Комбінований спосіб переробки картоплі на крохмаль та спирт. Сучасні проблеми науки та освіти Виробництво корму з картопляної мезги втрати
Автореферат дисертації на тему "Технологія та зневоднювач картопляної мезги на корм худобі"
РЯЗАНСЬКИЙ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИЙ ІЖЖГУТ ІМЕНІ ПРОФЕСОРА П.А КОСТШЕВА
на правах рукопису
УЛЬЯНОВ В'ячеслав Михайлович
Уда 631.363,285:636.007.22 -
ТЕХНОЛОГІЯ І ОЗУЗШУВАЧ КАРТОШНИЙ ЇЇЗШ НА КОРН СКОТУ
Спеціальність 05.20.01 – механізація _ сільськогосподарського виробництва
дисертації на здобуття "наукового ступеня кандидата технічних наук
Рязань – 1990
Роботу виконано на кафедрі "Механізація тваринництва" Рязанського сільськогосподарського інституту імені професора П.А. Костичева,
Наукові керівники: доктор технічно наук, професор Некрашавіч В.Ф., кандидат технічних наук, доцент Орешкіна М.В,
Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор Терпіловський К.Ф., кандидат технічних наук Местюков Б.І.
Провідне підприємство - Всеросійський науково-дослідний та проектно-технологічний інститут механізації тваринництва (ШІІМЗ), м. Подольськ.
Захист відбудеться "II" жовтня 1990 року на засіданні регіональної спеціалізованої Ради К.120.09.01 Рязанського сільськогосподарського інституту за адресою: 390044, м. Рязан* вул. Костичева, д. I.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Рязанського сільськогосподарського інституту.
Вчений секретар регіональної спеціалізованої ради, кандидат технічних наук, доцент
І.Є. Ліберов
:тдел ертац&З
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
1.1. Актуальність теми. В "Основних напрямках економічного та соціального розвиткуСРСР на 1986.-. .1990 року і на період 10 2000 року" передбачається значне збільшення виробництва продукції тваринництва. Найважливіше значення для вирішення поставлених завдань має розширене ж зміцнення кормової бази за рахунок ^користування побічних продуктів (відходів) харчової та.переробної промисловості, у тому числі і картофелекрахмального производ-зтва.
У дивовижній країні щорічно переробляється до 1,5 млн. т картоплі на крохмаль, у побічні продукти виробництва - мезгу і картопляний сік переходить 40$ сухих речовин картоплі. Мезга і картопляний сік, що містять крохмаль, білок, клітковину, жири та інші речовини, представляють найцінніший сировинний ресурс для задоволення потреб тваринництва в кормах. Проте в даний час відходи картоплелікрахмального виробництва реалізуються на кормові цілі не повністю, так у країні втрати картопляної мезги становлять більше 15 $, соку - 80 $. Таке становище з використанням побічних продуктів крохмального виробництва складається в основному через їх високу вологість 94...96$ і дуже великий обсяг освіти. Відсутність спеціального обладнання для концентрування відходів призводить до того, що крохмальні заводи змушені скидати частину мезги а картопляний сік у стічні води. Стічні води, що мають високу біологічною активністю, потрапляючи у водоймища, забруднюють юс, що завдає екологічної шкоди навколишньому середовищу.
Найбільш перспективні технології переробки відходів виробництва на корм худобі із застосуванням механічного зневоднення, що забезпечують концентрування картопляної мезгита вирішення проблеми "виробництва харчового білка, що містить у соку.
Проте практичне впровадження механічного зневоднення картопляної мезги та технології приготування кормів з відходів карто-фелекрахмального виробництва стримується через відсутність необхідного обладнання для їх здійснення. Тому теоретичні та експериментальні дослідження, спрямовані на соверсонстзозанле технології приготування кормів з побічних продуктів картопле-крохмального виробництва і розробку вксокое*Текгапного я надійного обвзвогаватедя: кзр?е£елье0л мезги ял.т?)?ся кз чата"-ас .ченннх завдань
1.2. Мета та завдання досліджень. Метою роботи є вдосконалення технології приготування кормів із побічних продуктів картофюлекрахмального виробництва та розробка зневоднювача картопляної мезги з обґрунтуванням параметрів та режимів роботи. Для досягнення зазначеної мети поставлені наступні завдання досліджень: 1 - розробити технологію та конструктивно-технологічну схему зневоднювача картопляної мезги; 2 – вивчити фізико-механічні властивості. картопляного мезги; ,3 - обґрунтувати критерій оцінки робочого процесу" зневоднювачів дисперсних вологомістких матеріалів; 4 -розробити математичну модель віджата рідини з мезги в шне-гсовом пресі; 5 - обґрунтувати параметри та режими роботи зневоднювача; 6 - провести випробування зневоднювача у виробничих умовах економічну ефективність його застосування.
1.3. Об'єктами дослідження." Об'єктами дослідження були: картопляна мезга з різним вмістом соку, лабораторна модель шнекового преса двостороннього стиснення," технологія і дослідно-виробничий зразок зневолшвагеля картопляної мезги.
1.4. Методика досліджень. У роботі застосовувалися теоретичні та експериментальні дослідження. Теоретичні дослідження полягали в математичному описі фізичної сутності процесу віджиму картопляної мезги в шнековому пресі та аналіз отриманих рівнянь.
При проведенні експериментів використовувалися стандартні та приватні методики, прилади та установки. Коефіцієнти тертя, вплив основних параметрів на процес зневоднення визначалися на спеціально розроблених приладах та установках. При цьому зусилля вимірювалися тензометруванням. Лабораторні дослідженняпроцесу відлатину соку з картопляної мезги в шнековому пресі двостороннього стиснення. проводилися із застосуванням математичного методу планування експериментів. Обробку експериментальних даних проводили методами математичної статистики,
1.5. Наукова новизна. Обґрунтовано застосування механічного зневоднення для концентрування картопляної мезги. Визначено фізико-механічні властивості картопляної мезги. Запропонована схема тох-кологічеокого процесу приготування кормів з побічних продуктів карто1"елекрахмального виробництва та конструкція зневоднювача каотоЗельноП мезга (позитивні рішення БНШЯЛЕ за заявками на винаходи К-4297260/27-30, * 4605033/4-5 26 і
а.с. Л 1512666). ¡"[здученні рівняння, описують процес знешкодження карго Цілісно? з меегл в гнзхевс1« пресі: двостороннього стиснута,
теоретично обґрунтували його основні конструктивні параметри та виявлено оптимальні технологічні режими роботи.
1.6. Реалізація роботи. За результатами досліджень виготовлено дослідно-виробничий зразок зневоднювача мезги. Проведені випробування у виробничих умовах Ібрадського крохмало-патокового комбінату Рязанської області показали його працездатність. Технічна документація на розроблений знезаймач передана Рязанському дослідному заводу ТОСШШ.
1.7. Апробація. Результати доповнено та схвалено на наукових конференціях Рязанського сільськогосподарського інституту (1987...1990р.), Брянського сільськогосподарського інституту (1988 р.), Ленінградського ордена Трудового Червоного Прапора сільськогосподарського інституту (1989 р.), на Всесоюзній науково-практичній конференції "Внесок молодих вчених та спеціалістів у інтенсифікація сільськогосподарського виробництва" (Алма-Ата, 1989 р.), на Всесоюзній науково-технічній конференції" Сучасні проблемиземлеробської механіки" (Мелітополь, 1989 р.), на науково-технічній раді НУО з крохмалопродуктів (Корею;во, 1989 р.).
1.8. Публікація. Основний зміст дисертації опубліковано в 5 наукових статтях, двох описах винаходів. ).
1.9. Обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків та рекомендацій виробництва, списку використаної літератури зі 105 найменувань та 5 додатків. Робота викладена на 221 сторінці, у тому числі основного тексту 135 сторінок, 35 малюнках та
II таблиці.
Вступ містить коротке обґрунтування актуальності теми.
