Шнек экструдера, обеспечивающий поэтапное снижение влажности в процессе экструдирования за счет влагоудаления в зоне экструдирования путем выпаривания

Заявленное техническое решение относится к комбикормовой промышленности и может быть использовано в линиях производства высокобелковых комбикормов из отходов производства для ценных пород рыб в интенсивном промышленном рыбоводстве.
Среди источников высокобелковой пищи для человека важным сегментом является рыбная продукция. В настоящее время происходит революционный переход от добывающего хозяйства (рыболовства) к производящему (рыбоводству). Критическое значение для рыбоводства имеет возможность промышленного производства высокоэффективных кормов, специфичных для разных пород рыб. Для промышленного выращивания ценных хищных пород рыб наиболее эффективны высокобелковые гранулированные корма. Известны различные способы получения кормов для аквакультуры.
Анализ технологий промышленного производства специализированных кормов для аквакультур показал, что наиболее перспективными в настоящее время технологиями являются гранулирование, экструдирование, экспандирование и др. [Мишуров Н.П. Технологии и оборудование для производства комбикормов в хозяйствах: справ. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2012. - 204 с.]. Из существующего уровня техники известен способ приготовления экструдированных сухих кормов для ценных аквакультур. В ходе технологического процесса экструдирования происходит физико-химическое преобразование составляющих сырьевой кормовой смеси с резким повышением питательной ценности. Происходит декструкция макромолекул крахмала с образованием различных декстринов и сахаров, в результате чего существенно повышается усвояемость комбикормов, причем ассимиляция питательных веществ происходит с меньшими энергетическими затратами. Также повышается перевариваемость белков за счет роста доступности аминокислот вследствие разрушения в молекулах белка вторичных связей. При этом благодаря относительно низким температурам и кратковременности тепловой обработки сами аминокислоты не разрушаются. [Коноваленко Л.Ю., Мишуров Н.П., Пономарев С.В., Федоровых Ю.В. Технологии производства кормов для аквакультуры: аналит. обзор. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. - 80 с. ISBN 978-5-7367-1564-0]. В то же время экструдеры успешно нейтрализуют факторы, отрицательно влияющие на пищевую ценность сырья. Экструдирование практически полностью обеззараживает продукт от грибной и бактериальной микрофлоры, а слаботоксичное сырье делает нетоксичным. Технологические особенности процесса экструдирования определяются в конструкцией экструдеров, составом экструдируемых смесей и используемыми технологическими режимами их эксплуатации. Разработаны различные конструкции экструдеров, кормовых смесей и технологических режимов кормопроизводства методом [патенты РФ №2164773, РФ №2403830, RU 2476079 C2, RU 2354553 C2, RU 2192756 C2, RU 2739798 C1, RU 2517228 C1, RU 2469624 C1, RU 2648703 C1].
Недостатком этих и сходных с ними технических решений является необходимость для обеспечения достаточного содержания белка в готовых кормах использования предподготовленных компонент (рыбной муки, реже мясокостной или кровяной муки). Рыбная мука является дефицитным на мировом рынке и дорогостоящим компонентами. Рассмотренное оборудование и технологии не позволяют использовать впрямую естественное белковое сырье животного происхождения.
Также недостатком является невозможность экструдирования смесей высокой влажности. Влажность смесей для существующих систем экструдирования рекомендована в интервале 12-30%. В связи с этим невозможно применять сырье естественной влажности (рыбный или мясной фарш) без предобработки при формирования сырьевых смесей для экструдирования. Влажность таких смесей для ценных высокобелковых кормов составляет 40-50%. Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является производство экструдированных высокобелковых кормов для аквакультуры, в процессе производства которых насыщение кормов белковыми компонентами происходит без применения рыбной муки, за счет исходного сырья - мелкодисперсного фарша из отходов рыбопереработки естественной влажности. Без дополнительного подсушивания обеспечивается переработка сырьевой смеси для кормов общей влажностью до 50% путем прямого экструдирования.
Заявленное техническое решение представляет шнек экструдера, обеспечивающего возможность поэтапного снижения влажности экструдируемой смеси в процессе экструдирования путем выпаривания с отводом пара из зоны текстурирования через зоны подачи и перемешивания за счет переменных механических воздействий на экструдируемую смесь, создаваемых за счет неравномерного шага винта, а также системы пароотводящих проточек вала шнека.
Первым техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность получения высокоэффективных кормов для аквакультур с высоким содержанием протеинов без добавления дефицитного компонента - рыбной муки. Результат достигается за счет ввода в экструдируемую смесь фарша из отходов рыбопереработки естественной влажности без операций сушки и предобработки. Вторым результатом является возможность получения экструдированных кормов из сырья высокой влажности - до 45% по сравнению с ограничением до 30%, характерным для экструдеров стандартной конструкции. Третьим результатом является возможность безопасной и экономически эффективной утилизации промышленных биологических отходов, утилизация которых безопасными методами затратна, а захоронение без кондиционирования - опасно для экологии. Четвертым результатом является производство высокобелковых кормов для ценных хищных видов рыб с высокой усвояемостью протеиновой компоненты за счет естественного аминокислотного состава исходного сырья, сбалансированного с потребностью выращиваемых аквакультур.
Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1)
Шнеки экструдера имеют переменный шаг витков, объединенных в 7 различных зон, обеспечивающих переменное механическое воздействие на экструдируемую смесь. На последних участках вала выполнены специальные проточки.
За счет неравномерного механического воздействия в зонах витков с переменным шагом формируются зоны различных тепловых нагрузок на экструдируемую смесь. Под воздействием тепловых нагрузок происходят фазовые переходы в жидкой компоненте смеси, а именно испарение и конденсация в режимах смены давления и температуры. В передвигаемой шнеком смеси формируется динамическая пористая структура, обеспечивающая просачивание водяного пара во всей зоне экструдирования. При этом в зонах подачи, перемешивания и первичного экструдирования для влагоудаления достаточно пароразрывов пористой структуры смеси для обратной диффузии влаги, а в зоне текстурирования необходима выборка специальных проточек для обеспечения эффективного пароотвода. Сформированный в этих процессах профиль убывания влажности достаточен для получения качественных экструдированных высокобелковых кормов для аквакультур из сырья повышенной влажности до 50%, в которых белковая компонента формируется за счет использования отходов рыбопереработки (рыбокостного фарша) естественной влажности, без примесей сухой рыбной муки.