автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Научное обеспечение процесса микронизации зерновых культур и разработка технологии производства комбикормов из микронизированного зерна

На правах рукописи

КОЧАНОВ Дмитрий Сергеевич

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОНИЗАЦИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОМБИКОРМОВ ИЗ МИКРОНИЗИРОВАННОГО ЗЕРНА

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты

пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 дек гт

Воронеж-2014

005556605

005556605

Работа выполнена в ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» и ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности»

Научный руководитель—доктор технических наук, профессор

Афанасьев Валерий Андреевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Плаксин Юрий Михайлович (ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств)

кандидат технических наук, доцент Пойманов Владимир Викторович (Общество с ограниченной ответственностью «PETA»)

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Майкопский государственный технологический университет», Республика Адыгея, г. Майкоп

Защита состоится «29» декабря 2014 г. в 13ю на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.01 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

Отзывы (в двух экземплярах) на автореферат, заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю совета Д 212.035.01.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «ВГУИТ». Полный текст диссертаций размещен в сети Интернет на официальном сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» www.vsuet.ru «28» октября 2014 г. Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ: vak2.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» www.vsuet.ru «28» октября 2014 г.

Автореферат разослан «28» ноября 2014 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.01

—' Л.Н. Фролова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Использование в кормлении животных зерносмесей снижает продуктивность животных и конверсию корма и сдерживает развитие животноводства. Доля зерна при выработке комбикормов в Россиисоставляет 66,2 %, тогда как в США - 53 %, во Франции - 43,7 %, в Германии - 30 %, в других странах ЕЭС - 38 %.Сокращение содержания зерна в структуре сырьевых ресурсов комбикормовой промышленности является важной проблемой. При этом производство комбикормов в нашей стране по объему, ассортименту и качеству отстает от производства их в развитых капиталистических странах.

Одним из путей сокращения доли зерна при выработке комбикормов является повышение его кормовой ценности. Для повышения кормовой ценности зернофуража рекомендуется такой способ обработки, как микронизация.Ее положительное влияние проявляется в повышении переваримости крахмала, изменении белкового комплекса зерна, инактивации ингибиторов пищеварительного тракта, пастеризации (уровень грибной флоры снижается на 99,5 %, бактериальной - на 99,9 %), образовании ароматических веществ, улучшающих вкусовые качества зерна и, в конечном счете, в оплате корма продуктивностью животных.

В процессе тепловой обработки нативный крахмал зерна превращается в модифицированный. Содержание Сахаров и декстринов увеличивается в 2-3 раза, степень клейстеризации достигает 35 % и выше. Доступность крахмала для организма животных вследствие его гидролитического расщепления повышается в 2-5 раз.Однако, технологический процесс микронизации зернового сырья при производстве комбикормов на комбикормовых заводах используется мало, т. к. отсутствует высокопроизводительное комплектное отечественное оборудование.

Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры технологии хранения и переработки зерна Воронежского государственного университета инженерных технологий по теме «Разработка энерго-, ресурсосберегающих и экологических технологий хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в конкурентоспособные продукты с программируемыми свойства-

ми и соответствующим аппаратурным оформлением на предприятиях АПК» (№ гос. регистрации 01201253866, 2011-2015 гг.).

Цель диссертационной работы: научное обеспечение процесса микронизации зерновых культуры и повышение эффективности процесса за счет определения рациональных технологических режимов и повышение качества готовой продукции; разработка научно-технологических решений производства комбикормов из микронизированного зерна со сбалансированными по питательной ценности компонентами, способствующих росту привесов, сокращению сроков откорма и повышению конверсии корма.

В соответствии с целью решались следующие задачи:

- изучение зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы) как объектов исследования, определение их оптических и тепло-физических характеристик,

- изучение кинетических закономерностей процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы);

- определение рациональных технологических параметров процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы);

- разработка математической модели процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы);

- проведение комплексной оценки качества комбикормов из микронизированного зерна со сбалансированными по питательной ценности компонентамии оценка их эффективности использования животными;

- разработка конструкции микронизатора и технологии производства комбикормов из микронизированного зерна, способствующих росту привесов, сокращению сроков откорма, снижению падежа животных и птицы, повышению конверсии корма;

-оценка эффективности разработанных комбикормов и предлагаемой конструкции микронизатора;

- проведение промышленной апробации полученных результатов работы.

Научная новизна. Изучены кинетические закономерности процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы), что позволило обосновать режимы протекания про-4

цесса микронизации.

