СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОНИЗИРОВАННЫХ ХЛОПЬЕВ ДЛЯ КОРМЛЕНИЯ ЛОШАДЕЙ
METHOD FOR PRODUCTION OF MICRONIZED FLAKES FOR HORSE FEEDING

Изобретение относится к способам производства микронизированных хлопьев для кормления лошадей и может быть использовано в комбикормовой промышленности.
Известен способ микронизации фуражного зерна (Патент РФ №2537541. Способ микронизации фуражного зерна. Сыроватка В.И., Иванов Ю.А., Комарчук Т.В., Жданов H.A. A23L 1/18, A23L 1/025, A23L 1/10, A23L 3/01, - №2013134680/13. - Заявл. 23.07.2013; Опубл. 10.01.2015; Бюл. №1), включающий обработку зерна в два этапа тепловой энергией и энергией СВЧ. Обработку тепловой энергией производят нагревом поверхности зерна паром при температуре 180-300°С, давлении 1,5-12 МПа в течение 10-60 с, энергией СВЧ при той же экспозиции доводят температуру внутри зерна до температуры, равной температуре на его поверхности. Разогретую массу выгружают в камеру вспучивания, в которой температура воздуха 20°С и давление 0,1-0,2 МПа, охлаждают до температуры 36-40°С и увлажняют водяным душем до 30-45% влажности. Образовавшийся пар отводят для предварительной тепловой обработки зерна при температуре 120-130°С, давлении 0,1-0,2 МПа в течение 10-12 мин в теплообменное устройство загрузочного бункера.
Существенным недостатком данного способ микронизации фуражного зерна являются значительные энергозатраты, обусловленные применением СВЧ-нагрева, а, следовательно, высокая себестоимость готовой продукции.
Известен способ нагрева зернового материала с применением (ИК) инфракрасного облучения, при котором зерновой материал поступает на обработку при температуре зерна 15-25°С и влажностью 10-15% и нагревается до температуры 170-190°С. (Плотников В.Г. Повышение эффективности использования зерна. // Сельское хозяйство за рубежом. - 1970. - №10. - С. 38-41). При обработке ИК-излучением зерновой материал поступает на обработку при температуре зерна 15-25°С и влажностью 10-15%. При микронизации зернового материала с указанной температурой необходимо нагреть зерно ИК-облучением до температуры 170-190°С. При этом расходуется большая тепловая энергия, а процесс микронизации зерна происходит за время 1,5-2,0 минуты.
Недостатком этого способа является отсутствие предварительной влаготепловой обработки, что существенно снижает степень декстринизации крахмала и уменьшает эффективность его при скармливании животным и снижает конверсию корма.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ микронизации зерна и устройство для его осуществления (Патент РФ №2573376. Способ микронизации зерна и устройство для его осуществления. Некрашевич В.Ф., Корнилов С.В., Липин В.Д., Воробьева И.В., Силушин П.А. A23b 1/025. - №2014113307/13. - Заявл. 04.04.2014; Опубл. 10.10.2015; Бюл. №28), в котором зерновой материал поступает на обработку при температуре зерна 15≈25°С и влажностью 10≈15% и нагревается до температуры 170≈190°С за счет тепла, передаваемого от микронизированного зерна, и подается на микронизацию с температурой 60≈80°С. Использование изобретения позволит снизить энергозатраты путем подачи исходного материала на микронизацию с температурой 60≈80°С нагретого микронизированного зерна.
Известный способ не обеспечивает высокую усвояемость микронизированного зерна из-за недостаточной клейстеризации крахмала; не обеспечивает экономию энергетических ресурсов.
Технический результат изобретения заключается в разработке способа производства микронизированных хлопьев для кормления лошадей, который позволяет повысить содержание декстринов в зерне, улучшить вкусовые качества и поедаемость кормов, повысить питательную ценность углеводного и протеинового комплексов зерна злаковых и бобовых культур, снизить затраты энергии организма животного на переваривание питательных веществ корма, инактивировать антипитательные вещества и улучшить санитарное состояние, увеличить энергетическую ценность микронизированных хлопьев за счет того, что крахмальные гранулы зерна претерпевают более глубокие изменения, снизить среднесуточное потребление корма лошадьми, приготовленного из микронизированного зерна.
