автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Научное обеспечение процесса производства экспандированных комбикормов в экспандере с кольцевым зазором

На правах рукописи

БОГОМОЛОВ Игорь Сергеевич

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ЭКСПАНДИРОВАННЫХ КОМБИКОРМОВ В ЭКСПАНДЕРЕ С КОЛЬЦЕВЫМ ЗАЗОРОМ

Специальности 05.18.12 - «Процессы и аппараты пищевых производств» и 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

29 АВГ 2013

Воронеж —2013

005532461

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

Научный руководитель-доктор технических наук, профессор

Афанасьев Валерий Андреевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Абрамов Олег Васильевич (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»), декан факультета ПМА

кандидат технических наук Проскурина Олеся Петровна

(ФГБУ Воронежский филиал «Федеральный центр оценки качества безопасности и качества зерна и продуктов его переработки»), начальник отдела

Ведущая организация -Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» (г. Воронеж) Защита состоится «19» сентября 2013 г. в 13"° 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 направлять в адрес совета университета.

Автореферат размещен на сайтах Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки Российской Федерации https://vak2.ed.gov.ru и ВГУИТ http://www.vsuet.ru «15» августа 2013 г. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ВГУИТ».

Автореферат разослан «18» августа 2013 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций

на соискание ученой степени кандидата наук,

на соискание ученой степени докуфа наук Д 212.035.01

профессор У -рбЯС^ Г.В. Калашников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Серьезной проблемой, сдерживающей развитие животноводства, являлась несбалансированность кормов. Многие хозяйства используют в кормлении животных зернофураж в виде простых зерносмесей, что снижает продуктивность животных и конверсию корма и повышает себестоимость животноводческой продукции. Кроме того, наблюдается нарушение энергетического и углеводно-жирового обмена, снижается продуктивность, возникают проблемы с воспроизводством. Это обусловлено тем, что недостаточно хорошо разработана технология, позволяющая реализовать глубокие физико-химические изменения в белково-углеводном комплексе при гидротермической обработке.

Для повышения питательной ценности и доброкачественности комбикормов рекомендуется такой способ обработки, как экспандирование. Его внедрение в комбикормовую промышленность позволит во многом решить проблему сбалансированного кормления сельскохозяйственных животных.

При обработке в экспандере наблюдается частичная денатурация белка, что должно способствовать его лучшему усвоению. Обработка в экспандере уменьшает бактериальную обсеме-ненность, полностью уничтожает колиобразные бактерии, кишечную палочку, плесневые грибы и сальмонеллы. Условия протекания процесса в экспандере более щадящие, что в меньшей степени разрушает витамины, незначительно снижает содержание аминокислот. Достигаемая в процессе экспандирования стерилизация продуктов особенно важна в условиях нестабильного санитарного качества поступающего на заводы сырья.

Создание инновационной технологии производства экспан-дированных комбикормов, адаптированных для различных животных, позволит повысить требования к качеству комбикормов, расширить номенклатуру сырья и ассортимент продукции.

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 тех-

нологий хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в конкурентоспособные продукты с программируемыми свойствами и соответствующим аппаратурным оформлением на предприятиях АПК» (№ гос. регистрации 01201253866, 2011-2015 гг.).

Цель диссертационной работы: разработка научно-технологических решений производства экспандированных комбикормов со сбалансированными по питательной ценности компонентами в экспандерах с кольцевым зазором, способствующих росту привесов, сокращению сроков откорма и повышению конверсии корма.

В соответствии с целью решались следующие задачи:

- научное обоснование выбора рецептурного состава смеси для производства экспандированных комбикормов для различных групп сельскохозяйственных животных и птицы;

- изучение реологических и теплофизических характеристик экспандированных комбикормов на основе пшеницы, ячменя, кукурузы, полножирной сои, рыбной муки, мясокостной муки и соевого шрота;

- исследование основных закономерностей процесса экс-пандирования комбикормов в экспандерах с кольцевым зазором;

- выбор и обоснование рациональных параметров процесса получения экспандированных комбикормов;

- проведение комплексной оценки качества экспандированных комбикормов с спроектированным составом и сбалансированными по питательной ценности компонентами;

- математическое моделирование течения расплава биополимера в экспандере с кольцевым зазором;

- определение эффективности использования комбикормов сельскохозяйственной птицей;

- разработка конструкции экспандера и технологии производства экспандированных комбикормов, способствующих росту привесов, сокращению сроков откорма, снижению падежа животных и птицы, повышению конверсии корма;

- проведение промышленной апробации и производственных испытаний предлагаемых разработок.

Научная новизна. Изучено влияние условий экспандиро-вания зерновых смесей на закономерность протекания процесса,

что позволило обосновать режимы протекания процесса экспан-дирования.

Обоснован выбор рецептурного состава смеси для производства экспандированных комбикормов.

Выявлены реологические и теплофизические характеристики экспандированных комбикормов на основе пшеницы, ячменя, кукурузы, полножирной сои, рыбной муки, мясокостной муки и соевого шрота.

Выявлены основные закономерности изменения технологических параметров в зависимости от влажности исходной смеси, величины кольцевого зазора, частоты вращения шнека.

Разработана математическая модель, описывающая течение расплава зерновой смеси в экспандере и позволяющая рассчитать профили температуры и скорости расплава в кольцевом канале экспандера.

Новизна технического решения подтверждена положительным решением на выдачу патента по заявке № 2012121005 «Экспандер» от 05.04.2013.

Практическая ценность. Определены рациональные параметры процесса переработки исследуемой зерновой смеси в экспандере. Получен экспандат, обладающий высокой биологической и энергетической ценностью и сбалансированным аминокислотным составом.

Разработана новая технология производства экспандированных комбикормов. На основе экспериментальных исследований разработана техническая документация ТУ 9296-00305079236-2012 «Комбикорма экспандированные».

Разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец экспандера ДЭК-5. Разработана линия для производства высокоэффективных экологически чистых экспандированных комбикормов. Годовой экономический эффект от выращивания бройлеров с использованием экспандированных комбикормов составит 4512900 руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: (Воронеж, 2012), (Одесса, 2012). Результаты работы демонстрировались на выставках и бы-

ли награждены: дипломами: межрегиональной специализированной выставки Агропром (22-24.05.2013 г., Воронеж), выставки племенных сельскохозяйственных животных и животноводческого оборудования (29.08.2012 г., Воронеж), восемнадцатой международной специализированной торгово-промышленной выставки «Зерно-комбикорма-ветеринария (05-08.02.2013, г. Москва).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в ведущих научных рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 35 таблиц. Список литературы включает 109 наименований, в том числе 20 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 50 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе дана краткая характеристика процесса экс-пандирования, систематизированы литературные данные о современном состоянии технологий переработки зернобобовых и масличных культур на кормовые цели, приведен обзор современных конструкций экспандеров, технологических линий производства экспандированных комбикормов и анализ математических моделей процесса экспандирования. На основании проведенного анализа обоснован выбор объекта исследования, сформулированы цель и задачи диссертационной работы и определены методы их решения.

Во второй главе приведено обоснование выбора рецептурного состава смеси для производства экспандированных комбикормов для различных групп сельскохозяйственных животных и птицы. Для разработки рецептур использовано программное обеспечение ВНИИКП 5.0. В качестве исходного сырья были использованы: пшеница, ячмень, кукуруза, полножирная соя, рыбная и мясокостная мука, а также соевый шрот. Для обоснования выбора исходных компонентов смеси комбикорма учитывали сле-

дующие факторы: необходимость содержание в готовом продукте большой концентрации белка; высокие показатели пищевой, энергетической и биологической ценности, обменной энергии. За счет варьирования содержания каждого из видов сырья были получены две рецептуры комбикорма. Содержание пшеницы, ячменя, кукурузы, полножирной сои, рыбной муки, мясокостной муки и соевого шрота в исходной смеси комбикорма ЭК-1 составляло в следующей пропорции 40 : 28 : 8 : 9,3 : 3 : 3 : 8,7, а рациональное содержание этих же компонентов в исходной смеси комбикорма ЭК-2- в следующей пропорции 50 : 16:12:10:1:3: 8.

На вискозиметре DV-II+ Pro компании (Brookfield) были выполнены реологические исследования. Установлено, что в процессе экспандирования под действием высоких температур и давления образуется расплав (рис. 1-2), относящийся к аномально-вязким жидкостям.

---— uto4. Пас

ТА:

Рис. 1. Зависимость вязкости рас- Рис. 2. Кривые течения расплавов плавов комбикормов ЭК-1 (1) и комбикормов ЭК-1 (1) и ЭК-2 (2) ЭК-2 (2) от температуры /И О 6, от температуры

Па с, Г, °С

В результате аппроксимации в среде Mathcad 14.0 были получены зависимости:

п(Т\ = 4,472-0,125• Т +1,093 10^-Т2-2,921 10~6 Г3; (1) п(Т)2 = 4,719 - 0,132 ■ Г +1,157 • 10"3 • Г2 - 3,10 М О"6 • Г3. (2) Был исследован характер изменения теплофизических характеристик двух рецептур комбикорма методом нестационарного теплового режима на установке Coesfeld RT-1394H (National

Instruments).ncwy4eHHbie опытные данные были обработаны на ЭВМ в среде «Microsoft Excel». В результате были получены уравнения (3-14), описывающие теплофизические свойства смесей комбикорма. Значения теплофизических характеристик двух комбикормов для интервала температур (293.. .353 К): комбикорма ЭК-1 при W= 11,89 %:

с = 2564 + 1,645-/; (3)

Л = 0,118 + 0,0003 /; (4)

а = 1,715-0,003 /; (5)

при W= 6,57 %:

с = 2247 + 2,016 / ; (6)

¿ = 0,102 + 0,0003 •/; (7)

а = 7,320 — 0,001 / ; (8)

комбикорма ЭК-2 при W= 12,09 %:

с = 2678 + 1,678 /; (9)

Л = 0,137 + 8-10~5 - /; (10)

а = 1,790 - 0,002 /; (11)

при W= 6,87 %:

с = 2384 + 1,710-/ ; (12)

Л. = 0,122 +4-Ю-5 ■/; (13)

а = 7,425-0,003 /; (14)

Кривые, рассчитанные по зависимостям (3)-(14), и экспериментальные данные представлены на рис. 3. Выявлено, что с повышением температуры удельная теплоемкость и теплопроводность увеличиваются, а коэффициент температуропроводности комбикормов понижается.

Исследование влияния условий экспандирования комбикормов на характер протекания процесса и качество готового продукта позволяет оценить глубину физико-химических изменений, происходящих в расплаве исходной смеси.

В результате обработки экспериментальных данных выявлено распределение температуры (рис. 4, а) и давления (рис. 4, б) продукта по длине рабочей камеры экспандера, а также зависимость коэффициента вспучивания от температуры (рис. 5, а) и влажности (рис. 5, б) экспандированного комбикорма.

2 1 У А

С

1—

-10 60 ■с м

2 1 4 3

1 (

я—

£ }■' В г---'

1

?—

60 "С 80

1

с

4 3

20 I ■

60 V «О

Рис. 3. Зависимость удельной теплоемкости (а), коэффициента теплопроводности (б) и коэффициента температуропроводности (в) комбикормов от температуры: 1 - исходная смесь ЭК-1; 2 - исходная смесь ЭК-2; 3 - экспандат ЭК-1 (IV = 6,57 %); 4 - экспандат ЭК-2 (IV = 6,87 %)

Установлено, что повышение скорости вращения шнека вызывает более быстрый разогрев продукта в рабочей камере экспандера. При высоких скоростях расплав комбикорма меньше времени находится в камере, что снижает разложение термолабильных веществ при возрастании температуры в предматрич-ной зоне экспандера. Повышение начальной влажности исходной смеси комбикорма также приводило к увеличению скорости протекания процесса экспандирова-ния.

