Обрушение белого люпина с использованием различных схем технологических операций

УДК 633.853.52

Обрушение белого люпина с использованием различных схем технологических операций

Косолапов В. М, доктор сельскохозяйственных наук

ФГБНУ «Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В. Р. Вильямса»

141055, Россия, Московская обл., г. Лобня, Научный городок, корп. 1

Тютюнов С. И., доктор сельскохозяйственных наук

ФГБНУ «Белгородский ФАНЦ РАН»

308001, Россия, Белгородская обл., г. Белгород, ул. Октябрьская, д. 58

Ставцев А. Э.

ООО «НПО «Агро-Матик»

607061, Россия, Нижегородская обл., г. Выкса, Досчатинское ш., д. 30/2

Зверев С. В., доктор технических наук

«Всероссийский НИИ зерна и продуктов его переработки» – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН

127434, Россия, г. Москва, Дмитровское ш., д. 11

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления им. К. Г. Разумовского»

109004, Россия, г. Москва, ул. Земляной вал, д. 73

E-mail: zverevsv@yandex.ru

При обрушении зерна белого люпина используют технологические схемы, позволяющие получать крупку из ядра. Порядок выполнения операций оказывает существенное влияние на результаты процесса обрушения зерна. Режим дробления не изменяли, что привело к получению недоруша (без изменения влажности партии зерна) в размере 6%. На количество недоруша оказывают влияние интенсивность применения агрохимических средств в технологиях возделывании белого люпина, а также почвенно-климатические условия и влажность зерна во время обрушения. Хорошие результаты показала простейшая схема с измельчением на центробежной дробилке с последующей пневмосепарацией, которая позволяет получать до 70% крупки с повышенным содержанием белка и низким содержанием клетчатки, что важно при производстве комбикорма в птицеводстве и свиноводстве. Одновременно при этом производят мучку с пониженным (около 20%) содержанием белка и повышенным содержанием клетчатки (около 10%), что делает возможным её использование в рационах КРС. Определено, что смена технологических режимов работы оборудования сказывается на качестве обрушения зерна белого люпина, т.к. снижение скорости удара при дроблении (при постоянстве остальных режимов процесса обрушения) приводит к росту доли крупки (снижению относов и мучки), но при этом увеличивается содержание недоруша. Повышение скорости потока воздуха при пневмосепарировании снижает долю крупки, поскольку большая часть её мелкой фракци попадает в относы, а качество крупки возрастает, т.к. в относы попадают крупные частицы оболочек и зародыш. Уменьшения размера сита до #2,1 мм приводит к перераспределению фракций в относах. В оболочках, которые в основном составляют сход с этого сита, могут появиться частицы ядра. После просеивания относов и выделения оболочек, доля которых может составлять до 20%, остаётся мучка. Мучка несмотря на повышенное содержание клетчатки может содержать в мелких фракциях до 30% белка.

Ключевые слова: белый люпин, зерно, технологические схемы обрушения.

Белый люпин — это зернобобовая культура, востребованная при ведении интенсивного животноводства и птицеводства (Савченко и др., 2009; Косолапов, 2010; Егоров и др., 2010; Цыгуткин и др., 2014; Зверев и др., 2014; Фисинин, 2019). Площадь возделывания культуры с каждым годом увеличивается (Тютюнов и др., 2012; Зверев и др., 2015), что обусловлено использованием его в качестве источника растительного белка в рационах кормления сельскохозяйственных животных и птицы, а также при его переработке в белковый концентрат (Егоров и др., 2017; Зверев и др., 2019; Андрианова и др., 2019). В последнее время уделяют большое внимание качеству получаемых семян в процессе их производства и первичной переработки. Достигают требуемых параметров качества зерна через управление продукционным процессом в технологии возделывания (Шапкина и др., 2011; Зулцэцэг Чадраабал и др., 2015; Серёгина и др., 2018), для чего используют данные о химическом составе зерна (Андрианова и др., 2015; Подобед, 2017; Яговенко и др., 2018; Косолапов и др., 2019). На качество зерна белого люпина влияет и решение вопросов механизации уборки на основе поиска оптимальных режимов функционирования рабочих органов комбайнов, что снижает травмируемость зерна в чистых и смешанных посевах (Алдошин и др., 2015а; 2015б; 2016), и последующей первичной послеуборочной доработки зерна (Зверев и др., 2014а; 2014б).

