CC BY
107
БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 664.2:636.087.7
И. А. Хусаинов, А. В. Канарский, З. А. Канарская,
М. А. Поливанов
РАЗРАБОТКА СПОСОБА СУШКИ КОРМОВОГО ПРОДУКТА ПРЕБИОТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Ключевые слова: рожь, кормовой продукт, фракционирование, концентрирование, сушка.
Разработан способ сушки мальтозосодержащего гидролизата зерна ржи с получением сухого гранулированного продукта для кормления животных. Исследованы фракции гидролизата, условия их концентрирования и сушки. Представлена технологическая схема процесса производства.
Key words: rye, forage products, fractionation, concentration, drying.
Developed a method of drying malt product from rye grain to produce a dry granular product for animal feed. Investigated fractions of the hydrolyzate, the terms of their concentration and drying. Developed the technological scheme of drying of malt product.
Эффективность кормления сельскохозяйственных животных, в частности высокопродуктивных коров, зависит от поступления в организм энергии, протеина, простых углеводов, минеральных веществ, витаминов [1]. Рационы, сбалансированные по 20 - 24 показателям, повышают продуктивность животных на 25 - 30 %, снижают расход корма на единицу продукции - на 30 - 35 % и ее себестоимость - на 20 % [2].
Постепенно в практику кормления сельскохозяйственных животных входит также применение компонентов, обладающих опосредованным положительным эффектом на организм животного - пробиотиков, пребиотиков и синбиотиков. Одна из основных целей применения данных продуктов - альтернативное антибиотикам профилактическое воздействие препаратов.
Особенность пищеварения коров заключается в предварительной микробиологической обработке компонентов поедаемого корма рубцовой микрофлорой пищеварительного тракта животного. Наиболее распространенными добавками профилактического действия в кормлении коров являются пробиотики - живые микроорганизмы (рубцовые симбионты) [3, 4] и некоторые органические кислоты в качестве пребиотиков [5].
Перспективным пребиотиком для кормления коров могут быть продукты на основе производных крахмала, полученных ферментативным способом, в частности мальтозосодержащие продукты или мальтоолигосахара [6].
Применение данных продуктов во многом ограничивается сложностью их точного дозирования в корма, обусловленное высокой вязкостью продукта, а также нетехнологичностью применяемой тары (100 - 200 л. бочки) для использования в условиях хозяйств.
В этой связи, разработка легкодозируемого мальтозосодержащего кормового продукта пребиотического действия в виде порошка или гранул технологичного в применении, транспортировании и хранении является актуальной проблемой.
Однако для решения этой проблемы необходимо решить несколько технологических задач, одной из которых является сушка продукта с сохранением его кормовой ценности.
Сушке крахмалистых продуктов посвящено достаточно много исследований [7, 8, 9]. Большинство из них сосредоточены на сушке жидкой фракции гидролизата предварительно
сконцентрированного с помощью выпаривания. Получаемые концентраты содержат, как правило, низкомолекулярные продукты гидролиза крахмала (например, глюкоза, мальтоза и т.п.) с содержанием сухих веществ более 50 %. Сушку рекомендуют осуществлять конвективным способом, главным образом, с помощью распылительных сушилок.
Согласно исследованиям, сушка капли сиропа проходит несколько этапов с образованием сухой корки, сохраняющей форму капли. Остаточная влага в виде пара выходит через микротрещины в корке [10]. Таким образом, при конвективном способе сушки сиропов особое внимание уделяется размеру капель, температуре и скорости теплоносителя.
Объектом исследования в настоящей работе является гидролизат зерна ржи, полученного последовательной ферментативной обработкой зерновой суспензии тонкого помола ферментами, воздействующими на крахмалистые и некрахмалистые полисахариды зерна. Крахмалистые полисахариды гидролизуются до мальтозы и мальтодестринов. Гидролиз некрахмалистых полисахаридов, в частности ксиланаз, осуществляется с целью повышения доступности крахмалистых зерен воздействию амилолитических ферментов. Полученные в процессе такой обработки ксилоогигосахара, также обладают пребиотическим действием, селективно воздействуя на отдельные группы микроорганизмов рубцового симбиоза [11]. Состав продукта представлен как растворимой частью (простые сахара, декстрины, олигосахара), так и нерастворимой, состоящей, главным образом, из белковой части зерна и клетчатки, т.е. по физическому состоянию является дисперсией. Таким образом, гидролизат представляет собой объект сложного состава, в котором присутствуют все формы связи влаги.
