Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОМБИКОРМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУСПЕНЗИИ СИНЕ-ЗЕЛЕНЫХ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ И ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к комбикормовой промышленности и может быть использовано в производстве гранулированных комбикормов по технологии сухого и влажного гранулирования.

Известен способ производства комбикормов на комбикормовом заводе Раменского КХП Московской области [Руководство по технологии комбикормов, белково-витаминно-минеральных концентратов и премиксов. В 2-х т. Т.2. под ред. д.т.н. В.А. Афанасьева. Воронеж, 2007], предусматривающий измельчение сырья на дробилках с диаметром ячеек сит 3…4 мм, смешивание компонентов комбикорма, гранулирование рассыпного комбикорма с одновременным вводом пара под давлением 0,4…0,5 МПа, охлаждение полученных гранул в охладительной колонке до температуры не более чем на 10°С выше температуры в производственном помещении, их измельчение и просеивание с получением гранул, в зависимости от рецепта: 4,7 мм; 7,7 мм; 9,7 мм. Линия, на которой реализуется известный способ, включает участки дозирования, смешивания и гранулирования рассыпных комбикормов и белково-витаминно-минеральных компонентов с совместной порционной переработкой зернового, гранулированного сырья и шротов, совместной порционной переработкой белково-минерального сырья и одноэтапным дозированием.

Недостатком известного типового способа является ограниченное количество вводимых в готовый продукт биологически активных добавок, имеющих в своем составе «живые» клетки, так как все биологически ценные компоненты вводятся только в составе премиксов. Кроме того, в способе не предусмотрено использование влажного гранулирования рассыпного комбикорма, позволяющего снизить крошимость полученного комбикорма и, как следствие, повысить его кормовую ценность.

Недостатком линии, реализующей известный способ, является отсутствие оборудования для получения и подачи в комбикорм сине-зеленых микроводорослей, являющихся источником биологически ценных компонентов. Кроме того, линия не позволяет получить широкий ассортимент выпускаемой продукции для различных видов животных, птиц и рыб, а также в линии невозможно реализовать влажное гранулирование рассыпного комбикорма, так как после гранулятора не предусмотрено использование сушилки.

Технической задачей изобретения является разработка способа производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей и линии для его осуществления, позволяющих получить комбикорм, обогащенный биологически активными веществами, витаминами и минералами, входящими в состав суспензии сине-зеленой микроводоросли, повысить качество готового продукта и расширить технологические возможности линии по производству комбикормов, адаптированных для различных видов животных, птиц и рыб.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей, характеризующийся тем, что для получения комбикорма используют зерновое сырье, требующее измельчения, например, зерно пшеницы, ячменя, овса, ржи, зерновое сырье, не требующее измельчения, например, мучка, отруби, дробленка, белковое и минеральное сырье и суспензию сине-зеленых микроводорослей, причем зерновое сырье, белковое и минеральное сырье взвешивают, а зерновое сырье, требующее измельчения, белковое и минеральное сырье очищают от металломагнитных примесей, отделяют крупную фракцию, которую направляют на измельчение и затем соединяют с мелкой фракцией; сине-зеленую микроводоросль культивируют из смеси инокулята и питательной среды в батарее фотобиореакторов в виде суспензии в режиме рециркуляции с постоянным подводом смеси воздуха и углекислого газа концентрацией 5…7% до достижения суспензией требуемого значения оптической плотности для светофильтра с длиной волны D₇₅₀ - 0,73…0,91, затем суспензию направляют на темперирование при температуре 28…34°C для выравнивания ее температуры и далее центрифугируют, в результате чего образуется осадок суспензии с содержанием сухих веществ 10…15% и фугат (межклеточная жидкость), при этом часть осадка суспензии подают на смешивание с фугатом до концентрации сухих веществ в суспензии 4…5%, часть - на смешивание с фугатом до концентрации сухих веществ в суспензии 1…1,5%, а избыток фугата - в смесь инокулята и питательной среды на культивирование микроводоросли; подготовленное зерновое, белковое и минеральное сырье смешивают в периодическом режиме в течение 3…6 минут с суспензией сине-зеленой микроводоросли с концентрацией сухих веществ 4…5%, подаваемую в количестве 3…6% к массе смеси для получения рассыпного комбикорма, который затем направляют на гранулирование с одновременным вводом суспензии сине-зеленой микроводоросли с концентрацией сухих веществ 1…1,5% в количестве 1,5…3% к массе комбикорма, полученные гранулы с влажностью 18…20% сушат в виброкипящем слое теплым воздухом до влажности 15…16%, охлаждают до температуры, не превышающей температуру в производственном помещении более чем на 3…5°C, и измельчают, причем в процессе охлаждения влажность гранул снижают до требуемых 11…14%; после измельчения крупку фракционируют с получением трех фракций: крупной, средней и мелкой, при этом крупную фракцию возвращают на измельчение, мелкую - на гранулирование, а среднюю фракцию в качестве готовой продукции направляют на хранение.

