автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Обеззараживание зерна и комбикормов в поле СВЧ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МАССОПЕРЕНОС В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯ СВЧ

1.1. Массоперенос в капилярно-пористом теле при воздействии СВЧ-источника.

1.2. Характеристики электромагнитного поля СВЧ.

ГЛАВА 2. КОМБИКОРМА, КАК ОБЪЕКТ ВОЗДЕЙСТВИЯ

ЭМП СВЧ

2.1. Применение СВЧ-метода для обеззараживания комбикормов.

2.2. Диэлектрические характеристики пшеницы, кукурузы, риса в диапазоне волн 0,3-10 ГГц.

2.3. Теплофизические свойства пшеницы, кукурузы, риса.

ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНИКИ СВЧ ДЛЯ СУШКИ

И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И КОМБИКОРМОВ

3.1. Описание конструкций СВЧ-сушилок.

3.2. Анализ применения техники СВЧ и выводы.

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА

НАГРЕВАНИЯ СЛОЯ КОМБИКОРМА СВЧ-ИСТОЧНИКОМ 4.1. Постановка задачи и кинетика нагревания слоя комбикорма.

4.2. Анализ полученных уравнений.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ПРОЦЕССА НАГРЕВАНИЯ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ КОМБИКОРМА В ПОЛЕ СВЧ-ИСТОЧНИКА

5.1. Задачи исследования.

5.2. Описание экспериментальной установки.

5.3. Методика проведения экспериментов и их обсуждение.

5.4 Микологические исследования по определению эффективности использования СВЧ для обеззараживания комбикормов от токсигенных грибов.

5.5. Опытные данные по обеззараживанию грибковой микрофлоры комбикорма в поле СВЧ и их анализ.

5.6. Разработка СВЧ-установки для обеззараживания комбикормов.

5.7. Методика расчета СВЧ-установки непрерывного действия для обеззараживания комбикормов.

ВЫВОДЫ.

Анализ производственных ситуаций на животноводческих фермах и комплексах, на птицефабриках показывает, что большинство болезней животных и птицы обусловлено недоброкачественностью кормов, наличием в них патогенной микрофлоры [1,2].

В рационе питания животных и птицы в условиях их массового содержания главенствующее место занимают комбикорма. Поэтому обеспечение качества комбикормов имеет большое народнохозяйственное значение и играет решающую роль в повышении рентабельности животноводства и птицеводства.

Комбикорма представляют собой многокомпонентные смеси, состоящие из сыпучих, жидких и пластических компонентов.

Состав и питательность комбикормов зависят от их назначения и определяются рецептами [3, 4, 5]. Комбикормовые смеси составляются на основе научных данных о кормлении животных и птицы. Качество комбикормов регламентируется государственными стандартами и техническими условиями. В государственных стандартах предъявляются высокие требования к ветеринарно-санитарному состоянию комбикормов.

Бактериальная обсемененность комбикормов значительно снижает его качество и ограничивает использование, вызывает падеж сельскохозяйственных животных и птицы. При обсемененности комбикормов в них содержатся микробные клетки, бактерии паратифозной группы -сальмонелл, энеропатогенные штаммы кишечной палочки, анаэробы.

Существенное место среди незаразных заболеваний животных и птицы занимают микотоксикозы. Эти отравления возникают при кормлении животных и птицы кормами, пораженными токсическими микроскопическими грибами Fusarium sporotrichioides - 63, Fusarium graminearum - 62, Aspergillus ochraceus - 132429 - продуцентами токсинов T-2, Ф-2, охратоксина А. [3,4].

Для обеззараживания комбикормов, и повышения их питательной ценности применяются различные методы. Широко распространены методы влаготепловой обработки (варка, запаривание и др.), которые наряду с обеззараживанием решают задачу деструкции высокомолекулярных соединений, в частности крахмала и перевода их в усвояемую форму. Однако методы влаготермической обработки вызывают значительное снижение содержания каротина, витаминов и других пищевых компонентов.

В связи с этим, для обеззараживания комбикормов в последнее время значительное внимание уделяется поиску новых способов, среди которых следует указать на использование электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), обработку комбикормов ионизирующим излучением, химическими препаратами, хранение их в нейтральных газовых средах и др.

Среди перечисленных выше методов наибольший интерес представляет и является перспективным метод обеззараживания патогенной микрофлоры комбикормов путем обработки их в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ).

