Совершенствование технологии экструдирования четырехкомпонентной смеси с предварительным проращиванием одного из компонентов

Одна из актуальных – проблема повышения эффективности скармливания зерновых кормов животным и птице. В сельскохозяйственных предприятиях применяют различные способы подготовки данного вида корма к скармливанию: измельчение, плющение, экструдирование, флакирование, поджаривание, осолаживание, дрожжевание, проращивание и др. [1–3].

Анализ представленных способов подготовки зерновых к скармливанию, с точки зрения производственных затрат и качественных характеристик, влияющих на усвояемость корма организмом животных, показывает следующее.

Используя при кормлении измельченное или плющенное зерно, животные затрачивают меньше энергии на его разжевывание; поступая в желудочно-кишечный тракт оно интенсивнее взаимодействует с пищеварительными соками, следовательно, лучше усваивается. Вместе с тем, процессы измельчения и плющения зерна сопровождаются значительным потреблением электрической энергии [4].

Флакирование и осолаживание способствуют лучшей усвояемости кормов и улучшают их вкусовые качества за счет осахаривания крахмала. Но данные процессы предусматривают нагрев сырья паром или горячей водой с последующей выдержкой, это влечет расходы на получение теплоносителей [4].

Способы поджаривания и дрожжевания зерна мало механизированы и трудозатратны.

Экструдирование, несмотря на определенные затраты энергии, в результате воздействия на зерновки давления 4,0–5,0 МПа и температуры 120–150ºС способствует изменению внутренней структуры корма, резко повышая его усвояемость [5].

Проращивание зерна не требует сложного в техническом отношении оборудования, больших энергетических затрат, проводится при температуре 18–20ºС. При проращивании зерна в нем увеличивается количество низкомолекулярных соединений, способствуя повышению его кормовой ценности [6–8].

Наибольшее распространение сегодня получили две технологии проращивания зерна.

Первая. Проращивание зерновок до получения ростков 2–5 мм для дальнейшего использования в производстве комбикормов и замены в рационе кормления измельченных концентрированных кормов и премиксов.

Вторая. Проращивание зерновок до получения гидропонного зеленого корма с размером ростков 60–70 мм и более для дальнейшего использования как в кормовой смеси, так и в виде монокорма.

Технология проращивания зерна должна быть направлена на обеспечение у зародыша необходимых ферментов в структуре эндосперма. В свою очередь оборудование для проращивания зерна должно гарантировать выполнение необходимых технологических операций и поддержание оптимальных параметров технологического процесса.

Хорошие результаты, с точки зрения повышения кормовой ценности и усвояемости кормов, показывает использование в технологии экструдирования смеси с предварительным проращиванием одного из компонентов (пшеницы, рапса, кукурузы, овса, гороха, сои) [9; 10].

Цель исследования – определение питательной ценности экструдированной четырехкомпонентной смеси с предварительным проращиванием одного из компонентов.

Материалы и методы исследования

Состав зерновой смеси определен исходя из потребности животных в энергии, питательных веществах, с учетом эффективности их усвояемости организмом и производственного опыта [11].

Вариант 1. Пшеница – 40%, соя – 20%, рапс – 20%, пророщенный горох – 20%.

Вариант 2. Пшеница – 40%, соя – 20%, рапс – 20%, пророщенная кукуруза – 20%.

При проведении опытов исследовались сорта зерновых, возделываемые в Красноярском крае: пшеница – Новосибирская 15 элита; соя – заряница РС1; рапс – Траппер В4 2018; горох – Радамир элита; кукуруза – Россо 140.

На экспериментальном устройстве зерно проращивали (получено положительное решение на изобретение) до величины проростков - 2 мм при температуре 20 ± 1 ° С.

Смешивание нативных зерен пшеницы, сои, рапса и пророщенного гороха или кукурузы проводили в смесителе лопастного типа. Для экструдирования полученной смеси применяли экструдер ЭК-100.

Исходное зерновое сырье, пророщенные компоненты и готовую продукцию анализировали на содержание сырых протеина, жира, клетчатки, БЭВ, фосфора, каротина, кальция, крахмала, сахара в Федеральном государственном бюджетном учреждении Государственного центра агрохимической службы «Красноярский» по стандартным аккредитованным методикам.

