CC BY
96
Холодилина Т.Н., Антимонов С.В., Ханин В.П.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТИ ГРЕЧНЕВОЙ ЛУЗГИ
При переработке зерна гречихи в крупу до 22% от общей массы исходного сырья составляет лузга. В настоящее время известные способы ее утилизации не находят применения. В статье рассмотрен способ обработки отхода, который позволяет снизить количество клетчатки и улучшить показатели, характеризующие питательную ценность отхода, что позволит использовать его в качестве компонента кормосмеси.
Современный уровень развития народного хозяйства страны, и особенно состояния сырьевой базы отраслей промышленности, требует принципиально нового подхода к проблеме использования ресурсов. Сущность этого подхода заключается в необходимости создания системы ресурсосбережения, глубокой и комплексной переработки сырья, в том числе и вторичного, широкого внедрения мало- и безотходных экологически чистых технологий, позволяющих минимизировать количество отходов или переводить их в экологически безопасную форму.
В перерабатывающей промышленности из многокомпонентного сельскохозяйственного сырья растительного происхождения, как правило, для получения основного продукта перерабатывается лишь 15-30% сырья, остальное переходит в отходы и побочные продукты. При этом практически все эти отходы и побочные продукты являются вторичными сырьевыми ресурсами (ВСР), так как содержат ценнейшие вещества - витамины, белки, клетчатку, микроэлементы и т.д. и могут быть в свою очередь использованы либо в натуральном виде в качестве сырья для других отраслей промышленности, либо после переработки - в качестве продукции пищевого, кормового и технического назначения. Образование больших объемов ВСР создает достаточную сырьевую базу для их промышленной переработки в Российской Федерации, что может значительно пополнить продовольственную базу и, несомненно, улучшить экологическую ситуацию так как переработка отходов способствует уменьшению антропогенной нагрузки на окружающую среду[1].
В крупоперерабатывающей промышленности при переработке зерна гречихи в крупу до 22% от общей массы исходного сырья составляет лузга. На предприятии скапливается большое количество данного отхода, на крупозаводе производительностью 150 т/сут образуется около 35 тонн лузги. Лишь незначительная часть от этого количества поступает в котельную, учитывая очень низкую насыпную массу,
вывоз ее за пределы предприятия достаточно трудоемок. Сжигание лузги на свалке нарушает требования экологической безопасности, поэтому первоочередной проблемой является утилизация лузги, засоряющей прилегающие к заводам территории.
В настоящее время известные способы утилизации не находят применения. Использование лузги в рационах кормления сельскохозяйственных животных затруднено, так как не найдены методы ее трансформации в формы, перевариваемые организмом животных[2].
Лузга гречихи имеет толщину 0,13-0,18 мм. Она окрашена в темно-коричневый цвет и состоит из грубых толстостенных клеток, частично заполненных коричневыми пигментами (фа-гопирином). Больше всего в лузге гречихи содержится клетчатки, при ее расщеплении микрофлорой образуются биологически активные вещества. По содержанию клетчатки лузга гречихи превосходит все продукты. Наличие в лузге клетчатки, белка, крахмала, витаминов и микроэлементов делает возможным использование ее в качестве источника биологически активных веществ. Состав лузги представлен в таблицах 1, 2 и 3.
Химический состав лузги может колебаться в больших пределах в зависимости от сорта гречихи, условий ее выращивания, а также совершенства технологического процесса.
Одним из разрабатываемых направлений утилизации лузги является ее использование в качестве компонента для производства кор-мосмесей. Использование лузги в натуральном виде для кормов невозможно, из-за содержания значительного количества минеральных веществ, травмирующих пищеварительный тракт животных. Большое количество клетчатки и золы можно снизить путем воздействия на лузгу одновременно экструзионной и химической обработкой реагентами, безвредными для животных, что приводит к изменению структуры и химического состава исходного материала[4].
Экструзионная технология позволяет достичь высокой гигиены получения продуктов, полностью уничтожить патогенную микрофлору и получить продукты с хрустящей текстурой, чего трудно достичь другими способами. Известно, что в экструдере происходят такие процессы, как гомогенизация, смешивание, термообработка, клейстеризация крахмала, частичное обезвоживание, стабилизация.
