Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вовлечения вторичных пищевых ресурсов в производство комбикормов 16
1.1. Характеристика сырья с повышенной влажностью 28
1.1.1. Спиртовая барда 29
1.1.2. Отходы пивоварения 38
1.2. Использование влажных и жидких отходов пищевых производств в рационах сельскохозяйственных животных и птицы. 46
1.2.1. Спиртовая барда 46
1.2.2. Отходы пивоварения 49
1.3. Процесс сушки высоковлажных материалов 68
1.3.1. Техника сушки 68
1.3.2. Формы связи влаги с сухим веществом 74
1.3.3. Кинетика сушки 79
1.3.4. Контактный влагообмен при смешивании сухих и влажных компонентов кормопродукта из отходов пищевых производств 81
1.3.5. Сушка растворов в кипящем слое 83
1.4. Методы повышения питательной ценности кормов 88
1.4.1. Роль ферментов в повышении усвоения питательных 89
веществ сельскохозяйственными животными и птицей
1.4.2. Современные ферментные препараты 92
1.5. Цели и задачи исследования 97
2. Методики исследования 100
2.1. Характеристика объекта и методов исследования 100
2.2. Факторы, влияющие на процессы и критерии оценки 101
2.3. Методы исследования процесса сушки 102
2.3.1. Методика исследования конвективной сушки 102
2.3.2. Методика исследования кондуктивной сушки 106
2.4. Методика исследования химического состава, технологических свойств кормопродуктов и комбикормов 109
2.5. Методика исследования реологических свойств 110
2.6. Методика обработки зерна, кормопродукта ферментным препаратом 110
2.7. Методика определения массовой доли Сахаров 111
2.8. Методика условной крахмалистости 113
2.9. Методика расчета рецептов комбикормов 113
2.10. Физиологические и микологические методы исследования 114
3. Разработка технологий кормопродуктов из вторичного сырья пищевых производств 123
3.1. Разработка технологии производства кормопродукта из спиртовой барды 123
3.1.1. Предварительная биообработка зерна пшеницы, предназначенного для производства спирта 132
3.1.2. Углеводный состав фракции зерна пшеницы, прошедшего биообработку 142
3.1.3. Фракционирование спиртовой барды 145
3.1.4. Смешивание дробины спиртовой барды с зерновыми оболочками 147
3.1.5. Сушка кормопродукта из спиртовой барды 153
3.1.6. Характеристика кормопродуктов из спиртовой барды 153
3.1.7. Технология биообработки сырой барды для повышения ее питательной ценности 160
3.2. Исследование технологических свойств кормопродукта из спиртовой барды 164
3.2.1. Реологические свойства гранулированных комбикормов с использованием кормопродукта 164
3.2.2. Кормопродукт из спиртовой барды как связующее вещество в гранулированных комбикормах для рыб 170
3.2.3. Кормовой концентрат на основе кормопродукта 172
3.2.4. Обоснование допустимых сроков хранения кормопродукта и кормового концентрата 176
3.2.5. Обоснование режимов биообработки кормопродукта из спиртовой барды 180
3.3. Разработка технологии высокопитательной кормовой добавки из отходов пивоварения 181
3.3.1. Химический состав отходов пивоварения 181
3.3.2. Питательность отходов пивоварения 184
3.3.3. Определение оптимального состава кормовой добавки, полученной из отходов пивоварения 190
3.3.4. Переваримость кормовой добавки 194
3.3.5. Физические свойства отходов пивоварения и новой кормовой добавки 198
3.3.6. Обоснование режимов биообработки кормовой добавки из отходов пивоварения 199
4. Разработка технологии сушки кормопродуктов 201
4.1. Экспериментальные исследования сушки кормопродуктов из вторичного сырья спиртопроизводства 201
4.1.1. Кормопродукт из спиртовой барды как объект сушки 201
4.1.2. Сушка спиртовой барды в кипящем слое 203
4.1.3. Кинетика конвективной сушки кормопродуктов из спиртовой барды 208
4.1.4. Кинетика кондуктивной сушки кормопродуктов из спиртовой барды 216
4.1.5. Расчет коэффициентов массопереноса в процессе сушки 224
4.2. Экспериментальные исследования сушки кормовой добавки из вторичного сырья пивоварения 231
4.2.1. Кормовая добавка из отходов пивоварения как объект сушки 231
4.2.2. Кинетика конвективной сушки отходов пивоварения и кормовой добавки 233
4.3. Обоснование режимов сушки 246
4.3.1. Режим процесса сушки в кипящем слое кормопродукта из спиртовой барды 247
4.3.2. Режим конвективной сушки кормопродукта из спиртовой барды 247
4.3.3. Режим кондуктивной сушки кормопродукта из спиртовой барды 249
4.3.4. Выбор рационального метода и оптимизация режимов сушки кормопродукта из спиртовой барды 251
4.3.5. Режим конвективной сушки кормовой добавки из отходов пивоварения 252
5. Реализация научно-технических разработок 256
5.1. Испытание барабанной сушилки 256
5.2. Испытание вальцовой сушилки 258
5.3. Испытание линии производства кормопродукта 259
5.4. Испытание линии производства кормовой добавки из отходов пивоварения 266
5.5. Разработка технологических линий производства кормопродукта из влажных вторичных пищевых ресурсов 267
