Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТЕПЛОВОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ РАССЫПНЫХ КОМБИКОРМОВ

Изобретение относится к способам для СВЧ-обработки комбикормов, семян рапса, зерна сои, люпина и других высокобелковых ингредиентов, а также их обеззараживания от грибов, бактерий, вирусов и может быть использовано на животноводческих фермах и межхозяйственных комбикормовых предприятиях.

Известен «Способ тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами» (RU 2085088 С1, A23L 1/18, 27.07.97 г.), заключающийся в непрерывной обработке продукта в два этапа. На первом этапе продукт в течение 30-90 с нагревают тепловой энергией, например ИК-излучения, до температуры 95-105°С. На втором этапе продолжительность обработки 20-60 с при температуре 120-180°C с помощью электромагнитного поля СВЧ-энергии.

Данный способ не позволяет регулировать экспозицию (время обработки), вследствие чего, при прохождении продукта самотеком, процесс не управляем, а сам продукт, находясь в непрерывном потоке под действием собственного веса, не получает неравномерной достаточной обработки, так как наивысшая концентрация СВЧ-энергии находится в центре потока; при этом обработка в два этапа не эффективна, т.к. удельные затраты энергии при нагреве ИК-излучением в два раза выше, чем при нагреве СВЧ-энергией (см. табл.в описании патента).

Известен «Способ стерилизации комбикормов» (RU 2033054 С1, А23К 3/00, F26B 3/347, 20.04.95 г.), который предусматривает стерилизацию зерна влажностью 10-16% с помощью СВЧ-переменного поля радиочастотного диапазона от 1·10⁶-9·10¹⁰ Гц при среднемассовой температуре нагрева 26-100°С и удельной мощностью 150-500 кВт/м³ в течение 10-60 с.

Однако известно существенное различие влажности болезнетворных и паразитирующих микроорганизмов - 30-40% при влажности зерна 10-16%, при этом основная часть энергии электромагнитного потока поглощается в большей мере паразитирующей микрофлорой. Данный способ трудоемкий в практическом применении (реализации), а удельные затраты мощности до 500 кВт/м³ очень высокие (энергоемкие).

Известен «Способ теплового обеззараживания рассыпных комбикормов» (RU 2251364 A1, A23N 17/00, 10.05.2005 г.), представленный установкой теплового обеззараживания рассыпных комбикормов, который включает нагрев, пропаривание, сушку, охлаждение и гомогенизацию сыпучих кормов, при этом обеззараживание проводят в две стадии тепловой обработки, причем первая стадия является высокотемпературной, а вторая - низкотемпературной, на каждой стадии происходит смешивание компонентов в псевдожиженном слое; в первой стадии комбикорм подвергается нагреву до 110°С, а во второй стадии горячую массу охлаждают воздухом до температуры окружающей среды.

В данном способе присутствуют большие потери тепла, так как нагретый до 110°С воздух на первой и второй стадиях выбрасывается в атмосферу; также известно, что смесители, работающие на принципе газомеханического псевдоожижения слоя не допускают дополнительной подачи воздуха, который способствует нарушению самого процесса смешивания; при высокой влажности воздуха, изобилии пара в мучной части комбикорма образуется тестообразная масса, в результате ухудшается качество смешивания, затрудняется работа смесителя-стерилизатора и смесителя-охладителя и всего процесса теплового обеззараживания комбикорма.

Задача изобретения заключается в создании универсального способа для непрерывной поточной и цикличной СВЧ-обработки рассыпных комбикормов, позволяющего обеспечить обеззараживание каждого вида обрабатываемого сырья от основных групп микроорганизмов и повышение его качества.

Поставленная задача достигается тем, что в способе теплового обеззараживания рассыпных комбикормов, включающем нагрев, совмещенный со смешиванием, и охлаждение, новым является то, что обеззараживание комбикормов осуществляют избирательным нагревом СВЧ-энергией болезнетворных и паразитирующих микроорганизмов, биомасса которых имеет минимальную влажность 30-40%, при влажности зерновых ингредиентов комбикорма 10-16%, до максимальной температурной точки выживания термофильной группы микроорганизмов 80°С как в поточном, так и в цикличном режиме, при этом процесс смешивания производят непрерывно в рабочей камере, а охлаждения - вне ее.

Фуражное зерно и другие компоненты, используемые для производства комбикормов, нередко в значительной степени обсеменены микроорганизмами, интенсивное развитие которых приводит к порче продукта, потерям в массе сухого вещества, снижению его качества. В зависимости от температурного оптимума, все микроорганизмы подразделяются на холодостойкие (психрофильные), теплолюбивые (термофильные) и имеющие оптимум при средних температурах (мезофильные). Микрофлора зерна в основном состоит из мезофиллов, имеющих максимальную температуру выживания 45°С (В.И.Сыроватка «Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах», Москва, 2010 г., стр.114).

Для повышения питательной ценности и стерилизации комбикормов от микроорганизмов применяют термомеханические способы обработки: гранулирование, экспандирование, микронизацию и экструдирование. Все эти способы эффективны, но очень энергоемкие. Удельные затраты энергии в 2-3 раза выше, чем на приготовление рассыпных комбикормов (В.И.Сыроватка «Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах», Москва, 2010 г., стр.118-123).

Кроме того, известно, что при влажности зерновых ингредиентов 10-16% влажность грибов, бактерий, вирусов и других болезнетворных и паразитирующих в них организмов составляет 30-40%. Эффект стерилизации возрастает в связи с избирательным нагревом СВЧ-энергией более влажной составляющей (пат. 2033054, А23К 3/00, 20.04.1995 г.).

