автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности приготовления комбикормов-концентратов путем оптимизации параметров пресс-экструдера

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПЕТРОВ Владимир Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ-КОНЦЕНТРАТОВ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПРЕСС-ЭКСТРУДЕРА

Специальность

05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель академик ААО заслуженный

изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор ДОЦЕНКО Сергей Михайлович

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1999

РЕФЕРАТ

Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 134 страницах, содержит 10 таблиц, 29 рисунков, 5 приложений. Список литературы включает 141 наименование, из них 21 на иностранных языках.

Ключевые слова: КОРМОВАЯ СМЕСЬ, БАРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, ПРОРОЩЕННОЕ СОЕВОЕ ЗЕРНО, СОЕВЫЙ БЕЛОК, КОМБИКОРМ, КОЭФФИЦИЕНТ ВЗОРВАННОСТИ, ШНЕКОВЫЙ ПРЕСС, ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Объект исследований: процесс баротермической обработки компонентов кормовой смеси.

Цель исследований: повышение эффективности приготовления комбикормов-концентратов путем более качественной их подготовки к скармливанию и обоснование параметров пресс-экструдера.

В диссертации теоретически и экспериментально обоснован эффективный способ приготовления комбикормов-концентратов, а также новые технические решения, позволяющие повысить качество их подготовки к скармливанию животным.

Результаты исследований использованы в хозяйствах Амурской области. Коэффициент экономической эффективности внедрения равен 8,72 в ценах 1998 года для фермерского хозяйства с поголовьем: 150 голов КРС и 100 голов свиней.

СОДЕРЖАНИЕ

стр

ВВЕДЕНИЕ................................................................................... 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ....................................................................... 6

1.1. Эффективность использования соевого белка в рационах сельскохозяйственных животных................................................. 6

1.2. Существующие способы и средства механизации подготовки концентрированных кормов к скармливанию сельскохозяйственным животным и их анализ............................................................................................. 14

1.2.1. Способы подготовки концентрированных кормов к скармливанию............................................................................... 14

1.2.2. Поточно-технологические линии и оборудование для приготовления комбикормов-концентратов и их анализ............................................................................................ 20

1.2.3. Существующие конструкции пресс-экструдеров и их анализ............................................................................................. 30

1.3. Обзор исследований процессов подготовки концентрированных кормов к скармливанию животным.......... 34

1.4. Цель и задачи исследований......................................................... 39

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ-КОНЦЕНТРАТОВ И ПАРАМЕТРОВ ПРЕСС-ЭКСТРУДЕРА С КОЛЬЦЕОБРАЗНЫМ ВЫХОДНЫМ ОТВЕРСТИЕМ............. 42

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....................................................................... 75

3.1. Задачи экспериментальных исследований................................... 75

3.2. Установка и оборудование для экспериментальных исследований................................................................................. 75

3.3. Методика проведения эксперимента............................................ 78

3.4. Методика планирования экспериментальных исследований..... 80

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ........................................... 87

4.1. Результаты определения размерных характеристик соевого зерна............................................................................................... 87

4.2. Результаты экспериментальных исследований процесса баротермической обработки смеси концкормов......................... 87

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРЕССА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ-КОНЦЕНТРАТОВ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ....................................................................... 100

5.1. Производственные испытания пресса для приготовления комбикормов-концентратов......................................................... 100

5.2. Экономическая оценка результатов исследований..................... 104

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................... 108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................ 109

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................... 119

ВВЕДЕНИЕ

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

В настоящее время недостаток протеина в кормах составляет 19% от его потребности, в связи с чем в кормовых рационах в среднем на одну кормовую единицу приходится не более 85-86 граммов переваримого протеина вместо 105-110 граммов по нормам.

Дальневосточный регион и, в частности, Амурская область, является основным производителем сои. Соевое зерно и продукты его переработки -это ценные высокобелковые продукты с большим содержанием жира, витаминов и минеральных солей. Такой набор веществ при скармливании животным существенно повышает биологическую ценность рационов и обеспечивает повышение их продуктивности.

Но при этом необходимо обеспечивать повышение поедаемости сои и биологической доступности протеина. В связи с этим сою подвергают дополнительной обработке. Поэтому решение проблемы подготовки сои и продуктов переработки к скармливанию и ее использование в рационах сельскохозяйственных животных является задачей актуальной.

На защиту выносятся следующие научные положения:

■ разработанный на основании анализа способ приготовления высокобелковых комбикормов-концентратов;

■ аналитические зависимости по обоснованию конструктивно-режимных параметров пресс-экструдера для приготовления комбикормов-концентратов;

■ экспериментально полученные модели процесса приготовления комбикормов-концентратов на основе соевого белка.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ

1.1 Эффективность использования соевого белка в рационах сельскохозяйственных животных.

Одним из основных процессов сельскохозяйственного производства является переработка кормов в животноводческую продукцию. Эффективность данного процесса определяется количеством продукции, получаемой от животного на единицу затраченных кормов. Поэтому вопросы рационального использования кормов в кормлении животных приобретают важное значение. Эффективность корма будет тем выше, чем он больше будет соответствовать по своим физико-механическим свойствам, содержанию питательных веществ потребностям животных.

