4. 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.

Схема процесса экструзии представлена на рисунке А.-1 приложение А

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 представлен на рисунке А.-2 приложение А

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-го века 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.

2. Объекты и методы исследования.

2.1. Объектами исследования являлись образцы изготовленных хлебобулочных изделий с использованием полуфабрикатов из овса. Проводился сравнительный анализ качества хлебобулочных изделий с различной дозировкой полуфабрикатов из овса.

2.2. Методы исследования: наблюдение, эксперимент, сравнение, измерение.

Оборудование, материалы и реактивы: ковш алюминиевый, шпатель, весы настольные циферблатные РН-6Ц-ВУ, весы технические ВЛКТ-500, весы электронные МW-300Т, сушильный шкаф СЭШ-3М, эксикатор, термометр 0-200⁰С, дистиллированная вода, колбы конические, колбы мерные отливные, цилиндры, баня водяная, лабораторная хлебопекарная печь, кастрюли, ложки, ступка фарфоровая с пестиком, титровальная установка, бромтимоловый синий, бюретки, сетка для определения намокаемости, H₂SO₄ , фенолфталеин.

Исследования проводились в «Красноярской государственном аграрном университете» на кафедре. Взятие средней пробы и подготовка образцов к анализу проходило по методикам анализа муки. Все опыты проводились в день отбора проб и поэтому никакие способы фиксации не применялись. Анализы велись в 3-4 повторностях. В ходе проведения опыта применялись стандартные общепринятые методики, указанные в таблице 1.

Таблица 1 – Методы анализа зерновых культур при использовании в мукомольной промышленности

Наименование показателей	Нормативный документ на испытание	Метод определения
1	2	3
Сырой протеин	ГОСТ 13496.4-93	Титриметрический (по Кьельдалю)
Сырой жир	ГОСТ 13496.15-97	Экстрагирование
Сырая зола	ГОСТ 13496.14-87	Сухого озоления
Сырая клетчатка	ГОСТ 13496.2-91
Фосфор	МУ утв. ГУВ МСХ СССР 04.03.1976 г.	Фотоколориметрический (по А. Т. Усовичу)
Каротин	ГОСТ 13496.17-95	Колориметрирование (по И. К. Мурри)
Кальций	МУ утв. ГУВ МСХ СССР 04.03.1976 г.	Титриметрический
Нитриты и нитраты	МУ утв. ГУВ МСХ СССР 29.01.1965 г.	Объёмный
ОМЧ (общее микробное число)	ГОСТ 17536-82	Посев на среды
ХОП (хлорорганические пестициды)	МУ утв. ГУП МСХ СССР 16.02.1984г.	Тонкослойная хроматография
ФОП (фосфорорганические пестициды)	МУ утв. ГУП МСХ СССР 16.02.1984г.	Газожидкостная хроматография
Влажность	ГОСТ 13496.3-92	Высушивание
Тяжёлые металлы: Ртуть	ГОСТ 26927-86	Атомно-абсорбционная фотометрия
Свинец	ГОСТ 26932-86	Атомно-абсорбционная фотометрия
Кадмий	ГОСТ 26933-86	Атомно-абсорбционная фотометрия
Цинк	ГОСТ 27996-88	Атомно-абсорбционная фотометрия
Медь	ГОСТ 27995-88	Атомно-абсорбционная фотометрия
Зараженность вредителями хлебных запасов	ГОСТ 13496.13-75

Подготовка образцов к химическим анализам проводили методом сухого и мокрого озоления. Сжигание сырья корма осуществлялось в фарфоровых тиглях, в муфельной печи, при температуре 450-550 °С до получения светло-серой или серой золы без частиц угля.

Сущность метода определения сырого протеина заключалась в разложении органического вещества пробы кипящей концентрированной серной кислотой с последующим титриметрическим приёмом определения протеина в исследуемом материале.

Определение влажности муки проводят на соответствие с ГОСТом 9404-98. Суть метода заключается в обезвоживании муки в воздушно-тепловом шкафу при фиксированных параметрах температуры и продолжительности сушки. Для определения влажности муки применяется сушильный электрический шкаф СЭШ-ЗН. Влажность определятся в 8 параллельных навесках.