6. Зоотехническая эффективность использования кормопродуктов из вторичного сырья в комбикормах 280
6.1. Эффективность использования кормопродукта из спиртовой барды 280
6.1.1 Изучение физиологических аспектов применения кормопродукта в кормлении сельскохозяйственных животных и птицы 280
6.1.2. Рецепты и показатели питательности комбикормов на основе кормопродукта 282
6.1.3. Зоотехническая оценка комбикормов на основе кормопродукта из отходов спиртового производства 287
6.2. Эффективность использования кормовой добавки из вторичного сырья пивоварения 290
6.2.1. Рецепты и показатели питательности комбикормов с использованием кормовой добавки из отходов пивоварения 290
6.2.2. Зоотехнические исследования по откорму животных с использованием кормовой добавки 296
6.2.3. Результаты балансового опыта 299
7. Расчет экономической эффективности производства кормопродуктов из влажных вторичных пищевых ресурсов 302
8. Заключение и основные выводы 311
Литература 314
Приложения 343
- Использование влажных и жидких отходов пищевых производств в рационах сельскохозяйственных животных и птицы.
- Методика исследования химического состава, технологических свойств кормопродуктов и комбикормов
- Исследование технологических свойств кормопродукта из спиртовой барды
- Кинетика конвективной сушки отходов пивоварения и кормовой добавки
Введение к работе
Обеспечение населения страны животноводческой продукцией зависит от имеющейся кормовой базы.
Готовые комбикорма, состоящие из разных видов сырья, балансируются по содержанию питательных веществ в соответствии с физиологическими и возрастными особенностями животных и птицы. Несбалансированность рационов по важнейшим показателям - протеину и энергии снижает генетический потенциал животных, приводит к перерасходу кормов.
В структуре кормового баланса в России 50...80 % занимает зерно тогда, как в зарубежных кормах содержание зернового сырья находится в пределах 30 %. В связи со снижением в последние годы объемов, ассортимента, качества и повышением цен на высокобелковые виды сырья, в комбикормовой промышленности возникли проблемы по производству полноценных, сбалансированных по питательным веществам, а особенно по белку, комбикормов, что вызвало сокращение их производства и уменьшение поголовья скота.
Для решения проблемы, стоящей перед комбикормовой промышленностью, необходимо осуществлять поиск новых источников сырья, создавать разнообразные кормовые добавки на их основе и тем самым расширять сырьевую базу и повышать качество комбикормовой продукции.
Источниками сырья могут являться вторичное сырье, ежегодно составляющее в России около 3,0 млрд. т, значительная его доля образуется при переработке сельхозсырья в пищевой и перерабатывающей промышленности.
Пищевая промышленность, использующая для получения продукции сырье растительного и животного происхождения, является достаточно материалоемкой отраслью, а, следовательно, и источником образования значительного количества отходов.
Пищевая промышленность традиционно ориентирована на производство из сырья одного основного продукта, выход которого составляет 15-30 % от массы перерабатываемого сырья. Остальная часть, которая содержит значительное количество ценных и полезных веществ и в данном производственном процессе не используется, переходит в так называемые отходы производства, определенная доля которых может быть применена для производства кормовых смесей и комбикормов. Отходы пищевых предприятий можно разделить на следующие группы: возвратные -это та группа, которая возвращается в основное производство; неиспользуемая группа - это отходы производства, для которых на современном уровне развития науки и техники пока не установлена возможность и целесообразность непосредственного использования; используемая группа - это отходы, которые могут быть реализованы в качестве сырья или добавок к нему при производстве нового продукта (например, корма).
Используемая группа отходов, содержащая растительные и животные белки, клетчатку, пищевые волокна, а так же биологически активные вещества частично нашли применение в производстве комбикормов, к ним относят мясокостную муку, шроты, жмыхи, отруби и т.д. Однако, имеются большие резервы этих отходов на пищевых предприятиях, которые до сих пор невостребованны в силу их физического состояния (высокая влажность) или низкой питательности.
В результате недостаточного и нерационального использования отходов теряется более 2 млн. т кормовых единиц, 50 тыс. т растительного белка и т.д.
Комплексное использование, глубокая переработка, полное извлечение из вторичных сырьевых ресурсов ценных компонентов с применением прогрессивных экологически безопасных технологий позволяет расширить кормовую базу комбикормовой промышленности.