2.1, У першому -розділі " Сучасні методита засоби приготування кормів з побічних продуктів картоплекрахмзльного лроіз- . бодстее" на підставі опублікованих робіт наведені основні січ-
дення про склад та види побічних продуктів картоплекрахмального виробництва, розглянуто питання ефективності їх використання в тваринництві. Відзначаються різні способиприготування кормів з відходів картоплекрахмального виробництва. Основою всіх технологій є механічне зневоднення картопляної мезги. Технології із застосуванням механічного зневоднення дозволяють концентрувати картопляну мезгу і вести роботи з вирішення проблеми-харчового білка, що міститься в соку.
Проведений аналіз патентної та науково-технічної літератури показав, що при великій різноманітності конструкцій пресів-зневоднювачів відсутнє надійне обладнання для зневоднення картопляної мезги. Ефективна робота зневоднювачів багато в чому залежить від правильного виборуїх основних параметрів на основі вивчення фізико-механічних властивостей та процесу зневоднення оброблюваного матеріалу. Значний досвід теоретичних та експериментальних досліджень з механічного виділення рідини з дисперсних матеріалів накопичено в механіці ґрунтів, вологому фракціонуванні зелених рослин, хімічній, харчовій та інших галузях промисловості. Ці питання розглядаються на роботах H.H. Герсєванова, В.А. Флоріна, К.Ф. Терпіловського, В.І. Фоміна, І.І. Іодо, В.А, Нужикова, Н.І, Гельперіна, Т.А. Малиновський, А.Я. Соколова, A.A. Гельгера, А.В. Іваненко та цілої низки інших дослідників. Аналіз теорій зневоднення дисперсних матеріалів показав, що вкрай недостатньо досліджений процес зневоднення картопляної мезги.
Опис процесу зневоднення картопляної мезги можна провести з урахуванням різних теоретичних підходах. Якщо розглядати процес зневоднення картопляної мезги як два суміщені етапи, перший - згущення вихідної мезги до 85...90%, а другий - механічний віджим згущеної маси, то в принципі за своєю сутністю першому етапу відповідають закономірності фільтрації, а другому - закони фільтрації .
Відповідно до поставленої метою роботи та за результатами огляду та аналізу літератури в кінці розділу сформульовані завдання досліджень.
2.2. У другому розділі "Фізико-механічні властивості картопляної мезги" викладено програму, методику та результати досліджень фізико-механічних властивостей картопляної мезги. Дослідження даних властивостей необхідне для розробки технології та обладнання для зневоднення картопляної мезги. Тому завданням досліджень було визначення чисельних показників основних властивостей при уело-
віях, що відповідають режимам зневоднення.
Відповідно до поставленого завдання визначені: щільність твердих частинок картопляної мезги, зміна коефіцієнтів тертя, бічного тиску і фільтраційно-комресійних характеристик від -тиску віджту. Щільність твердих частинок картопляної меегц лежить у межах 1026...1040 кг/м3. Встановлено, що чисельні значення коефіцієнтів тертя картопляної мезги по гладкій сталевій поверхні зменшуються з 0,135 до 0,10, а по перфорованій латунній -з 0,37 до 0,24 зі збільшенням тиску віджиму з 0,35 до 2,0 МПа. Коефіцієнт внутрішнього тертя мезги зі збільшенням тиску віджту з 0,40 до 2,83 МПа зменшується з 0,66 до 0,24, а коефіцієнт бічного тиску-з 0,9 до 0,68.
Встановлено, що на процес фільтрації соку з віджимається мезги значний вплив мають фільтраційно-компресійні характеристики. Орі збільшенні тиску віджиму з 0,20 до 2,60 МПа коефіцієнт фільтрації зменшується з 60"НГ9 до 0,73*10~9 м/с, коефіцієнт стисливості - з 5,13*10"® до О^бТО"6 та модуль прес-суомості - з 1,56 до 0,17 Коефіцієнт пористості мозку при зменшенні вологості з 90 до 52,36% знижується з 9,0 до 1,1.
2.3. У третьому розділі "Теоретичні передумови до обґрунтування параметрів шнекового мезгопресу двостороннього стиснення" розглянуто існуючі критерії оцінки робочого процесу зневоднювачів дисперсних матеріалів, запропонована конструкція зневоднювача картопляної мезги, теоретично досліджено . Запропоновано аналітичні вирази для визначення основних геометричних параметрів шнекового преса двостороннього стиснення.
Запропонований критерій оцінки робочого процесу зневоднювача має вигляд:
Pv (\Уср-\ЧТ)- (SO О- W/і)-(40Q-Wг) ■ Wu , j
З ~ fWp- Wil) ■ (Wu - Wr)*- ü- JOO > ^ 1 >
де £а - узагальнений критерій, квт "ч"?! /т;
Ри - споживана потужність, кВт;
Wu, W
Цей критерій характеризує питомі витрати енергії, що припадають зниження одиниці вологості отжимаемого продукту. Ярі по-
Потужності узагальненого критерію виявлено, що перспективними конструкціями є преси зі шнековими робочими органами, що працюють у сукупності з пристроями, що забезпечують фільтрування рідини у процесі руху суспензії.
Запропонований зневоднювач картопляної мезги (рис. I) складається з двох взаємопов'язаних пристроїв - згущувача I і шнекового преса двостороннього стиску 2. Згущувач мезги містить вертикальний циліндроконічний корпус 3 з тангенціальним патрубком 4 подачі суспензії і патруб 5 . На патрубку 5, поверхня якого виконана перфорованою, співвісно встановлений інерційний очисник 7. Інерційний очисник, являє собою лопатеве колесо з чистиками, розташованими вздовж перфорованого патрубка і обертаються спільно з лопатевим колесом навколо патрубка. Шноковий прес складається з станини 8, перфорованого циліндра 3, на кінцях якого знаходяться горловини 10 дано прийому матеріалу зі згущувача. Усередині перфорованого циліндра розташований шнек II зі змінним діаметром валу, що збільшується до середини. Шнек виконаний з двох симетричних частин з протилежними напрямками спіралей і постійним кроком. Б середині" перфорованого циліндра розміщено вікно 12 для виходу ог-"аатой мезги н пристрій для регулювання ступеня зневоднення, виконане з двох конічних дисків 13, розташованих по обидва боки від вікна і мають можливість симетричного переміщення вздовж перфорованого циліндра. Під циліндром встановлені збірники 14 фільтрату.
До особливостей конструкції обезводнювача необхідно віднести наступне. Виїсто бункерів вихідного матеріалу встановлені згущувачі мезги. Шийковий прес на протилежних кінцях перфорованого циліндра має завантажувальні горловини для продукту, а в середині част. до двостороннього стиснення. Шнек виконаний симетричним щодо середини з "протилежною наваЕХОй спіралей і розривом в зоні вихідного вікна для виведення відтисненого продукту. Така конструкція преса дозволяє ущільнювати матеріал з двох сторін рівномірно розподіленим тиском, і тим самим збільшити ступінь зневоднення. рази в порівнянні з пн"екЬвими пресами одностороннього сзатія. Радіальний висновок віджатого продукту сприяє стійко: *: триманню "пробки" з зневоленого матеріалу.в зоні вихідного вікна, що стабілізує робочий процес псосса,- У снековш: преса -
Конструктивно-технологічна схема обезво:швача картопляної мезги: I- згущувачі; 2- шнеківш прес двостороннього стиснення; 3 корпус циліндро-конічний; 4 тангенціальний патрубок; о- патрубок для відведення йільтрату; 6 - патрубок відведення згущеного осаду; 7- очисник штрцноншл; 8- станина; 9-циліндр перфорований; 10- горловини приймальні; II-шнек; 12-вихідне, вікно; 13-дашки конічні; 14 - збірники фільтрату.
них сторін шнека спрямовані назустріч один одному і теоретично взаємознижуються, а це дозволяє відмовитися від спеціальних завзятих підшипників.
