CC BY
6
УДК 631.363.7 DOI 10.51794/27132064-2021-4-54
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НАНОЧАСТИЦ В КОМБИКОРМЕ ПО СОПУТСТВУЮЩЕМУ СВЕРХТОНКОИЗМЕЛЬЧЕННОМУ
КОМПОНЕНТУ
В.А. Шахов, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ E-mail: shahov-v@yandex.ru
В.П. Попов, кандидат технических наук, доцент А.Г. Белов, кандидат технических наук ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ E-mail: zritelmira86@yandex.ru
Аннотация. Зоотехнические требования к комбикормам сводятся к тому, чтобы корм максимально полно удовлетворял потребности животного во всех веществах, предусмотренных рационом кормления. Такого рациона кормления можно достичь только при внесении требуемых компонентов в заранее выверенном соотношении и с условием равномерного распределения их во всем объеме смеси. Однородность смеси обеспечивает одинаковую питательную ценность корма во всех частях его объема. Использование гетерогенных смесей для кормления животных значительно снижает их продуктивный эффект. Особенно важно распределить в массе кормовой смеси компоненты, которые вводятся в небольших количествах и обладают высокой кормовой ценностью или биологической активностью: БМВД, премиксы, витамины, микроэлементы, лекарственные препараты, наноматериалы. В ходе исследований проводили процесс приготовления нанокормосмеси из измельченного кормового сырья в составе: ячмень 60%, пшеница 30%, кукуруза 8%, мел кормовой 1,2%, поваренная соль 0,777%, наночастицы железа 0,02%, наноча-стицы цинка 0,003%, после чего сравнивали степени однородности распределения наночастиц и соли в полученной смеси. После обработки результатов экспериментальных данных пришли к выводу, что при приготовлении нанокормосмесей на малых и средних сельхозпредприятиях с помощью двухроторного вибрационного смесителя допустим метод определения содержания наночастиц в конечном продукте по сопутствующему сверхтонкоизмельченному компоненту в виде поваренной соли.
Ключевые слова: комбикорм, наночастицы, атомно-абсорбционная спектрометрия, двухроторный вибрационный смеситель.
Введение. Начало XXI века ознаменовалось активным развитием инновационных нанотехнологий в области пищевой промышленности, косметологии, медицины, автомобилестроения, радиоэлектроники, сельского хозяйства [1, 2, 3]. Не секрет, что широкому распространению и общественному признанию достижений нанотехнологий препятствуют опасения, что наночастицы и нано-материалы могут оказать потенциально неблагоприятное воздействие на здоровье человека. В настоящее время в НИИ питания РАМН проходят исследования, направленные на оценку безопасности наноматериалов с точки зрения их дальнейшего использования в пищевой промышленности [4, 5].
В сельском хозяйстве нанотехнологии нашли применение при производстве пестицидов и удобрений, но особый научный интерес представляют нанокомбикорма. Такие комбикорма показывают высокую сбалансированность по дефицитным микроэлементам, что позволяет в конечном итоге решить задачу повышения продуктивности и улучшения качества животноводческой продукции с максимальным эффектом и минимальными затратами.
Внесение наночастиц дефицитных микроэлементов в корм или воду для скота может принести пользу как качеству получаемого продукта, так и производственному циклу. Наноматериалы обладают повышен-
ной биоактивностью благодаря большой площади поверхности. Они способны проникать через клеточные мембраны и служить отличным биологически активным веществом. Однородность распределения наноча-стиц в комбикорме играет большую роль, поскольку разовая дача корма животным, в частности, птице, очень мала [6].
В комбикормовом производстве качественное смешивание является одним из наиболее значимых и трудно реализуемых производственных этапов. Зоотехнические требования к комбикормам сводятся к тому, чтобы корм максимально полно удовлетворял потребностям животного во всех веществах, предусмотренных рационом кормления. Такого рациона можно достичь только при внесении требуемых компонентов в заранее выверенном соотношении и с условием равномерного распределения их во всем объеме смеси. Однородность смеси обеспечивает одинаковую питательную ценность корма во всех частях его объема. Использование гетерогенных смесей для кормления животных значительно снижает их продуктивный эффект [7-9]. Особенно важно распределить в массе кормовой смеси компоненты, которые вводятся в небольших количествах и обладают высокой кормовой ценностью или биологической активностью: витамины, БМВД, премиксы, микроэлементы, лекарственные препараты, наноматериалы.
Для контроля количественного содержания наночастиц в комбикормах в основном используют следующие методы: индуктивно -связанная плазменная масс-спектрометрия (ИСП-МС); атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС); атомно-силовая микроскопия (АСМ); атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС). Все указанные методы достаточно сложны в своей реализации и требуют дорогостоящих реактивов и оборудования, недоступных для мелкого и среднего сельхозпроизводителя, поэтому разработка новых методов определения количественного содержания наночастиц в комбикормах является актуальной задачей на сегодняшний день.