2
Поставленная задача достигается тем, что в способе производства микронизированных хлопьев для кормления лошадей, характеризующимся тем, что осуществляют просеивание, увлажнение зерна водой с температурой 16-20°С при гидромодуле 1:4 в течение от 1 минуты до 10 минут, или водой с температурой 40-60°С в течение 2-4 минут с последующим отволаживанием 48-72 часа для кукурузы, а для ячменя, пшеницы, овса и гороха в течение 4 часов до достижения влажности 26-28%, или увлажнение зерна паром под давлением 0,2-0,3 МПа в течение 2-3 минут до достижения температуры 95-97°С, затем увлажненное зерно подвергают инфракрасному нагреву - микронизации в течение 90-408 секунд до температуры 100-120°С при плотности теплового потока 10-12 кВт/м до достижения влажности 9-13%, после этого микронизированное зерно подвергают плющению в двухвалковой плющилке при зазоре между валками 0,8-1,0 мм и охлаждению-сушке путем продувания воздухом с температурой 18-22°С в течение 5-6 мин до достижения конечной влажности зерновых хлопьев 6-8%.
Объектом данного способа являлись зерна пшеницы, овса, ячменя, кукурузы, гороха, отруби и др. зерновые культуры.
Увлажнение зерна водой вели при изменении температуры в пределах от 16°С до 20°С и длительности обработки - от 1 до 10 минут. На процесс увлажнения оказывает влияние температура воды. Если увлажнять зерно водой с температурой 16-20°С при гидромодуле 1:4, то продолжительность составила: для кукурузы - 10 минут для гороха - 6 минут, а для ячменя, пшеницы и овса - 2-3 минуты до достижения влажности 18-20%.
Затем увлажненное зерно подвергали отволаживанию в течение 48-72 часа для кукурузы, а для ячменя, пшеницы, овса и гороха в течение 4 часов до достижения влажности 26-28%.
Обработка зерна водой с температурой меньше 16°С, например, 14°Сне позволит достичь требуемой влажности, а увеличение температуры воды свыше 20°С, например, 24°С приведет к переувлажнению зерна, что ухудшит показателей качества при дальнейшей обработке.
Сокращение гидромодуля, например, 1:3, не позволит достичь требуемой влажности, а увеличение гидромодуля, например, 1:5, приведет к переходу части водорастворимых компонентов в воду и ухудшению показателей качества.
Сокращение времени обработки водой менее 1 минуты, например, 50 секунд, не позволит достичь требуемой влажности, а времени обработки водой свыше 10 минуты, например, 12 минут, приведет к чрезмерному увеличению влажности зерен, что нежелательно для их дальнейшей обработки.
Как показал визуальный осмотр поперечного разреза зерновок, влага достаточно равномерно распределяется по всему их объему. Кроме того, до данной продолжительности отволаживания наблюдается довольно интенсивный рост показателя степени декстринизации крахмала.
Наиболее интенсивно происходит процесс увлажнения водой, нагретой до температуры 40-60°С. Если увлажнение ячменя, пшеницы и овса проводить водой с температурой 40-60°С в течение 2 минут, увлажнение гороха - в течение 3 минут, и увлажнение кукурузы - в течение 4 минут, то их конечная влажность достигала 26-28%.
Вышеуказанные численные значения параметров (температура воды, продолжительность обработки и конечная влажность зерен) были установлены в результате выполненных экспериментальных исследований.
Если процесс увлажнения зерна водой проводит при температур менее 40°С, например, 35°С, то это не позволит достичь требуемой влажности зерна, а увеличение температуры воды свыше 60°С, например, 68°С приведет к переувлажнению зерна, что ухудшит показателей качества при дальнейшей обработке.
Сокращение продолжительности процесса увлажнения водой, нагретой до температуры 40-60°С менее 2 минут, например, 1 мин приведет к тому, что зерна не достигнут требуемой влажности 26-28%.
Увеличение продолжительности процесса увлажнения водой, нагретой до температуры 40-60°С более 4 минут, например, 5 мин приведет к тому, что зерна достигнут влажности свыше 30%, что ухудшит протекание процесса микронизации.
В качестве примера приведем экспериментальные данные по увлажнению ячменя. О биохимических изменениях в зерне ячменя, происходящих при его увлажнении, судили по степени клейстеризации крахмала (табл. 1).
Из таблицы 1 следует, что в первый момент увеличения влажности зерна ячменя с 11,4 до 17,9%, степень клейстеризации крахмала увеличивается с 12 до 16%. В дальнейшем степень клейстеризации увеличивается незначительно, что связано с увеличением набухаемости зерна при благоприятной температуре 60°С. При изучении влияния влажности зерна при замачивании водой различной температуры установлена та же закономерность: поглощение влаги происходит в два этапа - в начальный период резко возрастает влажность, а затем вода медленно проникает внутрь эндосперма.
