CC BY
3
УДК 631.363
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКОГО ЗАМЕНИТЕЛЯ ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА В СМЕСИТЕЛЕ
B. Ф. Вторый, д-р. техн. наук;
C.В. Вторый, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Заменитель цельного молока (ЗЦМ) имеет однородный состав, обеспечивает сбалансированное поступление питательных, минеральных веществ и витаминов в организм животного, необходимых для развития скелета и мышечной ткани теленка. Его применение удешевляет процесс выращивания молодняка, исключает передачу заболеваний от матери, а также позволяет добавлять биологически активные вещества в их рацион. Целью исследования являлось определение параметров и режимов работы смешивающего устройства системы приготовления жидкого заменителя цельного молока. Исследования проведены на базе лаборатории ИАЭП - филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Основной задачей было приготовить высококачественную смесь с температурой 40,0±2 °С и соотношением компонентов сухого ЗЦМ и воды 1:9. Время приготовления смеси жидкого ЗЦМ включало период дозирования порошка ЗЦМ в воду (40 секунд), и период смешивания компонентов (50, 150 и 250 секунд). Экспериментальные исследования смешивающего устройства позволили уточнить его параметры и режимы работы: частота вращения вала мешалки в процессе приготовления составила 24 об/с, время смешивания - 150 секунд при средних затратах мощности на процесс 287 Вт, температура полученной готовой смеси - 41,2±0,2 °С. Применение разрабатываемой установки для приготовления смеси ЗЦМ молодняку КРС, в комплекте из смесителя и бункера дозатора, позволит получать качественную смесь жидкого ЗЦМ необходимой питательной ценности и температуры.
Ключевые слова: теленок, заменитель цельного молока, дозатор, смеситель, смешивание
Для цитирования: Вторый В.Ф., Вторый С.В. Определение параметров процесса приготовления жидкого заменителя цельного молока в смесителе // АгроЭкоИнженерия. 2022. № 4(113). С.121-128
DETERMINATION OF PROCESS PARAMETERS FOR PREPARATION OF LIQUID WHOLE
MILK REPLACER IN A MIXER
V.F. Vtoryi, DSc (Engineering), S.V. Vtoryi, Cand. Sc. (Engineering)
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The whole milk replacer has a homogeneous composition and provides a balanced supply of animals with nutrients, minerals and vitamins for the development of the calf skeleton and muscle tissue. When used in young animals growing, it reduces the costs, eliminates the disease transmission from the mother, and also allows to add bioactive ingredients in the diet. The study aim was to determine the parameters and operating modes of the mixing device within the system for liquid whole milk replacer preparation. The study was performed in the laboratory of IEEP-branch of FSAC VIM. The main task was to prepare a high-quality mixture with a temperature of 40.0 ± 2 °C and with a ratio of components of dry milk replacer and water of 1:9. The preparation
time of the liquid milk replacer mixture included the period of dosing the milk replacer powder into water (40 seconds), and the period of mixing the components (50, 150 and 250 seconds). Experimental studies of the mixing device made it possible to clarify its parameters and operating modes: the rotational speed of the agitator shaft during the preparation process was 24 rpm, the mixing time was 150 seconds at an average power consumption of 287 W for the process, the temperature of prepared mixture was 41.2 ± 0, 2 °C. The developed unit for preparation of liquid milk replacer for young cattle with mixing and dosing devices will allow to produce a high-quality liquid milk replacer of the required nutritional value and temperature.
Key words: calf, whole milk replacer, dispenser, mixer, mixing
For citation: Vtoryi V.F., Vtoryi S.V. Determination of process parameters for preparation of liquid whole milk replacer in a mixer. AgroEkoInzheneriya. 2022. No. 4(113): 121-128.(In Russian)
Введение
Все необходимые питательные вещества телята получают от матери с натуральным молоком, но при этом существует опасность передачи болезней матери. Так же молоко в процессе селекции животных стало более жирным, и может менять свои качественные показатели каждый день в зависимости от рациона кормления [1]. Эффективной альтернативой в данном случае является использование заменителей цельного молока (ЗЦМ). Заменитель цельного молока имеет однородный состав, обеспечивает сбалансированное поступление питательных, минеральных веществ и витаминов в организм животного, необходимых для развития скелета и мышечной ткани теленка [2]. Его применение удешевляет процесс выращивания молодняка, исключая передачу заболеваний от матери, а так же позволяет добавлять биологически активные вещества в их рацион [3, 4] .