Цель исследования - разработка метода определения содержания наночастиц в ком-
бикормах по сопутствующему сверхтонко-измельченному компоненту и оценка возможности его применения на малых и средних сельхозпредприятиях.
Материалы и методы исследования. В качестве материалов для исследования использовали измельченную пшеницу, кукурузу, ячмень, кормовой мел и поваренную соль. Измельчение зернового сырья производили на молотковой дробилке с диаметром отверстий сит 3 мм. Измельчение соли и кормового мела производили на лабораторной установке для сверхтонкого измельчения до размера частиц 10-5 м. Смешивание осуществляли в спроектированном и изготовленном (патент РФ 2685674) двухроторном вибрационном смесителе, конструкция которого позволяет эффективно смешивать комбикормовое сырье с наночастицами дефицитных микроэлементов, таких, как железо и цинк, которые имеют размер частиц около 100 нм [10] (рис. 1).
Места отбора проб определяли в соответствии с ГОСТ Р 57103-2016 «Продукция пищевая специализированная. Методы отбора проб, выявления и определения содержания наночастиц и наноматериалов в составе сельскохозяйственной и пищевой продукции» [11], а их подготовку для дальнейшего исследования проводили по ГОСТ ISO 64982014 «Корма, комбикорма. Подготовка проб для испытаний» [12].
Содержание наночастиц в отобранных пробах определяли методом атомно-абсорб-ционной спектрометрии, после чего вычисляли степень однородности распределения частиц по формуле:
Сп
_ Л _ Si=i_|£cp-Si|\
= ( Вор )
100% ,
(1)
где N - количество отобранных проб (принимали N=10); В^ - содержание наноча-стиц цинка в 1-й пробе; Вср - среднее содержание наночастиц цинка в каждой пробе:
Vй я-
Вср = ^ . (2)
Определение количества соли в каждой пробе проводили аргентометрическим методом, после чего вычисляли степень однородности распределения соли по формуле:
Сл
If=1 |DCp-D
ср
100% ,
(3)
где N - количество отобранных проб (принимали N=10); Д - содержание соли в I-й пробе; Др - среднее содержание соли в каждой пробе: У^ й-
л = .
ср N
(4)
Рис. 1. Двухроторный вибрационный смеситель:
1 - корпус; 2 - крышка корпуса; 3 - вал перемешивающего органа, выполненного в виде пропеллера; 4 - перемешивающий орган в виде пропеллера; 5 - вал перемешивающего органа якорной формы; 6 -перемешивающий орган якорной формы; 7 - вибратор в виде направляющей поворотной гребенки
Результаты исследования. Проводили процесс приготовления нанокормосмеси из измельченного кормового сырья в составе: ячмень 60%, пшеница 30%, кукуруза 8%, мел кормовой 1,2%, поваренная соль 0,777%, наночастицы железа 0,02% наночастицы цинка 0,003% после чего сравнивали степени однородности распределения наночастиц и соли в
полученной смеси. Результаты исследования представлены на рисунке 2.
100
s
о 90
х ч о а
ё80
ч о
Л
х
¿70 с
ш
н
и
60
60 75 90 105120135150165180195210225240 Продолжительность смешивания, с
Рис. 2. Зависимость степени однородности распределения соли, наночастиц железа и цинка от времени проведения процесса смешивания
Анализ полученных данных показывает, что при смешивании комбикормового сырья в двухроторном вибрационном смесителе распределение сверхтонкоизмельченной соли происходит быстрее (на 150-й секунде степень однородности составляет 96,5%), чем распределение наночастиц железа и цинка (на 150-й секунде степень однородности составляет 92% и 93% соответственно). Однако на 195-й секунде проведения процесса смешивания степени однородности распределения наночастиц железа, цинка и соли отличаются не более чем на 1% и составляют 95%, 95% и 96% соответственно. Аналогичная разница в однородности этих компонентов наблюдается и при дальнейшем протекании процесса.
Приведенный анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что при смешивании комбикормового сырья с наноча-стицами в двухроторном вибрационном смесителе процесс целесообразно прерывать на 195-й секунде; при этом степень однородности распределения наночастиц допустимо контролировать по степени распределения сверхтонкоизмельченной соли.
Вывод. При приготовлении нанокормо-смесей на малых и средних сельхозпредприятиях с помощью двухроторного вибрационного смесителя допустим метод определения
содержания наночастиц в конечном продукте по сопутствующему сверхтонкоизмельчен-ному компоненту в виде поваренной соли.
Литература:
1. Инновационная разработка технологии и оборудования для производства экструдированных кормов с ультрадисперсными частицами / А.Г. Белов и др. // Известия Оренбургского ГАУ. 2019. № 5. С. 155-158.
2. Мальцева П.П. Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника. М., 2006. 150 с.
3. Белов А.Г. Состояние вопроса производства комбикормов с наночастицами и пути повышения эффективности устройств для его осуществления // Известия Оренбургского ГАУ. 2019. № 6. С.150-153.
4. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. М., 2005.
5. Effectiveness analysis of ways organizing production of combined feeds / M. Chkalova etc. // Engineering for Rural Development. Jelgava, 2019. Р. 462-468.
