Эффективность современного оборудования для производства зерновой патоки

ализации различных программ устойчивого (поддерживающего, выживающего, сбалансированного) развития горных районов. Анализ успехов и ошибок в их реализации способен помочь в Республике Алтай в поиске более обоснованной экстраполя-

ции определенных социальных экологических и хозяйственных мероприятий на свою территорию.

* Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 11-05-92004-ННС_а).

Библиографический список

1. Агаджанян, Н.А. Организм и газовая среда обитания. - М., 1972.

2. Казначеев, В.П. Экология человека на Крайнем Севере. - Новосибирск, 1985.

3. Гумилев, Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. - Л., 1990.

4. Крупник, И.И. Арктическая этноэкология. - М., 1989.

5. Орлов, В. «Шишкулар» - образ жизни // Звезда Алтая. - 1999. - 3 июня.

6. Grotzbach E., Stadel C. Mountains peoples and cultures // Mountains of the World. F Global Priority (ed. D. Ives and B. Messerli). - New York/

London, 1997.

7. Вавилов, Н.И. Вступительное слово... // Изв. ГГО. - 1939. - № 1-2. - Т. 71.

8. Давитая, Ф.Ф. Проблемы исследования и охраны горных территорий в СССР // Программа МАБ. - М., 1979.

9. Ковалевский, Г.В. Вертикальные земледельческие зоны и верхние границы сельскохозяйственных растений в горах земного шара // Изв. РГО. - 1938. - Т. 70.

10. Mei'e R., Renzhang Y., Haosheng B. An outline of China's Physical Geography. - Beijing, 1985.

11. Вавилов, Н.И. Проблемы происхождения, географии, генетики, селекции растений, растениеводства и агрономии // Избранные труды: в 5 т. - М.; Л., 1965. - Т. 5.

12. Андреев, Г.Н. Интродукция травянистых растений в Субарктику. - Л., 1975.

13. Стефансон, В. Новая страна на Севере. - М., 1933.

14. Вавилов, Н.И. Земледельческий Афганистан. - Л., 1929.

15. Баденков, Ю.П. Устойчивое развитие горных территорий // Известия РАН. - 1998. - № 6. - Сер. География.

Bibliography

1. Agadzhanyan, N.A. Organizm i gazovaya sreda obitaniya. - M., 1972.

2. Kaznacheev, V.P. Ehkologiya cheloveka na Krayjnem Severe. - Novosibirsk, 1985.

3. Gumilev, L.N. Ehtnogenez i biosfera Zemli. - L., 1990.

4. Krupnik, I.I. Arkticheskaya ehtnoehkologiya. - M., 1989.

5. Orlov, V. «Shishkular» - obraz zhizni // Zvezda Altaya. - 1999. - 3 iyunya.

6. Grotzbach E., Stadel C. Mountains peoples and cultures // Mountains of the World. F Global Priority (ed. D. Ives and B. Messerli). - New York/

London, 1997.

7. Vavilov, N.I. Vstupiteljnoe slovo... // Izv. GGO. - 1939. - № 1-2. - T. 71.

8. Davitaya, F.F. Problemih issledovaniya i okhranih gornihkh territoriyj v SSSR // Programma MAB. - M., 1979.

9. Kovalevskiyj, G.V. Vertikaljnihe zemledeljcheskie zonih i verkhnie granicih seljskokhozyayjstvennihkh rasteniyj v gorakh zemnogo shara // Izv.

RGO. - 1938. - T. 70.

10. Mei'e R., Renzhang Y., Haosheng B. An outline of China's Physical Geography. - Beijing, 1985.

11. Vavilov, N.I. Problemih proiskhozhdeniya, geografii, genetiki, selekcii rasteniyj, rastenievodstva i agronomii // Izbrannihe trudih: v 5 t. - M.; L.,

1965. - T. 5.

12. Andreev, G.N. Introdukciya travyanistihkh rasteniyj v Subarktiku. - L., 1975.

13. Stefanson, V. Novaya strana na Severe. - M., 1933.

14. Vavilov, N.I. Zemledeljcheskiyj Afganistan. - L., 1929.

15. Badenkov, Yu.P. Ustoyjchivoe razvitie gornihkh territoriyj // Izvestiya RAN. - 1998. - № 6. - Ser. Geografiya.

Статья поступила в редакцию 24.01.13

УДК 590 Wolkov V.A. EFFECTIVENESS OF MODERN EQUIPMENT FOR GRAIN MOLASSES. The paper compares the efficiency of the equipment available on the market for the production of corn syrup. It is shown that with a two-stage hydrolysis process can get molasses-rich monosaccharides, which increases its nutritional value.

