СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБЕЗЗАРАЖЕННЫХ ЖИДКИХ КОРМОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DECONTAMINATED LIQUID FORAGE PREPARATION, AND AGGREGATE FOR METHOD IMPLEMENTATION

Область техники.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для приготовления кормов высокого качества, прошедших кислотно-кавитационное обеззараживание.
Обсемененные бактериями и загрязненные микотоксинами, а также заплесневелые и прогоркшие корма являются одним из наиболее значимых «врагов» современного животноводства. Скармливание животным зараженных кормов приводит к серьезным заболеванием и падежу, тем самым резко снижает эффективность производства и качество продукции. Самоокисление жиров (прогоркание) приводит к образованию перекисей, которые являются сильнейшими окислителями и катализируют (ускоряют) дальнейшее разрушение не только жиров, но жирорастворимых витаминов и каратиноидов. В результате этого снижается питательная ценность корма, уменьшается количество витаминов, снижается активность ферментов, образуются ядовитые химические соединения. Скармливание зараженных, а также содержащих продукты самоокисления кормов отрицательно влияет на состояние здоровья, продуктивность и воспроизводительные качества. В конечном итоге от неудовлетворительного качества кормов для животных страдает человек - конечный потребитель продукции животноводства.
Известен способ приготовления корма (патент России №2267 958, A23K 1/00, от 20.01.2006 г.), из отходов растительного сырья, (прототип), в качестве которого используют лузгу овса, которую обрабатывают 1-5% раствором едкого натра в количестве 80 кг на тонну лузги в течении 30 минут, затем полученную массу нейтрализуют соляной кислотой до рН 6,0÷6,5. В процессе щелочной обработки происходит разрыв связей между полимерными цепями молекул целлюлозы с образованием низкомолекулярных углеводов до 39%, материал размягчается, набухает и становится способным к пластическому деформированию.
Недостатком известного изобретения является то, что выявлена роль щелочи в обеззараживании корма.
Известен способ приготовления кормов и установка для его осуществления (патент России №2261621, A23K 1/14, A23N 17/00, B02C 9/04, от 10.10.2005 г.), (прототип) включающий смешивание зерновых культур с водой, гидродинамическое, кавитационное и тепловое воздействие. В процессе многократного движения смеси зерна и воды по замкнутому контуру зерно измельчается до гомогенного состояния, а температура суспензии доводится до 50÷70°С.
Недостатками известного способа являются:
- применение только кавитационного воздействия на бактерии и микотоксины, содержащиеся в корме, уничтожение которых в изобретении не отображено.
- Возможность переработки только злаков зерновых культур на корма и отсутствие возможности использования грубых кормов и корнеплодов.
Известно применение органических кислот в животноводстве:
1. - (органические кислоты в рационах свиней при выращивании и откорме Ж. «Комбикорма №3 - 2005 г. стр.63-64) согласно известному способу применяются органические кислоты (муравьиная, сербиновая, уксусная, лимонная, молочная, пропионовая), действие которых происходит как в корме, так и в желудочно-кишечном тракте животных, особенно в желудке и тонком кишечнике.
Недостатками известного способа являются:
- необходимость высокой точности в дозировке кислот из-за отсутствия их нейтрализации перед скармливанием;
- наличие падежа животных даже при точном наборе названых органических кислот;
- отсутствие других средств воздействия на патогенную микрофлору, например, кавитационного.
2. (Применение органических кислот в животноводстве, Ж. «Комбикорма», №6 - 2005 г., стр.74-75), в которой рассматривается способ и технология метаболизма кислот в организме животных (в течение дня в рубце коровьем образуется до 1,5 кг пропионовой кислоты, у поросят она производится бактериальной флорой в толстом кишечнике, у птицы в зобу), а также возможность подкисления питьевой воды для животных с целью обеззараживания.
Недостатками известного способа применения органических кислот в животноводстве являются:
- необходимость точной дозировки органических кислот, в зависимости от вида бактерий, живущих в корме;
- отсутствие гарантии падежа животных;
- отсутствие других средств воздействия на патогенную микрофлору, например кавитационного.
Известен способ приготовления соевого молока (патент России №2262239, A23C 11/10 от 20.10.2005 г.), согласно которому семена сои очищают, замачивают в активированной воде при рН 10-12 и температуре 50-60°С в течении 80-90 минут до влажности семян 20-25%, а процесс мокрого измельчения осуществляют в присутствии активированной воды при температуре 100-110°С с последующей фильтрацией.
Недостатками известного способа являются:
- большой расход электроэнергии на получение активированной воды электролизом;
- необходимость подогрева воды для замачивания сои до температуры 62°С;
- отсутствие возможности полной инактивации уреазы и ингибатора трипсина;
- необходимость проводить мокрое измельчение семян сои при температуре 100-100°C.
Известен способ получения соевого молока (патент России №2226840, A23C 11/10 от 20.04.2004 г.), согласно которому исходное сырье замачивают, промывают, смешивают набухшие зерна бобов сои с новой порцией воды, измельчают в жидкой среде с одновременным экстрагированием белка водой, отделяют белковую основу от осадка, производят температурную обработку, отличительной особенностью способа является то, что замачивание сои осуществляют в 0,3-0,35 мас.% гидрокарбоната натрия и 0,2-0,25 мас.% сульфата аммония при рН 8,2-8,6 и температуре 35-40°С. Промывают сою до нейтрального рН, смешивают с новой порцией воды и проводят экстрагирование в водной среде в течение 15-20 минут при температуре 35-40°С до размера частиц 30-50 мкм. Затем соевую основу отделяют фильтрованием, вносят 2-2,5% мас.% морковно-патогенного полуфабриката, 0,2-0,3 мас.% пектина и проводят термообработку при температуре 83-87°С с последующей гомогенизацией и охлаждением.
