CC BY
42
s
S
1-4
о к о к
и
<и н О Л
1-4
<
DOI 10.32417/article_5d908b85a90539.28406450
УДК 636.085.52
Инновационная технология производства флокированных зерен для стартерных и престартерных комбикормов с использованием очищенного биогаза
В. А. Афанасьев1, А. Н. Остриков1, А. А. Шевцов1, А. В. Терехина1 , А. И. Александров1 воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия
E-mail: gorbatova.nastia@yandex.ru
Аннотация. Исследована степень клейстеризации крахмала ячменя в зависимости от величины зазора между вальцами. С этой целью образцы ячменя, обработанного паром при атмосферном давлении в течение 10 минут пропускали через плющильный станок, изменяя величину зазора между вальцами. Проведены исследования по выявлению влияния степени клейстеризации крахмала на его переваримость. Результаты опытов показывают, что с уменьшением величины зазора между валками степень клейстеризации увеличивается. Установлено, что для пропаренного ячменя при одних и тех же режимах можно получить различную степень клейстеризации крахмала в зависимости от величины зазора между валками плющильного станка, то есть от толщины хлопьев. Выявлено, что зерно целесообразно увлажнять водой температурой 40-60 °С в течение 1-2 минут до влажности 15-19 %. Продолжительность отволаживания должна составлять для пшеницы, шелушенных ячменя и овса, цельного зерна ячменя и овса 2-4 часа; кукурузы и гороха -4-6 часов. Установлено, что при обработке зерна паром в течение 5 минут степень денатурации белка составляет 28 %, 10 минут - 47,2 %, 60 минут - 87,7 %. Полученные данные использованы при разработке технологии флокированных зерен для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных. Разработана комплексная технология производства стартерных и престартерных комбикормов на базе предварительно подготов-о ленного зерна производительностью 2 т/ч, основанная на флокировании зерна, т. е. плющении с более длительным - пропариванием корма (12-14 минут) при повышенной температуре (до 95 °C), позволяющем повысить усвояемость о
тинизации, улучшит вкусовые качества, поедаемость корма и его переваримость.
ей и
и
^
ч Для цитирования: Афанасьев В. А., Остриков А. Н., Шевцов А. А., Терехина А. В., Александров А. И. Инновацион-
ен
корма до 85-88 %. Эта технология улучшит доступность крахмала в результате разрыва крахмальных зерен и их жела-тинизации, улучшит вкусовые качества, поедаемость корма и его переваримость.
Ключевые слова: технология, комбикорм, флокирование, плющение, пропаривание, сушка, эффективность.
ная технология производства флокированных зерен для стартерных и престартерных комбикормов с использованием очищенного биогаза // Аграрный вестник Урала. 2019. № 8 (187). С. 16-27. DOI: 10.32417/artide_5d908b85a90539.28406450.
<
S
<
оз Дата поступления статьи: 27.05.2019.
Я g
и Постановка проблемы (Introduction) 300-400 м3 технологического пара. Особенно остро эта ^ При производстве комбикормов для молодняка жи- проблема стоит в глубинных негазифицированных райо-^ вотных (телят и поросят) с целью повышения питатель- нах страны. Для снижения доли энергозатрат в структуре ® ной ценности и усвояемости производят специальную себестоимости кормов целесообразно предусмотреть ав-обработку зерна, применяя такие способы, как флокиро- тономное энергоснабжение комбикормового производства о вание, микронизация, экструдирование. Исследованиями за счет биотопливных ресурсов. Наиболее эффективным и установлено, что применение флокирования (гидротер- способом решения этой задачи является использование р мической обработки зерна с последующим плющени- биогаза, полученного из отходов животноводства. По дан-^ ем при производстве хлопьев) обеспечивает повышение ным Минсельхоза России потенциал производства биога-^ переваримости крахмала в 1,5-2 раза, снижение доли за в Российской Федерации составляет 2 млрд м3/год [1, 2]. д неперевариваемой клетчатки, инактивацию антипита- К примеру, производство и использование биогаза, полу-§ тельных веществ, улучшение переваримость протеина на чаемого из отходов свинокомплексов (при минимальном ^ 15-20 %. Согласно прогнозам, на 2020-2025 годы, объемы количестве голов свинокомплекса, равном 10 000), практи-о производства комбикормов в России будут расти (рис. 1). чески полностью закрывает их энергетические потребно-Я Использование плющенных зерен, приводящих к улучше- сти (на базе отходов от одной взрослой свиньи можно вы® нию качества комбикормов, является перспективным на- работать 0,35 м3 биогаза в сутки, или 8,15 МДж энергии).
правлением совершенствования технологий производства Процесс анаэробного брожения, наряду с получением
§5 комбикормовой продукции [3, 7-10]. биогаза, позволяет переработать отходы животноводче-
5 В себестоимости комбикормов значительную часть (от ских комплексов в нетоксичные органические удобрения,
® 20 до 35 %) составляют энергозатраты. К примеру, при которые в дальнейшем с успехом могут быть использова-
^ производстве 1 тонны стартерных и предстартерных ком- ны в сельском хозяйстве [4-6].
^ бикормов для молодняка сельскохозяйственных животных Технологическая линия разработана по результатам ис-
^ расходуется от 300 до 500 кВтч/т электроэнергии и около следований, выполненных в рамках НИР «Адаптация соз-
(Q) 16
данных гидротермических технологий и комплекта оборудования для производства комбикормов с использованием биогаза, получаемого при переработке отходов животноводческих комплексов производительностью 2 т/ч».