В рыночных условиях в связи с увеличением экономической самостоятельности предприятий и разрывом хозяйственных связей нарушились потоки информации о сырье, продуктах и отходах. Повышение эффективности использования вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) возможно только при наличии полной и достоверной информации о них - о номенклатуре, классификации, наличии ресурсов вторичного сырья, качественных и количественных показателях, эффективных методах утилизации на основе передовых ресурсосберегающих технологий, разработанных в нашей стране и за рубежом, снижающих антропогенную нагрузку на окружающую среду и позволяющих успешно решать острые экологические проблемы.
В связи с этими задачами целью исследований в области техники и технологии явилось создание резервов за счет использования вторичного сырья пищевой, кормовой и другой продукции, не уступающей по качеству продукции из первичного сырья, экономии первичного сырья за счет применения вторичного, создание новых видов продукции.
В данной работе рассматривались новые кормопродукты, созданные на основе отходов спиртового производства и пивоварения в составе комбикормов с целью замены зерновых и высокобелковых видов сырья.
Актуальность темы.
В структуре кормового баланса России 60...80 % занимает зерно, остальную часть рациона животных и птицы составляют высокобелковые и минеральные виды сырья.
Произошедшее за последние 15 лет снижение производства высокобелкового вторичного сырья (шротов, жмыхов, рыбной, мясной муки и т.д.), значительное повышение цен на него привело к снижению производства, качества и к росту цен на комбикорма.
Несбалансированность рационов по важнейшим показателям -протеину и энергии - вызвало увеличение расхода кормов при откорме животных, снижение их генетического потенциала.
При этом произошедшее удорожание комбикормов превысило рост цен на животноводческую продукцию, что привело к снижению рентабельности животноводства и сокращению поголовья скота и птицы.
В связи с этим актуальной задачей является вовлечение невостребованных пищевых ресурсов в производство комбикормов, создание новых видов продукции, не уступающей по качеству продукции из первичного сырья, экономия первичного сырья за счет применения вторичного.
В России в результате недостаточного и нерационального использования вторичного сырья пищевой промышленности теряется в год более 2 млн т кормовых единиц, 50 тыс. т растительного белка.
Проблемой утилизации вторичных пищевых ресурсов занимаются отечественные и зарубежные исследователи. Однако в научно-технической и патентной литературе отсутствуют научно обоснованные подходы к разработке комплексных ресурсосберегающих технологий переработки отходов, позволяющих получать высокопитательные, повышенной усвояемости кормовые добавки. В частности, недостаточны сведения о комплексной переработке спиртовой барды и пивной дробины, солодовых ростков, пивных дрожжей. Отсутствуют сведения по повышению питательности и усвояемости труднопереваримых веществ кормопродуктов из вторичного сырья, а также нет сведений по интенсификации сушки влажного вторичного сырья пищевых производств, пригодного для кормопроизводства.
Представленная работа направлена на разработку научно обоснованных решений, необходимых для реализации технологий производства кормопродуктов из вторичных пищевых ресурсов с использованием отходов спиртовой промышленности и пивоварения.
Актуальность данного направления исследований подтверждается тем, что они проводились в рамках федеральной научно-технической программы Министерства науки и технологии РФ «Исследования и разработки по
10 приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского направления», программы Министерства образования и науки РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» и по заказу Министерства сельского хозяйства РФ и НИПТИ «Агропромпрогресс».
Цели и задачи исследования
Целью исследований является расширение кормовой базы комбикормового производства путем вовлечения вторичного сырья пищевых производств.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
Создать кормопродукты из вторичного сырья спиртовых и пивоваренных производств и изучить их химический состав, биохимические, технологические, физические свойства.
Обосновать способы повышения питательности и усвояемости труднопереваримых веществ кормопродуктов из вторичного сырья.
Изучить влияние ввода кормопродукта из спиртовой барды на реологические и связующие свойства комбикормов.
Определить рациональные режимные параметры достижения однородности при смешивании влажных и сухих компонентов комбикормов.
Определить допустимые сроки хранения кормопродуктов из вторичного сырья.
Теоретически обосновать и разработать рациональные методы интенсификации сушки влажного вторичного сырья пищевых производств, пригодного для кормопроизводства.
Разработать научнообоснованные технологические схемы производства кормопродуктов из вторичного сырья.
Апробировать технологию производства кормовой добавки на опытно-промышленной линии.
Разработать нормативно-техническую документацию, изготовить и испытать в производственных условиях технологию производства кормопродукта из влажного вторичного сырья.
Провести зоотехническую оценку кормопродуктов и готовых комбикормов.
Научная концепция
В основу процесса производства кормопродуктов положен системный подход к решению органически связанных задач от исследования физических, технологических и биохимических свойств обрабатываемых объектов, методов и средств интенсификации процессов до разработки и внедрения технологии производства кормопродуктов.
