автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса приготовления кормовой соевой основы

С/ б/— Л /

V V/ /

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВОЙ СОЕВОЙ

Специальность: 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного

производства

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор, академик ААО, заслуженный изобретатель РФ

На правах рукописи

ФИЛОНОВ РОМАН ФЕДОРОВИЧ

ОСНОВЫ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

БЛАГОВЕЩЕНСК 1999

РЕФЕРАТ

Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 166 страницах, содержит 13 таблиц, 39 рисунков, 15 приложений. Список использованной литературы включает 179 наименований, из них 4 на иностранных языках.

Ключевые слова: ТЕХНОЛОГИЯ, ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ-ЭКСТРАКТОР, БЕЛОК, СОЕВАЯ БЕЛКОВАЯ ОСНОВА, ВЫХОД БЕЛКА, ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Объект исследований: процесс приготовления кормовой соевой основы.

Цель исследования: повышение эффективности приготовления кормовой соевой основы, путем разработки высокоэффективного измельчителя-экстрактора замоченного соевого зерна и обоснование его параметров.

В диссертации теоретически получены аналитические зависимости для расчета конструктивных параметров измельчителя-экстрактора, а также экспериментальные математические модели оценочных показателей работы измельчителя и обоснованы оптимальные значения параметров измельчителя.

Результаты исследований апробированы в производственных условиях и внедрены на ферме КРС ТОО "Куприяновское" Завитинского района Амурской области. Эффективность внедрения составляет 69577 руб. в ценах 1998 года.

СОДЕРЖАНИЕ

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

1. Состояние механизации и исследований производства кормовой соевой основы. Цель и задачи исследований..................................6

1.1. Кормовая соевая основа - источник полноценного белка

для животных..........................................................................6

1.2. Технологические схемы производства соевой основы и факторы, влияющие на эффективность и качество её приготовления,

их анализ..............................................................................9

1.3. Технологические линии для производства соевой основы

и их анализ............................................................................17

1.4. Обзор существующих способов, конструктивно технологических схем измельчителей и экстрактров..............................................28

1.4.1. Измельчители ударного действия..............................................29

1.4.2. Вальцовые мельницы и плющилки.............................................30

1.4.3. Щековые и гирационные дробилки............................................31

1.4.4. Измельчители истирающего действия........................................33

1.4.5. Существующие экстракционные аппараты и их анализ....................36

1.4.6. Обзор исследований по изучению процесса измельчения.................38

1.5. Цель и задачи исследований.....................................................41

2. Теоретические исследования процесса измельчения соевого зерна повышенной влажности и обоснование параметров измельчителя - экстрактора......................................................43

2.1. Анализ рабочего процесса измельчителя - экстрактора

и обоснование его параметров..................................................43

2.2. Уравнения движения зерна по вращающемуся

диску измельчителя................................................................45

2.3. Движение зерна по нижнему вращающемуся

диску с прямыми бороздками...................................................54

2.4. Движение зерна по нижнему вращающемуся

диску с криволинейными бороздками.........................................60

2.5. Движение зерна по плоскому диску, вращающемуся около

горизонтальной оси и снабженного прямолинейными бороздками.... 64

2.6. Движение зерна по горизонтальному вращающемуся

диску с прямыми бороздками с учетом сопротивления среды..........69

2.7. Движение зерна по вертикальному диску, имеющему вокруг горизонтальной оси, прямые бороздки, с учетом сопротивления среды.................................................................................71

2.8. Производительность дискового измельчителя соевого зерна............72

Выводы...............................................................................73

3. Программа и методика экспериментальных исследований...............74

3.1. Установка и оборудование для экспериментальных исследований ... .74

3.2. Программа, методика и объекты исследования..............................76

3.3. Методика проведения экспериментальных исследований. Определение физико-механических свойств соевого зерна..............77

3.4. Методика планирования экспериментальных исследований. Определение оптимальных конструктивных и режимных параметров измельчителя........................................................81

4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ...............89

4.1. Результаты определения размерных характеристик

соевого зерна........................................................................89