Для повышения питательной ценности семян люпина их подвергают обрушению, то есть удаляют оболочку, которая составляет до 20% от массы семян, содержит мало белка и много клетчатки (Перов и др., 2014; Зверев и др., 2019).

В процессе обрушения семян люпина методами, применяемыми в крупяной и комбикормовой промышленности, используют такие операции, как дробление, ситовое и пневмосепарирование. В технологическом процессе они могут проводиться в различной последовательности, от чего зависит его эффективность. Эффективность процесса оценивают по выходу крупки и содержанию недоруша. При этом практиков интересует и количество единиц задействованного технологического оборудования, влияющее на капитальные затраты при организации производства. В результате этого технологического процесса образуется основной продукт (с повышенным содержанием белка и низким — клетчатки) — крупка и побочные продукты — мучка и оболочки.

Таким образом, переработка зерна белого люпина является таким же важным звеном в цепи от технологии возделывания сортов до использования в кормлении.

Методика исследования. Задача исследований — оценка эффективности технологических схем обрушения зерна белого люпина для повышения доли белка и снижения содержания клетчатки в производимом продукте.

В основных экспериментах использовали зерно белого люпина сорта Дега с влажностью W = 9,2%. Влажность определяли по ГОСТ 13586.5-93. Рассев проводили на ситах с круглыми отверстиями по ГОСТ Р ИСО 5223-99 и проволочных ситах по ГОСТ Р 51568-99. ИСО 3310-1-90. Взвешивание проводилось на лабораторных весах с точностью 0,01 г.

1. Некоторые ориентировочные физико-технологические параметры белого люпина сорта Дега, использованного в экспериментах

Дробление осуществлялось на центробежной дробилке. Для пневмосепарирования использовалась лабораторная установка фирмы Buhler с регулируемой скоростью потока воздуха в пневмоканале.

В ходе исследований изучали четыре технологические схемы переработки белого люпина в крупку (рис. 1, 2, 3, 4). Схемы различались количеством используемого технологического оборудования, последовательностью операций и режимами обработки.

Во всех опытах линейная скорость периферии рабочего диска центробежной дробилки составляла 77 м/с. В зависимости от технологической схемы на соответствующих операциях обрушения использовали различные режимы (табл. 2).

2. Режимы обрушения люпина

Рис. 1. Технологическая схема обрушения люпина № 1

Рис. 2. Технологическая схема обрушения люпина № 2

Рис. 3. Технологическая схема обрушения люпина № 3

Рис. 4. Технологическая схема обрушения люпина № 4

Результаты исследований. В процессе обрушения измельчённый люпин рассеивали на три фракции: крупную, мелкую и мучку. Первые две подвергали пневмосепарированию, после чего получали крупную крупку и оболочки или мелкую крупку и оболочки. Результаты обрушения зерна люпина по различным технологическим схемам представлены в табл. 2.

Из данных табл. 3 видно, что порядок выполнения операций может существенно сказываться на результате. Так, при одних и тех же режимах более простая схема (рис. 4) не уступает по выходу крупки более сложной (рис. 1) и превосходит остальные схемы. Недоруш в основном сосредоточен в сходе с сита 4,8 мм и составлял около 6%. Поскольку режим дробления при всех схемах не менялся (скорость периферии диска дробилки — 77 м/с), постольку при переработке по схеме № 4 можно ожидать недоруш тоже около 6%.

В процессе обрушения образуется мучка — смесь мелких частиц ядра и оболочки. Для оценки распределения мучки по крупности частиц её фракционировали. Фракционный состав мучки приведён в табл. 4.

