ПИТАТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ ИЗ СЕМЯН РАСТЕНИЙ, СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ, КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА
NUTRIENT MIXTURE OF PLANT SEEDS, MIXTURE PRODUCTION METHOD, EQUIPMENT COMPLEX FOR METHOD IMPLEMENTATION

Изобретение относится к разработке новых питательных кормовых продуктов из семян растений. Семена обрабатываются физическим способом на комплексе оборудования.
Изобретение может использоваться в сельскохозяйственной, перерабатывающей, микробиологической и смежных с ними отраслях народного хозяйства.
В больших и малых аграрных хозяйствах получают питательные кормовые смеси из семян растений, содержащие обработанную смесь семян и водной среды согласно рецептам. Однако традиционные смеси из семян растений, способы и устройства для их обработки дают продукты, которые, во-первых, за время приготовления (в частности, при нагреве до 130-150°С и выше) лишаются 20-50% витаминов и полезных веществ; во-вторых, плохо усваиваются организмом животных (по данным исследователей, до 40-50% не переваривается желудочно-кишечным трактом), в-третьих, всегда содержат остатки, иногда значительные, вредных микроорганизмов, простейших, пестицидов, семян сорных растений.
В основу изобретения поставлены следующие задачи:
1) создать более качественные питательные кормовые смеси с повышенным содержанием полезных веществ, полностью усваиваемые желудочно-кишечным трактом животных, полностью обеззараженные;
2) разработать способ изготовления питательной кормовой смеси с расширенным технологическим процессом ее обработки;
3) создать комплекс оборудования для осуществления способа, включающий все средства для получения высококачественной питательной кормовой смеси, удобные в эксплуатации и производительные.
Очевидно, что главной задачей является первая, а вторая и третья - этапы на пути ее решения.
Первая задача решается прежде всего подбором компонентов питательной смеси из семян растений. Предлагается питательная кормовая смесь из семян растений, содержащая обработанную смесь семян и водную среду и использующая дезинфицированные промытые семена культур бобовых, злаковых, масличных, при этом часть семян - 25% от веса сухих семян, в основном бобовых, предварительно проращивают, остальные используют цельными; смесь представляет собой влажную мелкодисперсную кормовую пасту-концентрат с повышенным содержанием углеводов - на 17-18%, свободных аминокислот - на 60-70%, макроэлементов - в 1,6-3,3 раза, микроэлементов - в 2,6-4,9 раза, витаминов группы В - в 3-5 раз по сравнению с пастой, полученной без проращивания семян.
А когда смешивают пасту-концентрат с питьевой водой, то получают растительное молоко заданной консистенции.
Окончательно первая задача будет решена разработкой способа изготовления питательной кормовой смеси и созданием комплекса оборудования для осуществления способа.
Среди способов изготовления смесей из семян растений известен способ гидробаротермической обработки грубых кормов (начало термина «гидро…» указывает на влажность или жидкообразность конечного продукта) и устройство для его осуществления, класс A23N 17/00, авторское свидетельство (а.с.) №1813401 от 29.03.1991, Харьковский авиационный институт.
Способ близок заявляемому тем, что включает перемешивание сырья с водой, гидродинамическое и кавитационное воздействие на смесь.
Недостатком способа является невысокая степень обеззараживания, измельчения и перемешивания смеси из-за недостаточности воздействия на нее. А такие элементы способа, когда «давление повышают скачкообразно» «ударом твердого тела по поверхности воды», создают сложности и потенциальную опасность при использовании способа. И это заметно в конструкции устройства, воплощающего способ. Применение вакуумного насоса для вакуумирования смеси также усложняет осуществление способа из-за специфики обрабатываемой среды и неблагоприятных условий работы насоса такого типа.
К этому же классу A23N 17/00 относится способ приготовления кормов и установка для его осуществления (а.с. №2261621 от 03.11.2003), включающий перемешивание сырья с водной средой, гидродинамическое, кавитационное и тепловое воздействие на смесь, которая многократно циркулирует в замкнутой рециркуляционной гидросистеме с переменным поперечным сечением, измельчается энергией кавитационных пузырьков и достигает гомогенного (то есть однородного) состояния при одновременном нагреве.