Определены зависимости теплофизических характеристик зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы). Выявлен характер изменения оптических характеристик (коэффициентов проникновения, отражения и поглощения) объектов исследования от длины волны ИК-излучения.

Разработана математическая модель процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы),описывающая период убывающей скорости сушки, когда фронт испарения влаги проникает внутрь продукта.

Обоснован выбор рецептурного состава смеси для производства комбикормов из микронизированного зерна.

Новизна технического решения подтверждена положительным решением на выдачу патента по заявке № 2013125843 «Линия микронизации зерна» от 04.06.2013.

Практическая ценность. Определены рациональные параметры процесса микронизации зерновых культур в микрониза-торе. Полученное микронизированное зерно обладало высокой биологической и энергетической ценностью и сбалансированным аминокислотным составом.

Разработанычетыре технологиипроизводства комбикормов из микронизированного зерна. На основе экспериментальных исследований разработаны технические условия намикронизатор УЗ-АМЗ-2 ТУ 5144-064-00932117-2012.

Разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец микронизатораУЗ-КОМЗ-2. Разработана линия для производства высокоэффективных экологически чистых комбикормов из микронизированного зерна. Годовой экономический эффект от выращивания поросят с использованием комбикормов из микронизированного зерна составит 9378000 руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: (Воронеж, 2013), (Москва, 2014). Результаты работы демонстрировались на выставках и были награждены: дипломами: 17-я агропромышленная выставка ВоронежАгро(14-16.11.2012 г., Воронеж), 7-я Агропромышленная выставка АГРОСЕЗОН - 2013 современная техника и техно-

логии(13-15.03.2013 г., Воронеж), девятнадцатой международной специализированной торгово-промышленной выставки «Зерно-комбикорма-ветеринария» (04-07.02.2014, г. Москва).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в ведущих научных рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 34 таблиц. Список литературы включает 102 наименований, в том числе 8 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 16 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе дана краткая характеристика процесса микронизации, систематизированы литературные данные о современном состоянии технологий переработки зерновых культур на кормовые цели, приведен обзор современных конструкций мик-ронизаторов, технологических линий производства комбикормов из микронизированного зерна и анализ математических моделей процесса микронизации. На основании проведенного анализа обоснован выбор объекта исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы и определены методы их решения.

Во второй главе приведено исследование изменения тепло-физических характеристик пшеницы методом нестационарного теплового режима на установке СоезАе1с1КТ-1394Н (№йоп-аПг^штеШв).Полученные экспериментальные данные были обработаны наперсональном компьютере в среде «М1сго5оЛЕхсе1». В результате были получены уравнения, описывающиетеплофи-зические характеристикизерна пшеницы.

Выявлено, чтоприувеличении температуры удельная теплоемкость и теплопроводностьповышаются, а коэффициенттемпе-ратуропроводности пшеницы уменьшается.

Рис. 1. Изменение температуры и влажности зерна от продолжительности микронизации

•зюздоэеи -и««» РОД*»

В третьей главе приведены исследования кинетических закономерностей процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы), в частности был выявлен характер изменения температуры и влажности зерна в процессе микронизации. Критерием оценки микронизациипо-служила влажность и степень декстринизации крахмала обрабатываемого зерна.

На рис. 1 показано изменение влагосодержания зерна

исходной влажности от длительности обработки, производительности микронизатораи, соответственно, от температуры нагре-ва.При небольшом излучении и маленькой толщине слоя зерна в рабочей камере экспериментальной установки, начальная стадия прогрева зерна непродолжительна во времени и протекает в течение 10-15 с. Далее, когда температура продукта увеличивается до 60 °С и выше, происходит испарение влаги с поверхности продукта, в силу небольшой термовлагопроводности зерна, которая затем является главной причиной образования во внутренней части зерна большой влажности и температуры. В следствии чего происходит образование микротрещин, которые нарушают микроструктуру нагреваемого зерна, в следствии, крахмальных гранул.

В процессе нагреве зерна более 100 °С зерновка вспучивается и становится более пластичной. В таком состоянии она лучше плющится.Предварительное пропаривание зерна ведет к незначительному увеличению длительности термообработки по отношению к зерновому сырью с исходной влажностью. Это объясняется тем, что температура пропаренного зерна перед экспериментальной установкой составляет около 70-90 °С и, следовательно, количество тепловой энергии затрачивается значительно меньше на прогрев зерновых культур.

На процесс микронизации, при обработки зерна, в основном оказывают влияние несколько технологических приема, таких как: пропаривание; увлажнение зерна водой с последующим отволаживанием и совместное пропаривание и увлажнение зерна.