Линия для производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей содержит участки подготовки зернового сырья, требующего измельчения, подготовки зернового сырья, не требующего измельчения, подготовки белкового и минерального сырья, культивирования и центрифугирования суспензии сине-зеленой микроводоросли, получения рассыпного и гранулированного комбикорма; причем участок подготовки зернового сырья, требующего измельчения, и участок подготовки белкового и минерального сырья включает последовательно установленные бункеры, снабженные шнековыми питателями, бункерные весы, магнитную колонку, односитовую просеивающую машину и молотковую дробилку; участок подготовки зернового сырья, не требующего измельчения, включает последовательно установленные бункеры, снабженные шнековыми питателями, и бункерные весы; участок культивирования суспензии сине-зеленой микроводоросли включает батарею фотобиореакторов, циркуляционный насос, бункер для исходной суспензии, батарею углекислотных баллонов, компрессор, газовый смеситель и насос, расположенный после батареи фотобиореакторов, обеспечивающий подачу готовой суспензии на участок центрифугирования, который включает последовательно установленные темперирующий бункер и центрифугу, после которой параллельно друг другу расположены бункер для осадка суспензии и бункер для фугата, мешалку для получения суспензии с концентрацией сухих веществ 4…5% и мешалку для получения суспензии с концентрацией сухих веществ 1…1,5%, насос-дозатор, обеспечивающий дозирование суспензии с концентрацией сухих веществ 4…5% в смеситель периодического действия, и насос-дозатор, обеспечивающий дозирование суспензии с концентрацией сухих веществ 1…1,5% в пресс-гранулятор, причем после бункеров для осадка и фугата расположены двухпоточный и трехпоточный распределители для подачи осадка и фугата в мешалки и отвода избытка фугата в бункер для исходной суспензии; участок получения рассыпного комбикорма включает надсмесительный бункер, установленный после участков подготовки зернового, белкового и минерального сырья, смеситель периодического действия с блоком форсунок для ввода суспензии сине-зеленой микроводоросли и подсмесительный бункер; участок получения гранулированного комбикорма, расположенный после участка получения рассыпного комбикорма, включает последовательно установленные норию, надгрануляторный бункер, магнитную колонку, пресс-гранулятор, вибрационную сушилку, охладительную колонку, измельчитель и двухситовую просеивающую машину, после которой установлена нория и бункеры для хранения готовой крупки, снабженные шнековыми питателями и транспортными устройствами.

Технический результат изобретения заключается в повышении пищевой и биологической ценности комбикормов, улучшении их качества и расширении технологических возможностей линии по производству комбикормов, адаптированных для различных видов животных, птиц и рыб.

На фиг.1 представлен общий вид линии, реализующей предлагаемый способ производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей.