Научная новизна результатов исследований:
Научно обоснованы технологии комплексной биотехнологической и термической переработки вторичного сырья спиртового и пивоваренного производств в высокопитательные кормопродукты.
Выявлены закономерности позитивных изменений биохимических, технологических и реологических свойств вторичного сырья, применяемого для производства кормопродуктов, под воздействием ферментного препарата целлюлозолитического действия.
Научно обоснована возможность целенаправленного и позитивного изменения биохимических, технологических, реологических свойств путем применения биотехнологической обработки кормопродуктов.
Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено влияние биотехнологической обработки кормопродуктов на интенсивность обезвоживания.
Развиты представления о кинетике процессов интенсификации сушки кормопродуктов при конвективном и кондуктивном энергоподводе.
Установлена эффективность контактного влагообмена влажных и сухих компонентов кормопродуктов на процесс сушки.
Установлены факторы, влияющие на повышение усвоения питательных веществ кормопродуктов.
Выявлены закономерности изменений питательности и усвояемости кормопродуков от их биотехнологической обработки.
Определены химический состав, физические, технологические свойства кормопродуктов на основе вторичного сырья пищевых производств.
Практическая ценность
Разработаны комплексные ресурсосберегающие технологии производства кормопродуктов, позволяющие расширить кормовую базу комбикормовой промышленности путем утилизации отходов спиртового производства - жидкой зерновой барды; пивзаводов - пивной дробины, солодовых ростков и пивных дрожжей.
Обоснованы оптимальные режимные параметры предварительной биотехнологической обработки ферментным препаратом Целловиридином ГЗх активностью 500±50 ед/г.
Рекомендовано осуществлять фракционирование спиртовой барды на грубый фильтрат и дробину с последующей биотехнологической обработкой дробины, сгущением грубого фильтрата, его смешиванием с сухой дробиной и дальнейшей сушкой.
Рекомендовано осуществлять предварительное смешивание пивной дробины, солодовых ростков и пивных дрожжей в соотношении 50:45:5 с последующей биотехнологической обработкой и сушкой.
Обоснованы методы и оптимальные режимные параметры конвективного и кондуктивного методов сушки кормопродукта из зерновой барды и кормовой добавки из отходов пивоварения.
Рекомендовано осуществлять сушку кормопродукта из зерновой барды на вальцовых сушилках, кормовой добавки из отходов пивоварения в барабанной сушилке.
Разработаны технологии (проекты ТУ и технологический регламент) получения кормопродукта из зерновой барды, кормовой добавки из отходов пивоварения.
Проведены испытания опытно-экспериментального участка по производству кормовой добавки из отходов пивоварения и технологической линии по производству кормопродукта из зерновой барды.
Проведена зоотехническая оценка использования кормопродукта из зерновой барды и кормовой добавки из отходов пивоварения.
Получены а. с. № 1803020 «Способ получения сыпучего жирового концентрата», № 1768093 «Способ производства гранулированного корма для рыб», патенты РФ на изобретение № 2218810 «Способ получения корма для сельскохозяйственных животных и птицы», № 2163452 «Способ производства кормопродукта из отхода спиртового производства», № 2190495 «Способ получения кормовой добавки», № 2251300 «Способ получения корма для сельскохозяйственных животных и птицы».
Реализация результатов исследований
Практическая ценность работы подтверждается актами производственной проверки, а также актами научно-хозяйственных и производственных опытов на животных (овцах и птице).
Апробация работы
Основные положения и результаты работы были доложены, обсуждены на научно-технической конференции «Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок. Использование вторичного сырья пищевых ресурсов», КПИ, г. Киев, 1991 г.; на международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию МГАПП, Москва, 1996 г.; на Международной научно-технической конференции «Приоритеты технологии в пищевой промышленности», Москва, МГАПП, 1998 г.; на Международной научно-практической конференции «Индустрия продуктов здорового питания -
14 третье тысячелетие», Москва, МГАПП, 1999 г.; на Международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии третьему тысячелетию», г. Краснодар, КГУПБП, 1999 г.; на Международной юбилейной научно-технической конференции, посвященной 70-летию МГУПП, Москва, МГУПП, 2000 г.; на юбилейной научной конференции, посвященной 80-летию специальности «Технология хранения и переработка зерна», Москва, МГУПП, 2002 г.; на Всероссийской научно-технической конференции -выставке с Международным участием «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания», Москва, МГУПП, 2002 г.; на Всероссийской научно-технической конференции-выставке с Международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации», Москва, МГУПП, 2003 г.; на Всероссийской научно-практической конференции - выставке «ПродУрал -2003», г. Уфа, БСХУ, 2003 г.; на второй Международной конференции «Управление технологическими свойствами зерна», Москва, МГУПП, 2005 г.; на Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию МГУПП, Москва, МГУПП, 2005 г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 51 научные работы, в том числе монография, получено 2 авторских свидетельства СССР, 4 патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы
Диссертация включает: введение, семь глав, заключение и общие выводы, библиографический список литературы, состоящий из 325 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 313 с, содержит 50 рисунков, 68 таблицы, 33 приложений.
