Обоснование процесса приготовления продуктов на основе соево-зерновых композиций

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 636.085

Обоснование процесса приготовления продуктов на основе соево-зерновых композиций

Вараксин С.В., Доценко С.М., Крючкова Л.Г., Маркин Д.А.

Дальневосточный государственный аграрный университет

Аннотация

Предложены обоснованные научно-технологические и методологические подходы к созданию подсистемы приготовления кормовых продуктов различной физической формы в рамках системы механизированного кормления животных и птицы на малых фермах. Определена совокупность факторов в их взаимной связи, характеризующих эффективность функционирования инновационных технических средств.

Ключевые слова: ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ОПЕРАЦИИ, ПРОЦЕСС, СОЕВО-ЗЕРНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СХЕМА, ФАКТОРЫ, ЗАВИСИМОСТИ

Известно, что полноценное кормление является одним из основных путей повышения продуктивности животных и птицы и, следовательно, снижения себестоимости её производства.

Анализ литературных данных и практика показывают, что в настоящее время содержание протеина в кормах составляет 19% от его потребности, в результате чего в кормовых рационах в среднем на одну кормовую единицу приходится не более 85-86 г переваримого протеина вместо 105-110 г по зоотехническим нормам. При таком дефиците белка недобор продукции составляет 30-35 %, а её себестоимость и расход кормов существенно возрастают. Попытка решения проблемы дефицита белка посредством использования синтетической мочевины не является физиологически оправданной ввиду наличия токсических свойств у такой добавки [1, 2].

В настоящее время богатым источником полноценного белка, эссенциальных жирных кислот, минеральных веществ и витаминов являются семена сои, производство которых в нашей стране и за рубежом с каждым годом увеличивается. Однако, ввиду своих специфических особенностей, семена сои требуют обязательной тепловой обработки с целью инактивации антипитательных веществ [3].

Высокое содержание жира (до 22%) также не позволяет измельчать семена сои серийно выпускаемыми дробилками. При этом известные технологии и технические средства подготовки семян сои к скармливанию животным в виде термообработанной полно-жирной муки являются высокозатратными и при небольшом поголовье животных и птицы экономически себя не оправдывают. Существующие технологические и технические решения по приготовлению так называемого «соевого молока» производства КНР также не лишены недостатков и, в частности, не имеют законченных решений в отношении переработки нерастворимого соевого остатка - окары. В этой связи использование таких решений не является эффективным [3].

Повысить биологическую ценность рационов кормления сельскохозяйственных животных и птицы, а также их технико-экономическую эффективность, возможно на основе использования соево-зерновых композиций с последующим введением в их состав традиционного сырья.

Использование данного подхода позволяет получить сбалансированные корма в жидкой, пастообразной и гранулированной физической форме с наименьшими затратами труда и средств.

Анализом литературных источников установлено, что ранее данный подход к решению проблемы повышения эффективности приготовления кормов на основе использования белковых соевых и зерновых углеводных ресурсов не применялся, а потому в настоящее время отсутствуют технологии и технические средства для этих целей, а также данные для их проектирования.

В этой связи решение обозначенных выше вопросов является важной народнохозяйственной проблемой.

Целью исследования является разработка технологических и методологических подходов к обоснованию инновационной технологии получения кормовых продуктов на основе соево-зерновых композиций.

Задачи исследований:

- на основе разработанной классификации основных операций технологического процесса приготовления кормовых продуктов различной физической формы обосновать его операторную схему по трансформации сырья в виде соево-зерновых композиций;

- на основании полученной операторной схемы разрабатываемой подсистемы обосновать потоковую модель процесса в виде потокового разветвляющего графа с соответствующими уравнениями материального баланса;

- предложить обобщённую структурную схему процесса как основы для выявления факторов, влияющих на эффективность функционирования разрабатываемой подсистемы приготовления кормовых продуктов в виде соево-зернового заменителя молочных кормов, высокобелковой витаминизированной пасты и белково-углеводного гранулята;

- установить зависимости в общем их виде, характеризующие разрабатываемые процессы и определяющие подходы к разработке соответствующих технических средств для реализации инновационной технологии.

Технологический процесс приготовления кормовых продуктов на основе или с использованием такой высокобелковой культуры как соя представляет сложную систему, состоящую из совокупности взаимосвязанных операций, обладающих, в то же время, определенной автономностью. На рис. 1 представлена схема классификации основных операций технологического процесса приготовления кормовых продуктов жидкой, пастообразной и твердой физической формы с использованием сои, а также технических средств для его осуществления.