Известно, что в результате химической обработки происходит разрушение лигниновых соединений, идет частичное растворение минеральных веществ, возрастает растворимость полисахаридов. Это способствует лучшей «работе» целлюлозо-разлагающих бактерий, населяющих пищеварительный тракт животных[5].
Процесс подготовки лузги к баро-гидро-термической обработке проводился в следующей последовательности:
- лузгу очищали от посторонних примесей;
- на технических весах ВЛКТ-160г-М взвешивали 1 кг продукта;
- обработка образцов кислотными растворами различной концентрации;
- обработка образцов щелочными растворами различной концентрации;
- отволаживание в течение определенного промежутка времени (исходная влажность составляла '0 = 26%).
Процесс прессования лузги проводился на пресс-экструдере ПЭШ-1/30 с установленной в нем фильерой ё =10 мм и длиной 1 =60 мм и частотой вращения шнека п =160 об/мин.
В ходе экспериментальных исследований контролировались такие величины, как: температура головки пресса, температура последней секции экструдера и продукта на выходе из пресс-экструдера. Регистрировались изменения мощности, проводились отборы проб полученного продукта для определения производительности пресс-экструдера. Полученные результаты процесса экструдирования приведены в таблицах 4 и 5.
Исследования показали, что температура продукта на выходе из экструдера варьируется в диапазоне от 80 до 900 С, а температура разогрева головки - от 70 до 1200 С, в зависимости от способа подготовки гречишной лузги.
Было установлено, что дальнейшее повышение температуры разогрева головки свыше 1200 С приводит к завариванию пресса-экструдера и прекращению его работы. Исследования показывают, что предварительная обработка
Таблица 1. Химический состав лузги, % на а.с.в. [3]
Влажность Зола Вещества растворимые в спиртобензольной смеси * ъ 2 X а а Лигнин И о бе 52 1 £ о
Лузга гречихи 8,93 1,49 1,45 25,17 25,00 1,92 30,87 4,09
* ЛГП - легкогидролизуемые полисахариды.
** ТГП - трудногидролизуемые полисахариды (в основном целлюлоза и часть гемицеллюлоз).
Таблица 2. Моносахаридный состав легкогидролизуемых полисахаридов, %
Ксилоза Арабиноза Глюкоза Галактоза Уроновые кислоты
Лузга гречихи 63,03 4,24 16,36 4,85 11,50
Таблица 3. Химический состав золы гречневой лузги
Содержание компонентов, мас.%
SiO2 АІ2О3 Fe2Oз ТІО2 CaO MgO SOз Na2O К2О MnO п.п.п
16,12 1,22 1,3 Сл. 50,04 3,1 3,62 3,91 19,71 0,5 0,48
Таблица 4. Параметры процесса экструдирования
№ І * о О Ь Є є £а * з? * I & Є о * о (Ц +1 ° Температура
^ І ° I Н
1 2 1 300 5,2 26 62,37 10 70 80 80
2 5 1 300 5,2 26 81,91 10 90 80 90
3 10 1 300 5,2 26 34,36 10 90 80 90
4 2 1 300 5,2 26 79,84 10 120 95 80
5 5 1 300 5,2 26 30,10 10 120 95 80
6 10 1 300 5,2 26 35,10 10 120 95 80
Таблица 5. Результаты процесса экструдирования
№ Ы, кВТ кг/ч Ш, кВт' ч/кг Характеристика продукта Параметры экструдирования (для лузги гречихи)
1 6,32 22,46 0,28 экструдат тонкий, поверхность грубая, не крошащаяся, не пористая Фильера: ё=10мм Ь=60мм Частота вращения шнека: п=160об/мин
2 5,35 29,49 0,18 поверхность грубая, не пористая не крошащаяся При разогреве головки экструдера выше 120°С происходит заваривание пресса
3 5,11 12,38 0,41 поверхность шершавая, не пористая, не крошащаяся При влажности продукта менее W=20% экструдат не образуется
4 6,32 28,73 0,22 поверхность грубая, не пористая, состоит из мелких частиц (экструдат не образован)
5 4,86 10,84 0,45 продукт в виде тонкодисперсного порошка
6 5,84 5,60 1,04
гидроксидом натрия значительно увеличивает производительность пресса-экструдера.