Научные положения, выносимые на защиту:
Теоретические основы целенаправленного изменения биохимических, технологических, реологических свойств кормопродуктов путем применения предварительной биотехнологической обработки.
Теоретические основы интенсификации процесса сушки влажных кормопродуктов, прошедших биотехнологическую обработку.
Основные закономерности кинетики сушки при конвективном и кондуктивном энергоподводе.
Основные закономерности изменения питательности и усвояемости кормопродуктов от их биотехнологической обработки.
Использование влажных и жидких отходов пищевых производств в рационах сельскохозяйственных животных и птицы.
Химический состав, а следовательно и кормовая ценность жидкой спиртовой барды зависят от исходного сырья, служащего источником для изготовления спирта и технологии производства. В барду переходит ряд питательных веществ, присущих исходному продукту, однако их количественное соотношение значительно различается. В барде больше, чем и в исходном сырье, белковых веществ, содержание которых увеличивается за счет жизнедеятельности дрожжей, а углеводов значительно меньше, так как при перегонке на спирт максимально извлекаются крахмал и сахар. Жиры не подвергаются значительным изменениям в процессе переработки, а минеральные вещества полностью переходят в барду (Драганов И.Ф., 1986) [48].
Анализ способов утилизации жидкой барды выявил, что в настоящее время нет разработанного метода рационального ее использования. Обзор отечественной и зарубежной литературы показал, что данная проблема может быть разрешима посредством сушки. Однако, имеющиеся в литературе сведения по вопросу получения барды в сухом виде поверхностны и недостаточны для широкого распространения на отечественных спиртовых предприятиях.
Ряд работ был посвящен изучению возможности скармливания ее в рационах птиц [12,48,56], установлено, что включение этого компонента в обычные рационы цыплят оказывает положительное влияние на их рост.
Fandauf R. (1955 г.), Dixon Т., (1970 г.) отметили на цыплятах породы плимутрок, нью-гемпшир и помесях этих пород положительное влияние скармливания различных видов ацетоно-бутиловой барды при клеточном выращивании.
Все больший интерес к использованию сухой барды в рационах начинает проявляться в 50-е годы с развитием бройлерной промышленности. Данные ряда зарубежных авторов показывают, что в последующие годы сухая спиртовая барды начинает использоваться в рационах других видов и разных возрастных групп птиц (Askbrant S., 1986; Bossard Е.Н., 1981; Manfredini М., 1980).
Анализ использования сухой спиртовой барды в описанных выше рационах показал, что она является источником факторов роста и повышения инкубационных качеств яиц. В последние годы во многих странах проводятся исследования по изучению питательной ценности и норм скармливания животным сухой барды. Результаты опытов, проведенных в США, Франции, Норвегии, Дании и других странах, показали, что высушенная барда может заменить 25-30 % сухого вещества рациона, являясь хорошим источником протеина и фосфора (HervanthL., 1988; Newton G.L., 1987; SawadegeL., 1989).
Результаты опытов, проведенного на 24 коровах в начальный период лактации, показали, скармливание высушенной барды увеличило среднесуточные удои молока, отношение ацетата к протеинату в жидкости рубца, концентрацию метионина, лейцина, тирозина, фенил-аланина и пролина в крови (Miles М, 1987).
Рядом исследователей отмечено, что сухую барду можно включать в состав рационов бычков и телок при откормке в качестве источника протеина и энергии вместо соевого шрота и кукурузы [35,36,37,48,51,52,70].
Проведенные в университете штата Небраска (США) исследования по определению питательной ценности протеина сухой барды для жвачных животных показали, что все исследуемые рационы, содержащие барду, привели к большему среднесуточному приросту, чем рационы с соевым шротом или мочевиной. Протеин сухой барды был в два раза ценнее протеина соевого шрота, а стоимость единицы протеина ее значительно ниже (ShelfordJ.A., 1986). Анализ исследований, проведенных в Югославии по использованию сухой барды в качестве замены части соевого шрота и кукурузы в рационе свиней, показал, что добавление сухой барды в откормочные смеси привело к получению одинакового прироста живой массы, лучшему использованию корма и снижению затрат кормов (Nuskern М., 1982).
Обобщение результатов опытов, проведенных институтом птицеводства (Югославия), показало, что продуктивность, достигнутая в опытных группах цыплят-бройлеров и кур-несушек, при скармливании кормосмеси с сухой бардой была выше или такой же как и в контроле. Это указывает на возможность замены сухой бардой части (25-30% по сухому веществу) кукурузы и соевого шрота при кормлении птицы (Manfredini М., 1983).
