника 32
1.6 Способы предварительной обработки пектиносодержащего сырья 35
1.7 Резюме 40
1.8 Цели и задачи исследования 40
2 Методическая часть 42
2.1 Характеристика объектов исследования 42
2.2 Методы исследования качества сырья, используемого для производства комбикормов 44
2.3 Методы исследования химического состава, биохимических свойств, биологической ценности комбикормов 49
2.4 Методы математической обработки результатов исследования 53
3. Экспериментальная часть 54
3.1 Исследование качества зернового сырья, используемого для производства комбикормов 54
3.2 Исследование качества вторичного растительного сырья - отходов переработки плодов тыквы, корзинок и стеблей подсолнечника 56
3.3 Разработка технологии получения кормовой муки из вторичного пектиносодержащего сырья - отходов переработки плодов тыквы, корзинок и стеблей подсолнечника 57
3.4 Разработка оптимальных параметров сушки отходов переработки плодов тыквы, корзинок и стеблей подсолнечника 60
3.5 Исследование химического состава пектиносодержащей кормовой муки 63
3.6 Разработка принципиальной технологической схемы производства комбикормов с использованием пектиносодержащей кормовой муки 65
3.7 Исследование влияния пектиносодержащей кормовой муки на физико-механические свойства комбикормов при хранении 68
3.8 Исследование влияния пектиносодержащей кормовой муки на химический состав комбикормов при хранении 71
3.9 Влияние кормовой муки на биохимические процессы, происходящие в комбикормах при хранении 74
3.10 Влияние пектиносодержащей кормовой муки на микробиологические процессы, происходящие в комбикормах при хранении 87
3.11 Влияние пектиносодержащей кормовой муки на относительную биологическую ценность комбикормов 92
3.12 Математическая обработка результатов исследования. 95
3.13 Экономическая эффективность результатов исследования 102
4. Опытно-производственные испытания. 108
Выводы 110
Список использованной литературы 112
Приложение
- Лечебно - профилактические свойства пектина
- Методы исследования качества сырья, используемого для производства комбикормов
- Исследование качества вторичного растительного сырья - отходов переработки плодов тыквы, корзинок и стеблей подсолнечника
- Исследование влияния пектиносодержащей кормовой муки на физико-механические свойства комбикормов при хранении
Лечебно - профилактические свойства пектина
Пектин - один из самых распространённых полисахаридов растительного происхождения, главным компонентом которого является полигалактуроновая кислота, состоящая из звеньев D-галактуроновой кислоты в пиранозной форме, соединенных связями а - (1 —» 4). Встречается в тканях наземных растений и некоторых водорослей в виде нерастворимого протопектина.
Термином «пектиновые вещества» объединены все формы пектинов, встречающиеся в природе - водорастворимый пектин, пектиновые кислоты, протопектин. Эти вещества определяют как группу комплексных коллоидных производных углеводов растительного происхождения, основным компонентом которых является полигалактуроновая кислота, состоящая из звеньев D-галактуроновой кислоты /119,1.25 Д42/.
Пектиновые вещества содержатся в достаточном количестве в растительном сырье - плодах, овощах, корне- и клубнеплодах, яблочных, тыквенных, цитрусовых выжимках, корзинках подсолнечника и. других вторичных ресурсах /28,37,39,41,41,82/.
Пектины - широко используемые в промышленности природные соединения. В пищевой промышленности их применяют в производстве зефира, мармелада, конфитюров, джемов, колбасных изделий, соков, йогуртов и некоторых других продуктов /14/. В медицине и фармацевтике - в производстве детских гранул, суспензий, гелей, для придания вязкости эмульсиям, связывания ионов тяжелых металлов, лечения ран, выработки питательных сред и т.д. /81,82,119/.
На свойстве пектина образовывать студни основан лечебный эффект. Попадая в желудочно-кишечный тракт, пектин образует гель, разбухшая масса которого обезвоживает пищеварительный тракт и, продвигаясь в кишечнике, захватывает токсичные вещества. Образующаяся при гидролитическом распаде пектина под действием микрофлоры прямой кишки галактуроновая кислота способствует детоксикации вредных веществ /1,26,37/. Пектиновые вещества применяются в медицине как лечебное и профилактическое средство. Они способствуют выведению из организма токсичных и радиоактивных металлов.
Применение природного полисахарида пектина способствует уменьшению величины всасываемости и проникновению через биологические барьеры поступивших радионуклидов вследствие комплексообразования и понижения растворимости ионов /1,7,13,15/.