Методология и методы исследований (Methods)
Целью данной работы являлась разработка инновационной технологии производства флокированных зерен для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных.
Выявлено, что зерно целесообразно увлажнять водой температурой 40-60 °С в течение 1-2 минут до влажности 15-19 % (ячмень, пшеница - 15-17 %; овес - 15-16 %; кукуруза, горох - 17-19 %). Продолжительность отволажи-вания должна составлять для пшеницы, шелушенных ячменя и овса, цельного зерна ячменя и овса 2-4 часа; кукурузы и гороха - 4-6 часов. Установлено, что при обработке зерна паром в течение 5 минут степень денатурации белка составляет 28 %, 10 минут - 47,2 %, 60 минут - 87,7 %.
Пропаривание увлажненного зерна пшеницы, шелушенных и нешелушенных ячменя и овса осуществляли в пропаривателе лопастного типа до температуры 80-100 °С в следующем диапазоне изменения параметров пара: давление - 0,22-0,32 МПа, температура - 130-140 °С, расход -120-220 кг/ч (1,320-2,420 кг/кгмин) в течение 10-20 минут до влажности 19-20 %; кукурузы и гороха - в течение 20-30 минут до влажности 20-21 %. Увлажнение зерна водой и последующее плющение приводит к увеличению степени клейстеризации крахмала до 40-50 %, при про-паривании и плющении степень клейстеризации крахмала возрастает до 60-70 %.
Исследована степень клейстеризации крахмала ячменя в зависимости от величины зазора между вальцами. С этой целью образцы ячменя, обработанного паром при атмосферном давлении в течение 10 минут, пропускали через плющильный станок, изменяя величину зазора между вальцами. Проведены исследования по выявлению влияния степени клейстеризации крахмала на его переваримость. Плющение пропаренного зерна производили на двухвалковой плющилке при скорости вращения валков 11,4 м/с и 7,6 м/с. Плющение пропаренного зерна проводили при зазоре между валками 0,5-0,6 мм для пшеницы, шелушенных и нешелушенных ячменя и овса; 0,81,0 мм - кукурузы и гороха.
После влаготепловой обработки и плющения хлопья необходимо подвергать сушке с целью снижения влажности:
=ГО Ш1ЩА СВИНЬИ КРС ill
■ 2016 год ■ 2020 год о 2025 ГОД Рис. 1. Объем производства комбикормов в России в 2016-2025 годы
определены режимы сушки: температура агента - 120130 °С, продолжительность - 8-9 минут, скорость воздуха - 0,7-0,8 м/с. Охлаждение высушенных хлопьев следует проводить при скорости воздуха 0,7-0,8 м/с в течение 4-5 минут. Изучение влияния пропаривания и плющения на содержание биологически активных веществ показало, что в процессе обработки количество витамина Е в кукурузе снижается на 23-28 %, витамина В2 в ячмене - на 6-10 %. Микробиологические показатели зерна после обработки паром значительно улучшаются, обсемененность зерна микроорганизмами снижается на 95-98 %.
Результаты (Results)
Результаты опытов показывают, что с уменьшением величины зазора между валками степень клейстеризации увеличивается (таблица 1). В полученных хлопьях степень клейстеризации крахмала составила 29 % при зазоре 0,5 мм и 68 % при зазоре 0,1 мм.
Хлопья, выработанные при величине зазора 0,1-0,5 мм, имели хрупкую структуру вследствие того, что зерно подвергалось очень сильному механическому раздавливанию. В связи с тем, что уменьшение зазора между валками приводит к значительному увеличению мощности установки, последующие исследования проводили при зазоре между валками 0,2-0,25 мм.
Установлено, что длительность пропаривания и расход пара увеличивают степень клейстеризации крахмала (таблица 2). Пропаривание и плющение оказывают влияние на процесс переваримости крахмала. Меньшей переваримостью обладает крахмал необработанного ячменя (исходный ячмень). В течение 5 часов крахмал данного зерна расщепился с образованием 215 мг/г глюкозы.
При пятичасовом гидролизе крахмала хлопьев, полученных из пропаренного ячменя, образовалось 320430 мг/г глюкозы. Прослеживается закономерность повышения переваримости крахмала по мере повышения длительности пропаривания ячменя перед его плющением.
В результате оценки влияния степени клейстеризации крахмала на его переваримость получено, что количество образующейся глюкозы при ферментативном гидролизе крахмала за одинаковый промежуток времени в более клейстеризованном зерне больше по сравнению с менее клейстеризованным. По сравнению с исходным ячменем скорость переваримости крахмала хлопьев из пропаренного ячменя с высокой степенью клейстеризации повышается в 2-3,5 раза.
million tons
OTAL BIRD PIGS CATTLE O'
a2016 year O2020year 02025 year
Fig. 1. The volume of production of animal feed in Russia in 2016-2025 years
>
CTQ
i-i О
Г+
n>
0 tr ¡3
1
CTQ h-
n>
СЛ
Z >
f a
3
fa i
Z
Z Z O
о
Z
Z Z
S
cr
n> V
0 Z
Z z Г
l-s n>
1
Z
1
V 3
I-! О
,Z
2
О
Таблица 1
Изменение степени клейстеризации крахмала в зависимости от величины зазора между валками плющильного станка
Показатели Зерно после пропаривания Величина зазора между валками, мм
0,5 0,4 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1
Степень клейстеризации крахмала, % 12 29 34 40 45 50 65 68
Table 1 Change in the degree of gelatinization of starch, depending on the size of the gap between the rollers flatting machine
Indicators Grainaftersteaming The size of the gap between the rolls, mm
0,5 0,4 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1
The degree of gelatinization of starch,% 12 29 34 40 45 50 65 68
Таблица 2
Изменение степени клейстеризации крахмала ячменя в зависимости от длительности обработки паром и его расхода
Показатели Длительность пропаривания, мин.
