Разработка технологических подходов к процессу гранулирования комбикормов для молодняка кроликов

Последние достижения комбикормовой промышленности в области производства комбикормов для выращивания скороспелых животных, в том числе кроликов, показали, что наиболее полное использование питательных веществ, входящих в рацион, может быть реализовано в виде кормовых смесей на основе зернового сырья, шротов, жмыхов и отрубей [8], традиционно имеющих форму комбикормов.

Рядом исследователей доказано [4, 5], что полнорационные комбикорма, составленные с учетом потребностей выращиваемых сельскохозяйственных животных, являются наиболее простым способом обеспечения организма, в том числе молодняка кроликов всеми питательными веществами, такими как пробиотики и сорбенты [6], способствующими нормальному их развитию и протеканию метаболических реакций.

Традиционно при выработке комбикормов используется меласса [7, 9, 10], которая является вторичным продуктом зерноперерабатывающей промышленности и используется в качестве связующего компонента, но ее применение в производстве комбикормов затрудняет процессы смешивания компонентов и обогащающих комбикорма добавок.

Перспективным является использование кормовых гидролизатов зерновых культур, в том числе овса [3], которые способствуют по- вышению питательной ценности кормов и могут выступать альтернативой использования мелассы.

Гранулированный полнорационный комбикорм имеет ряд преимуществ, поскольку содержит в своем составе в концентрированном виде питательные вещества, легко подвергается раздаче и способствует поддержанию микробиологической чистоты в местах содержания животных [3].

Цель исследований: обоснование технологических режимов процесса гранулирования комбикормов для молодняка кроликов, выработанных по оптимизированным рецептам.

Материалы и методы исследования

Оптимизацию компонентного состава комбикормов для кроликов проводили с использованием программного модуля

«КормОптима» в условиях ООО «Корморе-сурс» (г. Воронеж).

Выработали 3 парии комбикормов, состав которых представлен в табл. 1.

Для повышения питательной ценности и усвояемости комбикормов в рецепты вводили пробиотические кормовые добавки «Споро-термин», «ПроСтор», сорбент «Фунгистат-ГПК».

В выработанных комбикормах определяли содержание влаги методом высушивания, гигроскопическую влагу – при температуре 100–105 °С до постоянной массы, массовую долю сырого протеина – методом Къельдаля, сырую клетчатку, сырую золу – стандартными методами.

Для нахождения оптимальных параметров процесса гранулирования комбикормов,

Таблица 1

Рецепты опытных партий комбикормов

Наименование Содержание в рецепте, % Рецептура 1 (контроль) Рецептура 2 Рецептура 3 Пшеница 6,00 6,00 6,00 Ячмень 7,80 7,80 7,80 Меласса 2,00 – – Гидролизат овса – 2,00 2,00 Овес 8,00 8,00 8,00 Кукуруза 10,00 10,00 10,00 Отруби пшеничные 15,00 15,00 15,00 Жмых подсолнечный 16,50 16,30 16,30 Шрот подсолнечный 8,00 8,00 8,00 Мука трав. люцерны 20,0 20,00 20,00 Мука мясная 3,00 3,00 3,00 Соль поваренная 0,20 0,20 0,20 Фосфат обесфторенный 1,40 1,40 1,40 Мел кормовой 1,00 1,00 1,00 Споротермин – – 0,10 ПроСтор – 0,10 – Карбитокс 0,10 – – Фунгистат ГПК – 0,20 0,20 содержащих зерновую патоку, были проведены исследования на экспериментальной установке, включающей пресс-гранулятор, с применением метода статистического планирования многофакторного эксперимента.

Выбор рациональных параметров процесса смешивания при получении гранулированных комбикормов способствует получению качественной продукции при одновременном снижении энергозатрат [2]. За основу была использована схема линии гранулирования [1], которая представлена на рис. 1. Процесс получения гранулированных комбикормов заключался в следующем. На первом этапе зерновые компоненты поступают в приемную воронку 1, затем с помощью винтового конвейера 2 и нории 3 поступают на сепаратор 4, для отделения комков и крупных частиц от основного продукта. Аспирацию сепаратора проводят с использованием циклона 5 и вентилятора 6. Очищенная зерновая смесь поступает в силос 7.