Мучку также можно использовать в качестве кормовой добавки несмотря на относительно невысокое содержание белка (около 20%). Из ранее проводимых экспериментов известно, что фракция мучки менее 1 мм содержит около 30% белка. В табл. 4 представлены результаты рассева мучки по фракциям. Из неё видно, что можно выделить около 40% от массы мучки (4–8% от массы зерна) с повышенным содержанием белка (проход сита 1,0 мм – дно).

3. Результаты обрушения люпина по различным технологическим схемам

4. Фракционный состав мучки

Для оценки влияния времени и места произрастания люпина на выход ядра и содержание недоруша по схеме № 1 и на соответствующих режимах были переработаны навески из различных партий зерна. Полученные результаты приведены в табл. 5.

5. Результаты обрушения белого люпина урожая различных годов по схеме № 4

Как видно из табл. 5, выход ядра и содержание недоруша зерна урожаев 2015–2018 годов различаются незначительно. Отсутствие недоруша в зерне урожая 2013 года можно объяснить длительностью хранения и его частичной деградацией.

Кроме места и времени произрастания, а возможно и срока хранения, на показателях обрушения зерна сказывается влажность. В табл. 6 показано влияние влажности зерна, поступившего в переработку, на выход ядра, оболочки и величину недоруша.

6. Результаты обрушения белого люпина различной влажности по схеме № 4

С ростом влажности зерна, как это следует из табл. 6, отмечается тенденция к росту обоих показателей — выхода ядра и содержания недоруша, т.е. повышение выхода ядра за счёт влажности приводит к снижению качества продукта.

Заключение. Используя достаточно простую технологическую схему обрушения зерна белого люпина, включающую один рассев и один пневмосепаратор (схема № 4), можно получать до 70% крупки с повышенным содержанием белка и низким содержанием клетчатки, что важно при формировании комбикорма для сельскохозяйственных животных и птицы. При этом образующаяся мучка (около 19%) с пониженным (около 20%) содержанием белка и повышенным уровнем клетчатки может быть использована в рационе КРС. Из мучки может быть высеяна фракция с содержанием белка до 30% (около 7% от массы зерна) и использована как высокобелковая добавка в кормах.

