РЕФЕРАТ

Отчет 287 с., 1 кн., 65 рис., 7 табл., 290 источн., 7 прил.

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ, ПОМЕТ, ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ, БИОГАЗ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Объектом исследования является технология переработки птичьего помета способствующая, снижению (устранению) неприятных запахов от продуктов жизнедеятельности птицы, ускоряющая процесс их подготовки к использованию в сельском хозяйстве.

Цель исследований — повышение эффективности переработки отходов птицеводства на основе ресурсосберегающей механизированной технологии с получением биологически активныхудобрений, используемых для питания растений, регулировки плодородия почвы.

В процессе работы проводились экспериментальные исследования установок для анаэробного сбраживания помета и разделения сброженного субстрата.

В результате исследований было установлено, что:

процесс метанового сбраживания птичьего помёта способствует, снижению (устранению) неприятных запахов при этом в качестве рабочего органа для перемешивания применяется колоколообразный смеситель;

при концентрации сухого вещества 14 %, температуре брожения 324 К и степени температурной однородности Т/Т_опт 0,96 кратности циркуляции К_ц составляет 5,7, длительность переработки сократится на 24%;

рабочим органом для осуществления разделения сброженного субстрата служит фильтровальный барабан, совершающий качательное движение вокруг своей оси с определённой амплитудой и частотой.

С точки зрения экономической эффективности,окупаемость при внедрении биореактора составит 0,84 года, а установки для разделения субстрата 0,32 года.

Результаты исследований можно рекомендовать для внедрения в птицеводческие предприятия.

ВВЕДЕНИЕ

Укрупнение птицеводческих комплексов, применение бесподстилочного способа содержания птицы наряду с гидромеханическими и гидравлическими системами пометоудаления привело не только к существенному увеличению объемов производимого помета,но и огромной его концентрации в местах хранения. Неправильное хранение огромных объемов птичьего помета приводит к загрязнению окружающей среды, нарушению экологического равновесия и санитарно-эпидемиологического состояния на территориях, примыкающих к птицеводческим предприятиям. Так, например, суточный выход жидкого и полужидкого помета влажностью 85…95% на птицефабриках яичного направления средней мощности составляет в пределах200 м³ [234,]. Мировая и отечественная практика использования птичьего помёта показывает, что наиболее традиционной формой утилизации помета является использование его в качестве органического удобрения. Содержащиеся в нем гумусовые вещества улучшают структуру почвы и способствуют увеличению плодородия.

Однако непосредственное внесение в почву птичьего помёта с птицеводческих комплексов затруднено вследствие:

1. Наличияпатогенной микрофлоры опасной для здоровья людей и животных (неудовлетворительные санитарно-гигиенические характеристики), а также присутствия большого количества семян сорных трав (негативные агротехнические характеристики)птичьего помёта;

2.Содержания огромного количества потенциальной энергии (20000 кДж/кг АСВ) и питательных веществ (N, P, K), вызывающих при внесении птичьего помёта стрессовое состояние у почвенных микроорганизмов, призванных в природе завершить разложениеорганических отходов;

3.Отрицательного воздействия на окружающую среду – распространение резкого запаха, загрязнение грунтовых вод и заражение почвы болезнетворными микроорганизмами.

Перечисленные негативные стороны существующей проблемы накопления, хранения и традиционного использования птичьего помета показывают, что научные исследования, связанные с решением данной проблемы, являются актуальными, при этом немаловажным является создание комплексной технологии, позволяющей заметно снизить порог запаха при переработке птичьего помета и получении дополнительных полезных продуктов, которые можно использовать при выращивании сельскохозяйственных культур.

1 ИЗУЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ОБЩЕРОССИЙСКОЙ И МИРОВОЙ ПРАКТИКИ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ ОТХОДОВ ПТИЦЕВОДСТВА

1.1 Технологические особенности производства птичьего помёта и анализ его физико-механических свойств

Птичий помет – материал, органического происхождения, обладает физико-механическими и химическими свойствами, которые определяют его дальнейшую переработку и применение.

По своим физико-механическим свойствам помет представляет собой полидисперсную систему, состоящую из жидких, твердых и газообразных веществ [32]. Основную часть помета составляет дисперсная среда – влага, представленная мочой и технологической водой. Ее количество определяет влажность исходного помета [1, 4, 251]. Дисперсная фаза в помете представлена калом, остатками кормов и семенами различных сорных растений. Данная часть определяет химический состав исходного помета [104]. Газообразная часть состоит из пузырьков газов, получаемых в результате деятельности разнообразных микроорганизмов. На вид жидкий помет представляет собой липкую массу серо-зеленого цвета с включениями коллоидов [87].

Фракционный состав дисперсной фазы помета таков: основная масса представлена частицами размером 0,1…1 мм, 30 % – это частицы размерами 0,1 мм и менее, и остальная часть – это микроорганизмы и мелкая органическая взвесь [86].

В исходном птичьем помёте содержится значительно меньше воды, чем в навозе крупного рогатого скота и свиней. В зависимости от влажности различают помёт:

— подстилочный, состоящий собственно из птичьего помёта и подстилочного материала, применяемого при напольном содержании птицы на глубокой подстилке; влажность подстилочного птичьего помёта равна 15…40 %; количество подстилочного птичьего помёта, получаемого в РФ, примерно составляет 30…40 % от общей массы всего производимого [162, 178];

— нативный влажностью 65…73 % получают при клеточном содержании птицы; уборка помета может быть скребковая или ленточная без предварительной подсушки [165,167];

— полужидкий и жидкий влажностью 85…95 %, получают при скребковой уборке и клеточном содержании кур-несушек, при грубом нарушении технологической дисциплины; имеет характерный неприятный запах [102].

Влажность птичьего помёта зависит от возраста и породы кур, условий их содержания, кормления, применяемого оборудования, и от соблюдения технологической дисциплины работниками отрасли [141]. Ее значение в исходном помете влияет на содержание питательных веществ.

Таблица 1.1 – Влияние влажности на содержание питательных веществ в птичьем помёте

По своему химическому составу птичий помёт является неоднородной сложной структурой, которая представлена на Рисунок 1.1.

При пересчёте на сухое вещество (СВ) в птичьем помёте содержится сырого протеина – 30,2…35,6 %, сырой клетчатки – 12,3…14,3 %, безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ) – 30,0…37,6 %, жира – 3,4…5,0 % и золы – 11,5…16,6 % [166]. Высокая концентрация в нём (до 70 %) питательных веществ в форме органических соединений делает его наиболее ценным органическим удобрением по сравнению с навозом других сельскохозяйственных животных [212].

Рисунок 1.1– Химический состав птичьего помёта

Ценность птичьего помёта как удобрения зависит от рациона кормления птицы. Для предварительных расчётов, согласно РД-АПК 1.10.15.02-17, следует руководствоваться следующими данными по содержанию азота, фосфора и калия в процентах от массы свежего помёта: азот общий – 6,2 %, фосфор (P₂O₅) – 3,5 %, калий (K₂O) – 2,1 % [175, 190]. Для определения удобрительной ценности помёта рекомендуется рассчитывать количество биогенных веществ, учитывая содержание жидкого и сухого вещества в каждой фракции. При этом общее содержание азота в жидкой фракции птичьего помёта принимается равным 50 %, фосфора – 40…50 %, калия – 70…80 %. Также в птичьем помете содержатся микроэлементы:магний (Mg), сера (S), марганец (Mn), медь (Cu), цинк (Zn), хлор (Cl), бор (B), железо (Fe) и молибден (Mo) [111].

Сырой птичий помёт является не только быстродействующим эффективным органическим удобрением, но и опасным источником загрязнения и заражения окружающей среды: почвы, водных источников, воздушного бассейна, что создает неудобства жителям населенных пунктов в процессе его транспортировки, хранения и внесения в почву.

Кроме питательных веществ в сыром птичьем помете содержится огромное количество семян сорных трав. В 1 тонне такого сырья содержится до 10 тыс. семян сорняков, которые, пройдя через желудочно-кишечный тракт птицы, не теряют способности к прорастанию [170]. Семена сорняков, внесённые с сырым птичьим помётом, сохраняют всхожесть в течение 10 лет и более. Однократное запахивание в почву необработанного птичьего помёта приводит к обильному посеву и всходам семян сорняков в течение нескольких лет.

Также в сыром жидком помете содержится болезнетворная микрофлора, которая является основной причиной инфекционных заболеваний среди животных и опасна для людей. Патогенные микроорганизмы, попадая в водоёмы, приводят к вспышкам инфекционных заболеваний среди людей. Исследованиями установлено, что вода в водоёмах, расположенных вблизи птицеводческих комплексов имеет индекс кишечной палочки выше 90 %, в 16,7 % исследованных пробах обнаружены патогенные бактерии кишечной группы, в 21,5 % встречались шигеллы, сальмонеллы, возбудители туберкулёза и различные вирусы [4].

Согласно ст.1 № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» птичий помет относится к категории отходов как продукт, который образуется в результате производственной деятельности птицефабрик [176], поэтому он подлежит сбору, хранению, утилизации и захоронению (согласно требованиям, ст. 51 2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»).

Но приведенные ранее характеристики исходного птичьего помета согласно ГОСТа 31461-2012 «Помет птицы. Сырье для производства органических удобрений. Технические условия» [229] переводят его в категорию сырья, которое можно использовать для производства новых органических удобрений и других полезных продуктов. Для этого необходимо иметь надлежащие технологические разработки, которые максимально используют весь его потенциал для получения полезных продуктов, с целью снижения себестоимости, производимой основной продукции.

Поэтому в дальнейшем рассмотрим способы переработки птичьего помета, из которых можно будет сконструировать комбинированную технологическую схему его переработки с максимальным использованием, заключенных в нем питательного и энергетического потенциала.

1.2 Современные способы переработки птичьего помёта

В настоящее время существует множество различных способов переработки помета, различающихся по конечному результату использования его питательного и энергетического потенциала. Существует три направления переработки птичьего помёта: физические, химические и биологические (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2– Классификация способов переработки птичьего помёта

Их физических способов можно выделить тепловые, механические и электрические [175, 305].

Тепловой способ переработки птичьего помёта широко использовался в период советской экономики, когда цена на энергоносители была очень низкой. В настоящее время он применяется за редким исключением, когда птицефабрика расположена вблизи крупных населённых пунктов и решить проблему утилизации помета другими способами нет возможности. Одним из распространённых способов тепловой обработки был метод искусственной сушки в барабанных и распылительных устройствах. К положительным чертам этого способа можно отнести значительное уменьшение массы исходного сырья и улучшение санитарно-гигиенических характеристик (устранение зловонного запаха). Отечественными учёными были разработаны агрегаты для сушки птичьего помёта типа УПП-100, ОПП-2, УСПП-1 [169, 170]. В качестве агрегата сушки в них применяются дымовые газы от сжигания дизельного топлива или природного газа с температурой 650…900 °С. В настоящее время производителем из Китая выпускается серия барабанных сушилок С-2, -6, -7, -8, -9 для исходного помета, которые можно заказать в случае необходимости решения проблемы его переработки [233].

В последнее время за счёт усовершенствования барабанных сушилок способ тепловой сушки птичьего помёта находит применение в некоторых странах Европейского Союза (ЕС). Так, румынские специалисты фирмы«ZAHORGANIC» совместно с китайским производителем Shanghai Exceed Industry разработали барабанную сушилку, которая снабжена турбулизаторами (завихрителями), что значительно интенсифицирует процессы тепло- и массообмена[83]. Основным продуктом данной технологии является обезвоженный птичий помёт в виде сухой крошки или гранул, упакованный в мешки, его легко хранить и транспортировать. Основная задача, которая решается технологией сушки – это снижение экологического давления на земельные территории вокруг больших городов, которое выражается в снятии таких негативных сторон как полное обеззараживание помета и значительное снижение порога зловонного запаха [69].

В основномптичий помет,получаемый с птицеводческих комплексов для кур-несушек, имеет влажность 85…93 % и более. Его тепловое обезвоживание требует огромного количества энергетических затрат,например, тепловая сушка 1 тонны птичьего помёта влажностью 90 % требует 480 кг затрат условного топлива, поэтому широкого применения данный способ в настоящее время не нашел [170]. Его можно использовать только в исключительных случаях, где нет возможности использовать другие виды его переработки.

Среди механических способов обезвоживания птичьего помёта наиболее распространенными являются отстаивание, центрифугирование, фильтрование и сепарирование.

Разделение птичьего помёта в отстойниках (фильтрование) происходит медленно, причём большая часть мелких и твёрдых коллоидных частиц не осаждается. Так по данным исследователей [302] скорость осаждения мелких частиц в птичьем помёте составляет 6,410⁷ м/с, поэтому устройства, работа которых основана на этом принципе имеют низкую производительность.

Несколько эффективнее процесс разделения (центрифугирование) птичьего помёта протекает в отстойных центрифугах типа ОГШ 352К-06/07 или ЦН-Ф-50 и УОН-Ф-835 Б [190, 266]. В них во время отделения влаги органические вещества не успевают разложиться, и газообразование не препятствует разделению птичьего помёта. Скорость осаждения частиц птичьего помёта при центрифугировании значительно больше, потому что фактор разделения достигает значений 3140. Исследованиями инженеров [319] установлено, что при разделении отходов сельскохозяйственных животных оптимальное значение фактора разделения должно находиться в пределах 1000…1500. Превышение указанных пределов ведёт к значительному увеличению затрат электроэнергии в процессе центрифугирования. Влажность твёрдой фракции (ТФ) птичьего помёта после разделения на упомянутых устройствах составляет 72…85 % [321].

Механическое обезвоживание птичьего помёта значительно отличается от обезвоживания навоза КРС и свиней в силу специфики физико-механических характеристик птичьего помёта.Наличие коллоидных частиц в помете не способствует качественному проведению процесса на существующих установках [35].

Для обезвоживания отходов в настоящее время применяются шнековые пресс-сепараторы разных производителей[275]. В итоге получаютжидкуюфракцию помета влажностью 94…97 %,а такжетвердую фракцию влажностьюне более 80 % и более. Последнюю в дальнейшем используют для компостирования [33, 34] или сжигают в сушильных установкахдля получения агента сушки исходного помета [126, 127].Жидкуюфракцию после дополнительного разбавления водой вносят на поля [117].

Как видим, только механическая обработка самостоятельно не может решить проблемупереработкиптичьего помёта. После егоразделения остаётся твёрдый органический осадок влажностью 70…80 %, обладающий теми же недостатками, что и исходное сырьё, а именно высокой влажностью и наличием в нём огромного количества болезнетворных бактерий, семян сорных трав, иЖФ с влажностью 96…98 %, причем как твердая, так и жидкая фракции обладают тем же резким запахом, что и исходное сырье.

Из электрических способов обработки птичьего помёта можно выделить электроосмос и СВЧ-обработку [199, 285]. Электроосмос используется для снижения влажности птичьего помёта и частично для обеззараживания, а вот неприятный запах помета так и остается. Способ основан на движении под действием электрического поляжидкости относительно твердой органики. Основным недостатком способа является большой расход электроэнергии. СВЧ-обработка птичьего помёта позволяет также снижать его влажность, а кроме того частично производит обеззараживающий эффект. В настоящее время оборудования для указанных способов не выпускается, поэтому они не нашли применения на практике [123].

Использование химических средств при переработкептичьего помёта применяется для профилактики возможного распространения инфекционных заболеваний и заражения гельминтами животных и людей. По мнению многих специалистов [103, 161, 162] этот способ только обеззараживает помет, является дорогостоящим из-за большого расхода препаратов и высокой их стоимости. Кроме того, удобрительные свойства помёта ухудшаются, а в некоторых случаях обработанный птичий помёт должен храниться более трёх лет на специальных площадках.

Перечисленные способы переработки птичьего помёта в различные формы органических удобрений или кормовые добавки позволяют в той или иной степени решить поставленные задачи, но достигается это за счёт дополнительных затрат энергии, нерационального использования энергетического и химического потенциала сырьяи отрицательного воздействия на окружающую среду (распространениянеприятных запахов в округе и патогенная зараженность получаемых продуктов).

По мнению многих отечественных и зарубежных специалистов наиболее перспективный путь решения проблемы переработки огромных объёмов птичьего пометадолжен предусматривать создание малоотходного или безотходного производства[246], что является эффективной формой ресурсосбережения при производстве сельскохозяйственной продукции [143].

Поскольку безотходное производство практически невозможно создать, поэтому основными критериями, оценивающими эти технологии, будут:

— отходы, которые не нарушают естественное функционирование природных систем, т.е. экологическая ситуация вокруг птицефабрик стабильно устойчивая;

— на каждом этапе переработки отходов, получаемый продукт является сырьем для последующей его переработки в новый полезный продукт;

— и так до полного замыкания цепочки и получения окончательных продуктов, используемых в сельскохозяйственном производстве;

— попутно решаются проблемы обеззараживания продуктов и максимальной их дезодорации.

В основе такого решения должны применяться биологические способы переработки сырья, призванные в природе завершать разложение органических отходов [220]. К ним относятся: различные виды компостирования, аэробная и анаэробная переработка птичьего помёта.

Компостирование является традиционной формойпереработки и утилизации животноводческих отходов. К отрицательным сторонам этого способа следует отнести потери питательных веществ и энергии. В зависимости от срока хранения потери азота и фосфора соответственно составляют 25…50% и 20…40% [286]. Одновременно с азотом в атмосферу улетучивается большое количество водорода и углерода. Из одной тонны органического вещества влажностью 80% за 6 месяцев хранения теряется 45 кг углерода и 6,6 кг водорода, что эквивалентно 2,44 ГДж [20, 171]. В настоящее время существуют такие способы компостирования:

Большая влажность получаемого птичьего помёта несколько ограничила применение этого способа ввиду использования огромных объёмов абсорбирующих материалов (торфа, опилок, соломы и т.п.). Поэтому данный способ переработки птичьего помёта практикуется на птицефабриках, расположенных вблизи массового скопления этих наполнителей. Кроме того, для выполнения комплекса технологических и санитарно-ветеринарных требований при компостировании необходимы бетонированные площадки, навесы над компостными буртами, система отвода атмосферных осадков и т.п. А это по экономическим соображениям птицефабриками зачастую игнорируется и продукт на выходе получают не качественный.

Использование калифорнийского червя для переработки птичьего помёта получило широкое распространение в Северной Америке, а также Англии, Японии, Италии[164]. В России для этой цели вывели свою селекцию червя – «старатель». Такая обработка преследует три цели: утилизацию птичьего помёта, получение кормового белка и повышение плодородия почвы. Широкого распространения вермикомпостирование не получило из-за климатических и технологических условий.

Ускоренное компостирование птичьего помёта стало развиваться сравнительно недавно. Были разработаны ряд технологий, оборудование, позволяющее значительно интенсифицировать данный способ, который заключается в усилении аэрации компостной смеси с постоянным её перемешиванием. Это дало возможность сократить длительность переработки птичьего помёта с шести месяцев до нескольких суток [122, 123, 161, 196, 300].Основным недостатком данной технологии является потребность в больших количествах наполнителей и добавок.

Аэробная обработка, эффективно использующаяся обычно при обработке бытовых и сточных вод,положительных результатов при переработке птичьего помёта не дала. Такой переработке подвергается птичий помёт высокой влажности. Активный ил, образующийся в аэротенках в процессе биологической обработки, отличается выраженной санитарной эпидемической опасностью. В зависимости от погодных условий плотность бактерий вблизи аэротенков составляет 1…1,5 тыс. бактерий на 1м³, на расстоянии 300м – 400…500 тыс. бактерий на 1 м³ [189]. В результате аэротенки становятся источниками микробного заражения.

Перспективным направлением переработки птичьего помёта является технология, основанная на микробиологическомразложении органической части птичьего помёта в анаэробных условиях – анаэробное (метановое) сбраживание.

Применение данного способа переработки птичьего помёта имеет ряд преимуществ:

1. В результате анаэробного сбраживания выделяется биогаз – энергетическое сырьё, состоящее на 50…70% из метана (СН₄) и 30…50% из углекислого газа (СО₂) с теплотворной способностью 21… 25 МДж/м³ [17, 84, 85];

2. Анаэробная переработка птичьего помёта приводит к минерализации питательных веществ: азота, фосфора и калия, а также к их сохранению в легкоусвояемых формах [15, 86, 208];

3. В процессе анаэробного сбраживания происходит обеззараживание птичьего помёта от патогенной микрофлоры и полное подавление всхожести семян сорных трав [75, 200, 201];

4. Сброженный птичий помёт (СПП), получаемый в процессе переработки, лишён резкого неприятного запаха и готов к непосредственному внесению в почву [221].

5. Использование анаэробной переработки птичьего помёта позволяет в дальнейшем подготовить его для извлечения из СПП новых биологических продуктов[70, 264].

В итоге применяя данный способ переработки птичьего помета можно сконструировать совместно

1.3 Анализ современных технологий анаэробной переработки отходов сельскохозяйственных животных

Огромный опыт в области получения биогаза из отходов сельскохозяйственных животных для удовлетворения локальных энергетических потребностей имеется в странах Азии и Тихого океана: Китай, Индия, Южная Корея, Таиланд и т.д. [17, 32, 60, 70, 84, 119, 138, 147, 175, 223, 307, 337].

Китай в настоящее время является мировым лидером по внедрению технологий производства биогаза. Суммарный выпуск биогаза в стране составляет 14 млрд. м³/год. По данным компании Abercade, занимающейся аналитикой в области исследования мирового рынка биогаза, на данный момент наибольшее количество биогазовых установок (БГУ) действует в Китае более 30 млн. шт. Следует отметить, что основная доля биогазовых установок в Китае приходится на бытовой сектор – около 99 % [4, 33]. В основном это мелкие биогазовые установки с рабочим объёмом биореактора 6…10 м³, используемые в крестьянских хозяйствах. Производимый биогаз используется на бытовые нужды этих хозяйств. Имеются также крупные биогазовые установки (более 100 тыс.), эксплуатируемые коммунами [293].

За ним на второй позиции находится Индия, на территории которой работает около 10 млн. установок малого объема. Эти биогазовые установки, находящиеся во владении одной семьи. В будущем число таких биогазовых установок мощностью 1,72 м³ биогаза в сутки планируется довести до 18,75 млн. [101]. В тоже время в Индии ведутся работы по созданию крупных БГУ с объёмом биореакторов от 100 до700 м³. Производство биогаза в стране предполагается увеличить до объёма, который обеспечит на 44% потребность страны в электроэнергии, 15% – в угле и 79% – в древесном топливе [222].

Вафриканских странах сегодня работает 2 млн. биогазовых установок. Получаемый биогаз идет на мелкие бытовые нужды, а твердый остаток используется в качестве органических удобрений [8].

Подобно Китаю и Индии биогазовые установки (БГУ) сооружаются в соседних с ними странах Тихоокеанского региона. Так в Южной Корее работает около 55 тыс. БГУ, в Пакистане 436 ед., в Непале – чуть меньше 200 установок, в Таиланде – 95 шт. [223].

Более успешный промышленный опыт по использованию процесса анаэробной переработки отходов животноводства на биогазовых заводах, основанный на автоматизированном и механизированном управлении технологического процесса, наблюдается в экологически развитых странах Западной Европы и Северной Америки.

После принятия закона об энергетике в странах ЕСежегодный объём производимого биогаза увеличивается не менее чем на 20%. В настоящее время объём получаемого биогаза составляет чуть более 12,0 млн. т н.э. На данный момент встранах ЕС действует свыше 14000 установок с годовым производством биогаза 13,5 млрд. м³. Лидером по производству биогаза по праву считается Германия – 8,2 млрд. м³. В ряде стран ЕС созданы промышленные фирмы, специализирующиесянапромышленном выпуске БГУ.Выпускаются, биогазовые установки с различной ёмкостью биореакторов от 7 м³ до 1000 м³и более [178].

Данные Немецкой биогазовой ассоциации приводят количество действующих БГУ в Германииравноене менее 9 000 шт. Три из шести крупнейших европейских компаний в биогазовой отрасли – это немецкие фирмы: «Strabag Umweltanlagen GmbH», «Schmack Biogas AG» и «Biotechnische Abfallverwertung». В их распоряжении находятся более 280 заводов с объёмом производства биогаза равным 3,7 млн. т н.э. По прогнозаманалитиков рынка биогаза, количество установок в Германии в2020 г. достигнет 20 тыс. шт. Перспективное конструирование установок идёт по принципу двухступенчатого сбраживания сырья и усовершенствования технологий перемешивания и подогрева. По расчетам западногерманских специалистов при анаэробной переработке всего годового объёма отходов сельскохозяйственных животных и птицы можно получить энергию, равную 4 % общенациональной потребности[273].

Италия является второй страной после Германии по количеству биогазовых установок. В 2009 году, когда в Италии была введена новая льготная политика для возобновляемой энергетики, в стране наблюдается ускоренное развитие биогазового рынка. В 2011 году 667 заводов производили биогаз, из них 200 установок осуществляли сбор свалочного газа. В 2015 году вклад энергии, произведённой из биогаза составил 545 МВт установленной мощности, что соответствует 2,397 ГВт·ч валовому производству электричества[273].

Успешно развивается строительство БГУ в Великобритании, Голландии, Дании, Норвегии, Польши, Словакии, Франции, Чехии, Финляндии, Швейцарии, Швеции. Научные исследования в этих странах направлены на создание новых конструкций установок, которые позволят наиболее оптимально организовать процесс анаэробного сбраживания отходов животноводства и птицеводства. По масштабности применения биогаза лидирует Дания: данный вид топлива обеспечивает почти 20 % энергопотребления страны.

Вопросами создания БГУ в США занимается ряд научных учреждений и фирм. Для мелких и средних животноводческих ферм, являющихся основными производителями продукции, разработаны и выпускаются серийные и внутрифермерские установки, рассчитанные на переработку навоза от 100 до 200 голов коров или 1000 голов свиней [8].

В 2000 году в стране за счёт переработки отходов сельскохозяйственных животных и птицы с малых и средних животноводческих ферм было получено 582 млн. м³ метана [33].

Большое внимание в США в последнее время уделяют переработке отходов животноводства непосредственно на крупных фермах и комплексах. В настоящее время в США действует 171 биогазовая установка на молочно-товарных фермах для выработки электроэнергии. Суммарная установленная мощность этих биогазовых объектов составляет 100 МВт. Наибольшее их количество приходится на штат Висконсин – 26 шт., 23 биогазовые установки действуют в Нью-Йорке и 22 – в Пенсильвании. Предполагаемая суммарная электрическая мощность всех этих хозяйств составляет 13 млн. МВт·ч/год, которая способна заместить 1670 МВт энергии, выработанной ископаемым топливом. Особый интерес представляют очистные сооружения, принадлежащие компании «DEW FRECH EGGS». На них перерабатываются отходы от 1,2 млн. кур-несушек и 10 тыс. КРС в количестве 50 тыс. тонн в год [119].

Исследования отечественных и зарубежных специалистов [17, 24, 32, 38 71, 84, 114, 119, 120, 113, 124, 196, 300] показали, что наиболее перспективный путь решения проблемы переработки отходов птицеводства и животноводства должен предусматривать создание малоотходного или полностью безотходного производства. В основе такого решения лежит переработка отходов птицеводства и животноводства с помощью биологических способов, которые призваны в природе завершить деструкцию органических веществ сельскохозяйственных отходов [81]. Их совместное применение с другими способами переработки органики на различных этапах позволяет максимально использовать химический и энергетический потенциал перерабатываемого сырья. Комбинированное применение различных способов переработки органики позволяет организовать безотходную ресурсосберегающую переработку птичьего помёта/навоза с получением новых биологических продуктов. В качестве примера такой технологии можно привести ресурсосберегающую технологию переработки птичьего помёта/навоза, разработанную сотрудниками кафедры машины и технологии АПК Ставропольского государственного аграрного университета [173-179, 228].

В основе технологической разработки лежит микробиологическая деструкция органической части птичьего помёта/навоза в анаэробных условиях – метановое сбраживание. Применение других способов переработки органики при утилизации птичьего помёта/навоза позволяет максимально использовать химический и энергетический потенциал этого сырья с получением новых биологических продуктов. Одновременно решаются задачи обеспечения охраны окружающей среды, санитарно-гигиенического благополучия птицеводческих и животноводческих комплексов и использования нетрадиционных источников энергии.

Предложенный нами технологический процесс утилизации состоит из пяти этапов (Рисунок 1.3).

На первом этапе происходит подготовка исходного сырья для процесса анаэробного сбраживания. Птичий помёт/навоз в количестве суточной дозы загрузки в биореактор закачивается в подогреватель-выдерживатель.

Рисунок 1.3 – Предлагаемая технологическая схема ресурсосберегающей утилизации птичьего помёта/навоза

Подогрев исходного сырья осуществляется до температуры анаэробного сбраживания его в термофильном режиме. На этом этапе гетерогенная группа анаэробных бактерий «первичные анаэробы» подвергают ферментативному гидролизу сложные многоуглеродные вещества. Результатом деятельности этих микроорганизмов является подготовка птичьего помёта/навоза к анаэробному сбраживанию.

На втором этапе подготовленное сырье подвергается «качественному» сбраживанию в анаэробных условиях. В процессе сбраживания выделяется биогаз, содержащий 60…80 % метана (СН₄) и 40…20 % углекислого газа (СО₂) [17]. Биогаз используют для получения электроэнергии или теплоносителя (горячей воды). Сброженный птичий помёт/навоз обеззаражен от патогенной микрофлоры, лишен резкого запаха, а семена сорных трав, находящиеся в нём, полностью лишены всхожести.

Следует отметить, что во время метанового сбраживания химические соединения минерализуются, в результате чего в сброженном птичьем помёте/навозе практически полностью сохраняются питательные вещества. Содержание питательных веществ в сброженном птичьем помёте/навозе 15 % влажности (по АСВ) составляет азота – 8…12 %, фосфора – 8…10%, калия – 2…4 %, в нём также содержится более 30 различных макро- и микроэлементов, необходимых для полноценного развития растений [178,179].

В процессе анаэробного сбраживания в птичьем помёте/навозе происходит развитие микроорганизмов p. Bacillus и Staphylococcus, для которых характерна способность вырабатывать антибиотические вещества и подавлять рост фитопатогенных грибов и патогенных микроорганизмов. Так культуры Bacillus pumilus и Staphylococcus hominis подавляют фитопатогенные грибы рода Fusarium sp., Bipolaris sp. и Sclerotinia sp. более чем на 50…80 %. Представители p. Bacillus развиваясь в ризосфере растений, используют корневые выделения, обеспечивая быструю хелатизацию минеральных солей, снимая «ионную блокаду» корня, возникающую в результате избытков ионов. Кроме того, бактерии p. Bacillus способны стимулировать рост и увеличивать урожай растений [183].

Деятельность бактерий метаногенной ассоциации, осуществляющих анаэробное сбраживание, ведёт к насыщению сброженного птичьего помёта/навоза гумусовыми и гуминовыми веществами, синтезу витаминов В₁, В₂, В₆, В₁₂ и растительных гормонов – индолилуксусной кислоты, гиббереллина, зеатина и предшественника индолилуксусной кислоты – триптофана. В результате удобрительное действие сброженного птичьего помёта/навоза выходит на совершенно другой качественный уровень [178].

На третьем этапе сброженный птичий помёт (СПП) разделяется способом принудительной фильтрации на жидкую фракцию (ЖФ) влажностью 98…99 % и ТФ – влажностью 58…65 %, состоящую из частиц органического вещества СПП/Н. Процесс обезвоживания осуществляется в устройстве, в качестве рабочего органа которого применяется фильтрующий барабан, совершающий качательные движения. Таким образом, на этапе получают два промежуточных продукта ТФ СПП и ЖФ СПП, причём жидкая фракция является уже готовым продуктом – экологически чистым биологически активным удобрением (ЭКОБАУ) [7, 173, 178]. Содержание большого количества питательных веществ в ЭКОБАУ дает возможность использовать их в качестве жидких органических удобрений. Наличие в ЭКОБАУ продуктов жизнедеятельности бактерий метаногенной ассоциации позволяет также использовать их в качестве протравителя семян, стимулятора роста растений, и как средство для борьбы с заболеваниями зерновых культур (корневые гнили, септориоз колоса, головни) [179-181].

Четвёртый этап – приготовление экологически чистых гранулированных органических удобрений (ЭКОГОУ) из ТФ СПП. Для этого используется способ влажного гранулирования (Приложение ). Для реализации способа применяется шнековый пресс со сборной прессующей матрицей, состоящей из двух частей: прессующей и релаксационной. Способ влажного гранулирования позволяет получать гранулы влажностью 54…58 % при плотности не менее 1255 кг/м³. Гранулы по размеру, плотности, прочности и крошимости полностью удовлетворяют требованиям технических условий на гранулированные органические удобрения [178, 264].

Пятый этап – сушка гранул ЭКОГОУ. Гранулы в процессе влажного прессования нагреваются до температуры 50…60 ºС, их влажность составляет 54…58 %. Для доведения гранул до товарного вида (влажность 12…14 %) используется процесс охлаждения и сушки. Для реализации процесса разработано устройство – ленточная сушка с регулируемым воздушным потоком. На выходе получают готовый продукт – гранулированные органические удобрения с характеристиками: влажностью 12…14%, прочностью – не менее 2,5 МПа, плотностью – не менее 1126 кг/м³ и крошимостью – не более 1,5 %. Это достигается за счёт обдува влажных и нагретых гранул воздушным потоком. В процессе обдува создается темп охлаждения нагретых гранул и совместно с теплом из гранулы выводится влага [180-182].

Предложенная технология утилизации птичьего помёта/навоза позволяет полностью переработать его в новые биологические продукты с переходом в них той или иной доли питательных веществ и энергетического потенциала, первоначально находящихся в исходном сырье. В итоге это позволило решить народнохозяйственную проблему утилизации огромных объемов птичьего помёта/навоза, вырабатывающегося на птицеводческих и животноводческих комплексах страны. Попутно решаются задачи охраны окружающей среды и санитарно-эпидемиологического состояния территорий вблизи комплексов.

1.3.1 Обзор биогазовых установок, анализ факторов, влияющих на процесс метаногенеза

Простейшей и наиболее широко распространенной является биогазовая установка под названием «Габор» (Рисунок 1.4).

1 – животноводческое помещение; 2 – загрузочная горловина; 3 – навоз;

4 – газосборник; 5 – бродильная камера; 6 – сброженный навоз; 7 – отбор

сброженного навоза; 8 – водяная пробка; 9 – газопровод; 10 – манометр

Рисунок 1.4– Биогазовая установка «Габор» (Китай)

Работает она в дискретном режиме однокамерных установок колодезного типа. Подогрев и перемешивание не применяются, процесс протекает стихийно и бесконтрольно. Используются в мелких хозяйствах, расположенных в районах с тёплым климатом. Продолжительность переработки отходов – 40 дней, выход биогаза от 0,3 до 0,5 м³ на 1 м³ камеры сбраживания [175].

Установки Швейцарской фирмы «HUC АG» снабжены пластиковыми цилиндрическими биореакторами объёмом 60, 80, 100 м³(). Свежее сырье загружают одновременно в среднюю и верхнюю части биореактора. Подогрев осуществляют от змеевика, расположенного в нижней части биореактора, при помощи тёплой воды [71]. Схема установки не предусматривает перемешивающих устройств. Считается достаточным естественная циркуляция отходов, вызванная подогревом в нижней части биореактора. Продукция биогаза с 1 м³ биореактора составила 0,6 м³.

1 – биореактор; 2 – переливная камера; 3 – сливная труба; 4 – змеевик;

5 – сборник сброженного навоза; 6 – сливной трубопровод;

7 – водонагреватель; 8 – водяные пробки; 9 – газовый счётчик;

10 – нормализатор газа; 11 – газопровод; 12 – манометр; 13 – питающая труба

Рисунок 1. 5 – Биогазовая установка (Швейцария)

Одновременное наличие системы перемешивания и подогрева животноводческих отходов в процессе сбраживания воплощено в индийской установке с биореактором ёмкостью 100 м³ (рисунок 1.5).

1 – резервуар; 2 – трубопровод подачи; 3 – трубопроводы горячей воды;

4 – змеевик; 5 – площадка змеевика; 6 – трубопровод выгрузки; 7 – приёмник сброженного навоза; 8 – газопровод; 9 – перекрытие газосборника;

10 – электропривод насоса; 11 – уровень навоза в биореакторе

Рисунок 1. 6– Биогазовая установка (Индия)

В качестве подогревателя в центре биореактора установлен змеевик, внутри которого помещён шнековый насос. При работе насос засасывает отходы из нижней части биореактора и подаёт их в верхнюю часть, осуществляя, таким образом, перемешивание. Работа насоса не регламентирована. В общих чертах установка сохраняет черты примитивных БГУ. Сбраживание отходов длится 15…20 дней при мезофильном режиме протекания процесса 33…35 °С, выход биогаза составляет 0,6…0,7 м³ на 1 м³ биореактора [84].

В конструкции БГУ института физики и математики Молдавии использована система, обеспечивающая более стабильное поддерживание температуры по всему объёму сбраживаемых отходов за счёт интенсивного перемешивания (рисунок 1.6). Техническое несовершенство перемешивающих устройств, и при этом неэффективное использование объёма биореактора за счёт размещения в нём громоздких технологических элементов не способствовали внедрению БГУ в практику [20].

Проточный цикл работы БГУ с целью предотвращения проскока, не прореагировавшего сырья в удалённый шлам, был осуществлён в установках систем «Липп» и «Райки», используемых в Германии. В них используют цилиндрические горизонтально расположенные биореакторы.

1

16

15

14

13

11

12

9

8

10

7

6

5

4

3

2

1 – водонагреватель; 2, 3 – питатель; 4 – резервуар; 5 – приёмная ёмкость; 6 – щит управления; 7 – нормализатор биогаза; 8 – гидравлический

затвор; 9 – газгольдер; 10 – манометр; 11 – газовый счётчик; 12 – биореактор;

13 – блок контроля; 14 – труба; 15 – насос; 16 – терморегулятор

Рисунок 1.7– Биогазовая установка (Молдова)

13

12

11

9

8

10

7

6

5

4

3

2

1

1 – насос; 2 – обшивка биореактора; 3 – теплоизоляция; 4 – внутренняя

обшивка со змеевиком; 5 – устройство удаления осадка; 6 – бетонная

стенка; 7 – привод мешалки; 8 – трубопровод удаления сброженного шлама;

9 – ограничительная перегородка; 10 – щиток удаления плавающей корки;

11 – мешалка; 12 – люк загрузки твёрдой фракции; 13 – трубопровод биогаза

Рисунок 1.8 – Биогазовая установка «Липп» (ФРГ)

Биореакторы системы «Липп» снабжены механической мешалкой, основной целью которой является перемещение свежего сырья по длине биореактора. Объём биореакторов составляет 60 м³ (рисунок 1.7).

Потери тепла при сбраживании снижаются за счёт применения трёхслойных стенок биореактора: внутренняя облицовка двухслойная с каналами для теплоносителя, наружная выполнена из теплоизоляционного материала. Торцевые стенки биореактора железобетонные. Выход биогаза равен 0,9 м³ на 1 м³ биореактора.

БГУ системы «Райки» (рисунок 1.8) имеет горизонтальный цилиндрический биореактор вращающийся на двух опорах. Он помещён в железобетонную ванну с подогреваемой водой. Перемешивание отходов происходит лопастной мешалкой, закреплённой внутри биореактора, и вращения последнего на двух опорах. Выход биогаза 2 м³ на 1 м³ биореактора. Приведённые схемы установок широкого применения не нашли ввиду недостаточно стабильного температурного режима сбраживания, неоправданно сложной конструкции и больших эксплуатационных затрат на их содержание.

13

12

11

10

9

8

14

7

6

5

4

3

2

1

1 – навозоприёмник; 2 – трубопровод подачи биогаза для перемешивания;

3 – шнек подачи навоза; 4 – герметизирующая вставка; 5 – опора; 6 – биореактор; 7 – теплообменник; 8 – бетонная ванна; 9 – шнек выгрузки сброженногосубстрата; 10 – газопровод; 11 – канал удаления жидкой фракции;12 – теплоизоляция; 13 – электропривод биореактора; 14 – водяная ванна

Рисунок 1. 9– Биогазовая установка «Райки» (ФРГ)

Осуществление проточного режима работы в вертикально расположенных цилиндрических биореакторах, а также разделение процесса анаэробного сбраживания на кислотогенную и метаногенную фазы стало возможным в БГУ, работающих по принципу Шмидта-Эггерглюса (рисунок 1.9) [10].

газ к потребителю

9

7

8

6

5

4

3

2

1

1 – животноводческое помещение; 2 – смеситель; 3 – насос; 4 – трубопровод сброженного навоза; 5 – биореактор; 6 – переливная труба;

7 – гидравлическая насадка; 8 – ёмкость для хранения навоза; 9 – газгольдер

Рисунок 1. 10– Биогазовая установка Шмидта-Эггерглюса (ФРГ)

Установка снабжена двумя биореакторами вместимостью каждого по 6000 м³, предназначенными для проведения той или иной фазы брожения. Подогрев отходов осуществляется острым паром, подаваемым через насадку перемешивающего устройства. Последнее выполнено в виде телескопической системы труб с гидравлической насадкой, совершающей возвратно-поступательные и вращательные движения. Перемешивание проводится 1…4 раза в день по 10…15 минут. Температура сбраживания 30…35°С при экспозиции 20…25 суток. Выход биогаза – 0,8…0,9 м³ на 1 м³ объёма биореактора. Усовершенствованный вариант БГУ системы Шмидта-Эггерглюса применялся в Чехии с 1973 года [307].

7

11

2

5

8

10

9

14

3

1

4

4

6

6

13

12

1 – навозоприёмник; 2 – насос; 3 – газовый подогреватель;

4 – компрессоры; 5 – газгольдер; 6 – биореакторы; 7 – трубопровод жидкой

фракции; 8 – центрифуга; 9 – твёрдая фракция; 10 – промежуточная ёмкость;

11 – накопительная ёмкость; 12 – активатор; 13 – отстойник; 14 – отделитель

Рисунок 1.11– Биогазовая установка (ЧССР)

Аналогичная конструкция БГУ действовала с 1987 по 1996 гг. в Эстонии [5]. Максимальный выход биогаза на данной установке достиг значения чешской БГУ и составил 1 м³ на 1м³ объёма биореактора. Негативной стороной чешской и эстонской БГУ, на наш взгляд, является огромный объём биореакторов, не позволяющий создать оптимальные температурные условия для жизнедеятельности бактерий метаногенной ассоциации, что заметно снижает интенсивность метаногенеза.

Дальнейшее развитие система двухступенчатого сбраживания нашла в БГУ с горизонтально расположенным биореактором, имеющим поперечные перегородки. Такое конструктивное решение было использовано финскими специалистами фирмы «Энбом» при изготовлении БГУ «АВЕ» [208]. Биореактор установки (рисунок 1.11) представляет собой горизонтально расположенную ёмкость объёмом 60, 120 или 175 м³, разделённую на 4 секции в поперечном направлении. Перемешивание происходит за счёт особенностей направленного течения отходов, создаваемого загрузкой свежего сырья и выгрузкой сброженного шлама. Подогрев сбраживаемой среды осуществляется в первой секции при помощи водяного радиатора. Продолжительность брожения 8…12 дней, температура сбраживания – 54 °С, выход биогаза достигает 2 м³ с 1 м³ объёма биореактора.

4

3

8

6

5

1

10

7

9

2

1 – смесительное устройство; 2 – насос подачи навозной жижи;

3 – водяной радиатор; 4 – резервуар для навозной жижи; 5 – перегородки;

6 – уровень навоза; 7 – выгрузной трубопровод; 8 – газовая ёмкость;

9 – газовый трубопровод; 10 – реакторный сосуд

Рисунок 1. 12 – Биогазовый реактор «ABE» (Хельсинки)

БГУ подобной конструкции было изготовлено специалистами предприятия «Огре» совместно с учёными Института микробиологии им. Д. Кирхенштейна в Латвии (рисунок 1.12) [24].

на обогрев помещений

7

6

5

4

2

3

1

1 – ёмкость для свежего навоза; 2 – ёмкость для шлама; 3 – биореактор;

4 – газгольдер; 5 – котёл; 6 – ёмкость для подготовки навоза; 7 – бойлер

Рисунок 1.13– Принципиальная технологическая схема биогазовой установки на ферме «Пападерс» совхоза «Огре» (Латв. ССР)

В отличие от финской установки перемешивание сбраживаемых отходов происходит с помощью мешалки расположенной в нижней части биореактора. Для иммобилизации микроорганизмов в последних двух секциях размещены специальные контейнеры. Температура брожения поддерживается нагревательным устройством, которое расположено по всей длине биореактора в виде змеевика на внутренней стенке корпуса. Сбраживание идёт при температуре 54 °С, выделение биогаза составляет 2,55 м³ с 1м³ объёма биореактора. При переработке животноводческих отходов с содержанием сухого вещества, превышающим 6 %, их разводят водой, чтобы обеспечить гидродинамические условия движения сбраживаемой среды из секции в секцию.

Исследования по интенсификации процесса анаэробного сбраживания [84] показали, что на скорость процесса метаногенеза значительное влияние оказывает рациональный способ перемешивания и предварительная подготовка сырья к сбраживанию. Экспериментальная БГУ (рисунок 1.13) имеет биореактор объёмом 10 м³ и выдерживатель – 3 м³.

