Способ производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения и экструдер для ее получения
METHOD OF PRODUCTION OF FODDER PROTEIN SUPPLEMENT FROM RAW MATERIALS OF ANIMAL ORIGIN AND AN EXTRUDER FOR ITS PRODUCTION

Изобретение относится к производству кормовых добавок из кератиносодержащих отходов и может быть использовано для изготовления белкового продукта с высокой питательной ценностью.
Известен способ получения кормовой добавки для собак и зверей на основе кератиносодержащих отходов, описанный в патенте на изобретение России №2505993, опубликованном 10.02.2014 г. Способ получения кормовой добавки для собак и зверей на основе кератиносодержащих отходов характеризуется тем, что он предусматривает измельчение кератиносодержащих отходов совместно с другими ингредиентами кормовой добавки (голозерный овес, морковь красная, жмых льняной, уксусная кислота ледяная, бентонит) до размера частиц 5-10 мм и экструдирование полученной кормосмеси при температуре 450°С и 60 МПа в течение 190 с.
Недостатком данного способа является то, что экструдирование ведут при температуре 450°С, что приводит к распаду аминокислот и уменьшению их содержания в продукте.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является патент России №2203559, опубликованный 10.05.2003 г. Известен способ производства кормовой добавки из сырья животного происхождения влажностью не более 30%, предусматривающий его термообработку под давлением с одновременным перетиранием, обработку сырья ведут путем экструдирования при 100-300°С и 1-40 МПа в течение 2-160 с, а в качестве сырья используют отходы хромовых кож. При этом сырье может дополнительно содержать нитрат и/или нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %: нитрат и/или нитрит натрия - 0,1-3,0 и продукты растительного происхождения.
Недостатком указанного способа является то, что в способе перерабатываются только отходы хромовых кож влажностью не более 30%, кроме того, недостаточное сжимание, разогревание и время продвижения исходного сырья в зазоре между стенкой пресс-экструдера и каналом рабочего органа экструдера-червяка ведет к неполному гидролизу коллагена кератиносодержащих отходов и снижению питательности конечной кормовой добавки. Предлагаемые диапазоны температуры (100-300°С), давления (1-40 МПа) и времени (2-160 с), а также низкое содержание влаги не приводят к полному гидролизу дисульфидных связей (-S-S-) кератиновых белковых молекул кератиносодержащих отходов, поэтому протеолитические ферменты пищеварительных соков животных такую кормовую добавку плохо переваривают. Включение в кормовую добавку нитрата (нитрита) натрия вызывает у животных, и прежде всего у собак и зверей, генерализованный амидный токсикоз и метгемоглобинурию. Способ предусматривает, в большей степени, в основном, удаление токсических соединений хрома в кожевенных отходах, а не повышение кормовой питательности конечного продукта.
Описанные недостатки обусловлены небольшими возможностями оборудования, на котором происходит переработка сырьевого материала. В предлагаемом прототипе сырье сжимается, нагревается и подвергается гидролизу между стенкой экструдера и каналом рабочего органа экструдера - червяка. В зоне гомогенизации продукт окончательно переходит из твердой фазы в вязкопластичную; здесь происходит плавление в результате преобразования механической энергии рабочих органов экструдера в тепловую энергию и за счет внутреннего трения в самом продукте при автогенном режиме работы экструдера. Также продукт может дополнительно подогреваться нагревательным элементом, например спиралью. Регулируемый теплоподвод за счет нагревательной спирали обеспечивает поддержание наиболее рационального температурного режима, необходимого для обеспечения протекания физико-химических изменений с компонентами (белками, углеводами, витаминами и т.д.) обрабатываемого продукта.
В аналогах, в экструдерах, предлагаемых с фильерой и ножом, нож стоит снаружи фильеры экструдера, может иметь отдельный привод, предназначен для отрезания жгута материала, при таком устройстве пары фильера-нож не происходит увеличение температуры и давления при работе самой пары (см. патенты России №2259275, опубликованный 27.08.2005 г., №2422274, опубликованный 14.12.2009 г.).
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения высокопитательной кормовой добавки для животных на основе кератиносодержащих отходов высокой влажности, отвечающей повышенному качеству кормления, способствующей улучшению физиологического состояния животных, в части повышения продуктивности поголовья.