Литература

1. Пути увеличения производства растительного белка в России / И. В. Савченко, А. М. Медведев, В. М. Лукомец и др. // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. — 2009. — № 1. — С.11–13.
2. Косолапов В. М. Как оптимизировать производство и использование зернофуража в России / В. М. Косолапов // Земледелие. — 2010. — № 5. — С.19–21.
3. Белый люпин и другие зернобобовые культуры в кормлении птицы / И. А. Егоров и др. // Достижения науки и техники АПК. — 2010. — № 9. — С.36–38.
4. Цыгуткин А. С. Белый люпин как сельскохозяйственная культура / А. С. Цыгуткин, С. В. Зверев // Хранение и переработка зерна. — 2014. — № 4. — С.20–22.
5. Использование белого люпина в экономике России / С. В. Зверев и др. // Хранение и переработка зерна. — 2014. — № 5. — С.31–34.
6. Фисинин В. И. Мировое и российское птицеводство: реалии и вызовы будущего / В. И. Фисинин. — М.: Хлебпродинформ, 2019. — 470 с.
7. Тютюнов С. И. Перспективы развития производства белого люпина в Белгородской области / С. И. Тютюнов, А. С. Цыгуткин // Доклады ТСХА: сборник статей. Вып. 284. Ч. 1. — М.: Издательство РГАУ–МСХА, 2012. — С.75–77.
8. Зверев С. В. Проблемы развития импортозамещения в сельском хозяйстве России / С. В. Зверев, А. С. Цыгуткин, Л. В. Постникова / Бухучёт в сельском хозяйстве. — 2015. — № 9. — С.7–12.
9. Использование белкового концентрата на основе белого люпина в рационах цыплят-бройлеров / И. А. Егоров и др. / Птица и птицепродукты. — 2017. — № 1. — С.33–36.
10. Зверев С. В. Белый люпин: обрушение и термообработка зерна / С. В. Зверев, А. Э. Ставцев, А. С. Цыгуткин. — М.: Сам Полиграфист, 2019. — 128 с.
11. Люпин в кормлении сельскохозяйственной птицы / Е. Н. Андрианова и др. // Птицеводство. — 2019. — № 11–12. — С.31–36.
12. Фитосанитарное состояние посевов белого люпина на Северо-Востоке и Юго-Западе Центрального Черноземья / Ю. С. Шапкина и др. / Достижения науки и техники АПК. — 2011. — № 9. — С.29–31.
13. Влияние новых изолятов клубеньковых бактерий на рост и развитие белого люпина сорта Детер 1 / Зулцэцэг Чадраабал и др. // Достижения науки и техники АПК. — 2015. — Т. 29. — № 11. — С.78–80.
14. Формирование урожайности зерна и показатели качества люпина белого (Lupinus albus L.) при применении селена натрия / И. И. Серёгина и др. // Агрохимия. — 2018. — № 7. — С.73–80.
15. Природный источник марганца — белый люпин / Е. Н. Андрианова и др. // Птица и птицепродукты. — 2015. — № 5. — С.47–49.
16. Подобед Л. И. Аминокислоты в питании сельскохозяйственных животных и птицы / Л. И. Подобед. — Одесса: Акватория, 2017. — 280 с.
17. Яговенко Т. В. Люпин белый (Lupinus albus L.) — перспективная кормовая культура / Т. В. Яговенко, Е. В. Афонина, А. Е. Сорокин. — Брянск: ООО «Издательство «Читай-город», 2018. — 30 с.
18. Минеральные элементы в кормах и методы их анализа: монография / В. М. Косолапов и др. — М.: ООО «Угреша Т», 2019. — 272 с.
19. Обоснование технологических параметров комбайнов на уборке белого люпина / Н. В. Алдошин и др. // Достижения науки и техники АПК. — 2015. — № 1. — С.64–66.
20. Оценка повреждений зерна белого люпина при уборке урожая / Н. В. Алдошин и др. // Тракторы и сельхозмашины. — 2015. — № 2. — С.26–29.
21. Уборка смешанных посевов зерновых культур методом очёса / Н. В. Алдошин и др. // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерый университет им. В. П. Горячкина». — 2016. — № 1. — С.7–13.
22. Уборка бинарных посевов зерновых культур / Н. В. Алдошин и др. // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина». — 2016. — № 3. — С.11–17.
23. Перов А. А. Белый люпин: дробление, шелушение и сепарация / А. А. Перов, С. В. Зверев, А. С. Цыгуткин // Комбикорма. — 2014. — № 6. — С.41–46.
24. Зверев С. В. Первичная переработка зерна белого люпина / С. В. Зверев, А. С. Цыгуткин // Современный фермер. — 2014. — № 8. — С.28–30.
25. Зверев С. В. Подготовка зерна белого люпина к глубокой переработке / С. В. Зверев, А. С. Цыгуткин // Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. — 2014. — № 2. — С.115–121.
26. ГОСТ 13586.5-93. Зерно. Метод определения влажности.
27. ГОСТ Р ИСО 5223-99. Сита лабораторные для анализа зерновых культур. Технические требования.
28. ГОСТ Р 51568-99. ИСО 3310-1-90. Сита лабораторные из металлической проволочной сетки. Технические условия.

Technologies for lupine hulling

Kosolapov V. M., Dr. Agr. Sc.

Federal Williams Research Center of Fodder Production and Agroecology

141055, Russia, the Moscow region, Lobnya, Science Town, 1

Tyutyunov S. I., Dr. Agr. Sc.

Belgorod Federal Agrarian Research Center of the Russian Academy of Science

308001, Russia, the Belgorod region, Belgorod, Oktyabrskaya str., 58

Stavtsev A. E.