Радиопротекторные свойства пектина обусловлены наличием в нем свободных карбоксильных групп, связывающих радионуклиды в кишечнике с образованием стойких соединений, которые не всасываются в кровь и выводятся из организма. В связи с этим низкоэтерифицированный пектин обладает более ярко выраженными радиопротекторными свойствами по сравнению с высокоэтерифицированным пектином /9,19,30,45/.
Пектиновая кислота и ее карбоксипроизводные образуют с ионами поливалентных металлов нерастворимые соединения. Благодаря этому свойству токсичные металлы, такие как свинец, легко реагируют с пектином, особенно в водной среде, и могут быть удалены в виде нерастворимого пектината. Пектинаты же калия, натрия и аммония хорошо растворимы в воде /7,121,135/.
Для характеристики пектина как лечебного и профилактического средства установлено понятие комплексообразующей способности, которое выражается количеством миллиграммов свинца, связываемого одним граммом пектина /37,41,113,133,139,141/. Компдексообразующая способность пектина зависит от рН среды. Пектин связывает свинец при рН, равном 1,8-2,0, на 52,8-69,1%, в нейтральной среде - на 91,5-96,7%. Пектин интенсивно связывает ионы токсичных металлов в водной среде с рН, равным 3,3-3,8, образуя нерастворимые соединения. Кислая среда (рН 1,8-2,0), соответствующая реакции желудочного сока, несколько снижает способность пектина связывать свинец и другие металлы. Однако связывание и в кислой среде остается значительным и составляет для свинца от 52,8 до 69,1%, для кобальта - от 16,0 до 25,0%. Среда кишечника (рН 7,1-7,6) создает иные условия для взаимодействия пектина с металлами. В слабощелочной среде пектин обладает особенно высокой реакционной способностью по отношению к металлам /71,74,79,132/.
При взаимодействии одной части кобальта со 100 частями пектина более 89% металла связывается в нерастворимый комплекс. Установлено, что один грамм пектина тыквы связывает от 160 до 420 мг стронция. Пектин благодаря своим природным свойствам связывает значительную часть стронция, уменьшает его связывание в желудочно-кишечном тракте и накопление в костях животных/37,41,46,49,50,126/.
Получены положительные результаты по выведению свинца с калом крыс, получавших его в рационе вместе с пектином /82,113,114,134/. Опыты на животных показали, что ежедневное введение в организм в течение месяца ртути и пектина привели к значительному снижению металла в почках /82,143/.
Изучение эффективности введения животным пектина при интоксикации свинцом, марганцем, ртутью и медью привело к выводу, что применение его полезно с профилактической целью в виде пектиносодержащих продуктов /72,94,95/. Кроме того, данные экспериментальных исследований на животных показывают, что дозы пектинов до 8-10% от суточного рациона не вызывают появления морфологических повреждений в тонкой и толстой кишке и не нарушают процессы нормального развития /82,114/.
Усвоение низкометоксилированного пектина происходит более эффективно, чем высокометоксилированного, так как первый уже активен в желудке, это означает более продолжительный контакт с металлами /119,137/. Установлено также, что пектин, выводя из организма токсичные металлы, радионуклиды, некоторые пестициды, одновременно повышает уровень антиоксидантной системы организма, улучшает состав микрофлоры желудочно-кишечного тракта и носоглотки. Установлено также, что пектин обладает свойством предотвращать распад витамина С /3,113/.
Уровень холестерина в сыворотке крови человека напрямую зависит от содержания его в пище. Пектин снижает холестерин на 17% у наблюдаемых здоровых людей и на 35% у больных с врожденной гйперхолестеролемией /93/. Известно, что в яйце в среднем содержится 200-300 мг холестерина. Исследования показали, что применение пищевых волокон на основе пектинов позволяет снижать содержание холестерина в крови кур, яйцах и яичном порошке в среднем на 15 - 30 % по сравнению с контрольными /26,39,41/.
Способность пектина образовывать пленку и гель используется при лечении язв желудка и кишечника. Так как пектин является буфером, он стабилизирует рН желудочно-кишечной системы. Производительность буфера повышается с уменьшением степени метоксилирования. Пектин обладает ранозаживляющим действием и способствует более быстрому эпителиобразованию /87,100/.
Пектин обладает антисептическими свойствами /9,39,80/. Действуя на бактерии строго индивидуально, он обладает антибактериальной активностью по отношению к не спорообразующим возбудителям пищевых отравлений, дизентерийным бактериям, стафилококкам и несколько слабее к кишечной палочке, подавляет гнилостные процессы, способствует заживлению дефектов в
Методы исследования качества сырья, используемого для производства комбикормов
В процессе исследования комбикормового сырья и комбикормов определяли:Объемную массу и угол естественного откоса тыквенной муки вели в соответствии с ГОСТ 28254-89. Комбикорма, сырье. Методы определения объемной массы и угла естественного откоса/55/.