Зважаючи на більшу вивченість згущувальних пристроїв і обмеженість об'єму дисертації, завдання досліджень входило теоретично і "експериментально обґрунтувати шнековий прес двостороннього стиснення.
Процес зневоднення картопляної т.газги у шнековому пресі двостороннього стиску має дві характерні зони. Від завантажувальних горловин преса до закінчення останніх витків шнека - зона віджиму, від кінця останніх витків до вивантажувального вікна - зона ущільнення. Досліджуючи процес зневоднення мезги у зоні віджиму шнекового преса, було отримано загальне дц.Мереяцмальное рівняння, описивзедео цей процес. Воно має такий вигляд:
Рис. 2. Розрахункова схема шнекового преса двостороннього стиску.
Вологість віджимається мезги; £ - час віджимання;
2 - координата, спрямована вздовж осі шнека; О. - теоретичний коефіцієнт. Теоретичний коефіцієнт а. визначається з виразу:
де ззб – кут конусності валу шнека, град; /Сдз - коефіцієнт фільтрації, м/с; /тц - коефіцієнт стисливості, м?/Н; ^ - ос5'ё1.ша маса картопляного соку, кг/м3; ^ - прискорення вільного падіння, м/с.
Коефіцієнт а. відбиває взаємозв'язок як конструктивних параметрів, і фізико-механічних властивостей отжимаемой мезги.
Щоб вирішення рівняння (2) було цілком визначеним, функція ¿ повинна відповідати крайовим умовам, відповідним фізичним умовам завдання. Для процесу віджиму рідини з картопляної мезги в розроблюваному пристрої (рис. 2) вибираємо наступні початкові та граничні умови:
(9 закон зміни вологості віджимається мезги по довжині
шоковий прес; У/0 - початкова вологість картопляної мезги.
Рішення рівняння (2) знаходиться методом поділу змін-*, ■ «.Після вирішення диференціального рівняння я відповідних реобрззований, отримаємо формулу даючи визначення вологості нартофель-ної мезги в будь-якому перерізі зони віджиму тюкового преса двостороц-го стиснення:
Де. Йк-коефіцієнт ряду Фур'є; до - 1,2,3,
Довжина зони віджимання преса, та; е - основа натурального логарифму; £ - час віджиму, с."
Стабільність роботи пропонованого преса залежить від формування та утримання "пробки" з віджатого" матеріалу в зоні вихідного вікна. Стійкість "пробки" в першу чергу залежить від довжини зони ущільнення, розташованої між кінцями останніх витків шнека.
Оскільки інековий прес двостороннього стиснення симетричний щодо осі Н-Н, вважаємо, що в цьому перерізі є умовна перегородка, праворуч і ліворуч від якої прикладено однаковий тиск. Це дозволяє розглядати окремо обидві частини преси (рис. 3). Для визначення оптимальної довжини зони ущільнення розглянемо рівновагу елементарного шару с/г. на відстані 2 від осі Н-Н. При дії що виникають у процесі ущільнення силових чинників; осьових тисків Рг і (Рас^Р^), бічних тисків, рівняння рівноваги матиме вигляд:
РГ-Р-РГ + МГУР+УХ-Р + (8)
де Р – площа поперечного печива виділеного шару; тР;
Коефіцієнти тертя мозку по внутрішній поверхні перфорованого циліндра та валу шнека; Т), с1 відповідно діаметр перфорованого циліндра і вала ченця, м.
Після відповідних замін, перетворень та розв'язання диференціального рівняння (8) отримаємо ф<тулу для определения длины
зон ущільнення: / п „,»
/ (/г Т) + -ГСР, про 5
Рис. 3. Схеми до розрахунку довжини зон ущільнення (а) та ширини вихідного вікна (б) ш-шкового преса двостороннього стиску: I-циліндр перфорований; 2- шнек; 3 вікно вихідне.
де, Р - "тиск у перерізі останнього витка.шнека, Н/м2;
Ра - тиск у вічі на відстані /2 від осі Н-Н.Н/м2; - Коефіцієнт бічного тиску; й-, - ширина вихідного вікна, м. З огляду на те, що віджатий продукт виводиться з преса в діаметральному напрямку, то на ділянці вихідного вікна, де відбувається зміна осьового руху мезги на радіальне, шари мезги переміщаються відносно один одного, що необхідно врахувати введенням коефіцієнта внутрішнього тертя/й. Тому складемо диференціальне рівняння рівноваги виділеного елемента матеріалу товщиною с|_р на відстані £ від осі валу шнека в момент зсуву його в напрямок вихідного вікна (рис. 36):
0 (10) де - Площа поперечного перерізу елементарного шару, м ^;
£ - першетр поперечного шару мезги, м. Розв'язавши рівняння, отримаємо вітзакіння для визначення бічного тиску Ц,0 біля поверхні валу шнека:
е/р (Ъ-с*) , (І)
де бекове даплонно на таході з вікна, Н/м^.
З Еиракпнг.я (II) випливає, що бічне тиск збільшується в зої одг.іга по (.тапо наближення до валу шнека і у нього погорхнос-
та досягає максимального значення.
Видозмінимо" певним чином вираз (II), тобто додамо до обох частин даного співвідношення і розділимо на два, отримаємо:
де ^з - середнє бічне тиск у зоні зсуву, Н/м2. .
Замінив тиск через Ра. і підставимо вираз (9.)» . отримаємо формулу для визначення оптимальної довжини зони ущільнення:
Аналізуючи вираз (13) можна відзначити, що довжина зони ущільнення шнекового преса двостороннього стиснення при відомих діаметрах перфорованого циліндра і валу шнека залежить від силового фактора (), фізико-механічних властивостей мезги.
конструктивного параметра (.??/).
Вирішуючи спільно вирази (7) і (13) після перетворень та замін отримаємо узагальнену модель зневоднення картопляної мезги в шоковому пресі двостороннього стиснення:
тт. т""пВг", \ рг * "14)
де С) – емпіричний коефіцієнт;
1Ло - модуль пресування; . .
няолний коефіцієнт ряду Фур'є; А - коефіцієнт, рівний, і ~;
/я ■(£>-(()
Коефіцієнт, рівний ^--
Сг - коефіцієнт, рівний СоЩ-^-ЦУ-с.Ци))>
П – частота обертання шнека, про/с; Ц - кут підйому гвинтової лінії шнака, град; Ш - кут між напрямком руху матеріалу та площиною
бічних поверхонь навивки шнека, град; Їс<- среднее значение коэффициента пористости мезги. Выражение (14) описывает процесс обезвоживания картофельной мезги в шоковом пресса двухстороннего сжатия и может быть использовано при расчете пресса.
Продуктивність шнекового преса двосторінкового стиснення.
немає бути визначена з виразу:
де X - товщина шару мезги у зоні ущільнення, м;
- £ - крок шнека, м; £ – ширина шнекового каналу, м; - - Щільність мезги в зоні першого витка шнека, кг/м3.
Отримані також аналітичні вирази для визначення деяких параметрів шнекового робочого органу.
■ 2.4. У четвертому розділі "Експериментальне дослідження процесу зневоднення картопляної мезги в лабораторних умовах" ■ наведено програму, методику та результати досліджень процесу зневоднення картопляної мезги на лабораторній моделі шнекового ■ преса двостороннього стиснута.
Експериментальними дослідженнями із застосуванням методу планування експерименту були отримані адекватні моделі регресії, що дозволяють визначити в межах варіювання рівнів факторів вологість віджатого мезги та енергоємність процесу віджимання в шнековому пресі, які в іменованих величинах мають вигляд: для вологості віджатого мезги. ...
127,73 – 2,341 – 0,247а< - 4,330л. +■ + 0,024 V/о[ц + 0,075 + 0,027а, -Л +
0,0155 УІог - 0,043 а/-0,119 пе (16^
дон енергоємності процесу віджиму
Е(/г = 62,145. - 1,0536 -0,9957 а у.- 1,0267 П + . . ". + 0,0065 \ К/о-а, + 0,0086 Мо-я 0,005 а- п +
0,0046 ^ + о,ою а* + о.ою п& (I?)