Key words: carbohydrate feed additive, grain syrup, calcariferous food, enzymes, enzymatic hydrolysis of starch.

В.А. Волков, директор ООО «Ресурс-Информ», г. Новосибирск, E-mail: v-vlad@nos.ru

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВРЕМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕРНОВОЙ ПАТОКИ

В статье представлено сравнение эффективности оборудования для производства зерновой патоки, представленного на рынке. Показано, что благодаря двухстадийному процессу гидролиза, можно получать патоку с большим содержанием моносахаров, что значительно повышает ее питательную ценность.

Ключевые слова: углеводная кормовая добавка, зерновая патока, сахаросодержащий корм, ферменты, ферментативный гидролиз крахмала.

Оптимальным вариантом восполнения дефицита сахаров в рационе жвачных является - зерновая патока, полученная из местного сырья. Кроме того, использование зерна, позволяет вне зависимости от климата или времени года получать ЛПУ (легко-переваримые углеводы), что является серьезным преимуществом в условиях Сибири. Она содержит от 14 до 22% ЛПУ (глюкоза, мальтоза, фруктоза, олигосахариды), около 2% протеина, при этом сохраняет все компоненты исходного сырья (витамины, ферменты, белки) в биологически активной форме [1]. Первые работы по изучению и внедрению технологий получения жидкого сахаросо-

держащего корма начались в конце 90-х годов. Положительные результаты применения зерновой патоки в кормлении коров были получены уже в 2004 году в совхозе «Морской» НСО [2]. В настоящее время рынок насыщен оборудованием для приготовления жидких, влажных и пастообразных кормов, среди которых Животновод-6, КИП - 0,6, УРВА-250, УПК-1,5, ТЕК-СМ, ЭРА-К, МРИЯ. Перечисленные установки, разрабатывались задолго до появления самой технологии получения зерновой патоки методом ферментативного гидролиза. Они создавались для получения влажных мешанок, пастообразных кормов, каши и т.п.

Рис. 1. Ротор РПА, слева - 6 мес. эксплуатации

Рис. 2. Щебень в решетке ротора РПА, справа - новый

С появлением технологии получения зерновой патоки многие производители оборудования по приготовлению влажных кормов пытаются сделать маркетинговый ход и представить свои установки как пригодные для получения зерновой патоки, естественно, с целью извлечения прибыли. Целью настоящей статьи было сравнение эффективности представленного на рынке оборудования для производства зерновой патоки.

Результаты. Покупателю оборудования необходимо понимать, что он приобретает не просто аппарат для варки кормов или смеситель, а ферментер, в котором протекает сложный микробиологический процесс деструкции крахмала и целлюлозы. При этом оборудование должно обеспечивать не только возможность процесса ферментации, но и оставаться точным, надежным, высокотехнологичным и простым в обслуживании [3].

Оборудование, предназначенное для производства зерновой патоки, должно решать несколько задач. Одна из них - это нагрев воды и поддержание температуры в заданном диапазоне. Для этой цели в установках типа Фермер 60-1200, АПХ-50 УЖК-500 (1000) и большинства других представленных на рынке применён роторно-пульсационный аппарат (РПА) с кавитационной решёткой. Нагрев основан на эффекте выделения дополнительного количества тепла и происходит при структурном преобразовании воды, проходящей через кавитационную решётку. Суть процесса заключается в том, что поверхностный слой за счет упорядочивания диполей молекул имеет теплоёмкость льда, что существенно ниже основного объёма воды. Аппарат создаёт большое количество воздушных пузырьков, многократно увеличивая поверхностный слой, обеспечивая выход дополнительного количества тепла. Чем больше пузырьков, тем больше выход тепла. Прирост может достигать от 100 до 500% мощности, затрачиваемой на прокачивание воды [4]. К сожалению,

процесс имеет обратимый характер, т.к. пузырьки через 5-10 минут исчезают, происходит обратный процесс восстановления жидкости с забором тепла, т.е. сколько тепла дополнительно выделяется на решётке, столько же возвращается назад. Поэтому дальнейший нагрев воды в данных аппаратах идёт в основном за счёт гидродинамического трения. Кроме того, РПА не обеспечивает равномерного нагрева по всему объему, т.к. смесь воды сырья и ферментного препарата проходя через рабочий орган, подвергается локальному перегреву. Что приводит к снижению активности ферментного препарата и разрушению биологически активных компонентов (витамины, ферменты, белки) перерабатываемого сырья.

