Способ термической обработки компонентов кормов и кормовых добавок и термически обработанный продукт

Способ термической обработки компонентов кормов и кормовых добавок и термически обработанный продукт

Реферат

Изобретение относится к области переработки сельскохозяйственного сырья, в частности к области переработки продукции сельского хозяйства, и может быть использовано при переработке семян зернобобовых (сои, кормовых бобов, гороха, люпина, вики), а также зерновых (ржи, ячменя, овса, кукурузы, тритикале и т.д.) культур при производстве пищевых продуктов, а также компонентов кормов и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных и птиц, а также рыб.

В связи с ростом урожаев хлебных злаков (пшеницы, ржи, тритикале, ячменя, овса, кукурузы, проса), большая часть продукции которых используется на кормовые цели, возникает необходимость производства кормового белка для составления полноценных комбикормов и комбикормовых смесей, поскольку все зерновые злаки характеризуются относительно высокой калорийностью, но недостаточным содержанием протеина. Особенно низкое его содержание отмечается в зерне кукурузы. К тому же, кукуруза имеет низкую биологическую ценность в связи с незначительным количеством незаменимых критических аминокислот, таких как лизин, метионин и триптофан. В 1 кг зерна кукурузы содержится всего 2,8 г лизина, 2,7 г метионина и цистина, 0,8 г триптофана. Значение этих аминокислот трудно переоценить.

Лизин входит в состав почти всех животных белков и очень важен для здоровья костей. Организм нуждается в этой аминокислоте для усвоения кальция и его доставки к костям. При низком содержании в кормах лизина замедляется рост животных. Лизин заслуживает внимания за участие в сохранении мышечной ткани, поддержании уровня энергии и здоровья сердца. К тому же он снабжает организм субстанциями для выработки аминокислоты карнитин, которая участвует в превращении жировых тканей в легкодоступное «топливо» для организма животного.

Метионин - это гликогенобразующая серосодержащая аминокислота, донор метальных групп. Участвует в процессах ферментативного метилирования, приводящих к образованию холина, адреналина и других биологически важных соединений.

Триптофан участвует в образовании никотиновой кислоты (витамина РР) и серотина. Недостаток его обусловливает нарушение функций костного мозга и лимфоидной ткани, снижение в крови эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. При недостатке этой аминокислоты в кормах в организме животного происходят функциональные и органические расстройства. А при скармливании кукурузы данные заболевания встречаются чаще. Это объясняется тем, что ацетилпиридин кукурузы является антиметаболитом никотиновой кислоты.

Введение в рацион животного названных незаменимых аминокислот в достаточном количестве повышает использование других аминокислот в организме на 20-30%, что позволяет обходиться без белков животного происхождения при том же ростовом эффекте, более экономно использовать растительные корма. Семена зернобобовых культур являются хорошим источником лизина, метионина и триптофана и по аминокислотному составу приближается к кормам животного происхождения. Они является превосходной добавкой для молочных коров, мясного и племенного скота, овец, свиней и птицы. Однако они содержат значительное количество антипитательных ингредиентов.

Кукурузное зерно бедно не только критическими аминокислотами, но и минеральными веществами. По этой причине в комбикорма, содержащие большой процент кукурузы, для повышения биологической ценности протеина и улучшения минерального состава необходимо добавлять корма с высоким содержанием недостающих аминокислот или кормовые препараты этих аминокислот. Полезные составляющие кукурузного зерна в его исходном состоянии достаточно плохо усваиваются животными и птицей.

Известен (патент RU 2190334) способ переработки соевых бобов. Согласно известному способу последовательно осуществляют сушку соевых бобов, размол, смешивание с водой, перемешивание, разделение на растворимую и нерастворимую фракции, причем сушку производят в барабанной сушилке при температуре 80-85°С до влажности 10-12%, выдавливание масла производят в прессе, а размол выжимки осуществляют на вибромельницах до фракции 50 мкм и менее с одновременным саморазогревом продукта до температуры 51-60°С, а смешивание и перемешивание выполняют в емкости с размещенными в ней нагревателем, вибромешалкой, разделение на растворимую и нерастворимую фракции осуществляют на вибросите, при этом температуру воды, соотношение компонентов и продолжительность перемешивания подбирают исходя из условий получения растворимой и нерастворимой фракций, причем выделенную нерастворимую фракцию сушат в барабанных сушилках до влажности 7-10%, а из растворимой части выделяют белок.