Сущность метода определения объемной массы заключается в измерении массы свободно засыпанного продукта в единице объема. Применяемое оборудование — литровая пурка с падающим грузом. Сущность метода определения угла естественного откоса заключается в измерении угла между основанием и образующей конуса, сформировавшегося при свободной вертикальной засыпке в емкость частиц сыпучего материала.
Влажность тыквенной муки определяли в соответствии с ГОСТ 13496.3 - 92 (ИСО 6496-83). Комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения влаги. Сущность метода заключается в определении разности между массой навески до и после высушивания и последующем вычисление массовой доли убывшей влаги к массе исследуемого продукта до высушивания, выраженного в процентах /57/.
Крупность тыквенной муки вели в соответствии с ГОСТ 13496.8-72. Комбикорма. Методы определения крупности размола. Сущность методазаключается в просеивании навески комбикорма через сито с отверстиями определенного размера и взвешивании остатка на сите.
Содероісание жира в сырье вели в соответствии с ГОСТ 13496.15-97. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания сырого жира (основной метод). Сущность метода заключается в экстракции сырого жира из продукта растворителем, последующем удалении растворителя, высушивании и взвешивании извлеченного жира. В качестве растворителя используют диэтиловый эфир.
Содержание пектиновых веществ в отходах переработки тыквы и тыквенной муке вели в соответствии с ГОСТ 18-62-72 /55/. Определение производили кальций-пектатным методом. Сущность метода заключается в переведении различных пектиновых веществ в раствор, превращении их в пектиновую кислоту, осаждении последней в виде кальциевой соли и учете ее весовым способом.
Массовую долю пектиновой кислоты X, %, в пересчете на сухие вещества, вычисляют по формуле:
Содероісание протеина в сырье вели в соответствии с ГОСТ Р 51417-99 (ИСО 5983-97). Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Определения массовой доли азота и вычисление массовой доли сырого протеина. Метод Къельдаля. Сущность метода: разрушение органического вещества серной кислотой в присутствии катализатора. Высвобождение продукта реакции щелочью, затем отгонка и титрование выделяющегося аммония. Вычисление содержания азота. Умножение результата на коэффициент 6.25, чтобы получить содержание сырого протеина.
Массовая доля азота в пробе WN, г/кг, вычисляется по формулегде V0 - объем раствора гидроокиси натрия, использованный для титрования при холостом определении, см3;VI - объем раствора гидроокиси натрия, использованный для титрования при анализе пробы, см3;С - концентрация раствора гидроокиси натрия, используемого для титрования, моль/дм3;М - молярная масса азота, г/моль (М = 14 г/моль); m - масса навески, г. Массовая доля сырого протеина Wn, г/кг, определяется по формуле
Влажность тыквенных отходов и отходов подсолнечника определяли всоответствии с ГОСТ 13496.3-92 С.З /57/. Методы определения влагивысушиванием навески до постоянной массы при 103 С и высушиваниемнавески при 80 С и давлении 13 кПа.
Сущность метода заключается в высушивании сырья до постоянной массы при пониженной температуре (для предотвращения разложения веществ в продукте). И в определении разности между массой навески до и после высушивания и последующем вычислении массовой доли убывшей влаги к массе исследуемого продукта до высушивания, выраженного в процентах. Массовая доля влаги W, %, рассчитывается по формулегде ml - масса опытной пробы, г;іп2 - масса бюксы, крышки, песка и стеклянного стержня, г; тЗ - масса бюксы, крышки, песка, стеклянного стержня и высушенной опытной пробы, г.
Содержание золы в сырье вели в соответствии с ГОСТ Р 51418-99 (ИСО 5985-78). Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения массовой доли золы, нерастворимой в соляной кислоте. Сущность метода заключается в расщеплении органических веществ пробы при прокаливании. И в обработке полученного остатка соляной кислотой с последующим фильтрованием, сушкой, прокаливанием и взвешиванием /55/.
Массовая доля золы, нерастворимой в соляной кислоте X, %, вычисляется по формулегде т2 - масса тигля с золой, нерастворимой в соляной кислоте, г; Содержание клетчатки в сырье вели в соответствии с ГОСТ 13496.2-91. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения сырой клетчатки /55/. Сущность метода заключается в окислении, разрушении и растворении различных химических соединений, входящих в состав анализируемого продукта, смесью уксусной и азотной кислот.
