Способ производства кормов
FODDERS PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к технологии производства кормов и предназначено для переработки отходов животного и растительного происхождения с целью получения белковых добавок к кормовому рациону животных и птицы.
Известен способ переработки отходов животного и растительного происхождения путем их совместного экструдирования, рассматриваемый как аналог [1].
Способ включает дозирование компонентов, их измельчение, перемешивание, экструдирование и охлаждение. При этом после экструдирования, согласно данному способу осуществляется быстрый принудительный пневмоотвод пара и воздуха из экструдата. При влажности исходной смеси выше 30% проводят повторное экструдирование с быстрым принудительным пневмоотводом пара и воздуха из экструдата. Содержание отходов животного происхождения в исходной смеси составляет 10-80%.
Согласно аналогу, биологические отходы, в том числе отходы мясопереработки и рыбопереработки, падшие животные, птица и др. предварительно измельчаются.
Наполнитель, в качестве которого могут использоваться зерно, зерноотходы, лапник, древесные опилки, отходы бумажного производства и др., при необходимости измельчается.
Оба компонента загружаются в смеситель и перемешиваются. Соотношение исходных компонентов может варьироваться в широких пределах: от 10 до 80% отходов животного происхождения и соответственно от 90 до 20% отходов растительного происхождения.
Смесь подается в экструдер, предназначенный для экструдирования зерновых продуктов. За счет воздействия сил трения внутри экструдера создаются высокие давление и температура. В процессе экструдирования продукт проходит несколько стадий обработки, в том числе тепловую, стерилизацию, обеззараживание, измельчение и смешивание, обезвоживание и стабилизацию. При этом обеспечивается максимально возможное сохранение питательной ценности используемого сырья.
Полуфабрикат, выходящий из экструдера, подается в емкость, где под действием специальной пневмосистемы производится быстрый отсос пара и горячего воздуха и, как следствие, быстрое охлаждение экструдата при одновременном высушивании экструдата.
В результате после проведения цикла «экструдирование-пневмоотсос» влажность экструдата уменьшается вдвое. Если общая влажность смеси исходных компонентов составляет 29% и более, то производится повторное экструдирование с последующим пневмоотводом пара и воздуха из экструдата. В этом случае обеспечивается необходимый для длительного хранения уровень влажности (не более 14,5%).
К недостаткам аналога относятся его цикличность, а также недостаточно эффективное обезвоживание получаемого экструдата и связанная с этим фактором необходимость повторного экструдирования продукта при высокой влажности сырья.
Известен способ производства кормов, включающий дозирование, измельчение компонентов, их перемешивание, экструдирование, обезвоживание и охлаждение, который по своей сущности и технологическим особенностям может быть принят в качестве прототипа [2].
В процессе реализации способа производства кормов, принятого за прототип, обезвоживание и охлаждение получаемого продукта осуществляются как непрерывный технологический процесс экструдера, оборудованного вакуумной камерой, расположенной соосно шнеку и фильере матрицы машины. Интенсивность обезвоживания и охлаждения продукта регулируется величиной давления в вакуумной камере. При этом смесь отходов животного и растительного происхождения экструдируется в течение 10-15 с при температуре 105-110°С и на выходе из фильеры обрабатывается пониженным давлением, равным 0,05-0,09 МПа. Содержание влаги в готовом продукте регулируется величиной давления в вакуумной камере экструдера на уровне не более 12-14%, количество отходов растительного происхождения влажностью 10-15% составляет 20-90% смеси, а влажность и количество отходов животного происхождения подбираются таким образом, чтобы влажность экструдируемой смеси не превышала 35-40%. На выходе из фильеры матрицы экструдера продукт разрезается на частицы длиной, не превышающей половины диаметра фильеры. Реализация данного изобретения обеспечивает интенсификацию термовакуумного воздействия на получаемый продукт при одновременном упрощении технологического процесса и снижении его трудоемкости.
К недостаткам прототипа можно отнести недостаточно эффективное обезвоживание экструдата, получаемого при экструдировании смеси с повышенной влажностью (35-40%), переработке сырья растительного происхождения с влажностью выше 15%, или переработке сырья с высоким содержанием отходов животного происхождения (больше 50%).
Недостаточно эффективное обезвоживание экструдата объясняется относительно низкой скоростью воздушного потока у поверхности экструдата, что в свою очередь ограничивает интенсивность переноса удаляемой из экструдата жидкости с помощью пара, перемещающегося из вакуумной камеры экструдера в вакуум-баллон. Как следствие этого, после однократной обработки сырья согласно прототипу, содержание воды в готовом продукте обычно составляет около 50% от этого показателя в обрабатываемом сырье. Между тем, известно, что хорошая сохраняемость получаемого экструдата без обеспечения специальных условий в части температурного и воздушного режимов обеспечивается при его влажности не больше 12-14%.