4.2. Результаты экспериментальных исследований процесса

измельчения замоченного соевого зерна......................................92

Выводы.............................................................................104

5. Производственные испытания и экономическая эффективность результатов исследований......................................................105

5.1. Производственные испытания измельчителя для производства жидкой соевой основы............................................................105

5.2. Результаты испытаний..........................................................108

5.3. Экономическая эффективность результатов исследований.............108

Общие выводы....................................................................113

Литература.........................................................................115

Приложения........................................................................128

ВВЕДЕНИЕ

Полнорационное кормление - один из основных путей повышения продуктивности животных, увеличения производства продукции животноводства, при одновременном снижении их себестоимости. Важнейшим звеном полнорационного кормления сельскохозяйственных животных является использование в рационах высокобелковых продуктов с разнообразным набором витаминов и минеральных веществ. Источником номер один в мире для производства таких продуктов является соя. При этом рациональное использование соевого зерна и продуктов его переработки связано не только с наличием протеина, минеральных веществ, жира и витаминов. Необходимо еще и обеспечивать повышение поедаемости сои и биологической доступности протеин. Поэтому основной путь повышения продуктивности животных это решение вопроса переработки такого высокобелкового продукта, как соя на корм.

При выращивании молодняка, наиболее полно отвечает физиологическим потребностям животных, использование в жидких кормовых смесях соевой основы. В этом случае достигается максимальный эффект усвояемости протеина.

Анализ существующих технических схем и средств получения соевой основы показал, что они используются с низкой эффективностью вследствие недостатков организационного, технического и технологического характера. Существенным недостатком технического оборудования для производства соевой основы является его металло и энергоемкость. Кроме того, узким местом в производстве кормовой соевой основы является процесс измельчения соевого зерна, влияющий в первую очередь на качество продукта. При этом выход белка в экстракт не отвечает предъявляемым требованиям. Не найдено, достаточно продуманного, решения вопроса использования и хранения нерастворимого остатка, получаемого в процессе измельчения и экстракции исходного сырья.

Эти серьезные факторы ограничивают использование соевой основы, как источника полноценного белкового питания с. х. животных.

Следовательно, желательно получать соевую основу более высокого качества при наименьших затратах. Для этого нужны новые, рациональные схемы технологических процессов и технологических средств для производства кормовой соевой основы.

Автор выражает особую благодарность второму научному руководителю к.т.н. Конченко Н.Ф.

1. СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВОЙ СОЕВОЙ ОСНОВЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Кормовая соевая основа - источник полноценного белка

для животных

Одной из причин высокой стоимости продукции животноводства является использование значительного количества цельного и обезжиренного молока при выращивании молодняка животных. Замена цельного и обезжиренного молока в кормлении молодняка на специальные кормовые смеси, называемые заменителями цельного молока (ЗЦМ), позволит снизить себестоимость продукции животноводства и при этом увеличить объемы молока для непосредственного использования человеком, а также его переработки в молочной промышленности. В нашей стране и за рубежом разработаны эффективные рецепты заменителей цельного молока и найдены рациональные способы их производства. При этом наибольшее распространение получил способ консервирования заменителей с использованием тепловой сушки. Увеличение производства сухих заменителей цельного молока обусловлено возможностью их длительного хранения без снижения качества продукта, а также высокой транспортабельностью. Это позволяет создавать резерв продуктов, особенно в тех регионах страны, где отсутствует их производство. В настоящие время ведутся исследования в направлении по совершенствованию технологий, машин и оборудования для производства заменителей, а также по созданию ассортимента сухих заменителей цельного молока на основе использования различных видов сырья и в частности, соевого белка /9,12,142/.

Многочисленными исследованиями установлено, что заменитель цельного молока на соевой основе по своей питательности и усвояемости организмом не уступает молоку животных и человека. В Японии при сопоставлении составов коровьего, женского молока и соевой основы пришли к выводу (см. табл. 1.1), что в соевой основе больше всего белка, насыщенных жирных кислот, но меньше калорий, жира, углеводов /23,29,67/. Достоинство соевой ос-

новы в том, что она хорошо переваривается, не содержит холестерина, богата жирными полиненасыщенными кислотами, лецитином, не дает аллергических последствий /74,88,89,148,162/.