6. Tsai Y. Effects of nanosize zinc oxide on zinc retention, eggshell quality, immune response and serum parameters of aged laying hens // Animal Feed Science and Technology. 2016. Vol. 213. Р. 99-107.
7. Trupa A. Forage quality and feed intake effect on methane emissions from dairy farming // Engineering for Rural Development. Jelgava, 2015. Р. 601-605.
8. Нормы и рационы кормления с.-х. животных / А.П. Калашников и др. М., 2003. 152 с.
9. Popov V.P. Upgrading and cost efficiency of processing of grain raw materials at use of cryogenic technologies // Theoretical&Applied Science. 2019. V. 71 P. 364.
10. Пат. 2685674 РФ. Роторно-вибрационный смеситель / А.Г. Белов и др. Заяв. 25.04.18; Опубл. 22.04.19
11. ГОСТ Р 57103-2016. Продукция пищевая специализированная. М., 2017. 40 с.
12. ГОСТ ISO 6498-2014. Корма, комбикорма. Подготовка проб для испытаний. М., 2016. 35 с.
Literatura:
1. Innovacionnaya razrabotka tekhnologii i oborudova-niya dlya proizvodstva ekstrudirovannyh kormov s ul'tra-dispersnymi chasticami / A.G. Belov i dr. // Izvestiya Orenburgskogo GAU. 2019. № 5. S. 155-158.
2. Mal'ceva P.P. Nanotekhnologii. Nanomaterialy. Nano-sistemnaya tekhnika. M., 2006. 150 s.
3. Belov A.G. Sostoyanie voprosa proizvodstva kombi-kormov s nanochasticami i puti povysheniya effektivno-sti ustrojstv dlya ego osushchestvleniya // Izvestiya Orenburgskogo GAU. 2019. № 6. S.150-153.
4. Rybalkina M. Nanotekhnologii dlya vsekh. M., 2005.
5. Effectiveness analysis of ways organizing production of combined feeds / M. Chkalova etc. // Engineering for Rural Development. Jelgava, 2019. R. 462-468.
6. Tsai Y. Effects of nanosize zinc oxide on zinc retention, eggshell quality, immune response and serum parameters of aged laying hens // Animal Feed Science and Technology. 2016. Vol. 213. R. 99-107.
7. Trupa A. Forage quality and feed intake effect on methane emissions from dairy farming // Engineering for Rural Development. Jelgava, 2015. R. 601-605.
8. Normy i raciony kormleniya s.-h. zhivotnyh / A.P. Ka-lashnikov i dr. M., 2003. 152 s.
9. Popov V.P. Upgrading and cost efficiency of processing of grain raw materials at use of cryogenic technologies // Theoretical&Applied Science. 2019. V. 71 P. 364.
10. Pat. 2685674 RF. Rotorno-vibracionnyj smesitel' / A.G. Belov i dr. Zayav. 25.04.18; Opubl. 22.04.19
11. GOST R 57103-2016. Produkciya pishchevaya speci-alizirovannaya. M., 2017. 40 s.
12. GOST ISO 6498-2014. Korma, kombikorma. Podgo-tovka prob dlya ispytanij. M., 2016. 35 s.
INVESTIGATION OF THE NANOPARTICLES CONTENT IN COMPOUND FEED DETERMINATION ACCORDING
TO THE ACCOMPANYING SUPERFINE COMPONENT'S METHOD V.A. Shahov, doctor of technical sciences, professor FGBOU VO Orenburg GAU
V.P. Popov, candidate of technical sciences, docent A.G. Belov, candidate of technical sciences FGBOU VO Orenburg GU
Abstract. Zootechnical requirements for compound feeds are reduced to ensuring that the feed meets the animal needs as fully as possible in all substances provided for in the feeding ration. Such a feeding ration can be achieved only when the required components in a pre-adjusted ratio and at their condition uniform distribution throughout this mixture entire volume are introduced. The mixture uniformity ensures the same nutritional value of the feed in all parts of its volume. The heterogeneous mixtures for feeding animals using significantly reduces their productive effect. It is especially important components in the mass of the feed mixture that are introduced in small quantities and have high feed value or biological activity: BMVD, premixes, vitamins, trace elements, medicines, nanomaterials to distribute. In this research course, the nanocorm mixture preparing process from crushed feed raw materials consisting of: barley 60%, wheat 30%, corn 8%, feed chalk 1,2%, sodium chloride 0,777%, iron's nanoparticles 0,02%, zinc nanoparticles 0,003%, after that the uniformity degrees the nanoparticles and salt distribution in the resulting mixture were compared. After the experimental data results processing, it was concluded that at nanocorm mixtures preparing on small and medium-sized agricultural enterprises by a two-rotor vibrating mixer using, a method for the of nanoparticles content in the final product determining with accompanying superfine component in the sodium chloride form is acceptable.
Keywords: compound feed, nanoparticles, atomic-and-absorption spectrometry, two-rotor vibrating mixer.