Недостатками известного изобретения являются:
- неполное использование бобов сои для получения молока;
- сложность технологического процесса;
- неполное разложение антипитательных веществ уреазы и ингибатора трипсина;
2
Известен способ обработки полножирных соевых бобов (патент России №2313226 A23J 1/14 от 27.12.2007 г.), согласно которому полножирные соевые бобы влажностью 13,5-14,5% очищают от инородных тел, напыляют на их поверхность воду в количестве 2-3% к массе бобов, затем соевые бобы подвергают инфракрасному облучению при плотности лучистого потока кВт/м до температуры 116-118°С в течении 45-50 сек и помещают в теплоизолированный бункер для проведения процесса темперирования, который продолжается 5-7 мин и охлаждают до температуры окружающей среды.
Недостатками известного способа являются:
- большие энергозатраты на скоротечный инфракрасный разогрев бобов сои, которые не обеспечивают полного разложения уреазы и ингибиторов трипсина, находящихся в центре бобов.
Известен способ обработки растительного сырья (патент России №2311795, A23K 1/12 от 10.12.2007 г.), согласно которому измельченное сырье загружают в реактор, который герметизируют. Из реактора откачивают воздух, выдерживают в течении 10 мин, а затем в реактор нагнетают раствор кислоты 0,2% при температуре, близкой к 100°С (соляная или серная кислоты). После 2,5-часовой выдержки производят гидролиз сырья путем подачи пара и поддержания в реакторе температуры 85-100°С. После завершения гидролиза жидкость из реактора сливают, кислоту нейтрализуют едким натром NaOH до рН - 6,0÷7,0. Затем нейтральную жидкость закачивают в реактор, вновь пропитывают сырье, выдерживают 10 мин, сливают жидкость проверяют рН, при необходимости нейтрализуют кислотность и вновь повторяют пропитку, слив, проверку рН до нейтрального. Затем корм извлекают из реактора.
Недостатками известного способа являются:
- необходимость пропаривания сырья для осуществления гидролиза целлюлозы и крахмалов в сахара;
- необходимость иметь оборудование для вакумирования сырья, а затем для обработки под повышенным давлением и высокой температуре.
Известен способ переработки грубого растительного сырья на корм (патент России №2292158 A23K 1/12 от 27.01.2007 г.), сущность которого заключается в том, что измельченное до 1÷17 мм сырье смешивают с 0,3÷0,4% водным раствором соляной кислоты при температуре 60-80°С. Полученную суспензию подвергают гидролизу острым паром при температуре 120-150°С и рабочем давлении 0,2÷0,5 МПа, с дополнительным импульсным воздействием острого пара. Содержание сахаров после такой обработки корма: в жидкой фазе до 45% в пересчете на сухое вещество, в твердой фазе 3-4%.
Недостатками известного способа являются:
- отсутствие нейтрализации остатков кислот в корме какой-либо щелочью.
- необходимость иметь в местах приготовления корма пар и острый пар.
Известен способ приготовления жидкого зернового корма (патент России №2313229, A23K 1/00 от 27.12.2007 г.), включающий дозирование зерна, загрузку зерна и воды в бункер, подачу зерна и воды в измельчающее-нагревательный аппарат, измельчение, нагрев и смешивание в подогретой до 63-80°С воде.
Недостатками известного способа являются:
- предварительное измельчение зерна;
- предварительный нагрев воды до 63-80°С;
- отсутствие надежного обеззараживания приготовления корма.
Известно устройство, установка для приготовления кормов (патент России №2261621, A23K 1/14 от 10.10.2005 г.), в которой готовится смесь корма и воды, включающая камеру измельчения с входным и выходным патрубками.
По кормовому трубопроводу смесь из бункера попадает в камеру измельчения. Лопатками ротора смесь проталкивается через каналы статора, имеющего переменное сечение, в которых за счет изменения скорости потока происходит и изменение давления в смеси, что приводит к образованию пузырьков газа и пара.
Недостатками известного устройства являются то:
- что зонами устойчивого возникновения кавитационных пузырьков могут быть только каналы переменного сечения.
- недостаточно четкое понимание условий возникновения и схлопывания кавитационных пузырьков, а именно; в зонах с пониженным давлением кавитационные пузырьки возникают и только тогда, когда смесь переместится в зону повышенного давления, кавитационные пузырьки охлопываются.
Известна технологическая линия для приготовления кормов «Тихенко-Аргус» патент России №2223013, A23N 17/00, A23K 1/00, от 10.02.2004 г. Включающая последовательно соединенные и технологически связанные дозагрузочное устройства, транспортер, магнитную колонку, рабочую емкость, измельчитель для цикличной переработки сырья. Сырье для приготовления корма, например фуражное зерно, засыпается в загрузочное устройство, из которого по транспортеру направляется в очиститель сырья. Очистившись от механических примесей, сырье поступает в дозатор, в который одновременно добавляют различные добавки, улучшающие питательность корма. В емкость диспергатора заливают воду, запускают насос и транспортером подают в емкость сырье.
Диспергатором обеспечивается в результате многократного прокачивания смеси размол зерна, эмульгирование и тепловой разогрев, получение пастообразного корма для животных.