Как видно из проведенного обзора литературы, в мире широко изучено влияние барды на продуктивность и качество продукции сельскохозяйственных животных и птицы. Однако эти сведения ограничиваются лишь результатами по применению спиртовой барды, не раскрывая сущности получения сухой барды как компонента комбикормов. В связи с этим задача получения сухой барды является актуальной и имеет большое практическое и научное значение. Зерновые отходы, образующиеся после переработки ячменя, обычно применяются на корм скоту. Та его часть, которая удовлетворяет требованиям на фуражный ячмень, сдается в обмен на пивоваренный ячмень [43].
В некоторых случаях зерновые отходы подвергаются гидролизу в специальных реакторах и в виде препаратов, содержащих моносахариды и дисахариды, эффективно используют на корм скоту и птице [84].
Зерновые отходы, которые не могут быть использованы для кормовых целей из-за содержания в нем ядовитых сорняков и испорченных зерен, уничтожаются после определения его качества заводской лабораторией, а также заключения ветеринарного надзора о непригодности этих отходов для кормления животных [82].
Методика исследования химического состава, технологических свойств кормопродуктов и комбикормов
Химический состав и технологические свойства продуктов в образцах определяли по стандартным методикам: влажность по ГОСТ 13496.3-92, «сырой» протеин - по ГОСТ 13496.4-93, «сырой» жир - по ГОСТ 13496.15-97, «сырую клетчатку» - по ГОСТ 26226-95, кальций - по ГОСТ 26570-95, фосфор - по ГОСТ 26657-97, содержание крахмала - по ГОСТ 10845-98, определение содержания поваренной соли по ГОСТ 13496.1-89. Крупность комбикорма и крупки определяли методом ситового анализа по ГОСТ 13496.8-72. Определение общей кислотности проводили по ГОСТ 13496.12-98, кислотное число жира по ГОСТ 13496.15-85, крошимость по ГОСТ 28497-90. Определение аминокислотного состава проводили на автоматическом анализаторе «Хромоспект» на основании оптических плотностей или типов отдельных аминокислот в пробах и стандартном растворе. [21,140] Метод определения витаминов в кормах заключается в хроматографическом разделении нанесенного образца , предварительно очищенного от белков, на тонком слое силикагеля с дальнейшем проявлении в ультрафиолетовом свете и количественном спектрофотометрировании. [21] Минеральный состав спиртовой барды определяли на спектрофотометре типа АА-1 (Германия). [140] Содержание кормовых единиц и обменной энергии сырья и готовой продукции определяли расчетным путем на основе полученных результатов. [140] Исследования реологических свойств осуществлялось на лабораторной установке, предназначенной для определения прочностных характеристик продуктов, характеризуемых величиной разрушающего усилия. В состав установки входят пресс, приводной механизм, датчики измерения усилия сжатия и деформации.
Сигналы, поступающие с датчиков измерения усилия сжатия усиливались с помощью усилителя ТУ-6М и зависимость считывалась, строилась с монитора ЭВМ. Для проведения анализа готовили раствор дистилированной воды и ацетатного буфера рН - 4,7...7,0, оптимального для действия фермента. Объем раствора ферментного препарата рассчитывали исходя из начальной влажности зерна и конечной, варьируемой от 18 до 20 %. Увлажненные образцы выдерживали при 20 и 50 С в течение от0,5 до 3,0 часов, параллельно ставили контрольные образцы. После обработки зерновую массу подсушивали в сушилке воздухом при температуре 55...60 С до исходной влажности. Определение Сахаров проводят по методу Шомодьи - Нельсона /147/. Этот метод основан на определении редуцированных веществ, веществ исследуемого материала, количество которого определяют колориметрическим методом, реактивом Шомодьи - Нельсона. Интенсивность окраски образовавшегося соединения пропорциональна содержанию редуцирующих углеводов, образовавшихся при расщеплении клетчатки ферментом Целловиридином ГЗх. По величинам оптических плотностей устанавливают количество редуцирующих углеводов с помощью калибровочной кривой. Первоначально производят мягкий гидролиз продукта кислотой. При этом 5 г навески помещают в мерную колбу на 200 мл через воронку, добавляют 100 мл 0.4 % раствора серной кислоты и доливают колбу дистиллированной водой до отметки. Смесь прогревают на бурнокипящей водяной бане в течении 15 минут. Затем фильтруют. В фильтрате определяют редуцирующие вещества по Шомодьи - Нельсону.
Исследование технологических свойств кормопродукта из спиртовой барды
Реологические свойства увязаны со структурными особенностями материала и его реакцией на механические воздействия
Прочность является одним из главных показателей, характеризующим структурно-механические свойства материала. Показатель прочности представляет собой способность материала противостоять разрушению под действием приложенных усилий, его оценивают величиной разрушающего усилия или напряжения сжатия (предел прочности).