Поставленная задача достигается тем, что в способе производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения, характеризующемся тем, что предусматривается экструдирование влажного сырья в экструдере с термообработкой при 180-250°С под давлением с одновременным перетиранием и гидролизом в течение 30-90 с согласно изобретению обработку сырья ведут с его прохождением в экструдере через тарельчатую фильеру с внутренним дисковым ножом, создающими при вращении относительно друг друга давление 70-100 МПа, а в качестве сырья используют отходы хромовых кож, щетину, отходы шерсти влажностью 60-80%.
Поставленную задачу решают с помощью экструдера, содержащего фильеру и нож, согласно изобретению нож с одной стороны неподвижно поводком вставлен в паз головки экструдера, вращающейся вместе с червячным органом экструдера, с другой стороны - осью в отверстие фильеры, выполненной тарельчатой с выступом, установленной в паз фланца, связанного неподвижно с корпусом экструдера, и зафиксированной относительно фланца гайкой по выступу, при этом фильера и нож выполнены с 6-8 отверстиями диаметром 0,4-2,5 мм, расстояние между тарельчатой фильерой и режущим ножом, расположенным параллельно тарельчатой фильере, - 0,01-0,1 мм.
За счет того, что обработку сырья ведут с его прохождением в экструдере через тарельчатую фильеру с внутренним дисковым ножом, создающими при вращении относительно друга друг давление 70-100 МПа, а в качестве сырья используют отходы хромовых кож, щетину, отходы шерсти влажностью 60-80%, получают высокопитательную кормовую белковую добавку для животных на основе кератиносодержащих отходов высокой влажности, отвечающую повышенному качеству кормления, способствующую улучшению физиологического состояния животных, в части повышения продуктивности поголовья.
За счет того, что нож с одной стороны неподвижно поводком вставлен в паз головки экструдера, вращающейся вместе с червячным органом экструдера, с другой стороны - осью в отверстие фильеры, выполненной тарельчатой с выступом, установленной в паз фланца, связанного неподвижно с корпусом экструдера, и зафиксированной относительно фланца гайкой по выступу, при этом фильера и нож выполнены с 6-8 отверстиями диаметром 0,4-2,5 мм, расстояние между тарельчатой фильерой и режущим ножом, расположенным параллельно тарельчатой фильере, - 0,01-0, 1 мм, получают высокопитательную кормовую добавку для животных на основе кератиносодержащих отходов высокой влажности, отвечающую повышенному качеству кормления, способствующую улучшению физиологического состояния животных, в части повышения продуктивности поголовья.
Заявляемый способ производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения обладает новизной по сравнению с прототипом, отличается от него вышеперечисленными признаками и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Заявляемый, используемый в способе производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения, экструдер, содержащий фильеру и нож, обладает новизной по сравнению с прототипом, отличается от него вышеперечисленными признаками и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Совокупность существенных признаков заявляемого способа производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения и экструдера для осуществления этого способа не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемые способ производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения и экструдер для осуществления этого способа найдут широкое применение, т.е. являются промышленно применимыми.
Сущность предлагаемых способа и устройства производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения поясняется чертежами, где представлено:
на фиг. 1 - кинематическая схема устройства с экструдером для производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения;
на фиг. 2 - вид в разрезе тарельчатой фильеры с дисковым ножом.
Суть технологического процесса способа производства кормовой белковой добавки из сырья животного происхождения заключается в следующем.