Линия производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей содержит участок подготовки зернового сырья, требующего измельчения, включающий последовательно установленные бункеры 1, снабженные шнековыми питателями 2, бункерные весы 3, магнитную колонку 4, односитовую просеивающую машину 5 и молотковую дробилку 6; участок подготовки зернового сырья, не требующего измельчения, включающий последовательно установленные бункеры 7, снабженные шнековыми питателями 8, и бункерные весы 9; участок подготовки белково-минерального сырья, включающий последовательно установленные бункеры 10, снабженные шнековыми питателями 11, бункерные весы 12, магнитную колонку 13, односитовую просеивающую машину 14 и молотковую дробилку 15; участок культивирования суспензии сине-зеленой микроводоросли, включающий батарею фотобиореакторов 16, циркуляционный насос 17, бункер для исходной суспензии 18, батарею углекислотных баллонов 19, компрессор 20, газовый смеситель 21 и насос 22, обеспечивающий подачу готовой суспензии на участок центрифугирования, включающий последовательно установленные темперирующий бункер 23 и центрифугу 24, после которой параллельно друг другу расположены бункер для осадка суспензии 25 и бункер для фугата 26, мешалку для получения суспензии с концентрацией сухих веществ 4…5% 27 и мешалку для получения суспензии с концентрацией сухих веществ 1…1,5% 28, насос-дозатор, обеспечивающий дозирование суспензии с концентрацией сухих веществ 4…5% 29, и насос-дозатор, обеспечивающий дозирование суспензии с концентрацией сухих веществ 1…1,5% 30, двухпоточный 31 и трехпоточный 32 распределители; участок получения рассыпного комбикорма, включающий надсмесительный бункер 33, смеситель периодического действия с блоком форсунок для ввода суспензии сине-зеленой микроводоросли 34, подсмесительный бункер 35; участок получения гранулированного комбикорма, включающий последовательно установленные норию 36, надгрануляторный бункер 37, магнитную колонку 38, пресс-гранулятор 39, вибрационную сушилку 40, охладительную колонку 41, измельчитель 42 и двухситовую просеивающую машину 43, после которой установлена нория 44 и бункеры для хранения готового продукта 45, снабженные шнековыми питателями 46 и скребковыми конвейерами 47, 48.

Линия содержит следующие потоки: подачи зернового сырья, требующего измельчения, на фракционирование 0.1.1, зернового сырья, не требующего измельчения, на смешивание 0.1.2, крупной фракции зернового сырья на доизмельчение 0.1.3, мелкой фракции зернового сырья на смешивание 0.1.4, измельченного зернового сырья на смешивание 0.1.5; подачи белково-минерального сырья на сепарирование 0.2.1, крупной белково-минерального сырья на доизмельчение 0.2.2, мелкой фракции белково-минерального сырья на смешивание 0.2.3, измельченного белково-минерального сырья на смешивание 0.2.4; подачи смеси исходной суспензии сине-зеленой микроводоросли в фотобиореактор 0.3.1; отвода суспензии сине-зеленой микроводоросли на рециркуляцию 0.3.2; подачи готовой суспензии сине-зеленой микроводоросли в темперирующий бункер 0.3.3 и затем на центрифугирование 0.3.4, подачи осадка суспензии в бункер 0.3.5 и далее в мешалку 0.3.7, подачи фугата в бункер 0.3.6 и затем в мешалку 0.3.8, подачи избытка фугата в бункер для исходной суспензии 0.3.9, подачи суспензии с концентрацией сухих веществ 4…5% в смеситель 0.3.10, подачи суспензии с концентрацией сухих веществ 1…1,5% в пресс-гранулятор 0.3.11; подачи рассыпного комбикорма на гранулирование 0.4.1, подачи гранулированного комбикорма на сушку 0.4.2, подачи высушенного комбикорма на охлаждение и измельчение 0.4.3, измельченного гранулированного комбикорма на фракционирование 0.4.4, крупной фракции измельченного гранулированного комбикорма на доизмельчение 0.4.5, средней фракции измельченного гранулированного комбикорма в бункеры для готового продукта 0.4.6, мелкой фракции измельченного гранулированного комбикорма на повторное гранулирование 0.4.7; отпуска готового продукта 0.4.8; подачи воздуха из компрессора в газовый смеситель 3.5; подачи диоксида углерода из батареи углекислотных баллонов в газовый смеситель 5.4, смеси воздуха с углекислым газом в батарею фотобиореакторов 5.7.1, отработанной смеси воздуха с углекислым газом в газовый смеситель 5.7.2.