Распределение температуры расплава по длине рабочей зоны экспандера при постоянной скорости вращения шнека 5,3 с (рис. 4, а) характеризуется ее резким возрастанием, начиная с 0,12 м до конца рабочей камеры экспандера. При выходе расплава из формующего канала экспандера его температура быстро понижается до 323...334 К. При выходе экспандата в атмосферу происходит испарение воды, сопровождающееся резким снижением температуры.

Установлено, что влажность смеси комбикормов (ЭК-1 и ЭК-2) постоянна по длине рабочей зоны экспандера до выхода из предматричной зоны в зону атмосферного давления, в кото-

рой испаряется от 7 до 13 % влаги.

Рис. 4. Зависимость температуры (а) и давления (б) расплава полнорационного комбикорма ЭК-1 по длине рабочей камеры экспандера

Анализ изменения коэффициента вспучивания от температуры и влажности экспандированного комбикорма (рис. 5) показывает наличие сингулярных точек: коэффициент вспучивания экспандированного комбикорма к = 5,0 имеет минимальное значение при температуре 383 К и максимальное значение к - 6,7 -при температуре 393 К и коэффициент вспучивания к = 6,7 экспандированного комбикорма имеет максимальное значение при влажности 17,0 % и минимальное значение к = 5,0 - при влажности 20,4 %.

Анализ характера изменения температуры и давления по длине рабочей камеры экспандера позволил оценить влияние этих кинетических параметров на ход процесса экспандирования двух смесей комбикормов (ЭК-1 и ЭК-2) и обосновать рациональные режимы исследуемого процесса.

Стабилизация давления в кольцевом зазоре экспандера дала возможность поддерживать температуру расплава постоянной и равной 415 К. Это привело к минимальному разложению термолабильных питательных веществ.

Рис. 5. Зависимость коэффициента вспучивания от температуры (а) и влажности (б) экспандированного комбикорма ЭК-1

Таким образом, графические зависимости давления и температуры расплава в рабочей камере экспандера от температуры и давления позволяют описать характер протекания процесса экспандирования комбикормов.

Выявлено доминирующее влияние температуры и давления расплава, начальной влажности смеси; конструктивных и геометрических характеристик рабочего органа экспандера (в частности, величины кольцевого зазора) и скорости вращения шнека.

В третьей главе разработана математическая модель для расчета профиля скоростей и температур расплава в кольцевом канале экспандера при таких допущениях: течение расплава в кольцевом зазоре экспандера представляет собой установившийся ламинарный поток; силами инерции и гравитации можно пренебречь; скольжение расплава на стенке отсутствует; течение изотермическое; расплав представляет собой несжимаемую жидкость; изменением теплопроводности в продольном направлении можно пренебречь; конвективная теплопередача в направлении, перпендикулярном направлению течения, происходит только за

счет теплопроводности.

Для описания неизотермического течения расплава в кольцевом канале экспандера используем следующие уравнения:

• уравнение неразрывности, описывающее изменение плот-

ности расплава в зависимости от времени как функция вектора

/»V

>

дУх дУу дх ду дг

потока массы

др др др др Ы дх у ду дг

уравнения движения: с1ух др

А дх

¿¡уу _ др Р~Шл~~ду~

<1у. _ др

, . дг

дх дт.

ду дг

+ РЕ*

---1---1--

дх ду

дх

•реологическое уравнение течения расплава

дг

ду дг ш:

+ Р8У

ду

V /

• закон сохранения энергии

(дТ дТ дТ дТ рсп\ ———-+уг—■■ и Р I я/ х я, у Ям - дг

-т{&

\дТ/р

д1 1 дх г

ду

дх ду дг

дуг ду сп>,

дх ду дг

дуг "V д\>т

дух | дуу ду дх

дух + \ дг дх

+ г

V

дуу ^ ду. дг ду

уравнения термодинамического состояния расплава

(15)

(16)

(17)

(18)

ду ду (19)

Для решения системы уравнений (15-19) были приняты следующие граничные условия по температуре: при прилипании расплава к стенкам канала тепловой поток в слое, прилегающем к

стенке, определяются следующей формулой:

^Лг д . (20)

Уравнения (15-20) совместно с начальными условиями = ууа=уу(х,у,т = 0), Т0=Т(х,у,т = 0) и соответствующими граничными условиями представляют замкнутую систему, позволяющую определять поля скорости и температуры однородной несжимаемой вязкой жидкости и их изменение со временем.

Температура расплава, контактирующего со стенкой, принимается равной температуре стенки, то есть Тк = Т„. Это условие считается условием изотермичности стенки (В1_>со).

В результате были получены уравнения для определения

средней скорости расплава в кольцевом канале экспандера:

- ЛрЯ2

' ,2

1п к

(21)

рдц к ^пах I ^пйп _

Было также получено решение для расчета профиля температуры расплава в кольцевом канале экспандера

П2>~1а Адг) 2(т2+5т + б) ^

Полученное решение для профиля температуры справедливо при условии, что полная энергия, рассеиваемая при течении, отводится за счет теплопереноса в направлении, перпендикулярном направлению течения, т. е. через стенки кольцевого канала

экспандера.

На рис. 6 представлены расчетные скорости и температуры расплава в кольцевом канале экспандера при постоянной температуре стенки рабочей камеры Т = 398 К и различной длине канала мм: 1 - 170; 2 - 190; 3 - 210. Полученные зависимости достаточно адекватно описывают профиль скоростей и температур расплава в кольцевом канале экспандера: среднеквадратичное

отклонение по абсолютному значению не превышало для темпе-

В четвертой главе приведены результаты исследования процесса экспан-дирования комбикормов с использованием оборудования фирмы «Спроут-Матадор» (Дания) на Богданович-ском комбикормовом заводе Свердловской области. Оценку эффективности использования комбикормов проводили в виварии ВНИИКП.

В качестве объекта исследования использовались цыплята-бройлеры кросса Смена-2. В процессе кормления цыплят в стартовый период (6-14 дней) наблюдалась плохая поедаемость корма, особенно цыплятами второй и четвертой групп, получавшими комбикорм ЭК-2 в виде крупки из экспандата и крупки из гранул. Основной причиной отставания в росте цыплят контрольной группы является переизмельчение скармливаемого рассыпного комбикорма, цыплят опытных групп - повышенное содержание крупных фракций в скармливаемой крупке из экспандата и гранул, трудно поедаемых цыплятами стартового периода.