Недостатком этого способа тоже является недостаточная степень обеззараживания, измельчения и перемешивания смеси, несмотря на то, что сырье подвергают предварительному измельчению «до размеров частиц 10-18 мм», чтобы получить «дробленые растения». Это означает усложнение установки при осуществлении способа - добавление операции предварительного измельчения.
А.с. №2261621 принят за прототип заявляемого способа, так как он точно определяет общую и физическую сущность процесса.
Существуют и другие примеры способа изготовления питательных смесей с теми же признаками, но позднее заявленными:
- международная заявка WO 2004/056200 от 08.07.2004 «Способ диспергирования семян растений и устройство для его осуществления», автор Осипенко С.Б., г.Херсон, Украина;
- международная заявка WO 2004/056213 от 08.07.2004 «Способ диспергирования сочных плодов и устройство для его осуществления», автор Осипенко С.Б., г.Херсон, Украина;
- способ, заложенный в основу выпускаемых группой украинских компаний «ТЕКМАШ» установок для производства соевого молока (2004-2005);
- патент №008638 от 09.03.2006 «Установка для приготовления жидких питательных смесей», г.Минск, Беларусь, ОДО «Юрле-К».
Международные заявки и способ компаний «ТЕКМАШ» недостаточно раскрывают физическую сущность способа и конструкцию механизмов гидродинамического, кавитационного и теплового воздействия на обрабатываемую смесь. Тем не менее значительная общность указанных способов с заявляемым позволяет считать их также прототипами.
Вторая поставленная задача решается заявленным способом изготовления питательной кормовой смеси из семян растений, часть которых пророщена, включающим смешивание семян с водной средой и обработку смеси в установке гидродинамического, кавитационного и теплового воздействия физическим методом на смесь, которая многократно циркулирует в замкнутой рециркуляционной гидросистеме с переменным поперечным сечением, измельчается энергией кавитационных пузырьков и достигает гомогенного состояния при одновременном нагреве. Способ отличается тем, что предварительно семена для проращивания отбирают, замачивают в дезинфицирующем растворе на 1,5-2 часа до разрыва их оболочек, промывают дезинфицированные семена питьевой водой; замачивают для проращивания ростков семян на длину до 1,5 мм; смешивают пророщенные семена с сухими, смесь семян замачивают на 30-50 минут питьевой водой в соотношении 1:2 до набухания сухих семян; перекачивают водную смесь семян в установку и обрабатывают до образования пасты-концентрата гомогенного состояния с температурой 75-90°С; готовую пасту выгружают на упаковку. Для приготовления растительного молока готовую пасту-концентрат подают на смешивание с питьевой водой до образования растительного молока. Дезинфицирование отобранных для последующего проращивания семян выполняют в электрохимически активированном растворе анолите с показателями: рН=2-2,5 ед., ОВП=(-1000)-(-1180) мВ, содержание активного хлора 0,03-0,05% (ОВП - окислительно-восстановительный потенциал, замеренный на ионометре относительно хлорсеребряного электрода). Объем проращиваемых семян дозируют по конкретному рецепту; проращивание ростков семян выполняют в электроактивированном растворе питьевой воды из системы, например, «Изумруд» с показателями рН=7-7.5 ед., ОВП=(-10)-(-20) мВ либо электрохимически активированного раствора католита с показателями pH=9-9,5 ед., ОВП=(-400)-(-450) мВ; температура раствора 18-20°С; в раствор вводят приготовленный на основе торфа или биогумуса пастообразный гуминовый концентрат с показателями: массовая доля влаги 78%, массовая доля гуминовых веществ 70-80% в пересчете на сухое вещество, весовая часть добавляемого в водный раствор концентрата составляет 0,004 г на 1 кг сухой зерновой смеси, время проращивания составляет 12-16 часов для бобовых и 7-8 для злаковых. Кроме того, по меньшей мере часть сухих цельных семян механически измельчают перед смешиванием с пророщенными семенами с возможностью ускорения и повышения производительности дальнейшего технологического процесса обработки.