Недостатками известной технологической линии для приготовления кормов являются:
- возможность переработки только злакового сырья;
- малая плотность кавитации в рабочих органах из-за выполнения отверстий в роторе в виде дозвуковых сопл, профиль которых предназначен для газов, а не для жидкостей;
- изготовление каналов в статоре в виде отверстий с выходом обрабатываемой суспензии через торцевые поверхности - также не способствуют повышению плотности кавитации. Более логично было бы торцевые поверхности отверстий заглушить, оформить набегающую кромку надлежащим образом и заставить работать отверстия как гидродинамические излучатели Левассера.
Известно устройство для переработки грубого растительного сырья на корм, патент России №2292195, A23N 17/00 от 10.06.2005 г, включающее аппарат для переработки сырья, снабженный загрузочными и разгрузочными приспособлениями, выполненное в виде закрепленных одна в другой цилиндрических емкостей разного диаметра, соединенных между собой паропроводом через электромагнитный клапан. Известное устройство обеспечивает деструкцию соломы в целом и существенное повышение концентрации сахаров и переваримого протеина в получаемом корме, жидкая фаза которого содержит 30-35% сахаров и 7-8% протеина от сухого остатка.
Густую суспензию, образованную в смесителе из предварительно измельченного сырья, смешивают с 0,3-0,4% раствором соляной кислоты при температуре 60-80°С, подают во внутреннюю емкость устройства и обрабатывают перегретым паром при температуре 120-150°С и давлении 0,2-0,5 МПА.
Недостатками известного устройства являются:
- необходимость иметь механизм для измельчения грубых кормов;
- необходимость иметь перегретый пар;
- отсутствие реакции нейтрализации остатков соляной кислоты в корме.
Известно устройство для переработки грубого растительного сырья на корм, патента России №2300296, A23N 17/00 от 10.06.2007 г.
Известное устройство представляет собой U-образный аппарат с двумя вертикальными колоннами, соединенными в верхней части паропроводом. Сырье, предварительно измельченное до размера частиц 1-17 мм и смешанное в смесителе с горячей водой (60-80°С) и соляной кислотой (концентрация раствора 0,3-0,4%) в массовом соотношении - растительное сырье: жидкость (1/1,15)/10-15).
В середину устройства непрерывно поступает острый перегретый пар для создания в устройстве температуры 120-150°С и рабочего давления 0,2-0,5 МПа.
Недостатками известного устройства являются:
- необходимость иметь механизм для измельчения грубых кормов до размеров частиц 1÷17 мм;
- необходимость иметь перегретый пар;
- отсутствие реакции нейтрализации остатков соляной кислоты в корме.
Известно гидрокавитационное устройство патент России №2236915, B08B 3/02 от 27.09.2004 г, содержащее корпус, в корпусе последовательно расположены входной цилиндрический канал, несколько камер с внутренней цилиндрической поверхностью и диффузор, расположенные соосно, камеры между собой соединены промежуточными цилиндрическими каналами.
Назначение гидрокавитационнгое устройства - последовательное увеличение кавитационных пузырьков в жидкости, начиная от входного цилиндрического канала до диффузора (постепенно расширяющегося трубопровода).
Расширяющаяся струя жидкости направляется на обрабатываемую поверхность, при достижении которой кавитационные пузырьки охлопываются в области возникающего скоростного напора.
(Р.Р.Чугаев. «Гидравлика». - М.: Энергия, 1971 г., стр.81.)
где
0
h - напор жидкости;
а - корректив кинетической энергии;
V - скорость жидкости.
В условиях резкого скачка давления на поверхности и вблизи стенки кавитационные пузырьки интенсивно «охлопываются», вызывая весь набор кавитационных эффектов.
Недостатками известного устройства являются:
- соотношение длины и диаметра входного промежуточного цилиндрических каналов, а также камер, не в полной мере способствует максимальному образованию кавитационных пузырьков (Р.Р.Чугаев «Гидравлика». - М.: Энергия, 1971 г. стр. 310.)
Завершающий устройство диффузор с углом β=30° не способствует интенсивному образованию кавитационных пузырьков (Р.Р.Чугаев «Гидравлика», стр.139), можно заменить резко расширяющимся насадком Борда.
Известен роторно-диспергирующий аппарат (варианты) патент России №2208472, B01F 7/28 от 20.07.2003 г. прототип, предназначенный для получения мелкодисперсных эмульсий, суспензий, гомогенных смесей из целых плодов, теста, приготовляемого из целых зерен, мясных и рыбных паст, кормовых смесей для животных, с возможностью предварительного измельчения продукта непосредственно в аппарате и стерилизации в нем же.
В известном аппарате, состоящем из установленного на вращающемся валу ротора, имеющего лопатки внутри и обечайку с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными против вращения ротора, а также из коаксиального ему статора, закрепленного на корпусе между роторным и лопатками и роторной обечайкой, имеющего диаметральное сечение трапецеидальной формы с прорезями, выполненными под углом к диаметру и направленными по ходу вращения ротора, расширяющиеся наружу прорези статора выполнены под углом 70-90° к диаметру, имеют наклон внутрь на угол 10-15° и могут иметь на режущей кромке пилообразные зубчики, а расширяющиеся наружу прорези ротора выполнены под углом 15-45° к диаметру и имеют наклон наружу на угол, равный углу наклона прорезей статора.
Для достижения предварительного измельчения материала лопатки ротора могут быть выполнены выступающими над входным отверстием ротора, загнуты навстречу движению и иметь острую входящую кромку, на которой тоже могут быть выполнены пилообразные зубчики.