" де. - Початкова вологість вихідної мезги, %; Д1 --ширина" вихідного вікна преса, ми; П - частота обертання шнека, об/хв.
Аналіз моделей регресії виконувався за допомогою двовимірних перерізів (рис. 4) і при цьому вирішувалося компромісне завдання, в якому потрібно знайти значення факторів, що дають мінімум енерговитрат. віджим, при високому ступені зневоднення картопляної мезги. В результаті були отримані наступні оптимальні параметри: початкова вологість мезги 90 $, ширина вихідного вікна 0.,011 .., 0,015 м, частота вірного икека 4,0 ... 6,0 об / хв. При цьому вологість віджатого матеріалу знаходиться в продолах 58...65$, а енергоємність тільки про-
цеса віджиму становить 0,6...0,3 кВт"ч/т.
Для перевірки збіжності результатів теоретичних та експериментальних досліджень на рисунку 5 представлені приватні залежності, отримані з теоретичної< 14) и экспериментальной.
ного вікна О.) і частоти обертання шнека П. на" вологість віджатого мезги і енергоємність процесу віджиму. при початковій вологості мезги 90 $: --- - вологість віджатого мезги;
(16) моделей-зневоднення картопляної мезги у шнековому пресі двостороннього стиснення. Теоретичні залежності побудовані з урахуванням емпіричного коефіцієнта ^ = 1,27. Як видно з малюнка, вологість віджатої картопляної мезги зі збільшенням ширини вихідного вікна і частоти обертання шнека підвищується. Подані графічні залежності показують, що збіжність результатів теоретичних та експериментальних досліджень є досить високою, помилка не перевищує 5,0 %. Тому теоретична модель (14) може бути використана при обгрунтуванні.
Рис. 5. Залежність вологості віджатого картопляного мезги W від ширини вихідного вікна сь преса (а) і частоти обертання шнека П. (б): I-W0 =90%, п = 4,25 об/хв: 2- Wo "= п. = 4,25-об/хв: 3-VD = SC$, ОЦ = 0,015 м;
Wo = BQ%, Ctj = 0,025 м;
Теоретична залежність;
- експериментальна залежність.
його стиску.
У ході експериментальних досліджень виявлено також залежності продуктивності-шнекового преса за вихідною мезкою, рідкою та твердою відтиснутою фракціями від ширини вихідного вікна та частоти обертання шнека.
,■ 2.5. У п'ятому розділу "Виробничі випробування, впровадження результатів досліджень та їх економічна ефективність" представлені програма, методика та результати. зневоднювача у складі лінії утилізації картопляної мезги на корм худобі.
Випробування дослідно-виробничого зразка зневоднювача картопляної мезги проводилися на Ібредському крохмало-паточному комбінаті (Рязанська область). Пнекові прес обезводнювача мав діаметр пгепа 0,205 і загальну» для перфорованого циліндра 2,0 і, на
завантажувальних горловиках якого було встановлено по два згущувачі з внутрішнім діаметром циліндричної частини корпусу 0,04 м. У ході випробувань визначалися продуктивність зневоднювача, енергоємність а вологість віджатої картопляної мезги.
На малюнку 6 представлені результати виробничих випробувань зневоднювача. Як видно з малюнка при збільшенні ширини вихідного вікна преса підвищується продуктивність зневоднювача і знижується енергоємність процесу, але одночасно підвищується влада віджатого матеріалу.
Аналіз результатів виробничих випробувань зневоднювача дозволив рекомендувати дат отримання зневодненої мезги з вологістю 70...75% при тиску подачі вихідної суміші 0,3...О,35 Ша і частоті обертання шнека"6. вихідного про;ша 0,015...О,02 і, при цьому продуктивність складе 5,2...6,0 т/год,
РГС. 6. Зміна продуктивності обезводнювача (2д, вл^таоста віджатої мезги V/ і енергоємності процесу Е від
ширини вихідного вікна пресі
а питома енергоємність – 1,6...1,25 кВт*год/т.
Удосконалення технології виробництва сухих і сирих кормів аз побічних продуктів карто-фелекрахмального виробництва нами пропонується вести за двома варіантами, залежно від потужності переробних заводів (рлс.7). За першим варіантом
суспензія (суміш мезги та картопляного) шляхом механічного зневоднення поділяється на дві фракції: «твору» і рідку. Тверда - використовується для згодовування худобі як замінник коренеплодів, що рідка відводиться на далеюйзуе утилізація. За другим варіантом суспензія такхе поділяється на дві фракції. З глдксЯ дутсі тоо-носкою "коагуляція виділяється білок, який гтеааляется в "^лзтп"л-ватедь, е потім після обззБозяваязя остз^тст з тзе^дой г-я::::.;:", яка Мржтується в ксйоллсгг а внсупаглетгя 2 де:.-"■ с,-
Рис "«" 7» Схема технологічного процесу приготування кормів. побічних продуктів картоплекрахмального виробництва: I- насос? 2- збірник; 3- трубопровід; 4- зневоднювач; 5-коагулятор; 6- стрічковий фільтр; 7- формувач монолітів; 8 - сушильний агрегат; 9- транспортер; Ю-збір-"" нік-накопичувач.
пилці до вологості 12...133? Б результаті виходить повноцінний
концентрований білковий корм.
Економічний ефект від впровадження розробленого зневоднювача "у складі лінії утилізації картопляної мезги на корм худобі складе 6786 рублів при виробництві 6000* зневодненого корму з вологістю» 75%. Економічний розрахований без урахування скорочено-
ня транспортних витрат на доставку картопляної мезги споживачеві.
та рдамшАдаї виробництву
I. Процес приготування кормів
з побічних продуктів картоплі-лекрагмального виробництва рекомендується здійснювати за двома технологіями. Перша технологія включає поділ вихідної суміші мезга з картопляним соком на тверду і рідку фракції, термічну коагуляцію бідка в рідкій фракції, його згущення і змішування з вихідною сумішкою, збагачення твердо;; йрада білком при механічному
зневоднення отримуваної суміші, формування монолітів з твердої фракції та їх сушіння, що забезпечує одержання кормового продукту з підвищеним вмістом протеїну. Друга технологія включає поділ вихідної суміші мееги з картопляним соком за допомогою механічного зневоднення на рідку і тверду фракції, виведення з виробництва рідкої фракції та використання на корм худобі твердої, в результаті чого виходить кормовий продукт у вигляді картопляної мезги з вологістю 70$ і вмістом 0, 3 к.вд. в одному кілограмі. Основою цих технологій є механічне зневоднення картопляної мезги.
2. Порівняльну оцінку обезводнювачів різних конструкцій слід вести за узагальненим критерієм, що враховує питомі витрати енергії зниження одиниці вологості отжимаемого продукту. За допомогою узагальненого критерію виявлено, що перспективними конструкціями є преси зі шнековими робочими органами, що працюють.
3. Конструктивно-технологічна схема зневоднювача картопляної мезги повинна включати шнековий прес двостороннього стиснута і відцентрові згущувачі з самоочисною поверхнею фільтрування, встановлені на його завантажувальних горловинах, що забезпечує зневоднення мезги в два етапи шляхом згущення % вологи. Г"
Прес необхідно виконувати з робочим органом, що складається з двох шнеків з конусними валами, з'єднаними великими основами у зоні вихідного вікна за допомогою циліндричної вставки, що не має навивки. Обидва шнеки повинні бути укладені в перфоровані циліндри, що мають щілини для фільтрації соку з розмірами 0,25 х 5,0 мм. Між циліндрами необхідно розташувати вікно з регульованим перетином для виходу віджатого продукту, а на протилежних кінцях завантажувальні горловини. Така конструкція преса дозволяє ущільнювати продукт із двох сторін рівномірно розподіленим тиском, тим самим збільшити ступінь зневоднення мезги на 15% і підвищити продуктивність приблизно вдвічі порівняно зі шнековими пресами одностороннього стиснення.
