Результати лабораторних досліджень процесу формування експандатів

Abstract

Експандоване приготування кормів здійснюється за допомогою високотемпературних (80–140 °C) експандерів. Ці експандери виконують завдання приготування харчових продуктів і кормів під високим тиском (1–10 МПа). Процес експандування супроводжується хімічними змінами, такими як денатурація білків, амінокислот, вітамінів, крохмалю і ферментів. Окрім цього, відбувається зміна фізико-механічних властивостей компонентів корму, перетворюючи їх у форму експандатів. Метою лабораторних досліджень процесу формування експандатів є встановлення закономірностей зміни тиску стискання від деформації компонентів комбікорму та щільності отриманих експандатів при різних технологічних параметрів. Дослідження з визначення впливу гранулометричного складу комбікорму, його вологості та температурного режиму на діаграму деформування – залежність між напруженням і деформацією матеріалу, проводили з використанням випробувальної машини Heckert FP-100/1 та додаткових пристроїв і обладнання. В якості факторів досліджень обрано вологість комбікорму W (10 %, 20 %, 30 %), його температурe T (80 °C, 110 °C, 140 °C), середній діаметр частинок подрібнених компонентів кормів Dμ (0,5 мм, 1,5 мм, 2,5 мм). Дослідження проводились за повнофакторним дослідом із загальною кількістю дослідів – 27. Повторність – триразова. За кожним дослідом отримана закономірність зміни тиску стискання від деформації (закономірність пружного гістерезису) компонентів комбікорму ΔP(εz). В якості критеріїв досліджень обрані: площа SΔP, укладена всередині петлі пружного гістерезису ΔP(εz); коефіцієнт механічних втрат (або відносний гістерезис) Ψ, що розраховується, як відношення площі петлі гістерезис SΔP до площі, укладеної між кривою напруги і віссю абсцис, де відкладені деформації SP1; висота отриманого зразка експандату ha; щільність отриманих експандатів ρa. В результаті лабораторних досліджень процесу формування експандатів встановлені залежності зміни тиску стискання від деформації компонентів комбікорму ΔP(εz). Визначені закономірності зміни площа петлі пружного гістерезису SΔP, коефіцієнта механічних втрат Ψ, висоти отриманого зразка експандату ha, щільності отриманих експандатів ρa від вологості комбікорму W, його температури T та середнього діаметра частинок подрібнених компонентів Dμ. Вирішуючи компромісну задачу, яка полягає у мінімізації коефіцієнта механічних втрат Ψ і максимізації щільності отриманих експандатів ρa, отримуємо наступні раціональні технологічні параметри при яких процес експандування кормів є найбільш ефективним: Dμ = 0,5 мм, T = 119,2 °С, W = 19,1 %, ρa = 292,9 кг/м3.

- The expanded preparation of feeds is carried out using high-temperature (80–140 °C) expanders. These expanders perform the task of preparing food products and feeds under high pressure (1–10 MPa). The expansion process is accompanied by chemical changes such as denaturation of proteins, amino acids, vitamins, starch, and enzymes. Additionally, there is a transformation of the physical and mechanical properties of the feed components, converting them into expandates. The laboratory research aims to establish the regularities of the compression pressure changes with the deformation of feed components and the density of the obtained expandates under various technological parameters. The study explores the impact of the granulometric composition of the feed, its moisture, and temperature on the deformation diagram, representing the relationship between stress and material deformation. For this purpose, testing was conducted using the Heckert FP-100/1 testing machine and additional devices and equipment. As research factors, the feed's moisture W (10 %, 20 %, 30 %), temperature T (80 °C, 110 °C, 140 °C), and the average particle diameter of ground feed components Dμ (0.5 mm, 1.5 mm, 2.5 mm) were selected. The study was conducted using a full-factor experiment, comprising a total of 27 experiments with three repetitions. For each experiment, a relationship of compression pressure changes with deformation (elastic hysteresis) of the feed components ΔP(εz) was obtained. The research criteria include: the area SΔP enclosed inside the elastic hysteresis loop ΔP(εz); the coefficient of mechanical losses (or relative hysteresis) Ψ, calculated as the ratio of the hysteresis loop area SΔP to the area enclosed between the stress-strain curve and the abscissa axis, where deformations SP1 are plotted; the height of the obtained expandate sample ha; and the density of the obtained expandates ρa.