Анализируя влияние концентрации химических веществ в растворе на изменения производительности (рисунок 1) и энергоемкости (рисунок 2) процесса экструдирования, можно сделать вывод, что наиболее оптимальным является обработка исходного сырья 5%-раствором №ОН.
В дальнейшем были проведены исследования изменения химического состава отходов после проведения предложенной обработки и установлены оптимальные дозировки при смешивании гречишной лузги с отрубями.
Для этого подготовленную лузгу добавляли в разных количествах к уже увлажненным отрубям:
- образец №1 - 20% лузги, обработанной 5%-ым раствором №ОН, и 80% отрубей;
- образец №2 - 30% лузги, обработанной 5%-ым раствором №ОН, и 70% отрубей;
- образец №3 - 40% лузги, обработанной 5%-ым раствором №ОН и 60% отрубей;
- образец №4 (контроль) - 20% лузги и 80% отрубей, обработанных водой.
Данные, полученные в результате анализа, представлены в таблице 6.
Q> кг/ч
0 2,5 5 7,5 10 С %
-#-ЫаОН —Н2804
Рисунок 1. Изменение производительности пресс-экструдера при прессовании гречишной лузги, обработанной щелочью и кислотой различной концентрации
W, кВт ч/кг
-Ф-ЫаОН -и-Н2804
Рисунок 2. Изменение энергоемкости процесса прессования гречишной лузги, обработанной щелочью и кислотой различной концентрации
%, на а.с.в.
30
25
20
15
10
5
0
лузга образец 1 образец 2 образец 3 образец 4
Диаграмма 1. Изменение клетчатки
%, на 12
10
8
6
4
2
0
лузга образец 1 образец 2 образец 3 образец 4
Диаграмма 2. Изменение зольности
%, на а.с.в.
16
14 12 10 8 6 4 2 0
Таблица 6. Химический состав экструдированной смеси
Сырье Массовая доля влаги, % Сырая зола, % Сырой жир, % Сырая клетчатка, % Сырой протеин, % БЭВ, % ОКЕ,к.е.
Образец №1 10,45 4,16 1,99 8,81 15,01 59,09 0,838
Образец №2 10,22 5,50 1,54 13,85 13,52 55,37 0,706
Образец №3 11,74 5,73 1,08 14,91 12,67 53,87 0,555
Образец №4 11,26 4,73 1,58 10,52 14,42 57,49 0,836
лузга образец 1 образец 2 образец 3 образец 4
Диаграмма 3. Изменение протеина
_______573_
І І I ■
____________13.85_____1491_____________
10,44 10,52
І І І I
В ходе анализа полученных данных мы видим, что комплексное воздействие на сырье приводит к значительному снижению клетчатки (диаграмма 1), зольности (диаграмма 2) и улучшению показателей, характеризующих кормовую ценность (диаграмма 3). Наилучшие результаты показывает первый образец с содержанием лузги 20%.
С увеличением количества вводимой лузги снижается объемная масса экструдата, увеличивается его крошимость, удельный расход энергии при этом снижается. Совместное воздействие щелочи, температурных и механических факторов вызывает количественные и ка-
чественные изменения в структуре углеводов и различные биохимические превращения. При этом сложная углеводная часть превращается в доступную форму, разрушаются водородные связи, кристаллическая часть целлюлозы превращается в аморфную, повышается общее содержание сахаров.
Предложенный способ обработки гречневой лузги позволит обеспечить утилизацию отходов крупоперерабатывающих предприятий, экономить до 20% зернового сырья. Для окончательного заключения в настоящее время проводятся исследования на предмет усвояемости и норм скармливания животным.
Список использованной литературы:
1. Комаров В.И., Лебедев Е.И., Мануйлова Т.А. Проблема использования вторичных ресурсов отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности и их влияние на окружающую среду // Пищевая промышленность, №2, 1998. С. 6-10.
2. Каминский В.Д., Карунский А.Й., Бабич М.Б. Гречневая лузга как кормовая добавка // Хранение и переработка зерна. №5, 2000.
3. Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф. Новые продукты питания. - М.: МАИК «Наука», 1998. - 304 с.
4. Чечула А.Л. Совершенствование технологии производства кормовых смесей на основе комплексного использования побочных продуктов рисозаводов. - Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1986.
5. Дудкин М.С. Химические методы повышения качества кормов и комбикормов. М.: Агропромиздат, 1986. - 350 с.