Розроблена узагальнена модель-зневоднення показує, що вологість віджатої картопляної мезги в шоковому пресі двостороннього стиснення залежить від конструктивних та кінематичних параметрів
пресового вузла і фізико-механічних властивостей продукту, що віднімається.
4. Встановлено, що чисельні значення коефіцієнтів тертя картопляної мезги з гладкої сталевої поверхні зменшуються з 0,135 до 0,10, а з перфорованої латунної - з 0,37 до 0,24 зі збільшенням тиску віджиму з 0,35 до 2,0 Ша. Коефіцієнт внутрішнього тертя мезги зі збільшенням тиску віджиму з 0,40 до 2,83 Ша зменшується з 0,66 до 0,24, а коефіцієнт бічного тиску - з 0,9 до 0,68.
Встановлено, що на процес фільтрації соку з віджимається мезги значний вплив мають компресійно-фільтраційні характеристики. При збільшенні тиску віджиму з 0,2 до 2,6 МПа коефіцієнт фільтрації зменшується з 60до 0,73 * 10 ~ 9 м / с, коефіцієнт стисливості - з 5,13 "КГ5 до 0,06" Ю-6 м ^ / Н і модуль прес-ємності - з 1,56 до 0,17. Коефіцієнт пористості мезги при зменшенні вологості з 90л до 52,38? знижується з 9,0 до 1,1.
5. Дослідження в лабораторних умовах моделі шнекового преса двостороннього стиску показали, що його конструкція працездатна і може бути застосована для віджати картопляної мезги.
Оптимізація робочого процесу шнекового преса методом двовимірних перерізів отриманих багатофакторних моделей регресії дозволила встановити, що при початковій вологості вихідного продукту 90$ для отримання віджатої мезги вологістю 58...65$ необхідні наступні значення параметрів: частота обертання шнека 4,0...6, 0 об/хв; ширина вікна преса 0,011...0,015 м; витрати енергії лише на процес віджито 0,6...0,3 кВт*год/т.
6. Виробничі випробування дослідно-виробничого зразка зневоднювача картопляної мезги, розробленого на підставі теоретичних досліджень та лабораторної моделі преса, показали, що регулювання технологічних параметрів процесу необхідно вести зміною ширини вихідного вікна шнекового преса. З її збільшенням від 0,01 до 0,03 м при тиску подачі вихідної суміші мезги з картопляним соком 0,30...О,35 Ша підвищуються продуктивність Ь 4,9 до 6,63 т/год, вологість віджатого мезги з 63 ,37 до 77,07 ^, а енергоємність процесу зневоднення знижується з 1,94 до 0,8 кРт"ч/т.
7. Для стабільної роботи зневоднювача у виробничих ус-лл-итх на стані г.»зга і картопляного соку з початковою вологістю?5Т> сл^-тет рек?м?н,::?? 30 ... 0,3? ".:~а, частоту вт?т;?кія шнекз 6,0 об/кан, ширину вихідного вікна
ecca О,015...0,020 м. Продуктивність при цій складе 5,2... О т/год, вологість віджатого продукту - 70...1Ъ% та енергоємність процесу зневоднення 1,60...1,25 кВт* ч/т.
8. Економічний ефект від застосування розробленого зневоднення-1геля у складі лінії утилізація картопляної мезги на корм худобі ютавит 6786 рублів при виробництві 6000 т зневодненого корму зі шсністю 75 $.
1. Зневоднювач гадроцаклоняий.- Позитивне рішення ШШЕ за заявкою 4297280/31-26 від 26.02.90, (співавтори В.Ф. Некра-звич та М.В. Орєшкіна).
2. Інековний прес.- Позитивне рішення ВНДІГОЗ за заявкою БО5033/27-30 від 23.10.89, (співавтор М.В. Орєшкіна).
3. Фільтр для поділу суспензії, - Позитивне рішення ШЖПЕ за заявкою-4657442/31-26 від 22.09.89, (співавтор М.В. Оре-ана).
4. А.о. I5I2666 B04G 5/16. Обезвоювач суспензій,- Опубл. I Б.І., 1989 №37, (співавтор М.В. Орєпкіна).
о. A.c. I4I99I4 ВЗОВ 9/20. Прес для віжкманія рідини з речовин. - Опубл. в Б.І, 1988, JK32, (співавтори М.В. Ореякіна та П.І. ]вців).
6. Обґрунтування технологій утилізації відходів картоплекрахмального виробництва на корм худобі // Удосконалення сільсько-господарської техніки, що застосовується в кявотництві. Зб. нзуч. трутів. - Горький, 1990, - С.42, ..45, (співавтор М. В» Орєшкіна).
7. Технологія і обезво;шватоль гартотел'нок мезга на кор*т худобі // Внесок молоднх y^ei;гах і спеціалістів в інтенсифікацію сільськогосподарського виробництва / Матеріал «Всесоюзної науково-пгоктя-тескол конференції.~ Алма-Ата, 1939,- З. 106.
8. Зневоднення картоТількою. Зб. наук. праць,- Горький, 1990.- С.29...31.
1Стаття присвячена комплексному дослідженню хімічного складу та показників безпеки відходів картопляного виробництва. До основних показників, що контролюють якість та безпеку продукції, відноситься: вміст сухих речовин, золи, сирого протеїну, крохмалю, цукрів, вологість, а також токсичні елементи та мікробіологічні показники. Визначення фізико-хімічних показників проведено відповідно до ГОСТ 7698-78. «Відбір проб та методи аналізу». При переробці картоплі втрачається близько 20% сухої речовини сировини як картопляного соку і 20% як мезги. Повна утилізація вторинних продуктів допомагає раціональніше та економічніше використовувати картоплю як промислову сировину, а також сприяє вирішенню проблеми забезпечення кормів та значно зменшує забруднення водойм стоками картоплепереробного виробництва. На підставі проведених досліджень показано, що кількість сухих речовин у картопляній меззі та клітинному соку міститься 14,6 та 1,5% відповідно. Крім цього, хімічний склад доповнюють також такі вітаміни, як С, РР, В9, каротин, пантотенова кислота, мінеральні речовини, моноцукри та інші. При цьому межі зміни вологості картоплі в лабораторних та виробничих умовах дорівнюють відповідно 86,65±4,6% та 97,4±0,85%. Вміст токсичних речовин, а також мікробіологічні показники в меззі та клітинному соку не перевищують діючих допустимих рівнів. Показники безпеки, у тому числі вологості картопляної мезги та клітинного соку доводять, що даний вид продукту є швидкопсувним і не підлягає тривалому зберіганню. Результати показали, що склад відходів картопляного виробництва більшою мірою залежать від якості вихідної сировини, тим самим встановлено можливість їх використання як корми для сільськогосподарських тварин.
відходи картопляного виробництва
хімічний склад
показники безпеки
переробка
кормова добавка
1. Анісімов Б. В. Картоплярство в Росії: виробництво, ринок, проблеми насінництва // Картопля та овочі. - 2000. - №1. - С. 2-3.
2. Анісімов Б. В. Картопля 2000-2005: підсумки, прогнози, пріоритети // Картопля та овочі. - 2001. - №1. - С. 2-3.
3. Гаппаров А. М. Проблема продовольчого забезпечення населення Росії// Харчова промисловість. - 2001. - №7. - С. 13-14.
4. Гончаров В. Д. Сировинні ресурси переробної промисловості АПК / В. Д. Гончаров, Т. Н. Леонова // Зберігання та переробка сільгоспсировини. - 2003. - №4. - С. 14-16.
5. Кокіна Т. П. Контроль якості та сертифікації насіннєвої картоплі / Т. П. Кокіна, Б. В. Анісімов // Картопля та овочі. - 2001. - №2. - С. 6-7.