Таким образом, в результате экспериментов установлено, что зерно лучше увлажнять водой температурой 40-60°С в течение 2-4 минут.
Увлажнение зерна можно добиться также путем пропаривания, поэтому зерна обрабатывали паром под давлением 0,2-0,3 МПа в течение 2-3 минут до достижения температуры 95-97°С, при этом расход пара колебался в пределах от 110 до 550 г/(кг⋅мин).
Пропаривание зерна сопровождается увеличением его влажности, причем приращение влажности будет определяться условиями процесса: состоянием слоя обрабатываемого зерна, условиями и характером обтекания зерен потоком пара, параметрами и его количеством, длительностью воздействия.
В процессе обработки ячменя паром отмечены изменения физико-механических свойств. При этом процесс увлажнения может происходить очень интенсивно. Так при расходе пара 0,1 кг/кг зерна в минуту влажность зерна в течение 5-7 минут достигает 30%.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что общее содержание декстринов в зерне возрастает с увеличением длительности обработки. В результате обработки паром зерно гораздо быстрее увлажняется и набухает, чем при обработке водой. Для оценки изменения белковой фракции зерна в процессе увлажнения и пропаривания определяли переваримость белка гороха пепсином in vitro до и после обработки.
Результаты определения переваримости протеина in vitro показывают, что увлажнение гороха водой до влажности 18-20%, дальнейшее пропаривание его в течение 30 минут до температуры 100°С не снижает переваримость белка, о чем свидетельствует сравнение коэффициента переваримости протеина зерна до и после обработки.
Экспериментальные данные по клейстеризации крахмала ячменя показали, что в первые 10 минут пропаривания содержание декстринов увеличивается примерно на 0,5-1,0% по сравнению с исходным образцом, через 30 минут - на 1,5-2,0%, а после 60 минут пропаривания - на 4,0-4,5%.
Известно, что под действием теплоты в определенном интервале влажности в зерне происходит преобразование крахмала в декстрины - более простые углеводы. Установлено положительное влияние декстринов на обмен белка в организме и рост животных. В процессе пропаривания зерна под действием высокой температуры и влажности создаются условия для превращения крахмала в декстрины.
Определено, что общее содержание декстринов возрастает с увеличением длительности обработки. В течение 10 мин пропаривания количество декстринов увеличивается примерно на 0,5-1,0%, по сравнению с исходным образцом, через 30 мин возрастает на 1,5-2,0% и по истечении 60 мин - на 4,0-4,5%. Показатели качества увлажненного и пропаренного зерна исследуемых зерновых культур показывают, что хлопья с высокой степенью клейстеризации имеют лучшую переваримость крахмала (in vitro), чем необработанное зерно (таблица 2).
Как показывают результаты исследований, глубина денатурационных изменений, происходящих в ячмене при пропаривании, определяется длительностью обработки (таблица 3).
2
Затем зерна исследуемых зерновых культур, прошедшие влаготепловую обработку (увлажнение с отволаживанием или пропаривание) подвергались микронизации (ИК-нагреву), сущность которой заключается в нагреве зерна ИК-лучами до температуры 100-120°С в течение 90-408 секунд при плотности теплового потока 10-12 кВт/м до достижения влажности 9-13% в зависимости от вида зерна и его состояния.
При этом продолжительность микронизации и температура нагрева зерна для исследуемых зерновых культур соответственно равнялись: для кукуруза - 408 секунд и 110-120°С; для гороха - 156 секунд и 100-110°С; для пшеницы - 214 секунд и 100-110°С; для ячменя - 90 секунд и 100-110°С; для овса - 96 секунд и 100-110°С.
При превышении вышеуказанных продолжительностей обработки нагрева температура зерна достигала 200°С и происходило обгорание цветковых пленок зерна, что ухудшало его товарный вид.
В результате за счет скоростного образования паровоздушной смеси из внутренней влаги зерна происходит его вспучивание. Зерно становится мягким и пластичным.
2
Увеличение плотности падающего потока излучения свыше 12 кВт/м приводит к превышению предельно допустимой температуры нагрева зерна и вызывает подгорание зерен и приводило к уменьшению содержания декстринов в зерне, т.е. ухудшению показателей качества.