Для исключения возникновения воронкообразных вихрей в потоке и для очищения лопаток ротора перед ними установлены с зазором менее 1 мм прикрепленные к корпусу неподвижные пластины, расположенные вдоль потока, а над пластинами с зазором менее 1 мм на продолжающемся валу ротора установлены вращающиеся вместе с ротором ножи.
Сущность изобретения состоит в том, что расположение прорезей в статоре под углом 70-90° к диаметру исключает необходимость затыловки, а расширение прорезей в наружную сторону делает маловероятным забивание прорезей обрабатываемым материалом. Кроме того, зубцы статора приобретают свойство самозатачивания. Износ внутренней поверхности статора на 2-3 мм не влияет на работоспособность аппарата, а поскольку зубцы при означенном расположении прорезей получаются крупными, то даже при столь значительном износе остаются достаточно прочными.
Недостатками известного аппарата являются:
- роторно-пульсаторная конструкция пары ротор - статор, что способствует периодическому, а не постоянному возникновению кавитационных пузырьков;
- при попадании внутрь ротора предметов значительной твердости происходит интенсивное истирание режущих кромок прорезей в роторе и статоре;
- однорядное расположение ножей не позволяет производительно измельчать корнеклубнеплоды и бахчевые с твердой коркой;
- интенсивный кавитационный износ прорезей ротора и статора, присущий веем роторно-пульсаторным аппаратам;
- отсутствие возможности переместить схлопывание кавитационных пузырьков с поверхности оборудования в обрабатываемый материал.
Известна группа изобретений, патент России №2316227 C1 от 10.02.2008 г. «Способ приготовления жидких кормов и установка для его осуществления» - прототип -, включающая приготовление гуминовых кислот и гуматов из торфа и бурого угля, приготовление комбикормов из фуражного зерна и отходов зернопереработки, приготовление жидких кормов из растительного сырья в виде грубых и сочных кормов, смешивание всех компонентов, охлаждение и выдачу по назначению путем кавитационного диспергирования до достижения температуры смеси 60-80°С, при которой происходит перевод крахмалов в легкоусвояемые вещества, и клейстеризация полученной суспензии.
Установка для приготовления жидких кормов включает несколько технологических линий для приготовления компонентов корма.
Недостатками известного способа и установки для его осуществления являются:
- отсутствие кислотного воздействия на патогенную микрофлору, содержащуюся в кормах;
- отсутствие возможности приготовления кормов из кормовых овощей и бахчевых культур;
- сложность технологических линий по приготовлению компонентов корма.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлены изобретения, является создание способа приготовления жидких кормов с кавитационным и химическим их обеззараживанием и установки для его осуществления, позволяющего в условиях животноводческих ферм готовить полноценные, легкоусваемые, гомогенизированные, обеззараженные корма с повышенным содержанием сахаров переваримых протеинов. Заявляемая технология позволяет готовить корма из предварительно измельченных до (1÷30 мм) зеленых, грубых, гуменных кормов, сочных кормов (силос, кукуруза, подсолнечник…); без предварительного измельчения из корнеклубнеплодов (свекла, морковь, турнепс, картофель, топинамбур), капусты всех видов, бахчевых кормовых культур (тыква, кабачки, кормовые арбузы), а также и цельных зерен фуражных злаковых зерновых культур (кукуруза, ячмень, овес, просо), зернобобовых культур (горох, вика, чечевица, соя), отходов технических производств, получаемых при переработке промышленностью растительного сырья (отруби, мучная пыль, жмыхи и шроты), отходов бродильного и крахмального производства (солодовые ростки, пивная дробина, барда, патока, пищевые отходы).
Осуществление частичного гидролиза крахмала и целлюлозы, содержащихся в кормах, для получения легкоусваемых моно- и полисахаридов, таких как глюкоза, фруктоза, мальтоза, патока, декстрины.
Еще одной задачей изобретения является разработка установки для одновременного измельчения компонентов корма в воде, кавитационного обеззараживания, гомогенизации, разогрева смеси, гидролиза крахмала и целлюлозы, содержащихся в кормах, в присутствии минеральной кислоты, например соляной, с последующей ее нейтрализацией.
Техническим результатом изобретений является способ приготовления жидких кормов из широкого спектра сырья. Корм может быть приготовлен как из отдельного компонента, так и из комплекса, включающего растительную, комбикормовую и иную составляющие, а также кормовые добавки (микро-, средне- и макродобавки).
Жидкие корма, приготовленные по предлагаемому способу, представляют гомогенную однородную, обеззараженную массу, могут применятся как для откорма мясных пород крупного рогатого скота, так и для дойного стада, выпойки молодняка, содержания и откорма свиней различных возрастов, а также входить в рационы других животных.
На фиг.1 изображена заявляемая установка для кавитационного приготовления жидких кормов с одновременным измельчением, включающая;
1 - емкость;
2 - приводной вал с корпусом подшипников;
3 - муфта;
4 - электродвигатель;
5 - рама;
6 - кольцо статора с гидравлическими кавитационными устройствами;
7 - ножи;
8 - направляющая решетка;
15 - сливной кран.
На фиг.2 изображен разрез установки по сечению А-А, включающий:
1 - емкость;
6 - кольцо статора;
13 - ротор;
14 - гидравлическое кавитационное устройство в сборе.
На Фиг.3 изображен продольный разрез гидравлического кавитационного устройства, включающий:
9-11 - круглоциллиндрические насадки Вентури;
10 - резонирующая камера;
12 - внезапно расширяющийся насадок Борда.
Подробное описание изобретения.
