экструзионной техники
Экструзионная переработка биологических отходов в корма
27.01.2012
Экструзионная переработка биологических отходов в корма
Экструзионная переработка биологических отходов в корма
Поиск новых эффективных способов переработки вто¬ричного сырья в пищевой промышленности является весьма актуальной проблемой.
К биологическим отходам пищевой и перерабатыва¬ющей промышленности принято относить ветеринар¬ные конфискаты, непищевые отходы и малоценные в пищевом отношении продукты, получаемые при пере¬работке рыбы, птицы, скота и других животных, отходы производства пищевой, технической и специаль¬ной продукции, а также трупы скота и птицы, допущен¬ные к переработке органами ветеринарно-санитарного надзора. Эти отходы были и остаются ценным вторич¬ным сырьём. Одно из основных направлений их ис¬пользования - производство кормов животного про¬исхождения, кормового и технического жира.
Средний уровень промышленной переработки вто¬ричного сырья в пищевой промышленности на сегод¬няшний день едва превышает 20% от общего обьёма, хотя большая часть этих отходов законодательно за¬прещена к захоронению. Можно назвать немало при¬чин. Это и наш российский менталитет, позволяющий пренебрежительно относиться к среде обитания, и не¬эффективность работы органов надзора, а также те или иные экономические причины. В советское время на крупных перерабатывающих предприятиях сущест¬вовали цеха по производству мясо-костной, рыбной, перьевой, рогокопытной и прочей муки. Отходы более мелких предприятий свозили на ветсанутильзаводы, где их либо сжигали, либо использовали для произво¬дства той же муки. Большая часть таких заводов давно не работает, а оставшиеся не справляются с поставляе¬мым объёмом отходов. Но это одна сторона проблемы.
Другая состоит в том, что и на этих заводах, и на по¬давляющем большинстве предприятий, имеющих собственное производство мясо-костной и другой му¬ки животного происхождения, используются мораль¬но и физически устаревшие старые технологии и ста¬рое оборудование. В результате получается продукт с низкими потребительскими качествами.
Разнообразие непищевых отходов предприятий пи¬щевой индустрии и многопрофильность их примене¬ния подразумевают использование разных технологий утилизации. И чем совершеннее эти технологии, тем выше рентабельность переработки и качество получае¬мой продукции.
Современные экономические условия и ужесточаю¬щееся экологическое законодательство настоятельно требуют внедрения малоотходных и безотходных энер¬госберегающих технологий. Проблема выведения про¬изводств на "экологически чистый" уровень - одна из острейших в настоящее время. Необходимость разра¬ботки экологически безопасных технологий и обору¬дования для обезвреживания и переработки отходов становится всё более очевидной. Согласно федераль¬ному законодательству основными принципами в об¬ласти обращения с отходами должны стать:
-использование новейших научно-технических дос¬тижений в целях реализации малоотходных и безот¬ходных технологий;
-комплексная переработка материально-сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов.
Согласно среднестатистическим данным, суммарная масса отходов убоя и потрошения птицы составляет 24-26% от живого веса птицы. Это перо, кровь, зобы, пищеводы, трахеи, селезёнки, яйцеводы, семенники, желчные пузыри, кутикулы, кишки с содержимым и клоакой. Содержание белка в этих отходах от 14-1 5% (в мякотных), до 80% (в пере). При современных объё¬мах производства отходы составляют сотни тысяч тонн в год. Использование их для кормовых целей сущест¬венно увеличивает рентабельность производства.
Переработка непищевых отходов предполагает полу¬чение биологически ценного, безопасного и стойкого при хранении корма. Необходимое условие достиже¬ния этой цели - термообработка отходов, в ходе ко¬торой происходят обеззараживание и обезвоживание сырья. От правильности её проведения зависит качест¬во получаемого корма.