В ростовом периоде поедаемость комбикорма цыплятами улучшилась и в 28 дней живая масса их возросла по группам в 2,5-3 раза, причем наибольший показатель ее (915 г) имели цыплята третьей группы, которые получали крупку из гранулированного экспандата, наименьший (624 г) - цыплята контрольной

ратуры 3,5 % и для влагосодержания 11,0 %.

r/R -'—

Рис. 6. Профили скорости и температуры расплава в кольцевом канале экспандера при постоянной температуре стенке 398 К и различной длине канала, мм: 1 - 170; 2 - 190; 3 - 210

группы.

По окончании опыта в 42 дня цыплята контрольной группы имели живую массу 1696 г, 2-й группы - 1764 г, 3-й группы -1824 г, 4-й группы - 1680 г. При этом лучшие результаты, как и в предыдущий период выращивания имели цыплята 3-й группы, получавшие гранулированный экспандат.

Среднесуточный прирост живой массы цыплят составил 47,6 г, что на 7,9 % выше, чем в контрольной группе. Следует отметить, что цыплята 4-й группы, получавшие гранулированный комбикорм традиционной технологии, по показателям продуктивности вначале отставали от контрольной группы. Однако к 49 дням показатели продуктивности этих цыплят улучшились: живая масса составила 2135 г, среднесуточный прирост живой массы за финишный период - 68,5 - 69,3 г.

Для оценки влияния тепловой обработки комбикорма на качество животноводческой продукции проводили контрольный забой цыплят по 3 головы из каждой группы. Из данных контрольного забоя следует отметить повышенный выход мяса у цыплят 3-й группы (69,5 %) по сравнению с контрольной и 4-й опытной (67,6 и 67,3 %). Кроме того, цыплята 2-й группы имели наибольшую массу внутреннего жира (34,2 г) по сравнению с

остальными группами.

Таким образом, наилучшие показатели продуктивности цыплят-бройлеров кросса Смена-2 получены при использовании в кормлен™ комбикормов в виде крупки из гранулированного экспандата в первый период выращивания и гранулированного экспандата во второй период выращивания.

Показателями продуктивности кур-несушек служили яйценоскость, интенсивность яйцекладки, масса яиц, выход яичной массы и затраты корма. Анализ данных по яйценоскости кур-несушек (табл. 1) показывает, что яйценоскость кур за опытный период составляла в группах 61,1-66,6 яиц на 1 курицу и зависела от технологии приготовления комбикорма.

При этом указанный показатель был наиболее высоким у кур четвертой группы, получавшей крупку из гранул, и на 9 % был выше по сравнению с контрольной группой.

Экспериментальные данные по выходу яичной массы на

курицу-несушку свидетельствуют о том, что выход яичной массы за три месяца в третьей и четвертой группах кур-несушек, которым скармливали комбикорм в виде крупки, был одинаковым и составил 4,4 кг или на 8,4 % выше по сравнению с группой, получавшей рассыпной комбикорм (табл.2).

Таблица 1

Номер группы Интенсивность яйцекладки, % за месяц

1-й 2-й 3-й Средняя за три месяца % к контролю

1 84,8 82,4 76,8 81,5 100

2 89,2 84,0 81,6 84,8 104,0

3 91,2 88,8 82,8 87,1 106,9

4 94,0 89,2 83,2 88,8 109,0

Таблица 2

Номер группы Выход яичной массы на одну курицу, г за месяц

1-й 2-й 3-й За три месяца % к контролю

1 1393 1376 1308 4077 100

2 1441 1359 1336 4216 103,4

3 1530 1474 1416 4420 108,4

4 1549 1472 1398 4419 108,4

Результаты опыта (табл. 3), показали, что средняя масса яиц кур-несушек за три месяца в контрольной и третьей, четвертой опытных группах практически одинакова (66,3-67,2 г) и немного ниже (на 0,6-2,7 %) оказалась во второй группе.

Анализ данных по затратам комбикорм на 10 яиц и на 1 кг яичной массы (табл. 4) показывает, что суточное потребление комбикормов на одну голову за весь период опыта в контрольной, третьей и четвертой группах было примерно одинаковым (124,6-126,2 кг) и незначительно ниже во второй группе, получавшей крупку из экспандата.

Затраты комбикорма на 10 яиц в опытных группах составили 1,64; 1,71; 1,71 кг или 89,1; 92,9 и 92,9 % по отношению к контролю. Затраты комбикормов на 1 кг яичной массы в опытных группах были на одном уровне (2,53-2,57 кг) или 92-93,4 % по отношению к контролю.

Таким образом, при скармливании курам-несушкам экс-пандированных комбикормов и гранулированных в виде крупки яйценоскость за 90 дней учетного периода составила 63,6-66,6 яиц, интенсивность яйцекладки 84,8-88,8 %, выход яичной массы 4,2-4,4 кг при затрате корма на 10 яиц 1,64-1,71 кг и 1 кг яичной массы 2,53-2,57 кг.

Таблиг1а 3

Масса яиц кур-несушек

Номер группы Гпепняя масса яйца, г за месяц

1-й 2-й 3-й За 3 месяца % к контролю

1 65,7 66,8 68,1 66,8 100

2 64,6 64,7 65,5 65,0 97,3

3 67,1 66,4 68,4 67,2 100,6

4 65,9 66,0 67,2 66,3 99,2

Наибольшая эффективность получена в третьей и четвертой группах, получавших комбикорм в виде крупки из экспандата и крупки из гранул.