14

15

16

13

12

11

10

9

5

6

7

8

4

3

2

1

1 – насос; 2, 14 – промежуточные ёмкости; 3 – измельчитель-нагреватель;

4 – выдерживатель; 5, 6 – управляемые клапаны; 7 – вакуумный насос;

8 – пеносборник; 9 – газовый клапан; 10 – биореактор; 11 – дозатор;

12 – смеситель; 13 – насос; 15 – питающий патрубок; 16 – отборный патрубок

Рисунок 1. 14 – Биогазовая установка ВНИИКОМЖ

Для обеспечения высокой активности метановых бактерий производится периодическое перемешивание массы вакуумным устройством (10 минут перемешивание, 20 – пауза). Температура брожения – 40 °С. Выход биогаза составляет 3,7 м³ на 1 м³ биореактора.

Комплект оборудования К-Р-1-9 «Кобос» для анаэробной переработки навоза имеет 2 горизонтально расположенных биореактора объёмом 125 м³ каждый. Навоз проходит предварительную подготовку в подогревателе-выдерживателе: нагревается до температуры сбраживания (40 °С) в выносном теплообменнике и перемешивается винтовой мешалкой. Продолжительность брожения 5 и более суток, выход биогаза 2…3 м³ с 1 м³ биореактора [119].

Биореактор германской фирмы «МВБ» (рисунок 1.14) изготовлен в форме вертикального цилиндрического резервуара ёмкостью 300…500 м³ разделённый плёночной пластиковой кольцевой перегородкой на две зоны, сообщающиеся в нижней части биореактора. Навоз подогревается в выносных теплообменниках. Перемешивание гидравлическое, осуществляемое за счёт перетекания навозных стоков из зоны в зону. БГУ предназначено для переработки навоза влажностью 94 % и выше. Выход биогаза составляет 4 м³ с 1 м³ биореактора [17].

10

9

8

7

6

5

к

4

3

2

1

1 – смеситель с теплообменником; 2 – теплообменник; 3 – биореактор;

4 – плёночная перегородка; 5 – фильтр биогаза; 6 – устройство отчистки

от сероводорода; 7 – компрессор; 8 – газгольдер;

9 – газовая магистраль; 10 – энергоблок

Рисунок 1. 15– Схема установки МББ (ФРГ)

Из анализа представленных схем биогазовых установок следует, что основное внимание при их конструировании уделяется технологическим элементам, которые способствуют поддержанию параметров процесса метаногенеза в пределах близких к оптимальным по всему объёму сбраживания. Это позволяет сократить время переработки сырья, уменьшить объём биореакторов и получить максимальный выход биогаза.

Основными элементами установок являются биореактор (метантенк), нагревательные и перемешивающие устройства.

Исходя из особенностей технологического процесса брожения, к биореакторам предъявляются следующие требования: герметичности и коррозионной стойкости стенок, совершенства теплоизоляции, надёжности загрузки и выгрузки. Форма, размер и конструкция биореакторов влияют в основном на расход сбраживаемой среды при заполнении и степень её сбраживания. Наиболее характерные формы биореакторов показаны на рисунке 1.15. Выбор той или иной формы зависит от параметров исходного сырья и от его влажности. Так, в вертикально расположенных биореакторах цилиндрической формы обычно сбраживают исходное сырье влажностью 90 % и ниже. Биореакторы с горизонтальным расположением в основном применяют для сбраживания сырья влажностью выше 90 %. Объясняется это соответствием форм биореакторов гидродинамическим законам движения сбраживаемой среды, обладающей определенными характеристиками.

а

в

б

г

а – овальная; б – цилиндрическая; в – цилиндроконическая;

г – наклонно-горизонтальная

Рисунок 1.16 – Формы ёмкостей биореакторов

Однако самостоятельно конструкция биореактора не может оказать решающее значение на степень устойчивости процесса метаногенеза, так как её влияние на управление факторами самого процесса незначительное [71].

Наиболее значимое влияние на процесс сбраживания оказывают процессы нагревания и перемешивания сбраживаемой среды.

Как известно, процесс анаэробного сбраживания идёт с поглощением теплоты. Чтобы получить необходимую для процесса брожения температуру и по возможности поддерживать её на постоянном уровне, следует, прежде всего, подогреть исходное сырьё до нужной температуры и, в дальнейшем, дополнительно компенсировать тепловые потери. С этой целью необходимо разделить процессы брожения на два этапа. На первом будет идти гидролизная и кислотогенная фазы в подогревателе-выдерживателе, а на втором в биореакторе – заключительная фаза анаэробного сбраживания органики – метаногенез с образованием биогаза.

Поскольку, перепады температуры, а также неравномерное распределение в сбраживаемой среде бактерий метаногенной ассоциации отрицательно влияют на ход технологического процесса, подвод теплоты необходимо сочетать с интенсивным перемешиванием. Для этих целей в биореакторах предусматриваются перемешивающие устройства. Схемы применяемых перемешивающих устройств в биореакторах приведены на [17, 305].

Механические перемешивающие устройства в виде вращающихся мешалок (рисунок 1.16, а) во избежание застойных зон предъявляют высокие требования к форме ёмкости биореактора. Такие мешалки могут эффективно и с допустимым расходом энергии использоваться в биореакторах малых размеров при воздействии на тяжёлые сбраживаемые среды. При сбраживании животноводческих отходов с малой вязкостью, склонных к осаждению, механические мешалки оказываются эффективными и в относительно крупных биореакторах [119].

а– механические, б– гидравлические, в– барботажные

Рисунок 1. 17 – Схемы перемешивающих устройств в биореакторах

В биореакторах большого объёма, особенно цилиндрической формы, животноводческие отходы обычно перемешивают гидравлическим способом (рисунок 1.16, б). В многочисленных зарубежных биогазовых установках хорошо зарекомендовала себя система с подвижным соплом [348]. При горизонтальном направлении сопла, которое вращается вокруг своей оси и может перемещаться вдоль неё, струя жидкости проникает во все зоны рабочего объёма биореактора.

Гидравлические системы с неподвижным соплом требуют тщательного выбора места установки в соответствии с размерами и формой биореактора, чтобы обеспечить достаточное перемешивание во всех зонах биореактора [328].

Хорошее качество перемешивания можно получить, нагнетая произведённый в результате брожения биогаз в жидкую сбраживаемую среду (рисунок 1.16, г). При этом она не должна обладать большой вязкостью и быть склонной к образованию поверхностной корки [293].

Применение того или иного способа перемешивания определяется конкретными технологическими условиями: необходимой степенью перемешивания, вязкостью сбраживаемой среды, формой и размерами биореактора, конструкцией перемешивающего устройства. Кроме того, необходимо учитывать губительное воздействие на бактерии метаногенной ассоциации кратковременных изменений давления среды, которые возникают в перемешивающих устройствах при высоких скоростях перемешиваемых слоёв [137].

1.3.2 Основные технологические элементы биогазовых установок

Окончательное преобразование органики происходит на третьей стадии анаэробного процесса при участии метанобразующих бактерий. Эти реакции протекают одновременно, причем метанобразующие бактерии предъявляют к условиям своего существования значительно более высокие требования, чем кислотообразующие [61, 154]. В основе этих реакций, в конечном счете, лежат управляемые биохимические процессы превращения веществ как внутри организма, так и вне него. Сложные биохимические превращения обеспечивают получение требуемого количества продуктов жизнедеятельности бактерий, выход которых зависит от скорости процесса.

В общем виде производительность процесса метанового брожения характеризуется изменением во времени нарастающего количества конечного продукта – биогаза. Математическое описание производительности процесса (U) имеет вид [54, 58]:

, (1.1)

где G – текущее количества продукта;

t – длительность процесса.

Уравнение (1.1) характеризует вид процесса, но не отражает технологических характеристик. Поэтому для расчетов наиболее часто применяют общее уравнение скорости процесса, выраженное через степень превращения основного вещества:

, (1.2)

где k – константа скорости процесса;

ΔC – движущая сила процесса.

Движущая сила процесса ΔC для гомогенных реакций определяется концентрацией вещества, потребляемого в лимитирующей реакции. Текущая концентрация этого вещества зависит от концентрации органических веществ (OВ) в сбраживаемой среде [52].

В промышленных условиях ведения процесса метанового брожения концентрация органического вещества в помёте/навозе является величиной постоянной и зависит от технологии содержания животных. Следовательно, производительность процесса метаногенеза определяется константой скорости процесса k. Константа скорости процесса выражает зависимость скорости процесса от его физических характеристик. Для процессов, протекающих в кинетической области, а именно таким является процесс метаногенеза, эта зависимость выражается уравнением Аррениуса [16]:

, (1.3)

где k₀ – предэкспоненциальный множитель;

Е – энергия активации, Дж/моль;

К – молярная постоянная, Дж/(моль·град);

Т – температура, К.

Анализ уравнения (1.3) показывает, что метаболическая активность и репродуктивная способность бактерий метаногенной ассоциации находится в функциональной зависимости от температуры.

Исследованию влияния температуры на процесс газообразования и выявлению наиболее эффективных температурных пределов сбраживания посвящены работы Г.Д. Ананиашвили [9], В. Баадера [17], Н.А. Баркера [325], С. Бушфилда [326], Н.Д. Иерусалимского [97], Е.Н. Мишустина [198], Д.Р. Чена [323], А.Г. Хашимото [342] и др.

В природе метаногены существуют в широком диапазоне температур − от 0 до 97 °С [139]. Обычно выделяют три температурных интервала жизнедеятельности бактерий: психрофильный, мезофильный и термофильный. Границы интервалов разные исследователи определяют по-разному, но большинство придерживаются следующих значений: психрофильный – до 20 °С; мезофильный – 20…40 °С и термофильный – 50…60 °С [149, 154, 161]. Оптимальное значение температурных интервалов не имеет фиксированного значения и зависит от качественного состава сбраживаемого сырья, вида животных.

Для мезофильных бактерий оптимальное значение температуры составляет 30…35 °С [17, 51, 47]. Свыше 40 °С наблюдается резкое снижение продукции биогаза и, поэтому считают, что мезофильные бактерии достигли своих пределов развития [138].

Оптимальный уровень температуры для термофильных штаммов составляет по данным [17, 22, 43] 43…55 °С, но не выше 60 °С [46]. О преимуществах термофильного режима сообщалось многими исследователями [81, 86]. К основным достоинствам данного режима относят большее выделение биогаза на единицу сбраживаемой камеры и полное обеззараживание перерабатываемого сырья от болезнетворных бактерий, а также 100 % потерю всхожести семян сорных трав [17, 9, 104, 120]. Однако при анаэробном сбраживании помета/навозапри температуре 50…60 °С наблюдается некоторая неустойчивость процесса.

Колебания температуры, особенно её резкие перепады, оказывают негативное воздействие на скорость образования биогаза, а, следовательно, и получение качественного сброженного сырья. Этому вопросу посвящены работы М. Брайнта [328], С. Бушфилда [346], В.Х. Варела [358], И.Б. Креписа [132], А.В. Фишера [338]. Всеми исследователями отмечается, что даже незначительные колебания температуры (3…4 градуса) резко сказываются на интенсивности процесса метаногенеза.

Так Ф.Р. Хаукер [344] при сбраживании помета/навозав мезофильном режиме поддерживал температуру 35 ±1 °С, выход биогаза при этом изменялся от 0,37 до 0,51 м³ с 1 кг органического вещества.

И.Б. Креписом [132] были проведены исследования по влиянию температуры на скорость метаногенеза в мезофильном режиме на примере бактерий Methanococcue Maz’ei. Выход биогаза с 1 кг сухого органического вещества в зависимости от температуры изменялся в пределах, указанных в таблице 3.1.

Таблица 1.2 – Выход биогаза в зависимости от температуры

Автор отмечает, что даже кратковременное изменение температуры заметно снижает интенсивность газовыделения. При снижении температуры метаногенеза распад органического вещества замедляется от 20 дней при температуре 32 °С до 120 дней при 8 °С.

Особенно резко снижается интенсивность процесса метаногенеза при брожении в термофильном режиме, так как скорость газовыделения в этом случае выше и поэтому ответная реакция бактерий на снижение или увеличение температуры соответственно больше [138, 149, 150].

Многие исследователи считают, что при 35…38 °С допустимое колебание (неравномерность) температуры составляет ± 2,8 градуса, а при 53…55 °С – ± 1 градус [154, 163].

Следовательно, температурный интервал существования белковых структур клеток бактерий метаногенной ассоциации очень мал и при повышении или понижении температуры даже на 2 градуса необходимо время для их адаптации к новым температурным условиям, что выражается в конечном итоге снижением производительности процесса.

На практике, как известно, равномерное температурное поле в сбраживаемой среде создать не удается не только ввиду несоответствия способов и систем подогрева, но и особенностей теплопередачи в ней. Подогрев сбраживаемого сырья в биореакторе происходит через стенку нагревательного устройства, что аналогично явлению теплообмена между жидкостью (в данном случае сбраживаемой средой) и твердой поверхностью (стенкой теплоносителя) (рисунок 3.1) [14, 178].

Q – тепловой поток; t_c – температура сбраживаемой; t_я – температура ядра сбраживаемой среды; Δt– перепад температур; среды у стенки;

δ – тепловой пограничный слой

Рисунок 1.18– Схема процесса теплообмена между сбраживаемой средой и поверхностью теплоносителя в биореакторе

Особенность данного процесса состоит в том, что передача теплоты в сбраживаемой среде осуществляется не только одновременным действием теплопроводности и конвекции, но и за счет ее движения, происходящего в результате выделения биогаза. Их совокупное действие носит название конвективного теплообмена или теплоотдачи.

Внутренний механизм явления теплопереноса объясняется на основе молекулярно-кинетических представлений: перенос энергии осуществляется вследствие теплового движения и энергетического взаимодействия между микрочастицами, из которого состоит сбраживаемая среда. Тепловое состояние отдельных частей в ней различно и в этом случае температура t является функцией координат х и у при установившемся процессе:

t = f (х, у). (1.4)

Одинаковые температуры точек в сбраживаемой среде образуют изотермические поверхности, которые не пересекаются друг с другом (рисунок 3.2).

t + ∆t; t; t – ∆t – изотермы; n – нормаль

Рисунок 1. 19– Изотермические поверхности

При этом изменение температуры в сбраживаемой среде наблюдается в направлениях, пересекающих изотермические поверхности. Причем, резкое изменение происходит в направлении нормали n к поверхностям [99].

Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами Δn представляет температурный градиент:

. (1.5)

Наличие температурного градиента обусловливает неоднородность температуры в сбраживаемой среде. Формирование температурной неоднородности в ней осуществляется около поверхности теплоносителя. При этом образуется слой (δ), в пределах которого происходит основное изменение температуры сбраживаемой среды от значения равного температуре поверхности теплоносителя t_c до температуры ядра сбраживаемой массы t_я. Называется этот слой тепловым пограничным слоем.

Для области внутри теплового пограничного слоя справедливо условие:

,

на внешней границе и вне него

.

При неоднородном температурном поле в сбраживаемом объеме скорость метаногенеза будет складываться из скоростей процесса в точках сбраживаемой среды с различной температурой. Отличие температур в этих точках от оптимального значения заметно снизит микробиологическую активность метановых бактерий, а значит и общую скорость процесса метаногенеза в помете/навозе.

Следовательно, интенсивность процесса метаногенеза определяется закономерностями распространения теплоты в сбраживаемой среде.

На основании вышеописанного можно сделать вывод, что выбор формы биореактора, в котором будет реализовываться процесс анаэробного сбраживания помёта/навоза, находится во взаимосвязи с выбором нагревательного и перемешивающего устройств. Оптимизация их позволит создать оптимальный температурный режим анаэробного сбраживания с целью интенсификации процесса метаногенеза в сбраживаемой среде, и повышения производительности применяемого оборудования.

С этой целью нами предложена конструктивно-технологическая схема устройства для анаэробного сбраживания птичьего помета/навоза, позволяющая оптимизировать температурные воздействия на перерабатываемое сырье и таким образом осуществлять процесс при оптимальных режимах сбраживания с получением сброженных отходов для дальнейшего извлечения из них новых биологических веществ.

1.4 Способы и установки для разделения сброженного птичьего помета

1.4.1 Классификация существующих способов и средств обезвоживания дисперсных средств

Для разделения сброженного птичьего помёта (СПП) на твёрдую фракцию (ТФ) и жидкую фракцию (ЖФ) используют механические способы, которые можно представить двумя видами: осаждением и фильтрованием. Осуществляются они под воздействием различных действующих сил (рисунок 1.19) [7].

Разделение птичьего помёта путём принудительного фильтрования через пористую перегородку, способную задерживать твёрдые частицы и пропускать жидкость, широко применяется в технологических линиях переработки отходов. Фильтрование осуществляется в полях механических сил: гравитационных, инерционных (центробежных) и поверхностных сил давления [39, 143, 158, 273].

Наиболее простым и распространенным способом разделения птичьего помёта является подсушка в отстойниках и отстойниках-накопителях в естественных условиях. Отходы с влажностью от 90 до 99 % по илопроводящему лотку поступают на иловую площадку [122]. Влага из отходов частично испаряется, а частично фильтруется через дренажный слой из песка, гравия и просачивается в грунт. Осадок, подсушенный до влажности 75…80 %, удаляется механизированными средствами.

Рисунок 1. 20– Классификация способов и существующих средствразделения сброженного птичьего помёта на твёрдую и жидкую фракции

Разделение отходов на фракции происходит под действием гравитационных сил давления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, он требует огромных территорий, которые можно использовать для выращивания сельскохозяйственных культур. Во-вторых, он зависит от климатических и гидрологических факторов, что негативно влияет на окружающую среду, и при этом происходят потери питательных веществ.

Важным показателем работы оборудования, характеризующим его разделяющую способность, и работающих по принципу осаждения или фильтрования суспензий под воздействием поля сил тяжести, центробежных и инерционных сил, является индекс производительности [268]. Поскольку процесс осаждения или фильтрования осуществляется в поле сил тяжести, то индекс производительности определяется из выражения:

Σ = F, (1.6)

где Σ – индекс производительности;

F – площадь поверхности осаждения или фильтрования, м³;

а при разделении в поле центробежных или инерционных сил:

Σ = F · F_r, (1.7)

где F_r – фактор разделения, показывающий во сколько раз ускорение

центробежного или инерционного поля выше гравитационного.

Индекс производительности является также основным показателем, влияющим на производительность этого оборудования [269]:

Q = a’ · Σ, (1.8)

где а’ – параметр, характеризующий свойства дисперсной среды и условия процесса осаждения или фильтрования.

Таким образом, для разделения СПП на жидкую и твёрдую фракции при одинаковых условиях фильтрования или осаждения сравнительный анализ потенциальных возможностей различного оборудования можно произвести по величине индекса производительности и другим показателям, отнесённым к единице индекса производительности (таблица 1.3) [7, 39, 102, 113].

Таблица 1.3 – Результаты анализа существующих средств разделения

СПП на фракции по величине индекса их производительности

Анализ данных таблицы 1.3 показывает, что среди оборудования для разделения СПП на фракции, работающего как по принципу осаждения, так и фильтрования, лучшие показатели имеют центрифуги. Также выявлено, что величина индекса производительности центрифуг обуславливается фактором разделения, а процесс разделения в любой из существующих центрифуг происходит по одинаковой технологии. Например, единичный объём СПП поступает на фильтрующую поверхность ротора и движется вместе с ним или вдоль него под воздействием различных сил. При движении происходит выделение ЖФ СПП, и образование на поверхности ротора ТФ, а также дополнительный отжим ЖФ из пор осадка, и частично механическая сушка ТФ – все три стадии центробежного фильтрования. На первой стадии в момент загрузки СППв ротор скорость фильтрования максимальная. Далее она резко снижается. Снижение на первой стадии связано с увеличением слоя ТФ на фильтрующей перегородке, что влечёт увеличение сопротивления течению ЖФ, при этом давление фильтрования по мере уменьшения слоя СПП над ТФ снижается. Следовательно, значительная часть фильтрующей поверхности ротора в зоне первого периода фильтрования используется непроизводительно. Этот недостаток присущ всем фильтрующим центрифугам как при перемещении объёма СПП вдоль ротора (центрифуги с инерционной, пульсирующей, шнековой выгрузкой), так и вместе с ним (центрифуги с ножевой выгрузкой).

Вместе с тем при центрифугировании дисперсных сред с низким содержанием ТФ, каковым является СПП, важно обеспечить высокую скорость фильтрования именно в первом периоде, так как в это время отделяется основная часть объёма жидкости. Для этого необходимо мгновенно удалять с фильтрующей перегородки образующуюся ТФ и, таким образом, повышать давление фильтрования.

Разделение СПП способом принудительного фильтрования через пористую перегородку, способную задерживать ТФ и пропускать ЖФ, широко применяется в технологических линиях обработки птичьего помёта на птицеводческих комплексах [104]. Принудительное фильтрование почти полностью освобождает СПП от грубодисперсных частиц (ТФ) и в этом отношении имеет преимущество перед другими способами разделения таких суспензий.

Такое фильтрование осуществляется в полях механических сил: гравитационных, инерционных и поверхностных сил давления. Принудительное фильтрование под действием гравитационных сил осуществляется в барабанных и дуговых ситах, инерционных сил – в виброгрохотах, виброфильтрах, центрифугах; поверхностных сил давления – в фильтр-прессах и вакуум-фильтрах [102, 122].

Инерционные наклонные грохоты широко применяются для разделения жидких отходов, полученных на животноводческих фермах и комплексах с гидравлической системой уборки в помещениях. Это инерционные наклонные грохоты легкого типа (ГИЛ-32, ГИЛ-42, ГИЛ-51) [102]. Конструкция грохотов принципиально одинакова (рисунок 1.20).

жидкие отходы

фильтрат

2

3

5

4

1

11

10

9

8

7

6

1 – короб; 2 – распределительный лоток; 3 – ограждение дисбаланса;

4 и 5 – фильтровальные перегородки; 6 – опора; 7 – стойка; 8 – поддон;

9 – пружинная опора; 10 – инерционный вибратор; 11 – привод

Рисунок 1.21– Схема инерционного наклонного грохота типа ГИЛ

Наклонный инерционный грохот работает следующим образом. Жидкие отходы подаются на верхнее сито по лотку, обеспечивающему равномерное распределение их по ширине фильтровальной перегородки. Здесь выделяются грубые механические включения (ТФ), которые направляются в отвал. Очищенные от грубых включений отходы попадают на нижнее сито, где фильтруются с выделением ЖФ, которая стекает в поддон и отводится на дальнейшую переработку. Инерционные наклонные грохоты просты в устройстве и эксплуатации, имеют высокую надёжность и устойчивость технологического процесса при изменении концентрации и расхода исходного сырья. Недостатки виброгрохотов: низкая эффективность процесса разделения, значительное содержание в ЖФ мелкодисперсных взвешенных частиц, высокая влажность ТФ и большая металлоёмкость. В процессе работы грохотов постепенно закупориваются ячейки фильтровальной перегородки частицами ТФ и бетоном, поэтому их каждую смену необходимо промывать водой [38, 113].

Механизм процесса вибрационного фильтрования таков. В результате интенсивного вибрационного воздействия фильтровальной перегородки на поступающие жидкие отходы возникают инерционные силы, величина которых пропорциональна массе обрабатываемых отходов и ускорению колебаний. Они интенсифицируют процесс фильтрования вследствие разрушения структуры и перепада давления в слое обрабатываемых отходов. Под действием инерционных сил также происходит непрерывная регенерация фильтровальной перегородки. Производительность и качественные показатели виброгрохотов в значительной степени зависят от режимов работы и параметров фильтровальной перегородки.

Барабанный виброгрохот ГБН-100, разработанный КТИСМ совместно с УНИИМЭСХ представлен на рисунке 1.21 [38, 308].

2

3

4

6

7

1

8

5

9

1 – амортизатор; 2 – вибратор; 3 – вал вибратора; 4 – опора;

5 – барабан; 6 – кожух; 7 – привод; 8 – поддон; 9 – рама

Рисунок 1. 22– Схема устройства барабанного виброгрохота

Барабанный виброгрохот работает в двух режимах: без вибрации при исходной влажности исходного материала выше 97,6 % и с вибрацией при меньших значениях влажности обрабатываемого материала. Недостатки: сложность обслуживания и контроля технологического процесса, значительная восприимчивость к изменению физико-механических свойств разделяемого жидкого СПП.

Виброфильтры служат для предварительного разделения СПП на фракции (рисунок 1.22) [102].

Они имеют следующие преимущества перед другими вибрационными разделительными установками: простота конструкции, малая металлоёмкость и компактность. Недостатки виброфильтров: сложность обслуживания, высокая энергоемкость, низкий срок службы фильтровальной перегородки, перетирание ТФ в процессе перемещения по вибрирующей перегородке (сетке) и повышенный вынос ТФ с фильтратом и низкое качество разделения СПП.

1 – мотор-вибратор; 2 – пружина; 3 – коническое дно; 4 – нижний бункер;

5 – лоток для вывода твёрдой фракции; 6 – верхний бункер;

7 – фильтровальная перегородка; 8 – основание вибросита; 9 – рама

Рисунок 1.23 – Схема виброфильтра

Известны следующие виды фильтрующих центрифуг: с ножевой выгрузкой твёрдой фракции (снимается ножом или скребком специального механизма); со шнековой выгрузкой (с помощью шнека вращающегося относительно ротора); с центробежной (инерционной) выгрузкой (ТФ выгружается под действием центробежных сил) [21, 72, 113, 146].

Основное преимущество фильтрующей центрифуги конструкции ВНИИМЖ [72] заключается в простоте конструктивного исполнения по сравнению с другими центрифугами. Её недостатки – быстрое истирание ножа для съёма ТФ и фильтровальной перегородки, дополнительное перетирание частиц при съёме ТФ ножом, высокая влажность снимаемой ТФ, забивание пор фильтровальной перегородки, высокая загрязненность ЖФ мелкодисперсными частицами.

Центрифуги со шнековой выгрузкой осадка разработаны ВНИПТИМЭСХ совместно с Ярославским моторным заводом (рисунок 1.23) [38].

Они имеют следующие преимущества перед другими вибрационными разделительными установками: простота конструкции, малая металлоёмкость и компактность. Недостатки виброфильтров: сложность обслуживания, высокая энергоемкость, низкий срок службы фильтровальной перегородки, перетирание ТФ в процессе перемещения по вибрирующей перегородке (сетке) и повышенный вынос ТФ с фильтратом и низкое качество разделения СПП.

1 – корпус; 2 – шнек; 3 – ротор; 4 – конусообразная перегородка;

5 – диски; 6 – вал; 7 – фильтровальные перегородки

Рисунок 1. 24– Схема фильтрующей центрифуги конструкции

ВНИПТИМЭСХ

Дуговые сита применяют для предварительного разделения жидких отходов на фракции. Работает дуговое сито следующим образом (рисунок 1.24) [21, 38, 102].

1 – входной патрубок; 2 – приёмная камера; 3 – переливной гребень;

4 – фильтровальная перегородка; 5 – корпус; 6 – отражатель;

7 – патрубок отвода фильтрата; 8 – шнековый транспортёр

Рисунок 1. 25– Схема дугового сита

Жидкие отходы через переливной гребень подаются на сито по касательной направляющей, и равномерно распределяясь по ширине криволинейной перфорированной поверхности, фильтруются. Выделившаяся ТФ направляется на окончательное обезвоживание, а ЖФ по выводным патрубкам отводится на последующую переработку. Недостатки дуговых сит: необходимость ежемесячной промывки и очистки фильтровальной перегородки, ТФ имеет высокую влажность, а ЖФ содержит много тонкодисперсных частиц.

Шнековый пресс-сепаратор FAN PSS для разделения жидкого навоза и птичьего помёта является лучшим из доступного в настоящее время оборудования для разделения животноводческих стоков на фракции (рисунок 1.25) [243, 337].

1 – осциллятор; 2 – отжимающее устройство; 3 – мотор-редуктор;

4 – станина; 5 – шнек; 6 – сито; 7 – выходное отверстие; 8 – труба для

подачи отходов; 9 – патрубок для выдачи ЖФ; 10 – противовесы

Рисунок 1. 26 – Схема шнекового пресс-сепаратора

Он работает следующим образом. Жидкие отходы подаются по трубе 8 и шнеком 5 продвигаются к выходу. По мере продвижения свободная и частично связанная вода через ячейки сита 6 выходит наружу через патрубок 9, а ТФ поступает к выходному отверстию 7. В нем она скапливается и создает дополнительное сопротивление следующим частицам, выходящим из сепаратора. Сопротивление усиливается при помощи отжимающего устройства 2 и противовесов 10. Дополнительным сопротивлением выходу ТФ из сепаратора регулируется ее влажность. Пресс-сепараторы имеют те же недостатки, что и дуговые сита, а, кроме того, они сложнее в изготовлении.

1.4.2 Анализ работы барабанных фильтров

Для дальнейшей эффективной переработки СПП необходимо получать ЖФ с наименьшим количеством мелких органических веществ, а ТФ с меньшей влажностью. Это даст возможность более рационально использовать их для получения новых биологических продуктов.

Применение вышеперечисленных машин для разделения СПП не представляется возможным, так как они не обеспечивают максимального снижения влажности, получаемой ТФ. На наш взгляд для этого необходимо применить способ разделения дисперсных сред, позволяющий максимально отбить влагу из отходов. Для этого наиболее подходит рабочий орган в виде вращающего фильтрующего барабана, который позволит максимально выделить влагу из СПП.

Сотрудниками УНИИМЭСХ [38,113] разработано устройство для обезвоживания навоза и помёта (рисунок 1.26).

1 – барабан; 2 – ось барабана; 3, 5 – подшипниковый узел; 4 – кривошип;

6 – стойка; 7 – карданная передача; 8 – платформа; 9 – подводящая труба;

10 – лоток; 11 – транспортёр; 12 – противовес; 13 – винтовой механизм

Рисунок 1.27 – Схема устройства для обезвоживания навоза

Оно выполнено в виде наклонно расположенного перфорированного барабана 1, установленного на оси 2, один конец которой закреплён на кривошипе 3, а другой – шарнирно на опоре 4 и связан с механизмом привода 5. Кривошип закреплён на валу 6, снабжённом приводом 7 и установленным под острым углом к геометрической оси, соединяющей центр шарнирной опоры с центром вращения барабана. Устройство имеет низкую производительность вследствие вращательного движения барабана, и малую эффективность. Влажность фильтрата составляет 97 %, а твёрдого органического осадка – 78…80 %.

Исследовательским коллективом Запорожского КТИСМ [122] разработано устройство для обезвоживания жидкого навоза и птичьего помёта. Оно включает наклонно расположенный перфорированный барабан, закреплённый на оси, один конец которой опирается на опорный подшипник, а другой на подшипник кривошипа. Подача обрабатываемого материала внутрь осуществляется через патрубок, вывод ТФ – транспортёром, а ЖФ – сливным лотком. Сложность конструкции и механизма привода не позволяет эффективно разделять на нём жидкий навоз и птичий помёт на фракции.

Известна также упрощённая конструкция обезвоживателя (рисунок 1.27) [6, 122].

1 – ротор; 2 – лопасти; 3 – ось ротора; 4 – подшипниковый узел;

5 – кривошип; 6 – труба; 7 – сопло; 8 – лоток; 9 – отвод

Рисунок 1. 28– Схема упрощенной конструкции обезвоживателя

В нём упрощена конструкция механизма привода и установлены лопасти ковшеобразной формы для лучшего распределения навоза по внутренней поверхности барабана. Вращение ротора не обеспечивает эффективного разделения СПП на фракции, так как происходит закупоривание выходных отверстий перфорированного барабана.

1.4.3 Краткий анализ исследований по центробежному фильтрованию

Центробежное фильтрование является частью общей теории фильтрования. К настоящему времени имеется большое количество исследований, посвящённых фильтрованию (в том числе и центробежному) как теоретического, так и экспериментального характера. Детальный анализ имеющихся исследований проведён в работах Д.В.Шкоропада [120], В.И.Соколова [100], П.Г. Романкова [95], Д.А. Жужикова [33], Н.А.Урсова [110], М.И.Бейлина [10], Ю.И. Шарецкого [117], Т.А.Малиновской [63] и других авторов. Поэтому нами рассмотрен лишь ряд основных работ отечественных и зарубежных авторов с целью определения применимости полученных ими зависимостей для описания процессов, происходящих в разработанном рабочем органе, и обоснования путей и методов проведения исследований.

В фильтрующем барабане происходит центробежное фильтрование дисперсной среды – сброженного птичьего помета. В результате получается осадок – твердая фаза и фильтрат – жидкая фаза. Процесс центробежного фильтрования состоит из трёх периодов, имеющих различные закономерности. Поэтому анализ исследований проведен по периодам фильтрования, а также по определению удельного сопротивления осадка, удельного сопротивления фильтрующей перегородки и энергоёмкости процесса.

Первый период центробежного фильтрования характеризуется непосредственным фильтрованием жидкости через пористую перегородку с образованием на ней осадка. Основой общей теории фильтрования служит закон Дарси, полученный в результате опытов по фильтрованию воды в песчаных грунтах. Дальнейшее развитие теория фильтрования получила в работах Льюиса и Альми, Сперри, Кармана, Рутса, А.Г. Белкина, В.А. Жужикова и других исследователей. Ими был получен ряд зависимостей, которые после обобщения можно представить уравнением, известным как основное дифференциальное уравнение фильтрования с образованием осадка [33, 43, 111, 63, 121]:

, (1.9)

где – объем фильтрата, м³;

– время фильтрования, с;

– давление фильтрования, Па;

– удельное массовое сопротивление осадка;

– удельное сопротивление фильтрующей перегородки;

– масса осадка, отложившегося на перегородке при

прохождении через нее единицы объема жидкости;

– удельное сопротивление фильтрующей перегородки.

В общем виде уравнение (1.4) запишем:

, (1.10)

где – сопротивление осадка;

– сопротивление фильтрующей перегородки.

Уравнение (1.10) справедливо как для несжимаемых, так и сжимаемых осадков. В последнем случае величина удельного сопротивления зависит от перепада давления и свойств осадка.

В отличие от обычного фильтрования центробежное фильтрование имеет ряд особенностей. Первый период центробежного фильтрования в общих чертах сходен с процессом обычного фильтрования с образованием осадка и к нему могут быть применены дифференциальные уравнения, характеризующие этот процесс [95, 100, 120].

Исходя из основного уравнения фильтрования профессором В.И. Соколовым [99] получено уравнение производительности периодически действующих центрифуг для разделения промышленных суспензий. Данная зависимость определена при допущениях, что перепад давления в процессе фильтрования постоянен, осадок несжимаем, а сопротивлением фильтрующей перегородки можно пренебречь. Аналогичные уравнения получены М.М. Полещуком [87], Б.Н. Терешиным [106], М.М. Васильевым [25] и другими исследователями.

В центрифугах непрерывного действия процесс фильтрования происходит более сложно. Кроме непрерывного образования осадка на фильтрующей перегородке, уменьшается слой суспензии над осадком и непрерывно снижается давление фильтрования. Исследованиям процесса разделения жидкого навоза на фазы в непрерывно действующих центрифугах с центробежной и вибрационной выгрузкой и ножевым съёмом осадка посвящены работы И.Е. Карнаухова [41, 40, 42], А.П. Рухленко [57, 98], И.И. Лукьяненкова [58, 60]. В исследованиях авторами использованы виды основного дифференциального уравнения фильтрования. Зависимость, полученная И.И. Лукьяненковым для центрифуги с ножевым объёмом осадка, учитывает непрерывное падение давления фильтрования и увеличение толщины слоя осадка на перегородке. Уравнения, выведенные И.Е. Карнауховым для центрифуги с центробежной выгрузкой и А.П. Рухленко для вибрационной центрифуги, получены при допущении, что радиус ротора, толщина слоя осадка и скорость перемешивания материала в роторе постоянны и равны их средним значениям.

Анализируя результаты исследований, можно сделать вывод, что описание первого периода центробежного фильтрования все исследования производили аналитическим методом. Основным допущением исследований является допущение о ламинарном радиальном движении в порах осадка. При этом условии скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна жидкости и общему гидравлическому сопротивлению. Для выбора теоретических зависимостей все авторы использовали различные виды основного дифференциального уравнения фильтрования. Уравнение является частным случаем общего закона гидромеханики, согласно которому скорость процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению [43, 104]. Основными параметрами процесса, согласно уравнению (1.5), является давление фильтрования, удельное сопротивление осадка и удельное сопротивление фильтрующей перегородки.

Анализ конечных теоретических зависимостей также выявил, что ни одна из них не может быть принята для описания первого периода фильтрования, происходящего в начале камеры ротора фильтрующей центрифуги для разделения навоза на фазы. Большинство зависимостей получено для периодически действующих центрифуг и разделению промышленных суспензий. Другие не учитывают конструктивного устройства разработанной центрифуги, наличия в первой камере ротора постоянного объёма дисперсной среды, а вместе с ним и постоянного фильтрования, периодического съёма осадка с фильтрующей перегородки, режима работы и параметров шнека для удаления осадка навоза.

Важней характеристикой осадка навоза, образующегося на перегородке при фильтрации, является его удельное сопротивление. Рядом авторов сделана попытка определить удельное сопротивление по теоретическим зависимостям как функции параметров, характеризующих следующие свойства осадка и твердых частиц: пористость осадка и удельную поверхность твердых частиц [33], структуру [33, 44, 45], пористость осадка и размеры частиц [76, 88], сдвига частиц и структуру осадка [36, 37, 92].

Все теоретические зависимости получены, исходя из допущения, что осадок однороден по составу и размерам частиц и может быть представлен в виде упорядоченных моделей – нескольких слоёв одинакового размера, пучка паровых трубок и др.

Однако на практике эти допущения почти всегда не выполняются и имеющиеся зависимости не могут быть использованы вследствие невозможности получения надёжных данных о свойствах твёрдых частиц и структуре осадка [33]. Поэтому удельное сопротивление в большинстве случаев определяют экспериментально [33, 43, 119] и выражают одним из следующих эмпирических уравнений:

, (1.11)

, (1.12)

где – постоянные коэффициенты, определённые опытным путём;

– показатель сжимаемости осадка.

Определение удельного сопротивления осадка может производиться двумя экспериментальными методами: фильтрованием с непрерывным возрастанием осадка и фильтрованием через слой осадка постоянной величины [63] на установках, работающих под воздействием поверхностных сил, или в лабораторной центрифуге в поле центробежных сил. Однако условия фильтрования в центробежном поле отличаются от фильтрования в поле поверхностных сил давлением, действующим на скелет осадка, что в первую очередь сказывается на величине его удельного сопротивления [107]. В связи с этим удельное сопротивление осадка необходимо определить на лабораторной центрифуге [63, 120].

Поскольку определение удельного сопротивления осадка на лабораторной центрифуге методом фильтрования с непрерывным возрастанием осадка затруднено, то опыты проводят путём фильтрования через слой осадка постоянной величины.

Основным фактором, влияющим на удельное сопротивление осадка, является давление фильтрования. Однако осадок образуется на фильтрующей перегородке с определёнными параметрами: диаметром отверстий, пористостью, которые в некоторой степени влияют на формирование слоя осадка, его структуру и удельное сопротивление. Поэтому при использовании результатов экспериментов в расчётах центрифуг, имеющих различные параметры фильтрующей перегородки, необходимо определить их степень влияния на удельное сопротивление осадка.

Имеющиеся экспериментальные зависимости [56, 58, 60, 62,] удельного сопротивления осадка навоза определены без учета специфических факторов центробежного фильтрования и поэтому использование их в расчётах ввиду сжимаемости осадка [18] может привести к большим погрешностям.

Сопротивление фильтрующей перегородки И.Е. Карнаухов [39] определяет теоретически исходя из формулы Пуазейля, то есть каждое отверстие фильтрующей перегородки принимается как короткий отрезок трубы или насадок круглого сечения, выходящий из резервуара. Потери напора при прохождении жидкости через отверстие перегородки в этом случае должны складываться из местных потерь на входе и потерь на трение по длине [16]. При небольшой длине местные потери соизмеримы с потерями на трение по длине, следовательно, необходимо учитывать и те, и другие потери.

Отверстия в фильтрующей перегородке можно принять за насадок только при условии, что длина его больше или равна 3…4 диаметрам [16]. Однако для фильтрующих перегородок с круглыми отверстиями, применяемых в центрифугах, это условие не выполняется, поскольку толщина перегородки не намного превышает диаметр отверстий или даже меньше его. При таком соотношении длины отверстия и его диаметра струя жидкости отрывается от стенок отверстий и не заполняет все сечение, таким образом, потери по длине уменьшаются и становятся очень малы. В этом случае отверстие фильтрующей перегородки необходимо принимать не как насадок, а как отверстие в стенке, для которого потери напора определяются местным сопротивлением на входе отверстия [16].

Коэффициент местного сопротивления для одного отверстия определяется экспериментальным путём. При наличии нескольких расположенных рядом отверстий коэффициент местного сопротивления одного из них будет отличаться от коэффициента для отдельного отверстия. Это происходит вследствие неизбежного влияния течения жидкости в одном отверстии на течение жидкости в другом отверстии. В связи с этим общие потери жидкости, обусловленные сопротивлением фильтрующей перегородки течению жидкости, определяются не арифметической суммой сопротивлений, оказываемых каждым отверстием, а в целом совокупностью диаметром отверстий, их расположением и количеством отверстий на единице площади фильтрующей перегородке.

Поэтому для характеристики фильтрующей перегородки экспериментально определяют её удельное сопротивление, то есть сопротивление, оказываемое течению жидкости единицей площади фильтрующей перегородки [59, 63, 58]. При небольших колебаниях толщины перегородки (0,5…1мм) основными факторами, влияющими на удельное сопротивление перегородки, является диаметр отверстий и пористость.

Второй и третий периоды центробежного фильтрования отличаются сложностью самих процессов [120]. Это обстоятельство затрудняет точное описание их теоретическими зависимостями.

Профессором В.И.Соколовым на основе общих теоретических познаний динамики грунтовых масс получены уравнения, описывающие процесс центробежного фильтрования во втором периоде [99, 100]. Зависимости определены при допущении постоянства твёрдой фазы в роторе и сопротивления отжиму из неё жидкой фазы при условии, что свободная поверхность жидкости совпадает с внутренней поверхностью осадка. Аналогично этому получено уравнение для фильтрования отхода из осадка гравитационной влаги. Однако даже для периодически действующих центрифуг, в которых осадок формируются и затем находится на фильтрующей перегородке, данные допущения не выполняются [117]. В ходе второго периода центробежного фильтрования по мере снижения уровня жидкости в осадке начинают появляться элементы третьего периода. Для описания этого переходного периода Нежиггером и Сторроу предложена система уравнений, которая может быть решена в виде бесконечного вида [120]. При этом целый ряд величин выбирается произвольно или определяется по эмпирическим формулам.

Третий период центробежного фильтрования В.И. Соколов рассматривает с помощью теории капиллярного давления Г.И. Покровского [86, 99]. При допущении, что осадок распределен равномерно по всей толщине, состоит из одинаковых зерен, имеющих кубическую длину, и центробежное поле имеет одинаковую напряженность по той толщине слоя, В.И. Соколов получил дифференциальное уравнение для скорости уменьшения капиллярно-стыковой влаги в осадке [99, 100].

Другими авторами определены зависимости, описывающие выход из осадка различных видов влаги: пленочной [120], суммарной капиллярно-стыковой и пленочной [100], а также зависимости определения общей насыщенности осадка влагой [33, 116].

Д.Е. Шкоропад предложил уравнение для определения насыщенности осадка влагой с учетом течения в его порах воздуха [120].

И.И. Лукьяненков [58], И.Е. Карнаухов [42], А.П. Рухленко [97] в исследованиях центробежного фильтрования навоза не подразделяли процесс на периоды и используют в целом для процесса фильтрования уравнения, характерные для первого периода. Однако второй и третий период центробежного фильтрования имеют совершенно другие закономерности, поэтому применение уравнений первого периода для расчета второго и тем более третьего периода неправомерно [63].

Анализ исследований, а также данных по экспериментальному влиянию отдельных факторов на процесс обезвоживания разделяющихся осадков показывает, что содержание влаги в осадке определяется фактором разделения центрифуги, временем обезвоживания, толщиной слоя осадка на фильтрующей перегородке и исходной влажностью осадка [34, 99, 100]. Кроме указанных основных факторов, конечная влажность осадка зависит от целого ряда параметров осадка, определяемых условиями его формирования, свойствами дисперсной среды и другими факторами, количественная оценка которых пока невозможна [120]. Все имеющиеся зависимости содержат параметры, коэффициенты, которые определяются экспериментально по эмпирическим уравнениям. Все теоретические уравнения справедливы лишь при допущениях, которые не выполняются в реальных условиях. В связи с этим зависимость конечной влажности осадка от различных факторов по втором и третьем периодах центробежного фильтрования может быть определена только в результате экспериментального исследования [63].

Энергоемкость процесса разделения дисперсных сред на фазы является одним из важных технико-экономических показателей работы центрифуги. Вопрос об определении энергоемкости процесса разделения неоднородных систем наиболее подробно разработан в трудах К.А. Филькельштейна [111] для шнековых осадительных центрифуг непрерывного действия. Основные затраты энергии происходит при сортировании осадка шнеков внутри ротора центрифуги. При тщательном изучении процесса установлено, что на расход энергии влияет ряд факторов, основным из которых является количество материала, находящегося одновременно в роторе центрифуги. От массы материала зависит величина центробежной силы, прижимающей материи к внутренней поверхности ротора. Однако учет этого фактора усложняет расчетные уравнения и поэтому теоретические расчеты приводят применительно к единице массы вещества осадка, и величину центробежной силы, прижимающей осадок к внутренней поверхности ротора в конической части определяют для среднего диаметра.

1.5 Выводы

1. На границе «теплоноситель – сбраживаемый птичий помёт» образуется тепловой пограничный слой, в пределах которого происходит основное изменение температуры сбраживаемого птичьего помёта.

2. Основное влияние на величину теплового пограничного слоя, оказывают физико-механические свойства птичьего помёта: вязкость, плотность, теплопроводности, теплоёмкость.

