Технологія експандування (Частина 45)
Експандування – процес, коли корм піддається впливу вологи, тиску та температури. Збільшення обсягу відбувається завдяки різкому перепаду тиску. На початку 80-х років XX століття у Німеччині було запропоновано гвинтовий термальний кондиціонер високого тиску для виготовлення комбікормів для сільськогосподарських тварин. Він складався з барабана та одновісного шнека з болтами-обмежувачами, а також впускних клапанів для пари та води та був свого роду гібридом механічного маслопресу та екструдера.
Ця машина мала унікальну систему контролю робочого тиску – гідравлічно налаштований “кільцевий зазор”, який являв собою знімний конічний клапан, що вставляється в кільцеподібний випускний отвір.
Цей пристрій, що отримав назву “експандер Амадея Каала”, давав можливість підвищувати температуру кондиціювання до 140 ° С за час, що вимірюється секундами. В результаті термопресійна обробка сировини була інтенсивною, але короткочасною, а потенційна продуктивність – дуже високою.
Крім того, експандер був компактний і міг бути легко вбудований без особливих переробок у існуючі виробничі лінії. В Західній Європі наприкінці 80-х років епідемія сальмонельозу у сільськогосподарських тварин змусила вести пошук нових технологій та кормового обладнання, здатних знищувати в комбікормах патогенну мікрофлору до високого стерильності.
У зв’язку з цим зріс інтерес до експандерів та інших суперкондиціонерів. Крім того, з використанням цієї технології була можливість переробляти з метою кормовиробництва відходи сільськогосподарського та харчового виробництва, а також введення в корми рідких добавок.
Але головною причиною підвищеного інтересу до нової технології була її здатність підвищувати якість гранул. Експандер виявився особливо ефективним у підвищенні міцності гранул та зниженні їх крихітності. При його використанні желатинізація крохмалю досягала високого ступеня навіть при додаванні великих кількостей жиру, меляси та інших рідких добавок.
Високий ефект термообробки або «варіння» в експандері доповнював або повністю замінював традиційне парове кондиціювання перед гранульуванням. В результаті звичайний прес-гранулятор почав виконувати функцію формоутворюючого пристрою з одночасним зниженням витрат енергії при гранульуванні.
У сучасному вигляді експандер є головним елементом лінії виробництва експандованих комбікормів. Він являє собою сталеву товстостінну конструкцію в сегментному виконанні з пристроєм завантаження та вивантаження продукції, внутрішнім шнеком зі змінним кроком, модульними вузлами змішування та кондиціонування, зі стопорними гвинтами та форсунками-інжекторами для подачі пари під тиском, а також рідких продуктів (води, меляси, жирів і т.д.).
На відміну від екструдера на експандері виробляється розсипний продукт, який надалі при виготовленні рибних комбікормів потребує гранульування. Управління процесом експандування здійснюється автоматично з використанням програмного забезпечення. Сучасні експандери з кільцевим зазором здатні досягати продуктивності від 1 до 70 т/год.
Варіюванням довжини експандера, а також його “начинки” – лопатей, болтів-переривників, випускних отворів, можна налаштувати експандер на випуск широкого кола структурованих продуктів. Експандованим структурованим комбікормом називають такий комбікорм, який проходить гідробаротермічну обробку за допомогою експандера і може безпосередньо згодовуватися у вигляді розсипного продукту, або після гранулювання.
Експандат вільний від патогенних мікроорганізмів, краще розчиняється у воді і дуже добре випливає із силосів та відсіків сховищ кормів та автоматичних годівниць. На хімічні та фізичні характеристики корму в експандері впливають такі параметри обробки, як вологість, температура, тиск, а встановлений потім пристрій для подрібнення – структуратор, що забезпечує необхідні розміри частинок.
Експандований структурований корм може бути одержаний з будь-якого монокомпонента або зернової культури, концентрату з високим вмістом обмінної енергії, білкового концентрату або готового до вживання комбікорму.
Цей вид корму може заміняти такі традиційні кормові продукти:- звичайний розсипний комбікорм, негативними сторонами якого є висока сипкість, пилоутворення та невисоке засвоєння поживних речовин;— гранульований комбікорм, якщо в процесі згодовування немає потреби у гранулах стійкої форми, а застосування розсипного комбікорму небажане; крупку, що готується шляхом подрібнення гранул у кришителі.
Експандер також добрий з метою перетворення монокомпонентів на суміш стійкої форми. Експандовані монокомпоненти можуть бути використані як наповнювачі мікрокомпонентів, наприклад, в кормах з додаванням медикаментів, органічних кислот або дієтичних кормів. Монокомпоненти з великим вмістом клітковини, такі як висівки та шрот, можна експандувати цілеспрямовано або використовувати як компонент готового корму.