Влажность зерна в опытах изменялась от 12 до 25 %. Анализируя полученные данные (рис. 2) и сравнивая их с допустимыми значениями влажности, можно сделать вывод, что самая оптимальная производительность линии микронизации зерна с исходной влажностью составляет 0,91,0 т/ч. А, следовательно, степень декстринизации крахмала ячменя и пшеницы составила от 9 до 10 %, кукурузы - 12-13 %.

Увеличение содержания общей влаги в зерне влияет на деструкцию крахмала зерна в процессе микронизации. Установлено, что степень декстринизации зерна с увеличением влажности до 19 % растет интенсивно и достигает для ячменя и пшеницы 24-27 % (рис. 3, а и б). Поэтому производительность экспериментальной установки и температуру нагрева зерновых компонентов установили в пределах 0,8-0,9 т/ч и 115 - 120 °С соответственно. При этом увлажнение зерновых компонентов выше 19 % не влияет на деструкцию крахмала.Определено, кукурузы до 19 % является оптимальным режимом. Так как, степень декстринизации крахмала ИК-обработанной кукурузы с такой же влажностью достигает выше 30 %, это является на 8-10 % больше, чем в ячмене и пшенице.

Показано (рис. 3), что при пропаривание зерновые культуры значительно увеличивает процесс деструкции крахмала ИК-обработанного зерна. Так в ИК-обработанной пшенице и ячмене с начальной влажностью от 12 до 13 % степень декстринизации составила 8 - 10 %, то в зерновом сырье прошедшем предвари-8

Рис. 2. Изменение степени декстринизации крахмала зерна от производительности микронизатора

тельное пропаривание и ИК-обработку до влажности 19 - 20 %, данный показатель повышается до 35-40 %, т. е. в 2,5 раза.

ак __________________

50 г

®Ув/ш«<иое зерно

«Увлажненное и ирошреакое «?рио ¿о

Прогврскное зерно 10 О

13 15 17 и 21 В 25 *«,% 13 15 17 19 Л 23 25 ««

а б

Рис. 3. Влияние влажности зерна ячменя (а) и пшеницы (б) на изменение степени декстринизации крахмала

Показатель качества пшеницы и ячменя достигается при продолжительной обработке в течение 85-90 с, с температурой нагрева зерна — 115-120 °С, при этом производительность микро-низатора составит - 0,9-1,0 т/ч.

Следовательно, на основании вышеизложенного, те есть изучения ИК-обработку и предварительное влаго- и влаготепло-вую обработку зернового сырья следует отметить, что самое значимое в процессе микронизации пропаренного зерна до влажности 19 % с последующей термообработкой в течение 90-95 с до температуры 115-120 °С. Исследуя влияние производительности микронизатора на качество зерна, прошедшего предварительную влагообработку, следует отметить, что с уменьшением производительности степень декстринизации крахмала повышается.

Анализ влияния фракционного состава белков ячменя на инфракрасный нагрев показывает, что любые способы обработки ячменя в целом не изменяют общего содержания азота в зерновом сырьеУменьшение общего содержания азота случается только под воздействием одного из жестких режимов обработки -пропаривания ячменя с последующей ИК-обработкой. ИК-излучение существенно меняет соотношении белковых фракций, хотя при этом не слишком меняя сумму азотистых веществ.Высоко восприимчивый к ИК-нагреву считаются содержа-

ние соле- и водорастворимые фракции белка. Поэтому, в ИК-обработанном ячмене содержание соле- и водорастворимых фракции белка уменьшились на 51,2 % и 40,2 %, соответственно, в сравнении с содержанием их в исходном зерне. То-же самое происходит и при микронизации зерна, однако, общее содержание альбуминов и глобулинов в зерне незначительно уменьшается (на 37,8 % и 24,2 % соответственно).

Исследования показали, что микронизация исходного зерна существенно не влияет на изменение содержания аминокислот в белке. В процессе пропаривания ячменя и последующим процессом микронизации, изменение содержание аминокислот значительно, чем при микронизации исходного зернового сырья. При таком способе ИК-обработки, общее содержание аминокислот уменьшается от 1,3 % до 16,9 %. Значительное изменение аминокислот наблюдается в содержании гистидина, лизина, триптофана, треонина и аспарагиновой кислоты. Их содержание становиться ниже на 22,1 %; 45,2 %; 26,9 %; 29,1 % и 26,8 % соответственно.Полученные данные показывают, что изменение аминокислотного состава при инфракрасной обработке ячменя больше, чем при микронизации зернового сырья исходной влажности или, например, предварительно пропаренного зерна

В процессе поджаривании ячменя влияние оказывает в первую очередь на незаменимые аминокислоты, таких как треонин, триптофан, лизин, содержание их уменьшается на 32,2 %; 28,9 %; и 22,1 %, соответственно, чем в исходном зерновом сы-рье.Другие аминокислоты наиболее лабильные в этом способе обработки являются гистидин, серии, аспарагиновая кислота и аргинин, количество которых изменяется на 43,7 %; 27,7 %; 32,8 %; и 18,3 %, соответственно в сравнении с исходным образцом зернового сырья.Следовательно, процесс микронизации ячменя не существенно влияет на содержания свободных аминокислот.