Традиционно наиболее распространена многочасо¬вая термообработка при повышенном давлении в ап¬паратах периодического действия, в частности в ваку¬умных котлах (котлах-утилизаторах Лапса) сухим (без контакта с острым паром или водой) или мокрым спо¬собом. В таких котлах сырьё медленно нагревается до температуры 11 8-1 30° С, при которой погибает основ¬ная масса бактерий, и стерилизуется в течение 30-60 минут при давлении 0,3-0,4 МПа. Затем разваренная масса сушится в течение нескольких часов под давле¬нием 0,05-0,06 МПа при 70-80° С. Из термообработан-ных отходов получают мясо-костную, мясную, кровя¬ную, костную, перьевую муку. Необходимо отметить, что в последнее время в странах ЕС стерилизацию про¬водят при температуре 1 33° С и давлении 0,3 МПа в те¬чение 20 минут, без учёта времени на подъём и спуск давления пара в котле.
Можно выделить следующие основные недостатки традиционных технологий:
-длительность процесса получения готового продук¬та (до 10-1 2 часов);
-многочасовая термообработка приводит к дена¬турации 70-75% протеина, в результате снижается кормовая ценность продукта (он плохо усваивается птицей)
-высокая энергоёмкость: для работы установок по¬мимо электроэнергии необходимы газ, пар и горячая вода;
-загрязнение окружающей среды неприятно пахну¬щими и токсическими веществами (сероводородом, сернистым газом, меркаптанами и др.);
-образование жиросодержащих сточных вод, уве¬личивающих нагрузку на локальные очистные соору¬жения.
Использование непрерывно-поточных линий для утилизации биологических отходов сокращает время получения готового продукта (мясокостной муки) до 1-2 часов и несколько повышает его пищевую цен¬ность. Непрерывно-поточные линии различаются как по принципу нагрева сырья, так и по температурным режимам. Сырьё может нагреваться либо при непосре¬дственном контакте с горячим жидким теплоносите¬лем - жиром или паром, либо с использованием кон-дуктивного метода. Температура его обработки может быть как выше, так и ниже 100 С. Однако для этих ли¬ний также характерны высокая энергоёмкость, эколо¬гическая небезупречность и дополнительная нагрузка на локальные очистные сооружения.
Для получения высококачественного кормового про¬дукта, в котором максимально сохраняется биологи¬ческая ценность исходного сырья, необходимо свести к минимуму время термообработки. При этом жела¬тельно использовать экономичные и экологически чис¬тые технологии.
К новейшим приёмам переработки биологических отходов, соответствующим этим требованиям, относят¬ся экструзионные технологии.
Экструзия (от латинского extrudo - выдавлива¬ние) - это процесс, совмещающий термо-, гидро- и механохимическую обработку сырья для получения продуктов с новой структурой и свойствами. Экструзи¬онные технологии позволяют проводить быстро и не¬прерывно в одной машине (экструдере) ряд операций практически одновременно: перемешивать, сжимать, нагревать, стерилизовать, варить и формовать продукт. За короткое время в сырье происходят процессы, соот¬ветствующие длительной термообработке.
В современных экструдерах в зависимости от харак¬тера обрабатываемого материала температура может достигать 200° С, а давление - 4-5 МПа. В то же вре¬мя отрицательные эффекты обработки сводятся к ми¬нимуму благодаря её кратковременности. Обрабатыва¬емый материал находится в экструдере не более 30-90 секунд.
В наиболее экономически развитых государствах (США, Япония, страны Западной Европы) экструзион¬ные технологии стали приоритетным направлением развития пищевой и кормовой промышленности. В настоящее время различными экструзионными мето¬дами производят кондитерские изделия (шоколад, конфеты, печенье, жевательную резинку), продукты детского и диетического питания, макаронные изде¬лия, компоненты овощных консервов и пищевых концентратов, воздушные крупяные палочки (кукурузные, рисовые, пищевые отруби и пр.), а также корма для домашней птицы, животных, рыб.