1 3 5 7 10 20 30 60
Расход пара 10 кг/ч
Степень клейстеризации крахмала, %:
после пропаривания — 3 5 8 13 23 38 85
после плющения 35 42 45 48 50 51 55 100
Расход пара 20 кг/ч
Степень клейстеризации крахмала, %:
после пропаривания — 3 5 8 13 25 38 83
после плющения 36 43 47 49 50 58 60 100
Расход пара 30 кг/ч
Степень клейстеризации крахмала, %:
после пропаривания — 3 7 6 12 25 26 85
после плющения 38 45 48 49 53 55 60 100
Расход пара 40 кг/ч
Степень клейстеризации крахмала, %:
после пропаривания — 3 6 8 12 23 40 86
после плющения 40 45 48 49 54 56 60 100
Расход пара 50 кг/ч
Степень клейстеризации крахмала, %:
после пропаривания — 3 5 7 13 24 40 86
после плющения 40 45 48 49 54 56 60 100
Table 2
Change in the degree ofgelatinization of starch of barley, depending on the duration of steam treatment and its consumption
Indicators Steaming time, min
1 3 5 7 10 20 30 60
Steam consumption 10 kg/h
The degree of gelatinization of starch,%:
after steaming - 3 5 8 13 23 38 85
after flattening 35 42 45 48 50 51 55 100
Steam consumption20 kg/h
The degree of gelatinization of starch,%:
after steaming - 3 5 8 13 25 38 83
after flattening 36 43 47 49 50 58 60 100
Steam consumption30 kg/h
The degree of gelatinization of starch,%:
after steaming - 3 7 6 12 25 26 85
after flattening 38 45 48 49 53 55 60 100
Steam consumption40 kg/h
The degree of gelatinization of starch,%:
after steaming - 3 6 8 12 23 40 86
after flattening 40 45 48 49 54 56 60 100
Steam consumption50 kg / h
The degree of gelatinization of starch,%:
after steaming - 3 5 7 13 24 40 86
after ^ flattening 40 45 48 49 54 56 60 100
£
S 120
100
-в- 80
о
— U 60
Л 40
й
q ЬЙ 20
0
Длительность пропарпванпя, мин
и Исходный ячмень 5 10 30 45 60
Количество щелочерастворимой фракций белка, % 61,34 55,22 58,77 64,99 64.1 64,89
Нерастворимый остаток, % 4,53 17,12 18,97 21,89 22 25,72
Содержание сырого протеина. % 13,87 14,02 13,8 13,84 13,75 13,68
^^^ Количество спирторастворимой фракций белка, % 20,01 15,09 10,8 7,3 6,9 6.21
^^^ Количество водорас твори кой фракций белка. % 11 8,71 9,11 3,13 2,5 1,35
^^^ Количество солераетворныой фракций белка, % 3,12 2,86 2,45 2,69 2,49 1,73
>
СЮ i-i О
г+
П>
0 tr ¡3
1
сю
I—
П>
СЛ
Рис. 2. Зависимость длительности пропаривания ячменя и плющения на содержание и фракционный состав белка
6,21
Fig. 2. The dependence of the duration of steaming barley and flattening on the content and fractional composition of the protein
Установлено, что для пропаренного ячменя при одних и тех же режимах можно получить различную степень клейстеризации крахмала в зависимости от величины зазора между валками плющильного станка, то есть от толщины хлопьев. Наилучшие результаты по переваримости достигаются при плющении ячменя на вальцах с зазором 0,1-0,5 мм. С уменьшением зазора между вальцами и уменьшением толщины хлопьев степень клейстеризации крахмала и водопоглотительная способность увеличива-
ются. Изучено влияние пропаривания зерна с последующим плющением на фракционный состав белка (рис. 2).
По результатам исследований можно сделать вывод, что для предотвращения снижения переваримости протеина ячменя длительность пропаривания его при атмосферном давлении не должна превышать 30 минут.
Полученные данные использованы при разработке технологии флокированных зерен для стартерных и престар-терных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных.
s
s ^
о
о к
и
<и H
о
Л
<
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Рис. 3.