3. Экспериментальные зависимости, определяющие явление теплообмена при свободном и конвективном движениях в объёме сбраживаемого птичьего помёта/навоза, вполне корректно описывают данные процессы в геометрически подобных биореакторах.

4. В качестве способа интенсификации процесса теплообмена и выравнивания температуры в объёме сбраживаемого птичьего помёта целесообразно использовать его перемешивание. Критерием оптимизации процесса перемешивания выбрана кратность циркуляции К_ц, которая определяется степенью температурной однородности в объёме сбраживания и является параметром, оценивающим процесс перемешивания независимо от вида применяемых мешалок.

2. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПТИЦЫ, УСКОРЕНИЯ ИХ ПОДГОТОВКИ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

2.1 Обоснование выбора рациональных параметров и режимов работы устройства для анаэробного сбраживания птичьего помета с перемешивающим устройством

2.1.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы биореактора

Из анализа представленных схем биогазовых установок [132, 120] следует, что основное внимание при их конструировании уделяется технологическим элементам, которые способствуют поддержанию числовых значений параметров процесса метаногенеза в пределах близких к оптимальным по всему объему сбраживания.

Основными элементами установок являются камеры сбраживания (биореактор), нагревательные и перемешивающие устройства. Исходя из особенностей технологического процесса брожения к биореакторам предъявляются следующие требования: герметичности стенок, коррозионной стойкости, совершенства теплоизоляции, надежности загрузки и выгрузки. Форма, размер и конструкция биореактора влияют на такие факторы, как расход сбраживаемой среды при заполнении и степень её сбраживания. Наиболее характерные формы биореакторов представлены в [17, 178].

Выбор той или иной формы зависит от параметров исходного сырья и в основном от его влажности. Однако самостоятельно конструкция биореактора не может оказать решающее значение на степень устойчивости процесса метаногенеза, так как ее влияние на управление факторами самого процесса незначительное [232].

Наиболее значимое влияние на процесс анаэробного сбраживания оказывает нагревание и перемешивание сбраживаемой среды. Поскольку перепады температуры, а также неравномерное распределение в сбраживаемой среде бактерий метаногенной ассоциации отрицательно влияют на ход технологического процесса, поэтому подвод теплоты необходимо сочетать с интенсивным перемешиванием. Схемы применяемых перемешивающих устройств представлены в [53].

Анализ форм биореактора и перемешивающих устройств позволил нам предложить следующую конструкцию биогазовой установки с перемешивающим устройством (рисунок 2.1) [232].

1 – цилиндрическая ёмкость; 2 – решётка нижняя; 3 – тепловая рубашка; 4 – перемешивающее устройство; 5 – штанга; 6 – перепускной клапан; 7 – верхняя решетка; 8 – верхняя газовая камера; 9 – газопровод;

10 – газгольдер; 11 – газовые краны;

Рисунок 2. 1– Схема предлагаемой биогазовой установки

Работает биогазовая установка следующим образом. В начальном положении в нижней части цилиндрической ёмкости 1 перепускной клапан 6, который предназначен для выхода биогаза, накопившегося под колоколом перемешивающего устройства 4, закрыт. В процессе анаэробного сбраживания птичьего помёта выделяется биогаз в количестве 0,5…0,8 м³ с 1 кг сухого органического вещества (СОВ) [172]. Биогаз поступает в верхнюю газовую камеру 8 цилиндрической ёмкости, а далее по газопроводу 9 через газовый кран 11 в газгольдер 10. Из субстрата, находящегося под колоколом перемешивающего устройства 4 биогаз накапливается в верхней его части. По мере накопления биогаза образуется подъёмная сила, с помощью которой перемешивающее устройство 4 начинает всплывать. В процессе его всплытия субстрат, находящийся в биореакторе перемешивается, причём основное перемешивание его осуществляется в пристенном слое, где и образуется температурная неоднородность в объёме сбраживания. При этом верхние слои субстрата устремляются вниз через зазор, образуемый между колоколом и внутренней стенкой биореактора, смешиваясь с нижними слоями субстрата. При достижении колоколом верхнего уровня клапан 6 ударяется в верхнюю решётку 7 и открывается. Скопившийся под колоколом перемешивающего устройства 4 биогаз поступает в верхнюю газовую камеру биореактора, а из неё по газопроводу 9 в газгольдер 10. По мере удаления биогаза из-под колокола, последний постепенно опускается на дно биореактора. В процессе движения вниз колокол выдавливает нижний слой субстрата, который поступает вверх через зазор между внутренней стенкой биореактора и колокола. Таким образом, вновь происходит перемешивание сброженного субстрата в пристенном слое. Штанга 5 упирается в нижнюю решётку 2, и клапан закрывается.

Таким образом, движение перемешивающего устройства достигается за счёт подъёмной силы биогаза, скапливающимся под колоколом. Поскольку диаметр колокола составляет 0,85 диаметра биореактора, то при его всплытии перемешивание сброженного субстрата происходит в пристенном слое (тепловом пограничном слое) сбраживаемого объёма. Это очень важно, так как именно в нём из-за термического сопротивления вязкого слоя сбраживаемого субстрата происходит снижение температуры от температуры субстрата вблизи стенки до температуры ядра СПП/Н. Причём величина данного слоя, определенная опытным путём, весьма значима и составляет 0,15…0,30 диаметра цилиндрической ёмкости биореактора [232]. Перемешивающее устройство, выполненное в форме колокола, имеет большую площадь поверхности, что весьма важно для закрепления (иммобилизации) бактерий метаногенной ассоциации на этой поверхности. Это увеличивает скорость сбраживания поступившего птичьего помёта/навоза на переработку и предотвращает вымывание бактерий в процессе непрерывной выгрузки и отработанного шлама и загрузки новой дозы свежей порции. И самое главное – это значительное снижение энергетических затрат, которые при использовании данного перемешивающего устройства отсутствуют [178].

2.1.2 Определение производительность процесса анаэробного сбраживания в условиях свободного движения в биореакторе

Процесс распространения теплоты в сбраживаемой среде осуществляется одновременным действием теплопроводности, свободной конвенции и ее движения, вызванного выделением биогаза. Принимая во внимания, что максимальная скорость движения сбраживаемой среды в биореакторе в результате выделения биогаза не превышает 0,3 м/с, следовательно, вынужденное движения сбраживаемой среды можно считать несущественным [20].

Закономерности распространения теплоты теплопроводностью и свободной конвекцией определяется тепловыми и гидродинамическими явлениями, которые описываются системой дифференциальных уравнений: теплообмена, теплопроводности, движения и сплошности среды [30].

В основу расчёта теплообмена положены законы Ньютона-Рихмана и Фурье [197]. Дифференциальное уравнение теплообмена описывает процесс теплопередачи на границе «поверхность теплоносителя – сбраживаемая среда»:

, (2.1)

где α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

Δt– температурный напор, К;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

– температурный градиент, К/м.

Температурный градиент может быть получен из дифференциального уравнения теплопроводности Фурье-Кирхгофа [42], с учётом закона сохранения энергии:

(2.2)

где dt/dτ – субстанциональная производная температуры по времени;

(2.3)

где α – коэффициент температуропроводности, м²/с;

– оператор Лапласа;

(2.4)

где с – коэффициент теплоёмкости, кДж/(кг·К); ρ – плотность, кг/м³; t – температура, К.

Как следует из теплопроводности, температурное поле в движущейся среде зависит от распределения скорости и описывается дифференциальным уравнением движения, которое выводится на основании второго закона Ньютона [54]. При принятых условиях (рисунок 3.2) течение происходит в основном в направлении от оси 0х, в соответствии с уравнением движения:

, (2.5)

где g – ускорение свободного падения, м /с²;

β – температурный коэффициент, К^-1;

Δt – температурный напор, К/м.

В результате разности температур сбраживаемой среды возникает свободное движение, поэтому к имеющимся уравнениям необходимо добавить уравнение сплошности:

. (2.6)

Записанные дифференциальные уравнения (2.5), (2.6), и (2.7) описывают бесчисленное множество процессов. Для выделения процесса теплообмена в биореакторе к системе дифференциальных уравнений необходимо присоединить условия однозначности, которые отражают частые особенности рассматриваемого явления. Так, температура и скорость сбраживаемой среды вдали от поверхности теплоносителя постоянны и равны соответственно t_o и W₀. Размер биореактора l_o, температура поверхности теплоносителя равна t_c. t>t_o, так как идёт нагрев сбраживаемой среды. Введём также обозначение

, (2.7)

где t – температура сбраживаемой среды у поверхности теплоносителя, К.

На основании изложенного запишем граничные условия, определяющие процесс теплообмена в биореакторе:

1) вдали от поверхности нагрева

(2.8)

2) на поверхности нагрева

Преобразование системы управлений (2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9) с помощью теории подобия [262] даёт возможность получить критериальную зависимость между величинами, которые определяют процесс распространения теплоты в сбраживаемой среде. Для этого рассмотрим две подобные между собой системы:

модели

(2.9)

и образца

(2.10)

Основываясь на положениях второй теоремы подобия [197] интеграл системы дифференциальных уравнений (2.10), описывающий процесс теплообмена в сбраживаемой среде, может быть представлен в виде функциональной связи между критериями подобия:

. (2.11)

Вид функции (2.11) определяется экспериментальным путем. Для этого, на основании анализа полученных критериев, выбираем характерные критерии подобия, описывающие конкретный процесс распространения теплоты в сбраживаемой среде [99, 155]. К ним относятся критерии Нуссельта (Nu), Грасгофа (Gr) и Прандтля (Pr). Критерий Нуссельта Nu содержит в себе коэффициент теплообмена – искомую величину при исследовании теплопередачи, следовательно, он является определяемым критерием, и критериальное уравнение для процесса теплообмена в сбраживаемой среде в условиях свободного движения будет иметь вид:

. (2.12)

Согласно теоремы подобия [2.35] между всеми существующими величинами для рассматриваемого процесса имеет место степенная функциональная зависимость вида:

, (2.13)

где K – безразмерный множитель пропорциональности;

n, m – показатели степени, постоянные числа.

Подставив в функциональную зависимость (2.13) значение критериев получим

. (2.14)

Уравнение (2.14) представляет собой критериальную связь между параметрами, определяющими процесс теплообмена в сбраживаемой среде. Исследование физико-механических (ρ, μ, λ, с) свойств СПП выявило зависимости, отражающие влияние влажности и температуры – основных слагаемых движущей силы скорости процесса, на явление теплообмена. Обобщение полученных экспериментальных данных на группу подобных явлений проводилось согласно второй теоремы подобия в форме критериальной зависимости (2.13) [99]. Для этого запишем уравнение в логарифмическом виде:

. (2.15)

Обозначая lgNu через Y, lgGr через X, lgPr через Z и lgK через A, можно записать:

. (2.16)

Искомая величина Nu является функций двух аргументов, поэтому на графике получается семейство прямых; второй аргумент берётся в качестве параметра.

Показатель степени n при критерии Грасгофа представляет собой тангенс угла наклона одной из прямых к оси абсцисс. Определяется он с помощью графического представления опытных данных в координатах:

. (2.17)

Показатель степени m при критерии Прандтля определяется на графике по зависимости:

. (2.18)

Постоянная К определяется из соотношения:

, (2.19)

которому удовлетворяет любая точка прямой.

В результате функциональная зависимость (2.16) приняла вид обобщенного уравнения:

. (2.20)

После расшифровки критериев подобия выражение (2.20) было преобразовано в рабочее уравнение для расчёта коэффициента теплоотдачи при анаэробном сбраживании птичьего помёта в условиях свободного движения в геометрически подобных биореакторах:

. (2.21)

Температура воздействия – как фактор, в наибольшей степени влияющий на скорость процесса метаногенеза, изучались на экспериментальной установке. В результате было выявлено наличие температурного поля в объёме сбраживаемого птичьего помёта, графически представленном на рисунке 37, из которого видно, что основное изменение температуры в объеме СПП от температуры вблизи поверхности теплоносителя (А₀, В₀) до температуры ядра СПП (А₂, В₂) происходит в пределах теплового пограничного слоя.

Неоднородность температуры при оптимальных значениях концентрации сухого органического вещества СПП (15…12 %) и температуре брожения (51 °С) в эксперименте составила около 10 градусов. Коэффициент теплопередачи α, вычисленный по уравнению (2.20), равен 32,57 Вт/(м²·К).

Низкое значение коэффициента теплопередачи αв СПП является следствием определённого состояния его физико-механических и теплофизических свойств (ρ, μ, λ, с), определяющих явление распространения теплоты в нём.

Анализ зависимости (2.21) показывает, что основное влияние на конвективный теплообмен оказывает теплопроводность λ, так как показатель степени у этого параметра самый большой. Следовательно, теплота в СПП в большей степени распространяется теплопроводностью.

В результате преобладания данного способа распространения теплоты над остальными в СПП возникает температурная неоднородность. Она тем выше, чем меньше значение имеет коэффициент теплопередачи α.

Таким образом, низкое значение коэффициента теплопередачиαвызывает неоднородность температуры в СПП, что соответственно снижает интенсивность процесса метаногенеза. Выход биогаза в эксперименте составил 0,38 м³ с 1кг СОВ птичьего помёта.

В работах [44, 59, 107], посвященных исследованию метанового брожения отходов сельскохозяйственных животных в термофильных условиях, выход биогаза с 1 кг СОВ составил 0,7…0,8 м³.

С целью выявления максимальной газопроизводительности метановых бактерий при разложении СОВ птичьего помёта в температурных условиях, приближенных к идеальным, были проведены опыты в биореакторах малого объёма. На основании полученных данных было установлено, что оптимальной температурой для жизнедеятельности бактерий метаногенной ассоциации, выращенной на птичьем помёте, взятом на ЗАО «Птицефабрика Шпаковская» Ставропольского края, является температура 324 К (51 °С) (рисунок 41). Поэтому во всех дальнейших опытах в биореакторах поддерживалась температура, равная 324 К. Максимальный выход биогаза при однородном температурном режиме с 1 кг СОВ птичьего помёта составил 0,71 м³.

Коэффициент корреляции, вычисленный для значений выхода биогаза при идеальных температурных условиях и неравномерном температурном поле равен нулю, поэтому данные значения некоррелированы. Это подтверждает вывод о значимости влияния температурного фактора на интенсивность скорости процесса метаногенеза, так как достижение однородного температурного поля в СПП в производственных условиях позволит увеличить производительность оборудования без увеличения рабочего объёма биореакторов.

2.1.3 Определение производительность процесса анаэробного сбраживания в условиях конвективного движения в биореакторе

Вопросами равномерного распределения теплоты в движущейся среде занимались В.В. Кафаров [112], Г.С. Козлов [124], З.З. Штербачек [315], Ф. Стренк [276] и др. В своих трудах они широко осветили процессы биохимических превращений в химическом производстве.

В результате исследований, проведенных нами, установлено, что однородность температуры в движущейся среде непосредственно связана с явлениями, происходящими в тепловом пограничном слое, параметры которого зависят от свойств перерабатываемого материала. Эффективным приёмом, понижающим термическое сопротивление вязкого слоя, является перемешивание, позволяющее принудительно приводить жидкую среду в движение. В результате нагретые объёмы перерабатываемого материала отводятся от поверхности нагрева, а новые порции подвергаются нагреванию.

Многообразие технических средств для перемешивания подразделяется на устройства механические, гидравлические и барботажные [315].

Эффективность работы перемешивающих устройств определяется скоростью установления термодинамического равновесия и качеством однородности температурного поля. Для определения данных показателей необходимо выявить параметры, интенсифицирующие конвективный теплообмен в сбраживаемом птичьем помёте. С этой целью рассмотрим явления, происходящие в тепловом пограничном слое в условиях вынужденного движения в биореакторе, и определим факторы, имеющие существенное влияние на теплоотдачу.

Как известно, в биореакторе с перемешивающим устройством коэффициент теплопередачи зависит от размеров биореактора и мешалки [276]. Обычно за характерные размеры биореактора и перемешивающего устройства принимают внутренний диаметр биореактора D и внешний диаметр перемешивающего устройства d. Теплопередача также зависит от скорости движения сбраживаемой среды – частоты вращения мешалки n, от физико-физических свойств сбраживаемой среды: вязкости μ, плотности ρ, теплоёмкости c, теплопроводности λи от отношения вязкостей среды на поверхности теплоотдачи μ_c и в центре биореактора μ, т.е. μ/μ_c. Последнее отношение учитывает влияние направления теплового потока на коэффициент теплопередачи.

На основании изложенного можно записать:

. (2.22)

Используя анализ размерностей [262], зависимость (3.27) представим, как степенную функцию:

. (2.23)

Исходя из однородности этого уравнения, его можно выразить как функцию степенных комплексов и симплексов, состоящих из величин, входящих в выражение (2.23). Для этого определим показатели степеней в нем, заменяя физические величины через единицы измерения, представленные в основных единицах международной системы единиц (СИ):

. (2.24)

Члены с нулевой размерностью соответственно превратились в множители равные единицы.

Сравнивая показатели степени у одинаковых размерностей, получим следующие равенства:

(2.25)

Для определения семи неизвестных имеем систему четырех алгебраических уравнений. Если принять что e, h, i нам известны, то из системы четырех уравнений найдём:

(2.26)

Подставляя найденные значения показателей в исходное степенное уравнение (2.26), имеем:

. (2.27)

После преобразования до безразмерных комплексов, получим:

. (2.28)

Уравнение (2.28) можно написать в другой форме, используя критерии подобия Нуссельта (Nu), Рейнольдса (Re), Прандтля (Pr), а также, выражение

,

Которое является инвариантом геометрического подобия и его можно записать, как

,

а выражение

является симплексом вязкостей пристеночного слоя сбраживаемого птичьего помёта и ядра.

Тогда окончательно получим:

, (2.29)

где e=A, h=B, c=E.

Следовательно, уравнение (2.29) это критериальное уравнение, описывающее теплопередачу в сбраживаемом птичьем помёте в условиях вынужденного движения.

После расшифровки критериев подобия выражение (2.29) примет вид:

. (2.30)

Подобное уравнение было получено Т.О. Козловым [124], А.С. Капустиным [103], Г.С. Юдахиным [320] и др. для различных случаев конвективного теплообмена. В зависимости от исследуемого материала, данное уравнение будет иметь различные показатели степеней и константу.

Для определения показателей степеней и константы относительно теплообмена в сбраживаемом птичьем помете были проведены опыты и на основе полученных данных, обобщенных в форме критериальной зависимости (2.30), было получено уравнение:

. (2.31)

Решая уравнение (3.36) относительно искомой величины, найдём:

. (2.32)

Уравнение (2.32) пригодно для вычисления величины теплопередачи в сбраживаемом птичьем помёте в условиях вынужденного движения.

Вычисленный коэффициент теплоотдачи в процессе сбраживания птичьего помёта с помощью перемешивания составил 83 Вт/(м²·К). Перепад температуры в биореакторе равен 2 градусам. Выход биогаза с 1 кг СОВ птичьего помёта составил 0,64 м³.

Анализ уравнения (2.32) показал, что основное влияние на процесс теплопередачи в сбраживаемом птичьем помёте оказывают теплопроводность λ, плотность ρ и конструктивно-технологические параметры перемешивающего устройства – диаметр d и число оборотов n. Два последних параметра характеризуют интенсивность вынужденного движения сбраживаемого птичьего помёта, изменяя при этом значение теплопроводности и плотности.

На практике, применяют большое многообразие перемешивающих устройств. Параметры n и d характеризуют перемешивающие устройства якорного и рамного типов. Чтобы оценить эффективность действия любого из всех других перемешивающих устройств применительно к перемешиванию сбраживаемой среды необходимо выявить критерий, соответствующий процессу анаэробной переработки птичьего помёта.

Е.З. Зигмунд, В.В. Кафаров [94, 112] и др. в своей практике эффективность перемешивающих устройств оценивали такими критериями, как время перемешивания t и комплекс (t·n). При анаэробной переработке птичьего помёта вышеуказанными критериями воспользоваться не представляется возможным, так как гидродинамический характер движения сбраживаемого птичьего помёта, в силу особенностей биологического развития бактерий метаногенной ассоциации, имеет свои особенности [139].

При организации температурных воздействий в качестве критерия эффективности перемешивания можно применить степень температурной однородности T/T_опт.

Как известно, степень температурной однородности характеризует интенсивность теплообмена в сбраживаемой среде, т.е. можно записать, что

. (2.33)

В конечном счёте, степень температурной однородности T/T_опт, а значит и коэффициент теплоотдачи α зависит от кратности циркуляции K_ц [53], поэтому зависимость (2.33) перепишется в следующем виде:

. (2.34)

Зависимости (2.33) и (2.34) отражают влияние закономерностей теплоотдачи на интенсивность процесса метаногенеза. Отыскание их вида позволит выявить критерий, характеризующий все виды перемешивающих устройств, использующихся в процессе анаэробной переработки органических отходов с получением биогаза.

2.2 Методика исследования процесса анаэробного сбраживания помета в биореакторе с перемешивающим устройством

Для исследований параметров и режимов функционирования процесса анаэробного сбраживания птичьего помёта нами разработана и изготовлена установка, схема которой показана на рисунке 2.2.

1 – биореактор; 2 – водяная рубашка; 3 – якорная мешалка;

4 – электродвигатель; 5 – термические датчики; 6 – манометр; 7 – обратный клапан; 8 – газгольдер; 9 – электрический котел; 10 – преобразователь частоты Delta; 11 – регулятор температуры ZET 7121; 12 – усилитель 8-АНЧ-23;13 – модуль «Sigma USB» АЦП ЦАП; 14 – персональный компьютер;15 – сумматор СБ-3

Рисунок 2.2– Схема экспериментальной установки с перемешивающим устройством для анаэробного сбраживания помёта

Установка состоит из биореактора 1, в котором происходит метановое сбраживание птичьего помёта, манометра 4, обратного клапана 5, газгольдера 6 для сбора и измерения объема выделяющегося биогаза, электрического котла 7 для нагрева воды, температурного регулятора 9 марки ПТР-3 с датчиком, прибора 8 для измерения температуры горячей воды, блока автоматического управления 8, термических датчиков 3, приборов 12, 13, 14 модели ЦТМ-5 для регистрации температуры в объёме биореактора и блок-схемы 10 для подсоединения датчиков к прибору ЦТМ-5.

Биореактор представляет собой цилиндрический вертикально расположенный сосуд СЭрн-2,0 объёмом 2,0 м³ с тепловой рубашкой. Температура брожения поддерживается при помощи полупроводникового температурного регулятора ПТР-3, датчик которого установлен в рубашке биореактора, и системы автоматического управления. Во избежание тепловых потерь в окружающую среду биореактор покрыт слоем пенополиуретана толщиной 0,06 м.

Загрузка птичьего помёта осуществляется через загрузочный патрубок, а выгрузка через люк, расположенный в центре дна биореактора.

Для сбора биогаза изготовлен газгольдер мокрого типа. Объём внутренней ёмкости газгольдера, предназначенной для измерения количества выделяющегося биогаза, составляет 1,0 м³.

Внутри биореактора расположены термические датчики для измерения температуры в объёме сбраживаемого помёта. Величина сопротивления датчиков 50 Ом. Каркас датчика сопротивления изготовлен из меди в форме втулки. На неё в несколько слоёв намотан чувствительный элемент, состоящий из тонкой эмалированной проволоки диаметром 0,1 мм с выводами из медной проволоки диаметром 1,5 мм. Сверху датчик покрыт слоем эпоксидной смолы (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3– Термический датчик

Для тарировки датчиков смонтировали измерительную цепь на разъёмах типа ШР по схеме, представленной на рисунке 4.4. В качестве образцового термометра применили ртутный термометр второго разряда. Так как, датчики предполагалось использовать в интервале температур 278…368 К, то в соответствии с методикой [62], их тарировку производили на дистиллированной воде.

Рисунок 2. 4– Схема измерительной цепи для тарировкитермических датчиков

После тарировки датчиков, измерительную цепь, в том же виде установили на опытную установку. Монтировали термические датчики в объёме биореактора в горизонтальных и вертикальных плоскостях, как показано на рисунке 2.5.

Рисунок 2. 5 – Фрагмент расположения термических датчиков в биореакторе

Обоснование расстояний установки датчиков в опытном биореакторе предварительно произведено замером температур в разных точках объёма сбраживания птичьего помёта на геометрически подобной лабораторной установке объемом 0,07 м³ (рисунок 2.6). Для этого датчики, устанавливаемые в объёме сбраживания, фиксировали по отношению друг к другу на различных расстояниях. Наименьший перепад температуры, технологически влияющий на скорость газообразования, оказался при расстоянии, расположенном между двумя ближайшими точками объёма сбраживания 0,2 м.

Рисунок 2. 6– Общий вид установки для измерения температурной неоднородности в объёме сбраживаемого птичьего помёта

Сигналы от датчиков поступали через блок-схему на регистрирующее устройство ЦТМ-5. Запись сигналов производилась с помощью печатающего устройства 13 и перфоратора 14 (рисунок 2.2). Измерение температурных полей в объёме сбраживаемого птичьего помёта в условиях свободной конвекции проводили следующим образом. Первоначально запускали электрический котёл, который подогревал воду, поступающую в тепловую рубашку биореактора, до температуры термофильного режима. Затем в биореактор загружали птичий помёт в объёме 1,6 м³. После начала интенсивного процесса распада СОВ птичьего помёта, о чём судили по объёму выделяющегося биогаза, производили регистрацию температуры в объёме сбраживания с использованием цифрового тензометрического моста. Запись значений температуры осуществляли посредством аппаратно-программного комплекса АЦП-ЦАП ZET 210, работающего в программе термических измерений.

При этом постоянно определяли количество выделяющегося биогаза и раз в сутки записывали показания в журнал наблюдений. Объём биогаза приводили к нормальным условиям (т.е. давлению 101,3 кПа и температуре 293 К) по формуле:

(2.35)

где V – объём биогаза при температуре Т и давлении Р, л;

Р – барометрическое давление, Па;

Т – температура газа, К;

Р – давление паров воды. Па.

Для обеспечения вынужденного движения сбраживаемого птичьего помёта в биореакторе 1 установили перемешивающее устройство, в качестве которого использовали якорную мешалку, как и при известных исследованиях интенсификации процессов теплообмена в жидких средах [14, 32, 36]. Перемешивающее устройство состоит из якорной мешалки 3, редуктора и электродвигателя 4, скорость которого регулируется преобразователем частоты Delta 10. Скорость вращения электродвигателя исследовали в диапазоне: 0,75, 1,13, 1,48, 2,30 с^-1.

Расход электроэнергии на поддержание заданной температуры брожения определяли с помощью счётчика ИЕА-ЗУ ГОСТ 6570-60.

Для контроля температуры сбраживания птичьего помёта и определения тепловых потерь в окружающую среду на входном и выходном патрубках тепловой рубашки биореактора были установлены хромель-копельные термопары. Термопары соединялись с цифровым термодатчиком ZET 7121.

При работе установки сначала включали систему подогрева воды, затем в биореактор загружали исходный птичий помёт. В течение некоторого времени следили за пуском биореактора и выводом его на рабочий режим. В это время контроль за температурой сбраживания осуществлялся при помощи регулятора температуры ПТР-3 и цифрового термодатчика ZET 7121.

После стабилизации процесса метанового сбраживания птичьего помёта, о чём судили по степени распада СОВ и выделению биогаза, биореактор переводили в непрерывный режим с ежесуточной загрузкой определенной дозы исходного птичьего помёта, который предварительно подогревался до температуры термофильного режима. Таким образом, достигали максимальной скорости процесса метаногенеза за счёт создания оптимальных условий для бактерий метаногенной ассоциации по питательным веществам.

Во время метанового сбраживания птичьего помёта включали перемешивающее устройство. В процессе исследований определяли влияние скорости и количества движений сбраживаемого птичьего помёта на интенсивность газообразования. Скорость движения птичьего помёта устанавливали варьированием частоты вращения якорной мешалки посредством частотного преобразователя Delta в пределах 0,75…2,3 с^-1. Количество движений или кратность циркуляции сбраживаемой массы получали в результате измерения времени перемешивания.

Измерение температуры в объёме биореактора производили цифровым терморегулятором ZET 7121 11. Регистрация значений температуры осуществлялась при помощи персонального компьютера 14. Выход биогаза определяли по положению верхней тарированной ёмкости газгольдера 8.

2.4 Результаты исследования работы биореактора с перемешивающим устройством

Ранее нами отмечено, что температура является параметром, в наибольшей степени влияющим на скорость технологического процесса.

При анаэробном сбраживании отходов животных и птицы всегда считалось, что температура во всех точках объёма биореактора является одинакова. Такое представление основывалось на том, что отходы животных и птиц в основном состоят из воды, в которой распространение теплоты неразрывно связано с движением макрообъёмов (конвекцией) вследствие температурной разности слоёв. Распространением теплоты в животноводческих отходах теплопроводностью обычно пренебрегали, ввиду малости толщины пограничного слоя.

Поскольку птичий помёт представляет собой сложную полидисперсную систему, которая состоит из воды, органического вещества и коллоидных частиц, нами была предпринята попытка исследовать процесс теплообмена в сбраживаемом объёме.

Исследования проводили в лабораторных геометрически подобных биореакторах ёмкостью 0,07 м³ (рисунок 2.7) и 2 м³ (рисунок2.9) в термофильном режиме в условиях свободного движения. Результаты исследований и обработки экспериментальных данных представлены на рисунке2.7.

Поверхность отклика (рисунок 2.7) показывает распределение температуры в объёме сбраживаемого птичьего помёта. Основное изменение температуры наблюдается в слое сбраживаемого птичьего помёта от температуры теплоносителя Т_т (А₀, В₀) до температуры ядра сбраживаемого птичьего помёта Т_я(А₂, В₂). Формируется слой на границе двух сред: теплоносителя и сбраживаемогоптичьегопомёта, разделенных стенкойбиореактора и называется тепловым пограничным слоем. Внутри объёма сбраживания температурное поле по горизонтали выравнивается и становится однородным (линии А₂, В₂ — А₄, В₄). Кроме неравномерности температурного поля в горизонтальной плоскости, в объёме сбраживания устанавливается неравномерность температуры по вертикали, вызываемая термической стратификацией. Общее действие этих двух явлений образует температурную неоднородность в объёме сбраживания, которая определяется интенсивностью теплообмена в ней. Причём, основной перепад температур наблюдается в пределах теплового пограничного слоя.

Рисунок 2. 7– Графическое изображение температурного поля в объёме сбраживаемого птичьегопомёта биореактора радиусом r и высотой h

Т=321,875-8,87x-8,75x²+9,875·y, (2.36)

Анализ критериального уравнения 2.36, описывающего явление теплообмена в сбраживаемом помёте в приближении пограничного слоя, показал, что основное влияние на его интенсивность оказывают физико-механические и теплофизические свойства птичьегопомёта. В процессе проведённых исследований было установлено,что указанные свойства СПП зависят от температуры сбраживания и концентрации СВПП. Значит и величина теплового пограничного слоя (δ) также зависит от температуры и концентрации СВ птичьегопомёта. Но, так как неоднородность температурного поля в опытах не превышает 10 градусов (рисунок2.8), то основное влияние на δоказывает концентрация СВ птичьего помёта.

Влияние концентрации СВ на величину δ представлено на рисунке2.8. Анализ графика показывает, что величина теплового пограничного слоя линейно возрастает в пределах концентрации СВ помёта наиболее благоприятной для проведения процесса анаэробной обработки (от 5% до 20%). В указанном интервале 5 возрастает на 0,363 м.

Рисунок 2. 8– Зависимость величины теплового пограничного слоя δот концентрации CВ св сбраживаемом птичьем помёте

С целью обобщения опытных данных и распространения исследований на другие подобные явления, последние, согласно второй теоремы подобия, обрабатывались в форме критериальной зависимости [54]. Обработка опытных данных позволила получить уравнение, описывающее процесс теплообмена в сбраживаемом птичьем помёте в приближении пограничного слоя в геометрически подобных биореакторах:

. (2.37)

Применимость полученного уравнения и значения постоянных безмерных чисел проверяли по методу линеаризации [30]. Так как все опытные точки располагаются на одной общей прямой (рисунок2.9), то уравнение (2.37) достоверно описывает процесс теплообмена в объёме сбраживаемого птичьего помёта.

Рисунок 2. 9– Теплообмен в условиях свободного движения в объёме сбраживаемого птичьего помета

Анализ уравнения 2.37показывает, что теплообмен в объёме сбраживания осуществляется в условиях свободного движения птичьего помёта. Значения чисел (Gr·Pr), равные 1,62·10⁹…7,66·10¹⁰, указывают на то, что движениептичьегопомёта протекает в двух режимах.

При концентрации СВ в СПП от 2 % до 5% теплообмен происходит при свободном переходном режиме движения. Он отличается неустойчивостью процесса течения и теплообмена. В среднем теплообмен при переходном режиме возрастает от значений, соответствующих ламинарному течению, до значений, соответствующих турбулентному движению сбраживаемой среды. Это становится возможным в силу низкого значения вязкости в данном интервале концентрации СВ птичьего помёта, которая по своим характеристикам близка к воде. Передача теплоты в такой среде в пределах теплового пограничного слоя происходит конвекцией. Толщина теплового пограничного слоя при этом незначительна (рисунок2.10). Коэффициент теплообмена (α), определяющий интенсивность данного явления, имеет наибольшее значение (рисунок 2.11), так как по своей величине приближается к коэффициенту теплообмена воды.

Рисунок 2. 10– Зависимость коэффициента теплоотдачи αсбраживаемого птичьего помёта от температуры Т и концентрации СВ C

В интервале концентрации СВ 8…20% теплообмен в сбраживаемом птичьем помёте осуществляется в условиях свободного ламинарного режима движения. При данной концентрации СВ силы внутреннего взаимодействия частиц птичьего помёта уравновешивают подъемную силу свободного движения вблизи поверхности теплоносителя, и передача теплоты естественной конвекцией в сбраживаемом птичьем помёте в пределах теплового пограничного слоя затрудняется. Теплота в объёме сбраживания распространяется преимущественно теплопроводностью. Значение коэффициента теплообмена α в этом интервале концентрации СВ резко снижается (в 2…3 раза), а величина теплового пограничного слоя δ достигает своего максимального значения – 0,383 м.

Наличие температурной неоднородности в объёме сбраживаемого птичьего помёта снижает интенсивность процесса метаногенеза. Как было установлено, даже незначительные отклонения температуры в 2…3 градуса резко снижают скорость газообразования. Так, при создании оптимальной температуры жизнедеятельности метановых бактерий в пристенном слое (тепловом пограничном слое) – центральная зона сбраживания будет иметь температуру ниже оптимальной. В результате воздействия данной температуры на метановой бактерии последние будут вынуждены адаптироваться к новым температурным условиям. Адаптация бактерии будет длиться некоторый срок. При этом белковые структуры бактерий перестраиваются для функционирования в новом температурном интервале и, следовательно, заложенный в них генетический потенциал метаболической активности будет использован лишь частично. Выход биогаза в зоне расположения метановых бактерий с низкой метаболической активности будет низкий.

Установление оптимальной температуры брожения в центральной зоне вызывает повышение температуры в пристенном слое, что приводит к снижению газопроизводительности метановых бактерий в нём, так как воздействие повышенной температуры порождает у метановых бактерий аналогичные явления, что и температура ниже оптимальной.

Изучая производительность метановых бактерий в вышеперечисленных условиях, был исследован выход биогаз с 1 кг СОВ птичьего помёта. Выход биогаза определялся в пределах концентрации СВ, характерной для концентрации СВ в исходном птичьем помёте, полученном на птицефабриках с клеточным содержанием птицы, в том числе, и на предприятии «Птицефабрика Шпаковская», равной 7…15%. В опытах максимальный выход биогаза составил 0,38 м³/кг СОВ при концентрации СВ в помёте 14…15%.

Анализ данных по удельному выходу биогаза, приведённых в трудах В. Баадера [17], В.С.Дубровскиса и У.Э.Виестура [85], и опытных данных показывает, что полученное в исследованиях значение выхода биогаза соответствует самым низким значениям его, полученным другими исследователями. Наряду с низким значением выхода биогаза многими исследователями был получен значительно больший удельный выход биогаза с единицы СОВ. Так, J. Vutasala [360] при метановом брожении помёта в термофильных условиях получил 0,5…0,75 м³ биогаза с 1 кг распавшегося СОВ. Большой интервал варьирования его выхода указывает на то, что в опытах видимо был использован птичий помёт с различным химическим составом.

Предельный выход биогаза, который возможно получить в условиях термофильного режима с 1 кг СОВ по В. Баадеру [17] составляет 0,8…1,0 м³. Его ещ1 называют теоретическим выходом биогаза. Как видим, максимально возможный выход биогаза с единицы распавшегося СОВ в 2,1…2,6 раза превышает продукцию биогаза, полученную в экспериментальных условиях при свободном движении сбраживаемого птичьего помёта. Это означает, что процесс метаногенеза при свободном движении проходит неэффективно. Следовательно, при анаэробном сбраживании птичьего помёта в условиях свободного движения имеются значительные ресурсы для увеличения продукции биогаза.

Для определения предельной величины продукции биогаза, оптимального температурного режима и влияния однородной температуры на процесс анаэробного сбраживания птичьего помёта были проведены многочисленные опыты на биореакторах объемом 0,003м³. В биореакторах в режиме одноразовой загрузки сбраживали ПП с одинаковым химическим составом при разных температурах от 312 К до 328 К.

Ввиду малого объ1ма биореакторов в сбраживаемом птичьемпомёте достигалось однородное температурное поле по всему объёму. Результаты опытов приведены на рисунках 2.11, 2.12, 2.13 и в приложении И.

Рисунок 2. 11– Зависимость выхода биогаза от длительности сбраживания

При низких температурах (312 К…316 К) процесс анаэробного брожения протекает медленно (рисунок 4.2.5). Наибольшего значения выход биогаза в процессе сбраживания достигает на 11…13 сутки. Резко выделяющихся точек на кривой продукции биогаза при низких температурах не наблюдается, газообразование проходит равномерно. С повышением температуры до 324 К уже в первые сутки происходит выделение больших количеств биогаза. Максимальное значение продукции биогаза достигается на 6 сутки брожения, после чего идёт резкий спад газогенерации. При достижении температуры 328Кгазопроизводительность метановых бактерий несколько снижается. Максимальное выделение биогаза наблюдается на 9-10 сутки брожения. Таким образом, в исследуемом диапазоне температур выявлен один пик на кривой продукции биогаза, который соответствует температуре 324 К (51°С).

В литературе единого мнения на счёт величины оптимальной температуры термофильного режима сбраживания нет. Исследователи называют разные значения оптимума: J. Vutsala [360]327К, Л.Г. Логинова [154] – 326 К, Н.Д. Иерусалимский [97] – 328 К. Объясняется это различием состава ассоциаций микроорганизмов в биореакторах и сырья по химическому составу.

Полученная кривая 1 (рисунок 4.2.6) больше согласуется с кривой Дубровскиса B.C. [84], так как в исследуемом диапазоне температур наблюдается повышение выхода биогаза с одним пиковым значением. Ожидается, что при более длительном сбраживании общий выход биогаза при низких температурах возрастет и приблизится к величинам общего выхода, полученных при более высоких температурах.

Рисунок 2. 12– Зависимость выхода биогаза V и времени сбраживания τ от температуры броженияТ

Одним из главных преимуществ проведения процесса анаэробного сбраживания при высоких температурах является интенсивность, которая дает возможность вести процесс с меньшими затратами времени. Так, сбраживание птичьего помёта при оптимальной температуре равной 324 К уменьшает время распада СОВ на 76,9% отТ= 312 К, на 50% от Т = 316К, на 25,6% от Т =32 К, на 42,2% от Т = 32 К (рисунок 4.2.7). Соответственно и газовыделение при 324 К было выше, чем при других температурах.

Рисунок 2. 13– Зависимость степени разложения СВ птичьего помёта от времени сбраживания

Таким образом, при оптимальном температурном режиме (324К) анаэробного сбраживания птичьего помёта и однородном температурном поле удельный выход биогаза из 1 кг СОВ составил 0,71 м³, что соответствует величинам, полученным другими исследователями [60, 84, 360], и значительно отличается от величины выхода биогаза, полученного в условиях неоднородного температурного поля.

Интенсификация теплообмена в сбраживаемой среде возможна при замене свободного движения на вынужденное, в пределах теплового пограничного слоя, который определяет закономерности теплообмена. Согласно критериального уравнения (3.34), описывающего процесс теплообмена независимо от способа перемешивания, режим движения сбраживаемой среды характеризуется значением числа Рейнольдса (Re_ц). Определяющей величиной режима движения является частота вращения п мешалки.

Очевидно с увеличением п будет увеличиваться числоRe_ц, а также число Nu, характеризующее интенсивность теплоотдачи в сбраживаемой среде. Однако, при анаэробном сбраживании помёта значительно повышать частоту вращения мешалки не рекомендуется, так как в силу биологических особенностей жизнедеятельности бактерии метаногенной ассоциации скорость движения помёта не должна превышать 0,5 м/с [139]. В экспериментах линейная скорость якорной мешалки не превышала данного значения и изменялась в пределах 0,13…0,4 м/с.

Кроме того при фиксированном значении частоты вращения мешалки на однородность системы влияет также длительность перемешивания τ. Совместное влияние этих величин обычно представляется в виде комплекса τ·п, который выражает количество оборотов мешалки.

На рисунке 4.2.8 представлены графики, характеризующие изменение температурной однородности объема сбраживаемого помёта при значениях скоростей движения W₁= 0,13м/с, W₂= 0,20м/с, W₃= 0,27м/с, W₄= 0,40м/с.

По характеру полученных графических зависимостей можно сделать вывод, что наиболее интенсивно перемешивание происходит при скорости движения сбраживаемого птичьего помёта, близкой к максимально допустимой и равной 0,4 м/с. Причем, расход энергии при этой скорости наименьший. Подтверждением сказанного служит график (рисунок 4.2.9), отражающий зависимость расхода энергии перемешивающего устройства от его скорости.

Рисунок 2. 14– Зависимость температурного перепада ΔТ сбраживаемого помёта от количества перемешиваний h

Рисунок 2. 15– Зависимость расхода энергии при перемешивании сбраживаемого птичьегопомёта от скорости перемешивающего устройства

При перемешивании сбраживаемой среды со скоростью движения 0,4 м/с после 50 оборотов мешалки достигается температурная однородность, соответствующая требованиям технологического процесса, а затем после 80 оборотов она стабилизируется, и дальнейшее перемешивание не оказывает заметного влияния на эту величину. Это свидетельствует о снижении интенсивности воздействия мешалки на перемешиваемую среду, а также подтверждает общепринятую многими исследователями [94, 102, 124, 320] характеристику процесса перемешивания равную постоянному значению, т.е.

, (2.37)

где С’ — постоянная, зависящая от свойств сбраживаемого птичьего помёта и конструктивной формы мешалки.

Соответственно росту температурной однородности сбраживаемой среды в зависимости от интенсивности перемешивания растёт и значение коэффициента теплоотдачи α, который определяет скорость распространения теплоты в объёме сбраживаемого птичьего помёта. Для описания явления теплоотдачи в сбраживаемой среде и определения коэффициента теплоотдачи в ней было выведено критериальное уравнение в приближении пограничного температурного поля

. (2.38)

Полученные экспериментальные данные обрабатывались согласно приведенному уравнению. В результате обработки получено уравнение, описывающее явление теплоотдачи в геометрически подобныхбиореакторах при сбраживании птичьего помёта

(2.39)

Правомерность выбора постоянного числа K₁и показателей степенейА, В, С и Е уравнения (2.39) проверяли по методу линеаризации (рисунок 4.2.10) [99]. Сопоставление опытных и расчётных значений при перемешивании показывает, что корреляция экспериментальных данных удовлетворительна. Из анализа критериального уравнения (2.39) можно сделать вывод, о том, что с увеличением числа Re_w коэффициент теплоотдачи увеличивается. При этом, величина теплового пограничного слоя δ уменьшается и, следовательно, интенсивность процесса метаногенеза увеличивается.

Влияние отношения D/d_M возрастает с увеличением этого отношения, что объясняется изменением структуры потока.

Рисунок 2. 16– Теплоотдача при вынужденном движении в объёме сбраживания птичьего помёта

Для удобства практических расчётов и выявления влияния исследуемых параметров на коэффициент теплоотдачи полученное уравнение (4.5) решено относительно последнего

. (2.40)

Для установления производительности метановых бактерий ввышеупомянутых условиях при оптимальных значениях концентрации СОВ и температуры был исследован выход биогаза с 1 кг СОВ (рисунок4.2.11).

Рисунок 2. 17– Выход биогаза V в зависимости от интенсивности теплообмена в объеме сбраживаемого помёта

Максимальное значение выхода биогаза 0,64м³/кг СОВ получено при 15% концентрации СОВ, температуре брожения 324 К, интенсивности теплоотдачи в сбраживаемом помёте, равной 83,0 Вт/(м²·К).

На основании исследований отечественных и зарубежных специалистов, а также проведенных нами (см. рисунок 4.2.5) выявлено, что максимальная производительность метанового сбраживания достигается в объёме с однородным температурным полем.Для этого необходимо, чтобы выполнялись условия (рисунок4.2.1):

и , (2.41)

при которых температура во всех точках объема сбраживаемого птичьего помёта будет однозначна :

. (2.42)

В этом случае достигается максимальная температурная однородность сбраживаемой среды, которая определяется минимально возможным отклонением местных температур (T_i) от оптимального значения её (Т_опт),т.е.

. (2.43)

Получение однородного температурного поля в объёме сбраживания неразрывно связано с эффективностью работы перемешивающих устройств. Эффективность перемешивания по Ф.Стренку [276] определяется количеством энергии, затрачиваемой на перемешивание для достижения требуемого технологического эффекта. Поскольку на практике для интенсификации процесса теплоотдачи применяются различные типы биореакторов и множество видов перемешивающих устройств, то в качестве общей оценки работы последних данный критерий использоваться не может.

