CC BY
46
УДК 631.363:636.086.5
УСТАНОВКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОРАЩИВАНИЮ ЗЕРНА НА ВИТАМИННЫЙ КОРМ
ЖИВОТНЫМ
А.А. Гетманов, аспирант Белгородский ГАУ С.В. Саенко, инженер
филиал ПАО «МРСК Центра» - «Белгородэнерго» E-mail: [email protected]
Аннотация. Важнейшим условием повышения продуктивности сельскохозяйственных животных является полноценное кормление. При безвыгульном содержании свиней и скармливании им комбикормов в условиях промышленной технологии существенно возрастает потребность в белке, питательных, минеральных веществах и витаминах. Витаминную ценность корма можно увеличить за счет использования пророщенного зерна. В пророщенном зерне сложные полимерные вещества с помощью ферментов разделяются на хорошо растворимые мономеры, доступные органические вещества. Жиры преобразуются в жирные кислоты и глицерин, белки - в аминокислоты, крахмал и клетчатка переходят в моносахариды. Также за счет переаминирования в пророщенном зерне увеличивается количество витаминов, макро- и микроэлементов. Предлагается конструкция установки, позволяющей полностью механизировать и автоматизировать процесс проращивания зерна на витаминный корм. Приведены результаты экспериментальных исследований по влиянию различных факторов на проращивание зерна. В качестве исследуемых воздействующих факторов рассматривались: высота слоя зерна, время замачивания зерна в воде; время проращивания между двумя смежными замачиваниями; температура воды; температура воздуха; освещенность, удельная мощность воздействия источников света на зерно при проращивании. Исследования проводились в соответствии с планом полного многофакторного эксперимента при фиксированных значениях времени замачивания, удельной мощности воздействия источников света и времени между двумя смежными замачиваниями. При проращивании учитывали также чередование времени замачивания зерна и чередование времени между замачиваниями, а также общее время увлажнения. Определены оптимальные значения параметров и режимов, которые следует учитывать при разработке конвейерных средств механизации процессов проращивания зерна на витаминный корм животным. Ключевые слова: пророщенное зерно,установка для проращивания зерна, эксперимент, длина ростков.
Важнейшим условием повышения продуктивности сельскохозяйственных животных является полноценное кормление [1, 2]. При безвыгульном содержании свиней и скармливании им комбикормов в условиях промышленной технологии существенно возрастает потребность в белке, питательных, минеральных веществах и витаминах.
Витаминную ценность корма можно увеличить за счет использования пророщенного зерна. В пророщенном зерне сложные полимерные вещества с помощью ферментов разделяются на хорошо растворимые мономеры, доступные органические вещества. Жиры преобразуются в жирные кислоты и глицерин, белки - в аминокислоты, крахмал и клетчатка переходят в моносахариды. Также
за счет переаминирования в пророщенном зерне увеличивается количество витаминов, макро- и микроэлементов.
В хозяйствах пророщенное зерно получают следующим образом. Замачивают зерно в емкости около суток, затем размещают на площадке с твердым покрытием под навесом в гряды высотой 30-40 см в первые 2 дня и 15-30 см - в последующие дни. Расход воды для замачивания - 0,9 т на 1 т зерна. Температуру в грядах поддерживают в пределах 14-20°С путем ворошения зерна через каждые 2-3 часа. Длительность получения пророщенного зерна - около 5 дней [1, 2]. Недостатком рассмотренного способа является возможное загнивание в грядах отдельных порций зерна, неравномерность прорастания
зерна и его сезонность. Поэтому определение оптимальных режимов и параметров процесса проращивания зерна на витаминный корм свиньям (поросятам-отъемышам, свиноматкам) является актуальной задачей [2]. Проращивать можно зерна различных зерновых и зернобобовых культур. Для каждого сорта зерна необходимо определить оптимальные режимные параметры, которые получают на основе экспериментов [3-7].
В качестве исследуемых воздействующих факторов рассматривались: высота слоя зерна, время замачивания зерна в воде; время проращивания между двумя смежными замачиваниями; температура воды; температура воздуха; освещенность, удельная мощность воздействия источников света на зерно при проращивании [8]. Исследования проводились в соответствии с планом полного многофакторного эксперимента при фиксированных значениях времени замачивания, удельной мощности воздействия источников света и времени между двумя смежными замачиваниями [4,5].