Результаты исследований

Проектируемая технологическая линия подготовки четырехкомпонентной зерновой смеси к скармливанию, обрабатываемой способом экструдирования с предварительным проращиванием одного из компонентов (горох, кукуруза) (рис. 1), включает экспериментальное устройство для проращивания зерна 1, бункеры для зерна 2, 4, 5, 6, дозирующие устройства 3, 7, 8, 9, шнековые транспортеры 10, 12, 14, 20, смеситель 11, экструдер 13, охладитель 15 с вентилятором 16, переключатель потока 17 с заслонкой 18, измельчитель 19.

О—(> зерно на проращивание,---► бода. -еч> соя, -0-0 рапс. —*-О пшеница, -0-0 пророщенное зерно. ЧЮ-О смесь пшеницы, сои. рапса и пророщенного зерна.

XX О экструдат, XX X О охлажденный экструдат. -ЕЮ измельчённый экструдат.

►—► атмосферный доз дух.

Рис. 1. Схема технологической линии производства экструдированных четырехкомпонентных кормов с предварительным проращиванием одного из компонентов

Устройство для проращивания зерна универсальное, так как может использоваться как для проращивания до проростков длиной 2–5 мм, так и для получения гидропонной зелени.

Проектируемая технологическая линия в режиме проращивания зерна до проростков длиной 2–5 мм работает следующим образом.

Зерно (горох или кукуруза) из бункера 2 через дозирующее устройство 3 поступает в устройство для проращивания зерна 1. С целью обеспечения оптимальных условий по влажности в него подается в определенных количествах вода. По окончании процесса проращивания зерно подается в смеситель 11, где смешивается с зерном пшеницы, сои и рапса, поступающих соответственно из бункеров 4, 5, 6 через дозирующие устройства 7, 8, 9 по транспортеру 10. Полученная смесь в соотношении: пшеница – 40%, соя – 20%, рапс – 20%, пророщенные горох или кукуруза – 20% по транспортеру 12 подается в экструдер 13. Экструдат транспортером 14 направляется в охладитель 15, где охлаждается атмосферным воздухом, нагнетаемым вентилятором 16. Охлажденный до температуры не выше 5ºС окружающей среды экструдат поступает в переключатель потока 17, где с помощью заслонки 18 направляется в измельчитель 19 или на транспортер 20 и далее на корм животным (на хранение). Измельченный экструдат поступает на транспортер 20 и направляется на корм животным или для включения в состав комбикормов.

Питательная ценность экструдированной зерновой смеси в сравниваемых вариа нтах представлена на рис. 2.

Рис. 2. Питательная ценность экструдированной смеси в сравниваемых вариантах :

1 – вариант 1; 2 – вариант 2

Наибольшее количество сырого протеина – 23,00%, фосфора – 0,59%, и сахара – 6,64% содержится в экструдате, полученном из зерновой смеси, содержащей пшеницу, сою, рапс и пророщенный горох (вариант 1). Вместе с тем, наибольшее количество сырого жира – 2,90%, сырой клетчатки – 5,84%, БЭВ – 55,78%, каротина – 9 мг/кг, кальция – 1,00 г/кг, крахмала – 34,3% содержится в экструдате, полученном из зерновой смеси, включающей в свой состав пророщенную кукурузу (вариант 2).

Наибольшее содержание обменной энергии (рис. 3) получено в экструдированной зерновой смеси, имеющей в своем составе пророщенную кукурузу (вариант 2) – 14,53 МДж/кг СВ; в смеси, содержащей пророщенный горох – 14,51 МДж/кг СВ.

МДж/кг

14,70

14,60

14,50

14,40

14,30

14,20

Рис. 3. Содержание обменной энергии в четырехкомпонентной экструдированной смеси

При оценке экономической эффективности подготовки зерновых кормов, обрабатываемых методом экструдирования с предварительным проращиванием одного из компонентов, учитывали технологические, экономические и коммерческие показатели.

Для определения величины производственных издержек на подготовку зерновых кормов к скармливанию рассматривалось три технологии:

• -    традиционная – подготовка способом измельчения;

• -    базовая – подготовка способом экструдирования;

• -    проектируемая – подготовка способом экструдирования с предварительным проращиванием одного из компонентов.