100% 90?4 80% 70% 60% 50% 40% 30?4 20% 10% 0%
I
S2.9
82.7
83,4
83,4
t
80
75
13,87 11,51
14,02
13.8
13,84
13,75 13,68
_ «
11,6
rll.51
11,54
2,36
2.42
2,29
2.3
,
11
2,75
10,26 3,42
Коэффициент переваримости протеина, %
Сырой протеин, % Переваримый протеин, % Непереварпмып протеин, %
Ячмень 5 исходный
10
30
45
60
Длительность пропаривания, мин
Зависимость переваримости in vitro протеина ячменя от времени обработки паром
V
82,9
L
82,7
83,4
83.4
V,
75
14.02 13 13 68
,---
11,51 11,6 11,51 11,54 11 10,26
Г 2,36 Г 2,42 j 2 -9 2.3 г2,75 3.42
The coefficient of digestibility of protein, %
Crude protein,% Digestible protein, % Indigestible protein,%
Barley 5 source
60
10 30 45
Steaming time, min
Fig. 3. Dependence of in vitro digestibility of barley protein on the time of steaming
Таблица 3
Схема опыта на телятах в возрасте от 10 до 75 дней
Назначение группы Поголовье Условия кормления
Контрольная 26 ОР + КР-1 (содержит 40,0 % ячменя и 11,4 % овса без пленок)
Опытная I 22 ОР + КР-1 (40,0 % ячменя, 11,4 % овса и 5,0 % гороха в виде измельченных хлопьев)
Опытная II 22 ОР + КР-1 (40,0 % ячменя, 11,4 % овса и 5,0 % гороха в виде неизмельченных хлопьев)
Опытная III 25 ОР + КР-1 (40,0 % ячменя, 14,0 % овса и 10,0 % гороха в виде неизмельченных хлопьев без сахара и с пониженным содержанием сухого молока)
Опытная IV 21 ОР + КР-1 (45,0 % ячменя, 7,5 % овса и 17,9 % гороха в виде неизмельченных хлопьев, без сахара и сухого молока)
Table 3
Scheme of experience on calves aged 10 to 75 days
Group assignment Livestock Feeding conditions
Control 26 OR + KR-1 (contains 40.0 % barley and 11.4 % oats without films)
Experienced I 22 OR + KR-1 (40.0 % barley, 11.4 % oat, and 5.0 % pea in the form of crushed flakes)
Experienced II 22 OR + KR-1 (40.0 % barley, 11.4 % oats and 5.0 % peas in the form of unground flakes)
Experienced III 25 OR + KR-1 (40.0 % barley, 14.0 % oats and 10.0 % peas in the form of uncrushed flakes without sugar and with a reduced content of dry milk)
Experienced IV 21 OR + KR-1 (45.0 % barley, 7.5 % oats, and 17.9 % peas in the form of un-ground flakes, without sugar and powdered milk)
Таблица 4
Рецепты стартерных комбикормов для телят в возрасте 10-75 дней
Компоненты Состав комбикорма КР-1, %
Контрольная I опытная II опытная III опытная IV опытная
Ячмень без пленок 40,0 — — — —
Овес без пленок 11,4 — — — —
Ячменные хлопья измельченные 40,0 — — —
Овсяные хлопья измельченные — 11,4 — — —
Ячменные хлопья неизмельченные — 40,0 40,0 45,0
Овсяные хлопья неизмельченные — — 11,4 14,0 7,5
Гороховые хлопья измельченные — 5,0 —
Гороховые хлопья неизмельченные — 5,0 10,0 17,9
Шрот соевый 13,9 8,9 8,9 13,9 16,5
Дрожжи кормовые 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0
Сухое молоко 18,0 18,0 18,0 9,0 —
Травяная мука 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0
Сахар 4,0 4,0 4,0 — —
Фосфат 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
Соль 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Мел 1,3 1,3 1,3 1,7 1,7
Премикс КР-2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Показатели качества
Кормовые единицы в 100кг 130,0 128,0 128,1 126,0 124,6
Обменная энергия, в 1 кг МДж 11,69 11,69 11,68 11,35 11,12
Сырой протеин, % 21,09 20,33 20,33 20,52 20,06
Сырая клетчатка, % 3,42 3,34 3,34 4,09 4,50
Лизин, % 1,32 1,26 1,26 1,22 1,15
Метионин + цистин, % 0,66 0,62 0,62 0,62 0,58
Жир, % 2,21 2,24 2,24 2,43 2,37
Кальций,% 1,11 1,10 1,10 1,15 1,05
Фосфор, % 0,65 0,64 0,64 0,61 0,57
Натрий, % 0,32 0,34 0,34 0,30 0,24
Table 4
Recipes starter feed for calves aged 10-75 days
Components The composition of the feed KR-1, %
Control I experienced II experienced III experienced IV experienced
Barley without films 40,0 - - - -
Oats without films 11,4 - - - -
Shredded barley flakes - 40,0 - - -
Chopped oat flakes - 11,4 - - -
Unground barley flakes - - 40,0 40,0 45,0
Unground oat meal - - 11,4 14,0 7,5
Pea flakes shredded - 5,0 -
Pea flakes unground - - 5,0 10,0 17,9
Soybean meal 13,9 8,9 8,9 13,9 16,5
Nutrient yeast 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0
Powdered milk 18,0 18,0 18,0 9,0 -
Grass meal 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0
Sugar 4,0 4,0 4,0 - -
Phosphate 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
Salt 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Chalk 1,3 1,3 1,3 1,7 1,7
Premix KR-2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Quality indicators
100 kg feed units 130,0 128,0 128,1 126,0 124,6
Exchange energy in 1 kg MJ 11,69 11,69 11,68 11,35 11,12
Crude protein, % 21,09 20,33 20,33 20,52 20,06
Crude fiber, % 3,42 3,34 3,34 4,09 4,50
Lysine, % 1,32 1,26 1,26 1,22 1,15
Methionine + cystine, % 0,66 0,62 0,62 0,62 0,58
Fat, % 2,21 2,24 2,24 2,43 2,37
Calcium,% 1,11 1,10 1,10 1,15 1,05
Phosphorus, % 0,65 0,64 0,64 0,61 0,57
Sodium, % 0,32 0,34 0,34 0,30 0,24
Таблица 5
Рационы телят за период опыта по фактически потребленным кормам
Показатели Группы
Контрольная I опытная II опытная III опытная IV опытная
Комбикорм КР-1 (контрольная) 1,1 - - - -
Комбикорм КР-1 (I опытная) - 1,1 - - -
Комбикорм КР-1 (II опытная) - - 1,1 - -