При проращивании зерен в чашках Петри их помещали в воду, по истечении некоторого времени извлекали из воды. При этом возникали затруднения в ночное время и в выходные с «плановым» помещением зерен в воду и извлечением зерен из воды. В связи с этим возникает вопрос о величине погрешности полученной информации. Предлагается конструкция установки, позволяющей полностью механизировать и автоматизировать процесс проращивания зерна на витаминный корм. Схема экспериментальной установки показана на рисунках 1, 2, 3 [3]. Общий вид установки представлен на рис. 3.
Принципиальная электрическая схема для автоматизации процесса проращивания зерна (рис. 2) состоит из следующих элементов: реле времени 7 (рис. 1), теплового реле 30 (рис. 2), измерителя-регулятора 31, датчика температуры 33 (рис. 1), концевых выключателей кнопочного типа 24 (рис. 1, 2) и рычажного типа 16 (рис. 1, 2), трубчатого электронагревателя 34 (рис. 1, 2), светового индикатора 3 (рис. 2), четырехполюсного выключателя 2, однополюсного выключателя 5,
двух тумблеров 6, 29, двух контакторов 10, 23, катушек 9, 22, контактов 8, 19, 21, 27 и мотора-редуктора 11 (рис. 1, 2).
Работа установки состоит в следующем. После заполнения зерном емкости 1 (рис. 1) включаем четырехполюсный выключатель 2 (рис. 2). При этом загорается световой индикатор 3 (рис. 2). На пульте управления 4 включаем однополюсный выключатель 5 (рис. 2). Устанавливаем тумблер 6 для работы в автоматическом режиме. Включаем реле времени 7 (рис. 1). При помощи контактов 8 (рис. 2) подаем напряжение на катушку 9. При этом замыкается контактор 10 (рис. 2), и мотор-редуктор 11 (рис. 1, 2) работает на опускание. При помощи мотора-редуктора 11 (рис. 1, 2) вращают катушку 12 (рис. 1), тем самым разматывают центральный трос 13. При этом центральным тросом 13 опускают рамку 14 с емкостью 1 и находящимся в нем зерном в ванну 15. Опускание емкости 1 происходит до тех пор, пока рычаг концевого выключателя 16 (рис. 1, 2) (рычажного типа) не отклоняется от касания кольца 17 (рис. 1). При этом мотор-редуктор 11 (рис. 1, 2) выключается. Реле времени 7 (рис. 1) контактами 19 (рис. 2) включает и выключает барботер 20 (рис. 1, 2). В период поднятого положения емкости (рис. 1) реле времени 7 (рис. 1) через контакты 27 (рис. 2) включает и выключает насос 28 (рис. 1, 2). Насос 28 работает циклически. Время включения насоса составляет 4-5 мин. Время отключения насоса 1,5-1,6 ч. Затем цикл повторяется.
Для включения ручного режима работы устройства необходимо перевести тумблер 6 (рис. 2) в ручной режим. Тумблером 29 производят принудительный подъем и опускание емкости. При помощи маховика 26 (рис. 1) поворачивают емкость в рамке 14 (рис. 1) на 180°, при этом пророщенное зерно под действием сил гравитации перемещается из емкости (рис. 1) в раздатчик пророщенного зерна (на рис. не показан). Установка позволяет механизировать и автоматизировать следующие технологические операции: замачивание зерна, барботирование воздухом находящихся в воде зерен, извлечение зерен из воды, орошение водой зерен на воздухе.