6. Колчин Н. Н. Картопляний комплекс Росії: стан та перспективи розвитку // Картопля та овочі. - 2000. - №4. - С. 2-3.
7. Позняковський В. М. Гігієнічні основи харчування, якість та безпека харчових продуктів: підручник. - Вид-е 5-те, виправ. та дод. - Новосибірськ: Сиб. унів. вид-во, 2000. - 480 с.
8. Просіков А. Ю. Ємність ринку Кемеровської області на напівфабрикати з картоплі/А.Ю. Просіков, Я.М. Карманова// Харчова промисловість. - 2005. - №6. - С. 76.
9. Пшеченков К. А. Придатність сортів до переробки в залежності від умов вирощування та зберігання / К. А. Пшеченков, О. Н. Давиденкова // Картопля та овочі. - 2004. - №1. - С. 22-25.
10. Степанова В. С. Обґрунтування потреб населення регіону в продуктах харчування // Харчова промисловість. - 2004. - №7. - С. 42-43.
Вступ
Одним із пріоритетних напрямків Державної програми розвитку сільського господарства та регулювання ринків сільськогосподарської продукції, сировини та продовольства на 2013 – 2020 роки є розвиток біотехнології та раціональне стимулювання зростання виробництва основних видів сільськогосподарської продукції та виробництва харчових продуктів.
Відходи харчової промисловості, у більшості випадків, у помірних кількостях можуть бути безпосередньо використані у сільському господарстві для годівлі тварин. Вони мають високу енергетичну та біологічну активність, нешкідливі, гіпоалергенні, легко піддаються ферментативною та мікробіологічній біоконверсії, різним видам переробки. Лімітуючим фактором, при цьому, зазвичай, є великий вміст у відходах води, що підвищує вартість транспортування, обмежує кількість цих відходів у раціонах і не сприяє тривалому зберіганню продукту.
На більшості картоплепереробних заводів у зв'язку з відсутністю утилізаційних цехів для переробки відходів раціонально використовується тільки їх невелика частина для кормових цілей. У той же час кількість відходів постійно зростає. Відомо, що з переробці картоплі утворюються побічні продукти, мають підвищену кількість вологи . Лише у Росії протягом року утворюються такі відходи картопляного виробництва: мезга - 60-70 тис. тонн, відходи під час виробництва сухого картопляного пюре - до 10 тис. тонн, стічні води - 100-120 тис. тонн .
Тільки на території Кемеровської області щодня переробляється до 600 тисяч тонн картоплі різних сортів для отримання різних видів продукції, і в процесі переробки залишається до 30-50% відходів, з яких можна отримати крохмаль.
Незважаючи на той факт, що хімічний склад та властивості картоплі та її відходів виробництва досить докладно висвітлені у довідковій літературі, вони значно варіюють у відносних цифрах залежно від різних факторів.
На підставі вищевикладеної метою цієї роботи є дослідження хімічного складу та показників безпеки відходів картопляного виробництва.
Об'єктами дослідженьз'явилися: відходи картопляного виробництва (картопляна мезга, клітинний сік, крохмаль).
При виконанні роботи використовували стандартні, загальноприйняті та оригінальні методи досліджень, В тому числі фізико-хімічні: спектрофотометрія, поляриметрія, мікроскопія, рефрактометрія. Визначення фізико-хімічних показників проведено відповідно до ГОСТ 7698-78. «Відбір проб та методи аналізу». Отримані результати порівнювалися з нормами та вимогами до якості картопляного крохмалю за ГОСТ Р 53876-2010 «Крахмаль картопляний. Технічні умови".
Результати досліджень
При використанні картопляної мезги та клітинного соку на харчові чи кормові цілі необхідне знання їх хімічного складу та інших показників, що оцінюють їх технологічні властивості. Тому, для уточнення хімічного складу картопляної мезги та клітинного соку проведено дослідження у напрямку оцінки їх якості та безпеки.
У таблиці 1 представлені межі зміни показників фізико-хімічних властивостей картопляної мезги та клітинного соку.
Таблиця 1
Хімічний склад картопляної мезги та соку
Показники |
Значення |
|
Клітинний сік |
||
Сухі речовини, % |
||
Сирий протеїн, % |
||
Крохмаль, % |
||
Редукуючі цукру, % |
||
Клітковина, % |
У таблиці 2 наведено дані зміни вологості картопляної мезги та клітинного соку, отримані в лабораторних та виробничих умовах. У період досліджень межі зміни вологості (середнє значення) картоплі в лабораторних та виробничих умовах дорівнювали відповідно 86,65±4,6% та 97,4±0,85%. Висока вологість побічних продуктів не дозволяє довго їх зберігати.
Таблиця 2
Зміна вологості картопляної мезги та клітинного соку
Вологість, % |
|||
Клітинний сік |
|||
Лабораторні умови |
Виробничі умови |
Лабораторні умови |
Виробничі умови |
Значення рН соку становить 56-62. Висока кислотність клітинного соку обумовлена наявністю у бульбах значної кількості органічних кислот. Серед них лимонна, яблучна, щавлева, піровиноградна, винна, бурштинова та деякі інші кислоти. Особливо багато в бульбах лимонної кислоти (до 04-06%).
Вважаючи, що технологічні властивості біологічних об'єктів визначаються вмістом в них білкових речовин і амінокислот, що містяться в них, тому одним з перспективних джерел природного рослинного білка міг би стати картопляний сік. При дослідженні клітинного соку у цьому напрямі виявлено щонайменше 12 вільних амінокислот, серед яких є життєво необхідні амінокислоти: валін, лейцин, метіонін, лізин, аргінін.
У свіжому картопляному соку та меззі містяться також такі вітаміни, такі як С, РР, В9, каротин, пантотенова кислота. Однак при зіткненні із залізними деталями обладнання вміст деяких вітамінів, особливо вітаміну С, у картопляному соку значно знижується в порівнянні з їх вмістом у бульбах.
Широко представлені зольні елементи соку. Близько 60% золи посідає частку оксиду калію. У золі соку містяться майже всі мікроелементи. Помічено, що значних відмінностей у кількості мінеральних речовин у досліджуваних зразках немає.
Дослідження вуглеводів клітинного соку показало, що вони, переважно, представлені моносахарами: глюкозою, маннозою, фруктозою. Зміст цукрів, що редукують, залежить від сорту, ступеня зрілості бульб, умов вирощування і зберігання. При збільшенні вмісту редукуючих цукрів у бульбах до 0,5% картоплепродукт набуває коричневого забарвлення і гіркуватий присмак, неприпустимі для кінцевого продукту.
У ході досліджень вивчено вміст у досліджуваних зразках токсичних елементів, нітратів, пестицидів та радіонуклідів. Результати досліджень представлені у таблицях 3-4.
Таблиця 3
Показники безпеки картопляної мезги та клітинного соку
Найменування |
Допустимий рівень вмісту мг/кг, не більше |
Клітинний сік |
|
охратоксин А стерігматоцистин Т-2 токсин |
|||
Діоксиноподібних поліхлорованих біфенілів нг ВООЗ-ТЕФ/кг, не більше: |
|||
Радіоактивний цезій, Бк/кг |
|||
Радіоактивний стронцій, Бк/кг |
Таблиця 4
Мікробіологічні показники картопляної мезги та клітинного соку
Найменування |
Допустимий рівень утримання |
Клітинний сік |
|
ОЧГ, КУО/г, не більше |
|||
КМАФАнМ, КУО/г, не більше |
|||
БГКП (коліформи), 0,01 г |
не допускаються |
не виявлено |
не виявлено |
Наявність патогенних мікроорганізмів: |
|||
сальмонели у 50,0 г |
не допускаються |
не виявлено |
не виявлено |
патогенні ешерихії 50,0 г |
не допускаються |
не виявлено |
не виявлено |
Дріжджі, дещо/г, не більше |
менше 1,0 · 10 1 |
||
Плесені, КУО/г, не більше |
менше 1,0 · 10 1 |
менше 1,0 · 10 1 |
Відзначено, що вміст радіонуклідів у меззі та клітинному соку не перевищує діючих допустимих рівнів. Наявність токсичних речовин та патогенних мікроорганізмів у досліджуваних зразках сировини та побічних продуктів його переробки не виявлено. Ртуть, миш'як, мікотоксини та пестициди в картопляній меззі та клітинному соку не виявлені. Вміст нітратів у картопляній меззі та клітинному соку в середньому дорівнює 89,75 мг/кг.