Недостатком данного способа является присутствие в готовом продукте антипитательных веществ, ограничивающих применение готового продукта в качестве пищевого продукта, а также компонента корма для сельскохозяйственных животных и птиц.

Известен (патент RU 2220587) способ обработки соевых бобов, включающий промывку водой цельных соевых бобов, их выдерживание в водном растворе, термическую обработку до влажности бобов 8-12%, причем сырье предварительно обрабатывают нетоксичным дезинфицирующим веществом (в частности, раствором медного купороса), осуществляют проращивание бобов в водном растворе смеси нитрата калия, нитрата кальция, фосфата калия однозамещенного, сульфата магния в течение 5-7 суток, а затем обрабатывают пророщенные бобы раствором пропионовой кислоты в концентрации 8-10% и подвергают термообработке при температуре 65-75°С.

Известный способ не технологичен и, кроме того, степень удаления антипитательных веществ из соевых бобов недостаточна для применения обработанных соевых бобов в качестве пищевого продукта, а также компонента корма для сельскохозяйственных животных и птиц.

Известен (патент RU 2085088) способ тепловой обработки зерновых продуктов (в том числе, и бобов сои) электрофизическими методами, включающий в себя два этапа обработки. На первом этапе продукт в течение 30-90 с нагревают тепловой энергией, например энергией ИК-излучения, до температуры 95-105°С без существенного изменения его влагосодержания. На втором этапе продолжительностью 20-60 секунд температуру продукта доводят до 120-180°С с использованием электромагнитного поля СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кгс.

Известный способ обладает возможностью инактивации ингибиторов сои без замачивания и варки, но высокая конечная температура обработки 180°С ведет к денатурации белка, окислению нативного масла, ухудшению потребительских свойств сои.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (патент RU 2238662) известный способ инактивации (термической обработки) семян бобовых культур. Согласно известному способу семена подвергают циклическому нагреву, причем во время нагрева семян осуществляют их перемещение в направлении сверху вниз, при этом нагрев семян осуществляют через равные промежутки времени, при этом продолжительность нагрева семян при каждом цикле составляет не менее 0,5 промежутка времени между смежными циклами нагрева.

Недостатком известного способа можно признать неполноту удаления антипитательных веществ, а также невысокую энергоэффективность.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке способа термической обработки смеси семян зерновых и зернобобовых культур.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в обеспечении возможности получения смеси семян зерновых и зернобобовых культур с низким содержанием антипитательных веществ при высоком содержании усвояемых аминокислот и белка.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ термической обработки компонентов кормов и кормовых добавок. При реализации разработанного способа проводят термообработку смеси семян зерновых и зернобобовых культур ступенчатым нагревом с последующим увлажнением и охлаждением термически инактивированных семян, первым измельчением семян, увлажнением и вторым измельчением семян. Предпочтительно в процессе термообработки семена перемещают с постоянной скоростью, что обеспечивает получение всеми обрабатываемыми семенами одинаковое количество тепловой энергии. При этом предпочтительно семена перемещают в вертикальном направлении, как под действием сил гравитации, так и при дополнительном воздействии вибрации, прилагаемой к перемещающимся семенам. В некоторых вариантах реализации семена культур смешивают перед термообработкой. Обычно смешение осуществляют путем одновременной подачи семян различных культур на транспортер, подающий семена на термообработку. Регулируя скорость подачи каждого из видов обрабатываемых семян, регулируют их соотношение в готовой смеси. Температура семян, поступающих на термическую обработку, зависит от внешних условий, но желательно, чтобы на последней ступени термообработки температура составляла от 101 до 170°С. Указанный интервал температур в совокупности с предшествующей ступенчатой термообработкой обеспечивает практически полное удаление антипитательных веществ из семян зернобобовых культур и перевод белка семян зерновых культур в легко усвояемую форму. Обычно после прохождения охладителя температура продукта составляет менее 50°С. Предпочтительно содержание семян зерновых культур составляет до 20 мас.%. Желательно, чтобы на стадии второго увлажнения содержание влаги в продукте составляло от 6 до 13%. Предпочтительно увлажнение проводят водой, водяным паром или водосодержащим препаратом, в частности ферментным препаратом или водным раствором биологически активного соединения.