Вторым фактором, негативно влияющим на интенсивность обезвоживания получаемого экструдата согласно прототипу, является соотношение сырья растительного и животного происхождения.
Известно, что ингредиентом, инициирующим образование пористой структуры в экструдатах, является крахмал, количество которого, в свою очередь, определяется содержанием в обрабатываемой смеси отходов растительного происхождения. При их низком содержании (40% и меньше) интенсивность образования пор в готовом продукте резко снижается, что негативно влияет на его обезвоживание в момент декомпрессионного взрыва (при выходе из фильеры в вакуумную камеру экструдера). Таким образом, в прототипе имеется формальное ограничение по содержанию одного из обрабатываемых компонентов, игнорирование которого влечет необходимость повторного экструдирования. В свою очередь это усложняет реализацию способа и существенно повышает его энергоемкость и стоимость.
Таким образом, при обработке сырья влажностью более 40% или в случае низкого содержания в обрабатываемой смеси отходов растительного происхождения, необходимо проводить повторное экструдирование, или досушивать получаемый продукт до требуемой влажности с помощью какой-либо сушилки. При этом следует отметить, что одной из причин повышенной влажности экструдируемой смеси может быть высокая, по сравнению с прототипом, влажность ингредиента растительного происхождения (больше 15%).
Предлагаемое техническое решение позволит повысить эффективность обезвоживания экструдата и обрабатывать с помощью заявляемого способа сырье с повышенной влажностью (41-50%) и с меньшим содержанием растительного сырья. С этой целью обработка смеси сырья животного и растительного происхождения осуществляется с помощью экструдера, оснащенного двумя последовательно расположенными вакуумными камерами - предварительного и окончательного обезвоживания получаемого продукта.
Камера предварительного обезвоживания выполнена соосно шнеку и фильере матрицы экструдера и в своей нижней части содержит воздушный кран. Кран служит для подсоса воздуха в вакуумную камеру, что в свою очередь интенсифицирует процесс отвода влажного пара от поверхности экструдата и дальнейшее его перемещение в вакуум-баллон. Воздушный кран находится в противоположной стороне от места размещения патрубка, соединяющего камеру с системой отвода и конденсации влаги.
Камера окончательного обезвоживания расположена последовательно основной камере и находится между двумя шлюзовыми затворами. С помощью патрубка она также соединена с вакуум-баллоном.
Каждый из двух шлюзовых затворов служит для выгрузки получаемого продукта без разгерметизации соответствующей вакуумной камеры экструдера и выполнен в виде корпуса цилиндрической формы с вращающимся в нем многолопастным ротором.
Вакуум-насос служит для создания в соответствующих вакуумных камерах экструдера пониженного давления (давления ниже атмосферного) той или иной величины.
Вакуум-регуляторы необходимы для поддержания пониженного давления в соответствующих вакуумных камерах экструдера в заданных пределах при требуемой производительности машины, а также влажности сырья и готового продукта.
Для контроля давления в вакуумных камерах экструдера служат вакуумметры.
Заявляемый способ приготовления кормов осуществляется следующим образом. Исходное сырье дозируется, например, с помощью двух шнековых дозаторов и подается в измельчитель-смеситель, например, ножевого типа. После этого смесь поступает в бункер экструдера, где посредством загрузочной камеры направляется в шнековую часть экструдера. Захваченный шнеком продукт последовательно проходит зоны прессования и дозирования машины, нагревается до температуры 120-130°С, а затем выводится через фильеру матрицы в вакуумную камеру предварительного обезвоживания. При выходе из фильеры экструдат с помощью режущего устройства разрезается на частицы с заданной длиной.
Попадая из области высокого давления (во внутреннем тракте экструдера) в зону низкого давления (в вакуумную камеру), сырье подвергается декомпрессионному взрыву, который представляет собой процесс мгновенного перехода воды, находящейся в сырье, в пар.
Следует особо отметить, что в процессе перехода воды в газообразное состояние и испарения ее с поверхности, и частично с более глубинных слоев экструдата, продукт охлаждается примерно на 20-30°С. Происходит это вследствие адиабатического охлаждения экструдата за счет испарения части его влаги, при котором явная теплота воды переходит в скрытую теплоту водяных паров. В связи с этим температура экструдата на выходе из фильеры согласно заявляемому способу выше, чем в прототипе (105-110°С) и составляет 120-130°С.