Влажное сырье 60-80% из приемного бункера 1 по цепному транспортеру 2 поступает в роторную молотковую дробилку 3 типа ДКУ-2, где измельчается до фракции 2-3 мм, пневмотранспортом 4 подается в дозатор 5 экструдера 6 ПЭМ-2УТ, где подвергается интенсивному перемешиванию для выравнивания влажности, из бункера дозатора 5 поступает под принудительным давлением шнека дозатора в экструдер 6. Влажное сырье, проходя по шнеку экструдера 6, интенсивно перемешивается, перетирается, повышается температура смеси, проходя компрессионные диафрагмы экструдера 6, вода, содержащая в сырье, вскипает, происходит разрыв связей молекул кератина, устойчивые кератины расщепляются (фиг. 1). Для экструдера 6 ПЭМ-2УТ разработана фильера 7 тарельчатого типа и дисковый нож 8, который поводком 9 вставляется в профрезированный паз 10 головки экструдера 6 и вращается вместе с червячным органом экструдера 6. С другой стороны осью 11 дисковый нож 8 вставлен в отверстие 12 тарельчатой фильеры 7, которая выполнена с выступом 13 и установлена в паз 14 фланца 15, связанного неподвижно с корпусом экструдера (не показан), и зафиксирована относительно фланца 15 гайкой 16 по выступу 13. Тарельчатая фильера 7 и дисковый нож 8 выполнены с 6-8 отверстиями 17, 18 диаметром 0,4-2,5 мм, расстояние между тарельчатой фильерой 7 и дисковым ножом 8, расположенным параллельно тарельчатой фильере 7, - 0,01-0,1 мм. Отверстия 17 тарельчатой фильеры 7 перекрываются на доли секунд отверстиями 18 дискового ножа 8, дисковый нож 8, вращаясь относительно тарельчатой фильеры 7, создает дополнительное трение и пиковое максимальное давление в смеси и экструдере 6, что приводит к стабилизации температуры процесса водного гидролиза и увеличению давления до 100 МПа, что в свою очередь благоприятно сказывается на течение реакции в стволе экструдера 6 и полному гидролизу. При выходе продукта после тарельчатой фильеры 7 с дисковым ножом 8 остаток влаги выделяется в виде пара, паровой разрыв окончательно разрывает связи трудноразщеплямых А-кератинов, патогенная микрофлора, грибки, бактерии, токсины уничтожаются.
Перекрывая отверстия 17 тарельчатой фильеры 7 дисковым ножом 8, мы в экструдере 6 поднимаем давление, а трение дискового ножа 8 о внутреннюю плоскость тарельчатой фильеры 7 позволяет удержать температуру процесса, при совпадении отверстий 17 и 18 происходит выход продукта из экструдера, разработанная тарельчатая фильера 7 с внутренним дисковым ножом 8 позволила экструдировать продукты повышенной влажности (фиг. 2).
Это полностью обеззараженный стерильный однородный рыхлый белковый продукт, белок которого находится в легкоусваиваемой форме. При этом тепло, необходимое для осуществления гидролизной реакции, выделяется вследствие интенсивного деформирования сырья и внешнего трения. Необходимое давление в 100 МПа создается в тарельчатой фильере.
В экструдере применена тарельчатая фильера 7 с дисковым ножом 8 для экструдирования влажных продуктов, которая позволяет при влажности 60-80% поднять давление до 100 МПа и стабильно держать температуру не выше 250°С, произвести полный водный гидролиз кератина, расщепить его на усвояемый чистый белковый натуральный продукт и при этом сохранить все аминокислоты, присутствующие в сырье.
Из экструдера 6 в виде порошка продукт поступает в приемник 19, где полностью отделяется от пара и доводится до полного охлаждения. Приемник 19 представляет лотковый шнек, где принудительно отсасывается пар вентилятором, замещая пар холодным воздухом, перемешиваясь и перемещаясь шнеком приемника, продукт интенсивно охлаждается. В дальнейшем продукт попадает в приемник 20 пневмотранспортера 21 и последним подается в бункер-накопитель 22, откуда мешконабивателем 23 расфасовывается в мешки (фиг. 1).
Численные значения диапазонов температуры, давления и времени выбраны исходя из следующего. Нижние границы диапазонов (180°С, 70 МПа, 30 с) обеспечивают полноту протекания реакции гидролиза в стволе экструдера, т.к. при неполном гидролизе снижается усвояемость конечного продукта. Верхние границы диапазонов (250°С, 100 МПа, 90 с) обеспечивают сохранение полученных при гидролизе питательных веществ, т.к. чрезмерное увеличение температуры, давления, времени обработки влечет за собой их разрушение.
Таким образом, описанная в способе экономичная технология в непрерывном потоке изготовления натурально белковой добавки для животных из кератиносодержащих отходов сельского хозяйства и промышленности без применения: химических компонентов, наполнителей, пара. Это полностью обеззараженный (стерильный) однородный рыхлый белковый продукт, белок которого находится в легкоусваиваемой форме.
Сущность изобретения поясняется примерами.
Пример №1: влажность сырья 60%, термообработка при температуре 180°С, создаваемое давление 70 МПа, время перетирания и гидролиз 30 с. На выходе получаем обеззараженный стерильный однородный рыхлый белковый продукт.
Пример №2: влажность сырья 70%, термообработка при температуре 215°С, создаваемое давление 85 МПа, время перетирания и гидролиз 60 с. На выходе получаем обеззараженный стерильный однородный рыхлый белковый продукт.