Однако неэффективный нагрев в установках на основе РПА, это не единственная проблема. Поскольку вода, разогреваясь совместно с зерном, быстро превращается в густую клейкую массу - суспензию, которая сильно демпфирует процессы кавитации и препятствует распространению акустических колебаний. Воздействие на сырье механоакустических колебаний высокой интенсивности, в процессе разжижения крахмала так же малоэффективно. Поэтому, по большому счёту, РПА работает как обычный измельчитель, прогоняя зерно через кавитационную решётку и дробя его. На наш взгляд, это большой минус, т.к. образующиеся при кавитации пузырьки, сжимаются, и расширяются, при этом температура газа внутри пузырьков может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. В растворённых в жидкости газах содержится значительно больше кислорода, чем в воздухе, от чего газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух. Химическая агрессивность горячих газов в пузырьках, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, и является основным фактором вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схло-пывании пузырьков, что приводит к появлению микроскопических областей с высоким давлением (при соударении со стенками пузырьков). Сочетание этих двух факторов приводит к разру-

Рис. 3. Статор РПА - 6 мес. эксплуатации

Рис. 4. Статор РПА - новый

Таблица 1

Энергопотребление установок при производстве зерновой патоки

Показатель Установка

УЖК-1000 ПАТ-1.0

Рабочий объем, л 1000 1000

Перемешивающее измельчающее устройство роторно-пульсационный аппарат центробежный насос

Мощность, кВт 18 гомогенизатор смеситель

26 4

Продолжительность приготовления одной партии, час. 4,0 1,5 3,5

Затраты электроэнергии на одну партию, кВт 72 53

Таблица 2

Питательная ценность зерновой патоки

Показатель Установка

УЖК ПАТ

Перемешивающее измельчающее устройство роторно-пульсационный аппарат центробежный насос

Ферментный препарат полифермент мультиэкзимная смесь «МЭС-1 У»

Процесс гидролиза одностадийный двухстадийный

Влажность, % 77,6 73,1

Сухое вещество, % 22,4 24,5

Кормовые единицы 0,27 0,29

Обменная энергия, МДж 2,75 3,13

Сырой протеин, % 1,9 1,9

Переваримый протеин, % 1,6 1,7

Сырой жир, % 0,6 0,8

Сырая клетчатка, % 1,1 1,2

БЭВ,% 17,5 15,6

Сумма сахаров, % 15,7 13,9

моносахара, % 8,5 11,5

дисахара, % 7,2 2,4

Крахмал,% 1,9 1,8

Сырая зола, г 1,3 4,9

Таблица 3

Себестоимость производства зерновой патоки

Показатель Установка

УЖК-1000 ПАТ-1.0

Вода, л 650 670

Сырье, кг 350 330

Ферментный препарат: полифермент, г 1600 -

мультиэкзимная смесь «МЭС-1 У», г - 950

Затраты электроэнергии на одну партию, кВт 72 53

Стоимость сырья, руб. 1050 990

Стоимость ферментного препарата, руб. 512 1100

Стоимость затраченной электроэнергии, руб. 144 106

Себестоимость патоки, руб./кг* 1,7 2,2

Себестоимость ЛПУ, руб./кг* 10,8 15,7

Себестоимость моносахаров, руб./кг* 20 19

Примечание: рассчитана на основе питательной ценности (таблица 3), без учета заработной платы обслуживающего персонала.

шению поверхности рабочего органа РПА [4]. Их как бы «разъедает» (рис. 1, 3, 4). Кроме того, в фуражном зерне, являющимся основным сырьем для переработки, согласно стандарту, допускается содержание, минеральной примеси включая песок и щебень до 1%, что усиливает разрушение вследствие абразивного износа (рис. 2).

Замена рабочего органа РПА, к примеру, в ЗАО ПЗ «Ир-мень» требовалась каждые 6 месяцев эксплуатации, а его стоимость составляет не менее 30% стоимости всей установки. Это приводит к серьезным эксплуатационным расходам, а также к систематическим перебоям в работе установки и нарушению рационов животных, что естественно вызывает периодическое снижение продуктивности.

Тем не менее, на сегодняшний день большинство установок для приготовления зерновой патоки, представленных на рынке, по-прежнему используют тот же принцип гомогенизации,

со всеми вытекающими для потребителей последствиями. А это ведёт к дискредитации самой идеи применения ферментативного гидролиза для получения сахаросодержащего корма в условиях хозяйства.