2
Недостаточная плотность падающего потока излучения при микронизации зерна менее 10 кВт/м приводит к увеличению длительности его нагрева и испарению влаги из зерна. Оно становится сухим и при плющении крошится, что снижает эффект данного способа обработки.
Критерием оценки эффективности плотности падающего потока излучения при поджаривании зерен служили степень декстринизации крахмала и коэффициент переваримости белка (in vitro), характеризующий отношение переваримости белка к исходному содержанию его в зерне. При увеличении этого коэффициента свыше 7% наблюдается крошимость зерна при плющении, а при снижении его ниже 5% зерно недостаточно пластично.
2
Экспериментально установлено, что рациональное значение плотности падающего потока излучения при поджаривании зерна соответствует 10-12 кВт/м. При этом режиме обработки ИК-обработанный ячмень приобретает наилучшие качества (таблица 4 и таблица 5).
После этого производили плющение микронизированного зерна на двухвалковой плющилке при скорости вращения валков 11,4 м/с и 7,6 м/с. Зазор между валками изменяли в пределах от 0,8 до 1,0 мм. При плющении имеет место механическое разрушение структуры набухших крахмальных зерен - деструкция. Установлено, что с уменьшением величины зазора между валками степень клейстеризации увеличивается (таблица 6).
Установлено (таблица 6), что степень клейстеризации растет с уменьшением величины зазора между вальцами. Хлопья, выработанные при величине зазора менее 0,8 мм, имели хрупкую структуру вследствие того, что зерно подвергалось очень сильному механическому раздавливанию. Кроме того, уменьшение зазора приводит к значительному возрастанию мощности установки. Хлопья, выработанные при величине зазора более 1,2 мм, имели меньшую степень клейстеризации.
Затем плющенные зерна подвергают охлаждению-сушке путем продувания воздухом с температурой 18-22°С в течение 5-6 мин до достижения конечной влажности зерновых хлопьев 6-8%.
Охлаждение хлопьев осуществляли до температуры не выше 10-15°С, температуры окружающей среды.
Изучение процесса охлаждения показало, что с увеличением скорости воздуха, температура продукта снижается быстрее. Если при скорости воздуха 0,2 м/с за 6 минут температура хлопьев составляла 45-50°С, то за аналогичный промежуток времени, но при скорости воздуха 1 м/с, она составляла 23-25°С.
Таким образом, на основании анализа результатов экспериментов установлено, что наиболее интенсивный режим охлаждения без ухудшения качественной характеристики продукта, происходит при скорости воздуха 0,7-0,8 м/с, высоте перемешивающего слоя - 300 мм, продолжительность охлаждения при этом - 5-6 минут.
Исследованиями установлено, что применение гидротермической обработки зерна с последующим плющением (производство хлопьев) обеспечивает повышение переваримости крахмала в 1,5-2,0 раза, снижение доли неперевариваемой клетчатки, инактивацию антипитательных веществ, улучшение переваримость протеина на 15-20%.
Микронизированные хлопья используются для кормления лошадей и дойных кобыл.
Органолептические и физико-химические показатели зерновых хлопьев должны удовлетворять требованиям, представленным в таблице 7.
Деструкция крахмала зерна и перевод его в более простые легко перевариваемые вещества путем влаготепловой обработки зерна и последующего плющения обеспечит производство высокоусвояемых комбикормов.
Как видно из таблицы 7 качественные показатели микронизированных хлопьев соответствуют нормам для комбикормов.
Предложенный способ производства микронизированных хлопьев для кормления лошадей позволяет:
снизить среднесуточное потребление корма лошадьми, приготовленного с использованием микронизированных хлопьев за счет более высокой его усвояемости;
создать экологически чистый корм с высокой питательностью, биологической ценностью и усвояемостью, а также улучшенными микробиологическими показателями;
- получить микронизированные хлопья, обладающие высоким качеством, повысить их усвояемость, повысить содержание декстринов в зерне, способствует его обеззараживанию и разупрочнению;
повысить энергетическую ценность микронизированных хлопьев за счет того, что крахмальные гранулы зерна претерпевают более глубокие физико-химические изменения;
улучшить вкусовые качества и поедаемость кормов, повысить питательную ценность углеводного и протеинового комплексов зерна злаковых и бобовых культур, снижает затраты энергии организма животного на переваривание питательных веществ корма, позволяет инактивировать антипитательные вещества и улучшить санитарное состояние.