Использование кормопродукта из отхода спиртового производства в производстве гранулированных комбикормов предопределяет необходимость проведения исследований влияния его ввода на прочностные характеристики готовой продукции. При оценке реологических свойств гранул комбикорма, большое значение имеет знание их максимального напряжения сжатия. [21] Это свойство определяет с одной стороны процесс их сохранности при транспортировке и хранении, а с другой - физиологические процессы: пережевывание корма, доступность питательных веществ корма желудочному соку и ферментативному гидролизу в организме животного.
Таким образом, гранулы должны быть прочными, чтобы не разрушались под воздействием механического перемещения, сил давления массы столба продукта в емкостях при хранении и т.д., но при этом их прочность не должна вызывать травмы желудочно-кишечного тракта, препятствовать измельчению в ротовой полости и усвоению питательных веществ корма организмом животного. Изучая влияние усилия сжатия на деформацию гранул, можно оценить их прочность [21].
При оценке какого-либо показателя, характеризующего свойство материала, необходимо руководствоваться знаниями по предельно-допустимым значениям этой величины. Однако, для гранулированных комбикормов критерий оценки прочности затруднен, так как в нормативно-технической документации нет сведений по предельно-допустимым значениям напряжения сжатия. Поэтому, для сравнения были выбраны показатели структурно-механических свойств зерна и ядра различных зерновых культур.
Известно, что усвоение питательных веществ целого зерна животными и птицей затруднено и оно улучшается в результате его измельчения, что повышает поверхность соприкосновения желудочного сока с частицами зерна. Кроме того, целое зерно в процессе пережевывания может быть не измельчено в силу ряда обстоятельств, таких как отсутствие в ротовой полости птицы зубов, возрастных особенностей молодняка, а также большой прочности зерна, которая не позволяет животным полностью разжевывать зерно и т.д.
Таким образом, за критерий оценки прочности гранул комбикорма можно взять условно значения максимального напряжения сжатия зерна (1,5 - 4,0 МПа) и они будут являться предельно-допустимыми величинами прочности гранул комбикормов.
В связи с этим, были изучены изменения прочностных характеристик гранул комбикорма ПК-1 Исследования проводились на лабораторной установке, позволяющей с помощью ЭВМ получать графическое изображение деформации гранул в зависимости от усилия сжатия (методика приведена в главе 2).
От каждой партии комбикорма отбирали по 10 гранул, которые подвергались разрушению с одновременной записью процесса нагружения и деформации гранулы. Обработку данных опытов осуществляли методом наименьших среднеквадратичных отклонений, при этом определяли среднее значение усилия разрушения (Р) как среднеарифметическое: Для проведения исследований были выбраны следующие образцы: 1. Комбикорм по рецепту ПК-1 (базовый вариант) - контроль; 2. Комбикорм (оптимизированный вариант) с вводом кормопродукта из отхода спиртового производства, полученного по новой технологии производства спирта с использованием предварительной обработки зерна пшеницы ферментным препаратом Целловиридином ГЗх 500±50 ед/г, его шелушением и вводом оболочек (в барду), в количестве 5,0;10,0;15,0;20,0 %. Размеры гранул были зафиксированы для всех опытов и равны d = 3,0 мм, 1 = 6,0 мм.
В результате проведенных исследований были построены графики кривых разрушения гранул, приведенные на рис.3.20. Кривые представляют собой зависимости вида ст = /(є) между напряжением сжатия и относительной деформацией гранулы.
На основании полученных графических зависимостей определялись следующие прочностные показатели:
Анализируя кривые (рис. 3.20) можно констатировать, что наибольшей прочностью обладают гранулы комбикорма, содержащие в своем составе кормопродукт из спиртовой барды и оболочек, причем с увеличением концентрации кормопродукта в составе комбикорма, максимальное напряжение сжатия возрастает. Вместе с тем, необходимо отметить, что увеличивается и напряжение т0, соответствующее окончанию действия закона Гука, а также модуль упругости первого рода.
Различия в характере разрушения гранул образцов комбикорма объясняются вводом в их состав зерновой барды. Упрочнение структурно механических свойств связано с содержанием в барде Сахаров. Учитывая их высокую растворимость, следует полагать, что при гидратации в процессе увлажнения с 14,0 до 17,0 % при прессовании гидрофильные соединения смеси комбикорма осуществляют взаимодействие с растворителем вследствие его адсорбции и диффузии. Растворяясь, они создают «прослойку» между набухающими молекулами полимеров, пластифицируют их структуру. В таком виде гидратированные и пластифицированные молекулы полимеров взаимно диффундируют своими звеньями, осуществляя когезионные связи и образуя структуру гранул комбикорма.
