CC BY
5
Владимир Валерьевич Пугачёв, старший преподаватель, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5172-5077
Vladimir V. Pugachev, senior lecturer, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5172-5077
Статья поступила в редакцию 15.03.2022; одобрена после рецензирования 31.03.2022; принята к публикации 01.04.2022.
The article was submitted 15.03.2022; approved after reviewing 31.03.2022; accepted for publication 01.04.2022. -♦-
Научная статья
УДК 637.03
Технология охлаждения коровьего молока в условиях горных пастбищ Кабардино-Балкарии
Альберт Баширович Барагунов, Залимхан Русланович Кудаев
Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова, Нальчик, Россия
Аннотация. В статье рассматривается актуальная проблема обеспечения хранения коровьего молока в условиях горных пастбищ Кабардино-Балкарии. Предложен способ сохранения свежевыдоенного молока от коров, находящихся на горно-пастбищном содержании с середины апреля до середины октября, в молочных резервуарах и во флягах, где охлаждение происходит при использовании возобновляемого источника энергии - горной реки. Этот способ позволяет охлаждать молоко до 5 °C и сохранять его ценные качества до поставки на молокоперерабатывающие объекты. Выведена физико-математическая зависимость температуры и времени охлаждения молока в резервуаре-охладителе или во фляге от размера резервуара, температуры и скорости водного потока горной реки.
Ключевые слова: горные пастбища, корова, молоко, охлаждение, горная река, теплообмен.
Для цитирования: Барагунов А.Б., Кудаев З.Р. Технология охлаждения коровьего молока в условиях горных пастбищ Кабардино-Балкарии // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 130 - 134.
Original article
Cow's milk cooling technology in the conditions of mountain pastures of Kabardino-Balkaria
Albert B. Baragunov, Zalimkhan R. Kudaev
Kabardino-Balkarian State Agrarian University, Nalchik, Russia
Abstract. The article deals with the actual problem of ensuring the storage of cow's milk in the mountain pastures of Kabardino-Balkaria. A method is proposed for preserving freshly milked milk from cows kept in mountain pastures from mid-April to mid-October, in milk tanks and flasks, where cooling takes place using a renewable energy source - a mountain river. This method allows you to cool milk to 5 °C and preserve its valuable qualities until delivery to milk processing facilities. The physico-mathematical dependence of the temperature and time of milk cooling in a cooling tank or in a flask on the size of the tank, temperature and speed of the water flow of a mountain river is derived.
Keywords: mountain pastures, cow, milk, cooling, mountain river, heat exchange.
For citation: Baragunov A.B., Kudaev Z.R. Cooling technology of cow's milk in the conditions of mountain pastures of Kabardino-Balkaria. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 94(2): 130-134. (In Russ.).
Молочное животноводство в Кабардино-Балкарской Республике специализируется на хозяйствах, содержащих крупный рогатый скот. Молочное животноводство в основном приходится на личные подсобные и крестьянско-фермерские хозяйства. Хозяйства, расположенные рядом с горными районами республики, практикуют отгонный метод содержания скота, где в тёплый период года (с середины апреля до середины октября) коровы находятся на горных пастбищах, являющихся достаточно ценным кормовым ресурсом. В этих условиях существует проблема обеспечения сохранности полученного
молока до времени его поставки на молокопе-рерабатывающие объекты.
Известны многие ценные свойства коровьего молока. Так, свежевыдоенное коровье молоко обладает свойствами бактерицидности или способностью задерживать и уничтожать попадающие в молоко бактерии. Для продления этого уникального свойства молоко подвергают охлаждению. При температуре 30 °С бактерицидность сохраняется в течение 3 час., при температуре 15 °С - 8 час., при температуре 4 °С - 24 час. и более (рис. 1) [1 - 4]. Более распространённым, доступным и эффективным способом, тормозящим развитие
бактерий в молоке, является его охлаждение в резервуаре-охладителе.