Технология приготовления жидкого ЗЦМ сводится к последующим технологическим операциям: дозирование воды, дозирование сухого порошка ЗЦМ и их смешивание между собой до однородного состояния. Разведение сухого порошка производится чистой водой при температуре не выше 50 0С. Смешивание проводят до полного растворения ЗЦМ, температура готовой смеси выдаваемой животным не должна превышать 40 0С [5].
Целью исследования являлось определение параметров и режимов работы смешивающего устройства системы приготовления жидкого ЗЦМ. Основными моментами работы системы приготовления жидкого ЗЦМ [6], для получения высокопитательной смеси жидкого ЗЦМ, являются точность дозирования компонентов и их качественное перемешивание при соблюдении температурных режимов [7]. Неточное дозирование сухого ЗЦМ снижает кормовую и биологическую питательную ценность кормовых смесей, а повышенный расход сухого ЗЦМ приводит к удорожанию продукции и нарушению баланса питательных веществ. Использование воды, при приготовлении смеси, выше 55 0С приводит к распаду белка и разрушению витаминов [8]. Если температура готовой смеси будет ниже 37 0С, то часть энергии животного будет расходоваться на ее подогрев, что дополнительно может повлечь за собой нарушения в процессах пищеварения. Так же, производить выпойку готовой смеси необходимо сразу после приготовления, так как компоненты, растворяемые в процессе смешивания, достаточно быстро начинают выпадать в осадок, что резко снижает питательную ценность готовой смеси.
Материалы и методы
Исследования смешивающего устройства (смесителя) системы приготовления жидкого ЗЦМ проведены на лабораторной базе ИАЭП - филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Смеситель с
122
мешалкой, измерительные приборы и датчики, используемые для исследования процесса, приготовления жидкого ЗЦМ представлены на рисунке 1. Бак смеситель из нержавеющей стали, объемом 0,1 м , установленный на колесной раме с мешалкой и электродвигателем мощностью 0,25 кВт. Рабочий орган смесителя выполнен в виде турбинной открытой мешалки (рис. 1 поз. 3) с двумя симметричными лопастями.
Рис. 1. Измерительные приборы и датчики используемые для исследования:
1 - датчик импульсов ВК А4; 2 -счетчик импульсов ВЕХА-С; 3 - турбинная открытая мешалка; 4 - датчик температуры Т4203; 5-регистратор данных «Параграф» PL2
Для контроля частоты вращения мешалки использовали счетчик импульсов ВЕХА-С с датчиком импульсов ВК А4, температуру воды и смеси жидкого ЗЦМ фиксировал регистратор данных «Параграф» PL2 с датчиком температуры Т420. При измерении электрических параметров трехфазной сети переменного тока применяли мультиметр трехфазный Omix P99, им определялись сила тока (I, А), напряжение (U, В), cos ф электродвигателя. Эффективность работы смесителя исследовали при постоянной частоте вращения электродвигателя.
Для определения качества готовой смеси использовали тест на скорость расслоения заменителя, суть которого заключается в отстаивании проб готовой смеси, сразу после приготовления, с замером выпавшего осадка в мерных стаканах через определенный интервал времени [9].
Основной задачей было приготовить качественную смесь с температурой 40,0±2 °С. Продукт готовился из компонентов сухого ЗЦМ и воды в соответствии с рекомендациями производителя, из расчета 100 г сухого ЗЦМ на 900 мл воды:
- Сухой ЗЦМ, кг
- Объем воды, л
3,7
34,0±0,5
Время приготовления смеси жидкого ЗЦМ, состоит из периодов дозирования порошка ЗЦМ в воду, равное 40 секундам, и смешивания компонентов - составляющее 50, 150 и 250 секунд. Дозирующее устройство представлено на рисунке 2, его производительность составляет 0,091 кг/с [10].
Рис. 2. Дозирующее устройство над смесителем Обработка полученных результатов осуществлялась с использованием программы Excel 2010 с получением основных статистических показателей и построением графиков.
Результаты и обсуждение
В процессе приготовления смеси жидкого ЗЦМ использовалась холодная вода с температурой 15,0±1,0 °С (13,6 л), которая разбавлялась горячей водой с температурой 90,0±2,5 °С (20,4 л). В итоге получали подготовленную воду с температурой 43,0±0,5 °С. Отметим, что в качестве холодной воды использовали очищенную (механическая фильтрация) и нагретую до 70 °С, а после естественно охлажденную в баке нагревателе. Такой способ обработки воды позволяет снизить риск кишечных инфекций у телят.
Смешивание энергоемкий процесс, на рисунке 3 показаны графические зависимости, характеризующие энергозатраты и интенсивность вращения мешалки от этапов процесса приготовления жидкого ЗЦМ.