После промежуточного хранения сырье очищается от металлической примеси в магнитном сепараторе 8 и подается в накопительный бункер для сырья 9 с последующим поступлением с помощью дозатора 10 в смеситель непрерывного действия 11, куда подается кормовая патока и остальные компоненты. В смесителе зерновая смесь обрабатывается влажным паром и подается на пресс-гранулятор 12. Из пресса-гранулятора готовые гранулы подвергаются охлаждению 13 потоком воздуха, подаются на просеиватель 16 и направляются в бункера готовой продукции. Фасовка комбикорма происходит в мешки или большие контейнеры (биг-бэги).

На процесс гранулирования влияет ряд факторов. Поэтому для обоснования режимов ведения этого процесса было применено математическое планирование. Был выбран полный факторный эксперимент – 24.

Основные факторы, влияющие на рассматриваемый процесс: x 1 – подача продукта, т/ч; x 2 – расход пара, кг/ч; x 3 – давление воздуха, МПа; зазор между валком и матрицей, мм. Критерием оценки влияния выбранных параметров служили: y 1 – крошимость гранул, % и y ₂ – потребляемая энергия, кВт⋅ч/т.

Для статистической обработки данных исследования применяли центральное ротата-бельное униформпланирование, которое позволяло в ходе 30 экспериментов в 3-кратной повторности получить уравнения регрессии, адекватно описывающее рассматриваемый процесс.

Математическая модель изучаемого процесса представляется в виде полинома второй степени:

nn  n y = bo + Zbixi + Zbiixi + Z bijXixj, (1) i=1           i=1             i < j где b0 – свободный член уравнения, равный средней величине отклика; x – масштабированные значения факторов, которые определяют функцию отклика и поддаются варьированию; bij – коэффициенты двухфакторных взаимодействий; bii – коэффициенты квадратичных эффектов, определяющие нелинейность выходного параметра от рассматриваемых факторов; i, j – индексы факторов; n – число факторов в матрице планирования.

Пределы изменения исследуемых факторов приведены в табл. 2.

Для оценки адекватности математической модели был проведен дисперсионный анализ (ANOVA) эксперимента в программе Design Expert (Stat-EaseInc.) и получены следующие уравнения регрессии:

y, = 7,30 + 0,25x - 0,73x2 + 0,14x3 +

+0,74x4 - 0,15xx + 0,22xx -

-0,13x2x3 - 0,27x2x4 + 0,11 x,2 +

+0,09x22 + 0,32x32 + 0,12x42, (2)

y₂ = 9,88 + 0,37 x - 0,43 x ₂ + 0,34 x ₃ +

+ 0,29 x ₄ - 0,09 xx - 0,15 xx ₃ -

- 0,35 x₂x ₃ - 0,51 x₂x ₄ + 0,13 x ² +

+0,11x22 - 0,09x32 + 0,15x42.         (3)

Оценка степени влияния входных параметров x i на выходные y i приведена на рис. 2. Предложена численная и графическая процедуры оптимизации для прогнозирования оптимального уровня входных факторов и получения сниженных значений выходных. Общая математическая постановка задачи оптимизации представлена в виде следующей модели:

При решении задачи оптимизации определяли значение функции желательности ( D ^ 1,0 ) для нахождения интервалов оптимальных значений входных параметров (в табл. 3 представлены первые 10 решений).

X о.

Таблица 2

Основные характеристики плана эксперимента

Условия планирования	Пределы изменения факторов
	x 1 , т/ч	x 2 , кг/ч	x 3 , МПа	x 4 , мм
Нулевой уровень (0)	0,80	40,0	0,25	0,50
Верхний уровень (+1)	0,85	50,0	0,30	0,70
Нижний уровень (–1)	0,75	30,0	0,20	0,30
Верхняя «звездная» точка (+2)	0,90	20,0	0,35	0,90
Нижняя «звездная» точка (–2)	0,70	60,0	0,15	0,10

Рис. 2 . Влияние входных параметров x i на выходные y j : а – для крошимости гранул, %; б – для потребляемой энергии, кВт ч/т