Кафаров В.В. [112], Зигмунд Ф.Ф., Часовский Е.З. [94], Капустин А.С. [103] процесс перемешивания характеризуют с другой стороны – качеством перемешивания. Очевидно, что качество перемешивания при интенсификации процессов теплообмена характеризуется степенью температурной однородности перемешиваемой среды, которая определяется значением:

. (2.44)

Обычно степень температурной однородности перемешиваемой среды задают по условиям технологического процесса. Период, необходимый для достижения заданной температурной однородности среды, называется длительности перемешивания. Непосредственно длительность перемешивания определяется кратностью циркуляции и степенью турбулентности перемешиваемой среды [315]:

, (2.45)

где τ — длительность перемешивания, с;

К_ц — кратность циркуляции;

V — рабочий объем перемешиваемой среды, м³;

Q_ц — объемный расход циркуляции, м³/с.

Ввиду особенностей биологического развития бактерий метаногенной ассоциации степень турбулентности имеет постоянное значение и на длительность перемешивания влияния не оказывает. Таким образом, длительность перемешивания τ, а, следовательно, и степень температурной однородностиТ/Т_оптсбраживаемого птичьего помёта зависит от кратности циркуляции К_ц в биореакторе:

. (2.46)

Теоретическая температурная однородность перемешиваемой среды (Т/Т_опт=1) достигается при числе циркуляций, стремящихся к бесконечности (). На практике необходимое количество циркуляций зависит от условий технологического процесса. Технологически допустимая степень температурной однородности соответствует значениям 0,96 и выше [53].

В объёме сбраживаемого птичьегопомёта степень температурной однородности колеблется в пределах от 0,798 до 0,970. Основное влияние на Т/Т_опт оказывает величина концентрации СВ в птичьемпомёте.

С целью зависимости кратности циркуляции К_ц, влияющей на длительность перемешивания и энергозатраты, и выявления зависимости степени температурной однородности Т/Т_опт от концентрации СВ в птичьем помёте были проведены исследования на лабораторной установке ёмкостью 2 м³ (рисунок2.18). Результаты исследований обработаны по методу наименьших квадратов использованием пакета стандартных программ [42]. В итоге получены зависимости (рисунки 2.18, 2.19), описываемые уравнениями:

(2.47)

(2.48)

Рисунок 2. 18– Зависимость степени температурной однородностиТ/Т_опт от концентрации СВ С сбраживаемого птичьегопомёта

Рисунок 2. 19– Зависимость степени температурной однородностиТ/Т_оптсбраживаемого птичьего помёта от кратности циркуляции К_ц

Как видно из полученной зависимости (рисунок2.19), кратность циркуляции К_цсбраживаемого птичьегопомёта изменяется значительно: от 0,7 до 8,8. Так, при величине концентрации СВ в помёте равной 2% степень температурной однородностиТ/Т_опт удовлетворяет требуемому технологическому эффекту и равна 0,97 (рисунок 2.20). В этом случае сбраживаемый птичийпомёт по своему качеству напоминает воду, в которой величиной теплового пограничного слоя можно пренебречь и, следовательно, перемешивать его нет необходимости.

При увеличении концентрации СВ в птичьем помёте с 5% до 8% в объеме сбраживания возникают силы внутреннего взаимодействия, препятствующие распространению теплоты при помощи свободного движения. Степень температурной однородностиТ/Т_опт снижается до значения Т/Т_опт= 0,931 ниже технологически требуемого, поэтому для преодоления сил внутреннего взаимодействия используется перемешивание. Причём величина кратности циркуляции К_ц резко увеличивается от нулевого значения до 3,2.

Дальнейшее увеличение концентрации СВ в помёте с 8% до 17% заметно снижает степень температурной однородностиТ/Т_оптдо значения 0,870. В данном интервале концентраций СВсбраживаемый птичийпомёт напоминает аморфное тело, в котором распространение теплоты преобладает теплопроводностью. Поэтому для достижения технологически заданной степени температурной однородностиТ/Т_опт кратность циркуляции К_ц постепенно возрастает до значения 5,0.

При увеличении концентрации СВ в птичьем помёте до 24% последний теряет способность расслаиваться на жидкую и твёрдую фракции и степень температурной однородностиТ/Т_опт резко снижается до 0,798. Для достижения величинойТ/Т_опт технологически требуемого значения 0,96 кратность циркуляции К_цувеличивается и составляет 8,0.

2.5 Определение режимных и конструктивных параметров работы обезвоживающего устройства

2.5.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы обезвоживателя

При разделении неоднородных сред (каковой является сброженный помет) в зависимости от того, какая фаза движется относительно другой, различают два основных метода разделения: осаждение и фильтрование.

Процессы осаждения осуществляются в механических полях: гравитационном и центробежном. Осаждение осуществляется в том случае, когда на частицы обеих фаз одинакового размера действует силовое поле с различной интенсивностью.

Фильтрование может осуществляться при воздействии на систему всех сил, не зависимо от их размера и плотности.

Практическое использование этих методов показывает, что фильтрование, причем активное, наиболее широко применяется на практике очистки отходов любого производства. Этот метод позволяет более интенсивно использовать машины и получать продукты на выходе при низких энергетических затратах. При фильтровании дисперсная система проходит через специально предназначенное для разделения пористое тело – фильтрующий элемент.

В «чистом» виде ни один из этих методов не имеет место. Процессы фильтрации в той или иной степени сопровождаются и фильтрованием и осаждением.

Решающее значение при разделении системы имеет отношение скорости фильтрования к скорости осаждения твердых частиц под действием сил тяжести и центробежных сил, т.е.

(2.49)

где – объем жидкой фазы, прошедший за единицу времени

через единицу площади , м³;

– скорость осаждения твердой фазы под действием сил тяжести

и центробежных сил, м/с.

Величина определяется по формуле:

(2.50)

Скорость осаждения определяется по формуле Стокса:

(2.51)

где – размер твердых частиц, м;

, – масса, соответственно, твердой и жидкой фазы, кг/м³.

После подстановки значений и в (2.51) имеем:

(2.52)

Исследователь В.А. Жужиков указывает, что фильтрование при значении отношения идет с закупоркой пор, при значении в диапазоне идет промежуточный процесс и при значении отношения идет фильтрование с образованием осадка. Как показал предварительный расчет для обезвоживания сброженного помета, значение находится в пределах 3…650.

Таким образом, обезвоживание сброженного помета в фильтрующем барабане можно отнести к первой группе – фильтрование с образованием осадка. Поскольку фильтрующий барабан совершает колебательные движения вокруг оси, поэтому в данном случае фильтрование с образованием осадка происходит в центробежном поле.

Сам процесс осуществляется устройством для обезвоживания (см. рисунок 2.20) следующим образом.

В начале процесса сброженный помет влажностью 92…94% подается в фильтрующий барабан. В нем он ведет себя как дисперсная система, которая состоит из твердой и жидкой фазы, с высокой влажностью и низкой вязкостью. Фильтрующий барабан совершает периодические колебательные движения по окружности с определенным сектором движения, равным амплитуде колебаний барабана. Твердая фаза сброженного помета постепенно накапливается в нижней части внутренней поверхности барабана. В это время большая часть жидкой фазы (свободная влага) проходит через поры капилляров фильтрующего элемента и выводится из обезвоживателя. Постепенно на внутренней поверхности барабана образуется осадок, состоящий из твердой фазы и небольшого количества свободной влаги. Влажность данного осадка составляет 78…80%. На этом этапе обезвоживания сброженного помета превалирует метод осаждения твердой фазы.

Дальнейшее удаление оставшейся свободной влаги, которая располагается между твердыми частицами сброженного помета, и физико-механически связанной влаги рассмотрим на примере объема осадка сброженного помета, совершающего колебательное движение совместно с фильтрующим барабаном (рис. 2.20).

В фильтрующем барабане происходит постепенное формирование осадка из твердой фазы. Осадок заполняет половину объема фильтрующего барабана, совершая колебательные движения вместе с барабаном.

Рисунок 2. 20– Схема формирования осадка сброженного помета в фильтрующем барабане:

а) исходное положение осадка; б) положение при совершении периода колебания; в) положение осадка при совершении колебания

При движении осадка вверх за счет сил трения с внутренней поверхностью фильтрующего барабана на него начинает воздействовать давление, которое состоит из сил, создаваемых центробежным и гравитационным полями. Совместное воздействие этих сил способствует тому, что в осадке твердые частицы постепенно сближаются между собой, т. е. происходит их уплотнение. В результате происходит выдавливание свободной и физико-механически связанной влаги из осадка. Поднимаясь вверх вместе с внутренней поверхностью осадок, доходит до максимально возможной верхней точки. Как только силы сцепления снижаются до минимального значения, осадок начинает резко падать вниз. При этом он разрушается. Кроме того, при скатывании его вниз происходит уплотнение органических частичек твердой фазы. Это способствует выдавливанию свободной и физико-механически связанной влаги из осадка.

Важным моментом при таком движении осадка и фильтрующего элемента является то, что происходит постоянное обновление его поверхности. В итоге капилляры не закупориваются, и влага без препятствий выводится из барабана.

Совершая постоянно повторяющиеся колебания, осадок постепенно уплотняется. Это происходит до тех пор, пока давление, создаваемое гравитационными и центробежными силами достаточно для сжатия осадка. При установлении равновесия между силами, сжимающими осадок, и силами сопротивления сжатию твердой фазы обезвоживание сброженного помета заканчивается. Дальнейшее воздействие данного явления на процесс обезвоживания становится невозможным. Влажность осадка после фильтрования в фильтрующем барабане составляет 65…68%. Жидкая фаза в процессе всего времени постоянно отводится через капилляры фильтрующего элемента в кожух, в котором имеется патрубок для ее удаления из обезвоживающего устройства.

При сравнении объемов поступившего сброженного помета на обезвоживание и объема уплотненного осадка, состоящего из органических частичек твердой фазы установлено, что объем уплотненного осадка составляет ¼ часть от его первоначального объема, поступившего на обезвоживание. Следовательно, процесс обезвоживания сброженного помета на разработанном устройстве позволил уменьшить его первоначальный объем на ¾ части.

Анализ процесса обезвоживания показал, что особое значение при фильтровании имеет движение, которое совершает осадок совместно с фильтрующим барабаном. Для выявления закономерностей обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане рассмотрим это движение.

2.5.2 Теоретическое исследование рабочего процесса обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане

Анализ движения, которое совершает осадок, сформированный из твердой фазы сброженного помета, показывает, что это механическое колебательное движение, причем с одной степенью свободы. Сам осадок представляет собой систему, состоящую из твердых частичек органического вещества сброженного помета. Положение системы определяется одной обобщенной координатой , а движение системы под действием приложенных к ней сил – изменением этой координаты с течением времени. Система совершает колебания в вертикальной плоскости (рис. 2.2). Расстояние, пройденное системой, определяется одной обобщенной координатой – углом между конечными плоскостями и , проходящими через центр тяжести осадка.

Колебательное движение системы с одной степенью свободы относится к периодическим колебаниям, при которых значения физических величин , изменяющихся во времени в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени :

(2.52)

где – время, с;

– период колебаний, с.

За период осадок совершает одно полное колебание. Число полных колебаний в единицу времени определяется как:

(2.53)

где – частота периодических колебаний, с^-1.

а)

б)

Рисунок 2. 21– Характер движения осадка в фильтрующем барабане:

а) схема колебаний фильтрующего барабана;б) общий ход колебательного движения

Поскольку осадок совершает периодические колебания, при которых изменение во времени физической величины происходит по закону синуса или косинуса, тогда такое движение можно представить в виде:

(2.54)

где – отклонение колеблющегося осадка от его начального

положения, м;

– амплитуда колебания, рад;

– начальная фаза периодических колебаний, рад;

– частота колебания, рад/с.

Колебательное движение передаются осадку посредством фильтрующего барабана, который в свою очередь приводится в действие от механической системы. Характер колебаний формируемых механической системой является вынужденным. Вследствие этого начальная фаза колебания теряет свой смысл, и движение осадка описывается уравнением:

(2.55)

Частота периодических колебаний связана с периодом колебаний соотношением:

(2.56)

Выражение под синусом является комплексной величиной и определяет фазу периодических колебаний.

Следовательно, фильтрующий барабан совершает периодические вынужденные колебания с частотой возмущающей силы. Амплитуда вынужденных колебаний барабана не зависит от начальных условий и времени.

Предварительные поисковые опыты позволили определить значения основных величин, характеризующих периодическое колебательное движение осадка, состоящего из твердой фазы сброженного помета в фильтрующем барабане. Так, частота колебаний осадка составляет 4,89рад/с, амплитуда колебаний равна 2,44рад, период колебания осадка равен 1с, при этом линейная скорость осадка находится в пределах 0,5…0,7м/с.

На основании общей схемы работы устройства в фильтрующем барабане происходит фильтрование сброженного помета с образованием осадка при изменяющемся давлении и периодической подаче в барабан перерабатываемого материала.

Движущей силой процесса фильтрования с образованием осадка является гидростатическое давление создаваемое над осадком и в его порах. При прохождении жидкой фазы через поры осадка развиваемое давление полностью расходуется на преодоление сопротивления слоя осадка и на сообщение жидкой фазе некоторой кинетической энергии. Значение величины этой энергии настолько мало, что ею можно пренебречь. Гидростатическое давление слагается из давления, создаваемого центробежным полем и давления, создаваемого гравитационным полем.

При постоянной скорости сброженный помет в фильтрующем барабане будет находиться в состоянии относительного покоя. Для установления закономерностей этого состояния используем дифференциальное уравнение гидростатики Эйлера:

, (2.57)

где – давление в любой точке сброженного помета, Па;

– плотность сброженного помета, кг/м³;

– проекция ускорения на координатные оси.

В нашем случае на произвольно выбранную элементарную частицу сброженного помета будет действовать центробежная сила, проекции которой на координатные оси равна:

. (2.58)

Кроме того, на эту частицу будет действовать сила тяжести по направлению оси :

. (2.59)

Подставляя эти значения ускорений в уравнение (2.57), и интегрируя его, получим:

. (2.60)

Постоянную интегрирования найдем из условия, что при значении координат избыточное давление на поверхности сброженного помета равно нулю, следовательно, постоянная интегрирования . Далее, заменив плотность удельным весом и текущую координату радиусом вращения фильтрующего барабана, найдем:

, (2.61)

. (2.62)

Выражение (2.62) дает представление о мере соотношения центробежных и гравитационных сил.

Давление центробежных сил найдем, умножая правые части выражений (2.61) и (2.62) на удельный вес и вычитая почленно, получим:

. (2.63)

Радиус в выражении (2.63) является средним радиусом сечения осадка сброженного помета, который равен половине сумме радиусов всей высоте осадка в барабане и определяется выражением:

, (2.64)

а полная сумма радиусов осадка равна высоте всего слоя осадка и обозначается , т. е.

, (2.65)

где — расстояние от оси барабана до нижнего слоя осадка, м;

— расстояние от оси барабана до верхнего слоя осадка, м.

После подстановки новых значений в уравнение (2.63) и соответствующих преобразований запишем:

. (2.64)

Величина представляет собой фактор разделения для среднего радиуса осадка. В итоге полное давление на осадок в центробежном и гравитационном поле можно определить выражением:

, (2.65)

где – гидростатическое давление осадка, Па;

– фактор разделения.

Гидростатическое давление высоты слоя осадка определяется выражением:

. (2.66)

Следовательно, при центробежном осаждении давление увеличивается по сравнению с гидростатическим давлением в гравитационном поле пропорционально фактору разделения. Совместное действие давлений является движущей силой процесса, от которой зависят его технологические параметры.

С целью выявления значимости давления развиваемого в гравитационном поле и давления развиваемого в центробежном поле нами были проведены сравнительные опыты. Расчеты показали следующее. Значение центробежной скорости элементарной частицы жидкой фазы составило 4,07м/с2. Значение ускорения силы тяжести составляет 9,81м/с2. Как видим, сила тяжести превосходит центробежную силу в 2,4 раза. Поэтому можно сделать вывод, что давление, развиваемое гравитационной составляющей разделения, оказывает большее влияние на процесс обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане, чем давление создаваемое центробежными силами. В дальнейших расчетах следует учитывать действие гравитационных и центробежных сил, так как общее давление на осадок является величиной равной произведению значений двух величин: фактора разделения и гидростатического давления.

Таким образом, анализ теоретических исследований позволяет сделать ряд допущений, положенных в основу дальнейших исследований.

1. Течение жидкой фазы в порах осадка и капиллярах фильтрующего барабана радиальное и подчиняется ламинарному режиму течения.

2. За основу для дальнейших исследований применяем дифференциальное уравнение фильтрования. Так как масса осадка сброженного помета , накапливаемая на фильтрующей перегородке непостоянна, и зависит от влажности, то ее рационально заменить массой сухого вещества осадка . Удельное сопротивление осадка в данном случае будет выражать среднее удельное сопротивление осадка сброженного помета, содержащего единицу массы сухого вещества.

Тогда основное уравнение фильтрования будет иметь вид:

, (2.67)

где – объем жидкой фазы сброженного помета, м³;

– время фильтрования, с;

– давление фильтрования, Па;

– площадь фильтрования, м²;

– удельное сопротивление фильтрующего элемента;

– масса сухого вещества осадка, образующегося на единице

площади перегородки при прохождении через нее единицы

объема фильтрата, кг.

– удельное массовое сопротивление осадка;

– удельное сопротивление фильтрующего элемента;

3. Колебательное движение фильтрующего барабана является следствием интенсификации процесса обезвоживания сброженного помета, так как способствует постоянному обновлению площади фильтрующей поверхности барабана.

4. Так как в качестве фильтрующего элемента используются металлическая сетка, допускаем, что он в пределах исследуемых давлений несжимаем и его удельное сопротивление с учетом закупорки капилляров в процессе работы остается постоянным.

2.5.3 Определение режимных и конструктивных параметров работы обезвоживающего устройства

Анализ процесса фильтрования сброженного помета показал, что процесс осуществляется в фильтрующем барабане за счет действия гравитационных и центробежных сил. В предлагаемом устройстве для обезвоживания, в отличие от центробежных устройств, происходит постоянное обновление поверхности фильтрующего элемента, разрушение осадка твердой фазы и постепенное уплотнение ее частиц. Перечисленные действия способствуют активному выделению свободной влаги по сравнению с другими устройствами и, следовательно, увеличению скорости фильтрования.

Для подтверждения данной гипотезы был проведен теоретический анализ уравнения, описывающего процесс обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане, совершающим периодическое колебание. В фильтрующий барабан поступает сброженный помет объемным расходом , который распределяется по внутренней его поверхности. За время в фильтрующий барабан поступает сброженного помета. При этом из него уходит объем жидкой фазы , образуя на фильтрующем элементе объем осадка, равный .

Из условия материального баланса можно записать:

. (2.68)

К моменту времени объем сброженного помета составит:

. (2.69)

В общем случае давление фильтрования, определяемое зависимостью (2.63), является величиной переменной ввиду постоянного изменения внутреннего радиуса слоя осадка в фильтрующем барабане.

Выразив суммарный объем, осадка твердой фазы, находящегося в фильтрующем барабане, который имеет цилиндрическую форму, через радиус и рабочую длину , получим:

, (2.70)

откуда найдем радиус осадка

. (2.71)

Тогда, подставив выражение (2.71) в формулу для определения давления фильтрования (2.63), получим:

. (2.73)

После замены объема через , из уравнения материального баланса (2.68) получим выражение:

. (2.74)

С учетом полученного выражения (2.74) основное уравнение фильтрования (2.67) после преобразования приняло вид:

. (2.75)

Поскольку осадок сброженного помета сжимаем, удельное сопротивление его также непостоянно и изменяется с изменением давления фильтрования. Формула для определения удельного массового сопротивления осадка сброженного помета имеет вид линейной зависимости [54]:

, (2.76)

где – постоянное число;

– коэффициент, учитывающий структурное сопротивление

осадка.

Таким образом, с учетом (2.76) окончательное уравнение обезвоживания с образованием осадка для общего случая:

. (2.77)

Уравнение (2.77) является универсальным и позволяет проанализировать возможные режимы и выявить параметры процесса обезвоживания сброженного помета в фильтрующем барабане.

1. Объем жидкой фазы, выделенной из сброженного помета, значительно зависит от площади фильтрующего элемента . Поскольку площадь фильтрующего барабана величина неизменная, и увеличивать размеры барабана не имеет смысла, поэтому в данном случае под площадью понимаем периодическое обновление фильтрующей поверхности.

2. Несколько меньшая зависимость наблюдается от объема выделившейся жидкой фазы и от частоты колебаний фильтрующего барабана .

3. Сопротивление фильтрующего элемента оказывает тем меньшее влияние, чем большее значение имеет площадь его обновления . Поскольку обновление поверхности фильтрующего барабана происходит постоянное, при каждом колебательном движении барабана, поэтому данным фактором можно пренебречь.

4. Процесс обезвоживания является периодическим, так как сброженный помет поступает на переработку порциями. поэтому остальные величины, входящие в уравнение (2.77) незначительно влияют на интенсивность процесса обезвоживания.

5. Для интенсификации процесса обезвоживания необходимо применить такой прием, который бы способствовал максимальному выделению влаги за короткий промежуток времени без лишних энергетических затрат. В качестве такого приема использовано движение фильтрующего барабана – периодическое колебание с амплитудой и периодом , определенной величины, способствующих увеличению круговой частоты, перемещению внешних и внутренних слоев осадка относительно друг друга и постоянному обновлению фильтрующего элемента. В результате время процесса обезвоживания уменьшается и увеличивается объем перерабатываемого сброженного помета.

2.5.4 Определение производительности обезвоживающего устройства

Исходя из схемы работы обезвоживающего устройства. Его производительность определяется режимом процесса фильтрования в условиях периодического колебания фильтрующего барабана. В общем случае производительность устройства равна:

, (2.78)

где – соответственно объемная производительность по жидкой фазе и осадку, м³.

Для определения объемной производительности барабана установим зависимости для и . Так как процесс фильтрования осуществляется при давлении , поэтому для вывода зависимости величины используем основное уравнение фильтрования:

, (2.79)

где – объем жидкой фазы с единицы фильтрующего элемента

барабана за время , м³.

При постоянном давлении фильтрования в уравнении (2.79) переменными являются и . Разделив переменные в этом уравнении, получим выражение:

, (2.80)

и проинтегрировав уравнение (2.80) от 0 до и от 0 до , запишем:

. (2.81)

Зависимость для объема жидкой фазы найдем, решая квадратное уравнение (2.81). При решении уравнения определяли только положительный корень, так как с физической точки зрения объем жидкой фазы не может быть величиной отрицательной:

. (2.82)

Удаление осадка осуществляется периодически за определенное время. Период обезвоживания одной порции сброженного помета равен одному циклу работы устройства. Время удаления одной порции – , тогда за единицу времени произойдет циклов удаления осадка т.е.

. (2.83)

В свою очередь зависит от такого фактора как круговой частоты колебаний :

. (2.84)

Так как зависимость (2.84) выражает суммарный объем жидкой фазы, полученный за время с единицы площади фильтрующего элемента, то средняя теоретическая скорость фильтрования будет равна:

, (2.85)

где – средняя теоретическая скорость фильтрования, м³/с;

а теоретическая производительность устройства для обезвоживания по жидкой фазе составит:

. (2.86)

Подставляя в выражения (2.85) и (2.86) значения для , а также уравнение для площади фильтрующего элемента:

, (2.87)

получим теоретическую скорость фильтрования:

, (2.88)

и теоретическую производительность устройства по жидкой фазе:

. (2.89)

Входящее в формулу (2.89) давление фильтрования определяется по зависимости (2.38):

,

а удельное сопротивление осадка – зависимостью общего вида:

.

Объемную производительность обезвоживающего устройства по осадку определяли с учетом влажности и плотности осадка по формуле:

, (2.90)

где – производительность по сухому веществу осадка, м³/ч;

– влажность осадка, %;

– плотность осадка, кг/м³.

Выразив через и , получим уравнение:

. (2.91)

Для определения плотности осадка и отношения массы сухого вещества осадка к объему жидкой фазы использовали зависимость [123], а затем выразили ее через :

, (2.92)

где – процентное содержание сухого вещества в исходном сброженном помете, %.

Формулу (2.92) можно записать, выразив через влажность исходной массы сброженного помета:

, (2.93)

где – влажность исходной массы сброженного помета.

Кроме того, при работе обезвоживающего устройства необходимо внести в уравнение производительности (2.88) коэффициент . Так при совершении колебательного движения осадок поднимаясь вверх по окружности барабана, при переходе из горизонтальной плоскости начинает осыпаться, т.е. верхняя его часть скатывается вниз на дно фильтрующего барабана. Это происходит до тех пор, пока силы сцепления осадка с барабаном и внутренние силы сцепления в осадке не уравновешиваются с гравитационными силами массы осадка. Таким образом осыпается половина объема осадка вниз. В это время происходит обновление поверхности фильтрующего элемента барабана. Обозначим действие этого эффекта коэффициентом .

После определения всех составляющих формулы (2.77) с учетом формул (2.77), (2.88) и (2.91) запишем окончательное выражение для определения объемной производительности обезвоживающего устройства:

. (2.94)

Анализ выражения (2.94) и уравнений, по которым определяются входящие в нее величины, показал, что производительность устройства для обезвоживания зависит от факторов конструктивного характера и технологических факторов, связанных с обрабатываемым сброженным пометом:

— давление фильтрования ;

— угловая частота фильтрующего барабана ;

— влажности и плотности получаемого осадка;

— удельного сопротивления осадка твердой фазы .

— коэффициента обновления поверхности фильтрующего элемента ;

— радиуса и длина фильтрующего барабана;

— удельного сопротивления фильтрующей перегородки ;

— влажности исходной массы сброженного помета ;

— коэффициент динамической вязкости и плотности жидкой фазы

сброженного помета;

— плотности сухого вещества сброженного помета ;

Основными параметрами процесса фильтрования сброженного помета в фильтрующем барабане характеризующими движущую силу процесса и сопротивление среды, является давление фильтрования , удельное сопротивление фильтрующей перегородки и удельное массовое сопротивление осадка .

Для анализа влияния основных конструктивных и кинематических параметров обезвоживающего устройства на его производительность упростим формулу (2.94). Принимаем, что удельное сопротивление перегородки равно нулю, то есть . Это объясняется тем, что в процессе колебаний поверхность фильтрующего барабана постоянно обновляется за счет его колебательного движения. Причем, за время одного полного колебания происходит полное обновление фильтрующей поверхности барабана. Это резко повышает производительность устройства. В итоге:

. (2.95)

Для упрощения проведения качественного анализа, формулы производительности обезвоживающего устройства удельное сопротивление осадка вместо линейной зависимости выразим степенной зависимостью вида:

. (2.96)

Степень силы давления учитывает уплотнение, которому подвергаются частички твердой фазы сброженного помета при скатывании на дно фильтрующего барабана.

Для осадка сброженного помета влажностью 91,9…97,6% показатель сжимаемости равен = 0,90…0,99 [38].

Подставив степенную зависимость для удельного сопротивления осадка в формулу (2.95), после преобразования получим:

, (2.97)

где – показатель степени, равный 0,05…0,005 при = 0,90…0,99.

Для упрощения формулы (2.97) обозначим:

, (2.98)

где – коэффициент, характеризующий постоянные величины,

относящие к параметрам центрифуги и обрабатываемого

материала при определении производительности.

Тогда, после преобразований запишем:

. (2.100)

Так как радиус фильтрующего барабана , имеющего форму цилиндра, и длина барабана есть линейные размеры обезвоживающего устройства, то

, (2.101)

где – любой линейный размер фильтрующего барабана цилиндрической формы, м.

Для давления фильтрования воспользуемся уравнением (2.48):

.

Подставив уравнение (2.48) в выражение (2.100), введя и в коэффициент и приняв, что , после преобразований получим:

. (2.102)

Анализ зависимости (2.102) показывает, что наибольшее влияние на производительность обезвоживающего устройства оказывают линейные размеры фильтрующего барабана с показателем степени . С увеличением линейных размеров фильтрующего барабана и соответственно площади фильтрующей поверхности производительность обезвоживающего устройства резко возрастает, увеличивается также и интенсивность роста производительности обезвоживателя. Так как при работе устройства происходит постоянное обновление фильтрующей поверхности барабана за счет колебательного движения, то данное свойство устройства подтверждается.

Немаловажное влияние на интенсивность процесса оказывает угловая скорость фильтрующего барабана , что видно по показателю степени данной величины равной . Причем, совместно с частотой колебаний значимо влияет на интенсивность процесса обезвоживания амплитуда колебаний , от которой зависит величина движущей силы процесса.

2.6 Методика исследования процесса обезвоживания в фильтрующем барабане

Для возможности изучения интенсификации процесса обезвоживания в условиях вынужденного движения разработана и изготовлена установка, схема которой представлена на (рисунок 2.22).

Комплект оборудования для проведения исследования включает также контрольно-измерительную аппаратуру, датчики для регистрации опытных данных, переходные блоки-согласования, силовые и управляющие приборы.

Рисунок 2. 22– Схема установки для обезвоживания влажных дисперсных систем с высокой эффективностью разделения:

1 – станина; 2 – кожух; 3 – сливной патрубок; 4 – расходный бак; 5 – заслонка; 6 – винтовой механизм; 7 – электродвигателя переменного тока; 8 – редуктор; 9 – кулисный механизм; 10 – фильтрующий барабан; 11 – подшипниковый узел; 12 – ременная передача; 13 – блок управления.

Рисунок 2. 23 – Общий вид установки для обезвоживания влажных дисперсных систем с высокой эффективностью разделения

1 – станина; 2 – кожух фильтрующего барабана; 3 – сливной патрубок; 4 – расходный бак; 5 – заслонка; 6 – винтовой механизм; 7 – электродвигателя переменного тока; 8 – редуктор; 9 – кулисный механизм; 10 – фильтрующий барабан; 11 – подшипниковый узел; 12 – ременная передача.

Устройство для обезвоживания сброженного птичьего помета состоит из станины 1, на которой смонтирован кожух 2, имеющий в нижней части сливной патрубок 3 для отвода жидкой фазы, а в верхней расходный бак 4 с заслонкой 5 для подачи сброженного птичьего помета. Кожух 2 устанавливается под углом к горизонту при помощи винтового механизма 6. В верхней части кожуха 2 устроен механизм привода, состоящий из электродвигателя постоянного тока 7, редуктора 8 и кулисного механизма 9. Колебательное движение от кулисного механизма 9 передается на наклонно расположенный фильтрующий барабан 10 рабочий орган устройства через подшипниковые узлы 11 при помощи ременной передачи 12. Амплитуда колебания наклонно расположенного фильтрующего барабана 10 устанавливается подбором длины плеча кулисного механизма 9 и передаточного соотношения шкивов ременной передачи 12. Частота колебаний наклонно расположенного фильтрующего барабана 10 регулируется блоком управления 13, который снабжен для этого реостатом 14. В нижней части наклонно расположенного фильтрующего барабана 10 устроена заслонка 15 с рукояткой 16. Наклонно расположенный фильтрующий барабан состоит из цилиндрического остова 17 и натянутого на нем фильтрующего элемента 18.

Осуществления процесса обезвоживания сброженного птичьего помета на предлагаемом устройстве.

Наклонно расположенный фильтрующий барабан 10 устанавливается под углом к горизонту в 3 градуса при помощи винтового механизма 6. При включении блока управления 12 установка начинает работать. При этом вращательное движение электрического двигателя 6 постоянного тока передается к мотор-редуктору 7 и далее к кулисному механизму 8. Кулисный механизм 8 преобразует вращательное движение в колебательное движение. Так, в ходе экспериментов для обезвоживания сброженных птицеводческих отходов амплитуда колебаний имеет значение 12…160°, частота колебаний составляла 0,83…1,17с^-1. Затем из расходного бака 4, подаются сброженные птицеводческие отходы. В начале из отходов через фильтрующий элемент 18 выделяется свободная влага не связанная с твердой фазой. По мере прохождения отходов по внутренней части наклонно расположенного фильтрующего барабана 9 вниз из твердой фазы начинает формироваться осадок, который также совершает колебательные движения вместе с наклонно расположенным фильтрующим барабаном 9. При этом осадок, поднимаясь вверх по его внутренней поверхности, достигает максимально верхнего положения, скатывается вниз и разрушается. В это время происходит перемещение слоев осадка. Внутренние слои перемещаются наружу, а наружные слои перемещаются внутрь. При этом происходит более активное высвобождение свободной влаги. Кроме того, в процессе такого движения в осадке происходит уплотнение твердых частиц отходов, которые более плотно укладываются между собой, уменьшая объем, также вытесняя свободную влагу сброженных птицеводческих отходов. Далее свободная влага проходит сквозь фильтрующий элемент 17 и, попадая на внутреннюю поверхность кожуха 2, выходит через сливной патрубок 3 из устройства. Твердая фаза по мере уплотнения, о чем можно судить по окончании выхода свободной влаги из устройства, выводится наружу через заслонку 15, установленную в нижней части наклонно расположенного фильтрующего барабана 9. Открывается заслонка 14 при помощи рукоятки 15. Цикл обезвоживания сброженных птицеводческих отходов повторяется.

Эксперименты проводили в следующем порядке. Жидкий сброженный помет влажностью 92% из биореактора подавали в расходный бак постоянного уровня с объемной подачей, необходимый расход субстрата для эксперимента. Подачу субстрата, поступающего из расходного бака в фильтрующий барабан, производили пропорционально и регулировали ее с помощью задвижки на подводящем трубопроводе. Выгрузку загустевшей массы производили с помощью открытия заслонки через заданный момент времени. При установившемся режиме работы барабанного фильтра производили замеры объемной и массовой производительности по фильтрату, потребляемой мощности и осуществляли отбор проб для определения качественных показателей процесса обезвоживания и физико-механических свойств субстрата и его фаз, необходимых для расчета теоретических зависимостей. Для определения теоретических зависимостей фильтровального барабана измеряли объем фильтрата за определенный промежуток времени. Измерение объема фильтрата производили с помощью мерной емкости, времени секундомером, а частоту колебаний измеряли механическим тахометром путем замера скорости вращения двигателя постоянного тока. Определение объемной производительности фильтрующего барабана по исходной массе производили косвенно через массовую производительность по твердой фазе.

В ходе теоретических исследований и поисковых опытов установлено, что существенное влияние на процесс обезвоживания с образованием осадка в экспериментальном фильтрующем барабане оказывают следующие факторы: амплитуда колебаний, частота колебаний и время обезвоживания. Таким образом, для исследования процесса обезвоживания с образованием осадка в экспериментальном фильтрующем барабане следует провести трехфакторный факторный эксперимент. Для проведения трехфакторного эксперимента был выбран некомпозиционный трехуровневый план Бокса-Бенкина [102], позволяющий неизвестную функцию отклика описать уравнением регрессии второго порядка, а именно:

, (2.103)

где – коэффициенты регрессии;

– число факторов.

Результаты выбора основных факторов, интервалов их варьирования и уровней для трехфакторного эксперимента сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 –Уровни и интервалы варьирования исследуемых факторов

Опыты реализованы по некомпозиционному плану второго порядка Бокса-Бенкина для исследования процесса обезвоживания сброженного птичьего помета на экспериментальной установке в последовательности, имеющей случайный характер.

Пользуясь таблицей случайных чисел, была принята следующая последовательность опытов: 3^й, 2^й, 7^й, 9^й, 12^й, 1^й, 4^й, 11^й, 13^й, 10^й, 5^й, 8^й, 15^й, 6^й, 14^й.

За критерий оптимизации были взяты влажность твердой фазы субстрата и влажность жидкой фазы .

2.7 Результаты экспериментального исследования обезвоживателя для разделения сброженного птичьего помета на твердую и жидкую фракции

На основании теоретических исследований, а также отсеивающими экспериментами установлено, что наибольшее влияние на процесс обезвоживания оказывают следующие факторы:

— амплитуда колебаний фильтрующего барабана , град;

— частота колебаний фильтрующего барабана, с^-1;

— время фильтрования одной порции , с.

Опыты проведены по матрице плана Бокса-Бенкина (таблица 2.2) в последовательности, имеющей случайный характер.

Таблица 2.2 – Матрица плана Бокса-Бенкина и результаты опытов трехфакторного эксперимента

Пользуясь таблицей случайных чисел, была принята следующая последовательность опытов: 3^й, 2^й, 7^й, 9^й, 12^й, 1^й, 4^й, 11^й, 13^й, 10^й, 5^й, 8^й, 15^й, 6^й, 14^й.

За критерий оптимизации были взяты влажность твердой фазы субстрата и влажность жидкой фазы .

Результаты реализации некомпозиционного плана Бокса-Бенкина представлены в приложении К.

Пользуясь матрицей планирования полного трехфакторного эксперимента, была проведена обработка данных известным методом и составлена статистическая математическая модель в кодированном виде:

, (2.104)

. (2.105)

В натуральном виде:

W_тв.ф=395,60358-2,8975644·А-173,05753·ν-0,234465·t+0,016176·А·ν+ +0,018995·ν·t+0,0100996·А²+83,117023·ν²+0,000336·t², (2.106)

W_ж.ф=94,15495+0,0285498·А+3,213213·ν+0,00715·t-0,018382·А·ν-

-0,0000416·А·t — 0,0046568·ν·t+0,0000036·t². (2.107)

Полученные уравнения регрессии устанавливают зависимость между параметром оптимизации – влажности твердой фазы – , влажностью жидкой фазы – и амплитудой колебания, частотой колебаний и временем 1-го цикла фильтрования.

С помощью критерия Кохрена была определена оценка однородности дисперсий. С помощью критерия Стьюдента проверена гипотеза о значимости коэффициентов уравнения регрессии. Установлено, что коэффициенты , ,, являются незначимыми. Пользуясь критерием Фишера, проверена адекватность математической модели. Выяснено, что полученная математическая модель адекватна.

Используя адекватную математическую модель, геометрической интерпретацией которой является поверхность отклика, были составлены в кодированном и натуральном видах уравнения сечений поверхности отклика, и построены двумерные сечения поверхностей отклика.

Из анализа уравнения кривых (изолиний) равного отклика следует:

1. Из трех регулированных факторов в исследуемых пределах наибольшее влияние на параметр оптимизации W_{тв ф} оказывает время одного цикла х₃, а наименьшее частота колебаний х₂.

2. Из трех регулированных факторов в исследуемых пределах наибольшее влияние на параметр оптимизации W_{ж. ф} оказывает время одного цикла х₃, а наименьшее амплитуда колебаний х₃.

3. С увеличением времени цикла более 240…250 с, влажность твердой фазы приближается к некоторому предельному значению и остается постоянной (рис. 2.24), это объясняется удалением свободной и физико-механической влаги. Полученные результаты хорошо согласуются с данными экспериментов по определению соотношений влаги различных видов в сброженном помете.

4. При увеличении амплитуды колебаний влажность твердой фазы W_{тв ф} увеличивается, влажность жидкой фазы W_{ж. ф} также увеличивается.

5. При увеличении частоты колебаний влажность твердой фазы W_{тв ф} увеличивается, а влажность жидкой фазы W_{ж. ф} уменьшается.

Двумерные сечения, наиболее значимые для дальнейшего исследования, представлены на рис. 2.24 – 2.29.

В результате определения рациональных конструктивно технологических параметров экспериментального фильтрующего барабана при помощи построения поверхности отклика выявлено, что высокое качество обезвоживания сброженного птичьего помета (, ) обеспечивается при линейных размерах фильтрующего барабана диаметра D = 0,17 м, длины l = 1 м, наименьшее время обезвоживания и в следствии этого высокая производительность обеспечивается при угле наклона фильтрующего барабана 3°, амплитуде А=140°, частоте ν =1с^-1 и времени одного цикла t = 240с.

Рисунок 2. 24 – Изолинии влажности твердой фазы W_тв.ф, при постоянной амплитуде колебаний Х₁ =0

Рисунок 2. 25– Изолинии влажности жидкой фазы Wж.ф, при постоянной амплитуде колебаний Х1 =0

Рисунок 2. 26– Изолинии влажности твердой фазы W_тв.ф, при постоянном времени цикла Х₃ =0

Рисунок 2. 27– Изолинии влажности жидкой фазы W_ж.ф, при постоянном времени цикла Х₃ =0

Рисунок 2. 28– Изолинии влажности твердой фазы W_тв.ф, при постоянной частоте колебаний Х₂ =0

Рисунок 2. 29– Изолинии влажности жидкой фазы W_ж.ф, при постоянной амплитуде колебаний Х₂ =0

В результате экспериментальных исследований при постоянных размерах фильтрующего барабана и физико-механических свойствах птичьего помета, при её обезвоживании на фазы получены зависимости производительности фильтрующего барабана, от различной исходной влажности помета.

Исходя из результатов исследования, построена номограмма влияния влажности исходного материала на производительность.

Рисунок 2. 30– Номограмма определения производительности установки для разделения сброженного помета

2.8 Выводы

Таким образом, на основе результатов экспериментальных исследований установлено:

1. На границе «теплоноситель – сбраживаемый птичийпомёт» образуется тепловой пограничный слой, в пределах которого происходит основное изменение температуры сбраживаемого птичьегопомёта.

2. Основное влияние на величину теплового пограничного слоя, оказывают физико-механические свойства птичьего помёта: вязкость, плотность, теплопроводности, теплоемкость.

3. Экспериментальные зависимости, определяющие явление теплообмена при свободном и конвективном движениях в объеме сбраживаемого птичьегопомёта вполне корректно описывают данные процессы в геометрически подобных биореакторах.

4. Выход биогаза с 1 кгСОВ сбраживаемого птичьего помёта в условиях неоднородного температурного поля при термофильном режиме сбраживания составил 0,38 м³. Низкий выход биогаза является следствием большой температурной неоднородности сбраживаемой среды, которая при оптимальном содержании СВ в помёте равном 15% достигает 10 К.

5. Оптимальным значением температуры термофильного режима сбраживания птичьего помёта является 324 К (51 °С), при этом, выход биогаза с 1 кг СОВ помёта увеличивается до0,71 м³. Анаэробное сбраживание втермофильном режиме обладает наиболее выраженным экологическим эффектом (98…100%) обеззараживания и дегельминтизации, полной потерей всхожести семян сорных растений и дезодорацией.

6. В качестве способа интенсификации процесса теплообмена и выравнивания температуры в объеме сбраживаемого птичьего помёта целесообразно использовать его перемешивание. Критерием оптимизации процесса перемешивания при анаэробном сбраживании помёта выбрана кратность циркуляции К_ц, которая определяется степенью температурной однородности в объеме сбраживания и является параметром, оценивающим процесс перемешивания независимо от вида применяемых мешалок.

7. При установленных оптимальных параметрах процесса анаэробного сбраживания птичьегопомёта: концентрации СВ – 14 %, температуре броженияТ – 324 К и степени температурной однородности Т/Т_опт – 0,96 кратность циркуляции К_ц составляет 5,7. При этом выход биогаза с 1 кг СОВ помёта равен 0,64м³/кг, а длительностьпереработки сократится на 24% (до 120 ч).

8. Для режимов работы, возможных в фильтрующем барабане, следует принять в расчетах: коэффициент трения осадка о поверхность фильтрующей перегородки 1,45…1,40; угол наклона барабана 3°. Для более точного определения коэффициентов трения осадка помета могут быть использованы полученные по результатам экспериментов уравнения регрессии.

9. На фрикционные свойства осадка птичьего помета оказывает вли-яние его влажность, нормальное давление и скорость колебания, с увели-чением которых коэффициенты трения уменьшаются. При варьировании частоты колебаний от 0,4 до 0,8 м/с, амплитуды колебания от 0,83 до 1,17с-1 угла наклона от 3° до 5° и влажности от 65 до 94%, коэффициенты трения имеют следующие значения: коэффициент трения скольжения по стали 1,12…1,21, по поверхности фильтрующей перегородки 1,22…1,34.

10. Основными факторами, влияющими на интенсивность процесса обезвоживания осадка сброженного птичьего помета и его конечную влажность, действуют следующие факторы: амплитуда колебаний, частота колебаний и время обезвоживания и исходная влажность осадка. С увели-чением исходной влажности помета от 88 до 98% время фильтрования увеличивается с 240 до 560с.

11. Влажность осадка, поступающего из фильтрующего барабана, не зависит от исходной влажности помета и находится в пределах 65…68%.

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРСКО – ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПИЛОТНОГО ОБРАЗЦА ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПТИЦЫ

3.1 Разработка на основе проведенных исследований и имеющегося научного задела конструкторско-технической документации и изготовление пилотного образца промышленной установки для анаэробного сбраживания помета

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработано пилотного образца промышленной установки для анаэробного сбраживания помета. (рисунок 3.1) [193].

Работает биогазовая установка следующим образом. В начальном положении в нижней части цилиндрической ёмкости 1 перепускной клапан 3, который предназначен для выхода биогаза, накопившегося под колоколом перемешивающего устройства 4, закрыт. В процессе анаэробного сбраживания птичьего помёта выделяется биогаз в количестве 0,5…0,8 м3 с 1 кг сухого органического вещества (СОВ) [150]. Биогаз поступает в верхнюю газовую камеру цилиндрической ёмкости, а далее по газопроводу через газовый кран в газгольдер. Из субстрата, находящегося под колоколом перемешивающего устройства 4 биогаз накапливается в верхней его части. По мере накопления биогаза образуется подъёмная сила, с помощью которой перемешивающее устройство 4 начинает всплывать. В процессе его всплытия субстрат, находящийся в биореакторе перемешивается, причём основное перемешивание его осуществляется в пристенном слое, где и образуется температурная неоднородность в объёме сбраживания. При этом верхние слои субстрата устремляются вниз через зазор, образуемый между колоколом и внутренней стенкой биореактора, смешиваясь с нижними слоями субстрата.