Встановлено, що контрольовані потенційно небезпечні хімічні речовини містяться у продукті в концентраціях, що не перевищують встановлених нормативів, та відповідають вимогам СанПін 2.3.2.1078-01 «Гігієнічні вимоги безпеки та харчової цінності харчових продуктів» та технічного регламенту митної спілки «Про безпеку кормів ».
Таким чином, аналіз літературних та власних експериментальних даних показав, що хімічний склад та показники, що характеризують фізико-хімічні та технологічні властивості картопляної мезги та клітинного соку більшою мірою залежать від якості вихідної сировини. Це зумовлює подальші дослідження щодо використання у харчовій промисловості. Хімічний склад побічних продуктів переробки картоплі свідчить про можливість їх використання як компонент харчових продуктів. У той самий час, основні показники технологічних властивостей побічних продуктів свідчить необхідність застосування спеціальних прийомів їх обробки чи підготовки.
З впровадженням інноваційних технологій переробки, зі зміною попиту на вироблену продукцію відходи харчових виробництв можуть змінювати свою суспільну корисність і стати вихідною сировиною для отримання нових високоякісних кормів.
Рецензенти:
Курбанова М.Г., д.т.н., доцент, завідувач кафедри "Технологія зберігання та переробки сільськогосподарської продукції" ФДБОУ ВПО "Кемеровського державного сільськогосподарського інституту", м. Кемерово.
Попов А.М., д.т.н., професор, завідувач кафедри "Прикладна механіка" ФДБОУ ВПО "Кемеровського технологічного інституту харчової промисловості", м. Кемерово.
Бібліографічне посилання
Дишлюк Л.С., Асякіна Л.К., Карчин К.В., Зіміна М.І. ВИВЧЕННЯ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ І ПОКАЗНИКІВ БЕЗПЕКИ ВІДХОДІВ КАРТОПЕЛЬНОГО ВИРОБНИЦТВА // Сучасні проблеми науки і освіти. - 2014. - № 3.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=13587 (дата звернення: 01.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»
Картопля не тільки цінна харчова культура та кормовий продукт, що використовується в тваринництві, але й один з найпоширеніших видів сировини для низки галузей харчової промисловості, зокрема спиртової та крохмало-па-точної. Безазотисті екстрактивні речовини представлені в картоплі крохмалем, цукром та деякою кількістю іентозан. В залежності від умов зберігання картоплі вміст цукру в ньому помітно змінюється. І в окремих випадках може перевищувати 5%. Азотисті речовини картоплі складаються в основному з розчинних білків та амінокислот, на частку яких переходить до 80% загальної кількості білкових речовин. За умовами технології виробництва крохмалю розчинні речовини зазвичай втрачаються з промивними водами. Відходом виробництва на картоплекрахмальних заводах є мезга, яку після часткового зневоднення (вологість 86-87%) використовують на корм худобі.
Зміст крохмалю в меззі залежить від ступеня подрібнення картоплі. За даними М. Є. Бурмана, на великих, добре оснащених заводах коефіцієнт вилучення крохмалю з картоплі дорівнює 80-83%, але в заводах малої потужності- 75%. Підвищення його пов'язане із значним збільшенням знергопотужності підприємства, а отже, і капітальних витрат. Нині окремих передових підприємствах крохмало-паточной промисловості він сягає 86% і від. Мезга, що використовується як корм, - малоцінний год швидкопсувний продукт. У 1 кг мезги міститься 0,13 кормових одиниць, тоді як у свіжому картоплі – 0,23. Згодовування свіжої мезги худобі слід обмежувати. При переробці картоплі на спеціалізованих крохмальних заводах виходить 80-100% мезги за вагою картоплі, і значна частина її нерідко залишається нереалізованою.
Використання розчинних речовин картоплі
Багаторічний досвід роботи крохмальної промисловості показав, що проблема використання розчинних речовин картоплі є однією з найскладніших. Вона не дозволена досі як на вітчизняних крохмальних заводах, так і зарубіжних підприємствах. Ще в дореволюційній Росії з метою ефективнішого використання картопляної мезги її почали переробляти на винокурних заводах, розташованих поблизу крохмальних. Проте, за даними Г.Фото, така переробка виявилася нерентабельною через низький вміст спирту в бражках. На деяких спиртових заводах Чехословаччини застосували комбіновану переробку картоплі на крохмаль та спирт, при якій використовували не тільки картопляну мезгу, а й частину концентрованих промивних вод.
Такий прийом не лише збільшував коефіцієнт використання крохмалю, а й дозволив частково використовувати розчинні речовини картоплі. Нижче наведено схему балансу сухих речовин картоплі при комбінованому виробництві крохмалю та спирту на дослідному підприємстві Норвегії. У СРСР М. Є. Бурман та Є. І. Юрченко запропонували комбінування крохмального та спиртового виробництв на принципово новій основі. Рекомендується витягувати з картоплі лише 50-60% крохмалю, що дозволяє передавати для переробки на спирт багатшу крохмалем мезгу, а також спростити процес виділення крохмалю, виключивши операції з багаторазового промивання мезги та вторинного подрібнення.
При такому способі переробки картоплі ефективність виробництва забезпечують такі фактори: майже повне використання крохмалю, що міститься в картоплі, для вироблення основних продуктів (крохмалю та спирту); отримання замість малоцінної мезги барди -. дуже цінного живильного корму для худоби; використання більшої частини розчинних речовин картоплі у спиртовому цеху або для мікробіологічних виробництв, організованих при спиртзаводах; скорочення транспортних та загальнозаводських витрат; економія капіталовкладень при будівництві крохмаленого цеху за спрощеною схемою на заводі, що діє.
Спосіб комбінування виробництва крохмалю та спирту на основі спиртового заводу знайшов широке застосування у промисловості. До 1963 р. на спиртових заводах введено в експлуатацію понад 60 картофелекрахмальних цехів. Технологічні схеми виробництва крохмалю ґрунтуються на вищезгаданому принципі, проте в апаратурному оформленні вони дещо відрізняються одна від одної. Нижче наведена схема, запропонована М. Є. Бурманом та Є. І. Юрченком для Березинського заводу. Вона передбачає використання у спиртовому виробництві як мезги, а й розчинних речовин картоплі. Останні виділяються у вигляді клітинного соку на струшувальному ситі при незначному розведенні картопляної кашки водою.
Для відділення крохмалю клітинний сік прямує на осадову центрифугу, після якої - у збірник продуктів, що передаються спиртовий цех. Мезга промивається на двоярусному екстракторі або струсу ситі і направляється на мезгопрес, потім надходить у збірник. Для переробки в спиртовий цех подається також грязьовий крохмаль із пасток. Очищається крохмальне молоко від розчинних речовин на осадовій центрифузі, а від дрібного мезги - на рафінувальних ситах.
Остаточне очищення його відбувається на жолобах. Відділення розчинних речовин картоплі передбачається до вимивання крохмалю з кашки, щоб отримувати клітинний сік картоплі у слаборозбавленому вигляді та не знижувати концентрації сухих речовин у суміші продуктів, що надходять до спиртового цеху. Однак, як показали заводські досліди, струсо сито - малопридатний апарат для виділення концентрованого клітинного соку. За даними авторських досліджень, на ситі площею 2,5 м2 з саржевою сіткою № 43 при продуктивності по картоплі 1,0 Тиас на 1 м2 сита і частоті віб-, рацій 1000-1200 за хвилину клітинний сік з нерозбавленої кашки виділяється в невеликій кількості. У табл. 1 наведено дані, що характеризують виділення клітинного соку при розведенні картопляної кашки водою.
