Способ удаления токсичных соединений хрома в сырье животного происхождения, повышения кормовой питательности конечного продукта и экструдер для его осуществления
METHOD FOR REMOVING TOXIC CHROMIUM COMPOUNDS IN ANIMAL RAW MATERIALS, INCREASING THE FEED NUTRITIONAL VALUE OF THE END PRODUCT AND EXTRUDER FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к производству кормовых добавок из отходов кожевенного производства и может быть использовано для изготовления белкового продукта с высокой питательной ценностью. Значительную часть кожевенного производства составляют отходы хромовых кож. Эти отходы содержат в перерасчете на белок до 90% питательных веществ, в то время, как в мясокостной муке (наиболее распространенной кормовой добавке) содержание белка составляет 40% , Белок из отходов кожи по содержанию протеина превосходит рыбную муку 62-76% . Хромовые кожи не используются для дальнейшей переработки из-за высокой токсичности соединений хрома, присутствующих в них. При попытке переработки хромовых кожевенных отходов существующими способами и методами токсичные соединения хрома остаются в конечном продукте, что исключает возможность использования этого продукта, как кормовой добавки.
Известен способ удаления токсичных соединений хрома в сырье животного происхождения (Способ получения белково-жировой кормовой добавки. Патент № 2203559 С2, опубликованный 05.10.2003 г.) и выбранный в качестве аналога. Данный способ включает в себя термообработку под давлением с одновременным перетиранием, обработку сырья ведут путем экструдирования при Т=100-300 град.С, Р= 1-40 Мпа, t=2-160 сек., а в качестве сырья используют отходы хромовых кож. Недостатком указанного способа является то, что этим способом перерабатываются только отходы хромовых кож влажностью не более 30%, кроме того недостаточное сжимание, разогревание и время продвижения исходного сырья в зазоре между стенкой пресс-экструдера и каналом рабочего органа экструдера-червяка ведет к неполному гидролизу коллагена каротиносодержащих отходов и снижению питательности конечной кормовой добавки. Предлагаемые диапазоны температуры (100-300 град.С), давления (1-40 Мпа) и времени (2-160 сек.), также низкое содержание влаги не приводят к полному гидролизу дисульфидных связей.
Известен также «Способ производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения и экструдер для ее получения» (Патент № 2609904 С1, опубликованный 02.07.2017 г.), и принятый в качестве прототипа, включающий экструдирование влажного сырья в экструдере с термообработкой при 180-250 град.С под давлением с одновременным перетиранием и гидролизом в течении 30-90 сек. Согласно изобретению обработку сырья ведут с его прохождением в экструдере через тарельчатую фильеру с внутренним дисковым ножом, создающими при вращении относительно друг друга давление 70-100 Мпа, а в качестве сырья используют отходы хромовых кож, зерно боенские отходы и пр.. Экструдер содержит фильеру и нож. Нож с одной стороны неподвижно поводком вставлен в паз головки экструдера, вращающейся вместе с червячным органом экструдера, с другой стороны - осью в отверстие, выполненной тарельчатой с выступом, установленной в паз фланца, связанного неподвижно с корпусом экструдера, и зафиксированной относительно фланца гайкой по выступу. Недостатками прототипа являются: во-первых, за счет скоротечности операции гидролиза и отсутствия добавок, способствующих разложению хромовых соединений, токсичные соединения хрома остаются в конечном продукте, что исключает возможность использования этого продукта как кормовой добавки; во-вторых, технологический процесс экструдирования животного сырья ограничен длиной ствола экструдера, что не позволяет получить конечный продукт с широким набором необходимых качеств кормовой добавки; в-третьих, предложенный способ производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения и экструдер для ее получения в прототипе являются очень затратными по причине значительного количества одно операционных устройств.
Целью предполагаемого изобретения является удаление токсичных соединений хрома в кожевенных отходах и повышение кормовой питательности конечного продукта, а так же возможность экструдировать любые не сыпучие продукты.
Поставленная цель достигается за счет того, что в способе получения кормовой белковой добавки из отходов хромовых кож, включающем экструдирование сырья с низкой сыпучестью в экструдере с термообработкой при 100-300°С под давлением и одновременным перетиранием и гидролизом в течение 2-160 сек., согласно изобретению обработку сырья начинают в камере подачи сырья, где сырье дополнительно посредством установленного в ней шнека измельчается, смешивается, и предварительно нагревается за счет внутреннего и внешнего трения, а затем сырье нагнетается в приемный герметичный патрубок для направления в ствол экструдера для дальнейшей обработки путем увеличения температуры и давления, численные значения которых выбираются в зависимости от назначения конечного продукта, при этом в результате гидролиза, проходящего в стволе экструдера, соединения хрома переходят в малотоксичную растворимую форму и испаряются виде паровой смеси, причем для ускорения и качественного проведения гидролиза используют продукты растительного и минерального происхождения, которые в совокупности с увеличением длительности гидролиза позволяют повысить кормовую питательность конечного продукта, выход которого осуществляется через сопло экструдера.
