Technological line for the production of sunflower cake

全文:

ВВЕДЕНИЕ

Технологический процесс производства комбикормов должен быть направлен на прием и использование сырья, оперативную подачу его в производство, технологическую подготовку и ввод всех компонентов, соблюдение режимов работы комплекта оборудования, переработку сырья и выпуск качественной продукции [1].

Состояние производства отечественных высококачественных комбикормов не решает проблему потребностей по обеспечению животноводческих хозяйств [2]. В комбикормовых предприятиях требуется внедрение современных технологий и технических средств. При этом негативная ситуация в области его производства, которой относится необеспеченность отрасли белковым сырьем, различными БВМД и недостаточная переработка предприятиями АПК в его компоненты вторичных сырьевых ресурсов и отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства [3].

Качество комбикорма является неотъемлемой частью по решению проблем в животноводстве, и особенно целевых показателей Госпрограммы по объему производства его продукции [4].

Главный путь его интенсификации — развитие и укрепление кормовой базы, улучшение качества кормов [5] и снижение затрат на производство продукции. Решения поставленной задачи должно обеспечить внедрение прогрессивных технологий при производстве комбикормов. При этом повышение их качества, снижение удельного веса зерна в них должно происходить при помощи использования полноценных добавок.

В настоящее время производство качественных комбикормов по количеству не всегда удовлетворяет запросам потребителей – производителей животноводческой продукции по причине отсутствия необходимых ингредиентов [6].

В связи с этим необходимо обеспечить производителей животноводческой продукции комплектом оборудования для получения качественных комбикормов [6].

Производственные ситуации на животноводческих фермах и комплексах, связанные с большинством болезней животных, происходят за счет не качественных кормов с присутствием патогенной микрофлоры. Их бактериальная обсемененность приводит к снижению качества, что сказывается на использовании и влияет на падеж сельскохозяйственных животных, в которых содержатся микробные клетки и другие бактерии. Поэтому качество комбикормов имеет большое народнохозяйственное значение и играет важную роль в повышении рентабельности животноводства [7].

Наиболее широко для защиты комбикормов от патогенных бактерий используют технологии обеззараживания [8, 9].

В настоящее время проводятся научные исследования по разработке современных технологий обеззараживания кормов, экономичных и энергосберегающих при сохранении экологической безопасности, что является актуальной научно-технической задачей [10].

Для повышения энергоэффективности и снижения материалоемкости оборудования используются доступные и недорогие способы обеззараживания кормов. Вместе с тем, необходима разработка инновационных технологий в этой области.

В последнее время наибольшую привлекательность приобретают технологии, в которых применяется озон, благодаря чему повышается эффективность, универсальность, экологичность и снижается энергоемкость, а также улучшается их питательность. Однако, необходимо соблюдать определенные режимы их обработки [11, 12].

Проведенный анализ технологий получения кормов особенно белковых, таких как жмых подсолнечный показал отсутствие возможности длительного хранения полученного белкового корма [13], что приводит к его порче и ухудшению качества.

Целью исследований является повышение длительного хранения белкового корма за счет совершенствования основных конструктивных параметров устройства для его получения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В результате проведенных теоретических исследований была разработана технологическая линия для получения белкового корма (рис. 1) по патенту на изобретение РФ №2706188 [14].

Рис. 1. Технологическая линия получения белкового корма: а — принципиальная схема устройства; b — устройство для контроля качества обработки корма: 1 — воздушно-решетная зерноочистительная машина; 2 — бункер для хранения продукта переработки масличных культур; 3 — емкость с выходным отверстием; 4 — экструдер; 5 — измельчитель; 6 — кондиционер; 7 — смеситель; 8 — озонатор; 9 — датчик расхода озоно-воздушной смеси; 10 — устройство для контроля качества обработки корма; 11 — бункер для хранения готового корма; 12 — диэлектрические стаканы; 13 — цилиндрические электроды; 14 — катушки колебательных контуров; 15 — подстроечные ёмкости; 16 — измерительный прибор; 17 — источник питания; 18 — высокочастотный генератор; 19 — регулятор напряжения.