а)
б)

а – схема установки для анаэробного сбраживания помета; б – 3d модель общий вид; 1 – цилиндрическая ёмкость; 2 – тепловая рубашка; 3 – перемешивающее устройство;4 – перепускной клапан;

Рисунок 3. 1 – Установка для анаэробного сбраживания помета

При достижении колоколом верхнего уровня клапан 4 ударяется в верхнюю часть биореактора и открывается.

Скопившийся под колоколом перемешивающего устройства 3 биогаз поступает в верхнюю газовую камеру биореактора, а из неё по газопроводу в газгольдер. По мере удаления биогаза из-под колокола, последний постепенно опускается на дно биореактора. В процессе движения вниз колокол выдавливает нижний слой субстрата, который поступает вверх через зазор между внутренней стенкой биореактора и колокола. Таким образом, вновь происходит перемешивание сброженного субстрата в пристенном слое. Трос натягивается и перемещает золотник клапан и он закрывается.

Основным элементом установки для анаэробного сбраживания помета являются перемащивающее устройство(Рисунок 3. 2). В модели имеется возможность изменять параметры этого элемента.

Рисунок 3. 2 – Изменение параметров привязки перемешивающего устройства,установки для анаэробного сбраживания помета

На основании проведенных расчетов был разработан цифровой параметрический модельи конструкторская документация (Приложение и Приложение ) установки для анаэробного сбраживания помета в Компас 3d.

Таким образом, каждая деталь в устройстве, имеет определенные параметры, изменение которых ведет к изменению других элементов установки для анаэробного сбраживания помета.

Производственную проверку и возможности работы установки для анаэробного сбраживания помета проводили в условиях ЗАО «Птицефабрика Шпаковская» Ставропольского края, где была смонтирована технологическая линия () для переработки птичьего помета и устранения неприятного запаха.

Рисунок 3. 3 – Общий вид пилотного образца промышленной установки для анаэробного сбраживания помета

Основной продукцией цеха переработки помета является жидкие удобрения «ЭКОБАУ» (экологически чистые биологически активные удобрения), гранулированные органические удобрения «ГОУ» (гранулированные органические удобрения). Цех по переработки помета обеспечивает охрану окружающей среды и улучшает санитарно-гигиеническое состояние на птицефабрике [68, 71,75].

3.2 Разработка на основе проведенных исследований и имеющегося научного задела конструкторско-технической документации и изготовление пилотного образца промышленной установки для разделения сброженного субстрата

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан пилотный образца промышленной установки для разделения сброженного субстрата. (Рисунок 3. 4) [5,6].

Устройство для разделения сброженного субстрата состоит из станины 1, на которой смонтирован кожух 2, имеющий в нижней части сливной канал 3, заканчивающийся сливным патрубком 4 для отвода жидкой фракции, а в верхней части приёмную ёмкость 5 для сброженного субстрата. Кожух 2 устанавливается под углом α к горизонту при помощи винтового механизма 6. Над кожухом 2 расположен механизм привода, состоящий из электродвигателя 7, редуктора 8 и кривошипно-коромыслового механизма 9. Фильтрующий барабан 10 установлен на подшипниковых узлах 11. Качательное движение на фильтрующий барабан 10 передаются через промежуточный вал 12 и ременную передачу 13. Пуск устройства для разделения сброженного субстрата осуществляется посредством частотного преобразователя 14, при помощи которого происходит регулировка частоты колебаний фильтрующего барабана 10. Состоит фильтрующий барабан 10 из остова 17 и фильтрующего элемента 18, представляющего собой сетку их нержавеющей стали с размером ячеек равным 0,25мм. Амплитуда угловых колебаний фильтрующего барабана 10 устанавливается подбором плеча кривошипа 19, который соединен с шатуном 20 и коромыслом 21 через промежуточный вал 12 с подбором соотношения шкивов ременной передачи 13.

а)
б)

Рисунок 3. 4 – Устройство разделения сброженного субстрата:

а – схема устройство разделения сброженного субстрата; б – общий вид; 1 – станина; 2 – кожух; 3 – канал сливной; 4 – сливной патрубок; 5 – приёмная

ёмкость; 6 – винтовой механизм; 7 – электродвигатель; 8 – мотор-редуктор;

9 – кривошипно-коромысловый механизм; 10 – барабан фильтрующий; 11 – узлы подшипниковые; 12 – промежуточный вал с ременной передачей; 13 – частотный преобразователь; 14 – заслонка; 15 – рукоятка; 16 – остов; 17 – элемент фильтрующий; 18 – кривошип; 19 – шатун; 20 – коромысло

Устройство для разделения сброженного субстрата работает следующим образом. Фильтрующий барабан 10 совершает качательное движения вокруг своей оси с определенной частотой и амплитудой. Сброженный субстрат подается в фильтрующий барабана 10 из приёмной ёмкости 5. Сначала идёт разделение сброженного субстрата за счёт отвода свободной воды через ячейки фильтрующего элемента 18. Затем из твердой фракции сброженного субстрата постепенно формируется ком, который, начинает перекатываться по внутренней поверхности совместно с фильтрующим барабаном 10, повторяя качательное движение вместе с ним. При этом ком, перекатываясь по поверхности наклонно расположенного фильтрующего барабана 10, сначала поднимается вверх, и, дойдя до максимально верхней точки, скатывается вниз и разрушается. Потом происходит обратное движение фильтрующего барабана 10 и вновь ком поднимается по поверхности до максимально возможной точки. Как только силы сцепления между частицами твердой фракции сброженного субстрата, составляющей ком и материалом фильтрующего элемента 18, уменьшаются, ком начинает падать вниз по внутренней его поверхности, снова разрушаясь. При разрушении кома его внутренние слои перемещаются наружу, а внешние – вовнутрь кома. При этом происходит более активное высвобождение свободной влаги из твердой фракции полидисперсной системы. Таким образом, ком совершает совместные качательное движение по внутренней поверхности наклонно расположенного фильтрующего барабана 10 с определенной амплитудой и частотой. Свободная влага через поры фильтрующего элемента18 поступает на внутреннюю поверхность кожуха 2 и стекает по сливному каналу 3 в сливной патрубок 4 из устройства. Обезвоживание идёт до тех пор, пока из твердой фракции сброженного субстрата не высвободится около 2/3 от общего объёма свободной влаги. Как только свободная влага перестаёт выделяться из кома, процесс обезвоживания завершается. Использование привода с кривошипно-коромысловым механизмом позволяет получать качательное движение фильтрующего барабана 10 вокруг своей оси с определённой амплитудой и частотой. Это позволяет формировать из твердой фракции сброженного субстрата ком, у которого при перекатывании по внутренней поверхности наклонно расположенного фильтрующего барабана 10 внутренние слои постепенно смещаются наружу, а наружные – внутрь. Это позволяет интенсифицировать процесс выделения влаги из сброженного субстрата.

На основании проведенных расчетов был разработан цифровой параметрический прототип и конструкторская документация (Приложение Г и Приложение ) на устройство для разделения сброженного субстрата в системе Компас 3d.

Таким образом, каждая деталь в устройстве, имеет определенные параметры, изменение которых ведет к изменению других элементов устройства для разделения сброженного субстрата.

Основными элементами устройства разделения сброженного субстрата являются фильтрующий барабан (Рисунок 3. 6) и рама (). В моделях имеется возможность изменять параметры этих элементов.

Рисунок 3. 5 – Изменение параметров привязки рамы устройства разделения сброженного субстрата

Рисунок 3. 6 – Изменение параметров фильтрующего барабана

Производственную проверку и возможности работы устройства разделения сброженного субстрата проводили в условиях ЗАО «Птицефабрика Шпаковская» Ставропольского края, где была смонтирована технологическая линия ()для переработки птичьего помета и устранения неприятного запаха.

Рисунок 3. 7– Общий вид пилотного образца промышленной установки для анаэробного сбраживания помета

3.3 Выводы

Полученные цифровые прототипы позволяет полностью в автоматическом режиме изменять конструктивные параметры устройств для сбраживания и разделения сброженного субстрата:

• Диаметры валов, осей;
• Типы подшипниковых узлов;
• Параметры фильтрующего барабана, рамы.

Полученные цифровые прототипы позволяют подобрать оптимальную конструктивную схему и могут быть изготовлены при помощи технологии быстрого прототипирования.

4 РАСЧЁТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПТИЦЫ

4.1 Расчёт технико-экономических показателей установки для анаэробного сбраживания помета

Исходные данные приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Данные для расчёта экономических показателей

Для экономической оценки механизмов принято брать в расчёт только прямые затраты труда, т. е. затраты труда рабочих, занятых непосредственно на выполнении работ.

Затраты труда на единицу работы рассчитываются по формуле [18].:

, (4.1)

где — трудоёмкость процесса в часах на 1т удобрений;

— суммарные затраты труда рабочих, обеспечивающих производство, ч;

— годовое производство удобрений, т.

Суммарные затраты труда рабочих, обслуживающих производство определяются по формуле:

, (4.2)

где — количество дней работы в году, дней;

— дневная продолжительность работы, ч;

— количество рабочих занятых на выполнение процесса, чел.

Экономия труда на единицу работы определяется как разность в затратах руда по сравниваемым вариантам (в исходном и проектируемом):

, (4.3)

где — затраты на единицу продукции в исходном варианте, ч;

— затраты труда в проектируемом варианте, ч.

Годовая экономия труда определяется по формуле:

,

где — годовое производство переработанных отходов в проектируемом варианте, т.

Степень снижения затрат труда определяется по формуле:

, (4.4)

Производительность труда на операции в рабочем процессе определяется по формуле:

,

Рост производительности труда определяется по формуле:

,

где — производительность при проектируемом варианте;

— производительность при исходном варианте.

4.1.1 Расчёт эксплуатационных затрат

Так как показатели трудоёмкости и производительности труда не дают полной экономической характеристики сравниваемого проектируемого механизмов, то для более полной экономической оценки применяется стоимостной показатель, которым являются эксплуатационные затраты. Размер данных затрат по каждому варианту определяется по формуле [18].:

, (4.5)

где — эксплуатационные показатели затрат, связанные с выполнением производственного процесса;

— затраты на заработную плату рабочим, руб.;

— амортизационные отчисления, руб.;

— отчисления на ремонт и техническое обслуживание, руб.;

— затраты на электроэнергию, руб.;

— прочие эксплуатационные затраты, руб.

При расчётах эксплуатационных затрат пользуются действующими справочными и нормативными материалами.

Элементы эксплуатационных затрат рассчитываются по формулам:

1. Затраты на заработную плату рабочим, занятым на выполнение производственного процесса составляют:

,

где — количество дней работы в году, дней;

— дневная продолжительность работы на выполнении производственного процесса в часах;

— количество рабочих, занятых на выполнении процесса, чел.;

— часовая тарифная ставка с дополнительным начислением на социальные и пенсионные нужды, руб./ч;

2. Амортизационные отчисления равны:

, (4.6)

где — балансовая стоимость машины, руб.;

— норма амортизационных отчислений, %;

3. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машин:

где — норма ежегодных отчислений на ремонт и техническое обслуживание, %.

4. Затраты на расходуемую электроэнергию равны:

,

где — стоимость одного кВт·ч электроэнергии, = 7,34руб.

Годовой расход электроэнергии рассчитывается по формуле:

, (4.7)

где — потребляемая мощность установленного оборудования, кВт;

— продолжительность смены, ч;

— число смен работы в год;

— коэффициент загрузки оборудования, = 0,85;

— коэффициент одновременности работы оборудования, = 0,7;

— коэффициент, учитывающий потери в сети,= 0,96;
— коэффициент полезного действия электродвигателей, = 0,9.

Прочие эксплуатационные затраты планируются в размере 5%.

Общая сумма годовых эксплуатационных затрат с учетом прочих эксплуатационных затрат рассчитываются по формуле:

4.1.2 Определение ожидаемого экономического эффекта

Экономическая эффективность применения выражается экономией затрат, которые определяются путем сопоставления эксплуатационных издержек по формуле [18]:

, (4.8)

где — годовая экономия эксплуатационных затрат при внедрении новых машин, руб.;

— эксплуатационные затраты при использовании исходного и проектируемого варианта, руб.;

— годовой объём в проектируемом варианте.

Степень снижения затрат определяется по формуле:

(4.9)

Приведённые затраты по каждому из сравниваемых вариантов представляют сумму текущих (эксплуатационных или прочих затрат) и капиталовложений, приведенных к одинаковой соразмерности, т.е. в расчёте на нормативный срок окупаемости капиталовложений.

Приведённые затраты, по сравниваемым вариантам в расчёте на год определяются по формулам:

(4.10)

где — приведённые затраты по каждому сравниваемому варианту, руб.;

— сумма текущих удельных эксплуатационных затрат по каждому сравниваемому варианту, руб./т;

— удельные капиталовложения по каждому варианту, руб./т;

— нормативный коэффициент окупаемости капиталовложений, =0,15.

Удельные капиталовложения определяются по формуле:

, (4.11)

где — балансовая стоимость оборудования, руб.

Тогда годовой эффект можно определить по формуле:

(4.12)

4.1.3 Определение срока окупаемости капиталовложений и коэффициента их эффективности

При оценке выработанного комплекса оборудования необходимо определить срок окупаемости капиталовложений по формуле [18]:

, (4.13)

где — срок окупаемости дополнительных капиталовложений, лет;

— капиталовложения в проектируемом и исходном вариантах, руб.;

— годовая экономия, полученная от снижения эксплуатационных затрат при внедрении нового варианта, руб.

Коэффициент экономической эффективности капиталовложений рассчитываются по формуле:

(4.14)

4.1.4 Расчёт материалоёмкости производственного процесса

Материалоёмкость определяется на отношении массы оборудования к их годовой производительности:

(4.15)

где — удельная материалоёмкость оборудования, кг/т;

— масса конструкции, кг;

— годовой объем производства.

Степень снижения материалоёмкости определяется по формуле:

(4.16)

4.1.5 Расчёт энергоёмкости производственных процессов.

Энергоёмкость определяется как отношение затраченной энергии за год на объём продукции:

(4.17)

где — энергоёмкость на 1т переработанных отходов, кВт·ч;

— затраты энергии, кВт·ч.

Степень снижения энергоёмкости определяется по формуле:

(4.18)

4.2 Расчёт технико-экономических показателей установки для разделения сброженного субстрата

Исходные данные предлагаемой разработки приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 — Данные для расчета экономических показателей

Для экономической оценки механизмов принято брать в расчет только прямые затраты труда, т. е. затраты труда рабочих, занятых непосредственно на выполнении работ.

Затраты труда на единицу работы рассчитываются по формуле [18]:

, (4.19)

где — трудоёмкость процесса в часах на 1т перерабатываемого сырья;

— суммарные затраты труда рабочих, обеспечивающих производство, ч;

— годовое производство по сырью, т.

Суммарные затраты труда рабочих, обслуживающих производство определяются по формуле:

, (4.20)

где — количество дней работы в году, дней;

— дневная продолжительность работы, ч;

— количество рабочих занятых на выполнение процесса, чел.

Экономия труда на единицу работы определяется как разность в затратах руда по сравниваемым вариантам (в исходном и проектируемом проекте):

, (4.21)

где — затраты на единицу продукции в исходном варианте, ч;

— затраты труда в проектируемом варианте, ч.

Годовая экономия труда определяется по формуле:

,

где — годовое производство удобрений в проектируемом варианте, т.

Степень снижения затрат труда определяется по формуле:

, (4.22)

Производительность труда на операции в рабочем процессе определяется по формуле:

,

Рост производительности труда определяется по формуле:

,

где — производительность при проектируемом варианте;

— производительность при исходном варианте.

4.1.1 Расчёт эксплуатационных затрат

Так как показатели трудоёмкости и производительности труда не дают полной экономической характеристики сравниваемого проектируемого механизмов, то для более полной экономической оценки применяется стоимостной показатель, которым являются эксплуатационные затраты.

Размер данных затрат по каждому варианту определяется по формуле:

, (4.23)

где — эксплуатационные показатели затрат, связанные с выполнением производственного процесса;

— затраты на заработную плату рабочим, руб.;

— амортизационные отчисления, руб.;

— отчисления на ремонт и техническое обслуживание, руб.;

— затраты на электроэнергию, руб.;

— прочие эксплуатационные затраты, руб.

При расчетах эксплуатационных затрат пользуются действующими справочными и нормативными материалами.

Элементы эксплуатационных затрат рассчитываются по формулам:

1. Затраты на заработную плату рабочим, занятым на выполнение производственного процесса:

,

где — количество дней работы в году, дней;

— дневная продолжительность работы на выполнении производственного процесса в часах;

— количество рабочих, занятых на выполнении процесса, чел.;

— часовая тарифная ставка с дополнительным начислением на социальные и пенсионные нужды, руб./ч;

2. Амортизационные отчисления:

, (4.24)

где — балансовая стоимость машины, руб.;

— норма амортизационных отчислений, %;

3. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машин:

где — норма ежегодных отчислений на ремонт и техническое обслуживание, %.

4. Затраты на расходуемую электроэнергию равны:

,

где — стоимость одного кВт·ч электроэнергии, = 2,75руб.

Годовой расход электроэнергии рассчитывается по формуле:

, (4.25)

где — потребляемая мощность установленного оборудования, кВт;

— продолжительность смены, ч;

— число смен работы в год;

— коэффициент загрузки оборудования, = 0,85;

— коэффициент одновременности работы оборудования, = 0,7;

— коэффициент, учитывающий потери в сети, = 0,96;
— коэффициент полезного действия электродвигателей, = 0,9.

Прочие эксплуатационные затраты планируются в размере 5%.

Общая сумма годовых эксплуатационных затрат с учетом прочих эксплуатационных затрат рассчитываются по формуле:

,

4.2.2 Определение ожидаемого экономического эффекта

Экономическая эффективность применения выражается экономией затрат, которые определяются путем сопоставления эксплуатационных издержек по формуле:

, (4.26)

где — годовая экономия эксплуатационных затрат при внедрении новых машин, руб.;

— эксплуатационные затраты при использовании исходного и проектируемого варианта, руб.;

— годовой объем в проектируемом варианте.

Степень снижения затрат определяется по формуле:

(4.27)

Приведенные затраты по каждому из сравниваемых вариантов представляют сумму текущих (эксплуатационных или прочих затрат) и капиталовложений, приведенных к одинаковой соразмерности, т.е. в расчете на нормативный срок окупаемости капиталовложений.

Приведенные затраты, по сравниваемым вариантам в расчете на год определяются по формулам:

(4.28)

где — приведенные затраты по каждому сравниваемому варианту, руб.;

— сумма текущих удельных эксплуатационных затрат по каждому сравниваемому варианту, руб./т;

— удельные капиталовложения по каждому варианту, руб./т;

— нормативный коэффициент окупаемости капиталовложений, =0,15.

Удельные капиталовложения определяются по формуле:

, (4.29)

где — балансовая стоимость оборудования, руб.

Тогда годовой эффект можно определить по формуле:

(4.30)

4.2.3 Определение срока окупаемости капиталовложений и коэффициента их эффективности

При оценке выработанного комплекса оборудования необходимо определить срок окупаемости капиталовложений по формуле:

, (4.31)

где — срок окупаемости дополнительных капиталовложений, лет;

— капиталовложения в проектируемом и исходном вариантах, руб.;

— годовая экономия, полученная от снижения эксплуатационных затрат при внедрении нового варианта, руб.

Коэффициент экономической эффективности капиталовложений рассчитываются по формуле:

(4.32)

.

4.2.4 Расчет материалоемкости производственного процесса

Материалоемкость определяется на отношении массы оборудования к их годовой производительности:

(4.33)

где — удельная материалоемкость оборудования, кг/т;

— масса конструкции, кг;

— годовой объем производства.

Степень снижения материалоемкости определяется по формуле:

(4.34)

4.2.5 Расчет энергоемкости производственных процессов

Энергоемкость определяется как отношение затраченной энергии за год на объем продукции:

(4.35)

где — энергоемкость на 1т переработанного сырья, кВт·ч;

— затраты энергии, кВт·ч.

Степень снижения энергоемкости определяется по формуле:

(4.36)

4.3 Выводы

На основе анализа предложены новое оборудование, позволяющее значительно улучшить экономические показатели птицеводческого хозяйства.

Предложенные к реализации на предприятии вертикальный биореактор и устройство для разделения сброженного помета позволяют наладить экологически чистую технологию переработки отходов птицеводства. Разработанный вертикальный биореактор по сравнению с имеющимися имеет преимущество – качественная переработка отходов птицеводства.

Применение биореактора позволяет снизить затраты труда на переработку отходов с 0,42 до 0,36 ч на 1т удобрений, материалоёмкость операции снизить с 5,27 до 3,9кг на 1т удобрений.

При применении разработанного вертикального биореактора производительность труда возрастает в 1,21 раза, годовой экономический эффект составил 113515 рублей. Срок окупаемости дополнительных капиталовложений при внедрении биореактора составил 0,84 года.

Внедрение устройства для разделения сброженного субстрата позволяет на ¾ уменьшить первоначальный объем обезвоживаемых отходов, его внедрение позволит получить годовой экономический эффект в размере 105320 рублей, срок окупаемости дополнительных капитальных вложений составит 0,32 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Максимально возможное использование питательного и энергетического потенциала возобновляемого сырья – птичьего помёта возможно при совершенствовании технологии его переработки и разработки новых технических средств, способствующих получению новых биологических продуктов. Примером такой технологической разработки является ресурсосберегающая технология переработки птичьего помета/навоза разработанная в Ставропольском государственном аграрном университете, и позволяющая получать новые биологические продукты (экологически чистые биологически активное и гранулированное удобрения), которые можно использовать для организации органического земледелия.

2. Технология переработки птичьего помета состоит из пяти этапов переработки органики. Процессы на каждом из этапов представлены моделями биохимического превращения органики птичьего помёта, механического разделения сброженного птичьего помёта. Работу технологии переработки птичьего пометацелесообразно осуществлять в непрерывно-поточном режиме с определенным чередованием способов переработки органики.

3. Основу технологии переработки птичьего помета составляет процесс метанового сбраживания, осуществляемый в термофильном режиме, наиболее отвечающий современным требованиям охраны окружающей среды, снижению неприятных запохов и получению новых удобрений с качественными характеристиками.

4. Процесс метанового сбраживания птичьего помёта целесообразно проводить в биореакторе со перемешивающим устройством, работающим без подвода энергии. В качестве рабочего органа для смешивания применяется колоколообразный смеситель, совершающий возвратно-поступательные движения за счет подъемной силы газообразной смеси, накапливающейся в нем, и выпуска ее наружу при помощи клапана (Патент РФ №1400651 Смеситель для сбраживания субстрата).

5. Полученный сброженный субстрат после анаэробного сбраживания является продуктом, из которого получают экологически чистые биологически активные и гранулированные удобрения. Биогаз, выделяющийся как попутный газ в процессе анаэробного сбраживания применяется в качестве энергетического ресурса для осуществления процесса анаэробного сбраживания.

6. При установленных оптимальных параметрах процесса анаэробного сбраживания птичьего помёта при концентрации сухого вещества 14 %, температуре брожения 324 К и степени температурной однородности Т/Т_опт 0,96 кратность циркуляции К_ц составляет 5,7. При этом выход биогаза с 1 кг сухого органического вещества помёта равен 0,64 м³/кг, а длительность переработки сократится на 24% (до 120 ч).

7. Процесс разделения сброженного птичьего помета осуществляется в предложенном устройстве разработанном на основе конструктивно-технологической схемы обезвоживателя для дисперсных систем (Патент РФ №191624). Рабочим органом для осуществления обезвоживания служит фильтрующий барабан, использующий привод с кривошипно-коромысловым механизмом, который позволяет получать качательное движение вокруг своей оси с определённой амплитудой и частотой.

8. Качательное движение фильтрующего барабана позволяет интенсифицировать процесс выделения влаги из сброженного птичьего помета, и повысить эффективность обезвоживания. Кроме того, такой механизм привода упрощает саму конструкцию обезвоживателя, сокращает энергетические затраты на привод наклонно расположенного фильтрующего барабана и значительно облегчает эксплуатацию устройства при работе.

9. Реализация предложенной схемы фильтрующего барабана с ячейками равными 2 мм обеспечивает повышение его производительности на 29…32 %, снижает эксплуатационные затраты на 21,4 %, удельные затраты энергии на 41 %.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложения

Реферат

Отчет 50 с., 00 рис,14 табл., 103 источника, 00 прил.

БИОПРЕПАРАТЫ, КОРМОВЫЕ ДОБАВКИ, ЖИВОТНЫЕ, ПТИЦА, ПРОДУКТИВНОСТЬ, ПРОДУКЦИЯ

Объектом исследования является индюки, пороcята, телята, аквакультура.

Цель работы — научное обоснование, технологическая и эколого-экономическая оценка применения новых функциональных кормовых добавок и лечебно-профилактических препаратов биорегулирующей терапии в органическом сельском хозяйстве.

Работа выполняется на основании технического задания на проведение НИР за счет федерального бюджета по заказу МСХ РФ.

В результате проведенных лабораторных, научно-хозяйственных и клинических исследований для органического сельского хозяйства предложена система биорегулирующей терапии с использованием симбиотических препаратов на основепробиотических микроорганизмов B.subtilis и B.licheniformi, природных олигосахаридов, сорбентов и функциональной кормовой добавки«Асидо-Био-Цит» жидкий на основе растительных пептидно-белковых биорегуляторов.

Комплексные исследования позволили установить, чтофункциональная кормовая добавка «Асидо-Био-Цит» жидкий и препарат Стимул 2+ оказывают ростстимулирующее, иммуномодулирующее и гепатопротекторное влияние на организм молодняка индеек, поросят и телят, молоди стерляди, что улучшает физиологическое состояние, функциональную активность органов и тканей, усвояемость кормов и способствует увеличению энергии роста молодняка на 13,1-16,2%. Использование в технологической схеме производства мяса и аквакультурына органических фермах и промышленных комплексахпозволит повысить сохранность поголовья и конверсию корма, снизить применение химических средств защиты и улучшить качество получаемой продукции.

Введение

Пищевая безопасность — одна из актуальныхпроблем современности, так как загрязнение биосферы в последние годы достигло глобальных размеров. Наиболее сильная контаминация вредными и токсичными веществами воздушной и водной среды, почвы, продуктов питания наблюдается в регионах с развитой промышленностью и интенсивным сельским хозяйством. Традиционные способы индустриального производства сельскохозяйственной продукции истощают почву и водные ресурсы, наносят существенный вред окружающей среде и биологическим природным ресурсам [8]. Употребление человеком загрязненных различными ксенобиотиками продуктов питания, чрезмерное использование химических пищевых добавок, генномодифицированных и рафинированных продуктов — все это является причиной нарушения обмена веществ, онкологических, аллергических, кожных и других заболеваний, снижения продолжительности жизни населения. Ксенобиотики вызывают бесплодие и аборты у женщин, имеют отдаленный тератогенный и мутагенный эффект [8,24,65,72].

Единственный путь решения этой актуальнейшей проблемы – это биологизация земледелия и животноводства. Поэтому в начале2000 г. в ЕС возникла европейская инициатива органического сельского хозяйства. (TheEuropeanInitiativeforSustainableDevelopmentinAgriculture — EISA) [1,3,16,18,50].

Основные задачи органического сельского хозяйства: получение продуктов экологически безопасных для человека; охрана природных свойств почв, воды и воздуха; поддержание плодородия почвы; создание максимальных условий для сохранения энергии и сырья [77,78,80,96,97].

Органическое сельское хозяйство в мире развивается высокими темпами. С 2000 по 2018 год он вырос более чем в пять раз (с 18 до 97 миллиардов евро). По прогнозам GrandViewResearch рынок продолжит свой рост со скоростью 10 – 12 % в год и достигнет в 2025 г. порядка 212-230 млрд. долларов. Планируется, что к 2025 году объём рынка органических продуктов может составить от 3 до 5% от мирового рынка сельхозпродукции. Лидером по объёму рынка органической продукции являются США, на которые приходится 44% рынка. Далее идут страны ЕС и Китай.

Российский рынок органической продукции находится в самом начале своего развития. Ее доля в структуре продовольствия в России — около 0,1 %. Для производства «органики» в РФ используется всего 0,3 % пашни. Объем продаж «органики» составляет порядка 10 млрд. рублей при общей емкости рынка продуктов питания в 10 трил. рублей. По разным данным, от 80 до 90 % продаваемых в нашей стране органик-продуктов – импортные [85,92].

По прогнозу аналитиков, в ближайшие годы российский рынок органической продукции будет расти со средним темпом 10-12 %. С 1 января 2020 года вступил в силу федеральный закон об органической продукции, который определил принципы ее производства в РФ и стандарты маркировки. Утвержден и  введен в  действие ГОСТ Р 56508-2015 «Продукция органического производства. Правила производства, хранения, транспортировки», который гармонизирован с регламентами по органическому сельскому хозяйству ЕС.

К производству органической продукции применяются строгие требования. Производство органической продукции должно быть расположено вдали от источников загрязнения окружающей среды, объектов промышленной деятельности, территорий интенсивного ведения сельского хозяйства. Продукция может выращиваться только на чистой почве. Минимальное время для «очищения» земли от химикатов в растениеводстве составляет, в среднем 2–3 года, переходный период в животноводстве и аквакультуре равен 4–24 месяцам[32,93,98].

По требованиям ГОСТ Р 56508-2015 «Продукция органического производства. Правила производства, хранения, транспортировки» в органическом производстве запрещается применять генно-инженерно-модифицированные организмы (ГМО) и продукцию, изготовленную из ГМО или с помощью ГМО, антибиотики, гормоны, ограничен перечень химических средств защиты растений и животных[62,63,64].

В связи с этим, одним из перспективных направлений для органического сельского хозяйства является более широкое внедрение в практику достижений биотехнологии, использования экологически безопасных биологических препаратов, способствующих повышению объемов производства и качества сельскохозяйственной продукции. Весьма перспективным является применение в системе производства органических продуктов питания биологических средств защиты животных, в частности, полиферментных, пробиотических и симбиотических препаратов комплексного действия, созданных на основе биотехнологических приемов культивирования микроорганизмов и природных компонентов растительного и минерального происхождения [29,30,33,39,43,44].

Следует отметить, что производство органических продуктов питания запрещает использование гормонов роста и необоснованное применение антибиотиков. Из-за системного применения антибиотиков в животноводстве,  эффективность их воздействия на организм  заметно снизилась, так как патогенные и условно патогенные бактерии выработали устойчивость к ним. В организме животных развиваются негативные процессы — снижается  численность полезной кишечной микрофлоры. Генетические детерминанты антибиотикоустойчивости, попадая в геномы патогенных видов бактерий, делают вызываемые  ими инфекционные заболевания практически неизлечимыми существующими медикаментами. Нарушения физиологических, иммунологических механизмов защиты организма животных создают условия для развития инфекционных процессов, вызываемых его собственной  патогенной микрофлорой и бактериями-сапрофитами из окружающей среды.

Кроме того, микробный дисбаланс и негативные последствия в отношении здоровья и продуктивности связаны с промышленными приемами ведения животноводства [4,34,40,41,100,101]. Ограничен контакт с почвой, растениями, другими естественными факторами, которые в обычных условиях являются для животных донорами нормальной микрофлоры [2,7,13,15,36,47,48].

Поэтому ведется поиск альтернативных путей профилактики, лечения и кормления продуктивных животных, что предусматривает экологически безопасную коррекцию ветеринарных мероприятий, рационов питания на основе традиционных кормов, создание нового поколения функциональных продуктов, соответствующих требованиям современного животноводства. Особо актуально встает эта проблема при организации органического производства.

В настоящее время теоретическое обоснование получает актуальное направление – биорегулирующая терапия, в основе которой лежит повышение естественной резистентности сельскохозяйственных животных и птицы путем направленного воздействия естественными метаболитами (пептиды, пептоны, органические кислоты, олиго- и полисахариды)[12,45,57,86].

В повышении защитных сил организма важное значение имеют факторы, влияющие непосредственно на активизацию адаптационных способностей и иммунобиологической реактивности птицы, в частности, биологические стимуляторы различной природы. К ним относятся естественные метаболиты, витамины, адаптогены, хелатные соединения микроэлементов, а также бактериальные препараты комплексного действия [16, 17,46,52,53,59,67].

Поэтому при производстве лечебных препаратов и кормовых добавок в последнее время широко используют бактериальные вещества. Микроорганизмы содержат большое количество биологически активных веществ, регулирующих обменные процессы, влияющие на иммунную систему макроорганизма, что позволяет использовать их для созданияиммуномодулирующих препаратов. При этом показано, что действующим началом, полученных из препаратов микроорганизмов, являются соединения ферментной природы, глюканы и пептиды. Они активируют макрофаги, иммунокомпетентные клетки, гормональные процессы в организме [10,11,19,26,28,31,68,70,90,91].

В настоящее время на основе биомассы микроорганизмов непатогенных штаммов разработаны уникальные лечебно-профилактические препараты.Например, «Баксин-вет» [46], «Баксин-КД» [56]. Применение различных дозпрепарата «Баксин-вет» на курах-несушках яичных и мясных кроссов показало положительное влияние оптимальных доз препарата не толькона продуктивность родительского стада кур, естественнуюрезистентность, а также инкубационные качества яиц, вывод цыплят[56].

По данным Е.В. Бессарабовой и др. (2011), использование препарата ГидроЛактиВ, изготовленного из молочной сыворотки с добавлением лактобактерий, оказывает положительное влияние на зоотехнические показатели выращивания бройлеров. ГидроЛактиВ содержит легко усваиваемый кальций и другие микроэлементы в виде высокоэнергетических соединений – лактатов, которые служат источником энергии, способствуют усвоению углеводов и являютсятопливом для печени при производстве глюкозы и гликогена [9].

Перспективной группой являются пептидно-белковые биорегуляторы

с доказанным репаративным и протекторным действием. Многие из них имеют широкий спектр действия за счет восстановления биохимической нормы внутриклеточных процессов. Видонеспецифическое действие позволяет максимально увеличить сферы их применения[38, 61,83,84].

Одним из перспективных направлений является замена антибиотиков пробиотиками – препаратами, содержащими микроорганизмы и вещества микробного и иного происхождения, использующихся в терапевтических целях [5,55,58].

Применение пробиотиков в животноводстве и аквакультуреявляется реинтродуцированием полезной микрофлоры в виде чистой культуры без риска вызвать заболевание. Применение пробиотиков способствует возвращению организма в нормальное физиологическое и поведенческое состояние путём восстановления баланса кишечной микрофлоры и тем самым служит одним из факторов, поддерживающих их здоровье. Лечебный и профилактический эффект этих препаратов обусловлен высокой антагонистической активностью производственных штаммов микроорганизмов относительно патогенной и условно-патогенной микрофлоры, повышении функциональной деятельности иммунной системы и лучшем усвоении питательных веществ корма [14,16,25,36,76,102,103].

Пробиотики в отличие от антибиотиков, не приводят к привыканию со стороны условно-патогенной микрофлоры, продукты их жизнедеятельности не скапливаются в органах и тканях животных и не влияют на качество продукции. Поэтому применение пробиотиковспособствует получению животноводческой продукции высокого качества, безопасной в бактериальном в химическом отношении [24,36,101].

В состав пробиотических препаратов включают типичных представителей нормальной микрофлоры толстого отдела кишечника животных.

К пробиотикам относятся следующие микроорганизмы: лактобактерии (L. acidophilus, L. plantarum, L. casei, L. bulgaricus, L. lactis, L. reuteri, L. rhamnosus, L. fermentum, L. jonsonii, L. gassed); бифидобактерии (B. bifidum, B. infantis, B. longum, B. breve, B. adolescents); непатогенные разновидности EscherichiaColi; непатогенные разновидности Bacillus (В. subtilis); непатогенные разновидности Enterococcus (Enterococcifaecium, Е. salivarius); молочнокислый стрептококк (Str. thermophylus); дрожжевые грибки Saccharomycesboulardii.

Как показывает практический опыт, пробиотики могут быть использованы длястимуляции неспецифичного иммунитета животных; профилактики и лечения смешанных желудочно-кишечных инфекций, при расстройствах пищеварения алиментарной этиологии (дисбактериозы, острые ацидозы и др.); замены антибиотиков в кормах для молодняка животных и птицы, аквакультуры; повышения эффективности использования кормов и продуктивности животных, птицы и аквакультуры; преодоление следствий технологических стрессов, обусловленных вакцинацией, транспортировкам и др. [27,36,37,47,54,55,64,66,71,82,87,89,95].

Действие пробиотических препаратов может быть усилено за счет пребиотиков — веществ, которые не всасываются в тонкой кишке, но создают благоприятные условия и стимулируют рост нормальной микрофлоры толстого кишечника. Собственно к пребиотикам относятся следующие вещества: олигофруктоза, инулин, галактоолигосахариды, парааминобензойная кислота, пантотенат кальция, лактулоза, пищевые волокна (клетчатка), ксилит, хитозан и др.Пребиотики также нормализуют моторику кишечника, адсорбируют микотоксины.

В настоящее время ведутся исследования по разработке эффективных комплексов пробиотиков и пребиотиков (симбиотических препаратов) для животноводства[49,79,81,99].

Сотрудники ВНИИ мясного скотоводства ведут разработки симбиотического препарата, содержащего пребиотик инулин, носитель — пшеничные отруби, на которых адсорбированы живые бактерии Streptoccusfaecium и Lactobacilusacidofilus. Использование препарата при выращивании молодняка крупного рогатого скота способствовало развитию нормальной микорофлоры кишечника, которая уничтожает патогенные микроорганизмы, повышению продуктивности и эффективности производства говядины [66].

На экспериментальной базе ГНУ Всероссийский НИИТИ биологической промышленности РАН был осуществлен комплекс исследований по разработке технологии производства новых симбиотических препаратов — продуцентов лизина с использованием в качестве основы штаммов Е.соli. Симбиотический препарат получают периодическим управляемым глубинным культивированием штамма Е.соli VL 613 в питательной среде на основе перевара Хоттингера, концентрируют полученную культуру, бактериальную массу ресуспендируют в защитной среде и лиофильно высушивают для длительного сохранения биологических свойств симбиотического препарата. Исследована эффективность применения препарата при выращивании цыплят-бройлеров [37].

Установлена эффективность применения в промышленном птицеводстве пробиотических, пребиотических и симбиотических препаратов Ветом 4, Велес 6,59, Витал, Хлорелла, Микросорб. Препараты оказывают положительное влияние на формирование в организме здорового микробиоценоза, который способствует повышению переваримости и усвояемости кормов [79].

Однако в последнее время отмечают, что активность многих пробиотических препаратов не всегда соответствует заявленному эффекту [4]. Врачи не всегда знают о различиях пребиотиков, пробиотиков, симбиотиков. Не учитывают особенности механизма действия, который в первую очередь зависит от того, какие виды микроорганизмов включены в препарат. Негативный результат при работе с конкретным пробиотиком часто вызывает скептическое отношение ко всей группе. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования и разработка высокоэффективных средств биологической защиты животных и птиц.

Эффективность пробиотических препаратов определяется многими факторами: составом, направленностью селекции производственных штаммов, технологией производства. Не менее важна схема применения, которая для каждого препарата строго индивидуальна и в значительной степени определяет результативность [4, 6,73,74]. Одной из сложнейших проблем при изготовлении пробиотиков является отбор бактериальных штаммов, предназначенных для эффективной колонизации желудочно-кишечного тракта, так как штаммы должны выборочно подавлять рост патогенных культур, иметь высокую ферментативную, синтетическую и метаболическую активность, стимулировать иммунобиологические системы организма [25, 75, 76, 87, 88].

Таким образом, разработка эффективных функциональных кормовых добавок и биологических препаратов для биорегулирующей терапии при производстве органических продуктов животноводства и аквакультуры является актуальной.

Цель исследований – научное обоснование, технологическая и эколого-экономическая оценка применения новых функциональных кормовых добавок и лечебно-профилактических препаратов биорегулирующей терапии в органическом сельском хозяйстве.

Задачи исследований:

– изучение мирового опыта, информационных источников и проведение патентного поиска в тематическом поле биорегулирующей терапии и органического сельского хозяйства;

– разработка функциональных кормовых добавок и биологических лечебно-профилактических препаратов на основе пептидно-белковых биорегуляторов, пробиотических микроорганизмов с выраженными ростстимулирующими, иммуномодулирующими, репаративными и гепатопротекторными свойствами;

— оценка влияния кормовых добавок и биопрепаратов на физиологическое состояние, продуктивность животных и качество продукции;

— анализ результатов, оформление отчета по НИР, публикации результатов в ведущих отечественных и зарубежных журналах.

1 Собственные исследования

1.1 Материал и методы исследований

Исследования проводились в ФГБОУ ВО Казанская ГАВМ, ООО «Агрофирма «Залесный» Зеленодольского района,ООО «Тукаш» Тюлячинского района, МПТК «Джалиль»Сармановского района, КФХ И. И. БатыршинЛаишевского районаРеспублики Татарстан.

Объекты иccледования: индюки, пороcята, телята, аквакультура.

В экспериментальных исследованиях изучалась эффективность применения функциональной кормовой добавки «Асидо-Био-Цит» жидкий(ООО «БИОПЛАЗМА» по ТУ ВY 391157257-011-2014 изм. №1,2,3) и симбиотического препарата Стимул 2+ (ФГБОУ ВО Казанская ГАВМ)при выращивании сельскохозяйственных животных и птицы, аквакультуры. Препарат Стимул 2+ разработан на основе комплекса пробиотических микроорганизмов B.subtilis и B.licheniformi, природных олигосахаридов и сорбентов.Схема экспериментальных исследований представлена в таблице 1.

Таблица 1 — Схема экспериментальных исследований

Изучение эффективности применения препаратов при выращивании индюковпроводилось в ООО «Агрофирма «Залесный» Зеленодольского района Республики Татарстан. Для опыта были подобраны 150 индюшат самок кросса «Hybrid Converter» в возрасте 28 суток с живой массой 730-740 г, которых разделили по принципу аналогов на 3 группы [69]. Индюки всех групп получали полнорационный комбикорм (ОР+ основой рацион) в соответствии с зоотехническими нормами [42, 65]. Дополнительно к ОР индюки II подопытной группы получали препарат «Асидо-Био-Цит» жидкий, IIIподопытной группы препарат «Асидо-Био-Цит» жидкийи симбиотический препарат Стимул 2+ в дозировке 20 г на 1 кг комбикорма. Кормовую добавку «АсидоБио-ЦИТ жидкий»задавали посредством медикатора в питьевую воду в дозировке 1,0 г/голову в сутки.Продолжительность опыта составила 77 дней.

В течение опыта постоянно проводили наблюдения за физиологическим состоянием птицы, определяли динамику изменения живой массы по результатам индивидуального взвешивания в течение всего периода выращивания, сохранность поголовья. Ежедневно проводили учет заданного и съеденного корма. По результатам поедаемости корма и приростов живой массы была рассчитана конверсия корма.

В начале (фон) и в конце эксперимента у подопытной птицы были взяты пробы крови для определения морфологических и биохимических показателей.

В конце периода откорма индюков (в возрасте 105 суток) были проведены контрольный убой птицы с патологоанатомической оценкой органов и тканей, анатомическая разделка тушек, морфометрический анализ. Отбора проб был проведенсогласно ГОСТ 50396.0-92 «Мясо птицы, субпродукты и полуфабрикаты птичьи. Методы отбора проб и подготовки к микробиологическим исследованиям», подготовка проб к испытанию по ГОСТ 26669-87 «Продукты пищевые и вкусовые. Подготовка проб для микробиологического анализа».Качество мяса определяли в соответствии с ГОСТ 31473-2012 « Мясо индеек (Тушки и их части)».

Исследования мяса по микробиологическим показателям проводились согласноГОСТ 32031-2012 «Продукты пищевые. Методы выявления бактерий Listeriamonocytogenes»,ГОСТ Р 50396.1-2010 «Мясо птицы, субпродукты и полуфабрикаты из мяса птицы. Метод определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов», ГОСТ 31468-2012 «Мясо птицы, субпродукты и полуфабрикаты из мяса птицы метод выявления сальмонелл».

В пробах мяса определяли содержание сухого вещества, белка, жира по общепринятым методикам: сухого вещества — высушиванием навески в сушильном шкафу при температуре 105±5°С, белка – на приборе ДК-20; УДК-132 по методике Къельдаля, жира – в аппарате Сокслета.

Для оценки вкусовых качеств мяса проведена комиссионная дегустация мяса и бульона по методике, изложенной А.Т. Мысиком (1986). При органолептическом исследовании мяса определяли: внешний вид, запах, консистенцию, качество бульона при варке мяса (ГОСТ Р 51944-2002 Мясо птицы. Методы определения органолептических показателей, температуры и массы). Дегустационная оценка мяса и бульона проводилась после тепловой обработки (варки) по 9-ти бальной шкале.

Научно-хозяйственный опыт по определению эффективности применения «Асидо-Био-Цит» жидкийи симбиотического препарата Стимул 2+при выращивании поросят-отъемышей был проведён в ООО «Тукаш» Тюлячинского района. Для этих целей было подобрано 90 поросят — отъемышей в возрасте 21 день с живой массой 7,2 кг, которых по принципу аналогов разделили на три группы. Кормление и поение поросят в соответствии с зоотехническими нормами [68]. Поросята в соответствии с возрастным периодом получали полнорационный комбикорм СПК-5 и СПК-6 (ОР-основой рацион).ПоросятамIIи IIIподопытных группдополнительно c питьевой водой выпаивали препарат «Асидо-Био-Цит» жидкийв дозировке 1,0 г/голову в сутки, поросятам IIIподопытной группы –дополнительно добавлялив кормсимбиотический препарат Стимул 2+в дозировке 20 г на 1 кг комбикорма.Продолжительность опыта составила 33 дня.