Поставленные технические задачи достигаются тем, что:
а) В кавитационном способе приготовления корма или составляющей корма из предварительно измельченных до (1-30 мм) зеленых, грубых, гуменных кормов, сочных кормов (силос, кукуруза, подсолнечник), включающем кавитационную обработку растительного сырья в водном растворе (0,3-0,4%) соляной кислоты, в результате которой происходит угнетение патогенной микрофлоры, содержащейся в корме, гомогенизация смеси и ее разогревание до 60-80°С.
Известно, что в сложном желудке животных клетчатка частично переваривается и обрабатывается большими колониями микроорганизмов, населяющих рубец. Животным с таким желудком для сохранения моторики желудочно-кишечного тракта часть кормов необходимо сохранять в первозданном или частично обработанном виде, а меньшую часть желательно кавитационно раздробить, разволокнить и перевести часть клетчатки (целлюлозы) в крахмал и сахара.
У животных, имеющих однокамерные желудки (лошади, свиньи) грубые корма перевариваются хуже, так как переваривание и всасывание основного количества питательных веществ рациона происходит в кишечнике. Для таких животных предварительная кавитационная обработка грубых кормов с целью перевода питательных веществ в легкоусваемые формы значительно снижает затраты энергии на переваривание корма и приносит значительное повышение продуктивности.
6
10
5
n
Сущность кавитационного воздействия в растворе соляной кислоты на растительное сырье (зеленые, грубые, гуменные и сочные корма) заключается в следующем: клетчатка (целлюлоза), как и крахмал, являются природными полимерами. Эти вещества имеют одинаковые по составу структурные звенья и, следовательно, одну и ту же молекулярную формулу (CHO).
Молекулы целлюлозы и крахмала различаются структурой. Молекулы крахмала чаще всего имеют разветвленную структуру, молекулы же целлюлозы - только линейную структуру. Этим и объясняется, что целлюлоза, имеющая значительно большее значение n, образует также волокнистые материалы, как хлопок, лен, пенька и т.д.
Для получения глюкозы крахмал или целлюлозу нагревают в растворе минеральных кислот, а когда процесс гидролиза закончится, кислоту нейтрализуют. Если процесс гидролиза не доводить до конца, то в результате получается густая сладкая масса - смесь декстринов и глюкозы - патока.
В процессе кавитационного диспергирования растительного сырья в водном растворе соляной кислоты часть клетчатки преобразуется в крахмал, а под действием высоких температур в зоне схлопывания кавитационных пузырьков происходит частичный гидролиз крахмала в сахара.
Суммарно гидролиз целлюлозы может быть выражен тем же уравнением, что и гидролиз крахмала.
6
10
5
n
2
6
12
6
(CHO)+n·HO→n·CHO.
б) В кавитационном способе приготовления корма, или составляющей корма, из корнеплодов (свекла, морковь, турнепс, картофель, топинамбур), капусты всех видов, бахчевых кормовых культур (тыква, кабачки, кормовые арбузы), включающем измельчение корнеклубнеплодов, смешивание с водным (0,3-0,4%) раствором соляной кислоты, кавитационную обработку смеси, в результате которой происходит угнетение патогенной микрофлоры, содержащейся в корме, гомогенизация смеси и ее разогревание до 60-80°С, корнеплоды обладают относительно низкой питательностью корма и их отличает содержание большого количества воды (70-90%) и малое содержание клетчатки. В них много углеводов, что делает их диетическими кормами, охотно поедаемые животными.
Сущность кавитационного воздействия в растворе соляной кислоты на корнеклубнеплоды заключается в следующем:
- в результате воздействия высоких температур, в присутствии соляной кислоты, происходит гидролиз крахмала и клетчатки в сахара;
- большая часть витаминов выходят в раствор;
- пектиновые вещества, содержащиеся большей частью в кожуре, выходят в раствор;
Недостаток в корнеклубнеплодах кальция и фосфора необходимо корректировать в процессе приготовления корма в зависимости от предназначения.
в) В кавитационном способе приготовления корма, или составляющей корма, из цельных зерен фуражных злаковых зерновых культур (кукуруза, ячмень, овес, просо) зернобобовых культур (горох, вика, чечевица, соя), включающем кавитационнцю обработку цельных зерен в водном растворе (0,3-0,4%) соляной кислоты, которую осуществляют путем кавитационного диспергирования в водном растворе зерен злаков и зернобобовых культур до достижения температуры смеси 60-80°С, при которой в присутствии кислоты происходит гидролиз крахмалов и их переход в легкоусвояемые вещества и клейстеризация полученной суспензии. Такими веществами чаще всего бывают моносахариды, дисахариды, трисахариды (глюкоза, фруктоза, сорбоза, мальтоза, галактоза и т.д.).
Известно, что на поле зерновые культуры больше всего поражаются грибами рода Fuzarium graminearium и F. Culmoram. Эти грибы вырабатывают два микотоксина - дезоксиневаленол (ДОН) и зеараленон (ЗЕА).
Из всех сельскохозяйственных животных свинья - самая чувствительная к микотоксинам. ДОН вызывает потерю аппетита и рвоту, поражает иммунную систему организма и, в конечном итоге, приводит к падежу животных. Эти обстоятельства вызывают необходимость угнетения патогенной микрофлоры, содержащейся в кормах, перед скармливанием. И кавитационная обработка в кислой среде полностью справляется с этой задачей.
Широкое применение зернобобовых культур также осложнено наличием в бобах антипитательных веществ - уреазы и ингибиторов трипсина, которые разлагаются при повышенных давлениях (40-50 атм) и температурах 110-170°С.