Таблица 3

Решения задачи оптимизации

№	x 1 , т/ч	x 2 , кг/ч	x 3 , МПа	x 4 , мм	y 1 , %	y 2, кВт ч/т	D
1	0,750	50,002	0,300	0,300	6,175	9,365	0,659
2	0,750	50,040	0,301	0,301	6,173	9,368	0,659
3	0,751	50,020	0,297	0,310	6,160	9,377	0,659
4	0,751	50,001	0,300	0,303	6,178	9,365	0,659
5	0,752	50,010	0,299	0,304	6,177	9,366	0,659
6	0,754	50,000	0,304	0,304	6,182	9,363	0,659
7	0,751	50,102	0,302	0,350	6,177	9,366	0,658
8	0,753	50,001	0,298	0,305	6,169	9,372	0,658
9	0,752	49,909	0,299	0,297	6,180	9,365	0,658
10	0,752	49,643	0,295	0,291	6,148	9,388	0,658

а)

0.7             0.75             0.8             0.85             0.9

в)

д)

Рис. 3. Кривые равных значений зависимости крошимости гранул, % от: (а) подачи продукта, т/ч и расхода пара, кг/ч; (б) подачи продукта, т/ч и давления воздуха, МПа; (в) подачи продукта, т/ч и зазора м/у валком и матрицей, мм; (г) расхода пара, кг/ч и давления воздуха, МПа; (д) расхода пара, кг/ч и зазора м/у валком и матрицей, мм; (е) давления воздуха, МПа и зазора м/у валком и матрицей, мм

б)

Хд, МПа

е)

Рис. 4. Кривые равных значений зависимости потребляемой энергии, кВт ч/т от: (а) подачи продукта, т/ч и расхода пара, кг/ч; (б) подачи продукта, т/ч и давления воздуха, МПа; (в) подачи продукта, т/ч и зазора м/у валком и матрицей, мм; (г) расхода пара, кг/ч и давления воздуха, МПа; (д) расхода пара, кг/ч и зазора м/у валком и матрицей, мм; (е) давления воздуха, МПа и зазора м/у валком и матрицей, мм

Рис. 5. Область решения задачи оптимизации в интервале [–2…+2]

Таблица 4

Основные показатели качества выработанных комбикормов

Показатель	Рецептура 1 (контроль)	Рецептура 2	Рецептура 3
Массовая доля влаги, %	14,0	13,7	13,8
Диаметр гранул, мм	4,7	4,7	4,7
Крошимость гранул, %	7,6	7,3	7,2
Проход через сито с отверстиями 2 мм, %	9,0	8,0	8,0

Результаты и выводы

Представленные на рис. 3 и 4 кривые равных значений для входных параметров в интервале уравнений (2), (3) представляют собой вид номограмм и имеют практическую значимость для реального производственного процесса. Из табл. 3 были определены оптимальные интервалы входных параметров, определяющих решение сформулированной задачи оптимизации (4):

x 1 = 0,75–0,754 т/ч;

x 2 = 29,6–30,0 кг/ч;

x 3 = 0,29–0,20 МПа;

x 4 = 0,29–0,30 мм и получены следующие значения выходных параметров (при заданных критериях оптимизации) – крошимость гранул, y 1 = 6,17 %, потребляемая энергия, y 2 = 9,36 кВт ч/т, при соответствующих входных:

x 1 = 0,75 т/ч;

x 2 = 50 кг/ч;

x 3 = 0,3 МПа;

x 4 = 0,3 мм.

На основе полученных оптимальных значениях факторов были выработаны партии комбикормов, обогащенных комплексами «пробиотик – сорбент». Оптимизированные технологические режимы получения гранулированных комбикормов позволяют получить продукт достаточно высокого качества: кро-шимость гранул составляет 7,2–7,3 %, в то время как гранулы без ввода кормовых добавок и гидролизата овса имеют крошимость 7,6 % (табл. 4). Массовая доля сырого протеина в опытных вариантах комбикормов составила 18,5–18,7 %, сырой клетчатки 11,6– 11,8 %, массовая доля кальция 1,12–127 %, массовая доля лизина 0,78–0,86 %, что соответствует ГОСТ 32897-2014.