Рис. 1. Установка для проращивания зерна:
1 - емкость; 4 - пульт управления; 7 - реле времени; 11 - мотор-редуктор; 12 - катушка; 13 - трос
центральный; 14 - рамка; 15 - ванна; 16 - выключатель концевой (рычажного типа); 17 - кольцо; 24 - выключатель концевой (кнопочного типа); 20 - барботер; 25 - пластина подпружиненная; 26 - маховик; 28 - насос; 33 - датчик температуры; 34 - трубчатый электронагреватель ТЭН
11 \30 \31_ \Jtt_ \Л_ \20_ \]б_ Рис. 2. Схема автоматизации устройства для проращивания семян: 2 - выключатель четырех-фазный; 3 - индикатор световой; 5 - выключатель однополюсный; 6, 29 - тумблер; 8, 21, 19, 27 -контакты; 9, 22 - катушка; 10, 23 - контактор; 11 - мотор-редуктор; 16, 24 - концевой выключатель; 20 - барботер; 28 - насос; 30 - реле тепловое; 31 - измеритель-регулятор; 34 - ТЭН
и 8_
Рис. 3. Общий вид лабораторной установки для проращивания зерна: 1 - емкость; 2 - трубчатый электронагреватель; 3 - ванна; 4 - мотор-редуктор;
5 - трос центральный; 6 - рамка; 7 - датчик температуры; 8 - кран; 9 - труба с отверстиями;
10 - рама; 11 - насос; 12 - шланг
Предложенное устройство обеспечивает механизацию и автоматизацию изменения режимных параметров при проращивании зерна для определения оптимальных значений после статистической обработки. Экспериментальные исследования проводились с целью оценки влияния основных факторов на проращивание зерна. Методика исследований состояла в следующем.
Для проращивания использовали зерно ячменя и пшеницы. Перед проращиванием проводили обеззараживание зерна в 0,05% растворе перманганата калия в течение 12 ч. После этого загружали зерно в емкость 1 (рис. 3), затем емкость 1 с зерном опускали в ванну 3 и выдерживали некоторое время. Далее емкость 1 с зерном поднимали из ванны 3 и орошали зерно водой, выходящей из отверстий трубы 9. Указанные операции выполняли многократно на протяжении пяти суток. После этого емкость 1 с пророщенным зерном поднимали в верхнее положение. Из емкости 1, в которой находилось пророщен-ное зерно, через отверстия сливали воду, после чего в емкости оставалось пророщенное зерно. Равномерность проращивания зерна определяли следующим образом. Из емкости брали пробы (пророщенные зерна) и линейкой измеряли длину ростков. Затем, согласно известным методикам, определяли равномерность проращивания зерна по длине ростков %.
Зерно проращивали на предлагаемой установке путем погружения (замачивания) и последующего нахождения зерна на воздухе (поднято из воды). За все время прорастания зерно замачивали от 10 до 12 раз и столько же раз поднимали из воды. А общее время прорастания зерна до длины ростков 1,5-2 см составляло от 120 до 130 часов. Оптимальные значения факторов, влияющих на процесс проращивания зерна в установке периодического принципа действия, определялись согласно методике планирования эксперимента. Сначала проводили ряд предварительных экспериментов для оценки некоторой локальной области поверхности отклика в предложении линейного приближения. Для этого применили ортогональный план первого порядка.
В результате проведения отсеивающих экспериментов были выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на проращивание зерна. Для проведения полного факторного эксперимента задались матрицей планирования. В основу матрицы планирования эксперимента положен эксперимент 4 . Для уменьшения числа экспериментов использовали дробную реплику. В свою очередь, на равномерность прорастания зерна оказывали влияние следующие факторы: ИСЛ - высота слоя зерна, мм; ^ - температура воды, °С; Е - освещенность, лк; ТВ - время между смежными замачиваниями, ч.
Результаты экспериментальных исследований процесса проращивания зерна на установке периодического действия. Обработка результатов экспериментальных исследований в соответствии с планом (таблица 1) позволила получить уравнение регрессии, учитывающее влияние воздействующих
факторов на равномерность проращивания зерна уП, %. Уравнение регрессии в натуральных значениях факторов имеет вид: уп = 61,75 + 0,6^сл + 1,55Гв - 0,0028Е + 1,12Тз - 0,0064^сд2 - 0,01Асл^в + 0,0002исле + 0,0025йСЛТЗ - 0,025ГВ2 - 0,00ШВЕ + 0,031^В-Тз - 0,000011Е2 + 0,00076Е^ Тз - 0,085 Тз2 (1)
В результате анализа уравнения (1) установлено, что наибольшее влияние на равномерность проращивания зерна уп оказывают следующие факторы: Е - освещенность; ТЗ -время между двумя смежными замачиваниями, а также сочетания факторов ИСЛЕ, ^СЛ-ТЗ.