Инфракрасный нагрев оказывает явное изменения белкового комплекса ячменя. При изучении изменений растворимости белков и содержания в них составе аминокислот, можно сделать вывод про сильное изменение питательной ценности обрабатываемого зернового сырья. При использовании пищеварительного фермента-пепсина, можно определить атакуемость белков. Для 10

оценки мы взяли коэффициент переваримости белка, данный коэффициент представляет отношение исходного количества белка в ячмене к переваримости белка. Определено (табл. 1), что при пропаривании, увлажнении и ИК-обработке зернового сырья коэффициент переваримости белков не уменьшается

Таблица 1

Изменение коэффициента переваримости белка при микроиизацнн ячменя

Влажность, % Длитель- Содержание белка, о/ /о Коэффициент переваримости белка, %

Образец ячменя ность облучения, мин Общее (Н.6Х 5,7) Переваримого

Исходный 12,7 - 12,85 10,19 79,92

Микронизированный (хлопья) 7,4 50 12,92 10.21 79,02

Пропаренный 24,8 - 12,76 10,08 78.90

Пропаренный и микронизированный (хлопья) 8,5 60 12,82 10,02 78,10

Увлажненный 30,8 - 12,88 10,23 79,42

Увлажненный и микронизированный (хлопья) 8,9 60 12,81 10,07 78,61

В процессе микронизации зерновых компонентов, обеззараживание зерна составляет до 90,5 % от глубинной микрофлоры, а поверхностная микро-флора зерна практически полностью погибает. (таблица 2).

Таблица 2

Влияние 11К-нагрева на микрофлору зерна в процессе микроитации

Микрофлора

поверхностная глубинная

Образец ячменя Количество Обезза- Количество Обезза-

грибов в 1 г, ражено,% грибов в 1 г, ражено,%

шт. шт.

Исходный 10200 - 42 -

Микронизированный (хлопья) Отсутствуют 100 4 90,5

Резюмируя, можно отметить, что инфракрасный нагрев губительно действует на микрофлору зерна ячменя. В процессе поджаривании зернового сырья поверхностная микрофлора после облучения уничтожается через 6 сек, а глубинная погибает через 120 сек.

Длительный нагрев при микронизации ячменя довольно эффективно уменьшает токсичность зерновых культур, образовавшуюся в результате жизнедеятельности грибов.Далее при изучении изменений содержания афлатоксина В1, показали, что при искусственно зараженном зерне ячменя содержание афлатоксина В1 превышало 1 ООО мкг/кг, то воздействие ИК-обработки в течение 30 сек уменьшило содержание афлатоксина В1 до 50-250 мкг/кг, а более длительное облучение свыше 90 сек привела к полнойинактивацииафлатоксина В1. Поэтому, ИК-обработка зерновых культур является одним их эффективных способов обеззараживания зерна.

В третьей главе разработана математическая модель процесса микронизации зерна.Слой зерна, находящийся на поверхности транспортера микронизатора,будем рассматривать как горизонтальную пластину толщиной 2R (рис. 4).

0 0 0 0 /11\ / 11\: /Ц\

' «3->

Рис. 4. Расчетная схема процесса микронизации зерна

В уравнение теплопереноса необходимо добавить слагаемое, которое должно отвечать за ИК-нагрев,

так как толщина зерна очень мала, поэтому там происходит по-12

нижение луча в толще продукта, поэтому необходимо считать уравнение линейным по координате г..

1

8т йг2 с 8т ср

Ад.

(2)

Ввиду малой толщины зерна, пренебрегаем процессами, которые происходят на краю зернового сырья, следовательно граничные условия можно записывать лишьдля г = ±К,поэтому можно сказать, что мы рассматриваем эту задачу для бесконечной пластины.

Пренебрегая бародиффузией и термовлагопроводностью, запишем граничное условие для уравнения массопереноса в виде условия третьего рода на поток влаги, испаряющейся через поверхность пластины:

Запишем задачу массопереноса при сделанных допущениях:

'ас/, „ пэ2и, .