Комбикорм КР-1 (III опытная) - - - 1,1 -
Комбикорм КР-1 (IV опытная) - - - - 1,1
ЗЦМ 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33
Сено люцерновое 1,2 1,1 1,2 1,3 1,2
В рационе содержится:
кормовых единиц 2,76 2,56 2,60 2,63 2,56
сухого вещества, кг 2,2 2,2 2,2 2,3 2,2
сырого протеина, г 484,0 461,2 475,6 492,1 472,7
переваримого протеина, г 392,7 380,6 390,7 408,0 393,2
сырой клетчатки, г 397,0 315,0 340,3 373,9 353,0
сырого жира, г 133,2 131,3 133,5 137,8 135,0
кальция, г 34,9 34,8 36,5 38,8 36,0
фосфора, г 13,0 12,7 12,9 12,8 12,1
Table 5
Calves rations for the period of experience on actually consumed feed
Indicators Groups
Control I experienced II experienced III experienced IV experienced
Compound feed KR-1 (control) 1,1 - - - -
Compound feed KR-1 (I experienced) - 1,1 - - -
Compound feed KR-1 (II experienced) - - 1,1 - -
Compound feed KR-1 (III experienced) - - - 1,1 -
Compound feed KR-1 (IV experienced) - - - - 1,1
ZCM 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33
Alfalfa hay 1,2 1,1 1,2 1,3 1,2
The diet contains:
feed units 2,76 2,56 2,60 2,63 2,56
dry matter, kg 2,2 2,2 2,2 2,3 2,2
crude protein, g 484,0 461,2 475,6 492,1 472,7
digestible protein, g 392,7 380,6 390,7 408,0 393,2
crude fiber, g 397,0 315,0 340,3 373,9 353,0
raw fat, g 133,2 131,3 133,5 137,8 135,0
calcium, g 34,9 34,8 36,5 38,8 36,0
phosphorus, g 13,0 12,7 12,9 12,8 12,1
Установлено влияние продолжительности нагрева при пропаривании и плющении ячменя на изменение белкового комплекса (рис. 3).
На предлагаемой линии вырабатывают хлопья из цельного зерна, например ячменя, пшеницы, кукурузы, шелушенного ячменя и бобовых культур. Зерновые хлопья используются при производстве полнорационных комбикормов для молодняка свиней (поросят в возрасте от 10 до 60 дней), комбикормов-концентратов для поросят в возрасте до 4 месяцев, телят в возрасте до 115 дней и молодняка других сельскохозяйственных животных. Зерно перед подачей на линию плющения должно обязательно пройти очистку от сорных, минеральных и металломаг-нитных примесей. При выработке хлопьев из шелушенно-
го зерна ячменя и овса перед подачей на линию плющения осуществляется снятие пленки с зерна этих культур и отделение лузги одним из существующих способов: способом измельчения с последующим просеиванием и отвеиванием пленок из сходовых фракций или способом шелушения на специальных машинах с отделением пленок. Шелушенный ячмень и овес должны удовлетворять требованиям нормативной документации на данные виды продукции, ОСТ 00932117-001-95 «Ячмень кормовой шелушенный. Технические условия» и ОСТ 00932117-00496 «Овес кормовой шелушенный. Технические условия». В основном продукте шелушения ячменя допускается содержание сырой клетчатки не более 3,5 %, овса - не более 5,3 %.
Технологическая схема линии производства флоки-рованных зерен для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных производительностью 2 т/ч (рис. 4) включает следующие технологические операции: контроль заданной производительности по исходному продукту посредствам питателя 2, установленного на выходе из приемного бункера 1; очистка зерна от метало-магнитных примесей в магнитном сепараторе 3; увлажнение зерна в увлажнительной машине 4; равномерное распределение влажности по всему объему подаваемого зерна в отволаживателе 5; пропа-ривание зерна в аппарате для влаготепловой обработки 6; получение зерновых хлопьев в плющильной машине 7; сушка плющенных хлопьев и их охлаждение в сушилке-охладителе 8; хранение обработанного зерна в бункере 9; очистка исходного биогаза от сероводорода в колонке 10; охлаждение очищенного от сероводорода биогаза в холодильнике 11; очистка от Н2О в колонке 12; нагнетание очищенного биогаза в парогенератор 15; получение сушильного агента в теплообменнике 16 за счет теплоты продуктов сгорания в парогенераторе 15.
Рис. 4. Технологическая схема линии производства флокированных зерен для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных Fig. 4. Technological scheme of the production line of flocked grains for starter and prestarter feed for young farm animals
Исходное зерно накапливается в производственном бункере 1. В зависимости от производительности линии питателем 2 через магнитный сепаратор 3 зерно подается в увлажнительную машину 4 до достижения влажности 23-35 %. Увлажненное зерно выдерживают в отволаживателе 5, для равномерного распределения влажности по всему объему зерновой массы.
В аппарате для влаготепловой обработки 6 осуществляют пропаривание зерна в течение 12-14 минут при повышенной температуре (до 95 °C), позволяющей повысить усвояемость корма до 85-88 %. Пропаренное зерно предварительно подогревают в течение 3-5 минут, пропускают через вальцы плющильной машины 10 с зазором между вальцами 0,4-0,55 мм и получают зерновые хлопья.
В сушилке-охладителе 8 осуществляют сушку зерновых хлопьев при температуре 80-90 °C и скорости сушильного агента 0,4-0,7 м/с при снижении влажности до 8-9 %. В зоне охлаждения сушилки-охладителя снижают температуру высушенных плющеных зерен до температуры окружающей среды атмосферным воздухом. Обработанное зерно отводят в бункер 9.