Актуальность поставленной в настоящей работе задачи, заключается в разработке метода и оборудования для обеззараживания комбикормов в поле СВЧ источника, вскармливаемых птице и сельскохозяйственным животным.

Цель работы заключается в разработке метода обеззараживания комбикормов в поле СВЧ-энергии и конструкции СВЧ-установки для этой цели.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- разработан метод обеззараживания комбикормов в поле СВЧ-энергии:

- разработано математическое описание кинетики нагревания и распределения температур в слое комбикормов в поле СВЧ-энергии;

- математическое описание процесса подтверждено экспериментально, на опытной установке.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на Международной научно-методической конференции «Медикобиологические проблемы экологической безопасности агропромышленного комплекса» в 1996 г., г. Сергиев Посад; на Всероссийском семинаре «Процессы и аппараты пищевых производств» в Российской экономической академии им. Г.П. Плеханова в 1997-1998 г.г.; на заседаниях кафедры «Процессы и аппараты пищевых производств» МГЗИПП 1997-1998 г.г.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения и списка используемой литературы.

выводы

1. Исследован метод обеззараживания комбикормов и злаковых культур в поле СВЧ. В аппаратах с СВЧ-источником в 5-10 раз увеличивается интенсивность процесса сушки. Процесс идет при невысоких температурах, значительно снижается зараженность комбикормов и зерна вредителями и патогенной микрофлорой, в результате получается экологически чистый продукт.

2. Перспективным направлением использования СВЧ-энергии для обеззараживания и интенсификации конвективной сушки является кратковременная тепловая обработка комбикормов и зерна. При воздействии электромагнитных полей СВЧ диапазона на биообъект происходит как прямое взаимодействие, в результате чего проявляются различные биологические явления как нетепловые, так и непосредственный разогрев биообъекта, приводящий к денатурации белка.

3. Изучена кинетика нагревания слоя комбикорма при воздействии СВЧ-источника. Разработанные модель и математическое описание процесса нагревания слоя комбикорма и зерна СВЧ-источником позволяют рассчитать температуру в слое и продолжительность нагревания слоя. Чем меньше продолжительность облучения, коэффициенты экс-тинкции и температуропроводность, тем точнее выполняются условия локальной адиабатичности. С увеличением вводимой мощности сокращается продолжительность нагревания слоя до заданной температуры.

Теплопроводность комбикормов и злаковых культур существенно влияет только при продолжительных временах облучения, что имеет место при малых мощностях СВЧ-источника.

4. В результате экспериментального исследования кинетики нагревания на опытной установке получены зависимости температуры слоя комбикорма от экспозиции облучения СВЧ-источника.

5. Полученное математическое описание процессов соответствует экспериментальным данным.

6. Микологические исследования по определению эффективности СВЧ-источника для обеззараживания комбикормов от токсигенных грибов показали, что почти полное (94-96%) обеззараживание достигается при экспозиции обработки, равной 3-4 мин., при естественном остывании, что соответствует температуре слоя 80-120 °С. Падение температуры на стадии остывания комбикорма происходит значительно медленнее, чем ее рост при нагревании. При этом аккумулирование в слое тепловой энергии способствует процессу обеззараживания.

7. Выполнен ветеринарно-санитарный анализ комбикормов и получено заключение ВНИИВЕТЭ об эффективности использования СВЧ-источника для обеззараживания комбикормов, которая составила в различных пробах от 87,5% до 100%.

8. Показано, что при естественном охлаждении обработанного образца комбикорма эффективность обеззараживания увеличивается на 12,5%.

9.Разработана установка непрерывного действия для обеззараживания комбикормов в СВЧ-поле, предложена методика расчета ее производительности.

1. Закомырдин A.A. Ветеринарно-санитарные мероприятия в промышленном птицеводстве. -М.: Колос, 1981. 320 с.

2. Попов В.И., Ермак Л.И., Новиков И.А. Эффективность кормления птицы облученными кормами. // Птицеводство, 1984, - №6. -С. 13-21.

3. Братерский Ф.Д., Пелевин А.Д. Оценки качества сырья и комбикормов М.: Колос, 1983. - 319 с.

4. Воробьева A.C., Аксенова Л.А., Вихрова М.И. В кн.: Улучшение качества сырья готовой продукции комбикормовых предприятий. - М.: Изд-во ВИПО «Комбикорм», 1991. - 16 с.

5. Состав и питательность кормов. Справочник. М.: Агропромиз-дат, 1986.-425 с.

6. Кавецкий Т.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологии. М.: Колос, 1997. - 552 с.

7. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1987. - 496 с.

8. Кавецкий Т.Д., Королев A.B. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1991. - 490 с.

9. Лыков A.B. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

10. Лыков A.B. Теория сушки. M.: Энергия, 1968. - 470 с.

11. Рудобашта С.П., Шарков Г.А. и др. Математическая модель СВЧ-нагрева почвы с учетом испарения влаги. // Электронная обработка материалов. 1991. - № 3. - С. 60-63.

12. Рудобашта С.П. Массоперенос в твердом теле. М.: «Химия», 1980.-248 с.

13. Гинзбург A.C. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 528 с.

14. Рогов И.А., Некрутман C.B. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1976.-350 с.

15. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов, М.: Пищевая промышленность, 1988. - 380 с.

16. Красников В.В., Ильясов С.Г. Массоперенос в процессах тепло-технологии // Инженерно-физический журнал. 1990. - №3. - С. 20-29

17. Пахомов В.И. Параметры процессы сушки зерна с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты колебаний. Автореферат канд. дисс., 1998. 21 с.

18. Цугленок Н.В. Обоснование и исследование процесса высокочастотной сушки семян пшеницы в кипящем слое. Автореферат канд. дисс., 1975.- 18 с.

19. Nelson S.O. Dielectric properties of agricultural food products J. Microwave Power. 1978. Vol. 13. №4. P.293-296.

20. Chugh R.K. et al. Dielectric properties of wheat at microwave frequencies. Trans, of the ASAE. 1973. Vol. 16. №5. p. 906-909, 913.

21. Nelson S.O. Electrical properties of agricultural products a critical review. Trans, of the ASAE. Vol. 16. № 2. P. 384-400.

22. Nelson S.O. Microwave dielectric properties of grain and seed. Trans, of the ASAE. 1973. Vol. 16. № 5. P. 902-905.

23. Nelson S.O. Stetson H.E. 260 Hz to 12 GHz dielectric properties of grain and seed Trans. ASAE. 1975. Vol. 18. №4. P. 714-715, 718.

24. Nelson S.O., Stetson H.E. Frequency and moisture dependence of the dielectric properties of hard red winter wheat. J. Agr. End. Res. 1976. Vol. 21, P. 181-192.

25. Nelson S.O. Frequency and moisture dependence of the dielectric properties of high-moisture corn. J. Microwave Power. 1978. Vol. 13 № 2, P. 213-218.

26. Nelson S.O. Moisture-dependent kernel and bulk density relationships for wheat and corn. J. Microwave Power. 1980. Vol. 14 № 3, P. 113118.

27. Nelson S.O. A review of factors influencing the dielectric properties of cereal grease. Cereal Chemistry. 1981. Vol. 58. № 6. P. 487-492.

28. Nelson S.O. Density dependence of the dielectric properties of wheat and whole-wheat flour. J. Microwave Power. 1984. Vol. 19 № 1. P.381-392.

29. Nelson S.O. Moisture frequency and density dependence of the dielectric constant of shelled, yellow-dent field corn. Trans. ASAE. 1984. Vol. 27. №5. P. 923-935.

30. Nelson S.O. RF and microwave dielectric properties of shelled corn. Trans ASAE. 1979. Vol. 22. № 6. P. 1451-1457.

31. Рогов И.А., Билетова H.B., Некрутман C.B. Влияние режимов СВЧ-термообработки на микроорганизмы. // Мясная индустрия СССР. -1982. №4. - С. 35-36.

32. Игнатов В.В., Панасенко А.П., Радин Ю.П., Шендеров Б.А. Влияние электромагнитных полей серхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во Саратовского университета, 1978. 80 с.

33. Остапенков A.M., Белованов А.В. Стерилизация хлеба в электромагнитном поле СВЧ. Реф.-сборник «Хлебопекарная и кондитерская промышленность». М.: ЦНИИТЭИпищепром, №10, 1976. - 80 с.

34. Цугленок Н.В. Обеззараживание и подготовка семян к посеву. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1984. - №4, -С. 44-45.

35. Бородин И.Ф., Юдин А.А., Туреханов Б.Т., Колесникова Т.Н. Использование электромагнитных полей сверхвысокой частоты дляобеззараживания комбикормов. // Вестник сельскохозяйственной науки. 1983.-№11,-С. 85 - 87.