Таблгп(а 4

Затраты комбикорма на 10 яиц и яичную массу_

Номер группы

Потребление комбикорма на 1 голову в сутки, кг 125,0 116,2 124,6 126,2

Затраты комбикорма, кг

На 10 яиц

1,84 1,64 1,71 1,71

% к контролю

100 89,1 92,9 92,9

На 1 кг яичной массы

2,75

2.53

2.54 2,57

% к контролю

100 92,0 92,4 93,4

Исследование режимов экспандирования рассыпных комбикормов на экспандере фирмы «Амандус Каль» (Германия) на Волосовском комбикормовом заводе Ленинградской области и их влияние на качество готовой продукции проводили в процессе производства комбикормов по рецептам: ЭК-1 (для кур-несушек 15-18 месяцев) и ЭК-2 (для молодняка кур 5-30 дней).Изменение качества комбикорма рецепта ЭК-2 в процессе его обработки изучали по следующим показателям: содержание растворимых и легкогидролизуемых углеводов, витаминов В! и В2, атакуемость

углеводов и протеина гидролитическими ферментами и санитарно-гигиеническим показателям. В исходном и экспандированном комбикорме определяли токсичность, наличие сальмонелл, кишечную палочку, общую бактериальную обсемененность.

Анализ результатов исследования качества комбикорма (табл. 5) показывает, что обработка комбикорма в кондиционере и экспандере повлияла на степень атакуемости углеводов амило-литическими ферментами. Отмечается двукратное увеличение степени атакуемости углеводов амилолитическими ферментами экспандированного комбикорма по сравнению с рассыпным (102,2-100,8 и 46,1 мг/г, соответственно).

Следует также отметить некоторую долю снижения бактериальной обсемененности обработанного продукта. Другие исследуемые показатели не претерпели существенных изменений.

Таблица 5

Наименование показателя Рассыпной комбикорм Комбикорм после экспандера Экспандиро-ванный комбикорм в виде крупки

Растворимые углеводы, % 4,8 4,5 4,9

Легкогидролизуемые углеводы, % 34,6 38,5 34,5

Витамин В,, мг% 0,23 0,20 0,22

Витамин В2, мг% 0,22 0,25 0,22

Атакуемость углеводов амилолитическими ферментами, мг/г 46,1 100,8 102,2

Атакуемость протеина протео-литическими ферментами, мг/г 4,5 4,5 4,5

Микробные клетки, КОЕ в 1 г 5 10" МО 410

Сальмонеллы, КОЕ в 25 г отсутствуют отсутствуют отсутствуют

Кишечная палочка, Е соП/г отсутствуют отсутствуют отсутствуют

Так, содержание витаминов В! и В2, растворимых и легко-гидролизуемых углеводов осталось на прежнем уровне, что характеризует режимы обработки как щадящие.

Полученные данные свидетельствуют о соответствии допустимым нормам микробиологических показателей и содержания вредных для здоровья соединений: нитратов, пестицидов и тяжелых металлов. Подтверждена также высокая степень сохранности

ценных питательных веществ в процессе экспандирования.

В пятой главе приводится описание разработанной конструкции экспандера (рис. 7) и технологической схемы линии, реализующей три ресурсосберегающие технологии экспандиро-ванных комбикормов в рассыпном виде, гранулированном и в виде крупки из гранул (рис. 8).

Рис. 7. Экспандер: 1 - загрузочный бункер; 2 - шнек; 3 - корпус; 4 -каналы; 5 - кулачки; 6 - греющие шайбы; 7 - предматричная зона; 8 -головка; 9 - крышка; 10 - патрубки; 11 - вариатор; 12 - электродвигатель; 13 - отверстие для удаления избытка испаряемых паров. 14 - патрубок; 15 - полый цилиндр

Выполнен расчет экономического эффекта от производства и использования экспандированных комбикормов, который применительно к выращиванию бройлеров составил 4512900 руб.

Условные обозначения

g - вектор ускорения свободного падения; ут, V,, и V- - компоненты вектора скорости; V2 = +л>2 + V?; д - вектор потока теплоты (с компонентами дх, ц,У, В1 - число Био; Т„ - температура расплава на стенке, К; Гк - температура корпуса кольцевой головки экспандера, К; гг - скорость расплава вдоль оси г, м/с; у- - средняя скорость в кольцевом канале экспандера, м/с; р - плотность расплава, кг/м3; х, у, г - координатные оси, >] = \!<р- коэффициент динамической вязкости, Па с; <р- показатель консистенции; р - давление, Па; др /дг- градиент давления, Па; т - индекс течения; £ - длина выходной зоны, м; Я- глубина винтового канала, м; Я - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); 5 - толщина зазора, м; т и т\у — напряжение сдвига и напряжение сдвига на стенке, Па с; <7 - удельный тепловой поток, Вт/(м2-К); г, Я — текущий радиус и радиус кольцевого канала, м; и - внутренняя энергия, Дж; V - объемный расход, м3/с; /•-скорость сдвига, с'1, а - коэффициент температу-

ропроводности, м2/с; г12 - удельная теплота парообразования, Дж/(кг К);

-л х

Рис. 8. Технологическая схема линии экспандирования рассыпных комбикормов: 1 - накопительный бункер; 2 -

шнековый питатель; 3 - магнитная колонка; 4 - кондиционер-смеситель; 5 - экспандер; 6 - запирающий конус; 7 — структуратор; 8 — шнековый питатель; 9 - пресс-гранулятор; 10 - охладительная колонка; 11 - валковый измельчитель

ния экспандированных комбикормов.

4. В результате проведения комплексной оценки качества экспандированных комбикормов установлено, что полученные экспандированные комбикорма ЭК-1 и ЭК-2, исследованные по

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

Основные выводы и результаты

1. Обоснован выбор и содержание пшеницы, ячменя, кукурузы, полножирной сои, рыбной муки, мясокостной муки и соевого шрота в комбикорме ЭК-1 в следующей пропорции 40 : 28 : 8 : 9,3 : 3 : 3 : 8,7, и в комбикорме ЭК-2 - 50 : 16 : 12: 10: 1 :3 : 8.

2. Установлен характер изменения реологических и теплофизических характеристик экспандированных комбикормов ЭК-1 и ЭК-2.

3. Выявлены основные закономерности процесса экспандирования комбикормов в экспандерах с кольцевым зазором, обоснованы рациональные параметры процесса получе-

физико-химическим, органолептическим, микробиологическим и показателям безопасности, соответствовали требованиям, предъявляемым к комбикормам.

5. Разработана математическая модель, описывающая течение расплава биополимера в экспандере с кольцевым зазором, позволяющая выявить профиль скоростей и температур расплава.

6. Разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец экспандера ДЭК-5. Разработана технологическая линия производства экспандированных комбикормов в рассыпном виде, гранулированном и в виде крупки из гранул.

7. Разработана новая технология производства экспандированных комбикормов и техническая документация ТУ 9296-00305079236-2012 «Комбикорма экспандированные».

8. Оценка эффективности использования комбикормов при скармливании курам-несушкам экспандированных комбикормов показала, что яйценоскость за 90 дней учетного периода составила 63,6-66,6 яиц, интенсивность яйцекладки 84,8-88,8 %, выход яичной массы 4,2-4,4 кг при затрате корма на 10 яиц 1,64-1,71 кг и 1 кг яичной массы 2,53-2,57 кг.

9. Проведенные производственные испытания процесса экс-пандирования комбикормов на экспандере фирмы «Спроут-Матадор» (Дания) на Богдановичском комбикормовом заводе Свердловской области и на экспандере фирмы «Амандус Каль» (Германия) на Волосовском комбикормовом заводе Ленинградской области показали, что цыплята контрольной группы имели большую живую массу, меньший падеж и сокращенные сроки откорма.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Афанасьев, В. А. Исследование влияния режимов экспан-дирования рассыпных комбикормов на их качество [Текст] / В. А. Афанасьев, И. С. Богомолов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2012. - № 3 (53). - С. 27-30.

2. Богомолов, И. С. Расчет профиля скоростей и температур

расплава в кольцевом канале экспандера [Текст] / И. С. Богомолов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2013. - № 1 (55). - С. 24-26.

3. Афанасьев, В. А. Лучшую технику и технологии - производителям комбикормов [Текст] / В. А. Афанасьев, Е. И. Орлов, И. С. Богомолов//Агрокультура.-2011. -№ 1.-С. 36-37.

4. Остриков, А. Н. Экспандирование как способ повышения эффективности АПК [Текст] / А. Н. Остриков, В. Н. Василенко,

B. А. Афанасьев, И. С. Богомолов // Комбикорма. - 2013. - № 4. -

C. 29-32.

5. Афанасьев, В. А. Современные комбикормовые заводы [Текст] / В. А. Афанасьев, Е. И. Орлов, И. С. Богомолов // Комбикорма.-2011.-№ 1,-С. 43-45.

6. Афанасьев, В. А. Современные заводы для производства комбикормов в хозяйствах [Текст] / В. А. Афанасьев, Е. И. Орлов, И. С. Богомолов // Свиноводство. - 2011. - № 2. - С. 13-16.

7. Афанасьев, В. А. Реализация кинетических закономерностей в разработанной конструкции экспандера [Текст] / В. А. Афанасьев, И. С. Богомолов // Адаптация технологических процессов к пищевым машинным технологиям / Материалы Международной научно-технической конференции. - В 3 ч. Ч. 2. - Воронеж. гос. ун-т инж. технол. - Воронеж, 2012. - С. 79-81.

8. Богомолов, И. С. Определение эффективности использования комбикормов сельскохозяйственной птицей [Текст] / И. С. Богомолов, В. А. Афанасьев // Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть наук о жизни / Материалы Международной научно-технической конференции. - Воронеж: ВГУИТ, 2012. - С. 414-417.

9. Афанасьев, В. А. Влияние параметров процесса экспан-дирования на биохимические и микробиологические показатели комбикормов [Текст] / В. А. Афанасьев, И. С. Богомолов // Сборник научных трудов «Науков1 пращ». Сер1я «Техшчш науки». Одеська нащональна академ1я харчових технолопй. - Одесса, 2012. - Випуск 42. - Том 1. - С. 95-98.

Подписано в печать 15.08.2013 г. Формат 60x84 7,6. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ /ЗЯ ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ВГУИТ) Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес академии и отдела полиграфии 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ЭКСПАНДИРОВАННЫХ КОМБИКОРМОВ В ЭКСПАНДЕРЕ

С КОЛЬЦЕВЫМ ЗАЗОРОМ

Специальность 05.18.12 - «Процессы и аппараты пищевых производств» Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

04201361362

На правах рукописи

БОГОМОЛОВ Игорь Сергеевич

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В. А. Афанасьев

Воронеж - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. Анализ современного состояния теории, техники и технологии производства экспандированных продуктов 11

1.1. Общая характеристика процесса экспандирования 11

1.2. Технологии переработки зернобобовых и масличных

культур на кормовые цели 17

1.3. Обзор современных конструкций экспандеров 24

1.4. Обзор технологических линий производства экспандированных комбикормов 38

1.5. Анализ математических моделей процесса экспандирования 44

1.6. Анализ литературного обзора, цель и задачи исследования 51 Глава 2. Анализ объекта исследования и исследование процесса

экспандирования комбикормов 54

2.1. Оптимизация рецептурного состава исходной смеси комбикорма 54

2.2. Исследование реологических характеристик расплава экспандируемой смеси 58

2.3. Определение теплофизических характеристик смесей комбикормов 61

2.4. Экспериментальная установка и методика проведения исследований 64

2.5. Исследование процесса экспандирования комбикормов 66 Глава 3. Математическая модель неизотермического течения

расплава в кольцевом канале экспандера 70

3.1. Постановка задачи 70

3.2. Допущения и граничные условия 73

3.3. Численное решение системы уравнений 76 Глава 4. Экспериментальные исследования процесса

экспандирования комбикормов на линии «Спроут-

Матадор» и «Амандус Каль» 80

4.1. Экспандирование комбикормов на линии фирмы «Спроут-Матадор» 80

4.2. Влияние процессов экспандирования на биохимические и микробиологические показатели комбикормов 88

4.3. Определение эффективности использования комбикормов сельскохозяйственной птицей 91

4.4. Эффективность использования комбикормов цыплятами-бройлерами 96

4.5. Эффективность использования комбикормов курами-несушками 103

4.6. Экспандирование комбикормов на линии фирмы «Амандус Каль» 106

4.7. Влияние экспандирования на биохимические и микробиологические показатели комбикормов 111

