СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ КОМБИКОРМОВ Российский патент 1994 года по МПК A23K1/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может найти применение при обеззараживании комбикорма, травяной муки и др. , для получения качественного корма для птиц, крупного рогатого скота, свиней.

Известен способ тепловой обработки пищевых отходов паровоздушной смесью перед их скармливанием. Воздействие теплоты улучшает вкусовые качества корма, изменяет некоторые физико-механические свойства и подавляет болезнетворную микрофлору.

Недостатком является то, что такой способ снижает питательные достоинства комбикорма, так как мучные компоненты и белково-витаминные добавки теряют свою ценность при обработке горячим паром при температуре 120^оС. Кроме того, не обеспечивается допустимая норма обсемененности комбикорма, что приводит к заболеваниям у животных.

Известен способ обработки комбикорма с помощью ультрафиолетового облучения. Потребляемая мощность линии ультрафиолетовым облучателем 10 кВт, производительность 0,5-1,0 т/ч, время облучения 25-60 сек, степень обеззараживания 95-97% .

Недостатком является то, что данный способ обеззараживает до указанной степени, если комбикорм облучать очень тонким слоем, так как глубина проникновения ультрафиолетовых лучей очень маленькая. Приспособить этот способ в технологическую линию подготовки комбикорма практически, при производительности не менее 2 т/ч, невозможно.

Известен способ обеззараживания корма электромагнитными полями сверхвысокой частоты. В целях обеззараживания корма нагревают до температуры 60-70^оС. Время нагрева до температуры 60^оС одного мешка кормов весом 30 кг в зависимости от влажности составляет 5-10 мин.

Недостатком является то, что время обеззараживания кормов зависит от их массы. При поточной линии возникают сложности с экранированием.

Задачей изобретения является разработка технологии высокочастотного обеззараживания рассыпного комбикорма.

Поставленная задача решается тем, что рассыпной комбикорм с влажностью 12-13% подвергается воздействию электромагнитного поля с частотой 1,76-300^.10⁶ Гц при напряженности электрического поля 15-80 кВ/м в течение 0,5-15 мин со скважностью импульсов воздействия 0,2-0,8, причем температура нагрева комбикорма составляет 50-120^оС.

Комбикорм является диэлектриком. При помещении его в переменное электромагнитное поле происходит перемещение электрических зарядов благодаря поляризации молекул (ток смешения) и наличию некоторого количества свободных электронов (ток проводимости). Это перемещение зарядов, сопровождаемое изменением положения частиц материала, вызывает преобразование электрической энергии в тепловую, в результате чего происходит нагрев диэлектриков. Высокочастотный нагрев обеспечивает одновременное и равномерное повышение температуры по всему сечению однородного материала. При неоднородном составе материала (комбикорм и возбудители болезней) отдельные компоненты нагреваются пропорционально их электрофизическим параметрам (ε и tg δ) и это явление используется для осуществления изобретательного (селективного) нагрева, т. е. для обеззараживания комбикорма.

На фиг. 1 представлена зависимость общего микробного числа (ОМЧ) от температуры нагрева (Т) рассыпного комбикорма при различных уровнях бактериальной обсемененности исходного материала: 1 - ОМЧ равно 10⁶мк. тел. в 1 г; 2 - ОМЧ равно 3^.10⁶ мк. тел в 1 г. 3 - ОМЧ равно 4^.10⁶мк. тел в 1 г.

На фиг. 2 - зависимость общего микробного числа (ОМЧ) в процентах относительно контроля от температуры нагрева (Т) рассыпного комбикорма при различных уровнях бактериальной обсемененности исходного материала.

На фиг. 3 - степень уменьшения ОМЧ в зависимости от необходимой минимальной температуры нагрева (Т) комбикорма в ЭМПВЧ.

На фиг. 4 - зависимость общего микробного числа (ОМЧ) от напряженности электрического поля (Е) при изменении времени воздействия (t).

На фиг. 5 - зависимость температуры нагрева (Т) рассыпного комбикорма от напряженности электрического поля (Е) при изменении времени воздействия (t).

На фиг. 6 - необходимое соотношение варьируемых параметров (времени t, частоты f и напряженности электрического поля (Е) для достижения минимальной губительной дозы воздействия (Д).

На фиг. 7 - зависимость общего микробного числа в процентах относительно контроля (ОМЧ) от времени воздействия (t 0,5-4,5 мин) при напряженности электрического поля Е = 86,21 кВ/м.