Експандований корм – стійкість у воді
Технологічна схема виробництва експандованих комбікормів, що рекомендується найбільшим виробником експандерів – фірмою “Амандус Каль” (Німеччина), включає наступні операції:
• подача розсипної кормосуміші з бункера-накопичувача дозуючим шнеком;
• попереднє кондиціювання за допомогою пари, води та інших рідин у змішувачі-кондиціонері, яке здійснюється при температурі 80-90°С та вологості близько 18%. Час кондиціювання становить від кількох секунд до 2 хв;
• в окремих випадках додаткове кондиціювання для більш глибокої обробки продукту у спеціальному пристрої з подачею пари (близько 10 хв, температура до 100 ° С);
• гідробаротермічна обробка комбікорму в експандері за температури 100-140°С, тиску 20-40 бар (1,96-3,92 МПа), вологості близько 18-20%;
• подрібнення корму в сгруктураторі для отримання однорідного продукту;
• при необхідності одержання гранульованого комбікорму – пресування в грануляторі за стандартних параметрів виробництва;
• охолодження гранульованого чи розсипного експандату, зниження вологості до 10-12%. Охолоджені гранули можуть прямувати на вальцевий верстат (кришитель) для отримання стартових кормів у вигляді різнорозмірної крупки при подальшому просіюванні на віброситах.
Під впливом тепла, вологи та тиску в зернових відбуваються декстринізація крохмалю та руйнування структури клітинних стінок. Ступінь декстринізації крохмалю пшениці при 100 ° С становить від 30 до 40%, при 120 ° С – від 55 до 60%.
Після експандування при 140°С крохмаль може досягти дуже високого ступеня модифікації при 90% декстринізації. Протеїн та крохмаль – агломеровані. Однак такий ступінь модифікації в кормових сумішах, як у останньому випадку, зазвичай не потрібний. На виході з експандера через перепад тиску зерно вибухає і стає більш доступним для дії травних соків та ферментів.
При обробці комбікормів робочий діапазон температур зазвичай становить від 100 до 110°С.
При декстринізації крохмалю утворюється агломерат, який фізично може пов’язувати жир, мелясу та інші рідкі компоненти, що додаються в корм, що сприяє поліпшенню якості гранул, підвищенню перетравності і зниження витрат корму на приріст маси риб.
При гранульуванні експандованого комбікорму з’являється можливість збільшити кількість жиру, що вводиться в 3,5-4,0 рази (ще пресування).
Міцність і якість гранул, незважаючи на високу добавку жиру перед пресом, краще ніж гранул, виготовленим традиційним методом. Крім того, експандування кормосуміші сприяє збільшенню продуктивності прес-гранулятора на 20-25% та зниженню питомої енергоємності процесу.
Представляють інтерес і дані про вплив різних видів обробки комбікормів на перетравність поживних речовин та енергію, що метаболізується (ME). Після екструзії виявлено достовірне підвищення доступності для організму клітковини, жирів, протеїну та ME. Підвищення перетравності обумовлено тим, що процес експандування розриває нативні клітини, що містять жири, і вони стають доступнішими для перетравлення та засвоєння.
Клітковина з напівкристалічної структури перетворюється на аморфну, протеїн денатурується, що також сприяє його кращому перетравленню. Можна припустити, що у риб засвоєння крохмалю та енергії експандованих продуктів порівняно з гранульованими буде суттєво вищим, ніж у птахів. За рахунок впливу підвищеної температури та тиску при виробництві експандованих кормів, як показали дослідження німецьких учених, спостерігається суттєве поліпшення їхньої санітарно-гігієнічної якості.
Таким чином, після проходження корму через експандер загальна бактеріальна обсіменіння знизилася в 400 разів і, що найголовніше, повністю знищені патогенні бактерії E.coli та цвілеві гриби.
Це слід розглядати як надзвичайно позитивний ефект технології експандування комбікормів. Обробка кормо-суміші, що містить необхідний риб комплекс з 14 вітамінів (А, Д3, Е, K3, Н, С і групи В), в експандері навіть при температурі 115 ° С має, хоча і невеликі, але переваги у збереженні вітамінів перед сухим пресуванням.
У той же час обробка “експандер + прес-гранулятор” дає дещо гірші результати, особливо за вітаміном К, ніж сухе пресування.
Таким чином, за сукупністю показників очевидні переваги екструзії та експандування порівняно із сухим пресуванням.
(Дивись далі Частину 46)