На основе проведенных исследований определены рациональные способы очистки биогаза, подаваемого на горелки парогенератора следующего научно обоснованного состава: метана до 60 %, H2S - до 20 мг/м3, паров H2O не более 9 мг/м3, СО2 - до 36 %.
Исходный биогаз подается в колонку очистки от сероводорода 10, очищенный от сероводорода газ охлаждается в холодильнике 11, после чего в колонке очистки от Н2О 12 с помощью вентилятора 14 подается в топку парогенератора 15.
В парогенераторе 15 посредствам рекуперативного теплообмена между продуктами сгорания биогаза и водой осуществляют подготовку пара для пропаривания в аппарате для влаготепловой обработки и нагревания сушильного агента (воздуха) в теплообменнике 16 для сушки плющеного зерна в сушилке-охладителе с последующим его охлаждением до температуры окружающей среды. Конденсат, образовавшийся в колонках очистки от H2S и Н2О, отводится в сборник конденсата 13.
Для определения эффективности использования флокированных зерен в составе стартерных комбикормов проведены исследования на телятах в возрасте от 10 до 75 дней (таблица 3). Выработаны опытные партии стартер-ных комбикормов (таблица 4)
Контрольная партия комбикорма содержала измельченные ячмень и овес без пленок, а также горох. Во II, III, и IV опытных партиях зерновая часть была представлена в виде неизмельченных хлопьев шелушенного овса, ячменя и гороха. В партиях комбикормов для контрольной, I и II опытных групп телят содержание сухого молока составляло 18,0 %, сахара - 4,0 %.
Комбикорм для III опытной группы вырабатывали без сахара и с пониженным содержанием сухого молока, для IV опытной группы - без сахара и сухого молока, но с повышенным содержанием хлопьев гороха и с некоторым измененным содержанием остальных зерновых компонентов и соевого шрота (рис. 5).
> OQ
I-!
О
г+
п>
0 tr ¡3
1
CTQ h-
п>
СЛ
s
S ^
о к о к
и
<и н О
Л
<
20,2
20
20,2
2С
1 3
3,01 ■ 1,05 0,3 0.8
2,95
I
1,09 .31 ?-620,1
1.1
ЫР-1(шшгропьшз)
ЕР-I (I опытная)
|||
KP-I (П опытная)
Я, 56
2.8 ill
19,9
12,4
.07 0,6,
KP-I (И! опытнал)
ill
1.03 ,26 0 5?, 1,
ЕР-1 (IV опЕггнал)
25
■ Влажность, % Содержание сырого протеина. 0 о Содержание поваренной соли, % Содержание фосфора. %
Средний размер частиц, мы Содержание сырой клетчатки, % Содержание кальция, % Не растворимая в НС1 зола, %
Рис. 5. Качество стартерных комбикормов для телят
20,4
0,9
20,2
l'J
20,2
19.9
1 3 12 3 J 2 9 12 4
),04
',01 т 1,05 0,3 0,8 1,95 1,09 | 1 2,7 1 3 |>3U°\ii 2,8 1 5,56 1,07 |l24 Mc.09 3 1 1.03 0,26
KF.-I (control)
KR.-I (I experienced)
KP,-I experienced)
KR.-I (III experienced) A?,-1 (IV experienced)
Humidity, %
The content of crude fiber. Phosphorus content, %
■ Average particle size, mm The content of salt, % HC1 insoluble ash, % Fig. 5. Quality starter feed for calves
The content of crude protein, % Calcium content
Подопытные телята поедали практически равное количество всех видов кормов рациона (таблица 5). Скармливание неизмельченных хлопьев в составе комбикормов не повлияло на их поедаемость. Не установлено существенных различий по содержанию в рационах питательных веществ.
Анализ данных таблицы 6 показал, что использование в стартерных комбикормах для телят хлопьев овса, ячменя и гороха взамен измельченного зерна позволит повысить прирост живой массы с 745,2 г в контроле до 819,4 г и 810,0 г соответственно в I и II опытных группах телят.
В целом за учетный период не установлено достоверных различий по приросту живой массы между телятами, получавшими измельченные (819,4 г) и неизмельченные (810,0 г) хлопья зерна.
На эффективность использования неизмельченных хлопьев оказывает влияние возраст животных. В более раннем возрасте (42 дня опыта) среднесуточный прирост живой массы выше у телят, получавших измельченные хлопья (на 42,8 г, или 5,4 %), а в последние 20 дней среднесуточный прирост выше у животных, получавших неиз-мельченные хлопья (930 г, или 6,9 %) выше.
Экспериментальные данные доказывают возможность как частичной, так и полной замены сахара и сухого молока в стартерных комбикормах для телят на не-измельченные хлопья гороха, ячменя и соевый шрот. Суточный прирост живой массы у телят III и IV опытных групп в целом за период опыта составил 814,5 и 859,7 г, что на 9,3-15,4 % выше, чем в контроле.