Избирательный нагрев СВЧ-энергией заключается в следующем. Электромагнитные излучения, вырабатываемые генератором (магнетроном) подобраны таким образом, что воздействуют только на молекулы воды в зерне и микроорганизмах, заставляя их колебаться с большой скоростью. При этом возрастает сила трения между молекулами и растет температура, поэтому нагреву СВЧ-энергией подвергаются в основном болезнетворные и паразитирующие микроорганизмы.

В зависимости от результатов анализа наличия микроорганизмов в компонентах рассыпных комбикормов обеззараживание проводят следующим образом. Если микрофлора зерна состоит только из психрофильных микроорганизмов - нагрев осуществляют до 30°С, или если из мезофильных - 45°С, в обоих случаях работа осуществляется непрерывно (поточно). Если микрофлора зерна состоит только из термофильных микроорганизмов - нагрев осуществляют до 80°С и работу производят циклично, для более глубокого обеззараживания. При наличии всех групп микроорганизмов, не зависимо от их процентного содержания (что встречается на практике), нагрев производится до максимальной температурной точки выживания термофильной - 80°С, что обеспечивает гарантированное обеззараживание.

Осуществление охлаждения вне рабочей камеры в охладителе позволяет отводить подогретый атмосферный воздух по системе отвода в теплообменник, для подогрева поступающего на обработку комбикорма, что позволяет снизить расход СВЧ-энергии на процесс обеззараживания и сократить время обработки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1 - схема установки теплового обеззараживания рассыпных комбикормов, в которой реализуется предлагаемый способ, фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.

Установка теплового обеззараживания рассыпных комбикормов содержит приемный бункер 1, со встроенным в нем теплообменником 2, соединенный через загрузочный патрубок 3, имеющий задвижку 4, с цилиндрической рабочей камерой 5, на которой расположен источник СВЧ-излучения 6 (многослойный, многовитковый индуктор), связанный передающей линией 7 с генератором 8, внутри цилиндрической рабочей камеры 5 в нижней ее части установлен побудитель, состоящий из вертикального вала 9, на котором по винтовой линии через 90° закреплены лопасти 10, выполненные в виде Архимедовой спирали с вогнутостью в сторону вращения, а выгрузной патрубок 11 соединен с объемным дозатором 12, под которым расположен охладитель 13, имеющий пустотелые стенки, с встроенными охлаждающим элементом 14 и центробежным вентилятором 15, сообщенный посредством системы отвода подогретого воздушного потока 16 с теплообменником 2.

Установка теплового обеззараживания рассыпных комбикормов работает следующим образом.

При непрерывной (поточной) работе включается побудитель, и вертикальный вал 9 с закрепленными на нем по винтовой линии через 90° лопастями 10 приводится во вращение. Из бункера 1 через загрузочный патрубок 3 при открытой задвижке 4 рассыпные комбикорма загружаются в цилиндрическую рабочую камеру 5, затем включается источник СВЧ-излучения 6, связанный передающей линией 7 с генератором 8 и по истечении 50-60 с включается объемный дозатор 12 в который, через выгрузной патрубок 11, поступает обработанный материал, захваченный лопастями 10, выполненными в виде Архимедовой спирали с вогнутостью в сторону вращения, при этом поток регулируется в зависимости от производительности объемного дозатора 12, зависящей от необходимого времени обработки (экспозиции), и передается далее в охладитель 13, имеющий пустотелые стенки и снабженный встроенным охлаждающим элементом 14, где охлаждается атмосферным воздушным потоком от включенного центробежного вентилятора 15 и самотеком выгружается из охладителя. Подогретый атмосферный воздух из охладителя по системе отвода подогретого воздушного потока 16 поступает в теплообменник 2, расположенный в приемном бункере 1, подогревает поступающие на обработку комбикорма, а отработанный (охлажденный) воздух отводится в атмосферу.

При цикличной работе из бункера 1 через загрузочный патрубок 3 при открытой задвижке 4 рассыпные комбикорма загружаются в цилиндрическую рабочую камеру 5, затем включается источник СВЧ-излучения 6, связанный передающей линией 7 с генератором 8, и побудитель, вертикальный вал которого 9 с закрепленными на нем по винтовой линии через 90° лопастями 10 приводится во вращение. Порция рассыпного комбикорма обрабатывается в течение заданного времени, по истечении которого включается объемный дозатор 12, в который, через выгрузной патрубок 11, поступает обработанный материал, захваченный лопастями 10, выполненными в виде Архимедовой спирали с вогнутостью в сторону вращения, и передается далее в охладитель 13, имеющий пустотелые стенки и снабженный встроенным охлаждающим элементом 14, где охлаждается атмосферным воздушным потоком от включенного центробежного вентилятора 15 и самотеком выгружается из охладителя. Подогретый атмосферный воздух из охладителя по системе отвода подогретого воздушного потока 16 поступает в теплообменник 2, расположенный в приемном бункере 1, подогревает поступающие на обработку комбикорма, а отработанный (охлажденный) воздух отводится в атмосферу.

Пример. В установке производительностью до 0,5 т/ч при помощи СВЧ-энергии производилось обеззараживание в течение 50-60 с при температуре 80°С. По многократным опытам с обрабатываемыми компонентами рассыпным комбикормом (кукуруза, ячмень, пшеница) зараженность обработанного материала составила 0%.

Таким образом, использование данного способа теплового обеззараживания рассыпных комбикормов позволяет обеспечить обеззараживание каждого вида обрабатываемого сырья от основных групп микроорганизмов и повысить их качество, а также возможность применения способа как в поточной (непрерывной) работе, так и в цикличной.