Способ стерилизации комбикорма

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности при стерилизации комбикормов для молодняка. Сущность изобретения: способ предусматривает стерилизацию зерна влажностью 10-16 % с помощью переменного поля радиочастотного диапазона от 1·10⁶ до 9·10¹⁰ Гц со скважностью импульсов воздействия 0...500 и удельной мощностью 150-500 кВт /м³ при среднемассовой температуре нагрева 20-100°С в течение 10-60 с. 2 табл.

Изобретение относится к перерабатывающей промышленности и может использоваться при стерилизации кормовых, сухих молочных смесей для молодняка сельскохозяйственных животных, птиц и т.д.

Известен способ приготовления сухого продукта из яиц путем добавления воды и вспенивания при увеличении объема меланжа в 1,1.9,0 раз и дальнейшей обработке в высокочастотном поле.

Недостатком способа является то, что при добавлении воды в меланж происходит его глубокое увлажнение, что приводит к последующей длительности сушки и термообработки в ВЧ-поле при доведении его влажности до 8-9% Известен способ обработки комбикорма с помощью инфракрасного облучения. Потребляемая мощность линии 20 кВт, производительность 0,3-0,5 т-ч, время обработки 60-75 с.

Применение инфракрасной термообработки из-за низкой глубины проникновения электромагнитной волны в обрабатываемый материал резко снижает производительность применяемого оборудования.

Оба способа не дают гарантий полной стерилизации полученного сухого продукта и не позволяют устранить токсическое влияние микроорганизмов кормовых смесей на животных.

Цель изобретения устранение токсического влияния микроорганизмов кормовых смесей на животных.

Для этого обработку комбикорма, имеющего влажность 10-16% ведут в переменном поле разночастотного диапазона 1˙10⁶.9 ˙10¹⁰ Гц со скважностью импульсов воздействия 0.500 и удельной мощностью 150-500 кВт/м³ при средне-массовой температуре нагрева 26-100^оС в течение 10-60 с, а оптимальное сочетание параметров обработки рассчитывают по формуле: Q где Q заданная производительность технологического процесса; Р_общ общая мощность источника электромагнитного излучения; Р_уд удельная мощность; η_т электротермический КПД технологического процесса, характеризующий потери электромагнитной энергии; γ удельная плотность массы материала; G_к в объеме камеры V_к; τ время воздействия.

Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При появлении свободной влаги более 10% в комбикормах, являющихся сложными системами, состоящими из отдельных белковых структур и паразитирующих в них различных микроорганизмов, наблюдаются существенные различия по их влажности, т.е. белковые молекулы болезнетворных и паразитирующих микроорганизмов имеют 30-40% относительной влажности, а белковые молекулы комбикорма (муки, сухого молока, яичного порошка) имеют при этом относительную влажность 10-16% При помещении такой сложной белковой структуры в электромагнитное поле радиочастотного диапазона с частотой 1˙10⁶.9˙10¹⁰ одинаковой плотности электромагнитного потока Р_общ энергия поля поглощается в соответствии с влажностью, находящихся в нем белковых структур, имеющих различные электрофизические свойства ε и tg δ.

Усиление разделения электрофизических свойств наблюдается при увеличении свободной влаги в кормовых смесях до 10.16% При увеличении влажности комбикорма более 10% влажность белковых структур выравнивается и эффект избирательного нагрева практически нивелируется. Грибы и бактерии обладают большой влагопоглотительной способностью и при наличии свободной влаги увлажняются до 30-40% а вирусы в любом состоянии имеют минимальную влажность 30% В энергонасыщенном электромагнитном поле радиочастотного диапазона при частотах 1˙10⁶.9˙10¹⁰ основная часть энергии электромагнитного потока одинаковой плотности Р_общ поглощается в большей мере паразитирующей микрофлорой, которая в результате скоростного избирательного нагрева в течение 10-60 с нагревается до более высокой температуры и гибнет.

Среднемассовая температура нагрева комбикорма при этом повышается до 26. 100^оС при полном сохранении качественных показателей.