Пример №3: влажность сырья 80%, термообработка при температуре 250°С, создаваемое давление 100 МПа, время перетирания и гидролиз 90 с. На выходе получаем обеззараженный стерильный однородный рыхлый белковый продукт.
Пример №4: влажность сырья 60%, термообработка при температуре 150°С, создаваемое давление 50 МПа, время перетирания и гидролиз 90 с. Плохо поддается по массовой доле влаги, не экструдируется.
Для всех четырех примеров в Таблице №1 представлены показатели качества полученного кормового продукта в сравнении с кормовой мукой по ГОСТ 17536-82.
Самый хороший результат по показателям качества получается при осуществлении способа по третьему примеру, но в сравнении с кормовой мукой по ГОСТ 17536-82 хороши и первые два примера.
Осуществление способа по четвертому результату (близкому к прототипу по температурному режиму и режиму давления) не приводит к положительному результату даже при самом длительном по времени процессу экструдирования. Перерабатываемая масса плохо поддается по массовой доле влаги, не экструдируется.
Для выявления эффективности применения кормовой белковой добавки, в части повышения продуктивности поголовья, был проведен ряд опытов и исследований лабораторным и практическим методами на свиньях.
Целью этих исследований явилось проведение комплексной оценки нового источника белка.
Для этого потребовалось решить следующие задачи:
- определить химический состав и питательную ценность БКД;
- провести ветеринарно-токсилогические исследования;
- дать зоотехническую и экономическую оценку;
- разработать нормы ввода добавки.
Химический состав и содержание питательных веществ в белковой кормовой добавке изучала ГУ Центральная научно-исследовательская лаборатория хлебопродуктов с применением стандартных методик анализа, принятых в комбикормовой промышленности республики Беларусь.
Научно-хозяйственный опыт по изучению влияния комбикормов с включением белковой кормовой добавки и изучения перевариваемости основных питательных веществ был проведен НАН Беларуси РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по животноводству» в условиях свинокомплекса ОССП «Первомайский» (обособленное структурное сельскохозяйственное подразделение) ОАО «Белорусский автомобильный завод» Смолевичского района Минской области.
В качестве альтернативного источника белка использовался соевый шрот.
Для этого опыта было отобрано 38 голов молодняка свиней на откорме, из числа которых было сформировано 2 группы животных по 19 голов в каждой. 1 группа молодняка свиней (контрольная) на откорме с добавлением соевого шрота 6%, 2 группа молодняка свиней (опытная) с добавлением соевого шрота 2% и кормовой белковой добавки 4%.
В научно-хозяйственном опыте изучали следующие показатели:
1. Перевариваемость основных питательных веществ кормовой белковой добавки
2. Химический состав опытных комбикормов
3. Динамику живой массы - путем индивидуального взвешивания животных в начале и конце опыта, а также по периодам выращивания
4. Экономическая эффективность
Для изучения переваримости основных питательных веществ кормовой белковой добавки был проведен дифференцированный балансовый опыт.
Характеристика кормовой белковой добавки и соевого шрота приведены в таблице №2.
Из полученных данных таблицы №2 выявлено, что энергетическая ценность 1 кг сухого вещества белковой кормовой добавки составляет: 12, 25 МДж обменной энергии и 0,95 корм. ед. (в сравнении обменная энергия и корм. единиц в соевом шроте немного больше, соответственно 13, 89 МДЖ и 1,12).
Также видим, что количество протеина на 1 кг кормовой белковой добавки выше, чем у соевого шрота почти на 70%, незаменимые аминокислоты почти одинаковые, а по некоторым важным для кормопроизводства аминокислотам данные превосходят.
В таблице №3 представлены составы и питательность комбикормов для двух групп свиней, 1 группа (контрольная) с добавлением соевого шрота 6%, 2 группа (опытная) с добавлением соевого шрота 2% и кормовой белковой добавки 4%.
В таблице №4 приведены характеристики кормов с одним соевым шротом 6% и вместе с кормовой белковой добавкой 4% и с соевым шротом 2%.
Выводы для таблицы №3 и таблицы №4 - корма для обоих групп полностью сбалансированные и имеют одинаковую обменную энергию 12,81 и 12,74, группы поставлены в равные условия кормления.
В таблице №5 представлены данные по динамике живой массы подопытных животных с учетом кормов, представленных в таблице №3 и таблице №4.
Анализ данных таблицы №5 свидетельствует о том, что наивысшая продуктивность животных отмечена во 2 группе (опытная группа). Эти животные имели наибольшую живую массу при реализации на мясокомбинат 94,9 кг.
