автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности подготовки к скармливанию соевого зерна путем разработки технологии и линии для его проращивания



э

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОДГОТОВКИ К СКАРМЛИВАНИЮ СОЕВОГО ЗЕРНА ПУТЕМ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ И ЛИНИИ ДЛЯ ЕГО ПРОРАЩИВАНИЯ

Научный руководитель - доктор технических наук,

На правах рукописи

БИБИК ИРИНА ВАСИЛЬЕВНА

Специальность: 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного

производства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

профессор, академик ААО, заслуженный изобретатель РФ С.М. Доценко

БЛАГОВЕЩЕНСК 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..........................................................................................................................................................................................................................5

1. Состояние механизации процесса подготовки концентрированных кормов к скармливанию животным. Цель и задачи исследований..........................6

1.1. Способы подготовки концентрированных кормов к скармливанию животным......................................................................................................................................................................................................6

1.2. Существующие средства механизации проращивания зерна и их анализ..........................................................................................................................................................................................................................18

1.3. Обзор исследований процесса проращивания зерновых кормов и проращивания соевого зерна................................................................................................................................................32

1.3.1. Обзор исследований процесса проращивания зерна....................................32

1.3.2. Обзор исследований процесса прорастания соевого зерна..............34

1.3.3. Цель и задачи исследований....................................................................................................................38

2. Теоретические исследования процесса проращивания соевого зерна... 40

3. Методика экспериментальных исследований......................................................................................53

3.1. Задачи экспериментальных исследований по разработке технологии и устройства для проращивания соевого зерна............................................................................53

3.2. Установка и оборудование для экспериментальных исследований 54

3.3. Методика проведения эксперимента......................................................................................................54

3.4. Методика планирования экспериментальных исследований......................60

4. Результаты экспериментальных исследований..................................................................................67

4.1. Результаты определения размерных характеристик соевого зерна. 67

4.2. Результаты экспериментальных исследований процесса проращивания соевого зерна...................................................!..................................................................72

5. Производственные испытания, экономическая оценка результатов исследований..........................................................................................................................................................................................................82

5.1. Условия проведения испытаний, описание оборудования линии приготовления комбикормов......................................................................................................................................................82

5.2. Результаты испытаний....................................................................................................................................................83

5.3. Экономическая эффективность результатов исследований............................85

5.4. Методика расчета технологической линии приготовления комбикормов с использованием пророщенного соевого зерна............................................................88

Общие выводы......................................................................................................................................................................................................94

Список использованной литературы............................................................................................................................95

Приложения............................................................................................................................................115

РЕФЕРАТ

Объем диссертации составляет 128 стр., 7таблиц, 31 рисунок, 12 приложений, список литературы из 257 наименований, из них 38 на иностранных языках.

Ключевые слова: СОЯ, ЗЕРНО, КОНЦКОРМА, КОМБИКОРМА, УСТРОЙСТВО, ПРОЦЕСС ПРОРАЩИВАНИЯ, ЛИНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ВИТАМИНЫ.

Объектом исследования: являются процессы проращивания соевого зерна и приготовление комбикормов-концентратов с использованием про-рощснного соевого зерна.

Цель исследований - повышение эффективности подготовки соевого зерна к скармливанию животным путем разработки механизированной технологии проращивания соевого зерна и обоснование параметров линии для его производства.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана технология проращивания соевого зерна, как основной элемент технологии производства комбикормов-концентратов. На основе результатов исследований создана база для проектирования устройств непрерывного действия, обеспечивающих проращивание соевого зерна. На основании проведенных исследований разработана методика расчета технологической линии приготовления комбикормов-концентратов.

Результаты исследований использованы в хозяйствах Амурской области.

Эффективность внедрения составляет 533813 руб. в год за счет получения дополнительной продукции (цены 1998г.).

ВВЕДЕНИЕ

Полноценное кормление - один из основных путей повышения продуктивности животных, увеличения производства продуктов животноводства и снижения их себестоимости.

Для дальнейшего развития животноводства страны большое значение имеет стабилизация и повышение питательности кормовой базы, улучшения сбалансированности кормовых рационов. Опыт работы сельскохозяйственных предприятий с развитым животноводством в стране и за рубежом показывает, что продуктивность животных и птицы возрастает при увеличении в рационе концентрированных кормов. В производстве свинины и продуктов птицеводства концкорма составляют 80-95% рациона.

В последние годы в 1,5-2,0 раза возросла доля фуражного зерна в кормовом рационе молочных коров, но, при этом, прироста молодняка достигнуто не было. Это объясняется тем, что значительная часть расходуемого зерна скармливается в неподготовленном виде и его питательная энергия используется не эффективно организмом животного.

Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время недостаток протеина в кормах составляет 19% от его потребности, в следствие чего в кормовых рационах в среднем на одну кормовую единицу приходится не более 85-86 г переваримого протеина вместо 105-110 г по зоотехническим нормам. При таком дефиците протеина недобор продукции достигает 30-35%, а себестоимость ее и расход кормов возрастают в 1,5 раза. Основным источником кормового белка являются зерновые и зернобобовые культуры, которые дают 50% протеина. Поэтому особо важное значение имеет подготовка к скармливанию зерновых и бобовых культур с целью максимального использования животными протеина.

При этом только применение комбинированных кормов позволит сбалансировать кормовые рационы по содержанию белков, углеводов, витаминов, микроэлементов и других веществ, стимулирующих развитие и продуктивность животных.

В связи с тем, что в настоящее время отсутствуют эффективные способы и технические средства подготовки концентрированных кормов к скармливанию животным, решение этого вопроса является задачей актуальной.

1. СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Способы подготовки концентрированных кормов к скармливанию животным

Современное животноводство не может развиваться без производства достаточного количества концентрированных кормов, так как они в единице объема содержат наибольшее количество легкопереваримых питательных веществ.

Улучшить качество белка, преобразовать крахмал до легкоусваивае-мых форм, обезвредить антипитательные вещества в зерне с целью значительного повышения его питательной ценности можно применением различных способов подготовки зерна злаковых и бобовых культур к скармливанию.

К основным способам подготовки концентрированных кормов к скармливанию относятся следующие:

- электрический (микронизация, обработка в СВЧ-поле):

- химический (обработка кислотами и щелочами):

- биологический ( осолаживание, проращивание, дрожжевание):

- гидравлический ( увлажнение):

- тепловой (гидротермический, баротермический).

Анализ существующих способов показывает, что по характеру процесса способ подготовки концентрированных кормов к скармливанию может быть периодическим или непрерывным. При этом подача концентрированных кормов на дальнейшую обработку, как правило смешивание, может осуществляться параллельно или последовательно.

В то же время процесс смешивания может происходить во время обработки и до обработки. Наиболее эффективным является выполнение процесса смешивания во время обработки кормов.

Микронизация зерна получила наибольшее распространение в сельскохозяйственной практике США, Англии, Японии и других стран. Сущность способа состоит в том, что зерно, в том числе и повышенной влажности, по мере продвижения по транспортеру подвергается инфракрасному излучению. Инфракрасные лучи проникают в зерно и вызывают интенсивную вибрацию молекул, под действием трения быстро вырабатывается внутреннее тепло и за счет испарения воды повышается давление. За время прохождения зерна под инфракрасными лучами, которые измеряются десятками секунд. зерно становится мягким, разбухает и растрескивается. Биополимеры зерна (углеводы, белки подвергаются тем же структурным изменениям, которые происходят при тепловой обработке.

Основным способом обработки влажного зерна на длительный срок хранения является высушивание. Однако это требует значительных капитальных вложений. Хозяйства, оснащенные сушильными агрегатами и установками, не всегда в состоянии высушить сырое зерно за 3-5 суток. На 2-3-и сутки сырое влажное зерно начинает самосогреваться, затем прорастать и плесневеть. В связи с этим в последние годы все большее распространение находит химический способ консервирования влажного зерна.

Консервирование основано на тщательном смешивание зерна с химическими веществами, обладающими фунгицидными и бактерицидными свойствами. Консерванты вызывают угнетение жизнеспособности зерна, гибель микроорганизмов и на этой основе устраняют дыхание зерновой массы, ее самосогревание и плесневение.

В настоящее время при консервировании влажного зерна наиболее широкое распространение получили органические кислоты: пропионовая, уксусная, муравьиная, и их смеси, так как они относятся к естественным метаболитам жвачных животных и образуются у них в преджелудках.

Осолаживание применяется для улучшения вкуса зерновых кормов (ячменя, кукурузы и других) путем перевода части крахмала в сахар под действием диастазы зерна и солода. Количество сахара достигает при этом 1012%, корм становиться сладковатым. Для осолаживания зерновую дерть насыпают слоем не толще 40-50 см и обливают водой, нагретой до температуры 90°С (на 1 кг корма 1,5—2,0л воды), хорошо перемешивают, плотно закрывают и оставляют на 3-4 часа, поддерживая температуру оптимальную для действия ферментов (55-60°С). Осолаживание идет интенсивнее при добавлении солода в количестве 1-2% от массы корма.

Влаготепловая обработка при температуре 60-75°С обеспечивает жела-тинизацию крахмала как следствие разрыва оболочек крахмальных зерен. Питательные вещества зерна становятся более доступными для животных, что увеличивает эффект переваримости ячменя и кукурузы до 13%. Этот эффект возрастет при сочетании операций влаготепловой обработки и плющения.

Применение запаренного и затем плющенного зерна (флакированного) позволяет повысить привесы животных на 5-10% по сравнению с использованием простого измельченного зерна в составе комбикормов /119/.