На фиг. 8 - кривая нагрева комбикорма при цикличном воздействии ЭМПВЧ.

Исследования проводились на комбикорме, полученном с Красноярской бройлерной птицефабрики после смесителя ОКЦ-15 с влажностью 12-13% (что соответствует ГОСТу).

Рассыпной комбикорм с влажностью 12-13% поступал в технологическое устройство высокочастотной установки с колебательной мощностью 10 кВт и частотой 27,12 МГц. Установка позволяет: 1) регулировать межэлектродное расстояние; 2) изменять напряжение в конденсаторе с плоскопараллельными электродами; 3) изменять скважность циклов воздействия ЭМПВЧ.

Напряженность электрического поля регулируется изменением емкости рабочего конденсатора, т. е. межэлектродного расстояния, а также ступенчатым регулированием напряжения на пластинах конденсатора. Время воздействия электромагнитного поля регулируется изменением скорости передвижения транспортирующего комбикорм устройства, и скважностью циклов воздействия ЭМПВЧ. На графиках и в таблицах приводится общее время воздействия без паузы. Каждая высокочастотная установка генерирует электромагнитное поле определенной разрешающей частоты (0,44; 0,88. 1,76; 5,28; 13,56; 27,12; 40,68; 81,36; 152,5; 300 МГц).

Экспериментальные исследования воздействия ЭМПВЧ на общую бактериальную загрязненность проведены на частотах 13,56; 27,12; 40,68; 2375 МГц (СВЧ), а результаты исследования приведены для частоты 27,2 МГц. Соотношения напряженности и времени воздействия при других частотах (0,44; 1,76; 27,12; 300 МГц фиг. 6) получены теоретически, исходя из необходимой минимальной дозы воздействия (см. табл. 3).

Исследования проводились в три этапа. В каждом этапе закладывали 10 опытов в 3-х повторностях (в табл. 1 сведены средние данные из 3-х повторностей). Таким образом, чтобы найти теоретическую зависимость эффекта воздействия (общее микробное число, температура нагрева), электромагнитного поля высокой частоты от варьируемых параметров (напряженности электрического поля и времени воздействия) воспользовались двухфакторным экспериментом типа 3². Поэтому матрица активного планирования технологического эксперимента предусматривает 9 опытов и один опыт - контрольный вариант без обработки в ЭМПВЧ (см. табл. 1).

Контрольные варианты во всех трех этапах имели равный уровень обсемененности. Общее микробное число первой партии комбикорма составляло 10⁶ мк. тел в 1 г, второй партии - 3 ^. 10⁶ мк. тел в 1 г, третьей партии - 4^.10⁶ мк. тел в 1 г.

Результаты экспериментальных исследований процесса воздействия электромагнитного поля высокой частоты на степень обеззараживания рассыпного комбикорма сведены в табл. 1, 2, 3.

На первом этапе исследовали воздействия "слабого" электрического поля на ОМЧ (напряженность варьировали в пределах 13,41 - 30,22 кВ/м) при варьировании временем воздействия в более широких пределах (30-60 мин со скважностью 0,9-0,95).

Результаты исследований первого этапа убеждают, что общее микробное число начинает снижаться (от 10⁶ мк. тел в 1 грамме) ниже допустимого уровня (500 тыс. мк тел в 1 грамме) при напряженности электрического поля выше 15 кВ/м и температуре нагрева выше 40^оС (см. фиг. 1, 2, 4). При этом степень уменьшения ОМЧ составляет два раза (см. фиг. 3). Для повышения производительности технологической линии необходимо уменьшить время воздействия, что и предусмотрели на втором этапе.

На втором этапе исследований напряженность электрического поля варьировали в более широких пределах (Е = 23,8-86,2 кВ/м), но время воздействия уменьшили. Теперь исследовали возможность снижения общего микробного числа в диапазоне 5-15 мин со скважностью 0,3-0,8. При этом исходный материал содержал ОМЧ - 3^.10⁶ мк. тел в 1 г. Результаты исследования показывают, что в этом диапазоне напряженности электрического поля даже минимальное время воздействия (5 мин) уменьшает общее микробное число до уровня ниже допустимого (см. фиг. 1, кривая 2; фиг. 4), при минимальной губительной температуре 60^оС. ОМЧ при этом уменьшается в 6 раз (см. фиг. 3).

