Обработка зерна овса экструдированием.

В мировой практике комбикормового производства существует множество методов и технологий обработки зернового сырья с целью повышения его питательной ценности. Один из них это метод экструзии. Экструдирование давно и прочно завоевало позиции на мировом рынке производства комбикормов для сельскохозяйственных и домашних животных, птиц и рыб.

Экструзией называется процесс переработки продуктов в экструдере путем размягчения (пластификации) и придания им формы, продавливанием через экструзионную головку.

В результате экструдирования, зернового сырья, происходят глубокие функциональные изменения в комбикормах.

Влияние экструзии на белки. Экструзионная обработка повышает перевариваемость белков, делает более доступным аминокислоты вследствие разрушения в молекулах белка вторичных связей. Благодаря относительно низким температурам и кратковременности тепловой обработки сами аминокислоты при этом не разрушаются. В то же время экструдеры успешно нейтрализуют факторы, отрицательно влияющие на пищевую ценность сырья, такие как ингибитор трипсина, уреазу.

Экструзия обеспечивает более полную усвояемость белка в тонком отделе кишечника. В итоге повышается продуктивность скота, снижаются затраты кормов.

Влияние экструзии на крахмал. В процессе экструзии крахмал желатинируется, что повышает его усвояемость. При выходе из экструдера температура и давление резко падают, что приводит к увеличению конечного продукта в объёме.

Влияние экструзии на жиры. Происходит разрыв стенок жировых клеток, вследствие чего повышается энергетическая ценность продукта. Повышается стабильность жиров. Сырьё находится под воздействием максимальных температур всего 5–6 секунд, а для окисления требуется гораздо более высокая температура и более длительная тепловая обработка.

Влияние экструзии на клетчатку. Клетчатка в процессе трения и дробления измельчается, что повышает её переваримость.

Влияние экструзии на вкусовые качества. Практика показывает, что экструдирование значительно повышает вкусовые качества готового продукта. Этому есть несколько причин:

1. Крахмал расщепляется на более простые компоненты;

2. При выходе продукта из экструдера, улетучивается неприятный запах, характерный для некоторого сырья (например: соевых бобов);

3. Готовый продукт имеет однородную структуру.

Экструдированную муку наиболее рационально использовать для кормления животных младших возрастов, поскольку их пищеварительная система в этот период не способна расщеплять сложные питательные вещества рациона. При экструзионной обработке зерна и зерноотходов, половина работы желудка животного выполняется экструдером и поэтому энергия корма, целиком идет на строительство организма животного.

Хранение экструдированных продуктов допускается в течение 1 месяца.

Технологическая схема экструдирования предусматривает следующие операции: очистку от посторонних примесей, тонкое измельчение в молотковой дробилки (сита с отверстиями 2 мм), дозирование и смешивание (в случае экструдирования зерна и отрубей), увлажнение, экструдирование, охлаждение.

Для стабильного протекания процесса экструзии необходимо тщательно очистить зерно от посторонних примесей, особенно от крупных металломагнитных и минеральных примесей, попадание которых в экструдер недопустимо. Очень важно задать определенную влажность зерна. При низкой влажности экструдируемого продукта процесс неустойчив, а при высокой – снижается содержание декстринов. Оптимальной влажностью следует считать 15-17 %.

В основе экструдирования лежат три процесса:

· температурная обработка кормового средства под давлением;

· механохимическое деформирование продукта;

· "взрыв" продукта во фронте ударного разряжения.

Подлежащее экструзии сырье доводят до влажности 12-16 %, измельчают и подают в экструдер, где под действием высокого давления до 40 атм и трения зерновая масса разогревается до температуры 150 - 180 ⁰С, затем в результате быстрого перемещения ее из зоны высокого давления в зону атмосферного происходит «взрыв», в результате чего гомогенная масса вспучивается и образует продукт микропористой структуры с объемной массой 100–120 г/дмі и влажностью 7–9 %. При экструдировании воздействие высоких температур происходит по длительности 10–12 секунд, за этот период времени витамины не подвергаются разрушению. Рабочую часть экструдера с учетом стадий процесса обработки можно условно разделить на три зоны (рис.3): I - зона приема сырья; II - зона пластификации и сжатия; III - зона выпрессовывания продукта, охлаждения.

Рисунок 1 - Схема процесса экструзии

Основная технологическая машина для производства экструдированного комбикорма – экструдер (от лат. extrudo — выталкиваю), машина для размягчения (пластикации) материалов и придания им формы путём продавливания через профилирующий инструмент (экструзионную головку), сечение которого соответствует конфигурации изделия. Общий вид экструдера (рис.4).

Рисунок 2 – Общий вид экструдера

Экструдер состоит из нескольких основных узлов: корпуса, оснащенного нагревательными элементами; рабочего органа (шнека, диска, поршня), размещенного в корпусе; узла загрузки перерабатываемого материала; силового привода; системы задания и поддержания температурного режима, других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.

Первые экструдеры были созданы в 19 веке в Великобритании, Германии и США для нанесения гуттаперчевой изоляции на электрические провода. В начале 20 веке было освоено серийное производство экструдеров.

Примерно с 1930 года экструдеры стали применять для переработки пластмасс; в 1935-1937 годах, паровой обогрев корпуса заменили электрическим; в 1937—1939 гг. появились экструдеры с увеличенной длиной шнека (прототип современного экструдера), был сконструирован первый двухшнековый экструдер. В начале 1960-х годов, были созданы первые дисковые экструдеры.

По типу основного рабочего органа (органов) экструдеры подразделяют на одно- или многошнековые (червячные), дисковые и др.

Наибольшее распространение в промышленности получили шнековые экструдеры. Захватывая исходный материал (гранулы, порошок, ленту и др.) из загрузочного устройства, шнек перемещает его вдоль корпуса. При этом материал сжимается, разогревается, пластицируется и гомогенизируется. По частоте вращения шнека экструдеры подразделяются на нормальные (окружная скорость до 0,5 м/мин) и быстроходные (до 7 м/мин); по конструктивному исполнению — на стационарные и с вращающимся корпусом, с горизонтальным или вертикальным расположением шнека. Существуют экструдеры со шнеками, осуществляющими не только вращательное, но и возвратно-поступательное движение. Для эффективной гомогенизации материала на шнеках устанавливают дополнительные устройства (зубья, диски т. д.).

Принцип действия дискового экструдера основан на использовании возникающих в упруго-вязком материале напряжений, нормальных к сдвиговым. Основу конструкции такого экструдера составляют 2 плоскопараллельных диска, один из которых вращается, создавая сдвиговые и нормальные напряжения, а другой неподвижен. В центре неподвижного диска имеется отверстие, через которое выдавливается размягченный материал. Дисковые экструдеры обладают более высокой пластицирующей и гомогенизирующей способностью, чем шнековые, но давление формования ниже. Поэтому используют их главным образом как смесители-грануляторы или для подготовки материала перед загрузкой в шнековый экструдер.

В комбикормовой промышленности, в основном, нашли применение одношнековые экструдеры с цилиндрической формой шнека с постоянным шагом.

Современные экструдеры — автоматизированные установки, производительность которых достигает 3—3,5 т/ч.