КМАФАнП Ю ~5/гр
Рис. 1 - Динамика развития в процессе
охлаждения молока мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) в зависимости от температуры: 1 - 30 °С; 2 - 25 °С; 3 - 20 °С; 4 - 15 °С; 5 - 5 °С
Материал и методы. Существуют различные средства охлаждения молока, но почти все из них энергозатратные, материалоёмкие и нередко связаны с вредными для экологии химическими
веществами - хладагентами. Мировая современная тенденция развития техники фокусируется на освоении технологий, основанных на нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии [5, 6], и исследуемая тема не является исключением.
Рассматриваемая территория горных пастбищ, как было сказано выше, богата высококачественными кормовыми угодьями, но также здесь большое количество горных рек, истоки которых начинаются от ледников и высокогорных озёр. В таблице 1 представлен перечень некоторых рек Зольского района Кабардино-Балкарской Республики, протекающих по территории горных пастбищ [7].
Температурный диапазон указанного водного ресурса представляет интерес для использования в целях охлаждения молока, получаемого от поголовья, размещаемого на территории близлежащих горных пастбищ, площадь которых по всей республике составляет около 400 тыс. га.
Рядом с горной рекой можно расположить доильный центр и оборудовать площадку для размещения танка-охладителя или молочных фляг, которые снаружи будут омываться водным потоком реки (рис. 2). В данном случае возобновляемым источником энергии, необходимой для охлаждения молока, выступает горная река. Эффективность охлаждения при этом будет за-
1. Горные реки Зольского района Кабардино-Балкарской Республики
Река Исток реки Высота, м над уровнем моря Температура воды на горном участке, °С
в теплый период года
Екепцоко Склон горы Бгюх 1400 4,0 — 6,5
Золка Северное подножье Дженалского хребта 1500 4,0 — 6,5
Кичмалка Ледник северного склона Эльбруса 3200 3,5 - 5,0
Лахран Склон горы Уллу-Лахран 1883 4,0 — 5,5
Мазеха Склон горы Мазеха 1300 4,0 — 6,5
Малка Северный склон Эльбруса 2500 4,0 — 5,5
Уллу-Таллыкол Северный склон Эльбруса 2300 4,0 — 5,5
Шаукол Начало из небольшого озера на перевале Шаукам 2925 4,0 — 5,0
С
горный ручей
f
горный ручеи
iL"г'Ч.
пожо
по/юко
-t-
Т/нншйяел asms
А
Рис. 2 — Схема охлаждения молока в условиях горных пастбищ:
А - охлаждение в резервуаре; Б - охлаждение во флягах
Б
висеть от температуры и скорости водного потока, на которые, в свою очередь, влияет рельеф местности.
Процесс охлаждения молока с применением температуры горной реки в резервуаре или во флягах с периодическим перемешиванием можно выразить математической зависимостью [8] со скоростью хладоносителя в диапазоне 0,2... 1,0 м/с:
т = Р • См • Рм ^ ■ (1п К - ^.н. I - 1п К - ^.к. I) т
охл '
а
где Е - площадь поверхности теплообмена, м2; см - удельная теплоёмкость молока, Дж/(кг-°С);
рм - плотность молока, кг/м3; V- объём резервуара, м3; tв - температура воды, °С;
- начальная температура молока, °С; ^.к. - конечная температура молока, °С; а - коэффициент теплопередачи. Результаты и обсуждение. Были изготовлены опытные образцы конструкции резервуаров охлаждения цилиндрической формы с соотношениями диаметра и длины 0,67; 0,38; 0,17. Опытный образец крепился на салазки и устанавливался на специально оборудованной площадке, где с учётом рельефа горной местности выше установки размещалось устройство для забора воды из горной реки. В зависимости от водозаборного устройства и скорости водного потока реки скорость охлаждающей жидкости варьировалась от 0,2 до 1,0 м/с. В процессе охлаждения с интервалом в 15 мин. производилось перемешивание охлаждаемого молока для обеспечения интенсивности процесса теплопередачи в общем объёме загруженного молока. В результате были проведены опытные замеры датчиком температуры, размещённом в резервуаре, температуры охлаждения молока, а секундомером - времени охлаждения молока (табл. 2).