Проанализировав недостатки установок на основе РПА, мы разработали, запатентовали (Патент на ПМ №117100 от 20.06.2012 г.) с последующим внедрением оборудования для получения сахаросодержащего корма, где нагрев суспензии осуществляется за счёт водяной рубашки с ТЭНом, что позволяет отказаться от низкоэффективного процесса кавитации. Дополнительное тепло выделяется за счет гидродинамического трения при циркуляции суспензии через измельчающее перемешивающее устройство. В качестве, которого применяется центробежный насос, предназначенный для откачки сточных масс, изготовленный из высокопрочных материалов, устойчивых к абразивному износу. Что значительно повышает надежность и продолжительность периода эксплуатации установки. Входной и выходной патрубок насоса укорочены, на внешнюю поверхность рабочего колеса и внутреннюю поверхность корпуса нанесены пазы, в корпусе дополнительно выполнены отверстия. Таким образом, внесенные изменения позволяют использовать его для эффективного измельчения и перемешивания сырья без застойных зон, не приводя к ослаблению конструкции. Кроме того, наличие широких межлопастных каналов рабочего колеса насоса, позволяет избежать засорения сырьем.

Представленные в настоящее время на рынке установки для производства зерновой патоки на основе РПА предназначены для одностадийного процесса ферментативного гидролиза. При этом смесь ферментных препаратов, вносится одновременно.

Установки типа ПАТ, (патент на ПМ № 117100) с целью оптимизации процесса гидролиза, предназначены для двухстадийного процесса гидролиза. Вначале вносятся комплекс целлолю-тических ферментов и альфа-амилаза, а затем через некоторое

время глюкоамилаза. Дело в том, что ингибитором целлюлазы является глюкоза. При одностадийном процессе глюкоза под действием глюкоамилазы начинает образовываться в больших количествах с самого начала процесса, что снижает эффективность целлюлазы. Возникает некоторый антагонизм между ферментами, в результате чего гидролиз проходит не полностью -выход моносахаров снижается (таблица 2) [5]. При этом питательная ценность патоки заключается именно в наличии моносахаров, т.к. они являются источником энергии для развития и жизнедеятельности целлюлозолитической микрофлоры рубца жвачных. Дисахара, как и олигосахариды, содержащиеся в патоке, стимулируют развитие микрофлоры расщепляющей крахмал, что приводит к снижению pH рубца и развитию ацидоза [6].

В целом процесс ферментативного гидролиза по технологии, разработанных коллективом авторов патентной заявки на способ получения № 2011101048, опубликована 20.07.2012 г., можно разбить на две фазы: фаза нагрева и гомогенизации зерновой суспензии и фаза ферментации в отдельном агрегате. В этом случае нагрев воды, доизмельчение сырья, разжижение крахмала с вводом ферментов, происходит в течение 1,5-2 часов в гомогенизаторе. При этом потребляемая мощность ТЭНа составляет 15 кВт, а мощность активаторов 11 кВт на 1000 л объёма. Дальнейший процесс осахаривания крахмала не требует таких мощностей, достаточно 4 кВт насосного агрегата, чтобы в течение 3,5-4 часов закончить процесс ферментации в отдельном агрегате - смесителе. Таким образом, суммарной мощности на производство патоки требуется на 14% меньше в сравнении с установками на основе РПА (таблица 1).

По такой схеме оборудование впервые было запущено в ЗАО «Рогалёвское» Ордынского района Новосибирской области и успешно отработало более 4 лет, без серьёзных поломок. Установки типа ПАТ на 500 л, 1000 л и 2000 л успешно работают в ряде хозяйств Новосибирской, Омской областей и Алтайского края.

Библиографический список

В таблице 2 представлен химический состав и питательная ценность зерновой патоки полученной в производственных условиях двух хозяйств Новосибирской области Ордынского района. Патока из СПК «Кирзинский» была произведена на установке УЖК на основе РПА (Патент на ПМ № 46681 от 27.08.2005г.), а в ЗАО ПЗ «Ирмень» для ее производства используют установку ПАТ на основе центробежного насос (патент на ПМ №117100 от 20.06.2012г.). Несмотря на меньшее содержание суммы сахаров, в составе патоки, полученной на установке ПАТ, что возможно связанно с использованием низкокачественного зерна при ее производстве, они представлены в основном моносахарами (11,5%). При этом легкопереваримые углеводы, полученные при одностадийном гидролизе, на установке УЖК практически в равном соотношении представлены моно и дисахарами - 8,5% и 7,2% соответственно.