В результате реализации способа получен термически обработанный продукт, представляющий собой смесь термически обработанных семян зерновых культур (ячменя, овса, тритикале, ржи, пшеницы и т.д.) а также зернобобовых культур (сои и/или семян люпина и/или семян кормовых бобов). Соотношение компонентов в смеси, а также степень термической обработки каждого вида семян зависит от требований, предъявляемых к готовому продукту, а также от области дальнейшего применения продукта.

Для термической обработки смеси семян зерновых и зернобобовых культур может быть применено устройство термической обработки смеси семян ниже приведенной конструкции. Устройство термической обработки содержит, по меньшей мере, одну секцию нагревателя с корпусом, расположенный на входе в нагреватель узел загрузки продукта и расположенный на выходе из нагревателя узел для выгрузки продукта, причем нагреватель выполнен в виде расположенных в его корпусе и закрепленных на корпусе множества горизонтальных труб, внутренние объемы которых соединены друг с другом, системы подачи теплоносителя на входы верхних труб и системы отвода теплоносителя на выходе нижних труб, при этом расстояние между соседними трубами соизмеримо с максимальным размером обрабатываемого семени, а трубы расположены параллельными рядами со смещением от ряда к ряду. В качестве теплоносителя может быть использована любая текучая неагрессивная среда, способная перемещаться по внутреннему объему труб при температуре, необходимой для термической обработки семян бобовых культур. В частности, в качестве теплоносителя может быть использован пар, а также жидкости или жидкие смеси, в том числе и растворы, с высокой температурой кипения. Обычно используют трубы из стали, поскольку они достаточно устойчивы к действию практически любых видов теплоносителя, обладают хорошей теплопроводностью и могут быть достаточно легко смонтированы в корпусе любым известным путем. Преимущественно устройство содержит несколько уровней размещения труб в секции нагревателя. Вышеуказанное техническое решение обеспечивает нагрев поступающих в секцию смеси семян до необходимой температуры в течение короткого промежутка времени. Предпочтительно для повышения теплоотдачи и создания эффекта смешивания обрабатываемых семян желательно, чтобы трубы в секции были расположены параллельно со смещением от ряда к ряду. Но для усиления теплового воздействия на обрабатываемые семена трубы могут быть расположены параллельно в ряду, но в соседних рядах трубы могут быть расположены под углом относительно направления труб предыдущего ряда. Кроме того, внутренние объемы труб в ряду и/или в секции могут быть соединены между собой в корпусе более одного раза с образованием сетчатой структуры. Это обеспечит большую теплоотдачу внутри корпуса. В одном из вариантов реализации разработанного устройства может быть использован корпус прямоугольного сечения в поперечнике, при этом трубы, изготовленные из стали, проходя через внутренний объем корпуса, частично выходят за его пределы и закреплены сварными или резьбовыми соединениями на корпусе. При этом вне пределов корпуса трубы соединены в единую систему путем сообщения внутренних объемов труб изогнутыми полыми перемычками. Однако корпус может иметь в сечении и отличную от прямоугольной форму. Кроме того, соединение труб полыми перемычками может быть произведено и внутри корпуса. С одной стороны, это несколько усложняет монтаж, но, с другой стороны, несколько уменьшает тепловые потери. Теплоноситель поступает первоначально в верхние ряды труб, проходит по объединенной системе труб, нагревая внутреннее пространство корпуса и обрабатываемые семена, и выходит их одной из труб нижнего ряда. В некоторых вариантах реализации разработанной конструкции теплоноситель затем поступает в теплообменник, нагревается там и повторно поступает на вход системы труб. Для обеспечения термической обработки смеси семян желательно, чтобы устройство содержало более одной секции нагревателя. Для уменьшения тепловых потерь желательно использовать термоизолированный корпус устройства. Термоизоляция корпуса может быть произведена любым известным путем. На выходе из корпуса может быть установлено средство регулирования скорости перемещения семян по устройству. Предпочтительно, оно может быть выполнено в виде ирисовой диафрагмы и/или средства создания колебаний устройства.