В этой связи применение конвективного способа сушки на распылительных сушилках представленного дисперсного продукта является технологически довольно сложной задачей в силу различных причин: гетерогенность состава, неоднородность гранулометрического состава, различный характер влагоотделения в процессе сушки от растворенных сахаристых веществ и от нерастворенной части дисперсии и др.
Авторами был разработан способ эффективной сушки гидролизата зерна ржи на носителе, в качестве которого используются присутствующие в гидролизате клетчатка и белковый комплекс зерна.
В соответствие со свойствами компонентов, входящих в состав гидролизата, сушку дисперсного продукта осуществляли поэтапным отделением влаги от двух предварительно разделенных фракций:
- жидкой фракции, содержащей растворенные простые олигосахара;
- твердой фракции, состоящей из клетчатки и белкового комплекса зерна.
Твердая фракция высушивалась. Жидкая фракция сгущалась посредством вакуумной выпарки, далее смешивалась с сухой твердой фракцией в различном соотношении. В процессе смешивания двух фракций происходит контактный влагообмен между сухими и влажными компонентами продукта, при этом твердая фракция выступает в качестве носителя.
В лабораторных условиях гидролизат ржи получен в соответствие с режимами, рекомендуемыми для получения кормового продукта пребиотического действия [6]. Состав и свойства гидролизата ржи представлены в таблице 1. На центрифуге гидролизат разделяли на две фракции: твердую и жидкую.
В состав твердой фракции входят, в основном, водонерастворимые белки и полисахариды клетчатки. Связи влаги в твердых частицах фракции представлены, преимущественно, капиллярными формами. Влажность твердой фракции (жмыха) 55 - 65 %, в составе непромытой твердой фракции содержится 40 - 45 % (от СВ) редуцирующих веществ. При удалении влаги продукт приобретает свойства сыпучего материала. Критическая температура сушки подготовленной смеси, при которой сохраняется высокая растворимость продукта (не менее 95 %) - 55 °С. Конечная влажность твердой фракции после сушки не более 8 -10%. Сушка фракции осуществлялась конвективным способом во взвешенном слое. Состав полученного таким образом носителя представлен клетчаткой (8,5 - 9,0 %), протеином
(30 - 35 %), безазотистыми экстрактивными веществами (20 - 25 %), минеральными веществами (6 - 7 %).
Жидкая фракция (декантат) состоит из раствора мальтоолигосахаров и простых сахаров. В составе раствора присутствуют также белковые вещества, некрахмалистые олигосахариды и минеральные вещества. Жидкую фракцию концентрировали на лабораторном вакуумном ротационном испарителе при температуре 60 - 90 °С до содержания сухих веществ около 50 - 55 %. В соответствие с растворимостью конечного продукта, который определялся принятым методом [12], установлено, что оптимальная температура выпарки декантата до содержания СВ 50 - 55 % не более 70 °С. Свойства полученного концентрата представлены в таблице 1.
Далее концентрированная жидкая фракция смешивалась с сухой твердой фракцией (носителем) в соотношении (4 - 10) : 1. Критерием получаемой смеси являлись адгезионные свойства, которые определялись органолептически. Следует полагать, что при смешивании двух предварительно подготовленных фракций, мальтоолигосахара жидкой фракции образуют прочные связи со структурными элементами твердой фракции благодаря высоким адгезионным свойствам. При этом происходит перемещение влаги с сиропа в капилляры твердых частиц. Правильно подобранное соотношение твердой и жидкой фракций придает смеси свойства пластичности и хорошей формообразующей способности. Установлено, что оптимальный состав смеси сироп: сухая фракция - 5:1.
Готовая смесь носителя и мальтозосодержащего концентрата формовалась в виде гранул продавливанием через фильеры с диаметром отверстий 5 мм. Сформированный таким образом продукт в виде гранул высушивали. Конечная влажность продукта составила 8 - 10 %. В готовом продукте можно варьировать содержанием сахаристых веществ, путем повторного многократного смешивания сухого продукта и концентрата. Сушка продукта осуществлялась конвективным способом во взвешенном слое.
Для получения продукта определенного размера гранулированный сухой продукт сортировали с отделением нестандартных фракций, которые направляли в смеситель для использования в качестве носителя.
По результатам лабораторных исследований разработана технологическая схема производства кормового продукта пребиотического действия.