Однако химический состав и питательность кормов динамичны и зависят от многих факторов и в первую очередь зональных почвенно-климатических условий и агротехнических приемов возделывания кормовых культур. Поэтому необходимо проводить исследования по изучению состава и питательности кормов /48, 49, 95, 107, 112/.

Большое значение при полноценном кормлении имеет наличие сырого протеина в сухом веществе кормов и рационов так как от этого зависит как переваримость самого протеина так и других питательных веществ /2, 27, 28, 29, 50, 121, 125, 130/. Для жвачных животных физико-химические свойства протеина кормов не имеют такого принципиального значения как для моногастричных животных. Считалось, что для жвачных имеет значение только микробный белок, в который трансформировался протеин корма и отличается постоянством состава и высокой биологической полноценностью.

Однако доказано, что строение белка его физическая форма и степень растворимости в рубцовой жидкости являются факторами, определяющими скорость разрушения в рубце и уровень содержания азота протеина кормов в организме животного /41, 71, 97/. Протеины кормов имеют различную растворимость и поэтому значение их в питании животных неодинаково и по-разному трансформируется в молочную и мясную продукцию.

Легко гидролизуемый протеин быстро расщепляется до аммиака. Из него за один час образуется 10-20 мг аммиака на 100 мл раствора. Частично он используется рубцовой микрофлорой для синтеза белка. Но большая его часть попадает через стенку рубца в кровь, а в печени аммиак переходит в мочевину. Мочевина из организма выводится через почки и только её небольшая часть вновь попадает со слюной в рубец. Корма с высокой растворимостью протеина не могут создать надлежащий уровень азотного питания для животного так как потери азота при их гидролизе очень велики. Протеин идеального рациона должен обладать низкой растворимостью в рубцовой жидкости и одновременно хорошо перевариваться под действием протеолитических ферментов в сычуге /18, 113/.

Ферментацию протеина в рубце и его трансформацию в микробный белок ограничивает недостаток суммы водо- и солерастворимых фракций. Следовательно в рационах жвачных животных растворимые фракции должны составлять 40-50% от содержания сырого протеина /28, 45, 61, 90/.

Поедаемость кормов животными зависит от концентрации в них клетчатки /8, 63, 82, 112/. За счёт обогащения рационов кормов клетчаткой увеличивается их энергетическая ценность, повышается эффективность использования кормового протеина /4, 5, 6, 20, 53, 60/.

Незаменимыми компонентами для полноценного кормления сельскохозяйственных животных является наличие макро- и микроэлементов, поступающих либо с кормами, либо с подкормкой. Минеральные вещества, когда они поступают в определенных количествах, и в определенном соотношении между собой и с другими питательными веществами рациона оказывают положительное влияние на обмен веществ в организме животных.

Обмен минеральных веществ надо рассматривать во взаимосвязи с протеиновым, углеводным, жировым и витаминным обменом /46, 47, 88, 89/. В теле животного около 75% всех минеральных элементов составляет кальций и фосфор /15/. Большинство минеральных элементов выполняют роль кофакторов и таким образом необходимы для образования и функционального действия ферментов, т.е. обуславливают особую роль белков в обмене веществ.

В условиях Амурской области, в качестве дополнительного источника протеина может служить такая высокобелковая культура как соя. В сыром

виде соевое зерно и продукты его переработки содержат антипитательные вещества (ингибитор трипсина, уреазу и др.). Поэтому при включении сырой сои в рационы животных снижается скорость их роста и увеличиваются затраты на единицу продукции.

Однако данные вещества могут быть разрушены при подготовке соевого зерна и продуктов его переработки к скармливанию путем воздействия на них высоких температур, давления и т. д.

В результате тепловой обработки также увеличивается питательная ценность продукта, за счет повышения переваримости белка. Это, в конечном итоге, позволяет повысить выход продукции на единицу затраченного корма.

Соевое зерно является высокоэффективным кормовым продуктом, так как богато белком, незаменимыми аминокислотами и энергией, обеспечивающими высокую продуктивность животных. На корм скоту можно использовать целое соевое зерно, муку, шрот, жмых и другие продукты переработки сои.

Из соевого зерна приготавливают соевое молоко, казеин и творог, которые рациональнее всего использовать в рационах молодняка сельскохозяйственных животных и птицы.

Биологическая ценность протеина зависит не только от состава аминокислот, но и от его физико-химического состояния, особенно от количества водо- солерастворимых фракций. Наиболее эффективно используется жвачными протеин, в составе которого на долю водо-солерастворимых фракций приходится 40-50% /108/.

В 1 кг соевого зерна содержится жира - 173г и минеральных веществ (мг): натрия - 440, калия - 160, кальция -3480, магния - 1910, фосфора - 5100, железа - 3950. Кроме указанных выше микроэлементов в них содержится марганец и кобальт, которые необходимы для биологически полноценного питания животных.