Задача решена за счет расширения технологического процесса обработки, добавления дополнительных средств получения качественной питательной смеси (квалифицированного обеззараживания и проращивания с обязательным тщательным промыванием семян после дезинфекции), измельчения и перемешивания исходного растительного сырья (семян) в вихревом потоке смеси с применением новых и лучших из известных технических решений.
Близкой к заявляемой установке является установка по а.с. №2261621, воплощающая способ-прототип заявляемого способа и содержащая замкнутую рециркуляционную гидросистему, в которую введены рабочая емкость с верхним и нижним торцами, входным и выходным патрубками, механизмами перемешивания, измельчения и нагрева в виде движителя с приводом, к гидросистеме подсоединены напорный трубопровод с краном и трубопровод с краном для выгрузки готового продукта.
Установка повторяет недостатки способа-прототипа и имеет свои: недостаточная степень измельчения и перемешивания смеси, сложность конструкции, трудности в герметизации, изготовлении и эксплуатации.
В установке по а.с. №2261621 главными элементами механизмов измельчения и перемешивания служат большие и малые лопасти, имеющие очень сложную конфигурацию радиально и тангенциально, изготавливаются литьем или штамповкой. Зазоры величиной 0,1-0.25 мм между вращающимися элементами трудно сохранить при эксплуатации: они забиваются твердыми компонентами смеси, что заклинивает или разрушает лопасти, а потому требуют частой прочистки. Кроме регулировки скорости вращения ротора (что малоэффективно), отсутствуют возможности эффективной регулировки параметров установки и технологических показателей процесса изготовления продукта в зависимости от требований потребителя. Для достижения нужного эффекта измельчения и перемешивания на установке необходимо увеличивать число циклов обработки, что ведет к падению производительности. Все это делает установку неудобной в эксплуатации.
Вышеупомянутые установки ТЕК-СМ, использующие гидродинамическое, кавитационное и тепловое воздействие на растительное сырье, выпускаются в республике Украина. Из разных материалов известно, что каждая установка содержит замкнутую рециркуляционную гидросистему, в которую введены рабочая емкость с верхним и нижним торцами, входной и выходной патрубки; обратный трубопровод, на которых размещены кран, механизм перемешивания в виде насоса, соединяющего обратный трубопровод с подающим и снабженного приводом, механизм измельчения и нагрева, кран; к гидросистеме подсоединены система водоснабжения и система выгрузки готового продукта.
Однако не все ее технические решения совершенны. Радиально смонтированный входной патрубок рабочей емкости не обеспечивает наилучшего направления вихревого потока - тангенциально по спирали. Горизонтальность нижнего торца емкости не способствует полной выгрузке продукта - часть его остается, так как не создано возможности его самопроизвольного вытекания. Механизм измельчения выполнен в виде насадки и подведенных к ней сопел с трубопроводами для «подмешиваемой жидкости» - это техническое решение усложняет гидросистему и практически трудно осуществляется. Механизм нагрева часто забивается и зарастает твердыми, крупными компонентами смеси, что имеет место особенно в начальной стадии циркуляции и измельчения. Это вынуждает довольно часто проводить очистку каналов.
Температура тепловой обработки составляет 105-110°С, что губительно для ряда полезных веществ и потому не всегда приемлемо. И наконец цитируем: «по достижению этой температуры автоматика выключает установку и начинается 10-20-минутный процесс выдерживания смеси с целью окончательной инактивации вредных веществ, содержащихся в продукте». Такой высокий нагрев и период выдержки на обеззараживание продукта свидетельствуют о повышенных энергозатратах, о низкой степени перемешивания и измельчения, об их недостаточной эффективности.
Таким образом, налицо неудобства при обслуживании установки и снижение производительности.
Вышеуказанный патент №008638 от 09.03.2006 представляет установку в виде замкнутой рециркуляционной гидросистемы, содержащей рабочую емкость с наклоненной нижней торцевой стенкой и последовательно смонтированные выходной патрубок, обратный трубопровод, насос с электродвигателем, подающий трубопровод, кран, механизм измельчения и нагрева смеси, входной патрубок, а также систему снабжения водной средой и систему выгрузки готового продукта. Механизм измельчения и нагрева смеси в установке содержит соединенные полые цилиндр и камеру нагрева с нагревательным элементом, при этом в цилиндр помещен сменный кавитатор в виде втулки и соосно смонтированного в ней обтекателя.