— (г,т) = В—г(г, О, 8т йГ

[/(г,г0) = С0 +С2г2,

~(Я,т) = Ки(Я,т).

дг

(4)

Система уравнений (4) является начально-краевой задачей третьего рода для уравнения теплопроводности.Тогда ее решения приВ1~ 1 имеет вид

II(г, г) = £>, ехр{-В/и2т) соб /их + Д,,

(5)

где Ц, р, D„ - константы, которые определены из начального и граничного условия.

w ,4i Численное решение си-

стемы уравнений для периода убывающей скорости сушки 12 ( осуществим с помощью матема-

10! тического пакета Marple 14. На

рис. 5 представлены расчетные и экспериментальных данных 6 изменения влагосодержания

пшеницы в процессе микрони-зации.

о Ts 3ii 45 * ы) 75 чо ^ с i«ü Полученные зависимости

Рис. 5. Сравнение расчетных и адекватно описывают измене-экспериментальных данныхпро- ние влагосодержания и темпе-ратурыпшеницы в процессе микронизации: среднеквадратичное отклонение по абсолютному значению не было выше для температуры 10 % и для влагосодержания 7 %.

В пятой главе исследование химического состава и питательности микронизированного зернового сырья. Опыты по оценке эффективности скармливания микронизированного ячменя в составе комбикормов-стартеров группам телят и поросят проводили совместно с ВИЖем на ферме «Овечкино» агрофирмы «Иваново» и в экспериментальном хозяйстве ВИЖа «Кленово-Чегодаево». Для проведения опытов создали по три примерно равные группы телят и поросят общей численностью соответственно 69 и 110 голов.Для контроля за ростом и развитием телят проводили их ежемесячное взвешивание. Опыт продолжался по достижению телятами 120-дневного возраста (ученый период составил 86 дней). Для опыта по принципу аналогов (с учетом породы, живой массы, сроков опороса, количества поросят в гнезде и их выравненное™) были подобраны 3 группы маток по 9 голов в каждой с количеством поросят по 104 головы в I и III группах и 102 во И-й. Содержание маток было индивидуальное, кормление двухразовое увлажненным комбикормом, одинаковым для всех групп.

Из анализа результатов исследований углеводного комплекса ячменя видно, что с увеличением температуры экспозиции обработки происходит постепенное уменьшение содержания крахмала. Так, например, при температуре 115 °С и времениоб-работки 30 с удержание крахмала уменьшилось с 45,57 % до 37,54 %.Так как рациональным режимом обработки ячменя является температура 140 °С и время обработки 40 с, при этом режиме уменьшение крахмала составляет 22,46 %.

В таблице 3 даны результаты исследований степени клей-стеризации и декстринизации крахмала в кукурузе и пшенице, из которых видно, что изменение степени клейстеризации и декстринизации крахмала находится в зависимости от температуры и времени обработки. Так, например, при температуре 115 °С и времени обработки 30 с степень клейстеризации достигает 35 %, степень декстринизации - 27,7 %, а при температуре 140 °С и времени обработки 40 с соответственно 40 % и 60,7 %.

Таблица 3

Результаты исследований степени клейстеризации и декстринизации _крахмала в ячмене, кукурузе и пшеницы_

Наименование культуры Температура, "С Время обработки, с Степень клейстеризации, % Степень декстринизации, %

Ячмень

Исходный . - 30,0 -

Михронизиро-ваиный 115 30 35,0 27,7

120 35 37,0 36,8

140 40 40,0 60,7

150 50 45,0 59,4

165 60 57,0 59,2

170 70 65,0 59,2

Кукуруза

Исходный - - 40,0 -

Микронизнро-ванный 120 35 45,0 19,8

145 45 57,0 41,9

160 60 58,0 41,1

Пшеница

Исходный - 40 -

Микронизиро-ванный 115 30 55 28,5

150 45 68 56,4

175 60 68 54,6

Результаты исследования белкового комплекса ячменя,подвергнутого микронизации,показывают, что общее содержание белков с увеличением температуры и экспозиции обработки не изменяется и равно 12,06-12,43 %. Однако ИК-излучение приводит к существенным изменениям белковых фракций. Установлено, что водорастворимые фракции белка уменьшаются в 1,2-1,6 раза, солерастворимые фракции в 1,1-1,3, спиртораство-римые фракции в 1,3 раза. При этом одновременно увеличиваются щелочерастворимые фракции (в 1,0-1,2 раза) и белки нерастворимого остатка (в 1,4-1,6 раза). Общее содержание белков пшеницы и кукурузы не изменяется и равно соответственно 13,51-13,29 % и 14,86-14,47 %. Так как оптимальным режимом ИК-обработки для кукурузы является температура 145 °С и вре-мяобработки 45 с, то при данном режиме уменьшение водо-соле-спирторастворимых фракций снижается: альбумины в 1,2 раза; глобулины в 1,2 раза; проламины в 1,3 раза.