В зоне схлопывания кавитационных пузырьков температура составляет 500-1500°С, а давление до 2000 атм, что способствует полному разложению уреазы и ингибиторов трипсина, что дает возможность готовить корма из полножирных бобов (гороха, вики, чечевицы, сои).
г) В кавитационном способе приготовления корма или составляющей корма, из отходов технических производств, получаемых при переработке растительного сырья (отруби, мучная пыль, жмыхи шроты) отходы бродильного крахмального производства (солодовые ростки, пивная дробина, барда, патока, жом, пищевые отходы), включающем кавитационную обработку отходов в водном растворе (0,3-0,4%) соляной кислоты, в результате которой происходит угнетение патогенной микрофлоры, содержащейся в корме, гомогенизация, разогрев до 60-80°С, частичный гидролиз клетчатки, разложение антипитательнцых веществ, содержащихся в жмыхах и шротах.
После приготовления корма из смеси или одного компонента производят его нейтрализацию едким натром с образованием пищевой соли по реакции
2
HCl+NaOH=NaCl+HO
д) Разработана установка для кавитационного приготовления с одновременным измельчением корма, гомогенизации, разогрева смеси, гидролиза крахмала и целлюлозы в присутствии соляной кислоты. Установка состоит из следующих основных деталей: емкости - 1, приводного вала с корпусом подшипников - 2, муфты - 3, электродвигателя - 4, рамы - 5, кольца статора - 6, ножей - 7, направляющей решетки - 8, ротора - 13, гидравлических кавитационных устройств - 14, сливного крана - 15.
Осуществление заявляемого способа приготовления обеззараженных жидких кормов происходит следующим образом:
В емкость - 1 наливается вода, из любого источника с температурой от +5 до 40°С, в которую из расчета концентрации (0,3-0,4%) добавляется соляная кислота. После запуска электродвигателя раствор соляной кислоты поступает во всасывающее отверстие ротора - 13, лопатками которого под действием центробежной силы направляется в гидравлическое кавитационное устройство - 14, расположенное в кольце статора - 6, а затем в периферийную нижнюю часть емкости.
Технологи приготовления корма или составляющей корма из зеленых, грубых гуменных или сочных кормов осуществляется следующим образом: измельченные до (1-30 мм) зеленые, грубые, гуменные или сочные корма засыпаются в направляющую решетку - 8. Опускаясь под действием силы тяжести, корм попадает на два ряда ножей, которые дополнительно измельчают частицы корма и смешивают его с водным раствором соляной кислоты. Далее смесь поступает во всасывающие отверстия ротора, из которого под действием центробежной силы с большой скоростью направляется в гидравлические кавитационные устройства, расположенные в кольце статора.
Входные отверстия гидродинамических кавитаторов выполнены как внезапное сужение трубопровода (Т.М.Башта «Машиностроительная гидравлика».: Машиностроение - 1971 г., стр.82).
Смесь корма с раствором соляной кислоты, проходя мимо прямоугольной кромки входного отверстия, благодаря силам инерции смеси сжимается в круглоциллиндрическом насадке Вентури - 9, с образованием кольцевой водоворотной зоны - А. Затем струя смеси расширяется и заполняет весь насадок. Сама водоворотная зона - А, как и транзитная струя смеси, в пределах этой области характеризуется наличием вакуума, это первый участок образования кавитационных пузырьков в смеси.
Под действием силы инерции смесь корма, водного раствора соляной кислоты и кавитационных пузырьков направляется в резонирующую камеру - 10. Проходя через резонирующую камеру - 10, транзитная струя смеси образует вторую кольцевую водоворотную зону - Б. Поверхность раздела между транзитной струей и водоворотной зоной выражена нечетко. Она носит неустановившийся и неустойчивый характер. Периодически эта поверхность получает местные искривления, которые, попадая в транзитную струю, уносятся ею. Поверхность же раздела вновь восстанавливается с тем, чтобы в последующие моменты опять распасться, вызывая пульсацию скоростей, импульсы вакуума и давлений. Это второй участок образования кавитационных пузырьков. Далее транзитная струя смеси попадает в круглоциллиндрический насадок Вентури - 11, работа которого аналогична насадку - 9, в котором образуется кольцевая водоворотная зона - В. Это третий последовательно расположенный участок образования кавитационных пузырьков.
Транзитная струя смеси, прошедшая три участка насыщения кавитационными пузырьками, попадает во внезапно расширяющийся насадок Борда - 12, в котором образуется четвертый участок с пониженным давлением, водоворотная зона - Г.
Из насадка Борда - 12 смесь корма, водного раствора соляной кислоты и кавитационных пузырьков с большой скоростью влетает в слой обрабатываемой кормовой смеси, расположенной между кольцом статора - 6 и корпусом - 1.
Давление смеси на плоскую стенку емкости равно
2
Р=ρ·υ·Q=ρ·ω·υ,
где
ρ - плотность смеси;
ω - поперечное сечение потока;
Q - секундный расход смеси;
υ - средняя скорость потока смеси.
2
Если напротив каждого гидравлического устройства установить стаканчики то давление удваивается р=2ρωυ (Т.М.Башта «Машиностроительная гидравлика», стр.116-117).
Известно, что чем выше давление в области исчезновения «схлопывания» кавитационных пузырьков, тем выше забросы давлений, температуры в точках их исчезновения, тем энергичнее ударные волны и т.д.
Все это способствует уничтожению патогенной микрофлоры корма, разогреву смеси, протеканию гидролиза крахмалов и целлюлозы.