Предлагаемый способ производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей, реализуемый на поточной технологической линии, осуществляется следующим образом.

Зерновое сырье, требующее измельчения, например, зерно пшеницы, ячменя, овса, ржи, из бункеров 1 при помощи шнековых питателей 2 подают на взвешивание в бункерные весы 3 и далее по линии 0.1.1 в магнитную колонку 4. После отделения металломагнитных примесей сырье подвергают фракционированию в односитовой просеивающей машине 5 с получением мелкой и крупной фракции. Крупную фракцию по линии 0.1.3 направляют на доизмельчение в дробилку 6, а затем по линии 0.1.5 соединяют с мелкой фракцией, которую по линии 0.1.4 подают в надсмесительный бункер 33.

Зерновое сырье, не требующие измельчения, например, мучка, отруби, дробленка, из бункеров 7 посредством шнековых питателей 8 подают на взвешивание в бункерные весы 9 и далее по линии 0.1.2 в надсмесительный бункер 33.

Белковое и минеральное сырье из бункеров 10 шнековыми питателями 11 направляют на взвешивание в бункерные весы 12 и далее по линии 0.2.1 подают на очистку от металломагнитных примесей в магнитную колонку 13. Затем сырье фракционируют в односитовой просеивающей машине 14 с получением мелкой и крупной фракции. Крупную фракцию по линии 0.2.2 направляют на доизмельчение в дробилку 15, а после по линии 0.2.4 соединяют с мелкой фракцией, которую по линии 0.2.3 подают в надсмесительный бункер 33.

Подготовка суспензии сине-зеленой микроводоросли к вводу в комбикорм производится на участках культивирования и центрифугирования. Подготовленную смесь инокулята и питательной среды из бункера 18 с помощью циркуляционного насоса 17 направляют по линии 0.3.1 в батарею фотобиореакторов 16, в которых суспензия сине-зеленой микроводоросли насыщается углекислым газом из его смеси с воздухом, подводимым компрессором 20 по линии 3.5 и батареей углекислотных баллонов 19, подводимым по линии 5.4. Смешивание CO₂ и воздуха осуществляют в газовом смесителе 21 до концентрации углекислого газа 5…7%. Исходную суспензию сине-зеленой микроводоросли культивируют до достижения суспензией требуемого значения оптической плотности для светофильтра с длиной волны D₇₅₀ - 0,73…0,91 в режиме рециркуляции по линии 0.3.2. Для обеспечения режима рециркуляции используют циркуляционный насос 17. Готовую суспензию по линии 0.3.3 насосом 22 подают в темперирующий в бункер 23, который обеспечивает поддержание температуры суспензии в интервале 28…34°C. Из бункера 23 готовую суспензию сине-зеленой микроводоросли направляют по линии 0.3.4 на центрифугу 24. В результате центрифугирования образуется осадок суспензии с содержанием сухих веществ 10…15% и фугат, которые по линиям 0.3.5 и 0.3.6 помещают в бункер 25 и 26. Полученный осадок по линии 0.3.7 подают на двухпоточный распределитель 31, который часть осадка суспензии направляет на смешивание с фугатом в мешалку 27 для получения суспензии с концентрацией сухих веществ 4…5%, а часть осадка направляет на смешивание с фугатом в мешалку 28 для получения суспензии с концентрацией сухих веществ 1…1,5%. Избыток фугата с помощью трехпоточного распределителя 32 отделяют и подают по линии 0.3.9 на смешивание с инокулятом и питательной средой в бункер 18.