Температура молока в начале процесса охлаждения составляла 35 °С. Собранное через молокопровод доильной установкой УДС-3Б молочным насосом, оно подавалось в резервуар-охладитель, предварительно установленный на оборудованной площадке.
Начальная степень чистоты загружаемого молока относилась к 1-й группе, средняя жирность молока составляла 3,65 %, бактериальная обсеменённость - 280,7 тыс. микробов в 1 мл, среднесуточный удой - 12,5 кг. Молочное поголовье составляло 100 коров.
Во всех вариантах исполнения геометрических размеров резервуара-охладителя молока объём составлял 1500 л, время охлаждения молока до температуры 5 °С укладывалось во временной интервал не более 40 мин., что вполне удовлетворяет условиям сохранности ценных качеств молока [9 - 12].
Выводы
1. В условиях Кабардино-Балкарии и других горных районов России молочное животноводство обладает большим потенциалом природных ресурсов в виде качественной кормовой базы для получения высококачественного молока и возобновляемого источника энергии в виде горных рек. Рациональное использование энергии рек позволяет успешно организовать производственный процесс. Использование охладителей молока, работающих с применением энергии горной реки, существенно сокращает энергозатраты, материалоёмкость технологического процесса.
2. Следует продолжить научно-исследовательскую работу в данном направлении для создания надёжных охладителей молока, работающих на энергии горных рек, температурный режим которых вполне удовлетворяет технологии хранения.
3. Внедрение подобных технологий в производственный процесс позволит существенно повысить рентабельность производства коровьего молока в условиях горных пастбищ.
2. Результаты опытных замеров экспериментальной установки охлаждения молока
в условиях горных пастбищ
Const Var
температура воды горной реки,°С конечная температура молока, °С скорость воды относительно стенок ёмкости, м/с размер молочной цистерны в охладителе, м время охлаждения молока в охладителе, мин. размер молочной цистерны в охладителе, м время охлаждения молока в охладителе, мин. размер молочной цистерны в охладителе, м время охлаждения молока в охладителе, мин.
4 5 1,0 1/1,5 17,7 0,75/2 14,9 0,5/3 10,89
0,8 19,46 16,39 11,97
0,6 21,94 18,47 13,50
0,4 25,84 21,76 15,90
0,3 28,90 24,34 17,79
0,2 33,63 28,32 20,70
D / L = 0,67 D / L = 0,38 D / L = 0,17
Примечание: начальная температура молока 35 °С.
Список источников
1. Барагунов А.Б., Краснова А.Ю. Механизация доения и первичной обработки молока в условиях горных хозяйств: монография. Нальчик: ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, 2017. 234 с.
2. Барагунов А.Б. Предложения по совершенствованию технологии производства продукции молочного животноводства в горных условиях Северо-Кавказского федерального округа // Вестник аграрной науки Дона. 2019. № 4 (48). С. 35 - 42.
3. Барагунов А.Б., Краснова А.Ю., Пасечников И.И. Организация доильной станции применительно к условиям горного пастбищного содержания коров // Вестник аграрной науки Дона. 2020. № 2 (50). С. 43 - 50.
4. Барагунов А.Б. Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: сборник статей 71-й международной научно-практической конференции. В 3-х томах / под ред. Т.В. Головковой, Н.Ю. Парамоновой. Караваево, 2020. С. 94 - 99.
5. Охлаждение молока на животноводческих фермах: современное состояние и перспективы развития / М.Б. Фомин, А.П. Козловцев, В.М. Мартынов и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 1 (87). С. 134 - 139.
6. Система аккумулирования и использования природного холода годовой потребности и результаты исследования её функционирования / А.П. Козловцев, В.А. Шахов, М.Б. Фомин и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 177 - 181. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-89-3-177-181.
7. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. Т. 8. Северный Кавказ. Ч. I, II. Л.: Гидрометеоиздат, 1964.
8. Кухлинг Х. Справочник по физике: пер. с нем. 2-е изд. М.: Мир, 1985. 520 с.