Fig. 1. The production line of protein feed: а — basic structural diagram; b — the device for controlling the quality of feed treatment: 1 — an air-and-screen grain cleaning machine; 2 — a storage tank for derivative products of oil plants; 3 — a reservoir with an output hole; 4 — an extruder; 5 — a shredder; 6 — a conditioner; 7 — a mixing tool; 8 — an ozonizer; 9 — the ozone-air mixture rate gauge; 10 — the device for controlling the quality of feed treatment; 11 — a storage tank for prepared feed; 12 — dielectric cups; 13 — cylindrical electrodes; 14 — coils of oscillating circuits; 15 — tuning capacitors; 16 — a measuring device; 17 — a power source; 18 — a high-frequency alternator; 19 — a voltage adjuster.

Предлагаемая линия [14] имеет озонатор с датчиком расхода озоно-воздушной смеси для контроля качества обработки белкового корма (жмых подсолнечный). Выходное отверстие экструдера соединено с измельчителем, выход его с кондиционером, а последний — со смесителем. Входное отверстие смесителя сообщено с выходным отверстием озонатора, а выход смесителя — с бункером для хранения готового корма, между последним и смесителем расположено устройство для контроля качества его обработки, представляющее собой диэлектрические стаканы с цилиндрическими электродами внутри. В центре них имеются катушки колебательных контуров совместно с подстроечными емкостями, которые соединены с измерительным прибором через источник питания и высокочастотные генераторы с регулятором напряжения.

Для определения оптимальных режимных параметров устройства в линии получения жмыха подсолнечного, которые влияют на срок его хранения использовали теорию планирования эксперимента по рототабельному трехуровневому плану Бокса-Бенкина второго порядка [15].

Для обоснования оптимального срока хранения белкового корма (жмых подсолнечный) были выбраны факторы, которые представленные в табл. 1.

Таблица 1. Интервалы и уровни варьирования факторов

Table 1. Intervals and variation levels of criteria

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

После обработки результатов трехфакторного эксперимента было получено уравнение регрессии, показывающее влияние основных режимных параметров на срок хранения жмыха подсолнечного, в кодированном виде:

$Y_s=\mathrm{6,5}-\mathrm{13,7}{x}_1+\mathrm{18,4}{x}_2+\mathrm{6,3}{x}_3+\mathrm{0,78}{x}_1{x}_2+\mathrm{15,3}{x}_1{x}_3-\mathrm{0,63}{x}_2{x}_3-\mathrm{0,63}{x}_1^2+\mathrm{13,9}{x}_2^2+\mathrm{0,065}{x}_3^2$, (1)

Анализ уравнения (1) показывает, что изменения концентрации озоно-воздушной смеси вызывают уменьшения срока хранения жмыха подсолнечного, а также продолжительности обработки корма озоно-воздушной смесью, напряженности высокочастотного поля увеличивают его срок хранения.

Наибольшее влияние на срок хранения жмыха подсолнечного оказывают продолжительность обработки корма озоно-воздушной смесью (коэффициент регрессии 18,4) и концентрация озоно-воздушной смеси (коэффициент регрессии 13,7) и, в меньшей степени — напряжённость высокочастотного поля (коэффициент регрессии 6,3).

После определения коэффициентов регрессии проводилась проверка гипотезы адекватности результатов опытов с помощью полинома второго порядка (1), для которых определили суммы квадратов, дисперсии и F-критерий. Для модели (1) расчетное значение F-критерия составило F = 4,23 < 4,95 = F_0,05, где F_0,05 = 4,95 — табличное значение для уровня значимости 0,05.

Поскольку табличное значение F-критерия больше расчетных, то возможно заключить об адекватности полученной модели (1), которая относится полиному второго порядка [15].

Дифференцирование уравнения регрессии (1) позволяет определить координаты центра: $x_{1s}=-\mathrm{0,394}$; $x_{2s}=\mathrm{0,6944}$; $x_{3s}=\mathrm{0,8331}$. Подставляя их в уравнение (1), находим рациональное значение срока хранения жмыха подсолнечного в центре поверхности: $Y_s=\mathrm{5,45}$.

Подставляя разные значения откликов в уравнение регрессии (1), получим уравнение (2), соответствующее контурным кривым поверхностей отклика вида:

$Y-\mathrm{5,45}=-\mathrm{0,627}{x}_1^2+\mathrm{13,855}{x}_2^2+\mathrm{0,087}{x}_3^2$, (2)

которые приведены на рис. 2–4.