Из надсмесительного бункера 33 подготовленное зерновое, белковое и минеральное сырье направляют в смеситель периодического действия 34, куда одновременно по линии 0.3.10 через блок форсунок вводится суспензия сине-зеленой микроводоросли с концентрацией сухих веществ 4…5% в количестве 3…6% к массе сырья, подаваемого в смеситель. В смесителе 34 производится смешивание всех компонентов в течение 3…6 минут для получения рассыпного комбикорма.

Полученный рассыпной комбикорм по линии 0.4.1 поступает в норию 36, которая подает его в надпрессовой бункер 37. Далее комбикорм очищают от металомагнитных примесей в магнитной колонке 38 и направляют на гранулирование в пресс-гранулятор 39. В процессе гранулирования в смесительную камеру пресс-гранулятора посредством насос-дозатора 30 по линии 0.3.11 вводится суспензия сине-зеленой микроводоросли с концентрацией сухих веществ 1…1,5% в количестве 1,5…3% к массе комбикорма. Полученный по влажному способу гранулированный комбикорм с влажностью 18…20% по линии 0.4.2 направляют в вибрационную сушилку 40, где осуществляют его сушку в виброкипящем слое теплым воздухом до влажности 15…16%. Далее гранулы по линии 0.4.3 подают в охладительную колонку 41, в которой осуществляют охлаждение потоком воздуха до температуры, не превышающей температуру в производственном помещении более чем на 3…5°C, чтобы предотвратить конденсацию водяных паров из окружающего воздуха на поверхности гранул и затем измельчают в измельчителе 42. В процессе охлаждения влажность гранул снижают до требуемых 11..14%. Полученный после измельчителя комбикорм по линии 0.4.4 направляют на фракционирование в двухситовую просеивающую машину 43, в которой осуществляют разделение на три фракции: крупную, среднюю и мелкую. Причем крупную фракцию возвращают по линии 0.4.5 на измельчение, мелкую - по линии 0.4.7 на гранулирование, а среднюю фракцию в качестве готового продукта с помощью нории 44 по линии 0.4.6 направляют на хранение в бункера 45, оснащенные шнековыми питателями 46 и скребковыми конвейерами 47, 48.

Готовый комбикорм отпускают потребителю из бункеров для хранения 45 по линии 0.4.8.

Использование суспензии сине-зеленых микроводорослей (Chlorella и Spirulina различных штаммов и др.) в производстве комбикормов для различных видов животных, птиц и рыб определяется уникальным составом и свойствами данных микроорганизмов. Действие суспензии микроводорослей основано на естественном сочетании природных стимулирующих и биологически активных веществ, выделяемых в культуральную среду - экзаметаболитов. В суспензии (культуральной среде) содержатся аминокислоты, витамины, ферменты и прочие биологически активные вещества. Установлено, что выделение экзаметаболитов в культуральную среду наиболее интенсивно на начальном этапе роста клеток. Действие суспензии сине-зеленых микроводорослей направлено на усиление резистентности животных, птиц и рыб к неблагоприятным условиям среды, укрепление иммунитета и повышение плодовитости взрослых особей и выживаемости молодняка. При этом употребление в качестве кормовой добавки природного объекта позволяет избежать побочных эффектов, вызываемых синтетическими препаратами (в том числе витаминами и антибиотиками) [Богданов Н.И. Хлорелла повышает продуктивность птицы [Текст] / Н.И. Богданов // Птицеводство. - 2002. - №3. - С.31-33; Гайсина Л.А. Современные методы выделения и культивирования водорослей [Текст] / Л.А. Гайсина, А.И. Фазлутдинова, P.P. Кабиров. - Уфа: БГПУ, 2008. - 152 с.; Andersen, R.A. Algal culturing techniques[Text] / R.A.Andersen. - Burlington: Academic Press, 2005. - 570 p.].