Институтом питания АМН России соевая основа по количеству белков признана адекватным заменителем коровьего молока.

Таблица 1.1

Сравнительный состав молока (в 100г.)

Показатель Молоко

Коровье Женское Соевое

Вода, г 88,6 88,2 90,8

Калории 59 62 44

Жир, г 3,3 зд 2,0

Белок, г 2,9 1,4 3,8

Углеводы, г 4,5 7Д 2,9

Ненасыщенные Жирные кислоты, % 66...70 44,3 52...60

Холестерол, мг 9,24... 9,90 9,3...18,6 0

Кальций, мг 100 35 15

Железо, мг од 0,2 1,2

Ниацин, мг 0,2 0,2 0,5

В России и ряде стран СЕТ с успехом применяли ранее и применяют в настоящее время соевую основу для кормления телят и поросят в качестве добавочного корма и, частично, взамен цельного и обезжиренного молока.

В состав заменителей цельного молока входит соевая мука, измельченный шрот, витамины, фосфатиды, мука злаковых культур, микроэлементы и антибиотики. В 100 кг такого заменителя содержится 13,6 кормовой единицы, 3,54 кг перевариваемого протеина. В 1 кг - 426 калорий, соответственно в цельном коровьем молоке - 34;3,1;650; в обезжиренном - 17;3,4;325; в свином - 50;5,5;950; в овечьем-57;4,8;1100 /29/.

При замене 30-50% цельного молока соевой основой, телята нормально растут и дают большие привесы /16,33,52/. Так, в колхозе имени XXI парт съезда Сокульского района Киргизии телятам выпаивали заменитель цельного молока на соевой основе, приготовленное в местных условиях (1 кг соевой муки на 10 л воды), и суточный привес каждого теленка был на 180-200 г больше, чем в контрольной группе /125,142/.

Дешевый ЗЦМ на соевой основе получают в основном по следующему способу: 1 кг соевого зерна заливают на одни сутки водой в количестве 3 л. комнатной температуры. Когда зерна сои набухнут, оставшуюся воду сливают, а зерно размалывают. Полученную массу при постоянном перемешивании заливают горячей водой в соотношении 1:5 и кипятят в течении 8... 10 минут, затем охлаждают до температуры 30...35°С и выпаивают телятам /52,77,87,117,165/.

При проведении опытов по выпаиванию ЗМЦ на соевой основе телятам месячного возраста /146/, была выделена группа телят в количестве 50 голов. В течение 7-10 дней им выпаивали ЗМЦ (по 4-5 л. в сутки на голову). Взвешивание молодняка показало, что в среднем прирост живой массы подопытных телят был 661 г, контрольных-5 82 г.

Телята до и после выпойки соевой основы не получали зеленых кормов во избежание расстройства желудочно-кишечного тракта (получали сено и концентраты) /54,79,90,141,171,173/.

На репродукторной свиноферме были подобраны опытные и контрольные группы 2-4-месячных поросят по 50 голов в каждой. Подопытные поросята получали в сутки по 300 г на голову ЗЦМ. В опытной группе в среднем было получено 265 г среднесуточного прироста, в контрольной - 231 г.

На откормочной свиноферме сформировали опытные и контрольные группы свиней по 40 голов в каждой. В первом опыте животным опытной группы давали 0,5 кг соевой основы, во втором -1... 1,5 кг. Контрольные свиньи получали такой же рацион, как подопытные, но без соевой основы.

У животных первой опытной группы среднесуточный прирост составил 398 г, контрольной -356 г. Второй группы - 403 г, а в контроле - 375 г.

1.2. Технологические схемы производства соевой основы и факторы, влияющие на эффективность и качество её приготовления, их анализ

Известно множество технологических схем приготовления соевой основы. Наиболее интересные и эффективные из них, приведены ниже /11,51,57,70,97,101,110,128,151,154,159,170,174/.