Для усиления эффекта избирательного воздействия переменного электромагнитного поля радиочастотного диапазона на биологические структуры применяли импульсный способ воздействия электромагнитной энергии, начинающийся от безимпульсного со скважностью импульсов 0.500. Импульсный способ подачи энергии широко используется в радиолокации, характеризуется периодом накопления энергии в специальных устройствах в течение некоторого времени и ее мгновенной выдачи на рабочую камеру. Отношение времени общего периода к времени импульса называют скважностью, которая изменяется от постоянного излучения от 0 до 500.

При увеличении скважности при неизменной общей среднеинтегральной мощности скорость ввода энергии в биообъект резко возрастает. Эффект стерилизации резко возрастает из-за термоударного воздействия на микрофлору, которая из-за большой относительной влажности 30-40% и относительно малых размеров вызывает гидроударную волну, деформирующую или разрывающую внешние оболочки паразитирующей микрофлоры, приводя их к гибели.

Среднемассовая температура нагрева сложных белковых структур при их полной стерилизации при этом снижается до 26^оС.

Для выбора напряженности Е электромагнитного поля радиочастотного диапазона предложена формула:
Q где Q заданная производительность технологического процесса;
Р_общ общая мощность источника электромагнитного излучения;
Р_уд удельная мощность;
η_т электротермический КПД технологического процесса, характеризующий потери электромагнитной энергии;
γ удельная плотность массы материала;
G_к в объеме камеры Vк;
τ время воздействия;
f частота колебаний переменного электромагнитного поля;
ε˙tgδ K коэффициент диэлектрических потерь
Е средняя напряженность переменного электромагнитного поля, по которой при заданной Р_уд и частоте f можно рассчитывать необходимую напряженность переменного электромагнитного поля Е.

П р и м е р 1. Для проверки эффективности режимов стерилизации кормовых смесей с Бархатовской птицефабрики Березовского района Красноярского края была доставлена партия комбикорма, используемая для кормления молодняка сельскохозяйственных животных, содержащая в определенном соотношении муку, сухое молоко, яичный порошок, белкововитаминные добавки и др. влажностью 10. 16% прошедших термообработку при их предварительном увлажнении до 10-16% в экструдерах.

Бактериологический анализ кормовых смесей показал наличие в них различных патогенных инфекций (бактерий рода сальмонелл, группы кишечной палочки, группы протея).

Эксперименты проводили с комбикормом, предназначенным для кормления молодняка птицы с влажностью 10-16% на установках ВЧДЗ-10/27, рабочая частота 27 мГц, ВЧД3-2,5/81, рабочая частота 81 мГц и СВЧ-установках "Электроника", "Импульс-34", рабочая частота 2450 мГц.

Для обработки отбирали пробы комбикорма массой 300 г. Комбикорм различной влажности 10,13,16% загружали между пластинами рабочего конденсатора высокочастотных установок и обрабатывали. Время обработки 10-60 с. Ток сетки 200-300 мА, ток анода 0,4-0,6 А. Напряженность поля регулировали межэлектродным расстоянием и рассчитывали по формуле:
Q
Импульсное регулирование осуществляли специальным радиолокационным устройством, позволяющим изменять скважность от 0.500.

Результаты лабораторных исследований представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что время обработки существенно влияет на содержание микроорганизмов в комбикорме. Так при обработке менее 10 с при влажности 10% и уровне удельной мощности 150 кВт/м³ количество микроорганизмов в 1 г при среднемассовой температуре 25^оС комбикорма резко возрастает до 19 тыс. шт. Но времени 10 с достаточно для стерилизации комбикорма при более высокой частоте 2450 мГц, скважности 500, влажности 10% при минимальной удельной мощности 150 кВт/м³ по допустимому уровню мировых стандартов 5 тыс.шт/г. Увеличение указанных пределов по параметрам снижает качество комбикорма. Требуемый уровень без допуска это полное отсутствие живой микрофлоры, что наблюдается в заданных пределах частоты 1˙10⁶.9˙10¹⁰ со скважностью 0.500, удельной мощностью 150-500 кВт/м³ при обработке в течение 10-60 с при среднемассовой температуре нагрева 26-100^оС.