На третьем этапе напряженность электрического поля варьировали в пределах 68,3-99,2 кВ/м, а время воздействия изменяли в пределах 0,5-4,5 мин со скважностью 0,6-0,7. При этом исходный комбикорм содержал ОМЧ 4^.10⁶ мк. тел в 1 г. Исследования показывают, что ОМЧ можно уменьшить до уровня ниже допустимого при указанном диапазоне напряженности электрического поля. Такая губительная температура возможна, если время воздействия 2,5 мин, а напряженность электрического поля 80 кВ/м (см. фиг. 5). При этом ОМЧ уменьшается в восемь раз (см. фиг. 3).

Дальнейшее уменьшение времени воздействия (увеличение производительности технологической линии) в данном диапазоне напряженности (15-80 кВ/м) возможно за счет увеличения частоты электромагнитного поля, т. к. доза воздействия ЭМПВЧ прямо пропорционально зависит от частоты ЭМЧ (см. фиг. 6).

Д = 0,55^. ε ^. tgδ ^.f^.E^2.t^.10^-10, Дж/м³, (1) где Д - доза воздействия, Дж/м3;
ε, tg δ - диэлектрические параметры рассыпного комбикорма; (ε = 3,8; tg δ = 0,1);
f - частота поля, электромагнитного, Гц (f = 27,12^.10⁶ Гц);
Е - напряженность электрического поля, В/м (20 кВ/м);
t - время воздействия ЭМП, с (t = 600 с).

(Доза воздействия ЭМП - энергия, поглощенная в виде тепла единицей объема обрабатываемого материала).

Исследования показывают, что ОМЧ начинает уменьшаться ниже допустимого уровня, если доза воздействия ЭМПВЧ выше 136 МДж/м³ (Д = 0,55^.3,8^.0,1x x27,12^.10⁶(20)^2.10^6.10^-10.600 = 136 МДж/м³), при этом температура нагрева комбикорма должна быть выше 50^оС. Оптимальная температура лежит в пределах 50-120^оС (см. фиг. 1). Такие величины температуры нагрева комбикорма можно получить и при воздействии электромагнитного поля другой частоты при определенном сочетании напряженности электрического поля и времени воздействия (см. табл. 2).

Теоретические (частоты ЭМП 1,76 МГц, 300 МГц) и экспериментальные (частота ЭМП 27,12 МГц) результаты исследования воздействия ЭМПВЧ на комбикорм приведены в табл. 2.

Предельно допустимая температура нагрева комбикорма 120^оС (выше ухудшается качество корма) можно, например получить при следующем сочетании варьируемых параметров (см. фиг. 5):
частота ЭМП f = 27,12 МГц;
напряженность электрического поля Е = = 55 кВ/м;
время воздействия t = 15 мин.

При этом доза воздействия ЭМПВЧ предельная и составляет Д = 0,55^.10^-103,8x x0,1^.27,12^.10^6.(55)^2.10^6.15^.60 = 1543 МДж/м³.

Результаты исследования при увеличении частоты воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты f = 23,75 МГц на рассыпной комбикорм с влажностью 12-13% и исходной обсемененностью 40^.10⁵ мк. тел в 1 г приведены в табл. 3.

Кроме указанных (в табл. 1,2,3) опытов, были проведены исследования по изучению влияния ЭМПВЧ на влажный комбикорм (с влажностью 16-20% , 1-я строка, табл. 3). В этом случае общее микробное число снижается, так как чем влажнее материал, тем больше коэффициент диэлектрических потерь, тем выше скорость нагрева. Однако параметры, характеризующие комбикорм (протей, например, растет, комбикорм становится комками) ухудшается. Поэтому лучше всего подвергать воздействию ЭМПВЧ рассыпной комбикорм с влажностью 12-13% .

С увеличением температуры нагрева (Т) рассыпного комбикорма (см. фиг. 1,2) ОМЧ уменьшается. Причем достаточно нагреть комбикорма в ЭМПВЧ до 40^оС, чтобы бактериальную обсемененность снизить в два раза, т. е. до допустимого уровня (1-я кривая). Чтобы снизить в 6 раз (2 кривая), необходимо нагреть до 60^оС, если 8 раз до 90^оС (см. фиг. 3).

С увеличением напряженности электрического поля, температура нагрева комбикорма растет. Чем больше время воздействия, тем больше температура нагрева, тем больше уменьшается ОМЧ.