Способ реализуют следующим образом.

Смесь семян, подлежащих термической обработке, загружают в, по меньшей мере, один приемный бункер. В случае использования одного бункера для получения смеси термически обработанных семян в приемном бункере происходит смешивание исходных семян. В случае использования нескольких бункеров в каждый из используемых бункеров помещают семена одной из культур и, регулируя удельную подачу через норию семян каждого растения на транспортер системы подачи исходных семян культур в бункер - накопитель, производят на транспортере предварительное составление смеси семян заданного состава. Затем осуществляют перемещение смеси семян в бункер - питатель. Из бункера - питателя предпочтительно самотеком исходная смесь поступает в устройство термической обработки семян. При этом предварительно во внутренний объем труб устройства термической обработки семян подают поток теплоносителя. В устройстве термической обработки обрабатываемая смесь семян самотеком перемещается в направлении сверху вниз, проходя через секции нагрева. Для постоянства скорости перемещения возможно использование генератора вибрации, воздействующего на устройство термической обработки. Удаление термообработанных семян осуществляют из нижней части указанного устройства. Выделившаяся при термической обработки семян влага, а также дополнительно поданная влага, в виде пара удаляется через загрузочное отверстие устройства термической обработки. Теплоноситель, проходя по системе труб сверху вниз через все секции, разогревает внутренний объем корпуса. В процессе перемещения семян внутри корпуса происходит их термообработка с инактивацией семян зернобобовых и зерновых культур. Поскольку скорость перемещения семян внутри корпуса предпочтительно практически постоянна, то все обрабатываемые семена получают практически одинаковое количество тепловой энергии. Это обеспечит при одинаковой скорости перемещения смеси семян в вертикальной плоскости одинаковые условия прогрева смеси. При необходимости скорость перемещения обрабатываемых семян по корпусу может быть уменьшена или увеличена с использованием средства регулирования скорости перемещения семян по устройству (предпочтительно, в виде заслонки) или придании корпусу устройства термической обработки вибрации. Определенное действие на переработку полисахаридов, присущих семенам зернобобовых и зерновых культур, оказывает влага либо подаваемая в устройство, либо десорбированная с поверхности семян.

При перемещении смесь семян поступает в первую зону нагрева, где к каждому семени подводят определенное количество тепловой энергии. При дальнейшем перемещении в семени происходит процесс перераспределение тепла и влаги. При указанном процессе перераспределения подведенное во время первой ступени нагрева тепловой энергии равномерно перераспределяется по всему объему семени. Промежуток времени, во время которого в семени осуществляется процесс перераспределения тепла и влаги, то есть промежуток времени между окончанием первой ступени нагрева и началом второй ступени нагрева продукта, предпочтительно не превышает удвоенной продолжительности нагрева продукта. Указанное временное соотношение между продолжительностью ступени нагрева и ступени перераспределения тепла и влаги определено эмпирически. Как показали проведенные исследования, при выходе за границу указанного диапазона происходит существенное увеличение энергоемкости всего процесса без увеличения указанного технического результата. При дальнейшем перемещении термически обрабатываемых семян они поступают во вторую зону нагрева, а затем в последующие зоны, где к каждому предварительно нагретому во время первой ступени нагрева семени подводят определенное количество тепловой энергии. За счет подведенного во время второй ступени нагрева тепла происходит нагрев остаточной влаги в семени. При дальнейшем перемещении семена выходят из зоны нагрева, и в семени происходит процесс дальнейшего перераспределения тепла и влаги. Далее ступени повторяются описанным выше образом, то есть осуществляют ступенчатый нагрев влаги каждого семени до необходимой температуры и перераспределения тепла и влаги после каждого цикла нагрева. Нагрев семян зернобобовых культур приводит к разрушению и значительному снижению активности содержащейся в них липоксигеназы и подобных ферментов, вызывающих плохой запах, вкус и вкусоароматические ощущения в готовых продуктах - т.е. повышению потребительских характеристик готового продукта. Нагрев семян зерновых культур приводит к увеличению количества усваиваемых организм питательных веществ.