Таким образом, для повышения питательной и биологической ценности комбикормов необходимо ввести как можно большее количество суспензии микроводорослей. Поэтому в предлагаемом изобретении использовано центрифугирование полученной после фотобиореакторов суспензии с целью увеличения концентрации полезных веществ и двухстадийный ввод суспензии в комбикорм.

Производственные испытания.

Способ производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей реализован в ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод» на поточной линии производства гранулированных комбикормов с ее техническим перевооружением и дополнительной установкой необходимого оборудования для осуществления новых технологических процессов и производства опытной партии комбикормов. Для ввода в комбикорм была использована суспензия сине-зеленой микроводоросли Spirulina platensis. Данная микроводоросль обладает уникальным химическим составом и является очень привлекательной в качестве биологически активной добавки при получении комбикорма [Гайсина Л.А. Современные методы выделения и культивирования водорослей [Текст] / Л.А. Гайсина, А.И. Фазлутдинова, P.P. Кабиров. - Уфа: БГПУ, 2008. - 152 с.].

В таблице 1 приведен биохимический состав микроводоросли Spirulina platensis [Технология промышленного культивирования спирулины (Spirulina platensis) / сост.: Р.П. Тренкеншу, Р.Г. Геворгиз; НАН Украины; Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского; Отдел биотехнологий и фиторесурсов. - Севастополь, 2004.].

В таблице 2 приведены параметры, при которых осуществлялось получение комбикорма на типовой линии и получение комбикорма с вводом суспензии сине-зеленых микроводорослей Spirulina platensis.

Повышенная влажность комбикорма после пресс-гранулятора снижается в дополнительно устанавливаемой вибрационной сушилке. Это дает возможность ступенчато снижать влажность готовой продукции без потери качества. Несмотря на увеличение энергоемкости процесса, предлагаемая линия значительно превосходит существующую по ассортименту выпускаемой продукции и качеству получаемых гранул.

В таблице 3 приведены качественные показатели комбикорма полученной на типовой линии и комбикорма с вводом суспензии сине-зеленой микроводоросли Spirulina platensis.

Как видно из представленных данных, комбикорм, содержащий микроводоросль, обладает повышенной пищевой и биологической ценностью. Кроме того, наблюдается снижение крошимости гранул, и, соответственно, уменьшение количества крошки в готовой продукции, что повышает качество отпускаемого потребителю комбикорма.

В предлагаемом изобретении ввод суспензии в комбикорм проводят в две стадии. На первой стадии суспензию подают в смеситель периодического действия в количестве 3…6% для получения рассыпного комбикорма. Экспериментально было получено, что при вводе суспензии менее 3% не будет достигнут весь положительный эффект от использования микроводорослей в повышении питательной и биологической ценности получаемого комбикорма, а ввод суспензии более 6% ограничен возможностью используемого промышленного оборудования. Аналогичным образом определен рациональный интервал подачи суспензии (1…1,5%) в пресс-гранулятор на второй стадии при получении гранулированного комбикорма.

Таким образом, способ производства комбикорма с использованием суспензии сине-зеленых микроводорослей и линия для его осуществления позволяет:

- получить комбикорм для различных животных, птиц и рыб, обладающий повышенной пищевой и биологической ценностью, за счет ввода суспензии сине-зеленой микроводоросли, являющейся биологически активной добавкой;

- внести максимально возможное количество суспензии в комбикорм без снижения его технологических характеристик, вследствие двухстадийного ввода на этапе получения рассыпного и гранулированного комбикорма;

- снизить крошимость готовой продукции, так как гранулирование осуществляется по влажному способу, предусматривающему дальнейшую сушку гранул;

- получить комбикорм высокого качества за счет стабилизации технологических параметров промежуточных продуктов процесса;

- повысить экологическую безопасность производства вследствие использования контуров рециркуляции по углекислому газу и избытку фугата суспензии.