В течение опыта постоянно проводили наблюдения за физиологическим состоянием поросят, консистенцией кала, определяли динамику изменения живой массы по результатам индивидуального взвешивания в начале и конце опыта, сохранность поголовья. Ежедневно проводили учет заданного и съеденного корма. По результатам поедаемости корма и приростов живой массы была рассчитана конверсия корма.

В начале (фон) и в конце эксперимента у подопытных животных были взяты пробы крови для определения морфологических и биохимических показателей.

Научно-хозяйственный опыт по определению эффективности применения препарата «Асидо-Био-Цит» жидкийпри выращивании телят молочного периода был проведен в МПТК «Джалиль»Сармановского района. Для опыта было отобран 21 животное в возpасте 5 суток, которых разделили по принципу аналогов на 3 группы. Во II подопытной группе на начало опыта было 3 теленка, больных с эймериозом и вирусной диареей крупного рогатого скота. Телята всех гpупп получали хозяйственный рацион, состоящий из ЗЦМ, сена, комбикорма-престартера, соли поваренной, мела кормового. Телятам II подопытной гpуппыи III подопытной группы дополнительно выпаивали c ЗЦМ препарат «Асидо-Био-Цит» жидкий в дозировке 40 мл в сутки на голову по 20 мл с утренним и вечерним кормлением соответственно.Продолжительность опыта составила 38 суток.

В течение опыта постоянно проводили наблюдения за физиологическим состоянием телят, поедаемостью кормов, консистенцией кала, определяли динамику изменения живой массы по результатам индивидуального взвешивания в начале и конце опыта, сохранность поголовья.

Зоотехнический анализ кормов был проведен по общепринятым методикам: сухое вещество — высушиванием навески в сушильном шкафу при температуре 105±5°С, содержание протеина – на приборе ДК-20; УДК-132 по методике Къельдаля, жира – в аппарате Сокслета, сырой клетчатки – по методу Геннеберга и Штоманаобработкой навеки смесью концентрированной азотной и 80%-ной уксусной кислот; сырой золы – методом сухого озоления; кальций – трилонометрическим методом с индикатором флуорексоном; фосфора – спектрофотометром УВ-1280.

В начале (фон) и в конце эксперимента у подопытных животных были взяты пробы крови для определения морфологических и биохимических показателей. Подсчет форменных элементов выполняли согласно методу, описанному в Справочнике по клиническим лабораторным методам исследования (М., 1975). Показатели средний объем эритроцита (MCV), содержание гемоглобина в отдельном среднем эритроците (MCH) и цветовой индекс определяли методом расчета по соответствующим формулам. Лейкоцитарную формулу подсчитывали на мазках, окрашенных по Романовскому-Гимза, СОЭ определяли по методу Панченкова.

Содержание кальция и глюкозы определяли колориметрическим методом, общего белка – биуретовым колориметрическим методом, мочевину – уреаза-глютамат-дегидрогеназный кинетическим методом, глюкозу – колоpиметpичеcким методом, холестерин – ферментным колориметрическим методом, аланинаминотpанcфеpазу (АЛТ), аcпаpтатаминотpанcфеpазу(АCТ), общий билиpубин – колоpиметpичеcким методом.

Научно-хозяйственный опыт по определению эффективности применения препарата Стимул 2+ при выращивании аквакультуры(молодняк стерляди) был проведен в КФХ И.И. Батыршина Лаишевского района. Базой для эксперимента служили аквариумы объемом 50-60 л. Температура воды в течение дней выращивания находилась в пределах +20°С. Во всех аквариумах применялась аэрация. Кормили рыбу комбикормом SteCoSUPRIME (произ. Нидерланды). Вторая подопытная группа дополнительно получала сухой пробиотик «Субтилис» из расчета 40 г на 1 кг комбикорма, третья подопытная группа дополнительно получала препарат Стимул 2+ из расчета 20 г на 1 кг комбикорма. Продолжительность опыта составила 30 дней.

В течение опыта постоянно вели наблюдения за состоянием рыбы, поедаемостью корма, изменение живой массы определяли путем взвешивания в начале и в конце эксперимента.

Цифровой материал, полученный в результате исследований, обработан по стандартным программам вариационной статистики. Разницу по средним показателям считали достоверной по t-критерию Стьюдента.

1.2 Результаты исследований

1.2.1 Изучение химического состава, органолептических показателей и токсикологических свойств препаратов

Изучение химического состава и органолептических показателей препарата «Асидо-Био-Цит» жидкий»показало, что препарат соответствует требованиям ТУВY 391157257-011-2014 (изм. №1,2,3) (таблица 2).

В составе «Асидо-Био-Цит» жидкий»содержатся:инозитольные, лецитиновые,эссенциальныеполиеновые кислоты, в т.ч. арахидоновая и омега-3антиоксиданты (кофермент Q10, каротиноиды); ферменты рибонуклеаза, протеаза, коллагеназа, полисахариды (маннаны, b-глюканы), органические кислоты, микроэлементы ( K, Mg, F и др.), витамины А, группы В, F, H [1].

Таблица 2 — Органолептические показатели и химический состав препарата

Изучение токсикологических свойств (острой токсичности) препарата проведены сотрудниками кафедры ветеринарно-санитарной экспертизы академии. Опыты проводили на клинически здоровых лабораторных мышах в соответствии с «Методическимирекомендациями по токсико-экологическойоценкелекарственных средств, применяемых в ветеринарии» (Аргунов М.Н., Сафонова Л.Б., Василенко В.В., Воронеж, 1998).

Изучение острой токсичности было проведено на 5 группах белых мышей (n=10) , массой 18-20 г.

Мышам первой группы ввели натощак в желудок 0,5 мл 50% суспензии на крахмальном клейстере рабочего раствора препарата, что соответствует 12500 мг/кг массы животного. Мышам второй группы ввели натощак в желудок 0,25 мл 50% суспензии на крахмальном клейстере рабочего раствора препарата, что соответствует 6250 мг/кг массы животного. Мышам третьей группы ввели натощак в желудок 0,25 мл 25% суспензии на крахмальном клейстере рабочего раствора препарата, что соответствует 3125 мг/кг массы животного. Мышам четвертой группы ввели натощак в желудок 0,25 мл 12,5% суспензии на крахмальном клейстере рабочего раствора препарата, что соответствует 1562,5 мг/кг массы животного. Мышам пятой группы ввели натощак в желудок 0,5 мл крахмального клейстера. Наблюдение за животными проводили в течение 14 дней.

Результаты исследований показали, что в период опыта гибели животных не было. Обще состояние мышей было удовлетворительным, животные всех групп охотно принимали воду и корм. Поведенческие рефлексы не нарушены, реакция на внешние раздражители нормальная. Побочных явлений не наблюдалось. Среднесмертельная доза (LD 50) для лабораторных мышей препарата «Асидо-Био-Цит» жидкий»составляет более 25000 мг/кг массы тела, что согласно ГОСТ 12.1007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования» позволяет классифицировать препарат как малотоксичный – IV класс токсичности.

1.2.2Изучение эффективности применения биологических препаратов и функциональной кормовой добавки при выращивании индюков

Наши исследования показали, что использование препаратов «Асидо-Био-Цит» жидкий» и Стимул 2+ при выращивании молодняка индеек оказало положительное влияние на улучшение всех основных зоотехнических показателей у птицы. К концу опыта сохранность поголовья в контрольной группе составила 96%, во второй и третьей группе 98,0%.Живая масса птицы контрольной группы составила 8520 г, у индеек, получавших препараты, этот показатель увеличился на 12,2% и 13,5% и составил соответственно по группам 10377 г и 10500 г (р<0,001). Среднесуточные приросты живой массы индеек также были больше контроля: во второй группе на 13,1%, атретьей группе — на 14,6%, При этом затраты корма на 1 кг прироста живой массы у птицы, получавших препараты уменьшились на 11,8% и 13,0%, что связано с повышением усвояемости комбикорма (таблица 2).

Таблица 2 – Влияние препаратов «Асидо-Био-Цит» жидкий» и Стимул 2+на рост индеек и конверсию корма

Примечание: здесь и далее (р<0,05) *, (р<0,01) **, (р<0,001) ***

Физиологическое состояние экспериментальной птицы оценивалось по общему внешнему виду, поведению и результатам морфологического и биохимического исследования крови.Было отмечено, что в течение опытного периода все экспериментальные индейки были клинически здоровы, имели хороший аппетит, хорошую реакцию на внешние раздражители, не было никаких признаков заболеваний. Помет индеек всех групп имел нормальный внешний вид, цвет и консистенцию и не было признаков нарушения пищеварения, что указывало на нормальное функционирование желудочно-кишечного тракта.

Гематологический анализ относится к числу методов, которые могут способствовать выявлению некоторых изменений в состоянии здоровья и могут быть полезными для диагностики заболеваний у птиц.Морфологический состав крови индеек представлен в таблице 3.

Таблица 3 – Морфологические показатели крови подопытных индеек(n=5)

Анализ таблицы 3 показывает, что использование «АсидоБио-ЦИТ» жидкий» и Стимул 2+достоверно увеличивает по сравнению с контрольными показателями в крови экспериментальных индеек количество гемоглобина и эритроцитов: во второй группе на 8,15% и 8,29% , в третьей группе – на 3,7% и 10,6% соответственно. По содержанию нейтрофилов, эозинофилов и лимфоцитов в крови между группами достоверной разницы не отмечено.

Биохимические показатели сыворотки крови индеек представлены в таблице 4. По сравнению с контрольной группой в крови индеек, получавших препараты «АсидоБио-ЦИТ» жидкий» и Стимул 2+достоверно увеличилось содержание кальция: в крови индеек второй подопытной группы на 4,0%, третьей группы на 3,3% соответственно.

Таблица 4 — Биохимические показатели сыворотки крови подопытных индеек(n=5)

Таким образом, увеличение количества эритроцитов и гемоглобина в крови индеек экспериментальных групп может свидетельствовать о том, что препарат стимулирует процессы эритропоэза и синтеза белка, что подтверждается более высокими темпами роста, продуктивности и развития птицы.

В конце опыта был проведен убой по пять голов индеек из каждой группы. Убой проводили после 12-тичасового голодания. Результаты исследований представлены в таблицах5 и 6.

Таблица 5 – Мясная продуктивность подопытных индеек(n=5)

Анализ данных контрольного убоя показал, что использование биологических препаратов при выращивании индеек положительно повлияло на мясную продуктивность птицы. Индейки второй и третьей подопытной групп имели большую предубойную массу, массу полупотрошенной и потрошенной тушек. У индеек, получавших «АсидоБио-ЦИТ» жидкий», эти показатели были больше контроля соответственно на 0,11% и 0,09%, препарат «АсидоБио-ЦИТ» жидкий» в сочетании с препаратом Стимул 2+ — на 0,35% и 0,29%(р<0,001).

При изучении морфометрических параметров массы тушек и некоторых внутренних органов выявили достоверное повышнеие абсолютноймассы печени, селезенки и сердца у индеек подопытных групп, что коррелирует с их большей предубойной массой (таблица 5). Однакоотносительная масса этихорганов находилась в пределах физиологической нормы для данного вида и возраста птицы.

Макроскопические данные показали, что морфология мышечной ткани белого и красного мяса, а также внутренних органов (селезенка, печень, почки, желудочек, желудок и сердце) не имеет существенных различий и без патологических изменений.

Таблица 6 – Масса внутренних органовподопытных индеек(n=5)

Как известно, микробиологическое исследование является одним из важнейших показателей качества мяса.Как правило, в мышцах и внутренних органах любого здорового животного, которые были забиты по асептическим правилам, нет микроорганизмов. Однакоиз-за посмертной инфекции убойных животных на мясоперерабатывающих заводах продукты убоя могут содержать различные сапрофитные микроорганизмы (гнилостные бактерии, бактерии семейства Escherichiacoli, споры плесени, актиномицеты и т. д.), а иногда и сальмонеллы, листерии и др.

Результаты оценкимяса всех групп показали, что микробиологические показатели не превышают допустимый предел (таблица 7). Однако по сравнению с первой контрольной группой в мясе индеек второй и третьей подопытных групп уменьшилось количество КМАФАнМ.

Таблица 7 — Микробиологическая оценка мяса подопытныхиндеек(n=3)

Качество мяса по органолептическим и физико-химическим показателям соответствует требованиям ГОСТ.

Таким образом, использование «АсидоБио-ЦИТ» жидкий» и симбиотического препарата Стимул 2+ при выращивании индеек приводит к улучшению общего состояния здоровья птиц и повышению продуктивности. Добавление в питьевую воду препарата «АсидоБио-ЦИТ» жидкий»предотвращает размножение в воде патогенных микроорганизмов, увеличивает «кислотосвязывающую способность» корма,поддерживает уровеньpH по всей длине пищеварительного тракта за счет синергетического действия органических кислот, которые функционально дополняют друг друга, что укрепляет иммунную систему птицы и уменьшает количество патогенных бактерий в пищеварительном тракте, улучшает усвояемость корма, положительно влияет на рост и развитие птицы. Действие препарата Стимул 2+ дополняет положительный эффект, который обусловлен еговысокой антибактериальной активностью в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов и выраженными иммуномодулирующими свойствами.

1.2.3 Изучение эффективности применения биологических препаратов и функциональной кормовой добавки при выращивании поросят

Исследованиями установлено, что использование препаратов «Асидо-Био-Цит» жидкий» и Стимул 2+ оказало положительное влияние на рост и развитие поросят-отъемышей(таблица 8). К концу опыта сохранность поголовья в контрольной и подопытных группах, получавших биопрепараты, составила 100%.

Живая масса поросят контрольной группы к концу эксперимента составила 18,41 кг, у животных второй подопытной группы 19,81 кг и третьей подопытной группы — 20,20 кг. По сравнению с контролем использование препарата «Асидо-Био-Цит» жидкий»увеличило живую массу поросят на 7,6%(р<0,001), использование препарата «Асидо-Био-Цит» жидкий»в сочетании с препаратом Стимул 2+ на 9,7%(р<0,001). Среднесуточные приросты живой массы поросят также были больше контроля: во второй группе на 14,0%, ав третьей группе — на 15,9%,

Таблица 8 – Влияние препаратов «Асидо-Био-Цит» жидкий» и Стимул 2+ на рост подопытных поросят и конверсию корма

При этом затраты корма на 1 кг прироста живой массы у животных, получавших препараты уменьшились на 11,4% и 12,8%, что связано с повышением усвояемости комбикорма.

Физиологическое состояние экспериментальных животных оценивалось по общему внешнему виду, поведению и результатам морфологического и биохимического исследования крови.Было отмечено, что в течение опытного периода все подопытные поросята были клинически здоровы, имели хороший аппетит, хорошую реакцию на внешние раздражители, не было клинических признаков заболеваний. Кал у животныхподопытных групп имел нормальный внешний вид, цвет и консистенцию, не было выявлено клинических признаков нарушения пищеварения, что указывало на нормальное функционирование желудочно-кишечного тракта.

Следует отметить, что использование препарата «Асидо-Био-Цит» жидкий» способствует уменьшению выделения газов в помещении, где содержались поросята.

Анализ данных морфологических и биохимических показателей крови показал, что в конце опыта у поросят контрольной и опытных групп все биохимические показатели крови были в пределах физиологической нормы (таблица 9).

Нами установлено, что в крови поросят, получавших препараты, увеличилось содержание гемоглобина и эритроцитов. Так, в крови животных второй подопытной группы содержание этих показателей составило 98,8 г/л и 7,46*10¹²/л, третьей подопытной группы — 90,4 г/л и 7,22*10¹²/л, что больше контроля соответственно на 14,6% (р<0,01) и 8,7%, 4,8%(р<0,05)и5,2%.

Анализ крови на лейкоциты проводят для диагностики состояния организма, так как лейкоциты – это важная составляющая иммунной системы человека и животных. Повышение лейкоцитов свидетельствует о воспалительном процессе в организме. По нашим данным, в крови животных второй группы, получавших препарат «Асидо-Био-Цит» жидкий», количество лейкоцитов составило 8,16*10⁹/л, а у поросят третьей группы, получавших «Асидо-Био-Цит» жидкий» в комплексе с препаратом Стимул 2+, этот показатель составил 7,79*10⁹/л, что на 20,4% и 24,1% достоверно меньше контрольных показателей.

Аналогичная тенденция была установлена и по СОЭ. Как известно, скорость оседания эритроцитов можетпоказать на воспалениев организме. Нами установлено, что применение препаратов способствовало уменьшению СОЭ в крови поросят второй и третьей подопытных групп. Однако разница была недостоверной.

Таблица 9 – Морфологические показатели крови подопытных поросят(n=5)

Биохимический анализ крови – исследование, которое используется для выявления сведений о функциональном состоянии организма в целоми органов в отдельности. Комплексное исследование основных биохимических показателей крови, позволяет оценить особенности кроветворения, функцию печени, поджелудочной железы и почек, белковый, липидный и углеводный обмен, обмен нуклеиновых кислот, а также баланс железа и кальция в организме. Биохимические показатели крови подопытной птицы представлены в таблице 10.

Нами установлено, что в крови поросят второй и третьей групп, получавших препараты,довостоверно повысилось содержание глюкозына 1,63 ммоль/л и 1,03 ммоль/л (р<0,001)и уменьшилось содержание холестерина на 0,72 ммоль/л и 0,76 ммоль/л(р<0,05).

Глюкоза является показателем состояния обмена веществ у животных. Вероятно, более высокое содержание глюкозы в крови подопытных поросят свидетельствует о повышении эффективности использования углеводов комбикорма и получении большего количества обменной энергии, что способствует повышению интенсивности роста.

Таблица 10 — Биохимические показатели сыворотки крови поросят(n=5)

По анализу показателей, характеризующих гепатопротекторные свойства препарата «Асидо-Био-Цит» жидкий», можно сказать, что у поросят второй и третьей группы улучшились некоторые изученные биохимические показатели крови, в частности, содержание ферментов аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы, общего билирубина.

Как известно, показатели АЛТ и АСТ являются своеобразными маркерами функционального состояния печени [2]. Аспартатаминотрансфераза (АСТ) – фермент, который находится во всех клетках организма, но главным образом в клетках сердца и печени и в меньшей степени в почках и мышцах. В норме активность АСТ в крови очень низкая. При повреждении тканей печени или мышц она высвобождается в кровь. Таким образом, АСТ является показателем повреждений печени.

Аланинаминотрансфераза (АЛТ, АлАт)– это эндогенный фермент из группы трансфераз, подгруппы аминотрансфераз (трансаминаз), широко используемый в практике для лабораторной диагностики повреждений печени. АЛТ синтезируется внутриклеточно, и в норме лишь небольшая часть этого фермента попадает в кровь. При повреждении печени (при гепатитах, циррозе печени) в результате цитолиза (разрушения клеток) этот фермент попадает в кровь. В нашем эксперименте по сравнению с контролем наблюдалась тенденция к уменьшению содержания ферментов в крови поросят второй и третьей группы: АЛТ на 0,54ед/л (9,31%) и 0,46 ед/л (7,93%), АСТ на 0,47 ед/л (8,30%) и 0,51 ед/л (9,01%), что вероятно, свидетельствует об улучшении функции печени.

Метаболизм билирубина – это сложный химический процесс, постоянно происходящий в организме, при его нарушении на каком-либо этапе и появляется изменение уровня этого вещества в сыворотке крови. Поэтому билирубин является важным показателем работы сразу нескольких систем организм, в первую очередь, функционирования печени и процесса распада гемоглобина. Повышение общего и прямого билирубина свидетельствует о клинических нарушениях функции печени. В нашем экспериментепо сравнению с контролем у поросят, получавших препараты, содержание билирубина уменьшилось (однако разница была недостоверной). Для подтверждения данного предположения необходимо определение фракций билирубина.

Экономическая эффективность применения функциональной кормовой добавки «Асидо-Био-Цит» жидкий» при выращивании поросят-отъемышей составила в расчете на 1 рубль дополнительных затрат 2,57 руб., «Асидо-Био-Цит» жидкий» и препарата Стимул 2+ — 1,50 руб.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований показали, что применение препаратов «Асидо-Био-Цит» жидкий» и Стимул 2+ улучшает физиологическое состояние, положительно влияет на функциональную активности печени и иммунитет, повышает продуктивность поросят.

1.2.4 Изучение эффективности применения биологических препаратов и функциональной кормовой добавки при лечении и выращивании телят

Для изучения эффективности применения биологических препаратов при выращивании телят в качестве элементов биорегулирующей терапии было сформировано три группы. В третьей подопытной группе на начало эксперимента былотри теленка, больных эймериозом и вируcной диареей крупного рогатого скота.

В начале опыта телятам второй подопытной группы однократно была сделана инъекция антикокцидийного препарата Толтрекс в дозе 3 мл суспензии на 10 кг массы животного; телятам третьей подопытной группы однократно была сделана инъекция антикокцидийного препарата Толтрекс в дозе 3 мл суспензии на 10 кг массы животного и Тетравитферонв дозе 1,0 см³/10 кг(комбинированный препарат для профилактики и лечения гиповитаминозов и вирусных заболеваний).

Исследованиями установлено, что использование препарата«Асидо-Био-Цит» жидкий»в целях профилактики заболеваний и укрепления иммунитета эффективно, препарат оказывает положительное влияние на улучшение физиологического состояния, рост и развитие животных (таблица 11). По нашим данным, живая масса телят контрольной группы к концу эксперимента составила 45,86 кг, у животных второй подопытной группы — 53,8кг и третьей подопытной группы — 51,22 кг. Среднесуточные приросты живой массы телят в контрольной группе за период опыта составили 381,1 г, второй подопытной группы — 677,8 г, третьей подопытной группы – 573,9 г.

Физиологическое состояние подопытных телят оценивали по общему внешнему виду, поведению, выраженности рефлексов, а также результатам морфологического и биохимического исследования крови.

Таблица 11- Влияние препарата «Асидо-Био-Цит» жидкий» на рост подопытных телят

Нами установлено, что в третьей подопытной группе на начало эксперимента было три теленка, больных эймериозом и вируcной диареей крупного рогатого скота. Результаты эксперимента показали эффективности примененных методов профилактики и лечения телят. К концу опыта животные второй и третьей подопытных групп были клинически здоровы, имели хороший аппетит, хорошую реакцию на внешние раздражители, не было клинических признаков заболеваний. Кал у животныхподопытных групп имел нормальный внешний вид, цвет и консистенцию, что указывало на нормальное функционирование желудочно-кишечного тракта.

Анализ данных морфологических и биохимических показателей крови показал, что в конце опыта у телятвторой и третьей подопытных групп все изученных показатели крови были в пределах физиологической нормы (таблицы 12,13). Нами отмечено повышение в крови гемоглобина 6,8 г/л и 14,2 г/л, что на 6,88% и 14,3% больше, чем в крови поросят контрольной группы. Следовательно, применение препаратов позволило улучшить физиологическое состояние телят, активизировать процесс гемопоэза, что способствовало увеличению снабжения кислородом органов и тканей подопытных животных.

Таблица 12 – Морфологические показатели крови подопытных телят(n=5)

Таблица 13 — Биохимические показатели сыворотки крови телят (n=5)

В тоже время к концу эксперимента в контрольной группе у трех телят наблюдались клинические признаки вирусной диареи. В крови телят первой группы было отмечено выше физиологической нормы количества лейкоцитов, СОЭ, общего белка, ферментов АЛАТ и АСАТ, а также уменьшении содержания мочевины. Изменение этих показателей свидетельствует о воспалительном процессе и снижении уровня функциональной активности печени.

Экономическая эффективность выпаивания «Асидо-Био-Цит» жидкий» илечения с применением препаратов Толтрекс и Тетравитферонсоставила в расчете на 1 рубль дополнительных затрат во второй подопытной группе 0,18 руб., в третьей подопытной группе — 0,63 руб.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований показали, что применение препарата в комплексной профилактике и терапии заболеваний телят молочного периода улучшает физиологическое состояние, положительно влияет на функциональную активность печени и иммунитет, повышает продуктивность телят.

1.2.5 Изучение эффективности применения пробиотических препаратовпри выращивании аквакультуры

При выращивании молоди стерляди использовали комбикорм SteCoSUPRIME (произ. Нидерланды).По нашим данным, комбикорм содержал 59,1% сырого протеина, 16,3% жира, 3,3% сырой клетчатки, 7,4% сырой золы, 1,21% фосфора. Кормление рыбы производили 4раза в сутки, норма кормления 10% от массы тела.Результаты выращивания молоди стерляди на продукционном комбикорме с добавлением пробиотиков «Субтилис» и Стимул 2+ представлены в таблице 14.

Таблица 14 -Результаты выращивания молоди стерляди на продукционном комбикорме SteCoSUPRIMEс добавлением пробиотиков «Субтилис» и Стимул 2+

Как видно из данных таблицы 14, включение в состав корма пробиотических препаратов способствовало повышению сохранности рыбы, среднесуточных приростов живой массы. В первой контрольной группе среднесуточный прирост рыбы составил 0,45 г, во второй подопытной группе — 0,48 г, в третьей подопытной группе 0,49 г. К концу эксперимента живая масса рыбы второй и третьей подопытных групп составила 36,4 г.

Потребление корма во всех группах было одинаковым, так как кормление проводили нормировано. Соответственно массе рыб уменьшились и затраты кормов на 1кг прироста, по сравнению с контролем, во второй группе на 3,3%, в третьей — на 5,8%.

Таким образом, применение пробиотических препаратов при кормлении молоди стерляди эффективно, так как повышаются среднесуточные приросты живой массы и снижаются затраты корма.

Следует отметить, необходимо проведение эксперимента более продолжительное время и на большем поголовье, чтобы было возможно оценить и проанализировать скорость роста и массонакопление у рыбы, а также необходимо изучение механизмов влияния пробиотических препаратов на организм и микробиом желудочно-кишечного тракта рыбы.

Заключение

В результате проведенных исследований впервые для органического сельского хозяйства предложена система биорегулирующей терапии с использованием симбиотических препаратов на основе пробиотических микроорганизмов B.subtilis и B.licheniformi, природных олигосахаридов и сорбентов и функциональной кормовой добавки«Асидо-Био-Цит»жидкий на основе растительных пептидно-белковых биорегуляторов.

Комплексные исследования позволили установить, что биопрепараты и функциональная кормовая добавка оказывают ростстимулирующее, иммуномодулирующее и гепатопротекторное влияние на организм молодняка индеек, поросят и телят, молоди стерляди, что улучшает функциональную активность органов и тканей, переваримость кормов и способствует увеличению энергии роста молодняка на 13,1-16,2%. Использование биопрепаратов и функциональной кормовой добавки в технологической схеме производства мяса на органических фермах и промышленных комплексах позволит повысить сохранность поголовья и конверсию корма11,4-13,0%, снизить применение химических средств защиты и улучшить качество получаемой продукции.

Таким образом, применение симбиотического препарата Стимул 2+ и функциональной кормовой добавки «Асидо-Био-Цит» жидкий позволит увеличить объемы производства молочной и мясной продукции, соответствующей по качеству требованиям органических продуктов класса «био-органик».

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Аварский, Н.Д. Рынок органической продукции России: современное состояние и потенциал развития / Н. Д. Аварский [и др.] // Экономика сельского хозяйства России.- 2014.- № 5. С. 29–37.
2. Андреева, С.Д. Клиническое и биохимическое исследование печени у животных / С.Д.Андреева, Ж.В. Вараксина.- Киров, 2000. 29 с.
3. Акимова, Ю.А. Перспективы развития органического сельского хозяйства в России / Ю.А. Акимова, Т.М. Полушкина // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 2-1. (Элект. журнал).
4. Алямкин, Ю. Пробиотики вместо антибиотиков – это реально / Ю. Алямкин // Птицеводство. – 2005. – №2. – С. 17-18.
5. Андрусенко, С.Ф. Обогащенные безлактозные продукты из козьего молока / С.Ф. Андрусенко, П.А. Омельченко // Молочная промышленность.- 2008. — №11. – С.78-79.
6. Антипова, Л. Прослеживаемость безопасности птицепродуктов / Л. Антипова, С. Полянских, З. Ибрагимова // Птицеводство. – 2010. — № 3. – С.43-44.
7. Бевзюк, В. Н. Целловиридин вкомбикормахнестандартной рецептуры / В. Н. Бевзюк, Т. М.Околелова// Комбикорма. — 2003. — №5. – С. 46-47.
8. Берестенко, Е.Д.Факторы среды обитания и состояние здоровья населения / Е.Д. Берестенко, Ю.И. Григорьев // Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова. — 2011. — №4. — С.147-153.
9. Бессарабова, Е.В. Влияние кормовой добавки «Гидролактив» на рост и развитие бройлеров/ Е.В.Бессарабова, Л.П.Гонцова, Ю.В. Краснобаев// Птица и птицепродукты.- 2011.- №2.- С.46-48.
10. Билалова, В.А. Рост и развитие гусят при использовании ферментов / В.А. Билалова, Д.Д. Хазиев // Интеграция аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения: Матер. Всеросс. научно-практ. конф. Ч.III. – Уфа, 2008. – С. 322-323.
11. Бодров, Д. Влияние ферментных препаратов на мясную продуктивность бычков /Д. Бодров // Молочное и мясное скотоводство. — 1998. — №3. -С.9-11.
12. Борук, В.В. Эффективность применения комплексных препаратов аминокислот («абиопептид») и микроэлементов («ферропептид») на различных стадиях онтогенеза бройлеров: дис. …канд.биол.наук/ В.В.Борук, Москва — 2012.
13. Булгаков, А.М. Эффективность кормления ферментными препаратами за счет усвоения питательных веществ животными / А.М. Булгаков.- Барнаул, 2009.-175 с.
14. Бурдаева, К. Кормовые пробиотики / К. Будаева // Корма и кормовые добавки. – 2015. – №2. – С. 37-41.
15. Влияние ферментных препаратов на физиолого-продуктивный потенциал цыплят- бройлеров на фоне замены зерновой части пшеницы на тритикале /А.Ю. Никитин [и др.] // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2017. – №8 (208). – С. 65-69.
16. Волкова, И. Пробиотики как альтернатива кормовым антибиотикам / И. Волкова // Комбикорма. – 2014. – №2. – С. 63-64.
17. Волчкова, Л. Применение адаптогенов для бройлеров/ Л. Волчкова, Н.Калюжный, М.Тотоева// Животноводство России.-2006. — №3.- С.23-24.
18. Волынкина, М.Г. Ферментные препараты в кормлении коров в период раздоя / М.Г. Волынкина, В.А. Хлыстунова // Аграрный вестник Урала.- 2009.- №19- С.88-89.
19. Гайнуллина, М.К. Влияние скармливания премикса на продуктивность, состав и свойства молока коров черно-пестрой породы / М.К. Гайнуллина, А.Р. Фахрутдинова // Мат. междунар. науч.-прак. конф. «Инновационные пути импортозамещения в АПК», Донской ГАУ, апрель 2015, пос . Персиановский, 2015.С.12-17.
20. ГОСТ 25179-90 Молоко. Методы определения белка. Межгосударственный стандарт. – М.: Стандартинформ, 2006. — 6 с.
21. ГОСТ 5867-90 Молоко и молочные продукты. Методы определения жира. Межгосударственный стандарт. – М.: Стандартинформ, 2006. -15 с.
22. ГОСТ 3626-73 Молоко и молочные продукты. Методы определения влаги и сухого вещества. Межгосударственный стандарт. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2006. -14 с.
23. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы ФГБНУ «Росинфомагротех». М., 2012. — 204 с.
24. Гущин, В.В. Безопасность продуктов питания – одна из основных проблем птицепромышленности / В.В. Гущин, Г.Е. Русанова, Н.И. Риза-Заде // Птица и птицепродукты. – 2012. — №1. – С. 53-56.
25. Данилевская, Н.В. Фармакологические аспекты применения пробиотиков / Н.В. Данилевская //Ветеринария. – 2005. — № 11.
26. Данилова, Н. Эффективность ферментного препарата «Гимизим» / Н. Данилова // Птицеводство. – 2005. — №3. – С. 25.
27. Данилов, И. ПробиотикСубтилис в промышленном птицеводстве / И. Данилов, О. Сорокин, М. Сафонов // Птицеводство. – 2010. – №5. – С. 23.
28. Дзагуров, Б. Подкормка для цыплят / Б. Дзагуров, И. Джелиева, З. Псхациева // Животноводство России. – 2009. — № 10. – С.23-24.
29. Добрук, Е.А. Влияние добавки «МиксОптима К» на продуктивность крупного рогатого скота : дис…. канд. с.-х. н./ Е.А.Добрук, 2013.- 136 с.
30. Егоров, И. Ферменты для рационов с повышенным вводом ячменя /И. Егоров // Комбикорма.- 2004.- №8.- С.73.
31. Ежова, О. Ферментный препарат в ячменном рационе уток / О.Ежова, А. Сенько, А. Лукьянов // Птицеводство. – 2004. — №12. – С. 14-15.
32. Елисеева, Л.Г. Международная интеграция в области обеспечения безопасности и повышения конкурентоспособности продукции агропромышленного производства /Л.Г. Елисеева // Техника и технология пищевых производств.- 2011.- №3.- С. 46-51.
33. Ефрюшин, А.Д. Влияние ферментного препарата Мацеробациллин ГЗХ в сочетании с витаминно-минеральным премиксом на переваримость питательных веществ дойными коровами / А.Д. Ефрюшин, А.М. Булгаков // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство.- 2014.- №12.-С.53-58.
34. Зорикова, А.А. Специальные ферментные добавки в стартерных комбикормах для поросят /А.А. Зорикова / Материалы международного симпозиума, С.-Пб., 2005. —С. 132-134.
35. Зоотехнический анализ кормов / Е.А. Петухова [и др.]. – М.: Колос, 1981. – 256 с.
36. Илиеш, В.Д. Пробиотики в животноводстве — путь к качеству и безопасности продуктов питания / В.Д. Илиеш, М.М. Горячева // Свиноводство.- 2017.- №6.
37. Использование симбиотического препарата в кормлении цыплят-бройлеров / И.В. Павленко [и др.] // Птица и птицепродукты. – 2013.- № 1.- С. 45-46.
38. Изучение эффективности использования подкислителя кормового «АсидоБио-ЦИТ» жидкий» в рационах поросят группы доращивания / В.В Богомолов [и др.] /Генетика и разведение животных .- 2016.-№3.- С.64-68.
39. Кислухина, О.В. Ферменты в производстве пищи и кормов / О.В. Кислухина//М.: Делипринт, 2002. — 336 с.
40. Кислюк, С. Оптимальный набор кормовых добавок в условиях повышения цен на сырье / С. Кислюк // Птицеводство. – 2008. — № 7. – С. 21-22.
41. Комаров, А. Стандартизация методов определения активности ферментных препаратов / А. Комаров, Л. Телишевская, А. Панин // Комбикорма. – 2007. — № 3. – С. 64-65.
42. Кормление сельскохозяйственной птицы / В.И. Фисинин [и др.]. – Сергиев Посад.: Загорская типография, 2001. – 281 с.
43. Кормозим ферментный препарат нового поколения в рационах животных / В.Г. Гугля [и др.] // Сельские новости. -2004. -№12.-С. 46-49.
44. Корнилова, В. Влияние ферментного препарата на продуктивность индюшат/ В. Корнилова, М. Маслов// Комбикорма. – 2008. — № 3. – С. 79.
45. Костомахин, Н.М. Использование ферментных препаратов в кормлении сельскохозяйственных животных и птицы /Н.М. Костомахин // Главный зоотехник.- 2006.- № 8. — С. 20-22.
46. Кочиш, И.И. Влияние кормовой добавки «Баксин-КД» на естественную резистентность и продуктивность бройлеров/ И.И.Кочиш, М.С.Найденский, В.В.Нестеров [и др.]// Птица и птицепродукты.- 2011.- №5. — С.20-22.
47. Кузнецов, А. Универсальный фермент в рационах с люпином / А. Кузнецов, П. Кундышев, Е. Краевская // Комбикорма. 2012. — №3. – С. 75-76.
48. Корниенко, С.И. Влияние ферментных препаратов на продуктивность / С.И. Корниенко // Научный журнал КубГАУ.- 2013.- №87(03).- С. 1–28.
49. Кузнецова, В.Ф. Использование пробиотиков, пребиотиков и симбиотиков в птицеводстве / В.Ф. Кузнецова // Сергиев Посад, 2007. — С. 27.
50. Кундиус, В. И. Организационно-экономические предпосылки развития органического сельского хозяйства в условиях вступления России в ВТО / В. И. Кундиус, О Ю. Воронкова // Вестн. алтайского гос. аграр. ун-та. — 2014. — № 6. — С. 140–144.
51. Кощаев, А.Г. Экологизация продукции птицеводствапутем использования пробиотиков как альтернатива антибиотикам / А.Г. Кощаев // Юг России: экология, развитие.- 2007.- №3.- С.94-98.
52. Ленкова,Т.Н. Мультиэнзимы в комбикормах для бройлеров / Т.Н. Ленкова // Птицеводство. – 2007. — № 2. – С.15-16.
53. Ленкова, Т.Н. Новый отечественный энзим / Т.Н. Ленкова, Т.А. Егорова, И.Г. Сысоева // Птицеводство. — 2016. — №6. – С. 17-20.
54. Лысенко, С. Пробиотики для цыплят-бройлеров / С. Лысенко, А. Бараников, А. Васильев // Птицеводство. – 2007. – №5. – С. 31 – 32.
55. Лыско, С. Влияние пробиотиков на иммунную систему цыплят-бройлеров /С. Лыско // Птицеводство. – 2008. – №7. – С. 15 – 16.
56. Макаров, С.В. Влияние биологически активной добавки «Баксин-КД» на резистентность, продуктивность бройлеров и репродуктивную способность кур: дисс. … канд.биол.наук/ С.В.Макаров,Москва, 2012.- 122с.
57. Марков, Ю. О роли ферментов в свиноводстве / Ю. Марков // Свиноводство.- 2000.- №4.- С. 13–16.
58. Мастерских, Д.Г. Свойства молока коз зааненской породы разного возраста / Д.Г. Мастерских, А.С. Шувариков // Овцы, козы, шерстяное дело.- 2004.- №3.- С. 39-40.
59. Молоскин, С. Универсальный фермент для зерновых рационов/ С. Молоскин // Комбикорма.- 2003. — №1. — С. 56-57.
60. Мысик, А.Т. Справочник по качеству продуктов животноводства / А.Т. Мысик, С.М. Белова – М.: Агропромиздат, 1986. – 239 с.
61. Надаринская, М.А.Выпаивание добавки «АсидоБио-ЦИТ» жидкий телятам о рождения / М.А. Надаринская, О.Г. Голушко// Мат. национальной научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения Заслуженного работника высшей школы РФ, Почетного профессора Брянской ГСХА, доктора ветеринарных наук, профессора А. А. Ткачева «Актуальные проблемы ветеринарии и интенсивного животноводства, Брянск, 20–21 сентября 2018 года. Кокино: Брянский государственный аграрный университет, 2018. — С. 11-114.

62. Национальный доклад «О ходе и результатах реализации в 2013 году Государственной программы развития сельского хозяйства и  регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013–2020 годы». М., 2014 [Электронный ресурс].

63. Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 56508-2015. Продукция органического производства. Правила производства, хранения и транспортировки. М.: Стандартинформ, 2015 [Электронный ресурс].

64. Новые экологически безопасные препараты для бройлерного производства / И.В. Павленко [и др.] // Птица и птицепродукты. – 2015.- № 1.- С. 55-57.

1. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных / А.П. Калашников [и др.] – М.: КолосС, 2003. – 456 с.
2. Нуржанов, Б.С. Использование симбиотиков в животноводстве / Б.С. Нуржанов, Ю.И. Левахин, И.М. Агеев // Вестник мясного скотоводства.- 2013.- № 4.- С. 107-110.
3. Нуртдинов, М.Г. Ферментные препараты в животноводстве / М.Г. Нуртдинов. – Казань: Фэн, 2002 – 96 с.
4. Нуртдинов, М.Г. Ресурсосберегающая технология производства свинины с использованием ржи и полиферментного препарата «Универсал» : дис…. д-ра. с.-х. н.: 06.02.02/ М.Г. Нуртдинов. — Казань, 2006.- 192 с.
5. Овсянников, А.И. Основы опытного дела / А.И.Овсянников. М.: Колос. – 1976. — 302 с.
6. Околелова, Т.М. Включение комплексных ферментных препаратов в комбикорма с повышенным содержанием трудногидролизуемых компонентов / Т.М. Околелова, Э.В. Удалова // Сергиев Посад, 1996.-7 с.
7. Олькова, А.С. Влияние новых пептидных биорегуляторов на активностьDaphniamagna в чистых и загрязненных тяжелыми металлами водах [электронный ресурс] / А.С.Олькова, М.С.Краснов, В.П.Ямскова и дор.// Современные проблемы науки и образования.- 2015. — №5. URL^http^//www/science-education.ru/ru/article/view?id=21927.
8. Османов, Р.О. Современное состояние и перспективы оценки влияния факторов окружающей среды на состояние здоровья детского населения страны / Р.О. Османов, З.Г. Мусаева, С.О. Курбиева // Медицинская экология. Юг России: экология, развитие. — 2008. -№2. — С.119-122.
9. Околелова, Т. Определение эффективности добавок в комбикормах для птицы / Т. Околелова, О. Просвирякова // Птицеводство.- 2008. — № 9. – С. 26-27.
10. Околелова, Т. Актуальные вопросы в кормлении птицы/ Т. Околелова// Животноводство России. – 2009. — № 5. – С.21-22.
11. Панин, А.Н. Иммунобиология и кишечная микрофлора / А.Н. Панин, Н.И. Малик, Е.В. Малик // Аграрная наука, ИК «Родник». — 1998.- 48 с.
12. Панин, А.Н. Пробиотики в промышленном птицеводстве/ А.Н. Панин, Н.И. Малик, Е.В. Малик // Материалы 1 Международного конгресса по птицеводству. — 2005.
13. Папцов, А. Г. Органическое сельское хозяйство ЕС: тенденции развития и опыт регулирования / А. Г. Папцов, Л.Г. Ахметшина // Агропродовольственная политика России. — 2014. — № 8 (20). — С. 80–84.
14. Перспективы органического сельского хозяйства в России. Генное редактирование на службе у человека (подг. по итогам Научно-методического семинара Аналитического управления Аппарата Совета Федерации Федерального Собрания РФ,10 ноября 2016 г.) // Аналитический вестник. — 2016. — № 49 (648). — 77 с.
15. Подчалимов, М.И. Эффективность использования разных пробиотиков и пребиотиков в кормлении цыплят-бройлеров / М.И. Подчалимов, Е.М. Грибанова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии.- 2013.- № 4.- С. 53-55.
16. Пономарев, С.В. Биологические и технологические аспекты применения методов органического сельского хозяйства для получения продукции аквакультуры / Пономарев С.В. [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2015. -Т.17, №4(3). -С. 557-564.
17. Потгютер, Р. Пути оптимизации кормления птицы/ Р. Потгютер// Животноводство России. – 2011. –№ 2. –С. 19-21.
18. Применение ферментативного пробиотика в кормлении цыплят-бройлеров / В.А. Манукян [и др.] // Птица и птицепродукты. – 2013. – №5. – С. 22 – 24.
19. Протасова, Д.Г. Свойства козьего молока / Д.Г. Протасова // Молочная промышленность. -2001. -№8. -С.25-26.
20. Птицеводство и технология производства яиц и мяса птиц / Б.Ф. Бессарабов [и др.].- СПб.: Лань, 2005. – 352 с.
21. Рынок органической продукции России: современное состояние и потенциал развития / Н. Д. Аварский [и др.] // Экономика сельского хозяйства России.- 2014.- № 5.- С. 29–37.
22. Сапай, А.Н. Влияние бульона белкового концентрированного сухого кормового на рост, развитие и мясную продуктивность молодняка крупного рогатого красной степной породы скота: автореф. дис. …канд.с-х.наук/ А.Н,Сапай, Барнаул, 2009.
23. Субботин, В.В. Биотехнология пробиотиков ветеринарного назначения/ В.В. Субботин // Аграрная наука. – 1998.- № 3.
24. Субботин, В.В. Опыт применения пробиотикалактобифадол в различных отраслях животноводства и в птицеводстве/ В.В. Субботин, Н.В. Данилевская // Эффективное животноводство. – 2009.- № 4 (62).- С. 40-41.
25. Тедтова, В. Пробиотический препарат для бройлеров / В. Тедтова // Птицеводство. – 2007. — №10. — С. 28.
26. Ферментная активность как реальный показательпитательностирационов животных/ Р.У. Бикташев [и др.]//Кормопроизводство.- 2005. — №7.- С. 19-20.
27. Ферментные препараты для улучшения усвояемости корма и снижения его стоимости / И. Егоров [и др.] // Комбикорма. – 2010. — №7. – С. 73-76.
28. Фисинин, В.И. Современные подходы к кормлению птицы / В.И. Фисинин, И.А. Егоров // Птицеводство. – 2011. — № 3. – С. 7-10.
29. Фисинин, В.И. Стратегия инновационного развития птицеводства России/ В.И. Фисинин // Комбикорма. -2012. -№ 4. –С. 3-6.
30. Хорошевская, Л. Эндогенный фермент в рационах цыплят-бройлеров/ Л. Хорошевская, А. Хорошевский, О. Ларичев, К. Масловский // Комбикорма. -2009. -№ 1. –С. 73-74.
31. Швыдков, А. Обоснование применения пробиотиков в бройлерном птицеводстве / А. Швыдков [и др.] // Птицеводство. – 2012. – №12. – С. 44-48.
32. Шульце, Э. Традиционное и органическое сельское хозяйство: анализ сравнительной эффективности с позиции концепции устойчивого развития / Э. Шульце [и др.] // Вестник С.-Пб. университета. — 2015. -Сер.5. Вып.4. -С. 4-39.
33. Шванская, И.А. Проблемы и перспективы развития органического сельского хозяйства в России / И.А.Шванская//http://nf-innovate.com
34. Шульга, Е.А. Эффективность применения пробиотика «Субтилис» в составе полнорационных комбикормов для осетровых рыб / Е.А. Шульга, Ю.А. Лапухин / Материалы первой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН.- Ростов на Дону, 2005.- С.340-341.
35. Эффективность нового симбиотического комплекса для птиц Авилакт форте/ Л.А. Неминущая[и др.] // Птицеводство. — 2010. — №1. – С. 45-
36. Biernasiak, J. The effect of a new probiotic preparation on the performance and faecal microflora of broiler chickens / J. Biernasiak, K. Slizewska // VeterinarniMedicina. – 2009. — № 11. — Р. 525-531.
37. Korosi, L. Effects of natural products for broiler production parameters. / L. Korosi // 11th Europen Poultry Conference. Abstracts. — Bremen, 2002. -P. 106.
38. Luo, J. Effect of probiotic Propionibacterium jensenii 702 supplementation on layer chicken performance / J. Luo, S.King, M.C.Adams // Benef. Microbes. — 2010. — V.1. — N 1. — P. 53 — 60.
39. Vargas-Rodriguez, L.M. Effect of Probiotic and Population Density on the Growth Performance and Carcass Characteristics in Broiler Chickens / L.M. Vargas-Rodriguez, L.A. Duran–Melendez [е.а.] // International Journal of Poultry Science. – 2013. — №7. — Р. 390-395.