Третья поставленная задача решается заявленным комплексом оборудования для осуществления способа изготовления питательной кормовой смеси из семян, часть которых пророщена, с водной средой, включающего установку гидродинамического, кавитационного и теплового воздействия на смесь физическим методом, которая содержит рабочую емкость с наклоненной нижней торцевой стенкой и последовательно смонтированные выходной патрубок, обратный трубопровод, насос с электродвигателем, подающий трубопровод, кран, механизм физического измельчения и нагрева смеси, входной патрубок, а также систему снабжения питьевой водой и систему выгрузки готового продукта, причем механизм физического измельчения и нагрева смеси содержит соединенные полые цилиндр и камеру нагрева с нагревательным элементом, в цилиндр помещен сменный кавитатор в виде втулки и соосно смонтированного в ней обтекателя. Комплекс оборудования отличается тем, что установка снабжена дополнительным оборудованием: бункерами-накопителями сухих семян с дозаторами выгрузки и механическими измельчителями сухих семян; емкостью для дезинфекции и проращивания семян и последующего их промывания, имеющую шнек выгрузки пророщенных семян; смесителем пророщенных и сухих семян с весовым дозатором и шнеком выгрузки смеси в установку; причем часть бункеров установлена для обслуживания емкости, остальные - для обслуживания смесителя и большинство их выполнено с единым каналом выгрузки, на котором смонтирован общий механический измельчитель семян; приемником для замачивания сухих и пророщенных семян и трубопроводом перекачивания насосом водной смеси сухих и пророщенных семян из приемника в рабочую емкость; устройством для приготовления растительного молока; система водоснабжения выполнена в виде снабженных кранами трубопроводов подачи водной среды в приемник и обратный трубопровод; система выгрузки готового продукта выполнена в виде врезанного в подающий трубопровод крана с трубопроводом, соединяющим насос с патрубком выгрузки пасты-концентрата на упаковку и с резервуаром устройства для приготовления растительного молока; цилиндр механизма физического измельчения выполнен из двух труб разной длины с торцевыми фланцами, камера выполнена в виде полого креста, одно из двух отверстий которого надето на короткую трубу цилиндра, вмещающую кавитатор, и снаружи закрыто крышкой с центральным отверстием, а второе, перпендикулярное первому, отверстие с фланцем выполнено равным и соосным отверстию и ответному фланцу крана и закрыто с противоположного торца элементом в виде спиральной пластины с возможностью ускорения, закручивания и интенсивного нагрева движущегося потока смеси, причем обтекатель выполнен в виде круглого стержня, имеющего два конусных и противоположно направленных участка с общей вершиной и наружный резьбовой конец, закрепленный, например, гайкой в отверстии крышки, а фиксация кавитатора с цилиндром выполнена в виде стопора, например, ввинченного в наружное глухое отверстие на цилиндрической поверхности втулки через продольный паз в короткой трубе цилиндра.
В комплексе оборудования рабочая емкость установки выполнена теплоизолированной, с внутренней поверхностью из высокопрочного некоррозирующего материала, которая по нижней торцевой стенке снабжена обращенным вверх конусом, соосным емкости, а выходной патрубок вставлен снизу в вертикальное отверстие нижней торцевой стенки и выполнен в виде трубы-угольника. Устройство для приготовления растительного молока выполнено в виде резервуара и трубопроводной обвязки со смонтированным в ней насосом, входное отверстие которого соединено с резервуаром устройства, выходное отверстие - с резервуаром и трубопроводом выгрузки готового продукта, выполненным, например, в виде гибкого рукава.
Кроме того, установка и устройство смонтированы на единой раме из длинномерных элементов, например, труб прямоугольного сечения.
На основании приведенных данных и сопоставления заявляемого объекта с аналогами и прототипами видно, что предложенное техническое решение, соответствуя критериям «изобретательский уровень» и «единый изобретательский замысел», является новым.
На фиг.1-4 изображена принципиальная схема предлагаемого комплекса оборудования для изготовления питательной смеси из семян; на фиг.1 - общий вид, на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1, на фиг 4 - гидравлическая система комплекса оборудования, связывающая установку физической обработки смеси с устройством для приготовления растительного молока.