Глава 5. Разработка конструкции экспандера и линии для производства экспандированных комбикормов 113

5.1. Разработка конструкции экспандера 113

5.2. Разработка трех технологий производства экспандированных комбикормов в рассыпном виде, гранулированном и в виде крупки из гранул 121

5.3. Расчет экономического эффекта от производства и использования экспандированных комбикормов 126

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 130

ЛИТЕРАТУРА 132

ПРИЛОЖЕНИЕ 143

ВВЕДЕНИЕ

Обеспеченность высококачественными комбикормами во многом определяет уровень развития и экономику животноводства и птицеводства, так как в структуре себестоимости животноводческой продукции стоимость кормов достигает 65-70 %. Объем комбикормовой продукции после известного падения в перестроечные годы с 2001 г. начали расти. Так производство комбикормов по данным органов статистики с 9,8 млн. тонн в 2002 г. составило в 2012 г. 30,4 млн. тонн и возросло более чем в 3 раза (рис. 1). Около половины потребности в белково-витаминно-минеральных концентратах (БМВК) и премиксах вырабатывается на предприятиях Российской Федерации, остальное количество поставляется из-за рубежа. Но при этом необходимо учитывать, что при производстве премиксов использование импортного сырья составляет почти 100 %, при производстве БВМК - 75 %.

40 ЗО 20 Ю О

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2009 2012 2020 ■ Данные статистики □ Всего произведено

Рис. I. Динамика производства комбикормов в России в 1990-2020 гг.

Но эти данные не совсем достоверны, так как практически все комбикормовые заводы и цеха, входящие в состав птицефабрик и свинокомплексов не отчитываются за произведенную комбикормовую продукцию. Около половины потребности в белково-витаминно-минеральных концентратах и преми-

ксах вырабатывается на предприятиях Российской Федерации, остальное количество поставляется из-за рубежа [2, 8]. Но при этом необходимо учитывать, что при производстве премиксов использование импортного сырья составляет почти 100%, при производстве БВМК - 75%.

С учетом поставленных задач по подъему животноводства и птицеводства потребность в полноценных комбикормах в России только для сельскохозяйственных организаций составляет на: 2012 г. - 30,4 млн. тонн, 2015 г. -35,5 млн. тонн, 2020 г. - 40,7 млн. тонн.

Кроме этого потребность в концентрированных комбикормах и кормах для личных хозяйств населения, крестьянских и фермерских хозяйств только на 2012 г. составляет около 20 млн. тонн комбикормов.

Существующее в России состояние комбикормового производства не позволяет решить проблему растущих потребностей в обеспечении животноводческих, птицеводческих и рыбоводческих хозяйств высококачественными комбикормами без внедрения новых технологий и технического переоснащения прогрессивным современным оборудованием.

Большинство комбикормовых заводов были построены в прошлом столетии по типовым проектам с использованием, в основном, отечественного оборудования, разработанного 30-40 лет тому назад, на сегодняшний день — морально устаревшего и физически изношенного.

Анализ материально-технической базы комбикормового производства за 2010 г. показал, что наличие технологического оборудования отечественного производства составляет 76,8 %, импортного - 23,2 %. Импортное оборудование в основном используется при строительстве новых цехов и заводов в составе птицефабрик и животноводческих комплексов.

Серьезной проблемой, сдерживающей развитие животноводства, являлась несбалансированность кормов, причем основная часть несбалансированных кормов в России приходится на потребление крупного рогатого скота (КРС), свиней и других сельскохозяйственных животных. Для существующих

технологий переработки кормов характерны высокие энерго- и металлоемкость оборудования, низкое качество готового продукта и др. [8].

Внедрение прогрессивных технологий и современного, но дорогостоящего технологического оборудования на действующих и вновь строящихся комбикормовых предприятиях требует значительных финансовых средств.

Одним из главных условий развития животноводства в нашей стране является рациональное кормление, обеспечивающее потребность животных во всех питательных веществах. Известно, что при недостатке в рационах молочных коров и КРС на откорме энергии и легкоусвояемых углеводов (сахара, крахмал), протеин и аминокислоты расходуются на энергетические нужды, что намного повышает потребность в них животных. Кроме того, наблюдается нарушение энергетического и углеводно-жирового обмена, снижается продуктивность, возникают проблемы с воспроизводством.

Теория и практика кормления КРС свидетельствует о том, что наиболее рационально оптимизировать рационы в соответствии с современными детализированными нормами за счет комбикормов. В этой связи научными учреждениями страны разработаны, апробированы и рекомендованы производству рецепты комбикормов концентратов. В соответствии с ГОСТ 9268-90 в 1 кг комбикорма-концентрата для молочных коров должно содержаться обменной энергии 10 МДж, сырого протеина не менее 180 г (в летний период 130 г), сахара 70-80 г, кальция не менее 0,5 г, фосфора не менее 8,5 г, поваренной соли 10-15 г. Актуальность обеспечения продовольственной безопасности определяется не только уровнем производства продуктов питания на душу населения, но и степенью обеспечения нормативного потребления продовольствия на душу населения.

В условиях интенсивного ведения животноводства, проблема обеспечения его кормовым белком имеет исключительную важность. Белок является незаменимым компонентом всех рационов [69]. Сбалансированность кормов по белку снижает затраты на производство единицы продукции и ее себесто-

имость, повышает рентабельность животноводства.

Ввиду ограниченности ресурсов, традиционные виды белкового сырья (жмыхи и шроты, рыбная и мясокостная мука) часто не могут обеспечить комбикормовую отрасль белком. Удельная масса перечисленных компонентов в вырабатываемых отечественной промышленностью комбикормах составляет: жмыхи и шроты - 8-9 %; корма животного происхождения - 0,7-1,0 %, что является явно недостаточным.

Однако многие хозяйства предпочитают использовать в кормлении животных зернофураж в чистом виде или в виде простых зерносмесей. Такое несбалансированное кормление в значительной мере снижает продуктивность животных и конверсию корма и повышает себестоимость животноводческой продукции. В тоже время, сбалансированность кормления в соответствии с потребностями животных достигается содержанием в рационе требуемого количества отдельных питательных веществ и соблюдением определенных соотношений между питательными веществами, например между сахаром и протеином (0,8-1,2:1), что поддерживает нормальное пищеварение в рубце, благоприятствует бактериальному синтезу некоторых незаменимых аминокислот, витаминов группы В, витамина К.