Соотношение частоты, напряженности электрического поля и времени воздействия должно быть таково, чтобы температура нагрева комбикорма была бы не менее 50^оС и не более 120^оС. При температуре нагрева менее 40^оС еще уровень ОМЧ выше допустимой нормы. (10^оС запас надежности). При температуре нагрева выше 120^оС начинают ухудшаться вкусовые качества комбикорма, хотя ОМЧ близко к 0.

Эффективный диапазон напряженности электрического поля 15-80 кВ/м. Если напряженность электрического поля ниже 15 кВ/м, то уменьшается производительность технологической линии за счет увеличения времени нагрева. Если напряженность электрического поля 80 кВ/м, то (ухудшаются вопросы техники безопасности) необходимо резко уменьшить межэлектродное расстояние и увеличить напряженность на пластинах конденсатора. При этом могут возникнуть частные пробои, т. е. существует допустимый уровень напряженности электрического поля для каждого диэлектрика.

Оптимальное воздействие находится в пределах 0,5-15 мин. Минимальное время воздействия 0,5 мин возможно с точки зрения технического исполнения при максимальной частоте 1,76-300 МГц и напряженности электрического поля 30 кВ/м (см. фиг. 6). При этом температура нагрева комбикорма составляет 50^оС. При минимальной частоте ЭМП - 0,44 МГц и максимальном уровне напряженности 80 кВ/м (см. фиг. 4) время воздействия составляет 38,5 мин. Но такое время воздействия не желательно, так как приводит к низкой производительности технологической линии.

Диапазон оптимальной частоты электромагнитного поля лежит в пределах 1,76-300 МГц (см. фиг. 6). Использование высокочастотных генераторов с частотой электромагнитного поля 1,76 МГц возможно, если создать напряженность электрического поля в материале выше 60 кВ/м и при этом время воздействия должно составлять 9-15 мин.

Электромагнитное поле с частотой 300 МГц ускоряет технологической процесс, т. е. увеличивает производительность технологической линии. При использовании электромагнитного поля с частотой 0,44 МГц резко увеличивается время обработки при сохранении той же дозы воздействия 136 МДж/м³.

Для реализации циклического способа воздействия применяются бесконтактные ключи. Скважность циклов определяется по формуле
ε= , (2) где t₁ - время воздействия электромагнитного поля ВЧ;
t₂ - время паузы.

При этом кривая нагрева комбикорма выглядит как показано на фиг. 8.

С увеличением скважности при неизменной нагрузке скорость нагрева возрастает. Поэтому при высоких уровнях напряженности электрического поля желательно уменьшить показатель скважности.

При ВЧ нагреве теплопроводность и объем материала не влияют на скорость нагрева. Следовательно, можно обрабатывать в отличие от прототипа любой толщины материал.

За счет селективного нагрева снижается температура обеззараживания до 50^оС (а при паро-воздушной обработке 120^оС), тем самым сохраняется качество комбикорма, вкусовые достоинства, цвет, запах, что обеспечивает их высокую поедаемость.

Предлагаемый способ обеззараживания комбикорма может быть реализован в технологической линии (ОКЦ - 15. ОКЦ - 30) комбикормового цеха. (56) Руководство по эксплуатации установки СВЧ "Импульс ЗУ", 1991.

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и может быть использовано при обеззараживании рассыпного комбикорма. Задачей изобретения является разработка технологии высокочастотного обеззараживания рассыпного комбикорма. Для этого рассыпной комбикорм с влажностью 12 - 13 % подвергается воздействию электромагнитного поля с частотой 1.76-300·10⁶ Гц при напряженности электрического поля 15 - 80 кВ/м в течение 0,5 - 15 мин со скважностью импульсов воздействия 0,2 - 0,8, причем температура нагрева комбикорма составляет 50 - 120С. 3 табл. , 8 ил.

СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ КОМБИКОРМОВ, включающий воздействие электромагнитных колебаний, отличающийся тем, что рассыпной комбикорм с влажностью 12 - 13% подвергается воздействию электромагнитного поля с частотой 1,76 - 300 10⁶ Гц при напряженности электрического поля 15 - 80 кВ/м в течение 0,5 - 15 мин со скважностью импульсов воздействия 0,2 - 0,8, причем температура нагрева комбикорма составляет 50 - 120^oС.