Затем смесь через направляющую решетку поступает вновь в ротор, и процесс повторяется до набора смесью температуры 60-80°С. После набора необходимой температуры в смесь добавляется едкий натр в необходимых количествах, и по достижении рН 6,8-7,0 корм готов. Далее его переливают в накопительную емкость, в которой он остывает, а затем выдают животным либо в смеси с другим кормом, либо отдельно.
Технология приготовления корма из корнеклубнеплодов, капусты и бахчевых кормовых культур отличается от вышеописанной тем, что в емкость с раствором соляной кислоты в направляющую решетку загружают корнеклубнеплоды и до приемлемых размеров разрубленную капусту и бахчевые кормовые культуры. Опускаясь под действием силы тяжести корнеклубнеплоды, капуста и бахчевые культуры измельчаются двумя рядами ножей и смешиваются с водным раствором соляной кислоты. Далее смесь поступает в ротор, затем проходит через гидравлические кавитационные устройства, в которых непрерывно происходит насыщение смеси кавитационными пузырьками, а затем, покидая их, с большой скоростью влетают в кормовую смесь, находящуюся между кольцом статора и емкостью, где в области повышенного давления происходит интенсивное схлопывание кавитационных пузырьков, гомогенизация смеси, ее обеззараживание, разогрев и гидролиз. При достижении температуры смеси 60-80°С ее нейтрализуют едким натром и сливают в накопительную емкость.
Технология приготовления корма или составляющих корма из цельных зерен фуражных злаковых зерновых культур, зернобобовых культур, отходов технических производств, отходов бродильного и крахмального производства осуществляется следующим образом.
В емкость с водным раствором соляной кислоты засыпаются зерна либо фуражных злаковых зерновых культур, либо зернобобовых культур, либо отходы технических производств, либо отходы бродильного и крахмального производств;
а) фуражные злаковые зерновые культуры (кукуруза, ячмень, овес, просо) засыпаются в водный раствор соляной кислоты в соотношении 1:(2,5÷3). Проходя через двойную ножевую преграду часть зерен раскалывается, смешивается с раствором и направляется во всасывающие отверстия ротора. Из периферийных зон ротора под действием центробежной силы смесь с большой скоростью направляется в гидравлические кавитационные устройства, а затем в зоны схлопывания кавитационных пузырьков, находящиеся между кольцом статора и корпусом.
После неоднократных проходов кормовой смеси или компонентов кормовой смеси через гидравлические кавитационные устройства и зоны схлопывания кавитационных пузырьков зерна злаков измельчаются, смесь гомогенизируется, смесь обеззараживается, часть выделенных крахмалов и клетчатки гидролизуется, при достижении температуры смеси 60-80°С происходит клейстеризация корма. После нейтрализации его едким натром корм сливают в накопительную емкость.
в) зернобобовые культуры (горох, вика, чечевица, соя) после предварительного замачивания или в сухом виде засыпаются в водный раствор соляной кислоты в соотношении 1:(2,5÷3), проходя через два ряда вращающихся ножей зерна частично разрушаются, смешиваются с раствором и направляются в ротор. Из ротора смесь с большой скоростью влетает в гидравлические кавитационные устройства, где активно насытится кавитационными пузырьками, а затем направится в зону схлопывания кавитационных пузырьков. Под воздействием высоких температур антипитательные вещества, содержащиеся в бобах, разрушаются, смесь гомогенизируется, обеззараживается, разогревается, корма, приготовленные из гороха, вики, чечевицы клейстеризуются, а соевая масса превращается в молоко различной консистенции в зависимости от содержания воды. После набора кормом температуры 60-80°С его нейтрализуют едким натром.
г) Отходы технических производств, получаемых при переработке промышленностью, растительного сырья (отруби, мучная пыль, жмыхи и шроты), отходы бродильного и крахмального производства (солодовые ростки, пивная дробина, барда, патока, жом, пищевые отходы) засыпают или заливают в водный раствор соляной кислоты, проходя через два ряда ножей кусковые корма разбиваются на мелкие кусочки, жомная стружка и пищевые отходы измельчаются и все перемешивается с водным раствором соляной кислоты. Далее смесь направляется во всасывающее отверстие ротора, из которого с большой скоростью влетает в гидродинамические кавитационные устройства, где насыщается кавитационными пузырьками, а затем перемещается в зону схлопывания кавитационных пузырьков. Неоднократно проходя через гидрокавитационные устройства, смесь обеззараживается, гомогенизируется, разогревается. При достижении температуры 60-80°С корм нейтрализуется едким натром и сливается в емкость для хранения и остывания.
В целом способ приготовления обеззараженных жидких кормов характеризуется тем, что корма приготавливают из измельченных до 1-30 мм зеленых, грубых, гуменных кормов, сочных кормов (силос, кукуруза, подсолнечник) без предварительного измельчения из корнеклубнеплодов (свекла, морковь, турнепс, картофель, топинамбур), капусты всех видов, бахчевых кормовых культур (тыква, кабачки, кормовые арбузы), цельных зерен фуражных злаковых культур (кукуруза, ячмень, овес, просо), зернобобовых культур (горох, вика, чечевица, соя), отходов технических производств, получаемых промышленностью при переработки растительного сырья (отруби, мучная пыль, жмыхи и шроты), отходов бродильного и крахмального производств (солодовые ростки), пивная дробина, барда, патока, жом, пищевые отходы.