Образующийся горячий пар с помощью вакуумного насоса перемещается в вакуум-баллон, где часть его конденсируется и в виде жидкости стекает в его нижнюю часть. Оставшаяся часть пара удаляется вакуумным насосом в атмосферу (ротационный насос) или поглощается рабочей жидкостью (водокольцевой насос). При этом в камеру предварительного обезвоживания с помощью воздушного крана подается воздух, что в свою очередь интенсифицирует процесс отвода влажного пара от поверхности экструдата и дальнейшего его перемещения в вакуум-баллон. Вакуум-регулятор и впускаемый в камеру воздух обеспечивают в камере предварительного обезвоживания экструдера пониженное давление (вакуум) равное 0,03-0,04 МПа. Величина этого давления выше, чем максимальное разрежение у прототипа (0,09 МПа). Связано это с тем, чтобы в процессе адиабатического охлаждения экструдат не снизил свою температуру до критического значения, при котором жидкость, оставшаяся в нем после обработки в первой камере, кипела при соответствующем давлении во второй камере.
Предварительно обезвоженный в первой камере экструдат с помощью шлюзового затвора перемещается камеру окончательного обезвоживания. В сравнении с первой камерой в ней поддерживается более низкое рабочее давление (вакуум), равное 0,07-0,08 МПа. Этого давления достаточно для того, чтобы экструдат с температурой примерно 90-100°С снова подвергся декомпрессионному взрыву, и часть оставшейся жидкости в продукте вскипела и выделилась из него в виде пара. Образующейся пар удаляется за пределы камеры окончательного обезвоживания в вакуум-баллон.
Содержание влаги в экструдированном продукте регулируют за счет давления в вакуумных камерах с помощью вакуум-регуляторов, а также величиной подсоса воздуха посредством воздушного крана камеры предварительного обезвоживания.
Таким образом, в заявляемом способе производства кормов поставленная цель осуществляется за счет синергетического эффекта от совместного действия различного по величине рабочего давления в камерах предварительного и окончательного обезвоживания экструдера. В конечном итоге предлагаемое техническое решение позволит повысить эффективность обезвоживания экструдата и обрабатывать с помощью заявляемого способа сырье с повышенной влажностью и различным содержанием сырья растительного и растительного происхождения.
Примеры реализации заявляемого способа:
1. Исходные компоненты: - отходы от переработки рыбы (20% по массе, содержание влаги - 80%); + отходы от переработки зерна (80% по массе, 18% - влажность).
Расчет общей влажности исходного продукта: (80% × 20)+(18% × 80)/:100=(1600+1440):100=3040:100=30,4% (общая влажность исходной смеси).
После обработки сырья с такой влажностью в экструдере с двумя вакуумными камерами с воздействием на экструдат в камере предварительного обезвоживания величиной пониженного давления (вакуума) 0,03 МПа и камере окончательного обезвоживания 0,07 МПа, влажность полученного продукта составит 8%.
Экструзионная обработка смеси отходов животного и растительного происхождения влажностью 45% в экструдере с термовакуумным воздействием на экструдат в камере предварительного обезвоживания величиной вакуума 0,04 МПа и камере окончательного обезвоживания 0,07 МПа влажность полученного продукта составит 10%.
2. Исходные компоненты: - отходы от переработки птицы (50% по массе, содержание влаги - 80%); + отходы от переработки зерна (50% по массе, 14% - влажность).
Расчет общей влажности исходного продукта: (80% × 50)+(14% × 50)/:100=(4000+700): 100=4700:100=47,0% (общая влажность исходной смеси).
Экструзионная обработка смеси отходов животного и растительного происхождения влажностью 47% в экструдере с термовакуумным воздействием на экструдат в камере предварительного обезвоживания величиной давления 0,04 МПа и камере окончательного обезвоживания 0,08 МПа обеспечит получение корма с влажностью 12%.
Таким образом, предлагаемый способ за счет повышения эффективность обезвоживания экструдата, позволяет получить корм необходимого качества путем однократного экструдирования смеси с повышенной влажностью и относительно большим содержанием отходов животного происхождения.
Использование предлагаемого способа позволяет упростить процесс переработки отходов растительного и животного происхождения и снизить трудоемкость производства корма из этих компонентов.
Литература
1. RU 2215427 С2 Опубликовано 10.11.2003.
2. RU 2610805 С2 Опубликовано 15.02.2017.