сотрудник
, Россия
сотрудник
, Россия
сотрудник
, Россия
сотрудник
, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.03.07 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции
ББК 30 Техника и технические науки в целом
ТБК 5606 Техническое оснащение сельского хозяйства
Одним из современных и перспективных направлений утилизации пищевых отходов и отходов сельскохозяйственного производства растительного и животного происхождения является использование личинок мухи Черная львинка (Hermetia illucens) с дальнейшим получением из них высококачественного натурального белкового корма для домашнего скота, птицы, аквакультуры и пр. Используют личинки в живом, замороженном и высушенном состоянии. Высушивание позволяет увеличить срок хранения и получить более концентрированный корм. Однако большинство способов сушки характеризуются высокой энергоемкостью процесса с разной степенью сохранности свойств исходного сырья. Одним из способов сушки личинок является сушка в виброожиженном слое в ИК-поле, генерируемом газовой смесью. Для реализации данного способа разработана лабораторная установка. В рабочей камере установлена закрытая перфорированная емкость с личинками, которая совершает вертикальные колебания. Частота колебаний подбирается в зависимости от степени сушки. В нижней части камеры находится газовый ИК-генератор, питаемый пропан-бутановой смесью из баллона. Для создания устойчивого потока в верхней части рабочей камеры установлен вытяжной вентилятор. Контроль температуры в верхней и нижней части рабочей зоны осуществляется термопарами. В ходе экспериментов выяснялись режимы сушки, скорость испарения влаги. Проводились замеры влажности высушиваемого материала в течение всего периода сушки. Контролировался расход энергии на испарение влаги. В результате определены энергоемкость и производительность процесса тепло- и влагопереноса. Высушенные данным способом личинки мухи Черная львинка имеют плотную консистенцию, однородную структуру, желтовато-коричневый цвет.
лабораторная установка, сушка, виброожиженный слой, ИК-поле, личинки, кормовые добавки, энергосбережение
Введение. Одним из современных и перспективных направлений утилизации пищевых отходов является использование личинок мухи Черная львинка с дальнейшим получением из них высококачественного натурального белкового корма для домашнего скота, птицы, рыбы и пр. Как кормовую добавку личинки мухи Черная львинка можно использовать в живом или высушенном виде [1,2,3,4].
Преимущества добавок в высушенном виде очевидны: удобство в использовании, экономия времени, возможность подобрать корм и его суточную норму с учетом возраста, веса и физиологического состояния животного [5,6,7,8].
В настоящее время для интенсификации процесса сушки используют токи высокой и сверхвысокой частот, ИК-нагрев, ультрафиолетовые лучи, ультразвук, ионизирующее излучение и др. [9]. Российская компания ООО «Энтопротэк», занимающаяся промышленным содержанием и разведением Черной львинки для утилизации органических отходов, имеет в своем арсенале 4 различных типа сушки. Однако все эти способы характеризуются высокой энергоемкостью процесса с разной степенью сохранности свойств исходного сырья. Одним из перспективных способов сушки является сушка личинок Черной львинки в виброожиженном слое [10].
Целью исследования является разработка лабораторной установки для исследования энергоемкости и производительности процессов тепло- и влагопереноса личинок в виброожиженном слое с сохранением нативных свойств исходного сырья.
Условия, материалы и методы исследований. Исследования проводились в ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА в рамках хоздоговорной темы № 04/19 Исследование кинетики процесса сушки личинок мухи «Черная львинка» от 10 марта 2019 г. совместно со специалистами ООО «Энтопротэк».
Объектом исследования являлся процесс сушки личинок Черной львинки в виброожиженном слое.
Сушка осуществлялась серией однофакторных экспериментов в трехкратной повторности в два этапа, для оценки перспективности использования каждого метода сушки. На первом этапе проводились предварительные замеры параметров сушки: конечная влажность и энергопотребление.
После предварительной оценки результаты уточнялись на втором этапе. Для регистрации убыли массы использовались электронные автоматические весы, с погрешностью взвешивания 5%. Контроль температуры газа осуществлялся термопарами. Оценка качества высушенных изделий производилась по органолептическим характеристикам: структура, консистенция, цвет.
Анализ и обсуждение результатов. Экспериментальные исследования проводили на разработанной лабораторной установке (рисунок 1).
В рабочей камере 1 (вертикальная труба) установлена закрытая перфорированная емкость 2 с личинками, которая совершает вертикальные колебания с амплитудой (длина кривошипа) 0,015 м. Частота колебаний подбирается в зависимости от степени сушки. В начальный период сушки частота составляет 130 – 140 об/мин, по мере высушивания частота снижается до 110 – 115 об/мин. Электрическая схема регулирования частоты колебаний перфорированной емкости представлена на рисунке 2.
Модуль ШИМ-контроллера скорости вращения коллекторного двигателя постоянного тока, построенного на микросхеме NE555, позволяет контролировать скорость вращения с помощью широтно-импульсной модуляции выходного напряжения. В качестве силового устройства используется полевой транзистор IRF 540. Данный контроллер может работать с входным напряжением от 6 до 28 В. В зависимости от ширины импульса (от 5 до 100 %) скорость вращения будет изменяться от минимальной до максимальной. Особенность подобных регуляторов состоит в том, что регулировка скорости происходит с минимальными потерями мощности.
Регулятор скорости двигателя может легко обеспечить непрерывный ток, равный 3 А с максимальной выходной мощностью до 80 Вт к двигателю постоянного тока или другой нагрузке постоянного тока.