Общим и основным в технологии приготовления кормов является то, что приготовление кормов осуществляется путем измельчения и кавитационного диспергирования, гомогенизации и обеззараживания в водном растворе (0,3-0,4%) соляной кислоты, разогревом до температуры 60-80°С, обеспечивающим гидролиз крахмала и целлюлозы в сахара, разложение антипитательных веществ, с последующей нейтрализацией полученного корма едким натром, причем фуражные злаковые культуры (кукурузу, ячмень, овес, просо) и зернобобовые культуры (горох, вику, чечевицу, сою) засыпают в водный раствор соляной кислоты в соотношении 1:(2,5÷3).
Животным корм, по рецепту зоотехников, выдается как отдельно, так и в различных композициях.
Установка для осуществления способа приготовления жидких кормов работает следующим образом.
В емкость-1 заливается вода количестве, необходимом для приготовления порции корма, в воду добавляют соляную кислоту из расчета 0,3-0,4%. Включают электродвигатель - 4, который через муфту - 3 приводит в движение приводной вал - 2 с закрепленным на нем ротором - 13 и двумя рядами ножей - 7. Компоненты корма засыпаются в направляющую решетку - 8. Под действием силы тяжести компоненты корма проходят через два ряда ножей - 7, находящихся на приводном валу - 2, которыми измельчаются до необходимых размеров и смешиваются с водным раствором соляной кислоты. Далее корм поступает во всасывающее отверстие ротора - 13, лопатками которого отбрасывается к периферии ротора, а затем направляется в гидродинамические кавитационные устройства - 14, радиально расположенные в кольце статора - 6.
Кормовая смесь, проходя мимо прямоугольной кромки входного отверстия, благодаря силам инерции сжимается в круглоцилиндрическом насадке Вентури-9 с образованием кольцевой водоворотной зоны А. Затем струя кормовой смеси расширяется и заполняет весь насадок. Далее транзитная струя направляется в резонирующую камеру - 10, в которой образуется водоворотная зона - Б. Затем струя кормовой смеси направляется в круглоцилиндрический насадок Вентури - 11 с образованием кольцевой водоворотной зоны - 13. Далее струя смеси попадает во внезапно расширяющийся насадок Борда - 12 с образованием кольцевой водоворотной зоны - Г.
Из насадка Борда кормовая смесь, насыщенная кавитационными пузырьками, с большой скоростью влетает в слой обрабатываемой смеси, расположенной между кольцом статора - 6 и емкостью - 1. И в данном месте, напротив каждого гидравлического кавитационного устройства образуются зоны схлопывания кавитационных пузырьков. Кавитационные пузырьки, непрерывно возникая в гидравлических кавитационных устройствах, непрерывно охлопываются в зонах схлопывания, обеззараживают, гомогенизируют, разогревают кормовую смесь. Далее кормовая смесь через направляющую решетку - 8 непрерывно вытесняется к всасывающему отверстию ротора - 13, и цикл обработки повторяется. После набора кормовой смесью температуры 60-80°С и ее нейтрализации едким натром через кран - 15 она направляется в емкость для накопления и остывания.
Пример №10. Кавитационная обработка ячменя, зараженного картофельной палочкой, сальмонеллой и грибковой плесенью.
После 12-минутной кавитационной обработки ячменя в водном растворе соляной кислоты продукт приобрел приятный хлебный запах, микотоксинов, картофельной палочки и сальмонеллы не обнаружено.
Использование и эксплуатация
Заявляемая технология может быть применена как на животноводческих комплексах с большим поголовьем животных, так и на мелких фермерских хозяйствах с небольшим числом животных.
На больших свиноводческих комплексах корм может подаваться по тупиковым кормопроводам без промывки последних, так как корм не портится в течение тех суток, что выгодно отличает заявляемую технологию от технологии «Гидромикс-синхрон», Германия, по которой трубопроводы промываются после каждой подачи (до 10 раз в сутки).
Заявленный способ приготовления жидких кормов позволяет использовать широкий ассортимент сельскохозяйственного сырья для приготовления обеззараженных кормов и может быть осуществлен в любом животноводческом хозяйстве.
Изготовление оборудования для осуществления заявляемого способа может быть налажено на любом машиностроительном предприятии.
Список используемой литературы:
1) Патент России №2267958 от 20.01.2006 г.
2) Патент России №2261621 от 10.10.2005 г.
3) Патент России №2262239 от 20.10.2005 г
4) Патент России №2226840 от 20.04.2004 г.
5) Патент России №2313226 от 27.12.2007 г.
6) Патент России №2311795 от 10.12.2007 г.
7) Патент России №2292158 от 27.01.2007 г.
8) Патент России №2313229 от 27.12.2007 г.
9) Патент России №2223013 от 10.12.2007 г.
10) Патент России №2292195 от 10.06.2005 г.
11) Патент России №2300296 от 10.06.2007 г.
12) Патент России №2236915 от 27.09.2004 г.
13) Патент России №2208472 от 20.07.2003 г.
14) P.P.Чугаев «Гидравлика» - М.: Энергия, Ленинградское отделение - 1971 г., стр.81, 135-140, 310.
15) Л.А.Цветков «Органическая химия» - 10 кл. - М.: Просвящение - 1982 г., стр.151-167.
16) Т.М.Башта «Машиностроительная гидравлика». - М.: Машиностроение - стр.4-49, 78-91, 115-117.
17) А.Ф.Зинер. «Растительные корма. Производство и применение». - М. ACT - Донецк: Сталкер - 2005 г. стр. 2-26, 122-127.
18) Журнал «Комбикорма» №5 - 2005 г., стр.44-45, 51-52, 54-56.