Спосіб відноситься до кормовиробництва. Спосіб полягає у внесенні в подрібнену мезгу сірки гранульованої або розчину натрію гіпохлориту з витратою відповідно 1,8-2,3 г і 420-25 мл на 1 кг силосованої маси. Спосіб дозволяє зменшити втрати поживних речовин. 1 табл.
Винахід відноситься до тваринництва, безпосередньо до методів консервування кормів, і може бути використане при їх силосуванні.
Консервування кормів широко застосовують у кормовиробництві для підвищення збереження кормів.
Як консерванти використовують різні хімічні речовини - кислоти, солі, органічні речовини. Хімконсерванти внаслідок перетворень у кормах сприяють зниженню рН середовища, інгібуванню небажаної мікрофлори та одержанню якісного корму.
У крохмально-паточному виробництві як побічний продукт утворюється картопляна мезга - рідкий, малотранспортабельний продукт, який одночасно використовують на корм худобі, т.к. він швидко псується або його піддають силосуванню. Зважаючи на наявність у меззі вуглеводів відбувається бродіння, і отримують силос, придатний для згодовування сільськогосподарським тваринам. Однак, при цьому відбуваються відносно високі втрати поживних речовин.
Технічний результат - використання доступних консервантів зниження втрат поживних речовин. Це досягається тим, що в запропонованому способі для консервування мезги картопляної використовують хімконсерванти місцевого виробництва - гранульовану сірку - відхід виробництва очищення нафтопродуктів (ТУ 2112-061-1051465-02) при витраті 1,8-2,3 г/кг або гіпохлориту натрію - препарат «Білізна» після розведення водою у співвідношенні 1:9 при витраті 20-25 мл/кг маси.
Склад мезги картопляної, % мас.:
Сірка гранульована є гранули напівсферичної форми жовтого кольору діаметром 2-5 мм із вмістом основної речовини - сірки не менше 99,5% мас. органічних кислот 0,01% з насипною масою 1,04-1,33 г/см 3 .
Препарат «Білізна» – товарний продукт – розчин гіпохлориту натрію з концентрацією до 90 г/л.
В умовах силосування під дією ферментів та соку мезги картопляної відбуваються хімічні перетворення сірки з утворенням сірководню, сульфітів та сульфатів. Зазначені сполуки, а також гіпохлорит натрію мають бактерицидні властивості, пригнічують розвиток небажаної мікрофлори. Одночасно практично не пригнічується діяльність молочнокислих бактерій, відбувається підкислення маси, що силосується, в результаті чого отримують доброякісний силос. У доступній літературі немає даних про використання хімконсервантів при силосуванні мезги.
приклад. У лабораторних умовах в герметичні ємності завантажують подрібнену картопляну мезгу з вологістю 80,0% пошарово, додають сірку гранульовану - відхід виробництва нафтопродуктів з розрахунку 2 г/кг, у другому варіанті - розведений препарат «Білізна» (1:9) з розрахунку 2 /кг, у третьому варіанті - без консервантів, ущільнюють, герметично закривають та залишають на зберігання при кімнатній температурі. Після 35 діб ємності розкривають, проводять оцінку якості силосів. Отримують якісні силоси із запахом квашених овочів з рН 3,9-4,1.
Зоотехнічний аналіз показав такі результати
Показник | I варіант | II варіант | III варіант (контр.) |
Втрати поживних речовин становили (% відн.) | |||
Суха речовина | 3,8 | 9,1 | 10,1 |
Сирий протеїн | 20,9 | 18,6 | 21,5 |
Зміна безазотистих екстрактивних речовин (БЕВ) % | |||
БЕВ | 5,4 | 14,9 | 4,7 |
Частка нижчих жирних кислот, % | |||
Оцтова кислота | 82,7 | 23,0 | 91,5 |
Олійна кислота | відс. | відс. | відс. |
Молочна кислота | 17,3 | 77,7 | 8,5 |
Таким чином, використання хімконсервантів – сірки гранульованої або розчину гіпохлориту натрію – дозволяє підвищити якість силосу мезги картопляної, знизити втрати поживних речовин у порівнянні з відомим способом.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Таран М.Т. Хімічна консервація кормів. М: Колос, 1964, c.79.
2. Мулдашев Г.І. Вплив сірки та сіро-карбамідного комплексу на якість силосів з озимого жита та продуктивність бичків при відгодівлі. Автореф. дис. на соїск. вченого ступеня канд. сільгоспнаук. Оренбург, 1998.
3. Гуменюк Г.Д. та ін. Використання відходів промисловості та сільського господарства у тваринництві. Київ, Урожай, 1983, с.15.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб консервування мезги картопляної, що характеризується тим, що мезгу подрібнюють і вносять до неї хімконсерванти: сірку гранульовану - відхід виробництва очищення нафтопродуктів або розчин гіпохлориту натрію - препарату "Белизна" після розведення водою у відсотковому співвідношенні 1:9 з витратою відповідно 1,8-2, 3 г і 20-25 мл на 1 кг силосованої маси.
Під час переробки картоплі утворюється велика кількість відходів. У картоплекрахмальному виробництві основними відходами є картопляна мезга і клітинний сік.
Високий вміст вологи в картопляній меззі (понад 90%) робить її малотранспортабельною, що ускладнює її реалізацію. У сприятливі роки картопляна мезга не повністю використовується на корм худобі у свіжому вигляді та зберігається в ямах, що призводить до великих втрат поживних речовин (до 30 – 35% сухої речовини). У господарствах, розташованих поруч із крохмально-паточними підприємствами, свіжу та силосовану мезгу згодовують великої рогатої худоби, свиням, птиці.
Картопляна мезга реалізується на корм худобі у сирому вигляді (обтікла, з вологістю 86 – 87%). З метою полегшення транспортування та утилізації її доцільно зневоднювати. Для зменшення втрат та підвищення транспортабельності мезгу висушують. У цьому всі речовини зберігаються повністю. У 100 кг сушеної мезги міститься 95 кормових одиниць. Її використовують як компонент комбікормів. Клітинний сік картоплі містить до 6% сухих речовин. Проте вона майже не використовується. Клітинний сік становить близько 50 % маси картоплі, що переробляється.
В даний час впроваджується у виробництво схема утилізації відходів картопле-крохмального виробництва з отриманням вуглеводно-білкового гідролізату та білкового корму. Вона дозволяє використовувати сухі речовини картоплі на 97%, скоротити витрати свіжої води на технологічні потреби. Збагачення мезги клітинним соком підвищує поживну цінність кормів. Білковий корм (коагульований білок клітинного соку) засвоюється тваринами на 80%.
Повна реалізація мезги та картопляного соку у сирому вигляді можлива лише на невеликих заводах, що переробляють до 200 т картоплі на добу. На великих заводах доцільно будувати цехи утилізації з отриманням концентрованих та сухих кормів.
При переробці картоплі у спиртовій промисловості основна маса барди, що містить 3,2 – 4,1% сухих речовин, згодовується тваринам. Барда є цінним, але рідким і малотранспортабельним кормом. Перевезення їх у господарствах автотранспортом неефективна, оскільки значно зростає вартість цього корму. Тому відгодівельні господарства мають бути розташовані поблизу спиртових заводів.
Найбільш раціональним способом утилізації картопляної барди є переробка її в кормові дріжджі та використання їх у тваринництві у сухому вигляді у складі комбікормів, а також у вигляді рідкого кормового продукту. Багато спиртових заводів відчувають складнощі з реалізацією барди у весняно-літній період, коли потреба у ній у зв'язку з наявністю зеленого корму різко зменшується.
Багато уваги приділяється питанню вироблення рідких кормових дріжджів, оскільки їх додавання до кормових раціонів збагачує високоперетравним білком.