Таблица 6
Динамика живой массы и прирост подопытных телят
Показатели Группа
контрольная I опытная II опытная III опытная IV опытная
Живая масса, кг
при постановке на опыт 56 62 53,9 65,6 64,3
через 42 дня опыта 86,3 95,4 85,5 97,2 98,0
при снятии с опыта 102,2 112,8 104,1 116,1 117,6
Валовый прирост 1 гол., кг
через 42 дня опыта 30,4 33,4 31,6 31,6 33,7
через 20 дней опыта 15,9 17,4 18,6 18,9 19,6
за период опыта 46,2 50,8 50,2 50,5 53,3
Среднесуточный прирост, г
через 42 дня опыта 721,4 795,2 752,2 752,4 808,4
через 20 дней опыта 795,0 870,0 930,0 945,0 980,0
за период опыта 745,2 819,4 810,0 814,5 859,7
Table 6
Dynamics of body weight and growth of experimental calves
Indicators Groups
control | I experienced \ II experienced \III experienced\IV experienced
Liveweight, kg
atstatementonexperienc 56 62 53,9 65,6 64,3
after 42 daysofexperience 86,3 95,4 85,5 97,2 98,0
whenwithdrawingfromexperience 102,2 112,8 104,1 116,1 117,6
Grossgain 1 goal., kg
after 42 daysofexperience 30,4 33,4 31,6 31,6 33,7
after 20 daysofexperience 15,9 17,4 18,6 18,9 19,6
for the period of experience 46,2 50,8 50,2 50,5 53,3
Averagedailygain, g
after 42 daysofexperience 721,4 795,2 752,2 752,4 808,4
after 20 daysofexperience 795,0 870,0 930,0 945,0 980,0
for the period of experience 745,2 819,4 810,0 814,5 859,7
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Разработана и адаптирована к работе на биогазе, полученном при переработке отходов животноводческих комплексов, комплексная технология производства стар-терных и престартерных комбикормов, основанная на плющении с более длительным пропариванием корма (12-14 минут) при повышенной температуре (до 95 °C), позволяющим повысить усвояемость корма до 85-88 % и повысить доступность крахмала в результате разрыва крахмальных зерен и их желатинизации, улучшить вкусовые качества, поедаемость корма и его переваримость. Данная технология способствует росту привесов, сокра-
щению сроков откорма и снижению конверсии корма. Ее положительное влияние проявляется в повышении переваримости крахмала, изменении белкового комплекса зерна, инактивации ингибиторов пищеварительного тракта, пастеризации (уровень грибной флоры снижается на 99,5 %, бактериальной - на 99,9 %), образовании ароматических веществ, улучшающих вкусовые качества зерна. Комплексная технология производства стартерных и престартерных комбикормов на базе зерна позволит обеспечить автономное энергоресурсов для производства комбикормов за счет биотопливных ресурсов и решить экологическую проблему хранения и переработки отходов животноводческих комплексов.
Библиографический список
1. Meyer A. K. P. [et al.] Bioenergy production from roadside grass: A case study of the feasibility of using roadside grass for biogas production in Denmark // Resources, Conservation and Recycling. 2014. No. 93. Pp. 124-133.
2. Вандышева М. С., Мартьянычев А. В., Оболенский Н. В. Способ получения биогаза и удобрения // Карельский научный журнал. 2015. № 1. С. 157-159.
3. Василенко В. Н., Фролова Л. Н., Терехина А. В., Драган И. В., Михайлова Н. А., Матеев Е. З. Переработка сафлоро-вого жмыха с целью получения корма для КРС // Кормопроизводство. 2018. № 3. С. 41-48.
4. Зарипов Ш. С. Биогаз как альтернативный источник энергии для республики Таджикистан // Введение в энергетику: сборник материалов II Всероссийской (с международным участием) молодежной научно-практической конференции. 2016. С. 61.
5. Зебзеев Г. З. Биогаз как возобновляемый энергоресурс агропромышленных технологий // Наука. Технологии. Инновации: сборник научных трудов: в 10 ч. 2017. С. 203-206.
6. Монах С. И., Панченко Л. Ю., Цхведиани А. И. Способы очистки и обогащения газа, полученного в биогазовой установке // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2017. № 5 (127). С. 115-122.
7. Сыроватка В. И. Инновационные технологии производства комбикормов // Вестник ВНИИМЖ. 2014. № 2 (14). С. 35-49.
8. Селезнева Т. В. Повышение продуктивных и воспроизводительных качеств крупного рогатого скота при использовании престартерных и стартерных комбикормов: дис. ... канд. с.-х. наук. Ижевск: Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, 2016. 140 с.
9. Селезнева Н. В., Ижболдина С. Н. Использование престартерных и стартерных комбикормов при выращивании молодняка крупного рогатого скота // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. 2016. № 9. С. 17-24.
10. Остриков А. Н., Афанасьев В. А., Мануйлов В. В. Разработка технологии зерновых хлопьев для комбикормов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2017. Т. 79. № 1 (71). С. 15-21.
Об авторах:
Валерий Андреевич Афанасьев1, доктор технических наук, профессор Александр Николаевич Остриков1, доктор технических наук, профессор Александр Анатольевич Шевцов1, доктор технических наук, профессор
Анастасия Викторовна Терёхина1, кандидат технических наук, доцент, gorbatova.nastia@yandex.ru Алексей Ильич Александров1, соискатель
1 Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия
Innovative technology of production
of floked grains for starter and prestarter food with
the use of purified biogas
V. A. Afanasiev1, A. N. Ostrikov1, A. A. Shevtsov1, A. V. Terekhina1 , A. I. Aleksandrov1 Voronezh State University of Engineering Technologies, Voronezh, Russia E-mail: gorbatova.nastia@yandex.ru
Abstract. The degree of gelatinization of barley starch was investigated depending on the size of the gap between the rollers. To this end, barley samples treated with steam at atmospheric pressure for 10 minutes. passed through a flatting machine, changing the size of the gap between the rollers. Studies have been conducted to identify the effect of the degree of gelatinization of starch on its digestibility. The results of the experiments show that with a decrease in the size of the gap between the rollers, the degree of gelatinization increases. It has been established that for steamed barley under the same conditions, it is possible to obtain different degrees of gelatinization of starch depending on the size of the gap between the rollers of the flattening machine, that is, on the thickness of the flakes. It is revealed that it is advisable to moisten the grain with water at a temperature of 40-60 °C for 1-2 minutes to a moisture content of 15-19 %. Duration of peeling should be for wheat, flaked barley and oats, whole grains of barley and oats - 2-4 hours; corn and peas - 4-6 hours. It was established that during the processing of grain with steam for 5 minutes, the degree of protein denaturation is 28 %, 10 minutes - 47.2 %, 60 minutes - 87.7 %. The obtained data were used to develop the technology of flocked grains for starter and prestarter feed for young farm animals. An integrated technology for the production of starter and pre-starter feed based on pre-prepared grain with a capacity of 2 t/h, based on flocking of grain, i.e. flattening with a longer steaming of the feed (12-14 minutes) at elevated temperature (up to 95 °C), allowing to increase the digestibility of the feed to 85-88 %. This technology will improve the availability of starch as a result of breaking starch grains and their gelatinization, improve taste, palatability and digestibility of the feed.