При этом клетчатка практически не растворяется, отфильтровывается и взвешивается.Массовая доля клетчатки X, %, рассчитывается по формуле:где ml - масса высушенного фильтра с клетчаткой в бюксе, г; гп2 - масса высушенного пустого фильтра в бюксе, г; m - масса навески, г.
Содерэ/сание токсичных элементов в комбикормовом сырье вели в соответствии с ГОСТ 30692-2000. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Атомно-абсорбционный метод определения содержания меди, свинца, цинка и кадмия /55/.
Из среднего образца выделяли 30-50 г сырья, размалывали на лабораторной мельнице и просеивали через сито диаметром 1 мм.Брали 1 г размолотого сырья, взвешивали в тигле с точностью до 0,0001 г. Предварительную пробу обугливали на электрической плите при температуре 150 -200 С до прекращения выделения дыма.Озоление продукта проводили в муфельной печи при температуре 400-450 С в течение 6 часов. Затем в остывшую золу добавляли по 2 мл азотной
Исследование качества вторичного растительного сырья - отходов переработки плодов тыквы, корзинок и стеблей подсолнечника
При переработке плодов тыквы, уборке подсолнечника получают отходы, которые являются дополнительным резервом кормов для животноводства.
Содержание сухих веществ во вторичном растительном сырье составляет от 5 до 70 %, оно является нестойким при хранении, быстро закисает, сбраживается, подвергается порче. Наиболее распространенным и эффективным способом консервации вторичного растительного сырья является тепловая сушка /82,97/.
В ходе дальнейшего решения задач исследования была разработана принципиальная технологическая схема получения кормовой мугси из вторичного сырья - отходов переработки плодов тыквы, корзинок и стеблей подсолнечника.
Данная схема (рисунок 3.2) предполагает ведение технологического процесса получения кормовой муки из вторичных растительных ресурсов в двух направлениях - при высокой влажности вторичного растительного сырья (отходы переработки плодов тыквы) — предусмотрен предварительный отжим на шнековом прессе 5, с последующей сушкой на барабанной сушилке 8. Далее сырьё поступает в наддробильные бункера 10 и через магнитный сепаратор 4, на дробилку 11, где происходит его измельчение до размера частиц 1 - 1,5 мм и просеивание 12. Остаток на сите 0 3 мм - не более 5 % /37,43/.
При влажности вторичного растительного сырья, не требующего предварительного отжима (корзинки, стебли подсолнечника), оно, при необходимости, может поступать на предварительное измельчение - на жмыхоломач 6 или сразу на сушилку 8. Попадая в наддробильные бункера 10 сырьё, через магнитный сепаратор 4, попадает на дробилку 11, где происходит его измельчение и просеивание. Полученная кормовая мука может храниться в кнтейнерах, бункерах или 4-х слойных кравт- мешках/51,52/.
С целью изучения и выбора оптимальных параметров сушки исследуемого сырья, проводили сушку отходов переработки плодов тыквы и отходов подсолнечника при различных температурных параметрах: 85, 100 и 120 С до конечной влажности W=10,0±l %.
Отходы переработки плодов тыквы предварительно подвергали отжиму на шнековом прессе. Анализ результатов исследований показал, что при выборе для тепловой сушки Т=120 С начинался процесс обугливания отходов тыквы. Дальнейший процесс сушки сырья вели при температурах 85 и 100 С.
Оптимальной была выбрана Т=85 С, что согласуется с правилами «Ведения технологического процесса подготовки сырья для получения пектина», предусматривающие мягкий температурный режим сушки сырья (85 - 87 С).
Более высокая температура ухудшает показатели качества сырья, способствует разрушению пектиновых веществ, в сырье появляются продукты углеводного распада /28,37/.Кинетика процесса сушки показана линиями тренда, рассчитанными на основе логарифмической регрессии (рисунки 3.3, 3.4 и 3.5).
Сушку вторичного сырья вели при Т=85 С. Отходы переработки плодов тыквы сушили в течение 30 - 35 минут; корзинки подсолнечника 14 - 16 минут; стебли подсолнечника 12 - 14 минут.
Представляло научный интерес исследование приращения содержания влаги в тыквенной кормовой муке с различной начальной влажностью при хранении. Результаты исследования представлены на рисунке 3.6.
Анализ результатов исследования показывает, что чем меньше начальная влажность кормовой муки, тем более интенсивно она поглощает влагу из окружающей среды. На 3 - 4 сутки все образцы достигали W = 10,5 - 10,8 %.
Прирост влажности кормовой муки через месяц хранения не превышал 0,5 %, что подтверждает правильность выбора параметров сушки исследуемых отходов.