В кормовой промышленности экструдирование ис¬пользуется для переработки зернопродуктов злаковых и бобовых культур. Из-за большого содержания крах¬мала усвояемость зерна и продуктов его переработки животными и птицей не превышает 60%. Особенно плохо крахмал усваивается молодняком. Экструзион-ная переработка существенно модифицирует зерно. Основные и наиболее важные изменения происходят при "взрыве" - резком падении давления и темпера¬туры при выходе продукта из экструдера: рвутся кле¬точные стенки, химические связи, меняется структура. Высокомолекулярный полисахарид крахмал, основ¬ная составляющая зернового сырья, гидролизуется и превращается в простые моносахариды и декстрины. Содержание растворимых веществ повышается в 5-8 раз. Вместе с тем сохраняется питательная ценность протеина и полностью или значительно разрушаются антипитательные соединения, такие, как уреаза, инги¬биторы протеаз, трипсина. В результате быстрого вски¬пания при выходе из экструдера воды, присутствую¬щей в обрабатываемой массе, продукт становится по¬ристым, увеличиваясь в объёме. Таким образом, он становится более доступным действию пищеваритель¬ных соков и ферментов, улучшаются его перевари¬мость и вкусовые качества, то есть возрастает кормо¬вая ценность. Усвояемость зерновых кормов возрас¬тает до 90 процентов.
Развитие экструзионной техники позволило предло¬жить новые способы утилизации отходов пищевой промышленности, зверохозяйств, свиноводства и пти¬цеводства. В основе предлагаемых технологий лежит способ сухой экструзии, при котором нагрев экстру-дируемого материала происходит за счёт трения как внутри его, так и о ствол экструдера. Основную проб¬лему представляет высокая влажность отходов (до 85%). Для её решения измельчённые отходы животно¬го происхождения (в том числе падёж и конфискат СЭС) предварительно смешивают с растительным на¬полнителем. Таким путём уменьшают влажность мас¬сы, подаваемой в экструдер, до 28-30 процентов. По¬лученную смесь подвергают экструзионной переработ¬ке, получая пригодный для кормления свиней, птицы и пушных зверей продукт. В качестве наполнителя мо¬гут быть использованы зерно, зерноотходы, отруби, шроты. Объём наполнителя в 3-5 раз больше отходов животного происхождения и определяется их влаж¬ностью.
При прохождении смеси через компрессионные ди¬афрагмы в стволе экструдера внутри её поднимается температура свыше 110 С и возрастает давление - более 40 атмосфер. Время прохождения смеси через экструдер не превышает 30 секунд, а в зоне макси¬мальной температуры она находится лишь 5-6 секунд, поэтому отрицательные эффекты термообработки све¬дены до минимума. Вместе с тем за это время смесь:
-стерилизуется и обеззараживается (болезнетвор¬ные микроорганизмы, грибки, плесень полностью уничтожаются);
-увеличивается в объёме (вследствие разрыва моле¬кулярных цепочек крахмала и стенок клеток при выхо¬де из экструдера);
-гомогенизируется (процессы измельчения и пере¬мешивания сырья в стволе экструдера продолжаются, продукт становится полностью однородным);
-стабилизируется (нейтрализуется действие фермен¬тов, вызывающих прогоркание продукта, таких, как липаза и липоксигеназа, инактивируются антипита¬тельные факторы, токсины);
-обезвоживается (влажность снижается на 50-70% от исходной).
В результате перевариваемость протеина достигает 90 процентов. Аминокислоты становятся более доступ¬ными вследствие разрушения в молекулах белка вто¬ричных связей. Содержание доступного лизина дости¬гает 88 процентов. В то же время полностью или зна¬чительно разрушаются антипитательные соединения, такие, как уреаза, ингибиторы протеаз, трипсина. Крахмал желатинизируется, что увеличивает степень его усвояемости.
Жиры равномерно распределяются по всей массе продукта, образуя комплексные соединения с крахма¬лом в соотношении 1:10, что повышает их доступность. Стабильность жиров повышается, поскольку разруша¬ются ферменты, вызывающие их окисление и прогор¬кание, такие, как липаза и липоксидаза, а лецитин и токоферолы, являющиеся природными стабилизатора¬ми, сохраняют полную активность. Перевариваемость пищевых волокон возрастает вследствие химической модификации.
Жёсткость экструзионной переработки, уничтожаю¬щей патогенную микрофлору, позволяет получать ка¬чественный корм, даже если наполнитель представлен некондиционными зернопродуктами. Стерильность получаемого корма особенно важна при откорме мо¬лодняка, так как до 90% поголовья гибнет из-за болез¬ней желудочно-кишечного тракта или инфекций, зане¬сённых через пищеварительную систему.