Таблица 1 - Состав и свойства гидролизата, сиропа, готового продукта
Наименование показателя* Гидролизат Сироп Готовый продукт
Внешний вид Суспензия Густая вязкая жидкость сухие гранулы
Содержание сухих веществ, % 14 50 - 55 90 - 95
РВ в пересчете на мальтозу, % 55 - 60 55 - 60 55
Содержание ксилозы, % 15 - 25 15 - 25 15
Содержание высших сахаров и декстринов, % 15 - 30 10 - 15 -
Протеин сырой, % 27
Зола, % 0,4 0,4
Плотность, кг/м3 1040 - 1090 1370 - 1410 750 - 800
*Показатели определялись стандартными методами.
На рисунке 1 представлена принципиальная технологическая схема получения продукта.
Рис. 1 - Принципиальная технологическая схема сушки кормового продукта
На линию производства кормового продукта пребиотического действия под коммерческим названием кормовой сахар получен патент [13].
Выводы
Разработан способ сушки кормового продукта пребиотического действия, который сводится к следующим технологическим операциям: фракционирование гидролизата на две фракции (твердую и жидкую); подготовка носителя путем высушивания твердой фракции; концентрирование жидкой фракции; смешивание твердой (носитель) и жидкой (концентрат) фракций; сушка и сортировка готового продукта.
Литература
1. Калашников, А.П. Нормы и рационы кормления с.-х. животных/ А.П. Калашников, В.И. Фисинин, В.В. Щеглов.- М.: Знание, 1993. - 456 с.
2. Фитцев, А.И. Качество и эффективность использования объемистых кормов /А.И. Фитцев, А.И. Мельченко. М.: ВНИИТЭИагропром, 1989. -С. 1-3.
3. Панин, А.Н. Пробиотики — неотъемлемый компонент рационального кормления животных/ А.Н.Панин, Н.И.Малик// Ветеринария.- 2006.- № 7.- С. 12-15
4. Лаптев, Г.Ю. Разработка биологических препаратов для повышения питательности и эффективности использования кормов: автореф. дис.... д-ра биол. / Г.Ю. Лаптев. - Дубровицы Московской области, 2009. - 21 с.
5. Рот, Н. Подкислители в кормлении животных и птиц / Н. Рот // Комбикорма. - 2009. - N 8. - С. 68.
6. Хусаинов, И.А. Получение мальтозосодержащего кормового продукта пребиотического действия ферментированием зерна ржи/ И.А. Хусаинов, А.В. Канарский, З.А. Канарская, М.А. Поливанов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - №3. - С. 174-180.
7. Зубченко, А. В. Получение порошкообразных сахаро-паточных полуфабрикатов распылительной сушкой/ А.В. Зубченко, Г.О. Магомедов, Ю.С. Сербулов // Известия ВУЗов. Пищевая технология. -1986. - №2.- С. 120 - 122.
8. Гинзбург, А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов / А.С. Гинзбург. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - 528 с.
9. Михайленко, А.А Исследование процесса вихревой распылительной сушки жидких продуктов крахмало-паточного производства: автореф. дис. ... канд. техн. наук. / А.А. Михайленко - М., 1978.29 с.
10. Кремнев, О.А, Скоростная сушка / О.А. Кремнев, В.Р.Боровский, А.А. Долинский. Киев.-Гостехиздат УкрССР. - 1963. - 381с.
11. Cotta, Michael A. Xylooligosaccharide utilization by the ruminai anaerobic bacterium Selenomonas ruminantium / Michael A. Cotta, Terence R. Whitehead // Current Microbiology.- 1998.-Vol.36.- Р. 183189
12. ГОСТ 2858-82. Порошок яичный. Технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1996.-3 с.
13. Пат. RU 80 313 U1, МПК (51) А23К 1/14 (2006.01). Линия производства кормового сахара из зерна/ Хусаинов И.А.; патентообладатель ООО «Сахара», заявка 2008139660/22, 08.10/2008; опубл. 10.02.2009, бюл. №4 RU 80313 U1. - 2 с.
© И. А. Хусаинов - асс. каф. пищевой инженерия малых предприятий КГТУ, innzar@rambler.ru; А. В. Канарский - д-р техн. наук, профессор той же кафедры, alb46@mail.ru; З. А. Канарская - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; М. А. Поливанов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. пищевой инженерия малых предприятий КГТУ, polivanov-zx@mail.ru.