После прохождения устройства термической обработки термообработанные семена поступают по системе транспортировки термообработанных семян в увлажнитель, а затем в охладитель семян, где происходит принудительное увлажнение, а затем и охлаждение термически обработанных семян с сохранением значительного количества усвояемых аминокислот и белка. После охладителя термообработанные семена поступают в первый измельчитель термообработанных семян, где семена бобовых культур раскалывают на 2-4 части. Измельченные семена поступают в увлажнитель, где влажность измельченных семян доводят до установленной стандартом величины. Одновременно, при необходимости, происходит дополнительное охлаждение термообработанных семян. Увлажненные частицы поступают во второй измельчитель термообработанных семян, где получают частицы размером до 1-2 мм. Измельченные частицы через систему выгрузки измельченных термообработанных семян поступают на склад или в транспортный узел предприятия.

Достижение указанного технического результата будет в дальнейшем обосновано экспериментальными данными.

В дальнейшем сущность разработанного технического решения будет раскрыта с использованием примеров реализации.

Эксперименты проводили в виварии ГУП «Загорское» ЭПХ ВНИТИП РАСХН на цыплятах-бройлерах кросса «АВИАН - 48». Кормление осуществляли вволю сухими полноценными комбикормами растительного типа. Сухой комбикорм содержал, термически обработанные пшеницу и кукурузу, зернобобовые, жмых подсолнечный, муку рыбную, лизина монохлоргидрат, метионин, соль поваренную, монокальций фосфат, известняковую муку, премикс. В качестве бобовых использовали соевый жмых (контрольный опыт), смесь семян кормовых бобов и сои (соотношение 1:1), смесь семян люпина и сои (соотношение 1:1), смесь семян люпина, кормовых бобов и сои, взятых в соотношении 1:1.

Предварительно были определены питательная ценность используемых исходных бобовых культур (% на воздушно-сухое вещество) (табл.1).

Таблица 1
Питательные вещества и энергия	люпин	Бобы кормовые	Соя
Обменная энергия, ккал/100 г	230	237	330
Сырой протеин	32,0	28,0	34,0
Сырая клетчатка	13,5	6,6	7,0
Сырой жир	3,7	1,5	16,6
Линолевая кислота	1,1	0,48	8,25
Кальций	0,29	0,11	0,22
Фосфор	0,43	0,5	0,65
Натрий	0,3	0,02	0,03
Аминокислоты
Лизин	1,45	1,4	2,10
Гистидин	0,96	0,74	0,9
Аргинин	3,03	3,0	2,62
Треонин	0,90	0,90	1,40
Глицин	0,90	1,08	1,5
Цистин	0,37	0,28	0,50
Валин	1,13	1,30	1,60
Метионин	0,37	0,24	0,48
Изолейцин	3,32	2,40	1,70
Лейцин	3,32	2,93	2,70
Тирозин	-	0,8	1,02
Фенилаланин	1,37	1,0	1,74
Триптофан	0,21	0,28	0,36

Информация о питательной ценности зерновых культур известна из научно-технической литературы.