Реферат

молодняк крупного рогатого скота, гомогенат трутневого расплода, естественная резистентность, продуктивность, сохранность

Отчет включает 91 страницу, 22 рисунка, 20 таблиц, 51 литературный источник.

Объектами исследований являлись молодняк овец на откорме, молодняк крупного рогатого скота, баранина, телятина, кровь животных

Цель исследований:

Разработка и внедрение биостимулятора на основе гомогената трутневого расплода в практику органического животноводства с целью повышения естественной резистентности и продуктивности откормочного молодняка крупного рогатого скота

Задачи:

— разработать способ защиты гомогената трутневого расплода от избыточного распада рубцовой микрофлорой;

— создать новый биологически активный стимулирующий препарат на основе гомогената трутневого расплода для молодняка на откорме крупного рогатого скота;

— изучить влияние полученного защищенного препарата на мясную продуктивность и физиолого-биохимический статус откормочного молодняка КРС в производственных условиях ООО «Красная Горка» Колышлейского района Пензенской области;

— определить экономическую эффективность применения разработанного биостимулирующего препарата в практике животноводства;

— разработать технические условия на биостимулятор на основе трутневого расплода для молодняка крупного рогатого скота;

— разработать научно-практические рекомендации по применению биостимулирующего препарата для повышения продуктивных параметров откормочного молодняка крупного рогатого скота;

— подать заявку на патент на изобретение.

Разработан инновационный продукт, который позволил снизить себестоимость производства животноводческой продукции. Биостимулятор позволит повысить среднесуточные приросты откормочного молодняка на 12-14% и снизить себестоимость продукции на 5-7%. Животноводческим предприятиям мясного направлений будет рекомендована биостимулирующая кормовая добавка на основе трутневого расплода для повышения продуктивности животных.

Введение

В настоящее время одной из первоочередных задач, стоящих перед сельскохозяйственными работниками Российской Федерации, является увеличение производства высококачественной, конкурентоспособной продукции животноводства [].

Развитие крупного рогатого скотоводства мясного направления является одним из важнейших в системе взглядов долгосрочного социально-экономического развития России до 2020 года, которой предусмотрено к 2020 году увеличить производство мяса в 1,7 раза, молока — на 27%; что позволит обеспечить уровень душевого потребления мяса и молока в соответствии с рекомендуемой рациональной нормой (молока 360 кг, говядины 32-34 кг).

Обеспечение качественными и полноценными продуктами питания населения остается актуальной проблемой в мире/ В последние годы особый интерес вызывают функциональные и интерактивные материалы нового поколения, разработанные на основе природных компонентов, которые больше отвечают физиологическим потребностям живых организмов, лучше усваиваются ими и обеспечивают эффективную адресную доставку питательных вещества [].

Важной задачей науки является разработка, испытание, апробация биологически активных добавок, биогенных стимуляторов и выдача рекомендаций по применению безопасных для экологии препаратов, натуральных метаболитов, комплексных соединений, активно воздействующих на формирование продуктивных свойств животных. Эффект биологических стимуляторов обусловлен их регулирующим влиянием на интенсивность обменных процессов и усилением функционального состояния органов и систем [].

Большинство применяемых биопрепаратов не обладают энергетическими свойствами, но заметно стимулируют важные физиологические функции животных, что способствует увеличению продуктивности и повышению их общей сопротивляемости заболеваниям [].

Эффективное влияние биогенных стимуляторов на животных проявляется разнообразно (от коррекции иммунитета организма до гормональной и ферментативной систем молодняка сельскохозяйственных животных). Воздействуя положительно на организм при выращивании молодняка животных, они понижают кормовые затраты, уменьшают сроки выращивания, позволяют сохранить поголовье, что оказывает хорошее влияние на уровень рентабельности отрасли [].

В настоящее время в зооветеринарной практике для стимуляции откорма, проявляющейся в энергии роста и развития, повышению естественной резистентности и сохранности молодняка, результативности осеменения широко используются биологически активная яичная масса, стимулятор эмбриональный, комплексный иммунный модулятор, стимулятор из трутневого расплода пчел и стимулятор из взрослых трутней [].

Новые биологические препараты должны пройти широкую апробацию на различных видах животных, с целью выявления наиболее результативных вариантов дозы и кратности их применения. Поэтому данные исследования имеют большую актуальность.

1. Обзор литературы

1.1 Развитие мясного скотоводства

Крупный рогатый скот мясного направления продуктивности имеет рад преимуществ таких, как выносливость и неприхотливость к условиям жизни, хорошо адаптируются к разным условиям окружающей среды. Эта способность выработалась у них потому, что животные находились долгое время в неблагоприятных условиях кормления и содержания. Их организм выработал такие адаптивные способности, как накапливать при благоприятных условиях жизненно необходимые питательные вещества и расходовать их экономно в течение зимних периодов до пастбищного сезона. Крупный рогатый скот мясного направления также к началу зимних периодов обрастает волосяным покровом и консолидирует подкожные жировые отложения для того, чтобы выжить при неблагоприятных погодных условиях, связанных с морозами и ветрами, что позволяет сооружать экономически более выгодные облегчённые постройки для мясных пород крупного рогатого скота.

В связи с этим были приняты меры государственной поддержки и из средств федерального бюджета в рамках Госпрограммы выделены средства в размере 5,43 млрд. рублей в 2014 году, которые обеспечили дальнейшее развитие данной отрасли, стабильное увеличение поголовья специализированных мясных пород крупного рогатого скота и помесных животных. Поэтому в последние годы возникла острая необходимость в развитии мясного скотоводства, а также связанная с обеспечением производства говядины в продовольственной безопасности РФ.

Крупный рогатый скот всегда имел для отрасли сельского хозяйства России поистине многопрофильное значение, который давал такие важнейших продукты, как молоко, мясо и шкуры. В современных условиях под влиянием научно-технического прогресса стало экономически целесообразным разделение специализированных мясного и молочного скотоводства, как двух самостоятельных подотраслей животноводства [].

Скотоводство мясного направления продуктивности является специализированной подотраслью, которая производит высокого качества говядину и тяжелое кожевенное сырьё. Данная отрасль позволяет получать говядину от чистопородных и помесных (с молочными и комбинированными) животных специализированных мясных пород.

Говядина от этого скота специализированных мясных пород, обладает высокими кулинарными качествами за счёт вкусовых и питательными свойств. Это мясо является наиболее ценным продуктом в питании людей потому, что данному мясному скоту свойственен определённый обмен веществ, дающий мясную продуктивность высокого качества. Это связано с отложением сала в толще мышечной ткани, получившее название внутримускульное сало. Такое внутримускульное сало придаёт мясу «мраморный» вид, а по вкусовым качествам — высокую сочность и нежность. Все эти качества позволяют оценивать его высоко и пользуются большим спросом у покупателей [].Поэтому ключевым моментом в развитии мясного крупного рогатого скотоводства были приняты две отраслевые целевые программы по развитию молочного и мясного скотоводства в России на период 2009-2012 гг. Для этого есть все объективные возможности: обширные естественные кормовые угодья (сенокосы и пастбища) регионально адаптированные интенсивно-

пастбищными технологиями содержания животных; стартовое поголовье маточного стада мясного и молочного направления для создания специализированных мясных ферм племенного скота и, особенно, товарного.

Следует отметить, что от скота молочных пород, выращенного по интенсивной технологии, получают не менее тяжеловесную тушу. Однако сало этих животных откладывается с наружной поверхности туши в виде полива, а на внутренних частях туши — в виде крупных включений в толщу мышечной ткани. Такое сало, как правило, в процессе кулинарной обработки обрезают и удаляют.

Потребление мяса и мясопродуктов является одним из основных показателей качества жизни населения. В соответствии с научно обоснованными нормами рациона человеку необходимо 82 кг мяса в год. Из них — 39 % говядины; 34 % свинины; 5% баранины; 20% птицы; 2 % мяса прочих видов [].

Говядина является незаменимым продуктом питания для человека потому, что перевариваемость и усвояемость её ценных компонентов на 95% относят к диетическому продукту. При этом предпочитается говядина, получаемая от крупного рогатого скота мясного направления продуктивности потому, что считается самой вкусной и ценной продукцией [].

Важным условием успешного развития специализированного мясного скотоводства является формирование рынка высококачественной говядины (так называемого «мраморного» мяса) в свежем, то есть в незамороженном и не переработанном виде). Применяя разработанную под руководством академика РАСХН И.Ф. Горлова технологию производства «мраморной» говядины, рассчитанную на поголовье мясного скота в первую очередь отечественных пород, можно сделать вывод о том, что наилучший результат по формированию «мраморного» мяса был получен от бычков калмыцкой породы. Формирование «мраморности» в возрасте 17 месяцев у них завершено. У животных симментальской породы к 17-месячному возрасту «мраморность» мяса отсутствовала, однако, они характеризовались наилучшей развитостью мускулатуры. У бычков казахской белоголовой породы формирование «мраморности» продолжалось [].

В настоящее время в России осталось немного сельскохозяйственных предприятий, занимающихся разведением крупного рогатого скота мясных пород и помесных животных. В основном в нашей стране сельхозпредприятия отдают предпочтение развитию отрасли молочного скотоводства. Как мы уже отмечали выше, важной задачей аграрного сектора экономики является развитие отрасли мясного скотоводства на инновационной основе.

Инновационная стратегия развития мясного скотоводства включает несколько важных направлений: развитие племенной базы специализированных пород для получения достаточного поголовья высококлассных быков производителей и телок для чистопородных и товарных стад; создание товарных стад для получения молодняка, откорм которого дает высококачественную мясную продукцию; организация кормовой базы и кормления мясного скота; внедрение прогрессивной технологии по выращиванию и содержанию животных.

В программе на период 2013 — 2020 годы по развитию сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия, принятой на государственном уровне, необходимо решение следующих задач:

— для устранения дефицита и практики массовой закупки животных за границей необходимо повышение генетического потенциала отечественной племенной базы мясного скотоводства на основе создания в регионах сети племенных центров мирового уровня по выведению мясных пород скота;

— обновление существующих предприятий по откорму скота и создание в регионах сети откормочных площадок промышленного типа,

соответствующих требованиям времени, с постановочным числом скотомест не менее 5 млн. голов;

— внедрение новых ресурсосберегающих технологий производства говядины, переход на технологию ее глубокой переработки, повышение ассортимента расфасованных полуфабрикатов и так далее.

Инновационное развитие мясного скотоводства определяется прогрессивной технологией, включающей в первую очередь использование адаптированных к природным условиям специализированных мясных пород и их помесей. Вторым важным элементом в технологии мясного скотоводства является воспроизводство и выращивание телят на подсосе, а третьим — доращивание молодняка после отъема от матери и получение достаточного поголовья ремонтных телок. И последние — организация интенсивного откорма. Эти элементы и составляют единый производственный процесс, обеспечивающий использование генетического потенциала мясных животных и экономическую эффективность отрасли [].

В настоящее время наблюдается устойчивое устремление к росту численности поголовья мясного крупного рогатого скота, созданию новых крестьянских (фермерских) хозяйств, комплексов по откорму животных на основе интенсификации. Реализуется положительная сторона новых производственных отношений на основе частного предпринимательства. Увеличение производства мяса с целью удовлетворения потребности населения в этом продукте питания является важнейшей народнохозяйственной задачей. Основным фактором ее решения является научно-обоснованный подбор пород и технологий выращивания молодняка. [].

В основе улучшения качества говядины главная роль отводится породам крупного рогатого мясного скота, обладающим желательными убойными качествами в соотношении съедобных и несъедобных частей, определяющих коэффициент мясности в туше, лучшими показателями качества мяса, кулинарными достоинствами говядины (казахская белоголовая, калмыцкая, симментальская) [].

Основными задачами, стоящими сейчас перед мясным скотоводством, являются: внедрение низкозатратных технологий, решение множества вопросов, связанных с воспроизводством стада, создание культурных пастбищ, интенсивное использование высокопродуктивных быков-производителей/

В основе технологии производства говядины лежат биологические процессы, определяющие рост и развитие молодняка мясного скота. С начала зарождения и рождения живого организма происходит увеличение количества клеток, массы и размеров органов и тканей, их процесса возникновения различий между однородными клетками и последующей специализацией [].

На рост и развитие живого организма влияют многочисленные внутренние (генетические) и внешние (негенетические) факторы, проявляющиеся в пренатальный и постнатальный периоды развития организма [].

Так, в пренатальный период: — генотип, внутриматочное окружение, размеры и возраст матери, её кормление, многоплодие, окружающая температура.

В постнатальный подсосный период — генотип, вес при рождении, молочность матери, её возраст, возраст при отъёме, а в период после отъёма -помимо генотипа и пола, возраст при отъёме, кормление, климат, адаптация, содержание.

В технологии промышленного выращивания мясного скота изучение этих факторов имеет важное значение, связанное с разведением, содержанием и кормлением животных [].

В скотоводстве, специализирующемся на производстве мяса, первостепенное значение имеет выбор породы, приспособленной к конкретной природно-климатической зоне и экономическим условиям, а также пол, который влияет на химический состав мяса туши. [].

Кастрированные бычки и тёлки значительно отличаются от некастрированных по показателям мясной продуктивности и качеству мяса [].

Рост последних более интенсивный. В 15-18-месячном возрасте их живая масса на 10-12% и более превосходят кастратов, а телок — на 15-20%. Кроме этого мясо у некастрированных бычков получается более постное, а затраты кормов на прирост меньше. Длительно

сохраняя напряжённый рост бычков надо интенсивно кормить до более высокой упитанности в отличие от кастратов и телок, которые начинают раньше откладывать жир, снижая прирост мышечной ткани и оплату корма. Поэтому живую массу в конце откорма нужно планировать дифференцированно с учетом пола и породы животных (телки в возрасте 1820 месяцев, должны весить 360-420 кг в зависимости от породы, кастраты 400-480 кг, бычки 420-500 кг, а для крупных пород — симментальская, помеси с шароле и лимузинами — 550-600 кг). При этих весовых кондициях получаются туши с хорошими убойными и качественными показателями мяса [].

1.2 Основные аспекты развития мясного овцеводства в России

Овцеводство и продукция этой отрасли в России всегда были востребованы. Масштабное изучение состояния и перспектив вопросов овцеводческого направления, основная роль проверки которых возлагалась на надзорные подразделения сельскохозяйственного профиля по всей площади Российских губерний и изданные в конце восемнадцатого века, доводят до нас сведения, что овец романовской породы содержали, разводили и совершенствовали методом народной селекции в Ярославском уезде, изначально крестьянских хозяйствах, а затем, самых лучших особей уже разводили в своих хозяйствах помещики; овец же тонкорунных пород (мериносных) примерно в это же время начали разводить в сельхозпредприятиях нечерноземной зоны России, в таких губерниях как: Рязанская, Орловская, Тульская. В этих же областях и в этот же период некоторые владельцы поместий уже были заинтересованы в приобретении мясных пород овец, которые широко были распространены в Великобритании. По сельскохозяйственной переписи на начальный период 1913 года в Центральной нечерноземной зоне России (Рязанская, Тульская, Курская, Орловская, Тамбовская, Воронежская области) было сосредоточено достаточно высокое поголовье овец, исчисляемая 6945,4 тысячами. В основном эти животные были представлены аборигенными длиннотощехвостыми овцами, из которых в последствии сложились локальные породы, такие как, волошская, пырка, русская длиннотощехвостая, михновская и др. В этой связи цель и задачи овцеводческой отрасли главным образом состояли в том, чтобы как можно полнее использовать генетические возможности овец, доминирующим направлением которых являются потребительские качества получаемой от них продукции.

Увеличение и производство баранины в Российских регионах за последние годы, после того как в девяностых начался резкий спад овцеводческой отрасли и, в частности, поголовья овец, в некоторых краевых зонах страны овцепоголовье пошло на увеличение. В ранжировке востребования баранины в Российской Федерации наибольший объем принадлежит парному или охлажденному мясу, а импортопоставки, сопровождаются только охлажденным или замороженным. На сегодняшний день ведущими районами, где достаточно хорошо развито овцеводство и сосредоточено самое большое поголовье овец, являются Республика Калмыкия, Дагестан, Ставропольский край. При этом, необходимо отметить, что отрасль в основном специализируется на производстве мяса баранины, так как доля ее потребления высока, поэтому она более востребована. В России производство баранины осуществляется, главным образом, за счет крестьянских подворий, фермерских хозяйств и более крупных предприятий. Импортирование бараньего мяса (баранины и ягнятины) в Россию в период с 2010 до 2015 года достигло 89,3 тыс. т общей суммой 223,5 млн долл. Такие страны, как Австралия и Новая Зеландия лидируют в поставках бараньего мяса. Кроме этих стран в Российскую Федерацию поставщиками баранины являются Уругвай, Молдавия и некоторые другие страны.

При зарождении в России мясного и мясошерстного направления в овцеводстве, а происходило это в начале 19 века, из Европы было закуплено около 160 тыс. иностранных пород овец. Благодаря новым ввезенным породам в нашей стране селекционерам успешно удалось создать новые отечественные породы овец мясного и мясошерстного направления. К большому огорчению, многие из выведенных в то время пород совсем утеряны, а если и остались в чистоте, то в очень мизерном количестве. Все это, во-первых, связано с тем, что природно-климатические условия нашей страны резко отличаются от очень специфического английского климата. Во-вторых, для того чтобы удачно реализовать генетический потенциал английских овец мясных пород для них необходимо создать условия интенсивного кормления, что не всегда могут обеспечить условия наших хозяйств. Представляется целесообразным разработать специальную программу или проект по развитию мясного овцеводства для всех регионов Российской Федерации. Поэтому правильное применение

прогрессивных технологий предусматривающих выращивание овец мясного типа и направленных на получение качественной молодой баранины, а также параллельно с этим получение продуктов убоя будет обеспечивать стабильное развитие мясного овцеводства в нашей стране.

Таким образом, важнейшей задачей является создание в России базы современного и очень востребованного на данный момент мясного овцеводства, при этом особое значение необходимо уделить мясосальной эдильбаевской породе овец. В ней сочетаются такие уникальные возможности, как хорошая скороспелость, неприхотливость в кормлении, полиэстричность, высокая резистентность к заболеваниям. При этом все свои лучшие качества она твердо передаёт по наследству и хорошо разводится в суровых условиях обитания при примитивной селекции и самых простых и доступных технологиях. Благодаря высокой мясной и сальной продуктивности эдильбаевская порода получила международное признание.

Анализ проведенных А.И. Любимовым, А.А. Фалалеевым и С.Ю. Стройновой (2013) исследований показал, что за период от рождения до 4-месячного возраста эдильбаевские ягнята превосходят собственную массу тела: баранчики — в 5,5 раза, ярочки — 5,6 раза, а абсолютный прирост живой массы и среднесуточный прирост по группе баранчиков составил 26,3 кг и 219 г, по ярочкам, соответственно, 24,0 кг и 200 г. Наибольший среднесуточный прирост в группе баранчиков за 120 дней составил 225 г, наименьший — 208 г, в группе ярочек — 217 г и 183 г соответственно.

А.М. Давлетовой в соавторстве (2018) была выполнена исследовательская работа на ягнятах эдильбаевской породы. По результатам эксперимента было установлено, что полученный молодняк обладает присущими мясосальным овцам телосложением и хорошей скороспелостью. При убое в 4,5 месяца от всех вариантов подбора получены тушки массой 15,7-17,1 кг без учета массы курдюка, с преимуществом в пользу потомства от баранов брликского типа, при этом также следует отметить, что показатели мясности потомства от баранов суюндукского типа были несколько ниже.

А.В. Молчанов и М.А. Егоров (2008) в своей работе указывают на эффективность производства ягнятины от овец эдильбаевской породы.

Ю.А. Юлдашбаев и др. (2010) ведут речь о том, что в аспекте развития мясного овцеводства на первые позиции значимости выходит опять мясосальное овцеводство, роль и значение которого до конца еще не оценены.

О рациональном использовании овец эдильбаевской породы в Воронежской области повествуют В.И. Котарев, А.Г. Ульянов и Е.М. Шаталова (2015).

Среди курдючных грубошерстных овец мясо сального направления продуктивности эдильбаевская порода по мнению Ю.А. Юлдашбаева и др. (2015) более предпочтительна. Так как по скороспелости и мясной продуктивности она смело может конкурировать с самыми лучшими английскими скороспелыми культурными мясошерстными породами. Необходимо отметить, что эдильбаевские овцы обладают как широкой экологической валентностью, так и хорошей приспособленностью к разным климатическим зонам.

Ученые Оренбургского аграрного университета провели исследования по улучшению мясности и качественных характеристик баранины, полученной от эдильбаевских овец. При этом они в очередной раз подтвердили, что эти овцы необычайно скороспелы. По их данным через 13 суток после появления на свет ягнята эдильбаевской породы удваивают свою живую массу, через 37 суток живая масса у них повышается уже в 4 раза, а через 888 суток (примерно 2,5 года) аж в 78 раз (Давлетова А.М., Косилов В.И., 2013).

Обобщая изложенный А.М. Давлетовой и В.И. Косиловым (2013) материал, необходимо отметить, что молодняк эдильбаевской породы овец при достижении 1,5 летнего возраста имеет 65 и 83 % массы тела от массы взрослых животных, баранов и овцематок, соответственно.

В принципе похожие результаты по эдильбаевской породе овец получены К.С. Ирзагалиевым, М.К. Куспановым (2000), В.И. Косиловым и др. (2016): «В среднем живая масса баранов данной породы достигает 110-120 кг, лучших доходит до 162 кг, маток — 75-77 кг, лучших — 126 кг. Живая масса молодняка в возрасте 1,5 лет составляет 90-92 % от живой массы взрослых животных, а ягнят в

4-5-месячном возрасте — 52-54 %. Убойный выход взрослых валухов на нагуле составляет 52-55 % при общей массе мяса и жира 35-40 кг. Матки характеризуются достаточной молочностью, обеспечивающей интенсивный рост, развитие ягнят и их скороспелость».

Интенсивная технология выращивания ягнят на мясные цели представлена таким важным звеном, как ранний отъем молодых животных от матерей в возрасте 4-4,5 месяцев. Все это способствует тому, что во-первых можно уплотнить ягнение маток, что позволит их более интенсивнее использовать, а во-вторых получить гораздо больший выход поголовья, и в конечном итоге значительно повысить производство молодой баранины [].

Таким образом, на настоящий момент наметился некоторый рост поголовья овец в России. Этот рост в основном идет за счет грубошерстных пород, и на первом месте среди них стоит эдильбаевская.

1.3 Стимулирующее действие кормовых добавок на организм сельскохозяйственных животных для повышения их продуктивности

Для обеспечения продовольственной безопасности страны в целом и конкретных регионов, в частности улучшения обеспечения населения ценными продуктами питания, перерабатывающей промышленности — сырьем, в ближайшие годы предстоит существенно увеличить производство мяса, молока и других продуктов животноводства. Для достижения данной цели необходимо существенно повысить наследственную продуктивность животных, что возможно только при полноценном кормлении. Общеизвестно, что основа укрепления кормовой базы — значительное повышение урожайности кормовых культур, сенокосов и пастбищ. Наряду с этим необходимо резко снизить потери питательных веществ при заготовке и хранении кормов, так как в настоящее время при выполнении данных процессов теряется почти треть выращенного урожая. Поэтому неудивительно, что проблема сохранения и повышения качества кормов стала одной из актуальных задач современного агропромышленного комплекса. Стоит отметить, что только за счет улучшения качества всех видов кормов, снижения потерь сахара, протеина, каротина и других питательных веществ можно значительно увеличить производство продуктов животноводства и повысить рентабельность отраслей. Интенсивное животноводство немыслимо без прочной кормовой базы и полноценных кормов [].

Однако порой практически невозможно обеспечить высокую продуктивность животных только за счет кормов собственного производства. В них часто в недостаточном количестве содержится протеин, незаменимые аминокислоты, минеральные вещества и витамины. Использование несбалансированных рационах приводит к снижению продуктивности животных, перерасходу кормов на единицу продукции, повышению и ее себестоимости и, в конечном счете, к снижению эффективности отраслей. Для интенсификации производства продукции животноводства, разведение высокопродуктивных животных необходимых обязательно использовать кормовые добавки, содержащие различные питательные и биологически активные вещества, которые смогут обогатить рацион питания. Многочисленными опытами доказано, что это позволит существенно повысить эффективность использования питательных веществ кормов и уровень продуктивности животных. В качестве кормовых добавок используются только те препараты, которые апробированы и разрешены Главным управлением ветеринарии МСХ РФ. Новые кормовые добавки испытывают в производственных условиях и внедряют в практику животноводства в соответствии с «Положением о порядке апробации новых ветеринарных препаратов». В последние годы появилась полезная информация по использованию пробиотиков, мультиэнзимных композиций ферментных препаратов, природных источников биологически активных веществ и нетрадиционных кормовых добавок, применение которых должно быть основано на знании об их физиологических и биологических свойствах, о нормах и способах их использования в животноводстве. Правильное применение различных кормовых добавок и комплекса биологически активных веществ, количество которых постоянно увеличивается, является одним из важных факторов повышения продуктивности животных, снижения расхода кормов на единицу продукции и повышения эффективности отрасли [].

На современном этапе экономического развития страны, для того чтобы отечественное животноводство стало рентабельным, конкурентоспособным и обеспечивало продовольственную независимость, необходимо добиться его высокой продуктивности. При промышленном ведении животноводства обеспечение животных кормами высокого качества и оптимальными кормовыми добавками является важной задачей организации высокорентабельного производства требует больших финансовых средств, которые не всегда окупаются произведенной продукцией. Решение данной задачи заключается в замене импортных дорогих кормовых добавок на аналоги из местного сырья, обладающих уникальными ионообменными и сорбентными свойствами, возможностью оптимизации минерального питания, способностью выведения из организма радионуклидов и солей тяжелых металлов.

В настоящее время создаются инновационные скотоводческие предприятия молочного направления благодаря использованию современного оборудования, совершенствованию кормовой базы и более полному раскрытию генетического потенциала продуктивных животных, комплексное решение которых позволит увеличить производство молока до уровня мировых стандартов [].

Отдельные исследователи отмечают, что организация полноценного сбалансированного кормления животных являются одним из факторов повышения продуктивности дойных коров. Установлено, что продуктивность коров на 40-50% зависит от обеспеченности энергией, на 30-50% протеином и на 10-20% — биологически активными веществами (витамины, макро-, микроэлементы и др.)

В течение производственного цикла не всегда удается организовать полноценное кормление высокопродуктивных животных, что в свою очередь приводит к необходимости восполнения рационов кормления различными доступными, экономически эффективными и экологически безвредными кормовыми добавками/

Как дефицит, так и перенасыщение основных элементов в рационе коров приводит к ослаблению здоровья и конституции, глубоким нарушениям обмена веществ, снижению продуктивности и биологической полноценности молока как продукта питания населения [].

Важным резервом увеличения энергии роста и развития, повышения мясных и откормочных качеств молодняка является использование в животноводстве разнообразных биогенных стимуляторов. Их применение снижает затраты кормов на единицу прироста, улучшает конверсию корма и обмен веществ, а также повышает естественную резистентность организма животных [].

В связи с разнообразностью действия известных биостимуляторов, наибольший интерес представляют тканевые препараты — как наиболее универсальные и эффективные иммуностимулирующие средства/

Многие препараты, обладающие стимулирующим действием, несмотря на свою широкую известность, остаются недоступными для большинства животноводов, или используются ими весьма ограниченно. Это обусловлено многими причинами: в некоторых случаях недостаточностью эффективностью препаратов, ограниченной направленностью действующего начала, в других — высокой стоимостью или сложностью технологии производства.

В.А. Погодаев, Е.А. Киц, Е.А. Моренко (2003-2005) разработали и экспериментально апробировали новый комплексный биологически активный препарат, обладающий свойствами иммуномодулятора — КИМ (комплексный иммунный модулятор). В 100 мл препарата входит: 20 мл биологически активной яичной массы; 79,7 мл раствора хлорида натрия 0,9%; 0,3 мл фенола.

Известно, что в период интенсивного роста организма образуется большое число новых белковых клеток, которые синтезируются из низкомолекулярных предшественников (аминокислот). Кроме этого, не участвующие в биосинтезе аминокислоты подвергаются в первую очередь реакциям дезаминирования (отщепления аминогрупп) и трансаминирования, а также реакциям превращения по карбоксильным и боковым группам.

Представленный препарат можно рекомендовать для тканевой терапии, белковой гидролизатотерапии неспецифической протеинотерапии.

Кроме этого, содержащиеся в препарате КИМ гормоны позволяют применять его и для органотерапии. Предлагаемый ими комплексный иммунный модулятор (КИМ) по сравнению с прототипами обладает эффектом тканевой терапии, белковой гидролизатотерапией, органотерапией, неспецифической протеинотерапией, а также бактерицидным эффектом. Способ приготовления позволяет не только получить препарат с эффектом тканевой и других видов терапии, но и позволяет сохранить полезные свойства яйца: высокий аминокислотный состав, витамины и гормоны, высокие иммунные показатели, активизацию уровня метаболизма [].

При промышленной технологии содержания животных, защитные силы их организма угнетаются различными неблагоприятными факторами. Поэтому при различных перегруппировках, в период адаптации животных к новым условиям содержания, а так же при комплектации комплексов сборным поголовьем, возникает необходимость стимуляции естественной резистентности у больших групп животных. Эффективным способом этого является распыление в воздухе помещения аэрозолей физиологичных и экологически безопасных стимулирующих препаратов, обладающих невысокой стоимостью. В качестве таких биостимуляторов могут использоваться некоторые малотоксичные, физиологически активные растительные средства. К ним следует отнести аэрозоли препарата из зверобоя, представляющие собой комплекс биологически активных веществ, извлеченных из воздушно-сухой массы растения путем многократной водно-щелочной термальной экстракции.

Иммуномодуляторы по химическому составу являются чаще всего полипептидами, полисахаридами. Их действующим началом являются цитомедины, биогенные стимуляторы, витамины, аминокислоты и т.д. Максимальное количество этих элементов в подобных препаратах обусловлено подбором оптимального по своим исходным свойствам субстрата, а так же рациональной технологией его обработки. Подобные

меры обеспечивают экономическую эффективность и доступность препарата. На практике установлено, что использование иммуностимуляторов дает положительный результат лишь в тех случаях, когда они поступают строго дозировано и в определенные сроки [].

Многочисленными исследованиями установлено, что биогенные стимуляторы в соответствующих дозах активизируют физиологические процессы в организме животных. Поэтому при их использовании ускоряется рост животных, повышается масса тела, отмечается заметная устойчивость ко многим заболеваниям.

Наиболее широко применение биогенные стимуляторы нашли в свиноводстве. В связи с этим, они с успехом применяются для стимуляции роста. В.И. Корольков (1959) был одним из первых, кто начал применять тканевые препараты для стимуляции роста здоровых животных.

С.С. Назаров (1960), использовал тканевый препарат из селезенки крупного рогатого скота для увеличения роста и улучшения развития ослабленных поросят. Препарат оказывал положительное влияние. Поросята опытной группы показывали среднесуточный привес на 40 г больше, чем животные в контрольной группе. У животных опытной группы резко сократились желудочно-кишечные заболевания, практически отсутствовал падеж. Автор пришел к выводу, что биостимуляторы способствуют улучшению роста и развитию поросят, повышают устойчивость их организма к различным заболеваниям.

Использование тканевых препаратов, как биологических стимуляторов, способствует более высокому синтезу белка в организме свиней и меньшему отложению жира при их откорме.

Е. Фарбер (1963) агаро-тканевый препарат М.А. Макарова назвал «чудо-препаратом». Опыт проводился на 1485 свиньях, при этом среднесуточные приросты в среднем составили 418 г, а в контрольной группе — всего 305 г. Затраты кормов на килограмм прироста в опытной группе

составили 5 кормовых единиц, а в контрольной — 6 кормовых единиц.

Применение агаро-тканевого препарата М.А. Макарова стимулирует рост и увеличивает массу отставших в росте подсвинков. У животных после введения препарата улучшается аппетит. Заметно повышалась подвижность, кожа постепенно становилась бело-розовой, повысилась упитанность. За два месяца откорма подопытные животные весили на 11,7 кг больше, чем контрольные (Куприянов C.B., 2009).

Исследованиями В.В. Масанской (1990) установлено, что применение тканевых препаратов при откорме свиней позволяет повысить среднесуточные приросты на 8-17%, при этом снижая затраты кормов на образование 1 кг прироста на 0,35-0,87 кормовой единицы и сократить сроки мясного откорма на 5-13 дней. Наибольший эффект получен от применения агаро-тканевого препарата.

В.В. Василисын (1975), изучая влияние на организм свиней стимуляторов комплексного применения, вводимых с кормами и в виде подкожной инъекции, пришел к выводу о нецелесообразности использования агаро-тканевого препарата и органопрепарата ГПС параллельно с препаратом ПВ-1. Это, в значительной степени, приводит к торможению роста и снижению среднесуточных приростов у животных.

В своих опытах О.В. Пономарев (2003) установил, что поросята-отъемыши, стимулируемые препаратами СТЭМБ и БАЯМ, превосходят аналогов контрольной группы в возрасте 4-х месяцев по живой массе на 0,77 — 3,1 кг, а по сохранности поросят — на 3,4 — 6,7%. Так же, в итоге повышаются и воспроизводственные качества свинок.

Применение тканевых препаратов при искусственном осеменении свиней, как отмечали A.A. Акатов, М.А. Макаров, Е.В. Волохин (1963), способствует повышению их оплодотворяемости. Это объясняется раздражающим влиянием продуктов жизнедеятельности и ферментативного распада клеток на подбугорье, а через него и на секреторную функцию гипофиза. В результате действия тканевых препаратов на нервную систему, у животных усиливается гонадотропная функция гипофиза, повышается чувствительность матки и влагалища к гормонам яичников.

В своих исследованиях В.А. Медведский (1998) установил, что половая зрелость у животных, при использовании тканевых препаратов, наступала значительно раньше. Так у свинок, получавших препарат из печени, первая течка наступала на 34 дня раньше; у свиноматок, которым методом инъекций вводили плаценту — на 46 дней раньше, чем в контрольной группе.

В.А. Алексеев, Ф.Н. Петрякин, Л.В. Пыркина (1997) в качестве стимулятора использовали препарат «Терпенол» — хвойная мука. В результате проведенных научно-производственных экспериментов было установлено, что применение «Терпенола» оказывало положительное воздействие на качество получаемого приплода и сохранность поросят. Свиноматки опытной группы имели большую молочность на 22,1% по отношению к контрольной группе. Процент мертворождаемости в контроле составил 6,4%, а в опыте — 2,8%. Поросята, полученные от свиноматок опытных групп, отличались более высокими среднесуточными приростами и к 2-х месячному возрасту достигали веса в 20,4 кг, что составило 111,5% по отношению к контрольной группе. Наряду с повышением динамики роста, поросята опытных групп имели более высокую сохранность — 90,6% контрольная группа и 95,8% — в опыте.

Э.Е. Острикова (2001) подчеркивает, что применение тканевых стимуляторов позволяет получить потомство менее чувствительное к стрессам, у которого на 7-й день после воздействия стресс-фактора все гематологические и биохимические показатели приходят в норму, а у поросят, полученных без стимуляции, это происходит только на 14-й день.

По данным Л.А. Михайловой (1992) определенные предпосылки для увеличения количества получаемой мясной продукции, дает применение биостимуляторов обладающих гормональной активностью. Наиболее широкое применение имеет стимулятор «Доксан». При имплантации животным, этот препарат (стандартная доза 36 мг действующего вещества), повышает среднесуточные приросты на 10-20% и увеличивает конверсию кормов на 7-11%.

В конце прошлого века достижения в области органической химии позволили рекомендовать животноводческой отрасли применение экологически чистого препарата, входящего в систему биохимических процессов организма животного — янтарную кислоту (сукцинат).

По данным Л.А. Бахиревой (1996), в результате длительного применения препарата янтарной кислоты (ЯК-85) ремонтным свинкам, снижаются сроки наступления половозрелости на 8 дней, при этом оплодотворяемость увеличивается на 9,3%. Скармливание биостимулятора супоросным свинкам выявило избирательное действие применяемых препаратов на репродуктивную функцию животных. Таким образом, дифференцируя введение препаратов супоросным свиноматкам, можно управлять их воспроизводительной функцией.

В своих опытах Н.С. Васильева (1966), изучая влияние препаратов янтарной кислоты на рост, развитие и профилактику алиментарной анемии поросят установила, что использование сукцината супоросным свиноматкам, а так же, дальнейшее применение гемовита на поросятах, повышает содержание гемоглобина и эритроцитов в крови животных на 8,3-30,0% и 6,4-39,5%.

При этом, сохранность и живая масса животных возрастает на 2,88,0% и 9,3-22,3% соответственно.

Многие исследования Н.С. Гегамяна и Л.К. Эрнста (2003) посвящены вопросам ростостимулирования и прироста живой массы, проводимые на взрослых животных при использовании в качестве стимулятора -хлорнокислого магния (ХКМ-300). Авторы установили положительный ростостимулирующий эффект данного препарата. При 30-ти дневной подкормке препаратом ХКМ-300 ремонтных свинок, прирост живой массы увеличился на 4,4%, а у взрослых свиноматок — на 1,0% по сравнению с контролем. Затраты кормов на единицу прироста живой массы в контрольной группе превосходили опытные на 26,3% и 18,2% соответственно.

По данным Л. А. Коростылевой (2001), полученным в ходе экспериментальных исследований, препарат «Доксан», в дозе 2,2 мг на 1 кг живой массы, при однократном введении обладает ярко выраженным ростостимулирующим действием, обеспечивая увеличение живой массы свиней на откорме — на 12%, при уровне среднесуточного прироста — 631 г.

Препарат «Доксан-М» в дозе 2,0 мг и сульфат магния в дозе 122 мг на 1 кг живой массы превосходит по продуктивному действию «Доксан» и обладает более выраженным ростостимулирующим эффектом, обеспечивая повышение живой массы на 25,4%.

Р.Г. Попов (2000) установил, что использование ферментативной добавки «Порзим 8Р-100» при откорме свиней, оказывает положительное влияние на качество мяса. Процентное содержание мяса в туше свиней ДМ-1 было на 4,45%, у свиней СМ-1 — на 5,66% выше по сравнению с контрольными группами. Введение ферментативной добавки оказывало заметное положительное влияние на химический состав мяса и сала свиней пород ДМ-1 и СМ-1.

Как сообщают С. Тойгильдин, С. Лифанова (2011) перспективным направлением для повышения продуктивности коров и улучшения их воспроизводительных функций является использование комплексного витаминного препарата «Карток». Использование витаминизированного препарата, содержащего р — каротин и а — токоферол, способствовало более интенсивному обмену веществ, что благоприятно отразилось на процессе молокообразования.

В своих исследованиях А. Кайдулина, В. Королев, А. Струк, Р.Полетаев (2010) испытали ростстимулирующий препарат САТ-СОМ. Результаты исследований показали, что использование препарата в практике животноводства способствовало повышению мясной продуктивности бычков и улучшению качества говядины. У бычков повысилась убойная масса на 14,2 %, убойный выход — на 2,17%, индекс мясности — на 13,2%, содержание жира-на 0,41%.

Г. М. Маннов и Н.И. Серков (1959), применяя тканевые взвеси на молодняке крупного рогатого скота, получили превышение прироста подопытных животных по сравнению с контрольными на 20 — 25%. При этом производилась 4-5- кратная инъекция эмульсии селезенки с 5 — 7-дневными интервалами.

И. А. Калашник (1960) указывает, что особенно эффективным является применение биогенных стимуляторов для животных, отставших в росте. У них увеличение прироста достигает 60% и более по сравнению с контрольными. Введение телятам экстракта из печени и семенников крупного рогатого скота в дозе 5 мл на инъекцию вызывало повышение живой массы телят по сравнению с контрольными на 12% и более.

В Белорусском научно-исследовательском институте животноводства был проведен опыт по применению АБК на поголовье телят черно-пестрой породы. Препарат АБК вводили через рот в течение трех дней, по 3 раза в день, по 80 на каждую дачу. Среднесуточный прирост телок опытной группы на протяжении первого месяца после введения был на 32% выше по сравнению с телками контрольной группы. Последействие препарата сказалось и в последующий месяц — среднесуточный прирост опытных телок был выше на 23% по сравнению с контрольными (Заболотный И. И., 1964).

Как отмечают K.M. Солнцев, В.А. Сапунов, Ф.И. Салтыков, Ю.Н. Николаева (1963) стимулятором для молодняка крупного рогатого скота является ПАБК, которая не только предупреждает токсическую диспепсию, но и способствует значительному увеличению прироста животных. В совхозе

«Годовково» Московской области в результате применения ПАБК новорожденным телятам 3 раза в день по 40 — 50 мл получено превышение среднесуточного прироста на 29,4% по сравнению с контрольной группой.

В самый ранний период жизни молодняка благоприятное действие на него оказывает также ПАБК, которая представляет собой сочетание ацидофильной культуры, оказывающей благоприятное действие, на пищеварительный аппарат, и комплекс витаминов группы В.

И.И. Заболотный (1964), указывая на эффективность применения ПАБК, отмечает, что этот препарат является высокоэффективным средством, профилактирующим возникновение диспепсических поносов, анемии и нервных расстройств у поросят. Введение препарата супоросным маткам оказывает влияние на увеличение приплода и стимулирует рост молодняка.

Н.И. Мжельский (1982), указывая на результативность применения ПАБК в животноводстве как средства увеличения мяса, отмечает положительное влияние ее на приплод. В совхозе «Головково» Московской области они скармливали ПАБК с кормом супоросным маткам за 30 дней до опороса 3 раза в день по 50 мл, а затем в такой же дозе на протяжении 5 дней до опороса и 5 дней после опороса. В результате у подопытных маток родились здоровые поросята, имеющие более высокую живую массу.

При двукратном введении биостимулятора с интервалом в 7 дней интенсивность откорма повышается до 35 дней. За это время повышение среднесуточного привеса опытных свиней по сравнению с контрольными на 35-й день составляет 238 г. При трехкратном введении биостимулятора с промежутками в 14 дней после второго среднесуточная разница между привесами свиней опытной и контрольной групп при средних приростах 483 и 229 г составляет 254 г.

В своих исследованиях X. Ишмуратов, В. Косолапов, В. Косолапова (2006) по использованию тканевых препаратов для стимуляции прироста при откорме животных также указывают, что 2 — 3-кратное введение препарата с

интервалом до двух недель обеспечивает увеличение прироста опытных животных по сравнению с контрольными на 10 — 25%.

А.И. Тишковым (1983) проведены опыты по использованию тканевых препаратов на свиньях. Препарат из селезенки вводили через 6 дней по 5 мл на инъекцию. Среднесуточный прирост свиней опытной группы составил 475,2 г, контрольной— 381,6 г. Увеличение прироста в опытной группе по сравнению с контрольной составляет 24,9 %. За 36 дней опыта от 184 свиней дополнительно получено 620 кг свинины. Среди первоочередных проблем поставленных государством перед агропромышленным комплексом стоит задача увеличения производства высококачественных продуктов животноводства.

Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве привел к тому, что многие звенья в технологии выращивания и содержания животных пришли в противоречие с их физиологическими особенностями, возникшими и закрепившимися в процессе эволюции. В настоящее время многие животные находятся под воздействием во много раз больших стрессовых факторов, чем их предки. Это отражается на их плодовитости, откорме и развитии, что в дальнейшем может привести к гибели животного (КовальчуковаМ., 1978).

Проблема повышения защитных сил организма животных, сопротивляемости отдельным факторам внешней среды, повышения функциональной деятельности различных систем организма животного, является актуальной общебиологической проблемой (Монастырев А., Киселев М., Тихонов С.. 2007).

Исследования последних лет свидетельствуют о все возрастающем интересе ученых и практических специалистов ветеринарии и зоотехнии к использованию живых микроорганизмов как биологических регуляторов метаболических процессов в организме животных (Якушкин И.В., 2002).