Анализ уравнения регрессии (1) показал также, что наибольшее значение равномерности проращивания зерна в области исследуемых факторов составляет 96,8% и достигается при следующих условиях: ИСЛ - высота слоя зерна, 36-40 мм; - температура воды, 20-22°С; Е - освещенность, 400-410 лк; ТЗ - временной промежуток между двумя смежными замачиваниями, 12-13 ч.
Изменение длины ростков при проращивании зерна ячменя на автоматизированной установке представлено на рисунках 4, 5.
Время появления ростков определяется скоростью проникновения воды в зерно. На скорость замачивания значительное влияние оказывает температура воды: чем она выше, тем быстрее проникает вода в зерно, что объясняется увеличением броуновского движения молекул и снижением вязкости воды. При температуре воды 15°С продолжительность замачивания зерна на 1/3 короче, чем при 10°С. Необходимо отметить, что с повышением температуры повышается активность микроорганизмов, находящихся на поверхности зерна. Поэтому оптимальная температура замачивания ячменя составляет 10-12°С, так как при более низкой температуре снижается развитие зародыша, а при более высокой - интенсивно развиваются микроорганизмы. Из анализа зависимости на рис. 4 видно, что максимальная длина ростков зерна (1,5-2 см) получена при периодическом замачивании зерна в воде в течение 6 ч. Наибольшая длина ростков зерен ячменя наблюдается при времени между смежными замачиваниями 12 ч (рис. 5).
Таблица 1. Факторы, оказывающие влияние на равномерность проращивания зерна
Обо- Наименование фактора Уровни варьиро-
значе- вания факторов
ния -1 0 +1
Х1 Высота слоя зерна, кСЛ, мм 30 45 60
Х2 Температура воды, (В, °С 10 16 22
Хз Освещенность, Е, лк 100 300 500
Х4 Время между двумя смежными замачиваниями, ТЗ, ч 4 10 16
Рис. 4. Длина ростков зерна ячменя в зависимости от времени замачивания зерна
25 п
2 15
и
о
10
<г
X X
5. 5
60 80 Время роста, ч
- время между двумя смежными замачиваниями 4 ч
- время между двумя смежными замачиваниями 8 ч
- время между двумя смежными замачиваниями 12 ч
- время между двумя смежными замачиваниями 14 ч
Рис. 5. Длина ростков зерна ячменя в зависимости от времени между смежными замачиваниями
Наблюдается также снижение роста с увеличением или уменьшением времени между замачиваниями при отклонении от 1212,5 ч. Равномерность прорастания зерна составляет уП = 96-97%. Пророщенный ячмень представлен на рисунке 6, пророщенная пшеница представлена на рисунке 7.
Рис. 6. Пророщенный ячмень
Рис. 7. Пророщенная пшеница
В результате экспериментальных исследований по проращиванию зерна установлено:
1. Разработанная установка для проращивания зерна обеспечивает работоспособность и надежность технологического процесса.
2. Наибольшее значение равномерности проращивания зерна в области исследуемых факторов составляет 96,8% и достигается при следующих условиях: ИСЛ - высота слоя зерна, 36-40 мм; - температура воды, 20-22°С; Е - освещенность, 400-410 лк; ТЗ - временной промежуток между двумя смежными замачиваниями, 12-13 ч. Общее время прорастания семян на витаминный корм свиньям составляет 120-130 ч в установке порционного действия.
3. Полученные оптимальные значения параметров и режимов следует учитывать при разработке конвейерных средств механизации процессов проращивания зерна на витаминный корм животным. При этом конвейеры для проращивания зерна позволят увеличить произведенный объем пророщен-ного зерна за счет устранения сезонности этого процесса.
Литература:
1. Структурно-технологическая схема проращивания, приготовления и выдачи пророщенного зерна / С.А. Булавин и др. // Вестник Курской ГСХА. 2011. №5.
2. Эффективность откорма свиней с использованием проращенного зерна ячменя в их рационах / Г.С. По-ходня и др. // Вестник Курской ГСХА. 2012. №9.
I 20
0
0
20
40
00
120
3. Пат. 2472330 РФ. Способ проращивания зерна и устройство для его осуществления/ Булавин С.А. и др. Заяв. 14.03.11, Опубл. 20.01.13.