Остальные показатели питательной ценности патоки, произведенной с использованием установок УЖК и ПАТ, не имеют серьезных различий (таблица 2).

Себестоимость патоки, прежде всего, зависит от стоимости перерабатываемого сырья и ферментного препарата. В результате себестоимость патоки, полученной на установке ПАТ (патент на ПМ №117100) на 0,5 руб. выше, при этом себестоимость моносахаров, входящих в ее состав на 1,0 руб. ниже в сравнении с патокой, произведенной на установке УЖК (патент на ПМ №46681) (таблица 3).

Таким образом, установки типа ПАТ, в сравнении с установками на основе РПА, благодаря двухстадийному процессу гидролиза, позволяют получать патоку с большим содержанием моносахаров, что значительно повышает ее питательную ценность. При этом использование в их конструкции в качестве перемешивающего измельчающего устройства доработанного центробежный насос, марки СМ80-50-200/4, позволило преодолеть недостатки установок на основе РПА (низкая надежность, высокие эксплуатационные расходы).

1. Франк, РИ. Полноценная углеводная добавка для жвачных животных // Нивы Зауралья. - 2011. - № 4.

2. Волков, В.А. Опыт применения углеводной кормовой добавки из зернового сырья в кормлении КРС / В.А. Волков, Н.Н. Шкиль // Современные достижения в животноводстве. - Томск. - 2011. - Вып. 13.

3. Силин, М.А. Жидкая зерновая патока и оборудование для производства [Э/р]. Р/д: http://po-sibbiofarm.tiu.ru/a39137-zhidkaya-zernovaya-patoka.html

4. Башта, Т.М. Машиностроительная гидравлика // Машиностроение. - М., 1971.

5. Диксон, М. Механизм действия ферментов / М. Диксон, Э. Уэбб. // Ферменты. - М., 1961.

6. Эрнст, Л.К. Способ действия бактериальных целлюлаз рубца жвачных животных / Л.К. Эрнст, А.В. Болобова, А.А. Клесов // Вест. с.-х. науки. - 1985. - № 9.

Bibliography

1. Frank, R.I. Polnocennaya uglevodnaya dobavka dlya zhvachnihkh zhivotnihkh // Nivih Zauraljya. - 2011. - № 4.

2. Volkov, V.A. Opiht primeneniya uglevodnoyj kormovoyj dobavki iz zernovogo sihrjya v kormlenii KRS / V.A. Volkov, N.N. Shkilj // Sovremennihe

dostizheniya v zhivotnovodstve. - Tomsk. - 2011. - Vihp. 13.

3. Silin, M.A. Zhidkaya zernovaya patoka i oborudovanie dlya proizvodstva [Eh/r]. R/d: http://po-sibbiofarm.tiu.ru/a39137-zhidkaya-zernovaya-patoka.html

4. Bashta, T.M. Mashinostroiteljnaya gidravlika // Mashinostroenie. - M., 1971.

5. Dikson, M. Mekhanizm deyjstviya fermentov / M. Dikson, Eh. Uehbb. // Fermentih. - M., 1961.

6. Ehrnst, L.K. Sposob deyjstviya bakterialjnihkh cellyulaz rubca zhvachnihkh zhivotnihkh / L.K. Ehrnst, A.V. Bolobova, A.A. Klesov // Vest. s.-kh.

nauki. - 1985. - № 9.

Статья поступила в редакцию 30.01.13

УДК 636.4:577 Zajko O.A. BIOCHEMICAL STATUS OF PRECOCIOUS MEET PIGS. The biochemical status of Precocious Meet pigs (SM - 1) was studied. The correlations of blood biochemical parameters to some chemical elements’ concentrations in the organs and tissues were established.

Key words: technosphere, pigs, biochemical parameters, lead, cadmium.

О.А. Зайко, ст. преп. Новосибирского ГАУ, г. Новосибирск, E-mail: zheltikovaolga@gmail.com

БИОХИМИЧЕСКИЙ СТАТУС СКОРОСПЕЛОЙ МЯСНОЙ ПОРОДЫ

Изучен биохимический статус свиней породы СМ-1 в условиях хозяйства, граничащего с мегаполисом. Установлены связи биохимических параметров крови с концентрацией некоторых химических элементов в органах и тканях.

Ключевые слова: техносфера, свиньи, биохимические показатели, свинец, кадмий.

Дисбаланс многих химических элементов, большинство из ся причиной нарушения биохимических процессов, а также се-которых поступает в организм с пищевыми продуктами, являет- рьезных отдаленных последствий, выраженных в виде канцеро-