Keywords: technology, biogas, purification, animal feed, flocking, flattening, steaming, drying, efficiency.
For citation: Afanasiev V. A., Ostrikov A. N., Shevtsov A. A., Terekhina A. V., Aleksandrov A. I. Innovatsionnaya tekhnologiya proizvodstva flokirovannykh zeren dlya starternykh i prestarternykh kombikormov s ispol'zovaniyem ochishchennogo biogaza [Innovative technology of production of floked grains for starter and prestarter food with the use of purified biogas] // Agrarian Bulletin of the Urals. 2019. No. 8 (187). Pp. 16-27. DOI: 10.32417/article_5d908b85a90539.28406450. (In Russian.)
References
1. Meyer A. K. P. [et al.] Bioenergy production from roadside grass: A case study of the feasibility of using roadside grass for biogas production in Denmark // Resources, Conservation and Recycling. 2014. No. 93. Pp. 124-133.
2. Vandysheva M. S., Martyaniychev A. V., Obolensky N. V. Sposob polucheniya biogaza i udobreniya [Method for biogas and fertilizer production] // Karel'skiy nauchnyy zhurnal. 2015. No. 1. Pp. 157-159. (In Russian.)
3. Vasilenko V. N., Frolova L. N., Terekhina A. V., Dragan I. V, Mikhailova N. A., Mateev E. Z. Pererabotka saflorovogo zh-mykha s tsel'yu polucheniya korma dlya KRS [Processing safflower cake in order to obtain feed for cattle] // Fodder production. 2018. No. 3. Pp. 41-48. (In Russian.)
4. Zaripov S. S. Biogaz kak al'ternativnyy istochnik energii dlya respubliki Tadzhikistan [Biogas as an alternative source of energy for the Republic of Tajikistan] / Vvedeniye v energetiku: sbornik materialov II Vserossiyskoy (s mezhdunarodnym uchastiyem) molodezhnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. 2016. P. 61. (In Russian.)
5. Zebzeev G. Z. Biogaz kak vozobnovlyayemyy energoresurs agropromyshlennykh tekhnologiy [Biogas as a renewable energy source of agro-industrial technologies] / Nauka. Tekhnologii. Innovatsii: sbornik nauchnykh trudov: v 10 ch. 2017. Pp. g 203-206. (In Russian.) o
6. Monakh S. I., Panchenko L. Yu., Tskhvediani A. I. Sposoby ochistki i obogashcheniya gaza, poluchennogo v biogazovoy £ ustanovke [Ways of cleaning and enrichment of gas produced in a biogas plant] // Proceeding of the Donbas National Academy h of Civil Engineering and Architecture. 2017. No. 5 (127). Pp. 115-122. (In Russian.) O
7. Syrovatka V. I. Innovatsionnyye tekhnologii proizvodstva kombikormov [Innovative technologies for the production of o animal feed] // Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatel''skogo instituta mekhanizatsii zhivotnovodstva. 2014. No. 2 (14). crq Pp. 35-49. (In Russian.) s
8. Selezneva T. V. Povysheniye produktivnykh i vosproizvoditel'nykh kachestv krupnogo rogatogo skota pri ispol'zovanii pre-starternykh i starternykh kombikormov: dissertatsiya ... kandidata sel'skokhozyaystvennykh nauk [Increasing the productive and reproductive qualities of cattle when using prestarter and starter compound feeds: a dissertation ... candidate of agricultural sciences]. Izhevsk: Izhevsk State Agricultural Academy, 2016. 140 p. (In Russian.)
9. Selezneva N. V., Izhboldina S. N. Ispol'zovaniye prestarternykh i starternykh kombikormov pri vyrashchivanii molodnyaka krupnogo rogatogo skota [The use of prestarter and starter feeds for raising young cattle] // Feeding of agricultural animals and feed production. 2016. No. 9. Pp. 17-24. (In Russian.)
10. Ostrikov A. N., Afanasyev V. A., Manuilov V. V. Razrabotka tekhnologii zernovykh khlop'yev dlya kombikormov [Development of cereal flakes technology for animal feed] // Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2017. T. 79. No. 1 (71). Pp. 15-21. (In Russian.).
Authors' information:
Valeriy A. Afanasiev1, doctor of technical sciences, professor Aleksandr N. Ostrikov1, doctor of technical sciences, professor Aleksandr A. Shevtsov1, doctor of technical sciences, professor
Anastasiya V. Terekhina1, candidate of technical sciences, associate professor, gorbatova.nastia@yandex.ru Aleksey I. Aleksandrov1, applicant
1 Voronezh State University of Engineering Technologies, Voronezh, Russia