4. Технологическая линия проращивания зерна на витаминный корм / С.В. Вендин и др. // Сельский механизатор. 2017. №2. С. 24-25.
5. Технологическое и техническое переоснащение свиноводческих ферм на современном этапе / Иванов Ю.А. и др. М., 2009.
6. Определение параметров конвейерной сушилки пророщенного зерна / С.В. Вендин и др. // Механизация и электрификация с. х. 2015. №1. С. 8-10.
7. Измельчение пророщенного зерна для приготовления кормовых смесей / С.В. Вендин и др. М., 2017.
8. Технологическая линия получения кормовых добавок с использованием пророщенного зерна / С.В. Вендин и др. // Актуальные проблемы агроинженерии в XXI веке. Белгород, 2018. С. 30-34.
Literatura:
1. Strukturno-tekhnologicheskaya skhema prorashchiva-niya, prigotovleniya i vydachi proroshchennogo zerna / S.A. Bulavin i dr. // Vestnik Kurskoj GSKHA. 2011. №5.
2. EHffektivnost' otkorma svinej s ispol'zovaniem prora-shchennogo zerna yachmenya v ih racionah / G.S. Pohod-nya i dr. // Vestnik Kurskoj GSKHA. 2012. №9.
3. Pat. 2472330 RF. Sposob prorashchivaniya zerna i ust-rojstvo dlya ego osushchestvleniya/ Bulavin S.A. i dr. Za-yav. 14.03.11, Opubl. 20.01.13.
4. Tekhnologicheskaya liniya prorashchivaniya zerna na vitaminnyj korm / S.V. Vendin i dr. // Sel'skij mekhaniza-tor. 2017. №2. S. 24-25.
5. Tekhnologicheskoe i tekhnicheskoe pereosnashchenie svinovodcheskih ferm na sovremennom ehtape / Ivanov YU.A. i dr. M., 2009.
6. Opredelenie parametrov konvejernoj sushilki proroshchennogo zerna / S.V. Vendin i dr. // Mekhanizaciya i eh-lektrifikaciya s. h. 2015. №1. S. 8-10.
7. Izmel'chenie proroshchennogo zerna dlya prigotovle-niya kormovyh smesej / S.V. Vendin i dr. M., 2017.
8. Tekhnologicheskaya liniya polucheniya kormovyh do-ba-vok s ispol'zovaniem proroshchennogo zerna / S.V. Vendin i dr. // Aktual'nye problemy agroinzhenerii v XXI veke. Belgorod, 2018. S. 30-34.
INSTALLATION AND RESULTS ON GRAIN GERMINATION FOR VITAMIN ANIMAL FEED RESEARCH A.A. Getmanov, post-graduate student Belgorod GAY S.V. Saenko, engineer
Filial of PAO "MPSK of Center" - "Belgorodenergo"
Abstract. The most important condition of farm animals' production increasing is full-value feeding. At case of pig non-motion keeping and combined feed feeding in the industrial technology conditions, the demand for protein, nutrients, minerals and vitamins is significantly increasing. The feed vitamin value can be increased through the sprouted grain using. There in the sprouted grain the complex polymeric substances are separated by enzymes into highly soluble monomers, available organic substances. Fats are converted into fatty acids and glycerin, proteins - into amino acids, starch and fiber are converted into monosaccharides. Also, due to the re-amination in sprouted grain are increased the amount of vitamins, macro - and microelements. The design of the installation allowing fully to mechanize and automate the process of grain germination for vitamin feed is proposed. The results of experimental studies of the various factors influence on the grain germination. As the studied influencing factors were considered: grain layer height, grain's water soaking time; germination time between two adjacent soaking; water temperatu-re; air temperature; illumination, light sources' specific power exposure on grain germination. The studies were ca r-ried out in accordance with the plan of a full multi-factorial experiment with fixed values of soaking time, specific power of light sources and time between two adjacent soaking. During germination, grain's soaking time and time between alternative soaking, as well as the total moisture time were also taken into account. The optimal values of parameters and regimes that are should be taken into account the animals' vitamin feed conveyor means processes of grain growing mechanization development are determined.
Keywords: sprouted grain, installation for sprouting grain, experiment, length of sprouts.