Для исследования питательности микронизированного зерна были приготовлены опытные партии комбикормов по следующему рецепту: кукуруза - 20%; пшеница - 52%; шрот хлопковый - 3,0%; шрот подсолнечный - 11,0%;отруби - 4,0%; лизин -0,5%; травяная мука - 1,0%; рыбная мука - 4,5%; сухое обезжиренное молоко - 1,0%;трикаллийфосфат - 1,5%; премикс - 1,0%.

Результаты предварительных исследований показали, что питательность микронизированного зерна повышается по сравнению с исходным. Так например, в результате ИК-обработки зерна кукурузы, пшеницы, ячменя повышается по сравнению с необработанным зерном уровень обменной энергии соответственно с 14,3 до 15,8; с 12,9 до 14,4; 11,5 до 13,7 мДж/кг.

В таблице 4 представлены данные по динамике живой массы и прирост подопытных телят с рождения до 6-месячного воз-раста.Среднесуточный прирост телят с рождения до начала опыта между группами различался несущественно и колебался в пределах от 466 до 474 г. За период опыта среднесуточный прирост телят на 26 - 88 г или на 3 - 10 %

Таблица 4

Прирост подопытных телят_

Наименование показателей Группы

1 2 3

Среднесуточный прирост, г:

с рождения до начала опыта 466,0+21,90 470+24,18 474+20,47

за период опыта 859+26,98 947±35,23 885±24,22

с рождения до 6-месячного возраста 759+15,84 809±17,61 778±17,09

Затраты кормов на 1 кг прироста, к.ед. 4.87 4.42 4,43

Для телят опытных групп за период с рождения и до шестимесячного возраста среднесуточный прирост превысил контроль на 19 - 50 г или на 2,5 - 6,8 %. Такие различия были статистически достоверны между телятами 1 и 2 групп, что говорит о благоприятном влиянии обработки ячменя на прирост живой массы телят.

Таким образом, резюмируя вышеизложенное по приросту, можно сделать вывод, что использование в составе стартерных комбикормов микронизированного ячменя позволяет повысить среднесуточный прирост живой массы телят по сравнению со скармливанием комбикорма с нативным ячменем.

Скармливание комбикормов с ячменем, обработанным способом микрониза-ции, положительно сказалось на поедаемости их поросятами. В процессе кормления уже на 3 день, поросята 2 группы полностью съедали заданный корм. А уже на 5 день есть начали корма поросята и 3 группы, получавшие корма со сниженным содержанием сухого обезжиренного молока. Животные контрольной группы начали есть корма на 7 день.

Тенденция к увеличению среднесуточного потребления корма сохранилась, как в послеотъемный период, так и в целом за опыт (табл. 5). В целом за опыт поросята, получавшие комбикорм с обработанным зерном, съели комбикорма больше по сравнению с контролем на 4,31 % и 8,15 % соответственно.

Таблица 5

Итоговые результаты научно-производственного опыта на поросятах

Наименование показателей Группы

1 2 3

Съедено корма за опыт, кг 20,85 21,75 22,55

Среднесуточный прирост, г 291 337 304

Среднесуточный прирост, % 100,0 115,8 104,4

Среднесуточное потребление корма, г 417 435 451

Затраты кормов на 1 кг прироста, к.ед. 1,432 1,290 1,480

Затраты кормов на 1 кг прироста, % к контролю 100,0 90,0 103,3

Сохранность, % 82,9 95,1 92,3

Таким образом, можно констатировать, что обработка ячменя, входящего в состав стартерного комбикорма повышает его поедаемость, и, как следствие, повышается прирост живой массы поросят.

Энергетическая ценность рационов, рассчитана на основе данных о фактическом потреблении кормов, которая находилась в пределе от 3,0 до 3,1 корм. ед. или 27,1-28,0 МДж обменной энергии.