Согласно разработанной схеме, базовыми операциями данной технологии являются [4]:

- замачивание семенных композиций;

- экстракция (извлечение) белковых веществ из соево-зерновых композиций с помощью растворителя (воды) в процессе измельчения предварительно замоченных или пророщенных семян;

- фильтрация жидкой белковой дисперсной системы с одновременным отделением нерастворимого соевого-зернового остатка;

- обработка жидкой фазы коагулянтом с получением пастообразных продуктов и использование их в кормлении молодняка сельскохозяйственных животных и птицы;

- получение композиций на основе нерастворимого остатка и их использование при кормлении взрослых животных.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема классификации основных операций приготовления кормовых продуктов с использованием семян сои и технических средств для их реализации

Проведенным анализом установлено, что для решения вопроса эффективного использования соево-зерновых композиций отсутствуют научные данные, что, в определенной степени, затрудняет разработку, конструирование и проектирование технических средств, позволяющих механизировать процессы получения сбалансированных высокобелковых кормовых продуктов. В этой связи существует объективная необходимость теоретического обоснования параметров и режимов таких основных процессов как экстракция, разделение жидкой и твердой фаз белковой суспензии, отделение жидкой фазы нерастворимого соево-зернового остатка, коагуляция, отделение коагулята, смешивание, гомогенизация, формование и сушка получаемых гранул.

На основании разработанной классификации (рис. 1) обоснована операторная схема подсистемы приготовления кормовых продуктов на основе соево-зерновых композиций, которая позволяет наглядно показать совокупность последовательно выполняемых операций по всему процессу (рис. 2). В соответствии с операторной схемой, для обоснования пропускной способности подсистемы по ее составным элементам разработан потоковый материальный граф (рис. 3), а также система уравнений (1) к расчету материального баланса.

Рис. 2. Операторная схема подсистемы приготовления кормовых продуктов на основе соево-зерновых композиций:

Т - твердая фракция; Ж - жидкая фракция; З - замачивание; Д - дозированная подача; И - измельчение; Э - экстракция; Р - разделение; У - усреднение влаги; С - сушка; К - коагуляция; С1 - смешивание; Н1 - нагрев, СЗЗМК - соево-зерновой заменитель молочных кормов

Проведенный анализ позволил разработать обобщенную структурную схему приготовления кормовых продуктов с использованием соево-зерновых композиций (рис. 4).

Рис. 3. Схема потокового материального графа к обоснованию массового расхода по элементам подсистемы приготовления кормовых продуктов на основе соево-зерновых композиций

ферма кормление кормовой механизированный

Рис. 4. Обобщенная структурная схема процесса приготовления кормовых продуктов с использованием соево-зерновых композиций

Рассматриваемый процесс приготовления кормовых продуктов на основе соево-зерновых композиций характеризуется, прежде всего, получением продуктов жидкой, пастообразной и гранулированной физической формы.

При этом на первом этапе семена сои и других зерновых культур замачиваются в воде в соотношении 1:3.

, (1)

где: ,- естественная водопоглощающая способность семян сои и зерновых;

Q1 - подача соево-зерновой композиции повышенной влажности;

Q2 - подача НСЗО (твердой фракции);

Q3 - подача жидкой фракции;

Q4 - подача на коагуляцию;

Q5 - подача СЗЗМК;

Q6 - подача коагулята;

Q7 - подача по сыворотке витаминизированной;

Q8 - подача морковной и др. пасты;

Q9 - подача муки из зерновых и соломенных компонентов;

Q10 - подача коагулянта;

Q11 - подача белково-углеводного гранулята.

В результате поглощения воды семенами они увеличиваются в объеме, и напряжение, необходимое для их разрушения истиранием, значительно снижается. Процесс водонасыщения семян характеризуется следующей зависимостью общего вида:

, (2)

где: - продолжительность замачивания;

R3 - коэффициент водонасыщения, зависящий от физических и химических свойств семян.

Далее семенная композиция повышенной влажности подвергается измельчению путем истирания между абразивными рабочими органами в присутствии воды, в результате чего в воду из полученных частиц экстрагируются белковые вещества. При этом полученный поток соево-зерновой пульпы поступает на конический ротор разделяющей центрифуги, также являющейся элементом многофункциональной машины (МФМ).