При приготовлении соевой основы по „китайскому" способу соевое зерно тщательно промывается водой, заливается 3-4 частями воды по отношению к массе сухого зерна и оставляется при температуре 16-17°С на 12-14 часов. Разбухшие зерна вновь промываются водой, размалываются на дробилке и вальцах, с добавлением воды (из расчёта 0,5 литра на 1 кг сухого зерна). Затем масса пропускается через вальцы. К размолотой массе добавляется вода температурой 20°С из расчета 6 частей воды на 1 часть сухого зерна.

Масса размешивается с водой и выдерживается 30 минут при постоянном перемешивании, после чего фильтруется через сито с отверстиями, диаметр которых равен 0,2 мм. Остаток на сите заливается двумя частями воды и повторно фильтруется. Обе части основы соединяются вместе.

Выход при этом способе приготовления составляет 8-8,5 литров на 1 кг сухого зерна. Соевая основа, приготовленная по этому способу, отличается резким соевым привкусом.

Технологические схемы приготовления соевой основы по способу Иллинойса представлена на рис. 1.1.

Работа по выявлению факторов, влияющих на эффективность и качество приготовления жидкой соевой основы, проводилась в 1940 г. Волковым E.H. и Прахиным М.Е. на Московском соевом заводе /23/.

Экспериментальные исследования были проведены с Гурийской и Харбинской товарной соей, имеющей следующий химический состав (табл. 1.2).

Авторы приводят описание лишь тех способов получения соевой основы, которые с их точки зрения, заслуживают наибольшего внимания (получение из соевой муки и соевого зерна).

При получении соевой основы из соевой муки на Московском соевом заводе предварительно очищенные и обрушенные зерна размалывали в муку.

Муку заливали 9 объемами воды, имеющей температуру 20...25°С, хорошо размешивали и оставляли на 2 часа.

Соевое зерно |

Замачивание в 0,5 %-растворе на 6-12 ч. (зерно сои: вода 1:3) Жесткость воды по СаС03 - 84ррш

Слив замачиваемой воды и промывка ||

Размалывание соевого зерна (сито диаметром сначала 0,25 затем 0,023 дюйма)

Нагревание теста при 83° С

)

I

Гомогенизация при 3500 рэ1 и 500 рз1

Прибавление воды для получения 12 %-ного раствора

]

Нейтрализация НСЬ (6-нормальная) до рН 6,8-7,2

]

Затаривание и стерилизация при 121° С в течении 15 мин.

Охлаждение

Рис. 1.1. Схема производства соевой основы по способу Иллинойса

Таблица 1.2

Состав соевого зерна

Сорт сои %% на воздушно-сухое вещество Кислотность по вытяжке

Влага Белок Жир

Гурийская соя (обрушенная) 7,20 43,25 20,65 10,88

Харбинская соя (обрушенная) 7,31 43,18 20,48 7,39

Разбухшую в воде после 8 часового настаивания массу подогревали до 60°С в течение 1 часа при постоянном перемешивании, после чего фильтровали через сито. Полученную по этому способу соевую основу дополнительно дезодорировали острым паром в течение 30 минут.

Выход жидкой соевой основы из 1 кг муки равнялся 7 литрам. Выход остатка-1,75 кг при содержании влаги-84,19%.

Было установлено, что свежая основа из муки, приготовленная по описанному способу, отличается неприятным цветом, запахом и терпким вкусом.

В связи с этим была приготовлена соевая основа по Харьковскому способу, технология получения которого представлена ниже (см. рис.1.2.).

По Харьковскому способу получения соевой основы на Московском заводе соевое зерно предварительно замачивали в воде при 15°С на 12... 16 часов, затем воду сливали, а зерно заливали чистой водой в соотношении 3 части воды к 1 части сухого зерна и нагревали до 70°С. Затем воду сливали, зерно промывали водой, вновь заливали 3 частями воды и нагревали до 90°С. После нагревания воду сливали, зерно промывали, измельчали и растирали на вальцах. К измельчаемой массе добавля