Данные производственных издержек (руб./кг) подготовки зерновых кормов к скармливанию представлены в табл. 1.

По данным табл. 1: производственные издержки на подготовку зерновых кормов к скармливанию по базовой технологии выше на 0,15 руб./кг, по проектируемой – на 0,22 руб./кг, чем по традиционной. Это объясняется более высокими удельными затратами энергии на процесс экструдирования зерна, чем на измельчение.

Таблица 1

Производственные издержки на подготовку зерновых кормов к скармливанию, руб./кг

Наименование показателя	Технология
	Традиционная	Базовая	Проектируемая
Электроэнергия	0,34	0,75	0,76
Вода	–	–	0,05
Заработная плата оператора	1,82	1,82	1,82
Техническое обеспечение работы оборудования	0,38	0,13	0,14
Итого	2,55	2,7	2,77

Кроме того, процесс проращивания зерна влечет дополнительные затраты, связанные с расходом электрической энергии, воды и технического обеспечения работы оборудования.

На основе стоимости сырья, с учетом производственных издержек рассчитываем стоимостные и энергетические показатели получаемого кормового продукта по традиционной, базовой и проектируемой технологии – с учетом содержания обменной энергии (МДж/кг). Данные расчетов стоимостных и энергетических показателей подготовки зерновых кормов к скармливанию с использованием в проектируемой технологии четырехкомпонентной смеси с предварительным проращиванием одного из компонентов представлены в табл. 2.

Таблица 2

Стоимостные и энергетические показатели подготовки зерновых кормов к скармливанию

Наименование показателя	Технология
	Традиционная	Базовая	Проектируемая (четырехкомпонентная смесь), варианты
	Пшеница измельченная	Пшеница экструдированная	1-й	2-й
Стоимость сырья, руб./кг	11,0	11,0	11,0	11,0
Стоимость проращиваемого сырья, руб./кг	–	–	13,0	12,0
Производственные потери (1,0%) руб./кг	0,11	0,11	0,13	0,13
Издержки производства, руб./кг	2,55	2,70	2,77	2,77
Себестоимость корма, руб./кг	13,66	13,81	16,25	16,05
Планируемая прибыль (20%), руб./кг	2,73	2,76	3,25	3,21
Оптовая цена корма, руб./кг	16,39	16,57	19,50	19,26
НДС (10%), руб./кг	1,64	1,66	1,95	1,92
Цена реализации корма, руб./кг	18,03	18,23	21,45	21,18
Обменная энергия (ОЭ), МДж/кг	12,57	12,78	14,51	14,53
Цена 1 МДж ОЭ	1,43	1,43	1,47	1,45
Экономический эффект, руб/.кг	4,37	4,42	5,2	5,13

Экономический эффект (руб./кг) рассчитывают как разницу между отпускной ценой и себестоимостью получаемой продукции.

Экономический эффект (%) от использования в технологии подготовки зерновых кормов к скармливанию, обработанных методом экструдирования с предварительным проращиванием в четырехкомпонентной смеси одного из компонентов по вариантам 1 и 2, в среднем на 15,4% выше по сравнению с традиционной технологией и на 14,34% – по сравнению с базовой.

Выводы

Проведенные научные исследования показали, что наибольшее содержание обменной энергии (14,51 МДж/кг сухого вещества) содержится в экструдате, полученном из смеси: пшеница – 40%; соя – 20%; рапс – 20%; пророщенная кукуруза – 20% (вариант 2).

Содержание основных питательных веществ в варианте 2 выше, чем в варианте 1, сырого жира – на 1,55%, сырой клетчатки – на 4,79%, БЭВ – на 2,04%, каротина – на 44,44%, кальция – на 4,00%, крахмала – на 1,74%.

Экономический эффект от использования в проектируемой технологии четырехкомпонентной смеси с пророщенным горохом составил 5,2 руб./кг, с пророщенной кукурузой – 5,13 руб./кг, в традиционной технологии – 4,37 руб./кг, в базовой – 4,42 руб./кг.

V.V. Matyushev, A.V. Semenov, I.A. Chaplygina Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk

Improvement of the technology for the extrusion of a four-component mixture with preliminary germination of one of the components