Для осуществления способа устройство для получения комовой белковой добавки из отходов хромовых кож, характеризующееся тем, что оно имеет бункер-накопитель для сырья с необходимыми добавками, сообщенную с бункером-накопителем камеру подачи сырья с введенным в нее шнеком подачи сырья с приводом, приемный герметичный патрубок и ствол экструдера с компрессионным механизмом и соплом для выхода готового продукта, при этом шнек подачи сырья, большая часть которого находится в камере подачи сырья, и бункер-накопитель расположены последовательно со стволом экструдера, валы компрессионного механизма ствола экструдера и шнека подачи сырья расположены на одном уровне перпендикулярно друг другу, причем ствол экструдера жестко соединен с камерой подачи сырья посредством приемного герметичного патрубка, а длина и диаметр винтового ребра шнека подачи сырья выбраны из условий дополнительного измельчения, перемешивания, предварительного нагревания, транспортирования и нагнетания в ствол экструдера с давлением.
Таким образом, увеличение времени обработки сырья, которая начинается в камере подачи сырья, где оно измельчается, перемешивается, транспортируется за счет внутреннего и внешнего трения способствует подготовке сырья к гидролизной реакции, то есть часть функций, происходящих в экструдерном стволе выполняется вне его - в камере подачи сырья. Это все в совокупности приводит к качественной гидролизной реакции и получению высокопитательной кормовой белковой добавки.
Техническим результатом, получаемом при осуществлении предполагаемого изобретения, является технологически просто выполнимое обеспечение протекания гидролизной реакции, приводящей к переходу соединений хрома в малотоксичную растворимую форму, и устранение этих соединений из готового продукта в виде паровой смеси. Исследования по источникам патентной и научно-технической информации показали, что совокупность существенных признаков заявляемого способа удаления токсичных соединений хрома в сырье животного происхождения и переработка не сыпучих продуктов, повышения кормовой питательности конечного продукта и экструдер для его осуществления не следуют явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствуют критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемые способ получения кормовой белковой добавки из отходов хромовых кож и устройство для получения комовой белковой добавки из отходов хромовых кож, найдут широкое применение, т.е. являются промышленно применимыми. Заявляемый способ и устройство позволяет значительно повысить производительность работы устройства, поскольку при традиционной подаче сырья с низкой сыпучестью, через верхнюю приемную воронку при неравномерной подаче ствол экструдера « прикипает» от недостатка подаваемого сырья в ствол экструдера. В результате приходится разбирать и чистить ствол экструдера что нередко занимает 40-50% рабочего времени. Кроме того предварительное измельчение и разогрев сырья повышает производительность и ресурс экструдера.
Технология экструзии и проведение части технологических операций вне экструдерного ствола позволяет за счет тепла и давления, создаваемых в процессе прохождения сырья через камеру подачи и компрессионные диафрагмы в стволе экструдера, за короткий промежуток времени получит качественный готовый продукт - экструдат. Это полностью обеззараженный, однородный, рыхлый белковый продукт, белок которого находится в легкоусвояемой форме. При этом тепло, необходимое для осуществления гидролизной реакции, выделяется вследствие интенсивного деформирования сырья, внешнего и внутреннего трения. Численные значения диапазонов температуры, давления и времени выбраны исходя из следующего: нижние границы диапазонов обеспечивают полноту протекания реакции гидролиза в стволе экструдера, т.к. при неполном гидролизе снижается усвояемость конечного продукта. Верхние границы обеспечивают сохранение полученных при гидролизе питательных веществ, т.к. чрезмерное увеличение температуры, давления, времени обработки влечет за собой их разрушение. При этом заявляемый качественно-количественный состав сырья с добавками, приводит к стремительной гидролизной реакции, обеспечивающий переход нерастворимого в воде гидрооксида хрома, содержащегося в хромовых отходах, в водорастворимый триоксид хрома. Образующаяся при гидролизе паровая смесь этого водорастворимого соединения выводится наружу. Введение добавок, выступающих в качестве катализатора процесса, интенсифицирует протекание гидролизной реакции. Введение в состав сырья дополнительно продуктов растительного и минерального происхождения позволяет получить кормовую добавку, питательность которой по пепсину, источником которого являются отходы кожи, подобрана в соответствии с кормовыми потребностями конкретного вида животного. При этом совместное экструдирование отходов кожи и растительных и минеральных продуктов приводит к получению однородного высококачественного продукта. Использование сырья с добавками позволяет интенсифицировать гидролизную реакцию за счет повышения трения в камере подачи и в стволе экструдера. Таким образом, совокупность существенных признаков способа удаления токсичных соединений хрома в сырье животного происхождения, повышения кормовой питательности конечного продукта и экструдера для его осуществления позволяют достичь заявленного технического результата - гидролизной реакции, приводящей к переходу соединений хрома в малотоксичную водорастворимую форму и получению высокопитательного конечного продукта.