Содержание в рационах животных клетчатки, сырого и перевариваемого протеина, кальция и фосфора присутствовало в соответствии с нормами кормления телят. Однако необходимо отметить низкое содержание жира в рационах телят. Это, очевидно, связано с тем, что существующие нормы рассчитаны на высокий расход цельного молока при кормлении телят. По степени удовлетворения энергии, биологически активных и питательных веществах, качественной и количественной оценке потребности телят, можно говорить, по динамике живой массы и величине ее прироста

В таблице бпредставлены данные по динамике живой массы и приросте подопытных телят с рождения до шестимесячного возраста, показали, что живая масса телят в период формирования групп была практически одинаковой. В конце опыта живая масса телят на 2 - 6,7 кг или на 2-6 % была выше, чем в контрольной группе, т. е. можно утверждать о положительном влиянии термовой обработке ячменя, входящего в состав стартерных комбикормов. 18

Таблица 6

Динамика живой массы и прирост подопытных телят_

Показатели Группа

1 | II I III

Живая масса, кг

при постановке на опыт 43,3±1,52 42,4±1,78 43,1±1,5

при снятии с опыта 117,2±2,87 123.9±3,90 119,2±2,97

в 6-месячном возрасте 165,8±3,03 173,8±3,32 168,3±3,11

Валовый прирост, кг

за период опыта 73,9±2,32 81,5±3,03 76,1±2,08

с рождения до 4-х месяцев 90.3±2,77 98,2±3,78 92,8±3,10

с рождения до 6-месячного возраста 138,9±2,90 148,1 ±3,22 142,4±3,12

Среднесуточный прирост, г

с рождения до начала опыта 466,0±21,90 470±24,18 474±20,47

за период опыта 859±26,98 947±35,23 885±24,22

с рождения до 6-месячного возраста 759±15,84 809±17,61 778±17,09

Затраты кормов на 1 кг прироста, к.ед. 4,87 4,42 4,73

Валовый прирост телят с рождения и до начало опыта был различен несущественно и составил 16,4-16,7 кг. Наибольший валовый прирост живой массы за опытный период был отмечен у животных II группы, которые в составе рациона получали стар-терный комбикорм на основе СКР-1 с микронизированным ячменем. Среднесуточный прирост телят с рождения до начала опыта между группами различался несущественно и менялся в пределах от 466 до 474 г. За опытный период среднесуточный прирост телят контрольной группы уменьшился, чем у их сверстников на и составил от 26 до 88 г или на 3 - 10 %.3а период с рождения до шестимесячного возраста прирост телят увеличился на 19 - 50 г или на 2,5 - 6,8 %.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование в составе стартерных комбикормов микронизированного ячменя позволяет повысить среднесуточный прирост живой массы телят по сравнению со скармливанием комбикорма с нативным ячменем. Кроме того, микронизация ячменя позволяет исключить из состава комбикорма-стартера такие дорогостоящие и дефицитные компоненты, как сухое обезжиренное молоко и сахар, без ущерба для роста и развития телят.

В пятой главе приводится описание разработанного комплекта оборудования для микронизации зерна (рис. 6), включающий магнитный сепаратор 1, бункер-дозатор 2, микронизатор в составе вибротранспортера.?, блока газовых беспламенных ИК-горелок 4, газораспределительная аппаратура5, вытяжной зонт 9; приемный бункер 6, плющильная машина 7, охладитель 8.

Условные обозначения

g - вектор ускорения свободного падения; у„ уу и - компоненты

V2 а ,

вектора скорости; у ~ ;ч -вектор потока теплоты (с

компонентами qx, В1 - число Био; Т„ - температура рас-

плава на стенке, К; Тк - температура корпуса кольцевой головки

экспандера, К; скорость расплава вдоль оси г, м/с; - средняя скорость в кольцевом канале экспандера, м/с; р - плотность расплава, кг/м3; х, у, г - координатные оси, г/ = М<р- коэффициент динамической вязкости, Па с;^> - показатель консистенции; р -давление, Па; др/дг- градиент давления, Па; т- индекс течения; X — длина выходной зоны, м; Н— глубина винтового канала, м; X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); д- толщина зазора, м; т и — напряжение сдвига и напряжение сдвига на стенке, Па с; q - удельный тепловой поток, Вт/(м2-К); г, Я - текущий радиус и радиус кольцевого канала, м; II— внутренняя энергия, Дж; V -

объемный расход, м3/с; У — скорость сдвига, с'1, а — коэффициент температуропроводности, м2/с; г12 - удельная теплота парообразования, Дж/(кг-К);

Т— температура, К; г, г - время, с; влажность, %; и - влагосо-держание, кг/кг; V - градиент; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К); степень превращения вещества.