OOO “Agro-Matik” (Research and Production Association), a limited liability company under the laws of Russian Federation

607061, Russia, the Nizhny Novgorod region, Vyksa, Doschatinskoe highway (shosse), 30/2

Zverev S. V., Dr. Techn. Sc.

The All-Russian Research Institute of Grain and Grain Products – branch of the Federal Research Center of Food Systems n. a. V. M. Gorbatov of the Russian Academy of Science

127434, Russia, Moscow, Dmitrovskoe highway (shosse), 11

Moscow State University of Technology and Management n. a. K. G. Razumovskiy

109004, Russia, Moscow, Zemlyanoy val str., 73

E-mail: zverevsv@yandex.ru

Hulling is a process of separating the grain from its hulls. Hulling steps significanlty affect the final result. Crusing mode stayed unchanged leading to 6% of unhulled grain (no variation in grain water content). Application of chemicals, environmental conditions and grain moisture content influenced the proportion of unhulled grain obtained. Good results were obtained when using centrifugal crusher. After the chaffing 70% of crushed grain showed high protein and low fiber contents, which was importain for poultry and pigs feeding. At the same time being poor in protein (around 20%) and rich in fiber (around 10%) the produced bran could be used in cattle diet. Variation in the parameters of the processing equipment affected the quality of crushed grain. Reduced crusing speed increased both hulled and unhulled grain fraction, decreasing hull and bran contents. Increasing air flow rate reduced the fraction of crushed grain but improved its quality since most of the grain fine fraction got separated together with large husk and corcle particles. Decreasing sieve size induced the redistribution of separated fractions. Some husks were separated together with grain particles. The hull proportion could reach up to 20% without the bran. Despite the high fiber content, the bran can contain up to 30% of protein.

Keywords: white lupine, grain, hulling technology.

References

1. Puti uvelicheniya proizvodstva rastitelnogo belka v Rossii / I. V. Savchenko, A. M. Medvedev, V. M. Lukomets et al. // Vestnik Rossiyskoy akademii selskokhozyaystvennykh nauk. — 2009. — No. 1. — P.11–13.

2. Kosolapov V. M. Kak optimizirovat proizvodstvo i ispolzovanie zernofurazha v Rossii / V. M. Kosolapov // Zemledelie. — 2010. — No. 5. — P.19–21.

3. Belyy lyupin i drugie zernobobovye kultury v kormlenii ptitsy / I. A. Egorov et al. // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2010. — No. 9. — P.36–38.

4. Tsygutkin A. S. Belyy lyupin kak selskokhozyaystvennaya kultura / A. S. Tsygutkin, S. V. Zverev // Khranenie i pererabotka zerna. — 2014. — No. 4. — P.20–22.

5. Ispolzovanie belogo lyupina v ekonomike Rossii / S. V. Zverev et al. // Khranenie i pererabotka zerna. — 2014. — No. 5. — P.31–34.

6. Fisinin V. I. Mirovoe i rossiyskoe ptitsevodstvo: realii i vyzovy budushchego / V. I. Fisinin. — Moscow: Khlebprodinform, 2019. — 470 p.

7. Tyutyunov S. I. Perspektivy razvitiya proizvodstva belogo lyupina v Belgorodskoy oblasti / S. I. Tyutyunov, A. S. Tsygutkin // Doklady TSKhA: sbornik statey. Iss. 284. Ch. 1. — Moscow: Izdatelstvo RGAU–MSKhA, 2012. — P.75–77.

8. Zverev S. V. Problemy razvitiya importozameshcheniya v selskom khozyaystve Rossii / S. V. Zverev, A. S. Tsygutkin, L. V. Postnikova / Bukhuchet v selskom khozyaystve. — 2015. — No. 9. — P.7–12.

9. Ispolzovanie belkovogo kontsentrata na osnove belogo lyupina v ratsionakh tsyplyat-broylerov / I. A. Egorov et al. / Ptitsa i ptitseprodukty. — 2017. — No. 1. — P.33–36.

10. Zverev S. V. Belyy lyupin: obrushenie i termoobrabotka zerna / S. V. Zverev, A. E. Stavtsev, A. S. Tsygutkin. — Moscow: Sam Poligrafist, 2019. — 128 p.