Рис. 2. Зависимость срока хранения жмыха подсолнечного от концентрации озоно-воздушной смеси и продолжительности его обработки.

Fig. 2. Dependence of the sunflower cake shelf life on the ozone-air mixture concentration and treatment duration.

Рис. 3. Зависимость срока хранения жмыха подсолнечного от концентрации озоно-воздушной смеси и напряженности высокочастотного поля.

Fig. 3. Dependence of the sunflower cake shelf life on the ozone-air mixture concentration and high-frequency field strength.

Рис. 4. Зависимость срока хранения жмыха подсолнечного от продолжительности его обработки озоно-воздушной смесью и напряженности высокочастотного поля.

Fig. 4. Dependence of the sunflower cake shelf life on duration of treatment with the ozone-air mixture concentration and high-frequency field strength.

С уменьшением концентрации озоно-воздушной смеси (х₁) продолжительность обработки корма озоно-воздушной смесью (х₂) и напряженность высокочастотного поля при обработке корма (х₃) увеличиваются. Однако, в области низкой концентрации, повышенной продолжительности (до 120 с) и напряженности высокочастотного поля (до 15250 В/м) срок хранения жмыха подсолнечного увеличивается (см. рис. 2−4).

Таким образом, применение разработанного устройства по патенту РФ №2706188 при сочетании оптимальных значений его параметров: концентрация озоно-воздушной смеси — 23,03 мг/м³; продолжительность его обработки — 134 с и напряженность высокочастотного поля — 17374 В/м позволяет повысить срок его хранения с 3 до 5,45 месяца согласно ГОСТ 80-96.

ВЫВОДЫ

Экспериментальные исследования разработанной линии для получения жмыха подсолнечного с контролем качества его обработки озоно-воздушной смесью показали, что срок его хранения зависит от концентрации озоно-воздушной смеси и продолжительности его обработки, а также от напряженности высокочастотного поля.

При этом с уменьшением концентрации озоно-воздушной смеси продолжительность его обработки и напряженность высокочастотного поля при его обработке увеличиваются. Однако, в области низкой концентрации, повышенной продолжительности до 120 с и напряженности высокочастотного поля до 15250 В/м срок хранения жмыха подсолнечного увеличивается.

Обрабатывать жмых подсолнечный озоно-воздушной смесью для увеличения срока его хранения с 3 до 5,45 месяца согласно ГОСТ 80-96 в разработанной линии по патенту РФ №2706188 рационально при концентрации её 23,03 мг/м³, продолжительности обработки его 134 с и напряженности высокочастотного поля 17374 В/м.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Competing interests. The author declares the absence of obvious and potential conflicts of interest.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

作者简介

Igor Priporov

编辑信件的主要联系方式.
Email: i.priporov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8201-2819
SPIN 代码: 4330-0224

Associate Professor, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Tractors, Automobiles and Technical Mechanics Department

参考

补充文件

附件文件

动作

1. JATS XML

下载

2. Fig. 1. The production line of protein feed: а — basic structural diagram; b — the device for controlling the quality of feed treatment: 1 — an air-and-screen grain cleaning machine; 2 — a storage tank for derivative products of oil plants; 3 — a reservoir with an output hole; 4 — an extruder; 5 — a shredder; 6 — a conditioner; 7 — a mixing tool; 8 — an ozonizer; 9 — the ozone-air mixture rate gauge; 10 — the device for controlling the quality of feed treatment; 11 — a storage tank for prepared feed; 12 — dielectric cups; 13 — cylindrical electrodes; 14 — coils of oscillating circuits; 15 — tuning capacitors; 16 — a measuring device; 17 — a power source; 18 — a high-frequency alternator; 19 — a voltage adjuster.

下载 (177KB)

索引源数据

3. Fig. 2. Dependence of the sunflower cake shelf life on the ozone-air mixture concentration and treatment duration.

下载 (273KB)

索引源数据

4. Fig. 3. Dependence of the sunflower cake shelf life on the ozone-air mixture concentration and high-frequency field strength.

下载 (260KB)

索引源数据

5. Fig. 4. Dependence of the sunflower cake shelf life on duration of treatment with the ozone-air mixture concentration and high-frequency field strength.

下载 (326KB)

索引源数据