36. Чернова A.C. Антимикробное действие СВЧ-колебаний электромагнитного псЭЦя', санитарные и другие аспекты их применения. Автореферат диссертации на соискание уч. степени д. вет. наук. 1974.

37. Акшинов В.П. Влияние тепловой обработки на семенные достоинства пшеницы и риса. Автореферат канд. дисс. М. 1986. - 163 с.

38. Черняев Н.П., Изотова А.И., Высоцкий М.А. Влаготепловая обработка зерна и комбикормов. Обзорная информация. Сер. «Комбикормовая промышленность». М.: ЦНИИТЭИ Министерства хлебопродуктов СССР, 1986.-40 с.

39. Рыбникова Е.И. Влияние микрофлоры на ультраструктуру и некоторые биологические свойства бактерий. Автореферат канд. диссертации.-М. 1977. 19 с.

40. Миочинский П.Н., Кожакова A.C. Производство комбикормов. -М.: Колос, 1981.-340 с.

41. Производство комбикормов и кормовых смесей. М.: Агро-промиздат, 1986. - 285 с.

42. Баум А.Е., Резчиков В.А. Сушка зерна. М.: Агропромиздат, 1983.-344 с.

43. Чижиков А.Г. Теплофизические характеристики семян пшеницы. // Механизация и электрификация с/х. -1976. JV«11. - С. 15-23.

44. Properties of grain and seed. ASAE standards. 1984. № 5.

45. Жидью В.И., Редчиков B.A., Уколов B.C. Зерносушение и зерносушилки. М.: Агропромиздат, 1982. - 423 с.

46. Мельник Б.Е. и др. Организация производства заготовок и обработки семян кукурузы. М.: Агропромиздат, 1987. -385 с.

47. Атаназевич В.И. Сушка семян кукурузы. М.: Агропромиздат, 1986.-348 с.

48. Малиновский Б.Н. и др. Посевные качества семян сарго, подсолнечника и кукурузы в зависимости от их обработки ЭМП СВЧ. // Доклады ВАСХНИЛ. М. - 1987. - №11. - С. 23-30.

49. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Справочник. Теп-лофизические характеристики пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1990.-287 с.

50. Тажибаев А. Сушка семян риса в экспериментальной барабанной сушилке. В кн.: Интенсификация производства риса в Казахстане. -Алма-Ата: 1983,-С. 156-169.

51. Кабанов В.Ф. Исследование зависимости температуропроводности зерновой массы пшеницы от температуры и влажности. / НТБ. ВИМ. 1976. Вып. 29. С. 28-45.

52. Гельперин Н.И., Айнштейн, Кваша. Псевдоожижение. М.: Химия. 431 с.

53. Гинзбург А.С., Савина И.М. Массовлагообменные характеристики пищевых производств. М.: Агрпромиздат 1982. - 380 с.

54. Howard F., Mekinney et al. Seed drying process and apparatus. US1. Patent 04015341, 1977.

55. Frederick С. Wear et al. Apparatus for drying granules products. US Patent 06123341, 1982.

56. Hopkins H. Microwave Dryer. US Patent 4347670, 1982.

57. Laird J.H. Vacuum drying apparatus. Пат. Великобритании, №2071833. 1981.

58. Attigate J. Microwave vacuum drying: first industrial application. Health food. 1981. Vol. 12. №3. P. 45-53.

59. Le sechage du mais par micro-ondes. Actualites agricoles 16, №40.

60. Reicheuberger L. Microwave grain drying. Successful farming 1982. Vol. 80. №9. P. 234-289.

61. Broun R.H. Microwave vacuum grain drying system demonstrated.

62. Пахомов В.И. О сушке зерна с использованием СВЧ-энергии. / Перспективные направления совершенствования средств механизации в полеводстве, М. 1985. -С.13-15.

63. Бородин И.Ф., Шарков Т.А., Горин А.Д. Применение СВЧ-энергии в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1987. - 381 с.

64. Gersteukorn P., Zwingellerg Н. El Baga A.W. Einfluss der Infrarot -trockung an den Verarbutungs Wert von Koruermais. Dee Mule + Mischfutter-technik. 1984. B. 121. №30. S. 344-491.

65. Бородин И.Ф., Рудобашта С.П., Шарапов T.A., Карташов Э.М.

66. Кинетика нагрева почвы при СВЧ-облучении. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1985. - №3. - С. 20-21.

67. Карташов Э.М. Дополнительные методы в теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 1979. - 345 с.

68. ТУ Красноярского комбикормового завода. Красноярск. 1992. -54 с.