9. Герасимова О.А. Повышение эффективности производства молока при пастбищном содержании коров // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 5. С. 34 - 40.
10. Забродина О.Б., Таран Е.Н., Матвейкин М.Ю. Экспериментальная установка для оценки параметров и режимов работы устройства для контроля отклонений содержания жира в молоке в потоке // Актуальные проблемы энергетики АПК: матер. VIII междунар. науч.-практич. конф. Саратов, 2017. С. 69 - 72.
11. Механизация производства, первичной обработки и переработки молока / И.Н. Краснов, А.Ю. Краснова, В.М. Филин и др. Зерноград, 2009.
12. Производство молока на ферме модульного типа с экологически чистой технологией / И.Н. Крас-
нов, И.В. Капустин, А.Ю. Краснова и др. // Вестник АПК Ставрополья. 2012. № 2. С. 45 - 50.
References
1. Baragunov A.B., Krasnova A.Yu. Mechanization of milking and primary processing of milk in the conditions of mountain farms: Monograph. Nalchik: FGBOU VO Kabardino-Balkar State Agrarian University, 2017. 234 p.
2. Baragunov A.B. Proposals for improving the technology of production of dairy products in the mountains of the North Caucasian Federal District. Don agrarian science bulletin. 2019; 48(4): 35-42.
3. Baragunov A.B., Krasnova A.Yu., Pasechnikov I.I. Organization of a milking station in relation to the conditions of mountain pasture keeping of cows. Don agrarian science bulletin. 2020; 50(2): 43-50.
4. Baragunov A.B. Actual problems of science in the agro-industrial complex: collection of articles of the 71st international scientific and practical conference. In 3 volumes. Edited by T.V. Golovkova, N.Yu. Paramonova. Karavaevo, 2020. Р 94-99.
5. Milk cooling at livestock farms: current state and development prospects / M.B. Fomin, A.P. Kozlovtsev, V.M. Martynov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 87(1): 134-139.
6. The system of accumulation and use of natural cold of annual demand and the results of the study of its functioning / A.P. Kozlovtsev, V.A. Shakhov, M.B. Fomin et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 89(3): 177-181. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2021-89-3-177-181.
7. Resources of surface waters of the USSR. hydro-logical knowledge. T. 8. North Caucasus. Ch. I, II. L.: Gidrometeoizdat, 1964.
8. Kuhling H. Handbook of physics: Per. from German. 2nd ed. M.: Mir, 1985. 520 p.
9. Gerasimova O.A. Increasing the efficiency of milk production with grazing cows. Izvestiya Velikoluki State Agricultural Academy. 2017; 5: 34-40.
10. Zabrodina O.B., Taran E.N., Matveikin M.Yu. Experimental setup for estimating the parameters and modes of operation of a device for controlling deviations in the fat content in milk in a stream // Actual problems of energy in the agro-industrial complex: mater. VIII International scientific-practical. conf. Saratov, 2017. 2017. S. 69-72.
11. Mechanization of production, primary processing and processing of milk / I.N. Krasnov, A.Yu. Krasnova, V.M. Filin et al. Zernograd, 2009.
12. Milk production on a modular farm with environmentally friendly technology / I.N. Krasnov, I.V. Kapustin, A.Yu. Krasnova et al. Agricultural Bulletin of Stavropol Region. 2012; 2: 45-50.
Альберт Баширович Барагунов, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid/ org/0000-0003-0874-0241
Залимхан Русланович Кудаев, старший преподаватель, [email protected], https://orcid/org/0000-0002-7446-4583
Albert B. Baragunov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https:// orcid/org/0000-0003-0874-0241
Zalimkhan R. Kudaev, Senior Lecturer, [email protected] https://orcid/org/0000-0002-7446-4583
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 11.03.2022; одобрена после рецензирования 25.03.2022; принята к публикации 31.03.2022.
The article was submitted 11.03.2022; approved after reviewing 25.03.2022; accepted for publication 31.03.2022.