При высушивании тыквенной кормовой муки до влажности 5, 6 и 7 % наблюдается чрезмерное распыление продукта, что является крайне нежелательным /37,67,70,72/.
Исследовали химический состав кормовой муки, получаемой из отходов переработки плодов тыквы, корзинок и стеблей подсолнечника.
Исследования проводили в технохимической лаборатории кафедры Пищевой инженерии и высоких технологий.В кормовой муке определяли влажность, содержание протеина, жира, клетчатки, золы и пектиновых веществ.
Анализ полученных данных (таблица 3.5) показывает, что тыквенная мука содержит значительное количество сырого протеина, минеральных веществ, относительно небольшое количество клетчатки, пектиновых веществ -до 9 %; она также имеет приятный запах и цвет, свойственный тыкве, представляет собой однородную массу желтовато-бежевого цвета. Таблица 3.5 - Химический состав полученной кормовой муки, %
Исследование влияния пектиносодержащей кормовой муки на физико-механические свойства комбикормов при хранении
Комбикорма являются сложными объектами при хранении. Разрушительные процессы обусловлены течением в комбикормах целого спектра химических и биохимических процессов, инициируемых собственными
ферментами компонентов комбикормов и ферментами присутствующих на них микроорганизмов /48,106/. Поэтому представляли научный интерес исследования изменения химического состава разработанных комбикормов при хранении.Анализ изменения химического состава комбикорма КК 63-1, полученного с использованием тыквенной кормовой муки, при хранении (таблица 3.12) показал, что количественное содержание основных питательных веществ в комбикорме практически не изменилось. Тыквенная кормовая мука не оказывает отрицательного действия на химический состав комбикорма при хранении. Аналогичные результаты были получены при использовании Косвенным показателем качества комбикормов является степень активности окислительно-восстановительных ферментов.
Исследовали влияние пектиносодержащей кормовой муки на активность окислительно-восстановительных ферментов в опытных комбикормах.
Как видно из приведённых данных (рисунки 3.8 и 3.9), при использовании тыквенной кормовой муки, наибольшая активность окислительно-восстановительных ферментов наблюдалась в контрольном рецепте и в опытном рецепте 1, при использовании тыквенной кормовой муки в количестве 3 %.
В опытных рецептах 2 и 3, при использовании тыквенной кормовой муки в количестве 5 и 7 %, окислительно-восстановительные процессы при хранении хотя и продолжались, но активность ферментов - пероксидазы и каталазы -возрастала с увеличением срока хранения в меньшей степени.
Активность пероксидазы в контрольном рецепте комбикорма КК 63-1 за 60 сут хранения была на 15 %, а каталазы - на 20 % выше, чем в опытном рецепте комбикорма КК 63-1 с использованием тыквенной кормовой муки в количестве 7 %.Аналогичную закономерность наблюдали при исследовании влияния на активность окислительно-восстановительных ферментов комбикорма КК-63-1, муки, получаемой из корзинок и стеблей подсолнечника (таблицы 3.15 - 3.18).
Данные по изменению кислотного и перекисного числа жира в комбикорме КК 63-1 представлены на рисунках 3.10-3.15.На рисунках показаны аппроксимированные функции отражающие течение процесса. молодняка КРС с мукой, получаемой из стеблей подсолнечника при храненииС увеличением количества используемой пектиносодержащей кормовой муки в кмбикормах гидролитические и окислительно-восстановительные процессы в них протекают значительно медленнее, чем в контрольном образце, в котором кислотное число жира под действием липазы за 60 сут хранения возросло в 4 раза, а перекисное число под действием липоксигеыазы - в 3 раза.
Снижение активности гидролитических и окислительно-восстановительных процессов объясняется выраженными бактерицидными и фунгицидными свойствами пектиновых веществ, а также водоудерживающей способностью /37,113,121,139/. Вследствие этого не создаётся благоприятных условий - повышение влажности и температуры комбикормов для активности окислительно-восстановительных и гидролитических ферментов в опытных рецептах комбикормов.Комбикорма являются сложными объектами хранения ввиду содержания в них ряда органических компонентов - зерна злаковых культур, жмыхов, шротов, получаемых при переработке масличных семян, рыбной, мясокостной муки, продуктов переработки зерна и других, легко подвергающихся при хранении разрушительным процессам /106/.
Использование при производстве комбикормов зерна пониженного технологического качества, а также зерновой мучки, жмыхов, шротов, клеточная структура которых нарушена при предшествующих технологических операциях, обуславливает активное течение в этих компонентах комбикормов целого спектра химических и биохимических реакций, инициируемых собственными ферментами комбикормов и, особенно, ферментами присутствующих на них микроорганизмов.