Этапы
Рис. 3. График зависимости частоты вращения мешалки и мощности на привод от этапов
приготовления смеси
Время смешивания имеет существенное влияние на качество смеси. Длительность процесса смешивания в 50 секунд не достаточна для качественной смеси, а увеличение длительности процесса смешивания компонентов с 150 до 250 секунд влияет на режим остывания смеси (рисунок 4). При увеличении длительности смешивания имеет место процесс ускоренного выпадения компонентов в осадок при остывании, идет процесс разделения на фракции по физико-механическому составу компонентов. Температура готовой смеси в открытой емкости смесителя, равнялась 41,2±0,2 °С, через 30 минут 39,2±0,3 °С.
в
и
а ?
2 "
>5 о
О -
о 5
Я О - =
я g
— г
С к
О)
Н
42,0 41,5 41,0 40,5 40,0 39,5 39,0 38,5
Смешивание
150 секунд
Смешивание /
250 секунд
10
15 20
Время, мин
25
30
Рис. 4. График зависимости остывания смеси жидкого ЗЦМ от времени
Результаты исследования скорости выпадения нерастворенной части порошка ЗЦМ в осадок показаны на рисунке 5. Готовую смесь помещали в мерную колбу емкостью 1 литр, и с интервалом 5 минут производили замер температуры смеси и размер выпавшего осадка.
Рис. 5. График зависимости выпадения осадка от времени остывания
Как видно из рисунка 5, осадок активно выпадает в первые 15 минут, а затем процесс останавливается на отметке 160 мл, что в процентном отношении 16%. Отметим, что одни только растительные компоненты в составе сухого ЗЦМ применяемого при исследовании, по данным производителя, составляют 13%, они не растворяются в воде и всегда выпадают в осадок. Наиболее эффективной будет выдача готовой смеси в течение 5-7 минут после приготовления, что в большинстве случаев невозможно, поэтому необходимо добавить режим дополнительного перемешивания готового продукта.
Выводы
Экспериментальные исследования смешивающего устройства (смесителя) входящего в комплект разрабатываемой системы приготовления жидкого ЗЦМ позволили уточнить его параметры и режимы работы: частота вращения вала мешалки в процессе приготовления составила 24 об/с, время смешивания 150 секунд при средних затратах мощности на процесс 287 Вт, температура готовой смеси 41,2±0,2 °С.
Применение разрабатываемой установки для приготовления смеси жидкого ЗЦМ, в комплекте из смесителя и бункера дозатора, позволит получать качественную смесь необходимой питательной ценности и температуры. Предложенная установка является базой для создания роботизированного устройства выпойки жидкого ЗЦМ молодняку крупного рогатого скота.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абрамкова Н.В., Мошкина С.В. Эффективность различных схем кормления телят в молочный период // Вестник аграрной науки. 2020. №4(85). С. 37-41. DOI: 10.17238/issn2587-666X.2020.437
2. Редкозубова Л. Влияние кормления на рост и здоровье телят в молочный период // Комбикорма. 2018. №6. С. 80-82.
3. Борисов Н. Заменители цельного молока для телят: использовать или нет? // Эффективное животноводство. 2021. №2. С. 79-85.
4. Медведский В. Выращиваем телят-молочников // Животноводство России. 2017. №7. С. 27-34.
5. Козина Е. А., Владимцева Т.М. Применение в кормлении телят молочного периода заменителя цельного молока «Оптилак-16» // Вестник КрасСГАУ. 2022. №8(185). С. 128-135. DOI: 10.36718/1819-4036-2022-8-128-135
6. Вторый С.В. Алгоритм процесса автоматического приготовления смеси жидкого ЗЦМ молодняку КРС // Агроэкоинженерия. 2021. №1(106). С. 118-127. DOI: 10.24411/27132641-2021-10284
7. Солонщиков П.Н., Савиных П.А. Исследование влияния конструктивных параметров смесительной установки на показатели качества смеси // Техника и технологии в животноводстве. 2022. №2(46). С. 98-103. DOI: 10.51794/27132064-2022-2-98
8. Кузнецов С. ЗЦМ для телят: его виды и инструкция по разведению [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.vitasol.ru/notes/ztsm-dlya-telyat (Дата обращения: 06.12.2022)
9. Турейко К.А. Показатели живой массы молодняка молочного периода при использовании заменителей цельного молока // Научный журнал молодых ученых. 2021. №2 (23). С. 45-49.