Все три этих процесса выполняются в одной машине и характеризуются следующими зависимостями общего вида:

> [opt];

> max;

> [opt];

> min,

где: л - степень измельчения СЗК;

Мб - выход белковых веществ и получение частиц СЗК;

Nэ - энергоемкость процесса;

зв- показатель разделения пульпы на ЖФ и ТФ;

W - влажность СЗК;

ус - напряжение разрушения семян СЗК;

S- зазор между дисками;

щg - угловая скорость абразивного диска (нижнего);

dr - эквивалентный диаметр частиц;

зэ - гидромодуль;

t0- температура экстрагента;

б - угол наклона образующей стенки ротора центрифуги;

Lр - длина образующей ротора центрифуги.

Согласно принятой технологии, часть жидкой фракции направляется на коагуляцию в емкость, где нагревается до определенной температуры t0С, и в нее подается водный раствор 5% аскорбиновой или янтарной кислоты или же их композиции в соотношении 1:1.

Процесс коагуляции характеризуется следующей зависимостью общего вида

фк = ѓ (Rк; t0), (3)

где: фк- продолжительность коагуляции;

Rк - коэффициент агломерации белковых веществ.

Полученные фракции (коагулят и сыворотка) направляются в фильтрующую центрифугу для отделения коагулята.

Данный процесс характеризуется следующей зависимостью общего вида:

зв = ѓ(Qжф; Qтф) >1, (4)

где: зв - коэффициент влагоотделения;

Qжф; Qтф - производительность центрифуги по жидкой и твердой фракциям.

Сыворотка накапливается в емкости и используется в дальнейшем в качестве коагулянта, а коагулят направляется в смеситель - гомогенизатор, где смешивается с пастой из моркови, свеклы или тыквы, и т.д.

Данный процесс характеризуется следующей зависимостью в ее общем виде:

и = ѓ (щ; t; L; б; h; …) >100%, (5)

где: и - однородность составапасты;

щ - угловая скорость винта;

L - длина винта;

б - угол наклона элемента щели в гомогенизирующей пластине;

h - размер щели.

В то же время нерастворимый соево-зерновой остаток (НСЗО) направляется в смеситель-гранулятор для получения влажных гранул определенного диаметра.

Данный процесс характеризуется следующей зависимостью в ее общем виде:

иу= ѓ (щ; t; L; с; С; …d0) >100%, (6)

где: иу - однородность распределения влаги в смешиваемых компонентах;

щ - угловая скорость винта;

t- шаг винта;

L - длина винта;

Сср - плотность смеси компонентов;

С - соотношение компонентов;

d0- диаметр формующего отверстия.

Заключительным процессом получения гранул с влажностью Wгр = 10-12 % является процесс их сушки, который характеризуется следующей зависимостью в ее общем виде:

ѓ(Wн; фс; t0; dгр) >max, (7)

где: - прочность гранул;

Wн - начальная влажность гранул;

фс - продолжительность сушки гранул;

t0- температура сушки гранул;

dгр - диаметр гранул.

Заключение

Таким образом, проведённым анализом установлена необходимая совокупность операций и последовательность их выполнения для получения кормовых продуктов жидкой, пастообразной и гранулированной формы на основе соево-зерновых композиций. При этом установлена совокупность факторов, влияющих на качественные и энергетические показатели отдельных процессов, с целью последующего раскрытия установленных зависимостей с определением оптимальных значений параметров инновационной технологии и технических средств для её реализации.

Список использованных источников

1. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ для животных. Состав и применение. Справочник / Под редакцией В.А. Крохиной. - М.: ВО «Агропромиздат». -1990. - 304 с.

2. Миончинский П.Н., Кожарова Л.С. Производство комбикормов. - М.: ВО «Агропромиздат». - 1991. - 288 с.

3. Вараксин С.В., Доценко С.М., Иванов С.А, Соболев Р.В. Механико-технологические основы повышения эффективности приготовления кормовых продуктов с использованием соево-зерновых композиций: монография. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ. - 2015. - 292 с.

4. Патент РФ №2496328. Способ приготовления соево-белковых кормовых продуктов / авторы: Вараксин С.В., С.М. Доценко. Опубл. в БИ №30 от 27.10.2013 г.

Цитирование:

Вараксин С.В., Доценко С.М., Крючкова Л.Г., Маркин Д.А. Обоснование процесса приготовления продуктов на основе соево-зерновых композиций // АгроЭкоИнфо. - 2018, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/2/st_219.doc.

Размещено на Allbest.ru