В 1 кг соевого зерна содержится (мг): каротин 1,5-2, тиамин 10-18, рибофлавин 3-3,8, ниацин 20,8-35,0, пиридоксин 7-13, пантотеновая кислота 13-22,3, биотин 0,7-0,9, фолиевая кислота 1,8-2,0, инозит 2-2,5, холин 3,2-3,6, альфа-токоферол 4,8-7,8, витамин К 1,8-2,0.

Таблица 1.1.

Содержание водо- и солерастворимых фракций протеина и лизина в зерне различных культур, %.

Культура Сырого Водо- и соле- Лизина к

протеина, растворимых сырому про-

% фракций,% теину

Кукуруза 9-10 25-30 3,1-3,3

Пшеница 13-15 40-50 3,5-3,8

Ячмень 11-14 45-50 3,5-4,0

Овес 11-13 55-60 4,2-4,5

Горох 18-24 80-85 3,5-5,8

Соя 32-45 80-90 7,5

Такой набор веществ и витаминов при скармливании сои сельскохозяйственным животным существенно повышает биологическую ценность рационов и обеспечивает повышение их продуктивности.

Рациональное использование соевого зерна в кормлении сельскохозяйственных животных связано не только с качеством протеина и наличием минеральных веществ, жира и витаминов. Так как соевое зерно содержит антипитательные вещества (ингибиторы, танины, глюкозиды, алкалоиды), которые сильно снижают его поедаемость животными и биологическую доступность протеина, поэтому сою необходимо подвергать обработке перед скармливанием.

Рациональное использование сои в рационе животных предполагает эффективное разрушение указанных веществ и повышение доступности протеина. Для свиней и птицы, необходимо повышать доступность аминокислот, а для жвачных - защищать протеин от чрезмерной деградации в рубце и повышать доступность аминокислот нерасщепленного протеина в тонком кишечнике.

Согласно Фицеву А.И. /115/ истинная питательность кормов -показатель, который складывается из потребления, переваримости и эффективного использования корма. Эти слагаемые при наличии

антипитательных факторов могут изменяться, причем столь существенно, что традиционная оценка питательности корма становится бессмысленной. Действие их характеризуется снижением поедаемости и усвояемости в виду ухудшения вкусовых качеств корма, а также наличия антипитательных веществ.

Антипитательные вещества, понижающие протеолитическую активность пищеварительных ферментов, присутствуют во многих видах растений, но наибольшее их количество наблюдается у бобовых.

Наиболее распространен ингибитор трипсина. Он ингибирует ферменты, обеспечивающие переваримость белка. Так, переваримость необработанной соевой муки составляет 50%, а обработанной теплом - 80%. Снижают потребление корма также танины, иммаглютины, сапонины, глюкозинолаты, глюкозиды, пинатины, лимонины, алкалоиды.

Острый дефицит белка в рационах моногастричных животных не позволяет в настоящее время рекомендовать скармливание взрослым жвачным животным соевое зерно и соевый шрот, т.к. они хорошо усваивают небелковый азот.

В то же время установлено, что если в хозяйстве удой на одну фуражную корову достиг 4 -5 тыс. кг молока, то дальнейший рост продуктивности трудно обеспечить без сои и соевого шрота /26/.

Существует мало литературы, посвященной вопросу использования полножирных бобов в рационах скота на откорме. Большая часть этих работ выполнена в США, где породный состав, условия содержания, рационы и требования рынка сильно отличаются от других стран. Тем не менее исследования, проведенные в США /122, 123, 127, 139/, показывают, что при откорме скота можно эффективно использовать полножирную сою при условии соблюдения следующих рекомендаций:

- не следует включать сырую полножирную сою в корма бычков с живым весом ниже 150-200 кг. Ингибиторы трипсина не разрушаются в рубце молодых животных, и их присутствие может вызвать снижение переваримости кормов и их потребление. Для молодых животных целесообразнее включать в рационы полножирную сою, прошедшую тепловую обработку;

- для того чтобы избежать энтеритов, связанных с недостаточной переваримостью клетчатки и ведущих к снижению эффективности усвояемости. кормов, доля полножирной сои не должна превышать 20% рациона по массе;

- сырую полножирную сою нежелательно включать в рационы, содержащие мочевину; уреаза, которая присутствует в необработанных бобах, немедленно высвобождает аммиак из мочевины. Это ведет к отказу животных от корма, а также к повышению в большей или меньшей степени токсичности мочевины.

Поскольку кормовая энергетическая ценность полножирной сои очень высока, ее, очевидно, можно частично включать в рационы для откорма бычков-кастратов и быков, принадлежащих к породам с потенциальной способностью к быстрому росту, потребляющих в течение дня сравнительно немного кормов, особенно на заключительной стадии откорма.

Включение полножирной сои в рационы мясного скота с целью повысить как кормовую энергию, так и белковое содержание рационов является ценной альтернативой использованию концентратов с высоким содержанием крахмала. Более того, эти последние рационы могут негативно повлиять на нормальную функцию рубца - вызвать ацидоз, руминит, параке-ратоз, хромоту и т.д. Использование полужирной сои способно улучшить химический состав жирных тканей, повысить в них процент ненасыщенных жирных к