Впервые подобная технология переработки отходов птицеводства и животноводства была предложена аме¬риканскими специалистами в 1995 году (по образно¬му выражению, прозвучавшему на одном из семина¬ров, американцы экструдируют всё, что видят).
Экструзионная технология утилизации биологичес¬ких отходов, разработанная компанией Wenger Manufacturing (США), включает предварительную тер¬мообработку смеси в кондиционере экструдера, экструдирование с пропариванием и сушку экструдата. Необходимость операций пропарки и сушки удорожа¬ет и усложняет процесс, поскольку помимо электро¬энергии требуется применение других энергоносите¬лей (пара и газа).
Технология компании Insta Pro (США) не требует пропаривания, однако влажность получаемого экструдата превышает 14-16 процентов. Поскольку хранение продукта влажностью более 14,5% не допускается, для обеспечения достаточно длительных сроков хранения экструдат также дополнительно подсушивают. Эта тех¬нология была внедрена в 2002 году в ОАО ПХ "Лаза¬ревское" Тульской области. Несмотря на имеющиеся недостатки, она позволила хозяйству утилизировать от¬ходымясопереработки и падежа свинокомплекса и получить дешёвую и стерильную белковую кормовую добавку. Снизились затраты на корма, производство стало безотходным.
Недостатки вышеупомянутых технологий удалось преодолеть коллективу российских специалистов под руководством В. Плитмана, предложившего способ принудительного пневмоотвода пара из экструдата. Метод позволяет исключить использование специаль¬ных сушилок и разнородных источников энергии, уменьшить время температурного воздействия на про¬дукт. В результате удаётся получить продукт, пригод¬ный для длительного хранения (не менее 6 месяцев) даже при значительной влажности исходного сырья.
Технологическую линию экструзионной переработки отходов можно спроектировать практически на любую производительность. Полный технологический про¬цесс состоит из:
1) измельчения;
2) смешивания измельчённой массы в определённой пропорции с растительным наполнителем;
3) экструзии смеси;
3) охлаждения;
4) затаривания.
Для получаемого продукта (белковой кормовой до¬бавки) характерны:
-содержание протеина - 14-20% (в зависимости от вида перерабатываемых отходов и растительного на¬полнителя);
-высокая усвояемость (порядка 90%);
-обменная энергия - 290-31 0 ккал в 100 г;
-бактериальная чистота - не более 20 тыс. ед. (при норме 500 тыс. ед.);
-влажность - не выше 14%;
-длительный срок хранения - не менее 6 месяцев.
Себестоимость получаемого продукта определяется в основном стоимостью наполнителя. При этом энерго¬затраты на переработку 1 кг биологических отходов не превышают 80 копеек, тогда как при переработке в котлах-утилизаторах - не ниже 4 рублей.
Использование экструзионных технологий позволяет:
-интенсифицировать производственный процесс;
-снизить энергозатраты (кроме электроэнергии дляобеспечения технологического процесса не нужны другие энергоносители: газ, пар, горячая вода);
-уменьшить трудовые затраты;
-повысить степень использования сырья;
-улучшить усвояемость продуктов;
-снизить микробиологическую обсеменённость продуктов;
-уменьшить загрязнение окружающей среды (от¬сутствуют выбросы в атмосферу, стоки и вторичные
отходы).
В настоящее время линии по переработке отходов на основе предлагаемой российской технологии установ¬лены в ряде птицеводческих, животноводческих и зве¬роводческих хозяйств разных регионов России и Белоруссии. Эксплуатация их подтверждает указанные выше параметры кормового продукта. В ближайшее время будет запущена линия на Братской птицефабрике.
В заключение стоит сказать, что потенциально воз¬можные доходы хозяйств от использования кормовых добавок, полученных из собственных биологических отходов, могут быть сравнимы с доходами от реализации основных продуктов производства.
Д. Кадыров, А Гарзанов
| Каталог продукции >> | Типовые проекты >> |
194044 г. Санкт-Петербург
ул. Политехническая д. 24