Комплекс оборудования для осуществления способа изготовления питательной смеси из семян, часть которых пророщена, с водной средой, содержит следующее оборудование: бункеры-накопители 1 (фиг.1-2) сухих семян с дозаторами 2 выгрузки, имеющими электромеханические приводы 3; емкость 4 для дезинфекции и проращивания семян и последующего их промывания, снабженная шнеком 5 выгрузки пророщенных семян; смеситель 6 пророщенных и сухих семян с весовым дозатором 7 и шнеком 8 выгрузки смеси; установку 9 гидродинамического, кавитационного и теплового воздействия физическим методом на смесь; устройство 10 для приготовления растительного молока; причем часть бункеров 1 установлены для обслуживания емкости 4, остальные - для обслуживания смесителя 6 и большинство их выполнено с единым каналом 11 выгрузки, на котором смонтирован общий механический измельчитель 12 семян.
Главное оборудование комплекса - установка 9 (фиг.1-4), представляющая собой замкнутую рециркуляционную гидросистему, содержащую рабочую емкость 13 с наклоненной нижней торцевой стенкой 14 и последовательно смонтированные выходной патрубок 15, кран 16, обратный трубопровод 17, насос 18 с электродвигателем 19, подающий трубопровод 20, кран 21, механизм 22 физического измельчения и нагрева смеси, входной патрубок 23, а также систему снабжения питьевой водой от водопроводной сети и систему выгрузки готового продукта.
Установка 9 снабжена приемником 24 для замачивания сухих и пророщенных семян и трубопроводом 25 с краном 26 для перекачивания насосом 18 водной смеси сухих и пророщенных семян из приемника 24 в снабженную манометром рабочую емкость 13. Система водоснабжения от водопроводной сети выполнена в виде трубопровода 27 (фиг.4) с краном 28 для подачи водной среды в приемник 24 и трубопровода 29 с краном 30 для подачи в обратный трубопровод 17 и трубопровода 31 с краном 32 для подачи в рабочую емкость 13. Система выгрузки готового продукта выполнена в виде врезанного в подающий трубопровод 20 крана 33 с трубопроводом 34, соединяющим насос 18 с резервуаром 35 устройства 10 для приготовления растительного молока, и врезанного в обратный трубопровод 17 крана 36 с патрубком 37 выгрузки пасты-концентрата на упаковку. Перед патрубком смонтирован предохранительный клапан. Избыточное давление пасты сбрасывается по трубопроводу 38.
Механизм 22 (фиг.3) физического измельчения и нагрева смеси в установке 9 комплекса оборудования содержит соединенные полые цилиндр 39 и камеру 40 ускорения, закручивания и интенсивного нагрева потока движущейся смеси с помощью элемента 41 в виде спиральной пластины, которая и обеспечивает ускорение, закручивание и нагрев. В цилиндр 39 помещен сменный кавитатор 42 в виде втулки (с внутренними конфузорным, цилиндрическим и диффузорным участками) и соосно смонтированного в ней обтекателя 43, причем цилиндр 39 выполнен из двух труб 39а и 39в разной длины с торцевыми фланцами, на более короткую 39в из которых, снабженную одним фланцем и вставленным в трубу кавитатором 42, надета камера 40 в виде полого креста, одно из двух отверстий которого вмещает кавитатор 42 и снаружи закрыто крышкой 44 с центральным отверстием, а второе, перпендикулярное первому, отверстие с фланцем выполнено равным и соосным отверстию и ответному фланцу крана 21 и закрыто с противоположного торца элементом 41, причем обтекатель 43 выполнен в виде круглого стержня, имеющего два конусных и противоположно направленных участка с общей вершиной и наружный резьбовой конец, закрепленный, например, гайкой 45 в отверстии крышки 44, а фиксация кавитатора 42 с цилиндром выполнена в виде стопора 46, например, ввинченного в наружное глухое отверстие на цилиндрической поверхности кавитатора 42 через продольный паз в короткой трубе 39в цилиндра 39.