При термообеззараживании энергией переменного электромагнитного поля радиочастотного диапазона полностью уничтожаются микроорганизмы с улучшением санитарно-гигиенического состояния продукта, сохраняются его органолептические свойства, активность липазы снижается в 3 раза, что приводит к увеличению стойкости комбикорма в процессе дальнейшего хранения, безопасности прогоркания жиров.

Согласно приведенной математической формуле, для увеличения производительности необходимо уменьшить время воздействия до 10 с, увеличить частоту и определить максимальную напряженность поля Е для заданного ведения процесса обработки.

Для этого необходимо определить объем V_к или массу G_к, находящуюся в камере высокочастотной или сверхвысокочастотной установки.

Q или G_к Q˙ τ.

Подставляя соответствующие значения времени обработки τ из таблицы 1 на эффективных режимах удельной мощности Р_уд 150.500 кВт/м³ при принятой производительности, допустим Q 1 т/ч (0,3 кг/с) находим, что при времени обработки τ 10 с, G_к 3 кг; при τ 30 с, G_к 9 кг; и при τ 60 с, G_к 18 кг. Затем определить установленную мощность Р_общ ВЧ или СВЧ оборудования.

Р_общ Р_уд˙η_т ˙G_к. При примерном постоянном значении КПД: η_т 0,7 Вч и СВЧ оборудования, при Р_уд 150 кВт/м³ (0,3 кВт/кг), G_к 3 кг, (τ 10 с), Р_общ 1,3 кВт; При Р_уд 350 кВт/м³, (0,7 кВт/кг), G_к 3 кг (τ 10 с), Р_общ 3 кВт; При Р_уд 500 кВт/м³, (1 кВт/кг), G_к 3 кг (τ 10 с), Р_общ 4,3 кВт; При Р_уд 350 кВт/м³, (0,7 кВт/кг), G_{к =} 9 кг, (τ 30 с), Р_общ 9 кВт; При Р_уд 500 кВт/м³, (1 кВт/кг), G_к 18 кг, (τ 60 с), Р_общ 26 кВт. После определения установленной мощности оборудования по предлагаемой формуле в соответствии с установленной производительностью Q, установленной мощностью оборудования Р_общ, определяем напряженность электромагнитного поля при заданной частоте колебаний электромагнитного поля f и установленной удельной мощности Р_уд.

E
Основные расчетные данные по качеству напряженности приведены в табл. 2. Анализ расчетных данных хорошо согласовывается с производственными данными о том, что с увеличением частоты электромагнитного поля резко снижается напряженность, т. е. снижается общее напряжение на пластинах рабочих конденсаторов генераторов ВЧ или объемных резонаторах установок СВЧ, увеличивается коэффициент поглощения электромагнитной энергии кε˙tgδ обрабатываемых кормовых смесей и резко снижаются размеры оборудования и соответственно их материалоемкость.

Предлагаемый способ с использованием разработанного оборудования поточной установки ВЧД3-10/27 производительностью Q 1 т/ч и СВЧ установки "Импульс ЗУ", разработанной ПО "Полет", производительностью 0,7-1,0 т/ч, хорошо реализуется в поточной линии по приготовлению корма на птицефабриках, свиноводческих и животноводческих комплексах, что позволяет полностью производить стерилизацию кормовых смесей и исключить падеж молодняка птицы и животных, которым в существующих комплексах при соблюдении всех санитарных правил через рот с комбикормом вводят бактерии самых опасных заболеваний: туберкулеза, брюшного тифа, дизентерии и т.д.

Формула изобретения

СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОМБИКОРМА, включающий электромагнитные воздействия, отличающийся тем, что обработку комбикорма, имеющего влажность 10 16% ведут в переменном поле разночастотного диапазона 1 · 10⁶ 9 · 10¹⁰ Гц, со скважностью импульсов воздействия 0 500 с удельной мощностью 150 500 кВт/м³ при средне-массовой температуре нагрева 26 - 100^oС в течение 10 60 с, а оптимальное сочетание параметров обработки рассчитывают по формуле

где Q заданная производительность технологического процесса;
P_общ общая мощность источника электромагнитного излучения;
P_уд удельная мощность;
η_т электротермический КПД технологического процесса, характеризующий потери электромагнитной энергии;
удельная плотность массы материала G_к в объеме камеры V_к;
τ время воздействия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2