В нижней части трубы находится газовый ИК-генератор, питаемый пропан-бутановой смесью из баллона. Для создания устойчивого потока в верхней части рабочей камеры диаметром 125 мм установлен канальный вентилятор мощностью 52 Вт. Электрическая схема регулирования оборотов двигателя канального вентилятора представлена на рисунке 3.
Данный регулятор использует принцип фазового управления построенного на симисторе BTA26-600B и динисторе DB3 и основан на изменении момента включения симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль. В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения, конденсатор С1 заряжается через делитель R1, VR1. Нарастающее напряжения на конденсаторе С1 отстает, тем самым вызывает сдвиг по фазе от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R1, VR1 и емкости С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога «пробоя» динистора. Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки. Симистор остается открытым до конца полупериода. Резистором VR1 устанавливается напряжение открывания динистора и симистора. Т. е. этим резистором производится регулировка мощности. Во время действия отрицательной полуволны принцип работы схемы аналогичен. Светодиод LED индицирует рабочий режим регулятора мощности.
Контроль температуры в верхней и нижней части рабочей зоны осуществляется термопарами. Температура в нижней части поддерживается на уровне 90 – 110 °С, в верхней части – 60 – 70 °С.
Сушка личинок в виброожиженном слое в ИК-поле показала приемлемое качество готового продукта по органолептическим показателям. Личинки после сушки имеют плотную консистенцию, структура продукта однородная, желтовато-коричневого цвета. На рисунке 4 показан внешний вид личинок после сушки в виброожиженном слое в ИК-поле генерируемом газовой смесью.
В результате экспериментальных исследований выявили значительный расход газа, по причине малой навески высушиваемого продукта. При низкой стоимости газа можно говорить об экономической целесообразности данного способа. Однако следует учитывать, что работа газового оборудования сопряжена с повышенными рисками (пожар или взрыв). Также усложняется контроль за процессом, так как расход газа ИК-генератором ограничивается установленными производителем пределами. Поэтому температура процесса регулируется путем изменения расстояния от емкости с продуктом до источника. Также имеются ограничения по пространственному расположению газовых ИК-генераторов. Они могут быть расположены только в нижней части сушильной камеры.
Выводы. Разработана лабораторная установка для сушки личинок мух Черная львинка в виброожиженном слое в ИК-поле, генерируемом пропан-бутановой газовой смесью. Определена производительность установки по испаренной влаге, а также расход газа. Органолептические показатели высушенных данным способом личинок: консистенция плотная, структура продукта однородная, желтовато-коричневого цвета. Обоснована целесообразность использования данного способа.
1. Use of Hermetia illucens larvae as a dietary protein source: Effects on growth perfor-mance, carcass traits, and meat quality in finishing pigs / Yu Miao, Li Zhenming, Chen Weidong [и др.] // MEAT SCIENCE. – 2019. – № 107837.
2. Меланиновая белково-энергетическая добавка из личинок Hermetia illucens в питании телят / Р.В. Некрасов, А.А. Зеленченкова, М.Г. Чабаев, Н.А. Ушакова // Сельскохозяйственная биология. –2018. – № 2. – C. 374-384.
3. Корма для ценных объектов аквакультуры: проблемы и решения / С. Пономарев, Ю. Федоровых, Ю. Ширина [и др.] // Комбикорма. – 2019. – № 4. – С. 57-58.
4. Адаптация и перспективы разведения мухи Черная львинка (Hermetia illucens) в циркумполярном регионе / А.М. Антонов, Е.Lutovinovas, Г.А. Иванов, Н.А. Пастухова // Принципы экологии. –2017. – № 3. – С.4-19.
5. J Roháček and M. A Hora Northernmost European record of the alien black sol-dierfly Hermetiaillucens (Linnaeus, 1758) (Diptera: Stratiomyidae Časopis Slezskéhozemskéhomuzea. Série A, Vědypřírodní :journal, P. 101-106, Vol. 62, 2013.
6. Применение личинок чёрной львинки, Hermetia illucens, для утилизации картофеля, заражённого фитонематодами / Ж.В. Удалова, А.И. Бастраков, С.В. Зиновьева, Н.А. Ушакова // Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями. – 2019. – № 20 – С. 627-632.
7. Ушакова, Н.А. Личинки черной львинки (Hermetia illucens) – новый компонент рациона сельскохозяйственных животных / Н.А. Ушакова, Р.В. Некрасов, А.И. Бастраков // Фундаметальные и прикладные аспекты кормления сельскохозяйственных животных: материалы международной научно-практической конференции, посвящается 100-летию со дня рождения А.П. Калашникова. 2018. – С. 311-312.
8. Разработка рецептуры хлебобулочных изделий из пшеничной муки с мукой из мухи черная львинка / А.С. Евдокимова, О.Ю. Иванов, О.В. Волкова, Е.В. Невская // Пищевые технологии будущего: инновационные идеи, научный поиск, креативные решения: материалы научно-практической молодежной конференции, посвященной памяти Р.Д. Поландовой. 2019. – С. 91-99.
9. Касаткин, В.В Анализ существующих сушек / В.В. Касаткин, Н.Ю. Литвинюк, К.В. Кожевникова // Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве: материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Ижевск: ФГОУ ВПО Ижевская государственная сельскохозяйственная академия. – 2006. – С. 107-110.
10. Анисимова, К.В. Технология безвакуумной сублимационной сушки / К.В. Анисимова, Н.Г. Главатских // Научное и кадровое обеспечение АПК для продовольственного импортозамещения: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Ижевск, 2016. – С. 137-138.