В процессе охлаждения отпрессованных гранул происходит снижение влажности с 17 до 14 %, в результате чего «прослойки» затвердевают, образуя пространственный каркас, структура гранулы упрочняется.
Таким образом, из проведенных исследований по изучению влияния сухого кормопродукта, полученного из спиртовой барды с добавлением оболочек на изменение реологических свойств гранулированных комбикормов можно сделать следующие выводы
Кинетика конвективной сушки отходов пивоварения и кормовой добавки
Наиболее существенными факторами, влияющими на кинетику конвективной сушки, являются начальное влагосодержание и параметры режима сушки: температура, скорость и влагосодержание сушильного агента.
Экспериментальные исследования, проведены на описанной выше установке (глава 2), при следующих значениях независимых переменных:
В исследованиях исходили из следующих соображений: в тонком слое толщиной, приблизительно равной толщине исследуемого материала, внешние гидродинамические условия обтекания сушильным агентом частиц слоя отличаются от условий обтекания слоя, находящегося, например, между нижним и верхним соседними слоями таких же частиц неподвижного или движущегося слоя частиц. Тонкий слой располагается на перфорированной решетке, отверстия в которой не могут в полной мере моделировать зазоры между частицами в реальных условиях сушки материалов в слоях значительной высоты. Истинная скорость фильтрации сушильного агента в межчастичных каналах реальных слоев вследствие высокой плотности упаковки в них частиц, как правило, значительно выше скорости газа на входе в слой. Кроме того, вследствие значительной площади соприкосновения частиц в реальных слоях имеет место контактный тепло - и массоперенос. В тонких слоях значительной высоты из-за развитой наружной поверхности частиц, поглощение значительной доли теплоты сушильного агента поверхностью материала приводит к заметному уменьшению температуры сушильного агента по мере его контакта со слоем влажного материала. В таких случаях исследуемый объект в процессе его сушки контактирует с сушильным агентом переменной температуры. Характер изменения температуры здесь определяется совокупностью всех параметров процесса теплообмена (величина наружной поверхности материала, коэффициент теплоотдачи, массовый расход сушильного агента, его теплоемкость и т.п.). По мере уменьшения скорости сушки частиц материала параметры сушильного агента изменяются также во времени, причем характер изменения здесь зависит от особенностей кинетики тепло - массообмена.
Поэтому данные по кинетике сушки дисперсных материалов, получаемые в тонких слоях значительной высоты, имеют интегральных характер. Получить данные по кинетике сушки из таких экспериментов затруднительно. К тому же возникает неопределенность в смысле конкретного значения температуры сушильного агента, к которой нужно относить полученные кинетические результаты.
В работе была проведена серия опытов по исследованию кинетики сушки пивной дробины и новой кормовой добавки из отходов пивоварения с ферментами и без ферментов, с различными температурными режимами. При этом температура варьировалась в диапазоне 80...120С, с интервалом 20С. Объектами сушки являлись пивная дробина, кормовая добавка из ОПВ и кормовая добавка из ОПВ с ферментом Целловиридином ГЗх (с = 0,5% активностью 500±50 единиц).
Значения начальной влажности (Wo) зависели от состава исходного образца. Так при использовании только пивной дробины начальная влажность составила Wc0 = 275% по сухому веществу, а начальная влажность кормовой добавки из отходов пивоварения и кормовой добавки из отходов пивоварения с ферментом Целловиридином ГЗх равнялась Wo= 170 % по сухому веществу. Скорость сушильного агента (Vc.a.) оставалась неизменной и составляла Vc.a. = 1 м/с.
На основе полученных экспериментальных данных были построены кривые сушки Wc = f(t) и методом графического дифференцирования - кривые скорости сушки d Wc /dt = f(Wc) при разной температуре сушильного агента.
Результаты исследования кинетики сушки представлены в виде кривых сушки на рис. 4.34. Анализ этих кривых сушки показал, что в начале процесса, когда влажность уменьшалась по кривой, имеет место кратковременная стадия прогрева материала. Затем влажность изменялась по прямой линии. Этот период является периодом постоянной скорости сушки. Линейное изменение влажности продолжалось до первой критической точки. Далее начинается падение скорости сушки, и прямая линия переходит в кривую, асимптотически приближающуюся к равновесной влажности, при которой убыль влаги из материала прекращается и устанавливается равенство давлений пара над поверхностью материала и в воздухе.
На графике изображены кривые сушки пивной дробины при различных температурных режимах: 80С; 100С; 120С.
При температуре сушильного агента tca. = 80С процесс сушки протекает очень медленно. До влажности WcKp = 125% скорость сушки постоянная - это I период сушки. WcKp = 125% является критической влажностью. Далее скорость снижения влажности начинает уменьшаться - это II период процесса сушки и кривая сушки асимптотически приближается к линии равновесной влажности. При равновесной влажности сушка прекращается - скорость сушки равна 0.