Решение проблемы сбалансированного кормления наиболее эффективно при производстве и использовании балансирующих кормовых добавок. Преимущество такого способа по сравнению с использованием комбикормов-концентратов состоит в том, что отпадает необходимость в дополнительных расходах на перевозку зерна и готовых комбикормов. Однако, балансирующих добавок, содержащих белково-углеводные компоненты, практически не производят. Связано это с тем, что отсутствует технология, позволяющая реализовать глубокие физико-химические изменения в белково-углеводном комплексе при гидротермической обработке [24].

Поэтому разработка технологии приготовления концентрированной протеиновой добавки на основе смеси зернобобовых и масличных культур для

балансирования аминокислотного состава, предусматривающую специальную тепловую обработку для повышения питательности и снижения антипитательных факторов, является актуальной.

Для повышения питательной ценности и доброкачественности сырья и готовой продукции в пищевой промышленности рекомендованы различные способы обработки: экструдирование, экспандирование и др.

В девяностых годах прошлого столетия за рубежом появилось новое оборудование для влаготепловой обработки зернового сырья - экспандеры. Принцип их действия аналогичен экструдеру, но выпрессовывание продукта производится не сквозь отверстия матрицы, а в кольцевой зазор, регулируемый с помощью гидравлической системы. В экспандер вводится пар, а также жидкие виды сырья. В экспандере достигается давление до 10,0 МПа и температура - до 120 °С, продолжительность обработки составляет 5...20 с. Под действием влаги и теплоты происходит клейстеризация крахмала, крахмальные зерна разрываются и переходят в более усвояемую форму. При обработке в экспандере наблюдается частичная денатурация белка, что должно способствовать его лучшему усвоению.

Как показали исследования и практические данные, обработка в экспандере уменьшает бактериальную обсемененность, полностью уничтожает ко-лиобразные бактерии, кишечную палочку, плесневые грибы и сальмонеллы.

В отличие от экструдера условия протекания процесса в экспандере более щадящие, что в меньшей степени разрушает витамины, незначительно снижает содержание аминокислот. Отмечено, что разрушение жирорасщеп-ляющих ферментов при экспандировании повышает срок хранения готовых продуктов, сохраняет их вкусовые качества.

Преимуществом экспандированных продуктов является форма в виде мелкой или средней крупки, которая позволяет сократить потери продукта при транспортировании и кормлении. Достигаемая в процессе экспандирова-ния стерилизация продуктов особенно важна в условиях нестабильного сани-

тарного качества поступающего на заводы сырья.

Создание инновационной технологии производства экспандированных комбикормов, адаптированных для различных животных, позволит повысить требования к качеству комбикормов, расширить номенклатуру сырья и ассортимент продукции [11, 52].

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

Научная новизна. Изучено влияние условий экспандирования зерновых смесей на закономерность протекания процесса, что позволило обосновать режимы протекания процесса экспандирования.

Обоснован выбор рецептурного состава смеси для производства экспандированных комбикормов.

Выявлены реологические и теплофизические характеристики экспандированных комбикормов на основе пшеницы, ячменя, кукурузы, полножирной сои, рыбной муки, мясокостной муки и соевого шрота.

Выявлены основные закономерности изменения технологических параметров в зависимости от влажности исходной смеси, величины кольцевого зазора, частоты вращения шнека.

Разработана математическая модель, описывающая течение расплава зерновой смеси в экспандере и позволяющая рассчитать профили температуры и скорости расплава в кольцевом канале экспандера.

Новизна технического решения подтверждена положительным решением на выдачу патента по заявке № 2012121005 «Экспандер» от 05.04.2013.

Практическая ценность. Определены рациональные параметры процесса переработки исследуемой зерновой смеси в экспандере. Получен экс-пандат, обладающий высокой биологической и энергетической ценностью и сбалансированным аминокислотным составом.

Разработана новая технология производства экспандированных комбикормов. На основе экспериментальных исследований разработана техническая документация ТУ 9296-003-05079236-2012 «Комбикорма экспандированные».

Разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец экспандера ДЭК-5. Разработана линия для производства высокоэффективных экологически чистых экспандированных комбикормов. Годовой экономический эффект от выращивания бройлеров с использованием экспандированных комбикормов составит 4512900 руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: (Воронеж, 2012), (Одесса, 2012). Результаты работы демонстрировались на выставках и были награждены: дипломами: межрегиональной специализированной выставки Агропром (22-24.05.2013 г., Воронеж), выставки племенных сельскохозяйственных животных и животноводческого оборудования (29.08.2012 г., Воронеж), восемнадцатой международной специализированной торгово-промышленной выставки «Зерно-комбикорма-ветеринария (0508.02.2013, г. Москва).

Работа выполнялась на кафедре технологии хранения и переработке зерна (ТХПЗ) ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» и в ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности». Хотелось бы выразить искреннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Афанасьеву Валерию Андреевичу за оказанную помощь и консультации при выполнении диссертационной работы.

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ, ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСПАНДИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ

1.1. Общая характеристика процесса экспандирования

В мировой практике комбикормового производства существует множество методов и технологий обработки зернового сырья с целью повышения его питательности.

Все большую популярность в последние годы завоевывает новый способ влаготепловой обработки зерновых культур - экспандирование или кондиционирование под давлением («High-Temperature-Short-Time Conditioning») - кратковременная гидротермическая обработка зерновых в экспандере, позволяющая получить экспандированный структурированный продукт, готовый к употреблению [11, 62, 77, 95, 97].

При экспандировании продукт подвергают температурной обработке от 80 до 130 °С и давлению до 40 МПа в зависимости от вида продукта, но на очень короткий период, так как общая продолжительность прохождения продукта через экспандер составляет не более шести секунд. Такие параметры обработки, .как влажность, температура, давление и расход воздействуют в экспандере на физические характеристики. П