Кукуруза, пшеница, кормовые бобы, соя и семена люпина, а также их смеси были обработаны согласно вышеприведенной технологии. Для этого были сформированы вышеуказанные смеси, которые были обработаны по разработанной технологии. Используемое устройство содержит пять ступеней нагрева, при этом в первой ступени использована температура 35÷45°С, во второй ступени - 75÷85°С, в третьей - 95÷105°С, в четвертой и пятой - 110÷120°С.

Исследования были проведены по 7 группам бройлеров, где первая группа получала традиционный комбикорм, содержащий соевые бобы, вторая группа - комбикорм с необработанными кормовыми бобами и соевыми бобами, взятыми в соотношении 1:1, третья группа - комбикорм с необработанными семенами люпина и соевыми бобами, взятыми в соотношении 1:1, четвертая группа - комбикорм с необработанными соевыми бобами, кормовыми бобами и семенами люпина (взятыми в соотношении 1:1:1), пятая группа - комбикорм с обработанной смесью кормовых бобов и соевых бобов, взятых в соотношении 1:1, шестая группа - комбикорм с обработанной смесью семян люпина и соевых бобов, взятых в соотношении 1:1, седьмая группа - комбикорм с обработанной смесь, содержащей соевые бобы, кукурузу и семена люпина (взятыми в соотношении 1:1:1).

В табл.2 приведены основные зоотехнические результаты опытов на бройлерах.

Таблица 2
Показатели	группы
	1	2	3	4	5	6	7
Живая масса (кг)	1936	1870	1842	1851	1975	1959	1992
В том числе петушков	2007	1910	1894	1877	2029	2061	2098
В том числе курочек	1865	1844	1821	1818	1921	1857	1962
Сохранность поголовья, %	97,1	96,2	95,9	95,8	97,2	97,1	100
Расход корма на 1 голову, кг	3,40	3,49	3,51	3,50	3,5	3,57	3,42
Затраты корма на 1 кг прироста,	1,76	1,87	1,91	1,89	1,77	1,82	1,72
Среднесуточный прирост живой массы, г	51,2	47,3	48,0	46,6	52,3	51,9	54,2

Данные табл.2 подтверждают, что полученная термически обработанная смесь семян зернобобовых культур и зерновых культур (кукурузы) с успехом может быть использована в качестве замены соевых бобов и продуктов их переработки без отрицательного влияния на продуктивность цыплят-бройлеров. Анализ больших бедренных костей цыплят-бройлеров на содержание сырой золы, кальция и фосфора показал, что введение кукурузы, соевых бобов, кормовых бобов и семян люпина, обработанных с использованием разработанной технологии, не ухудшает содержание кальция и фосфора в костях цыплят-бройлеров, хотя использование необработанных кормовых бобов и семян люпина отрицательно сказывается на содержании кальция и фосфора в костях.

Эксперименты показывают, что применение разработанного способа термической обработки семян зерновых и зернобобовых культур позволяет получить продукты с низким содержанием антипитательных веществ при высоком содержании усвояемых аминокислот и белка и повышении срока хранения готового продукта.

1. Способ термической обработки компонентов кормов и кормовых добавок, отличающийся тем, что производят термообработку смеси семян зерновых и зернобобовых культур ступенчатым нагревом с последующим увлажнением и охлаждением термически инактивированных семян, первым измельчением семян, увлажнением и вторым измельчением семян.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе термообработки семена перемещают с постоянной скоростью.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что семена перемещают в вертикальном направлении.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что семена культур смешивают перед термообработкой.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура последней ступени нагрева составляет от 101 до 170°С.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после прохождения охладителя температура продукта составляет менее 50°С.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после стадии увлажнения содержание влаги в продукте составляет от 6 до 13%.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание семян зерновых культур составляет до 20 мас.%.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что увлажнение проводят водой или водосодержащим препаратом.

10. Термически обработанный продукт, отличающийся тем, что представляет собой смесь обработанных способом согласно пп.1-9 семян зерновых и зернобобовых культур.