Однако все вышеприведенные способы обработки кормов, в силу разнообразных причин, не нашли широкого применения на практике.

Наибольшее распространение получили механический и тепловой способы обработки концентрированных кормов в связи с тем, что измельчение и дробление зерна наиболее простые и доступные каждому хозяйству способы,

в результате применения которых разрушаются поверхностные пленки и улучшается переваривание питательных веществ зерна, а также увеличивается его поедаемость. По данным Полтавского НИИ свиноводства, питательные вещества целых зерен перевариваются только на 67%, размолотых в виде грубой дерти - на 79,2, средней - на 81,7 и мелкой дерти на 84,6%.

Наиболее приемлем для поросят-сосунов до 2-х месячного возраста и поросят раннего отъема тонкий помол; для отъемы шей - средний, для откармливаемых свиней, хряков и маток - средний и грубый помол, применение при кормлении свиней зерен чрезмерно тонкого мучнистого помола не допустимо: масса сильно расплывается при смешивании с водой, образуя плохо поедаемую комковую массу. Научными исследованиями установлено, что скармливание зерна тонкого помола влияет на кислотность желудочного сока и активность пепсина, приводит к нарушению функций желудочно-кишечного тракта и сопровождается язвенными заболеваниями желудка у свиней.

Для свиней рекомендуется помол зерна и других концентрированных кормов с размером частиц от 0,2 до 1,0 мм, при этом пылевидных частиц (размером менее 0,2 мм) должно быть не более 20%. Фуражное зерно измельчают преимущественно на молотковых дробилках, а также на вальцовых мельницах.

Плющение зерна - сравнительно новый способ подготовки его к скармливанию. Зарубежный опыт последних лет показывает, что плющенное зерно широко используется в рационах крупного рогатого скота.

Скармливание зерновых хлопьев способствует быстрому и полному усвоению крахмала, при этом повышается оплата кормов, улучшается качество туш, количество и качество молока. Скармливание зерновых хлопьев и кукурузного силоса позволяет значительно сократить сроки откорма бычков /119/.

Поджаривание является гидротермическим способом обработки зерна, увеличивающим его питательные и вкусовые качества. Процесс заключается в увлажнении зерна, его нагреве и поджаривании в течение 10-12 минут при температуре 100—180°С и вновь увлажнении с целью охлаждения и увеличения его влажности.

Варка и запаривание зерна осуществляются при скармливании свиньям гороха, сои, чечевицы с целью инактивации в них антипитательных веществ, снижающих эффективность использования зерна этих культур, особенно сои. Зерно измельчают и варят в течение одного часа или запаривают в течение 30-40 минут. При варке и запаривании в зерне изменяется молекулярная структура белка, в результате чего он лучше используется животными. Вареные и запаренные зернобобовые корма скармливаются свиньям с другими кормами в количестве, не превышающем 25-30% по питательности рационов.

Экструзия или баротермическая обработка - это обработка зерна под действием высокого давления и температуры, в значительной степени повышает усвояемость питательных веществ. Для экструдирования зерна используют выпускаемые нашей промышленностью пресс экструдеры ПЭК-125x8, КМЗ-2 и КМЗ-2М. Процесс экструзии заключаются в том, что измельченное зерно, попадая в пресс-экструдер, под действием высокого давления (25-30 атм.) и трения разогревается до 150—180°С и превращается в гомогенную массу. При выходе из пресс экструдера из-за большого перепада давления гомогенная масса вспушивается (происходит ее «взрыв»), В результате такой обработки крахмал зерна расщепляется до декстринов разной степени сложности и простых Сахаров, которые легко перевариваются и усваиваются молодым организмом животного. Экструдированные корма охотнее поедаются животными, при этом уменьшаются случаи желудочно-кишечных заболеваний, повышается продуктивность.

По данным НИИЖ Лесостепи и Полесья УССР (1968), в экструдиро-ванном зерне содержание сахара увеличилось в 2 раза, декстринов - почти в пять раз.

Обработка зерновых культур способом экструзии позволяет снизить расход дефицитных высокобелковых компонентов животного происхождения при выработке стартерных комбикормов.

Таким образом, анализ эффективности способов подготовки концентрированных кормов показал, что наибольший практический и научный интерес представляют механический (измельчение и смешивание) и тепловой способы подготовки концентрированных кормов к скармливанию. В связи с этим был проведен их тщательный анализ с целью поиска наиболее эффективного способа.

Наиболее эффективными по степени преобразования питательных веществ зерна из тепловых способов является баротермический способ обработки.

Технологическая схема производства специальных комбикормов с экс-грудированной зерновой частью для молодняка животных, включающая прием и накопление оперативного запаса сырья, его очистку, экструдирова-ние зерновых компонентов, охлаждение и измельчение экструдата, дозирование и смешивание комбикорма, транспортирования сырья и складирование готовой продукции показано на рис. 1.1. /192/.

В �