11. Lyupin v kormlenii selskokhozyaystvennoy ptitsy / E. N. Andrianova et al. // Ptitsevodstvo. — 2019. — No. 11–12. — P.31–36.

12. Fitosanitarnoe sostoyanie posevov belogo lyupina na Severo-Vostoke i Yugo-Zapade Tsentralnogo Chernozemya / Yu. S. Shapkina et al. / Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2011. — No. 9. — P.29–31.

13. Vliyanie novykh izolyatov klubenkovykh bakteriy na rost i razvitie belogo lyupina sorta Deter 1 / Zultsetseg Chadraabal et al. // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2015. — Vol. 29. — No.11. — P.78–80.

14. Formirovanie urozhaynosti zerna i pokazateli kachestva lyupina belogo (Lupinus albus L.) pri primenenii selena natriya / I. I. Seregina et al. // Agrokhimiya. — 2018. — No. 7. — P.73–80.

15. Prirodnyy istochnik margantsa — belyy lyupin / E. N. Andrianova et al. // Ptitsa i ptitseprodukty. — 2015. — No. 5. — P.47–49.

16. Podobed L. I. Aminokisloty v pitanii selskokhozyaystvennykh zhivotnykh i ptitsy / L. I. Podobed. — Odessa: Akvatoriya, 2017. — 280 p.

17. Yagovenko T. V. Lyupin belyy (Lupinus albus L.) — perspektivnaya kormovaya kultura / T. V. Yagovenko, E. V. Afonina, A. E. Sorokin. — Bryansk: OOO “Izdatelstvo “Chitay-gorod”, 2018. — 30 p.

18. Mineralnye elementy v kormakh i metody ikh analiza: monografiya / V. M. Kosolapov et al. — Moscow: OOO “Ugresha T”, 2019. — 272 p.

19. Obosnovanie tekhnologicheskikh parametrov kombaynov na uborke belogo lyupina / N. V. Aldoshin et al. // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2015. — No. 1. — P.64–66.

20. Otsenka povrezhdeniy zerna belogo lyupina pri uborke urozhaya / N. V. Aldoshin et al. // Traktory i selkhozmashiny. — 2015. — No. 2. — P.26–29.

21. Uborka smeshannykh posevov zernovykh kultur metodom ochesa / N. V. Aldoshin et al. // Vestnik FGOU VPO “Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzheneryy universitet im. V. P. Goryachkina”. — 2016. — No. 1. — P.7–13.

22. Uborka binarnykh posevov zernovykh kultur / N. V. Aldoshin et al. // Vestnik FGOU VPO “Moskovskiy gosudarstvennyy agroinzhenernyy universitet im. V. P. Goryachkina”. — 2016. — No. 3. — P.11–17.

23. Perov A. A. Belyy lyupin: droblenie, shelushenie i separatsiya / A. A. Perov, S. V. Zverev, A. S. Tsygutkin // Kombikorma. — 2014. — No. 6. — P.41–46.

24. Zverev S. V. Pervichnaya pererabotka zerna belogo lyupina / S. V. Zverev, A. S. Tsygutkin // Sovremennyy fermer. — 2014. — No. 8. — P.28–30.

25. Zverev S. V. Podgotovka zerna belogo lyupina k glubokoy pererabotke / S. V. Zverev, A. S. Tsygutkin // Innovatsionnye tekhnologii proizvodstva i khraneniya materialnykh tsennostey dlya gosudarstvennykh nuzhd. — 2014. — No. 2. — P.115–121.

26. GOST 13586.5-93. Zerno. Metod opredeleniya vlazhnosti.

27. GOST R ISO 5223-99. Sita laboratornye dlya analiza zernovykh kultur. Tekhnicheskie trebovaniya.

28. GOST R 51568-99. ISO 3310-1-90. Sita laboratornye iz metallicheskoy provolochnoy setki. Tekhnicheskie usloviya.