Рабочая емкость 13 установки выполнена теплоизолированной, с внутренней поверхностью 47 из высокопрочного некоррозирующего материала, которая по нижней торцевой стенке 14 снабжена обращенным вверх конусом 48, соосным емкости 13, а выходной патрубок 15 вставлен снизу в вертикальное отверстие нижней торцевой стенки 14 и выполнен в виде трубы-угольника.
Устройство 10 для приготовления растительного молока выполнено в виде резервуара 35 и трубопроводной обвязки 49 со смонтированным в ней насосом 50, входное отверстие которого соединено с резервуаром 35, выходное отверстие через кран 51 - с резервуаром 35 и через кран 52 - с трубопроводом 53 выгрузки готового продукта, выполненным, например, в виде гибкого рукава.
Установка 9 и устройство 10 смонтированы на единой раме 54 из длинномерных элементов, например, труб прямоугольного сечения.
В исходном положении комплекс оборудования обесточен, краны водной среды и гидросистемы установки 9 закрыты.
Для подготовки к работе в бункеры-наполнители 1 засыпают семена. Емкость 4 для дезинфекции и проращивания заполняют необходимым количеством водной среды и электролитов. Семена из бункеров 1 засыпают в объеме, равном суточному расходу по конкретному рецепту.
Далее компоненты смеси проходят по оборудованию комплекса согласно технологическому маршруту в следующей последовательности (фиг.1-2): емкость 4 для проращивания отобранной части семян - смеситель 6 - установка 9 - устройство 10 для изготовления растительного молока (либо упаковка пасты-концентрата).
Работа установки 9 осуществляется следующим образом.
Насос 18 прокачивает смесь семян с водной средой по замкнутому кругу: рабочая емкость 13 - насос 18 - кавитатор-нагреватель 22 - рабочая емкость 13. В установке 9 смесь семян с водной средой спирально закручивается по контуру (особенно в трубе 39а, которая теплотехниками именуется «вихревой трубой») и, огибая обтекатель 43, образует каверну, замыкание которой происходит в вихревом потоке трубы 39а довольно далеко от рабочих поверхностей конусов обтекателя 43. Пульсирующая хвостовая часть каверны генерирует кавитационные микропузырьки, которые при схлопывании образуют кумулятивные микроструйки, эффективно разрушающие движущиеся в общем потоке семена растений. Многократное прохождение смеси по контуру превращает смесь семян с водой в мелкодисперсную пастообразующую однородную массу. При этом происходит преобразование кинетической энергии движущейся смеси в тепловую, совмещая сложные процессы физического измельчения семян (кавитационное дробление и вихревое перетирание) с эффективной тепловой обработкой смеси до температуры 75-90°С.
В установке 9 предварительно для механизма физического измельчения 22 подбирают из комплекта сменных кавитаторов самый подходящий (по форме и размерам участков на внутренней поверхности кавитатора 42, а также по размерам конусообразного обтекателя 43) в соответствии с применяемыми компонентами смеси для предстоящего приготовления питательного продукта. Комплекты кавитаторов продаются вместе с установкой в расчете на использование определенного сырья и компонентов к нему.
Выбранный и подготовленный к работе кавитатор 42 вводится в трубу 39в механизма 22 физического измельчения и нагрева. Собранный механизм 22 устанавливают на место и закрепляют.
Предлагаемая установка компактна, высокопроизводительна, с широкими функциональными и технологическими возможностями и областями применения, удобна в обслуживании, проста и сравнительно недорога в изготовлении и эксплуатации, поэтому может найти успешное применение для изготовления питательных и других подобных продуктов.
Предложенная питательная смесь и способ ее изготовления обеспечивают введение проростков в рацион, что стимулирует обмен веществ и кроветворение, повышает иммунитет, компенсирует витаминную и минеральную недостаточность, нормализует кислотно-щелочной баланс.
Предложенный комплекс оборудования для осуществления способа приготовления питательной смеси имеет все средства для получения высококачественного продукта, удобные в эксплуатации и производительные.
По данной заявке разработчик техдокументации - Воронежское ООО «Научно-техническое предприятие Ресурс-инжиниринг» - готовит опытное производство комплексов оборудования для приготовления питательных кормовых смесей. Выпуск первой партии комплексов намечен на 2009 г.