10. Вторый С.В. Совершенствование дискового дозатора для сухого заменителя цельного молока // Агроэкоинженерия. 2022. №2(111). С. 137-146. DOI: 10.24412/2713-2641202-2111-137-145
REFERENCES
1. Abramkova N.V., Moshkina S.V. Effektivnost' razlichnykh skhem kormleniya telyat v molochnyi period [Effectiveness of different feeding schemes of calves in dairy period]. Vestnik agrarnoi nauki. 2020. No. 4(85): 37-41 (In Russian) DOI: 10.17238/issn2587-666X.2020.4.37
2. Redkozubova L. Kormlenie telyat v molochnyi period [Calf feeding during the suckling period]. Zhivotnovodstvo Rossii. 2017. No.3: 61-62 (In Russian)
3. Borisov N. Zameniteli tsel'nogo moloka dlya telyat: ispol'zovat' ili net? [Whole milk substitutes for calves: to use or not?]. Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2021. No. 2: 79-85 (In Russian)
4. Medvedsky V. Vyrashchivaem telyat-molochnikov [Growing milk calves]. Zhivotnovodstvo Rossii. 2017. No. 7: 27-34 (In Russian)
5. Kozina E. A., Vladimtseva T.M. Primenenie v kormlenii telyat molochnogo perioda zamenitelya tsel'nogo moloka "Optilak-16" [Whole milk substitute "OPTILAK-16" application in feeding calves of milking period]. VestnikKrasGAU. 2022. No. 8(185):128-135 (In Russian) DOI: 10.36718/1819-4036-2022-8-128-135
6. Vtoryi S.V. Algoritm protsessa avtomaticheskogo prigotovleniya smesi zhidkogo ZTsM molodnyaku KRS [Algorithm of automatic preparation of a mixture of liquid whole milk replacer for young cattle]. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 1(106): 118-127 (In Russian) DOI: 10.24411/2713-2641-2021-10284
7. Solonshchikov P.N., Savinykh P.A. Issledovanie vliyaniya konstruktivnykh parametrov smesitel'noi ustanovki na pokazateli kachestva smesi [Investigation of the influence of mixing
installation constructive parameters on mixture quality indicators]. Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2022. No. 2(46): 98-103. (In Russian) DOI: 10.51794/27132064-2022-2-98
8. Kuznetsov S. ZTsM dlya telyat: ego vidy i instruktsiya po razvedeniyu [Whole milk replacer for calves: its types and dilution instructions]. Available at: https://www.vitasol.ru/notes/ztsm-dlya-telyat (accessed 06.12.2022) (In Russian)
9. Tureiko K.A. Pokazateli zhivoi massy molodnyaka molochnogo perioda pri ispol'zovanii zamenitelei tsel'nogo moloka [Indicators of live weight of young animals of the suckling period when using whole milk replacers]. Nauchnyi zhurnal molodykh uchenykh. 2021. No.2 (23): 45-49 (In Russian)
10. Vtoryi S.V. Sovershenstvovanie diskovogo dozatora dlya sukhogo zamenitelya tsel'nogo moloka [Improvement of a disc dispenser for the dry whole milk replacer]. AgroEkoInzheneriya. 2022. No. 2(111): 137-146 (In Russian) DOI: 10.24412/2713-2641-202-2111-137-145
636.084.74
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОРМЛЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ МОДУЛЕ ДЛЯ ОТКОРМА ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ
И.Е. Плаксин канд. техн. наук; А.В. Трифанов канд. техн. наук;
Д.А. Сошнев
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Птицеводство характеризуется быстрыми темпами воспроизводства, интенсивным ростом, высокой продуктивностью и жизнеспособностью птиц. Данная подотрасль животноводства занимает лидирующие позиции по производству мяса - в 2021 году на убой было выращено 6717,2 тыс. тонн птицы. В структуре производства мяса птицы по видам на первом месте находится мясо цыплят-бройлеров с показателем 89,7%. На сельскохозяйственные организации приходится более 92% производства данного вида мяса, доля фермерских хозяйств и индивидуальных предпринимателей сравнительно невелика и не превышает 7,5%. Для увеличения доли мелкотоварных предприятий разработан и проходит опытно-производственную проверку технологический модуль для откорма цыплят-бройлеров. На основе проведённых исследований сделан вывод о эффективности данной разработки, так как коэффициент конверсии корма составляет 1,66, а процент падежа не превышает 7,14%, что сопоставимо с аналогичными показателями крупных птицеводческих предприятий. Для дальнейшего повышения эффективности выращивания цыплят-бройлеров в технологическом модуле ведется разработка системы управления процессом кормления птиц. Предложено технико-технологическое решение, основанное на автоматизации заполнения бункерных кормушек, а также контроле среднесуточного потребления корма на протяжении всего откормочного цикла. Система управления этим технико-технологическим
128