1 - магнитный сепаратор; 2 - бункер-дозатор; 3 - вибротранспортер;

4 - блок газовых беспламенных ИК-горелок; 5 -газораспределительная аппаратура; 6— приемный бункер; 7- плющильная машина; 8 — охладитель; 9 - вытяжной зонт

Основные выводы и результаты

1. Изучены зерновые культуры (пшеница, ячмень, кукуруза) как объекты исследования. Методом нестационарного теплового режима определены теплофизические характеристики микронизированного зерна для интервала температур 20...80°С. Установлено, что с увеличением температуры удельная теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводностимикронизированного зерна повышаются. Определены оптические характеристики микронизированного зерна: установлено, что коэффициенты проникновения, отражения понижаются, а коэффициент поглощения повышается с увеличением длины волны ИК-излучения.

2. Выявлены основные кинетические закономерности процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы). Совместный анализ спектральных характеристик зерна, волновых характеристик ИК-излучателей и энергетических параметров процесса микронизации при одностороннем энергоподводе определил рациональные технологические параметры процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы): обработка монослоя зерна, движущегося

21

со скоростью (0,083-0,125 м/с) с поворачиванием зерен, при плотности потока излучения 25-35 кВт/м2.

3. Разработана математическая модель процесса микронизации зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы); описывающая период убывающей скорости сушки, когда фронт испарения влаги проникает внутрь продукта.

4. Комплексная оценка качества комбикормов из микронизирован-ного зерна со сбалансированными по питательной ценности компонентами показала полное уничтожение бактериальной обсемененности и грибной микрофлоры.

5. Установлено, что с увеличением влажности зерна деструкция крахмала зерна повышается. Наиболее эффективно проходит процесс микронизации пропаренного зерна с влажностью 19 %, когда степень декстринизации и переваримость крахмала (¡пуИго) ячменя и пшеницы увеличились до 30 % и 40-45 мг/г, т. е. в 2,5-3 раза выше чем в зерне с исходной влажностью. В обработанной кукурузе эти показатели повышаются до 40 % и 55 мг/г соответственно или 3,5 раза.

6. Оценка эффективности использования комбикормов при скармливании показала, что среднесуточный прирост телят опытных групп был выше контроля на 19-50 г или на 2,5-6,8 %. Поросята, получавшие комбикорм с обработанным зерном, съели комбикорма больше по сравнению с контролем на 4,31 % и 8,15 % соответственно, что свидетельствует о повышение его поедаемости, а среднесуточный прирост составлял 291-337 г.

7. Разработана конструкция микронизатора с плоскими газовыми излучателями и вибрационным транспортирующим органом и четыре технологии производства комбикормов из микронизированного зерна для кормления сельскохозяйственных животных, обеспечивающие производство ячменя увлажненного микронизированного; производство хлопьев из ячменя увлажненного микронизированного; производство кукурузы, пшеницы увлажненных микронизированных; производство хлопьев из кукурузы, пшеницы увлажненных микронизированных.

8. Разработана рабочая документация, изготовлен и испытан комплект оборудования производительностью 2 т/ч в составе: магнитный сепаратор, бункер-дозатор, микронизатор, плющильная машина, горизонтальный охладитель. Проведенные производственно-технологиче-скиеиспытания на ООО «КЗГО» показали соответствие параметров комплекта оборудования микронизации зерна техническим условиям и высокую эксплуатационную надежность в условиях производства.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кочанов, Д.С. Анализ изменения температуры и влажности зерна в процессе его микроннзации [Текст] / Д. С. Кочанов// Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. -2013. -№4(58). -С. 18-21.

2. Кочанов, Д.С. Влияние засоренности зерна на процесс микроннзации [Текст] / Д. С. Кочанов// Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2014. - № 2 (60). - С. 25-27.

3. Афанасьев, В.А. Оценка изменения белкового комплекса зерна при микроннзации [Текст] / В.А. Афанасьев, Д.С. Кочанов // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство» - 2013. С. 430-435.

4. Афанасьев, В.А. Влияние микронизации на санитарное состояние зерна [Текст] / В.А. Афанасьев, Д.С. Кочанов // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство» -2013. С. 846-848.

5. Афанасьев, В.А. Математическое моделирование процесса микронизации зерна [Текст] / В.А. Афанасьев, Е.Ю. Желтоухова, Д.С. Кочанов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2014. -№ 3 (61). - С. 6-10.

6. Афанясьев, В. А. Комплект оборудования для микронизации зерна с последующим плющением [Текст] / В.А. Афанасьев, И.Б. Мещеряков, Д.С. Кочанов// Комбикорма. - 2014. 10. - С. 52-56.

Подписано в печать27.10.2014 г.Формат 60x84 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 221 ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ВГУИТ) Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес академии и отдела полиграфии 394036, Воронеж, пр. Революции, 19