Кроме того, общеизвестно, что существующий принцип работы экструдеров основан на системе подачи сырья в приемную горловину ствола экструдера шнеком. Под действием силы тяжести сырье для экструдирования попадает из дозирующего подающего шнека на компрессионный механизм экструдера. Этот способ позволяет использовать только сыпучие и сортированные продукты, что значительно снижает диапазон использования экструдеров. Предлагаемый экструдер позволяет экструдировать практически любые продукты - плохо сыпучие, влажные, слежавшиеся и прочие, которые раннее не могли быть подвергнуты экструдации за счет плохой сыпучести - древесную хвою, пищевые отходы, сено, солому, силос, камыш и пр. Предлагаемое изобретение позволит экструдировать любые, в том числе и несыпучие продукты, что в разы увеличивает диапазон годных к экструдерной переработки продуктов.
На фиг. 1 представлена схема получения конечного продукта и экструдера
Предлагаемое устройство для получения комовой белковой добавки из отходов хромовых кож экструдер включает в себя бункер-накопитель 1 для сырья с необходимыми добавками, сообщенную с бункером-накопителем 1 камеру 2 подачи сырья с введенным в нее шнеком 3 подачи сырья с приводом 4, приемный герметичный патрубок 5 и ствол экструдера 6 с компрессионным механизмом, приводом 7 и соплом 8 для выхода готового продукта, при этом шнек 3 подачи сырья, большая часть которого находится в камере 2 подачи сырья, и бункер-накопитель 1 расположены последовательно со стволом экструдера 6, валы компрессионного механизма ствола экструдера 6 и шнека 3 подачи сырья расположены на одном уровне перпендикулярно друг другу, причем ствол экструдера 6 жестко соединен с камерой 2 подачи сырья посредством приемного герметичного патрубка 5, а длина и диаметр винтового ребра шнека 3 подачи сырья выбраны из условий дополнительного измельчения, перемешивания, предварительного нагревания, транспортирования и нагнетания в ствол экструдера 6 с давлением.
Устройство работает следующим образом: сырье с необходимыми добавками загружается в бункер - накопитель 1. Сырьё смешивают с необходимыми добавками - продуктами растительного либо минерального происхождения. В качестве таких продуктов могут быть использованы, например, зерновые продукты - гречка, просо, пшеница, хвоя, листья, стебли растений, сено, зеленая масса, водоросли. Конкретный вид добавки и ее количественный состав определяют в зависимости от назначения производимого корма. В случае необходимости смесь предварительно измельчают. Привод 4 передает вращение шнеку 3 подачи сырья, находящемуся своей большей стороной в камере 2 подачи сырья. Шнек 3 подачи сырья дополнительно измельчает, смешивает, транспортирует сырье с добавками и транспортирует его к приемному герметичному патрубку 5. Перемещенное сырье скапливается в приемном герметичном патрубке 5, затем при достижении давления, равного давлению внутри ствола экструдера 6, сырье поступает в компрессионный механизм ствола экструдера 6. Выход готовой продукции осуществляется через сопло 8. Продвигаясь в зазоре между стенкой экструдера и каналом рабочего органа экструдера-червяка, сырье еще более сжимается, разогревается и подвергается гидролизу.
Для определения степени токсичности кормовой добавки, полученной в соответствии с заявленным способом были проведены эксперименты. Группы контрольных животных и птицы получали в качестве основного рациона в течение фиксированного промежутка времени кормовую добавку, полученную при различных параметрах обработки. Опыты показали, что из токсичного сырья удается получить дешевый высококачественный энергетически ценный белковый продукт.