Результаты исследования биологической ценности мяса и субпродуктов показаны в таблице №6, где 1 группа (контрольная) на соевом шроте 6%, 2 группа (опытная) 2% соевого шрота, 4% кормовая белковая добавка.
Как видно из таблицы №6, наблюдается повышение биологической ценности мяса во 2 опытной группе.
Экономическая эффективность использования комбикормов с кормовой белковой добавкой при откорме свиней рассчитывалась исходя из сложившейся на дату проведения опыта стоимости:
- комбикормов;
- отдельных кормовых ингредиентов;
- кормовой белковой добавки и соевого шрота;
- затрат кормов на 1 ц прироста в физическом и денежном выражении;
- стоимости полученной продукции по действующим закупочным ценам.
В таблице №7 представлена экономическая эффективность использования кормовой белковой добавки в составе комбикормов для откорма свиней.
Таким образом, из таблицы №7 мы видим, что реализационная цена 1 кг живой массы составляла 2.25 у.е. Себестоимость 1 кг прироста живой массы (корма занимают в структуре себестоимости 70%) составила соответственно но группам: 1,87,1,64 у.е., а дополнительная прибыль в расчете на 1 кг прироста живой массы от применения комбикормов с кормовой белковой добавкой по отношению к контрольной группе (соевый шрот): 0,23 у.е.
Забой свиней показал, что в опытной группе выявлено - 91,5% свиней II категории и - 8,5% III категории; в контрольной группе - 43,9% II категории, - 56,1% III категории.
II категория - это свиньи мясные с наименьшим содержанием сала, III категория - свиньи с большим содержанием сала.
Вывод: в опытной группе были преимущественно мясные свиньи, в контрольной - половина жирных животных.
1. Кормовая белковая добавка является ценным белковым компонентом для использования в комбикормах для откорма свиней.
2. Максимальные среднесуточные приросты живой массы получены у подопытных подсвинков, получавших комбикорма с вводом кормовой белковой добавки 628±23,4* г (таблица №5).
3. Наименьшая себестоимость 1 кг прироста живой массы при скармливании комбикормов с кормовой белковой добавкой составила 1,64 у.е. (таблица №7).
На основании проведенных исследований было рекомендовано использовать кормовую белковую добавку в рационах кормления молодняка свиней на доращивании и откорме взамен части импортируемых в республику белковых кормов.
Основываясь на полученных результатах исследований, представляется возможным широко использовать кормовую белковую добавку для ее введения в комбикорма для свиней.
Продукт более доступен действию пищеварительных соков и ферментов, он разрушает клетчатку злаков и повышает перевариваемость белка, и большую доступность лизина, сконцентрированного в оболочках зерновых, которые служат основой концентратов, что влияет на категорию мяса, жирность меньше, а привес получают за счет мышечной массы.
Кормовая белковая добавка является эффективным катализатором окислительных процессов, а также процессов гидрирования и дегидрирования органических соединений, что способствует лучшему усвоению пищевых продуктов, промотируя деятельность ферментов организма.
В заявляемом изобретении получают высокопитательную кормовую добавку для животных на основе кератиносодержащих отходов высокой влажности, отвечающую повышенному качеству кормления, способствующую улучшению физиологического состояния животных, в части повышения продуктивности поголовья, за счет того, что обработку сырья ведут с его прохождением в экструдере через тарельчатую фильеру с внутренним дисковым ножом, создающими при вращении относительно друг друга давление 70-100 МПа, а в качестве сырья используют отходы хромовых кож, щетину, отходы шерсти влажностью 60-80%.
В заявляемом изобретении получают высокопитательную кормовую добавку для животных на основе кератиносодержащих отходов высокой влажности, отвечающую повышенному качеству кормления, способствующую улучшению физиологического состояния животных, в части повышения продуктивности поголовья, за счет того, что нож с одной стороны неподвижно поводком вставлен в паз головки экструдера, вращающейся вместе с червячным органом экструдера, с другой стороны - осью в отверстие фильеры, выполненной тарельчатой с выступом, установленной в паз фланца, связанного неподвижно с корпусом экструдера, и зафиксированной относительно фланца гайкой по выступу, при этом фильера и нож выполнены с 6-8 отверстиями диаметром 0,4-2,5 мм, расстояние между тарельчатой фильерой и режущим ножом, расположенным параллельно тарельчатой фильере, - 0,01-0,1 мм.