P.M. Полковников и Л.Т. Туренкова (2000) на основе исследований и теории В.П. Филатова разработали биостимулятор «плацента активное начало» (ПАН) из женской плаценты. Новая разработанная технология производства препарата позволяет стабилизировать его биологический состав, повышать его биологическую активность за счет содержащихся в нем активных биологических веществ, а так же увеличить сроки хранения и область применения.

Экономическая эффективность производственного применения тканевых препаратов по откорму крупного рогатого скота в двух колхозах Одесской области выявилось в следующих показателях. Колхоз «Прогресс» за 60 дней откорма получил среднее повышение привеса животных опытной группы по сравнению с контрольными по 8,4 кг, или 17,3% на голову; средний прирост за время опыта составил 56,9 кг. В колхозе «Дружба» за 30 дней опыта при среднем привесе животных опытной группы 25,2 кг повышение составило 5,4 кг на голову, или 26,8%. Тканевый препарат вводили по 10 мг на инъекцию, с промежутками через 5 дней. За 10 дней до снятия с откорма введение препарата прекращали. С учетом того, что забою на мясо подвергается не менее 50% поголовья приплода крупного рогатого скота, рациональное применение биостимуляторов при нормальном кормлении даст дополнительно тонны мяса и соответствующее повышение дохода хозяйства (Суржикова Е.С., Абакин С.С., 2009).

A.И. Клименко, Р.В. Клименко, Р.В. Харченко, Г.А. Харченко (2008) в своих исследованиях показали, что от свиней II, III, IV групп, стимулируемых комплексным иммунным модулятором КИМ за 120 дней откорма удалось получить туши на 7,52, 11,34, 11,93 кг больше чем от аналогов контрольной группы. Они же отличались и более высокой убойной массой и убойным выходом. По убойной массе они превосходили I контрольную группу на 8,95, 12,25, 13,97 кг, а по убойному выходу на 0,7; 1,17; 1,58 % соответственно.

B. А. Погодаев и Б. А. Айсанова (2010) провели научно-производственный опыт в СХА (колхозе) «Кубань» Карачаево-Черкесской Республики на бычках красной степной породы. Было установлено, что абсолютный прирост живой массы у животных, где применялся комплексный иммунный модулятор КИМ, был выше на 6,7 кг, среднесуточный прирост на 112 г и относительный прирост живой массы за период на 4,5% по сравнению с животными контрольной группы.

Хорошим стимулятором роста и развития животных является лечебная сыворотка Н.Г. Беленького (ЛСБ). Кроме того, для ускорения роста животных Н. Г. Беленьким предложен белковый препарат растин, состоящий из ростовых веществ, выделяемых из эмбриональной ткани сельскохозяйственных животных. Растин вводится внутримышечно в дозе 0,1 мл на 1 кг живой массы. Рекомендуется ввести откармливаемым животным по 3 — 4 инъекции с промежутками 2-3 суток, повторить их через 25 — 30 дней (Королев В., 2007).

Одним из перспективных направлений считается применение в животноводстве бета-аденергических агонистов. Они стимулируют прирост массы скелетной мускулатуры (Moloney А.Р., Alten P., Ross D.B., 1990).

Как сообщают A.B. Погодаев, В.А. Погодаев, А.Д. Пешков (2009) негативное влияние технологических факторов современных промышленных систем выращивания в свиноводстве может быть нивелировано применениям биогенных стимуляторов, усиливающих физиологические процессы, активизирующие функциональные резервы, потенциально имеющиеся в организме. Научно-производственный опыт проводился на свиноводческом комплексе «Полюс» ОАО РАПП «Кавказ-мясо» КЧР в 2008-2009 гг. В опыте использовали биологические стимуляторы СИТР — созданный на основе трутневого расплода и CT — из взрослых трутневых особей. Установлено, что подножная трехкратная инъекция биогенных стимуляторов СИТР и CT с интервалом в 7 суток положительно влияет на морфологический состав крови. При этом повышается количество эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов, что благотворно влияет на обмен веществ в организме подсвинков и в конечном итоге более высокий их рост и развитие.

Таким образом, биогенные стимуляторы обладают способностью стимулировать ряд жизненно важных функций организма, вследствие чего происходят изменения обменных и энергетических процессов в организме животного, что обеспечивает их воздействие на ферментативные и другие системы (Головин А.В, Красовский A.C., Могиленец О.Н., 2008).

Грамотное и своевременное применение тех, или иных стимуляторов, в сочетании с полноценным кормлением и правильным содержанием животных, является большим дополнительным резервом для повышения продуктивности и рентабельности животноводства.

1.4 Физиологи-биохимические свойства трутневого расплода для организма животных и человека

Россия — одна из стран с развитым пчеловодством и определенными традициями, сложившимися в этой отрасли сельскохозяйственного производства. В последние десятилетия в ряде государств стали применять нетрадиционный продукт пчеловодства -трутневый расплод. Интерес к этому новому продукту появился и у нас в России [].

Пчелиная семья — представляет собой сложную 1 целостную биологическую и хозяйственную единицу. Трутни в ней являются временными особями, что связано с ограниченной их функцией только спаривания с маткой. Массово трутни выводятся, как правило, весной или в первой половине лета, однако трутнёвый расплод в активный период пчеловодческого сезона в определенном количестве имеется во всех пчелиных семьях.

На количество выращиваемого пчелами трутневого расплода влияют несколько основных факторов: период активного сезона и состояние пчелиной семьи (число пчел, соотношение взрослых особей и расплода); возраст и происхождение матки; наличие и уровень среднесуточного сбора нектара и пыльцы пчелами; уровень обеспеченности семьи белковым кормом; объем гнезда и число сотов в нем с трутневыми ячейками. Ограничение выращивания пчелами трутневого расплода связано прежде всего с тем, что и личинки, и взрослые трутни потребляют много корма. Например, при недостатке пыльцы в природе и скудных запасах перги в гнезде пчелы достоверно меньше или вовсе не выращивают трутней либо изгоняют их даже среди лета, так как для последних при этом требуется в пять раз больше корма, чем для такого же количества рабочих пчел.

На выращивание расплода 1 тыс. трутней расходуется 750 г меда и 450 г пыльцы, и это же число трутней за свою жизнь потребляет еще 6,32 кг меда. Количество трутневого расплода зависит от силы семьи и за сезон приближается к 9 тыс. Несложные подсчеты наводят на мысль, что рабочие пчелы только и заняты тем, что кормят трутней, а пчеловоды недобирают с каждого улья более фляги меда. Как-то в Ялте я видел, как пчеловод на своей пасеке паяльной лампой, можно сказать огнем и мечом, уничтожал эту голодную рать. Однако опыты Д.Аллена (1958) показали, что пчелы собирают одинаковое количество меда в ульях с ограниченным и неограниченным количеством трутней. Ф.Руттнер (1982) сделал из этого вывод о том, что их присутствие стимулирует сбор меда. К тому же далеко не весь расплод превращается в половозрелых трутней. Многие особи погибают в первые дни жизни.

Самка клеща варроа более охотно посещает ячейки с трутневым расплодом. Появился даже метод борьбы с заклещенностью, основанный на его уничтожении. Когда срезают трутневой расплод, то среди нескольких свободных от клещей ячеек попадаются и отдельные заклещенные. Чтобы не распространять болезнь, все трутневые срезки закапывают в землю, отправляют на перетопку, сжигают. В большинстве случаев пчеловоды даже не подозревают, с каким ценным кладом они расстаются, ведь вместе с шелухой выбрасывается и зерно.

В семидневном возрасте трутневые личинки содержат в своем теле: жира 22,2%, гликогена 24,5%, азота 6,2% (в основном азота белка и свободных аминокислот) (А.М.Рямова, 1975).

Согласно В.Г.Голоскову и П.К.Пименову (1972), семидневные личинки содержат в 100 г сырого материала: кобальта 2,5 мкг, марганца 14, меди 1, молибдена 4, никеля 7, бора 4 мкг. Живому организму крайне необходимы эти ферментообразующие элементы. Их отсутствие в пище сопряжено с возникновением тяжелых заболеваний. Так, недостаток кобальта приводит к грибковым заболеваниям, дряблости кожи; марганца — к дистрофии, потере веса; меди — к анемии, выпадению волос, депрессии, нарушению пигментации кожи, низкому гемоглобину; молибдена — к заболеваниям печени и почек; бора — к нарушению нормального роста и развития организма, остеопорозу, деминерализации костей.

Микроэлементы также входят и в состав витаминов или активизируют их. В отсутствие определенных витаминов в организме можно легко убедиться по следующим признакам: недостаток каротина вызывает предрасположение к экземе; витамина D — к потливости; В2 — к сухости и синюшности губ, трещинам в уголках рта, себорейному дерматиту носогубных складок; РР — к сухости и бледности губ, шелушению кожи, особенно на тыльной поверхности кистей рук и шеи, пигментации; В3, В6 и Н — к дерматитам; С — к синюшности губ, ушей, ногтей, бледности и сухости кожи. С помощью трутневого расплода нельзя полностью удовлетворить суточную потребность человека в микроэлементах, так как в основном они поступают в организм с пищей. Однако его употребление устраняет дефицит микроэлементов в организме человека и способствует профилактике перечисленных заболеваний, поскольку в нем они содержатся в сбалансированном соотношении для живого организма.

Г.А.Григорян (1972) установил, что в гемолимфе личинок присутствуют все заменимые и незаменимые аминокислоты. Наибольшая доля приходится на аспаргиновую кислоту — 48,4 мг%; глицин — 49,1; тирозин — 52,9; аргинин — 26,1; лизин — 23,6; пролин — 21,4 мг%. А.Г.Маннапов и др. (2005) доказали, что больше всего в трутневом расплоде содержится глютаминовой кислоты, а аспарагиновой и изолейциновой меньше. В организме человека эти аминокислоты стимулируют работу иммунной системы. Помимо того, аргинин используют при лечении заболеваний печени; тирозин улучшает память; лизин защищает от вирусов герпеса, способствует выработке гормонов, ферментов, антител. Аспаргиновая кислота играет весьма существенную роль в обмене веществ и особенно быстро подвергается окислительному дезаминированию.

Во многих странах трутневые личинки применяют как лечебное средство и деликатесный высококалорийный продукт питания. Л.Г.Чугунова, Л.А.Бурмистрова, А.Н.Рябков (1999) считают возможным использовать их гомогенат для лечения заболеваний щитовидной железы. А.Н.Бушученко и В.Р.Пепенин рекомендуют употреблять смесь трутневого расплода с медом (по 12–15 г за 20–30 мин до еды) для улучшения умственной и физической активности, усиления потенции, нормализации сна. А.Г.Бачинский и А.Н.Децина (1998) используют его как составную часть различных косметических кремов. А.И.Черкасова и др. (2005) отмечают эффективность порошков на основе личинок трутней, маток и пчел при лечении туберкулеза.

Некоторые пчеловоды убедились в лечебных, биостимулирующих и тонизирующих свойствах личинок. Одни вытряхивают шестидневных личинок на противень, разминают ложкой, смешивают с водой (1 столовая ложка на 1 стакан воды) и пьют сладковатую жидкость молочного цвета. Другие готовят лекарство впрок: в пол-литровую банку зрелого меда кладут шестидневные личинки (20–30 шт.), разминают и тщательно смешивают с медом. Хранят смесь в темном прохладном месте или холодильнике. При недомоганиях употребляют по 1 столовой ложке 3 раза в день за 30 мин до еды, запивая водой комнатной температуры. Иногда трутневой расплод жарят на сливочном или подсолнечном масле и принимают по 1 столовой ложке.

В.И.Лебедев и М.А.Легович (2002) отбирают трутневой расплод на десятые—двенадцатые сутки после откладки маткой яиц — перед появлением зачатков глаз, ног, крыльев в виде фиолетовых пятен. Восковую печатку они осторожно срезают ножом, трутней из рамок извлекают на медогонке. Измельченные личинки растирают со смесью лактозы и глюкозы, которую берут в одинаковом соотношении по массе. К 1 части трутневого гомогената добавляют 6 частей смеси сахаров. Полученную массу сушат в течение 3 мес при 4–6°С. Готовый продукт может храниться 3 года при комнатной температуре.

Р.Ю. Павлюк и др. к порошку из гомогената трутневых личинок добавляют прополис и пыльцу, что увеличивает срок его хранения в 2 раза. Они рекомендуют гомогенат для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, повышения работоспособности и иммунитета.

И.А.Прохода (1996) сообщает, что биологическая активность трутневого гомогената сохраняется в течение двух лет при консервировании сахарной пудрой или медом.

Количество трутневого расплода в улье зависит от времени сезона, силы семьи, возраста матки и породы пчел. По данным В.И.Лебедева и М.А.Легович, кавказянки выращивают трутней в 1,72 раза больше, чем среднерусские, и в 1,36 раза больше, чем итальянские пчелы.

Масса одной трутневой личинки перед запечатыванием — около 370 мг (по другим данным — 344 мг). Масса 9 тыс. личинок трутней, выращиваемых за сезон сильной семьей, — 3,3 кг. Этого достаточно для приготовления 330 кг меда, содержащего 1% биологически активной добавки. Принимать его следует по 1 столовой ложке 3 раза в день за 30 мин до еды. Такое количество соответствует приему трех личинок в одни сутки. Естественно, оставлять пчел без трутневого расплода нельзя, поэтому практический сбор гомогената с одного улья составляет около 1 кг. Для приготовления спиртовой настойки берут 60 личинок в возрасте 6 дней (примерно 20 г), добавляют к ним 100 мл спирта, настаивают в темном месте 7–9 дней и фильтруют. Принимают по 30–40 капель в 20–30 мл воды 3 раза в день за 20 мин до еды. В качестве стабилизатора (антиокислителя) можно добавить к настойке 15 капель спиртового раствора прополиса и хранить настойку в холодильнике.

Высокая природная биологическая активность трутневого расплода обусловлена уникальным сочетанием компонентов, обладающих определенными , биологическими свойствами (Н.В. Илиешиу, 1983;

Л.А.Бурмистрова, 1999; Н.Н.Асафова и др., 2001). Расплод идеально соответствует организму человека, содержит естественные гормоны: тестостерон, прогестерон и эстрадиол, которые не вызывают нарушения гормонального статуса, а оказывают стимулирующее влияние на эндокринную систему, восстанавливают функции яичников, способствуют омоложению организма, восстанавливают обмен веществ и питание тканей, способствуют нормализации артериального давления, снижают уровень холестерина в крови, способствуют ускоренному восстановлению биохимических и массометрических характеристик семенников и предстательной железы,, являясь стимулятором центральных механизмов регуляции образования андрогенов, повышают физическую работоспособность, способствуют восстановлению нарушенной половой функции у мужчин, и повышению полового влечения. Трутнёвый расплод эффективен в комплексной терапии сердечнососудистых заболеваний [].

Все технологические процессы по производству и сбору личинок трутней и приготовлению гомогената должны совершаться в максимально короткие сроки, так как расплод проходит определенные стадии развития, а после отбора его из сота подвержен воздействию окружающей среды и быстро портится: по мере окисления изменяется его цвет — становится сначала серым, потом чернеет, появляется кислый запах, прогорклый’ вкус [].

Поэтому трутнёвый расплод необходимо стабилизировать для сохранения его качества. Установлено, что адсорбция и лиофилизация являются эффективными способами сохранения количественного содержания компонентов и биологической активности трутнёвого расплода [].

2. Собственные исследования

2.1 Материалы и методы исследований

В рамках исследований по данной тематике проведены один научный и один научно-производственный эксперимент. Первый эксперимент проводился в условиях вивария университета на баранчиках цигайской породы и на бычках на откорме в условия ООО «Красная Горка» Колышлейского района Пензенской области.

Для выполнения поставленных задач в условиях вивария были сформированы две группы животных одинакового веса и возраста. Выбор баранчиков был обусловлен тем, что они относятся к жвачным и могут быть использованы в качестве модельных животных. Полученные результаты на баранчиках можно использовать для прогноза на бычках на откорме. Баранчики были отобраны в четырех месячном возрасте с фермы ООО «Биокор-С», который имеет статус племенного (рис. 1). Из имеющегося большого массива животных нами били отобраны 20 голов животных весом 21 кг и перевезены в условия вивария университета.

Рисунок 1 — Племенная ферма ООО «Биокор-С»

В каждой группе находилось по 10 голов. Содержали молодняк по две головы в каждом загоне. Применяли зимний рацион, который состоял из сена смешанных злаковых трав и комбикорма. Рецепт комбикорма представлен в таблице 1.

Таблица 1 — Рецепт комбикорма для откормочных баранчиков

Кормовая добавка представляет собой смесь кукурузы, обработанной барогидротермическим способом и защищенного жира (кальциевая соль жирных кислот растительных масел).

Отличительной особенностью кормовой добавки является то, что животным опытной группы на взорванную кукурузу наносили гомогенат трутневого расплода и полученный комплекс защищали от избыточного распада микроорганизмами рубца защищенным жиром (технология получения описана далее).

Рацион для животных был рассчитан на баранчиков 4-5 месячного возраста с живой массой 24-30 кг и для получения среднесуточного прироста 170-180 граммов.

Таблица 2 — Среднесуточный рацион для откормочных баранчиков

Длительность эксперимента на баранчиках составлял 60 суток. В начале эксперимента на 30 и 60 сутки были отобраны образцы крови для биохимических анализов.

Рисунок 2 – Взятие крови у ягнят в период эксперимента

Определяли следующие биохимические показатели:

Биохимические – содержание гормона тестостерона в сыворотке крови животных; содержание общего белка, альбумина, мочевины, глюкозы, общего холестерина, аспартатаминотрансферазы, аланинаминотрансферазы, общего билирубина, креатинина, липазы, кальция, магния, меди, калия, натрия.

Гематологические – лейкограмма; количество лейкоцитов в 1 л крови; количество эритроцитов в 1 л крови, количество тромбоцитов в 1 л крови содержание гемоглобина.

Зоотехнические – живая масса; абсолютный, относительный и среднесуточный приросты живой массы, убойный выход молодняка овец, площадь мышечного глазка, индекс мясности.

Лабораторные исследования проводились в межфакультетской биохимической лаборатории по описанными ниже методам:

Определение общего белка в сыворотке крови

Для определения общего белка использовали биуретовый метод, основанный на так называемой «цветной биуретовой реакции», в ходе которой белки реагируют в щелочной среде с сульфатом меди с образованием соединений, окрашенных в фиолетовый цвет, интенсивность окраски зависит от концентрации общего белка в плазме.

Для опытной пробы к 0,1 мл плазмы прибавляли 5 мл рабочего раствора биуретового реактива и смешивали, избегая образования пены. Для холостой пробы использовали дистиллированную воду, для калибровочной – раствор калибратора. Выдерживали при комнатной температуре (20-25⁰С) 30 минут. Пробы фотометрировали против контрольной (холостой) пробы при длине волны 540 нм в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см не позже, чем через час после начала инкубации.

Концентрацию общего белка (С) рассчитывали в г/л по формуле 1:

(1)

где Е _пробы – экстинкция опытной пробы;

Е _{калибр.} – экстинкция калибровочной пробы;

70 – концентрация белка в калибраторе в г/л.

Определение альбумина в сыворотке крови

Для определения концентрации альбумина использовали унифицированный колориметрический метод с бромкрезоловым зеленым. Принцип которого основан на том, что альбумин образует окрашенный комплекс с бромкрезоловым зеленым в слабокислой среде в присутствии детергента. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации альбумина в пробе.

Для опытной пробы к 0,01 мл плазмы приливали 2 мл монореагента, для калибровочной пробы применяли раствор калибратора, для контрольной — дистиллированную воду. Пробы тщательно перемещивали и инкубировали 5 минут при комнатной температуре. Измеряли оптические плотности опытной и калибровочной проб против контрольной пробы при длине волны 628 нм (620-640 нм). Расчет концентрации (С) альбумина в пробе проводили по формуле 2:

(2)

где Е _пробы – оптическая плотность исследуемой пробы;

Е _{калибр.} – оптическая плотность калибровочной пробы;

60 г/л – концентрация альбумина в калибраторе.

Определение мочевины в сыворотке крови

Для определения концентрации мочевины в плазме крови использовали уреазный/фенол-гипохлоритный метод по конечной точке. Мочевина поддействием фермента уреазы гидролизуется с образованием аммиака и углекислоты. Ионы аммония в щелочной среде в присутсвии нитропруссида раегируют с фено-гипохлоритным реагентом, образуя окрашенный комплекс синего цвета. Интенсивность окраски реакционной среды пропорциональна концентрации мочевины в пробе и измеряется фотометрически.

Для опытной пробы к 0,1 мл реактива 1 (стабилизирующий раствор уреазы) приливали 0,01 мл плазмы, для контрольной пробы использовали дистиллированную воду, колибровочной пробы — раствор калибратора. Реакционную смесь перемешивали и инкубировали не менее 5 минут при комнатной температуре. После окончания инкубации во все пробы вносили 1 мл реагента 2 (фенол/нитропрууидный реагент) и 1 мл реагента 3 (гипохлотит натрия), тщательно перемешиваои и инкубировали не менее 20 минут при температуре 37⁰С. После окончания инкубации измеряли оптическую плотность опытной и калибровочных проб против контрольной пробы при длине волны 540 нм.

Расчет производили по формуле 3:

(3)

где С – концентрация мочевины, ммоль/л;

Е_пробы — оптическую плотность пробы;

Е_{калибратор} — оптическую плотность калибратора;

5 ммоль/л – концентрация мочевины в калибраторе.

Определение общего холестерина в плазме крови

Для определения концентрации общего холестерина в плазме крови использовали энзиматический колориметрический метод.

Для опытной пробы к 0,02 мл плазмы добавляли 2 мл рабочего реагента, для контрольной пробы использовали дистиллированную воду, для калибровочной — калибратор. Реакционную смесь тщательно перемешивали и инкубировали не менее 15 минут при комнатной температуре. После окончания инкубации измеряли оптическую плотность опытной и калибровочной проб против контрольной пробы при длине волны 500 нм.

Расчет концентрации холестерина (С, моль/л) проводили по формуле:

где Е _пробы – оптическая плотность исследуемой пробы;

Е _{калибр.} – оптическая плотность калибровочной пробы;

5,17 ммоль/л – концентрация холестерина в калибраторе.

Определение липопротеидов высокой плотности в плазме крови

Для опытной пробы к 0,15 мл плазме добавляли 0,3 мл осаждающего реагента, для холостой пробы использовали дистиллированную воду, для калибровочной пробы применяли раствор холестерина. Хорошо перемешивали и оставляли на 10 минут при комнатной температуре. Опытные пробы центрифугировали в течение 10 минут. Прозрачный супернатант использовали для определения концентрации ЛПВП. Для этого в опытной пробе использовалит 0,2 мл супернатанта и 2,0 мл рабочего реагента для определения холестерина. Реакционную смесь тщательно перемешивали и инкубировали не менее 10 минут при комнатной температуре (20-25⁰С) и измеряли оптическую плотность опытной и калибровочной проб против контрольной пробы при длине волны 500 нм. Расчет концентрации (С) ЛПВП проводили по формуле:

(5)

где Е_оп и Е_ст – экстинкции опытной и калибровочной проб, измеренные относительно контрольной пробы;

1,29 – концентрация холестерина ЛПВП в калибраторе.

Определение концентрации глюкозы в сыворотке крови

Для определения содержания глюкозы в сыворотке крови использования набор реагентов «Фотоглюкоза» для количественного определения содержания глюкозы в крови и моче глюкоозооксидазным методом.

Принцип метода заключается в том, что Глюкозоксидаза окисляет D-глюкозу до глюкуроновой кислоты с образованием перекиси водорода; последняя под действием пероксидазы реагирует с 4-аминоантипирином и фенолом с образованием окрашенного продукта, интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации глюкозы в анализируемом образце и измеряется фотометрически.

Определение концентрации глюкозы в сыворотке крови

Для определения концентрации глюкозы в сыворотке крови использовали энзиматический колориметрический метод без депротеинизации.

Принцип метода заключается в том, что β-D-глюкоза под действием фермента глюкозооксидазы окисляется с образованием эквимолярного количества перекиси водорода. Образующаяся перекись водорода при участии фермента пероксидазы способствует окислительному азосочетанию 4-аминоантипирина и фенола с образованием окрашенного соединения (хинониминовый краситель). Интенсивность окраски реакционной среды пропорциональна содержанию глюкозы в исследуемом материале и определяется фотометричски при длине волны 500 нм.

Определение концентрации железа в сыворотке крови

Для определения концентрации железа в сыворотке использовали набор реагентов для определения концентрации железа в сыворотке и плазме крови колориметрическим методом без депротеинизации «Железо ОльвексДиагностикум».

Принцип метода состоит в том, что в кислой среде под действием детергента белковые комплексы, связывающие железо, дислоцируют, и железо восстанавливается до Fe⁺⁺. Ион двухвалентного железа связывается с хромогеном, образуя окрашенный комплекс, концентрация которого пропорциональна концентрации железа в образце и измеряется фотометрически. Комплексы хромогена с ионами цинка и меди маскируются, образуя не окрашиваемые комплексы с хелатором, что обеспечивает более точное определение концентрации железа, свободное от интерференций.

Определение концентрации кальция в сыворотке крови

Для определения содержания кальция в сыворотке крови использовали набор реагентов для определения концентрации кальция в сыворотке и плазме крови унифицированным колориметрическим методом с о-крезолфталеин комплексом «Кальций ОльвексДиагностикум»

Принцип метода заключается в том, что кальций в щелочной среде образует окрашенный комплекс с о-крезолфталеин комплексом. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации кальция в пробе измеряется фотометрически.

Определение концентрации неорганического фосфора в сыворотке крови. Для определения концентрации неорганического фосфора в сыворотке крови использовали набор реагентов для определения неорганического фосфора в сыворотке и плазме крови спектрофотометрическим (UV) методом «Фосфор неорганический ОльвексДиагностикум».

Метод основан на способности фосфат-ионов образовывать в кислой среде с молибдатом аммония в присутствии детергента фосфорномолибденовый комплекс, оптическая плотность которого при длине волны 340 нм пропорциональна концентрации неорганического фосфора в исследуемом образце.

Определение концентрации аланинаминотрансферазы.

Для определения активности фермента аланинаминотрансферазы (АлАт) в сыворотке крови использовали набор реагентов для определения каталитической концентрации аминотрансферазыАлАт в сыворотке крови «Аминотрансфераза ALT 360 БИО-ТЕСТ».

Принцип метода состоит в том, что аланин-аминотрансферазакаталиризует реакцию между L-аланином и 2-оксоглутаратом, в результате которой они превращаются в L-глутамат и соль пировиноградной кислоты. Определение основано на измерении оптической плотности гидразонов 2-оксоглутаровой и пировиноградной кислот в щелочной среде. Гидразон пировиноградной кислоты обладает более высокой оптической плотностью.

Определение концентрации аспартатаминотрансферазы.

Для определения концентрации аспартатаминотрансферазы (АсАТ) в сыворотке крови использовали набор реагентов для определения каталитической концентрации аминотрансферазыАсАт в сыворотке крови «АминотрансферазаACT 360 БИО-ТЕСТ».

Принцип метода заключается в том, что аспартат-аминотрансфераза катализирует реакцию между L-аспартатом и 2-оксоглутаратом, в результате которой они превращаются в L-глутамат и оксалацетат. Определение основано на измерении оптической плотности гидразонов 2-оксоглутаровой и пировиноградной кислот в щелочной среде. Гидразон пировиноградной кислоты, возникающий при самопроизвольном декарбоксилированииоксалацетата, обладает более высокой оптической плотностью.

Исследования содержания общего билирубина, креатинина, липазы, кальция, магния, меди, калия, натрияпроводили с помощью автоматического биохимического анализатора i-Magic-V7.

Рисунок 3 – Проведение биохимических исследований

Гематологические исследования проводили с помощью автоматического гематологического ветеринарного анализатора BC-2800Vet, который является количественным счётчиком форменных элементов крови с дифференциацией лейкоцитов для диагностического использования в ветеринарных лабораториях.

Принципы измерения WBC (лейкоцитов). Лейкоциты считаются и измеряются по методу Coulter. Этот метод основывается на измерении изменений электрического сопротивления, возникающего при прохождении клетки крови через апертуру известных размеров. Электроды погружены в жидкость с 2х сторон апертуры, чтобы создать электрический путь. Когда каждая частица (клетка) проходит через апертуру, возникает мимолётное электрическое сопротивление между электродами. Это изменение производит измеряемый электрический импульс.

Рисунок 4 – Проведение гематологических исследований

Количество образовавшихся сигналов является количеством частиц, которые прошли через апертуру. Амплитуда каждого импульса пропорциональна объёму каждой частицы. Каждый импульс усиливается и сравнивается во внутренних электронных схемах, которые принимают импульсы только определённой амплитуды. Если образованный импульс выше порога WBC, он считается как WBC(лейкоцит).

Измерение HGB (гемоглобина). Гемоглобин определяется колориметрическим методом. Разбавленный WBC/HGB раствор доставляется в кювету WBC, где перемешивается с некоторым количеством литика, который превращает гемоглобин в гемоглобиновый комплекс, который измеряется на длине волны 525нм. Источник света находится на одной стороне кюветы и выделяет луч монохроматического света, чья центральная волна 525нм; и затем измеряется с помощью фотосенсора на противоположенной стороне. Сигнал затем усиливается и напряжение измеряется и сравнивается с референсным считыванием бланка (считывание только когда 35 в кювете дилюент). Гемоглобин рассчитывается с помощью уравнения и выражается в г/Л. HGB(г/Л) = Constant×Log 10 (фототок бланка/фототок образца)

Принципы измерения RBC (эритроцитов). Эритроциты считаются и измеряются по методу Coulter. Этот метод основывается на измерении изменений электрического сопротивления, возникающего при прохождении клетки крови через апертуру известных размеров. Электроды погружены в жидкость с 2х сторон апертуры, чтобы создать электрический путь. Когда каждая частица (клетка) проходит через апертуру, возникает мимолётное электрическое сопротивление между электродами. Это изменение производит измеряемый электрический импульс. Количество образовавшихся сигналов является количеством частиц, которые прошли через апертуру. Амплитуда каждого импульса пропорциональна объёму каждой частицы. Каждый импульс усиливается и сравнивается во внутренних электронных схемах, которые принимают импульсы только определённой амплитуды. Если образованный импульс выше порога RBC, он считается как RBC.

Эритроциты RBC (10¹²/Л) является числом эритроцитов, измеренных напрямую из эритроцитов, проходящих через апертуру.

Тромбоциты PLT (10⁹ /Л) меряется напрямую из тромбоцитов, проходящих через апертуру.

Определение тестостерона в сыворотке крови

Для количественного определения тестостерона в сыворотке крови крыс и свиней использовали метод твердофазного иммуноферментного анализа.

В промаркированные лунки по 50 мкл вносили калибровочные пробы, контрольные сыворотки и исследуемые образцы сыворотки крови в дубликатах соответственно. Затем в лунки вносили 150 мкл конъюгата и инкубировали стрипы в течение 1,5 часов при встряхивании на шейкере при комнатной температуре (+18…25⁰С) со скорость 500-800 об/мин. По окончании инкубации удаляли содержимое лунок в контейнер с дезинфицирующим раствором и промывали лунки четыре раза. При каждой промывке во все лунки добавляли по 300 мкл промывочного раствора, встряхивали рамку на шейкере в течение 5-10 секунд с последующим декантированием. После последнего декантирования тщательно удаляли остатки жидкости из лунок постукиванием рамки со стрипами в перевернутом положении по фильтровальной бумаге. После этого немедленно вносили во все лунки по 100мкл раствора тетраметилбензидина (ТМБ). Инкубировали стрипы в темноте при комнатной температуре (+18…25⁰С) в течение 15-30 минут. Затем добавляли во все лунки по 100 мкл спот-реагента для остановки ферментативной реакции, перемешивали на шейкере в течение 1-2 минут при комнатной температуре. Затем измеряи оптическую плотность в лунках планшета при длине волны 450 нм.

Определение кортизола в сыворотке крови

Для количественного определения кортизола в сыворотке крови крыс и свиней использовали метод твердофазного иммуноферментного анализа.

В промаркированные лунки по 50 мкл вносили калибровочные пробы, контрольные сыворотки и исследуемые образцы сыворотки крови в дубликатах соответственно. Затем в лунки вносили 150 мкл конъюгата и инкубировали стрипы в течение 60 минут при встряхивании в термостатированном шейкере при комнатной температуре +37⁰С со скорость 500-800 об/мин. По окончании инкубации удаляли содержимое лунок в контейнер с дезинфицирующим раствором и промывали лунки четыре раза. При каждой промывке во все лунки добавляли по 300 мкл промывочного раствора, встряхивали рамку на шейкере в течение 5-10 секунд с последующим декантированием. После последнего декантирования тщательно удаляли остатки жидкости из лунок постукиванием рамки со стрипами в перевернутом положении по фильтровальной бумаге. После этого немедленно вносили во все лунки по 100мкл раствора тетраметилбензидина (ТМБ). Инкубировали стрипы в темноте при комнатной температуре (+18…25⁰С) в течение 15-30 минут. Затем добавляли во все лунки по 100 мкл спот-реагента для остановки ферментативной реакции, перемешивали на шейкере в течение 1-2 минут при комнатной температуре. Затем измеряи оптическую плотность в лунках планшета при длине волны 450 нм.

Определение миостаина в сыворотке крови и гомогенате мышечной ткани

Для определения миостатина (MSTN) использовали набор Cloud-Clone Corp. для количественного определения MSTN сэндвич-методом ИФА в сыворотке крови, гомогенатах тканей и других биологических жидкостях овцы.

В подготовленные лунки добавляли по 100 мкл разведённых стандартов, образцов и бланк, заклеивали пленкой для планшета и инкубировали 1 час при температуре 37 С. Затем удалили жидкость из лунок. Добавили по 100 мкл рабочего раствора детектирующего реагента А в каждую лунку, заклеивали пленкой для планшета и инкубировали 1 час при температуре 37 С. Затем удаляли жидкость из лунок и промывали 350 мл промывающего раствора каждую лункупри помощи вошера. Оставляли на 1-2 минуты, после чего удаляли полностью оставшуюся жидкость из всех лунок встряхиванием на фильтровальную бумагу. Процедуру повторяли три раза. После последней промывки удаляли остатки жидкости аспирацией. Затем добавляли по 100 мкл рабочего детектирующего реагента В в каждую лунку, заклеивали пленкой для планшета и инкубировали 30 минут при температуре 37 С. После чего удаляли жидкость из лунок и промывали 350 мл промывающего раствора каждую лункупри помощи вошера. Оставляли на 1-2 минуты, после чего удаляли полностью оставшуюся жидкость из всех лунок встряхиванием на фильтровальную бумагу. Процедуру повторяли три раза. Затем добавляли по 90 мкл ТМБ в каждую лунку, заклеивали пленкой для планшета и инкубировали 10-20 минут при температуре 37 С, при этом жидкость приобрела голубой цвет. После этого добавляли 50 мкл стоп-реагента в каждую лунку, жидкость в лунках приобрела желтый цвет. Затем удаляли следы жидкости и немендленно помещали планшет в ридер и делали измерение на длине волны 450 нм.

В конце эксперимента был проведен убой животных по пять голов из каждой группы. Определяли убойный выход, а также площадь мышечного глазка длиннейшей мышцы спины, длину . Были отобраны образцы мышечной ткани для проведения биохимических анализов.

Масса туши определяли взвешиванием животного с почками и околопочечным жиром. Передние ноги отделяли по запястному, задние — по скакательному суставу. Убойный выход — это отношение убойной массы к предубойной живой массе, выраженное в процентах. Площадь поперечного сечения длиннейшей мышцы спины («мышечный глазок») имеет сопряженность с мясностью туши. Так, положительная корреляция между массой мышц в туше и площадью мышечного глазка у мясо-шерстных ягнят составляет 0,77—0,81. Поэтому о мясности туши можно судить и по площади поперечного сечения длиннейшей мышцы спины. Площадь поперечного сечения длиннейшей мышцы спины определяли на отобранных для обвалки тушах. Длиннейшую мышцу спины осторожно разрезали поперек ножом между последним грудным и первым поясничным позвонками, а чтобы не нарушить размер и структуру мышцы, позвонки распиливали. На полученный поперечный разрез накладывали карандашную кальку и переносили на нее контуры мышцы, а затем планиметром измеряли площадь (см2) полученного контура. Наряду с мышечным глазком для характеристики мясности мы использовали, предложенный И. Йетсом (1970) индекс мясистости. Определяли соотношение между длиной и массой туши. В численном выражении индекс общей мясистости равен числу килограммов, на которое данная туша тяжелее или легче средней туши такой же длины. Длину туши измеряли гибкой стальной мерной лентой, проходящей через брюшную и грудную, от переднего края лонного сращения до переднего края первого ребра в средней его части.

Для проведения научно-производственного эксперимента на откормочных бычках нами в условиях ООО «Красная Горка» Колышлейского района Пензенской области были сформированы две группы животных одного возраста и живой массы по 15 голов в каждой группе. В начале эксперимента и в конце были отобраны образцы крови для биохимических исследований.

Суточный рацион откормочных бычков был следующим: сено злаково-бобовое 3,0 кг, сенаж 5,0 кг, силос кукурузный 10 кг, комбикорм 8,0 кг. Состав комбикорма входило: ячмень, кукуруза, овес, шрот подсолнечный (обработанный раствором уксусной кислоты для защиты протеина), витаминно-минеральный премикс для бычков производства фирмы «Витасоль» г.Боровск Калужской области.

В крови животных определяли те же показатели, что и у баранчиков. В условиях сертифицированного убойного пункта (р.п. Колышлей Пензенской области) провели контрольный убой бычков в возрасте 13 месяцев по три головы из каждой группы. Живая масса животных, предназначенных для убоя, соответствовала средней массе по группе.

Рисунок 5 — Схема проведения исследований

Определяли массу туши, убойный выход, количество внутреннего жира, площадь мышечного глазка. Были отобраны образцы мышечной ткани для химического анализа и образцы жира для определения размеров адипоцитов.

Статистическая обработка. Полученные экспериментальные данные обрабатывали на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Office Excel. Проводили вычисление cpеднeго знaчeния, стaндаpтнoгo (cpеднeквадpатичного) oтклoнeния и стaндapтной ошибки среднего. Значимость различий между двумя средними оцeнивaлaсь по критерию Стьюдента (t). Выборочные параметры, приводимые далее в таблицах, имеют следующие обозначения: М – среднее, m – ошибка среднего, n – объем анализируемой подгруппы, р – достигнутый уровень значимости.

2.2. Технология получения защищенной формы биологически активного препарата на основе трутневого расплода

В настоящее время в ходе проведения исследований разработан способ получения личинок трутней для приготовления трутневого расплода, который позволяет получать данный продукт в достаточном объеме.

Трутневый расплод представляет собой продукт пчеловодства, содержащий ряд важнейших биологически активных компонентов: пептидов, липидов, аминокислот, гормонов, ферментов. Активным веществом в трутневом расплоде являются макистероны и экдистероиды.

— концентрация макистерона А 0,0007-0,0019%, суммарное содержание экдистероидов 0,0022-0,0027%.

Биологическое действие гомогената трутневого расплода связывают с наличием веществ стероидной природы, а именно гомона линьки – макистерона. Известно, что после запечатывания личинка проходит несколько стадий линьки и образует куколку, поэтому концентрация гормона линьки именно в этот период является наивысшей. По данным Бурмистровой Л.А. (1999) [2] трутневый расплод, собранный в этот период, обладает значительным актопротекторным и адаптогенным действием.

Рисунок 6 – Хроматограмма образца трутневого расплода сырого

Трутневый расплод является относительно новым продуктом пчеловодства, используемым в области приготовления лекарственных форм и пищевых добавок из-за присущих данному продукту биостимулирующих свойств. Однако в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных данный продукт не используется из-за отсутствия современных технологий его производства.

Изготовление основного компонента кормовой добавки – трутневого расплода включало в себя следующие этапы:

1. Получение трутневых личинок определённого возраста (от 10 до 12 суток);

2. Извлечение личинок из сотов;

3.Гомогенизация полученного материала и введение в него консерванта для предотвращения окисления липидного компонента трутневого расплода, а также торможения процессов распада белков и аминокислот;

4. Замораживание гомогената.

Для получения трутневых личинок в сильные здоровые семьи подставлялись рамки с трутневой вощиной. Рамки размещались в середине гнезда. Для стимуляции пчелосемей производилась подкормка раствором мёда. В течение 10-12 дней пчёлы отстраивали соты на вощине, матка засеивала их трутневыми яйцами. Отбор трутневых сотов производился через 12-14 дней по мере достижения трутневыми личинками возраста 10-12 суток. В это время пчёлы начинали запечатывать ячейки с личинками восковыми крышечками (рис.).

Рисунок 7 – Рамка с личинками

Извлечение личинок из сотов осуществлялось следующими способами: Отжим при помощи шнекового пресса. Шнековый пресс присоединялся к автоматическому шнековому электроприводу. Предварительно для уничтожения чужеродной микрофлоры детали шнекового электропривода обрабатывались 70%-ным раствором этанола. Данным способом удалось добиться максимального выхода трутневого молочка, восковые выжимки были практически сухими. Выход трутневого молочка с одной рамки составил 700-800 г.

Рисунок 8 – Извлеченные личинки трутней

Гомогенизация осуществлялась при помощи блендера, рабочие части которого предварительно обеззараживались 70%-ным раствором этанола. После гомогенизации трутнёвое молочко фильтровалось через 4 слоя капроновой сетки с размером ячеек 0,5×0,5 мм.

В качестве консерванта использовалась смесь сорбиновой и лимонной кислот, которые вводились в гомогенат из расчёта 0,75% от массы.Сорбиновая кислота – натуральное органическое соединение. По физическим свойствам представляет собой твердое вещество без цвета, практически не растворимое в воде. Консервант сорбиновая кислота широко применяется в пищевой промышленности благодаря своей способности предохранять продукты от плесени и увеличивать их срок хранения. Исключительные свойства натурального пищевого консерванта сорбиновая кислота обусловлены, в первую очередь, составом химического соединения. Обладает выраженными антимикробными свойствами, которые подавляют развитие болезнетворных микроорганизмов, в частности, дрожжевых грибов и плесени. При проведении многочисленных экспериментов и научных исследований канцерогенных веществ в ней не было выявлено. Сорбиновая кислота не изменяет органолептических свойств консервируемых объектов, не обладает токсичностью, полностью утилизируется организмом, повышает иммунологическую реактивность и детоксикационную активность. Сорбиновая кислота проявляет наибольшую активность при значении рН среды 4,5, поэтому для подкисления среды гомогената трутнёвого расплода использовалась лимонная кислота.

Лимонная кислота обеспечивает необходимое значение рН среды, характеризуется антиокислительными свойствами, является регулятором кислотности, не оказывает раздражающего действия на желудочно-кишечный тракт. Взвешивание гомогената и консерванта производилось на электронных весах. После внесения смеси кислот в виде порошка гомогенат перемешивался блендером.

На данном этапе предусмотрен биологический контроль полученного продукта. Определяли микробиологические показатели в гомогенате трутневого расплода. С этой целью были отобраны образцы (не менее 6 образцов с разных точек) в стерильные пробирки. Дальнейшие исследования проводились в лаборатории. Определяли общее содержание микроорганизмов в одном грамме продукта (КМАФАнМ) и количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП).

Полученный гомогенат разливался в полипропиленовые банки по 1 кг. Банки герметично закрывались, маркировались и замораживались в морозильной камере при температуре -20ºС. Дальнейшее хранение осуществлялось в морозильной камере при температуре -20ºС.

Для того чтобы защитить гомогенат трутневого расплода от избыточного распада микрофлорой рубца жвачных животных в качестве наполнителя использовали два компонента: кукурузу, обработанную барогидротермическим способом (БГТО). Именно такой способ обработки позволяет получить микропоры, в которые легко проникает гомогенат трутневого расплода. Второй компонент защищенный жир – кальциевая соль жирных кислот растительных масел.

Технология БГТО кормов относится к способам тепловой обработки зернового и зерно бобового сырья при производстве кормов для животных и птицы, а так же при производстве пищевых продуктов быстрого приготовления. Такая обработка заключается в деструкции природных полимеров, входящих в состав зерна под действием термических, механических, химических и других процессов.

При БГТО сырье загружается в камеру, камера герметизируется, подается под давлением пар. После истечения заданного времени камеру мгновенно разгерметизируют и сырье перемещается с избыточным давлением в приемный бункер и при этом вспучивается. При этом время обработки сырья может составлять от 3 до 300 с, давление пара от 0,3 до 3 МПа, а температура от 50 до 400⁰ С. БГТО позволяет пропускать через сырье большое количество тепло носителя до достижения внутри камеры необходимой температуры. Технология БГТО позволяет обрабатывать сырье в потоке теплоносителя, увеличивая скорость реакции гидролиза клеточных структур.

Возможность регулировки параметров обработки в указанных выше широких пределах дает преимущество перед другими способами (экструдирование, экспандирование, микронизация) в плане коррекции кормов по заданным заранее показателям Например, можно снизить распадаемость протеина пшеницы в пределах от 78 до 20 %. Кроме того, способ позволяет применять в процессе обработки различные катализаторы, добавки, реагенты с целью насыщения корма необходимыми веществами или управления скоростью деструкции компонентов растительной клетки.

При БГТО зерновых кормов происходит не только «защита» протеина. Высокая температура, давление и влажность воздействуют на плодовые оболочки зерна, которые на 75-80% состоят из клетчатки. Эти оболочки предназначены природой для защиты эндосперма, содержащего запас питательных веществ для будущего проростка от неблагоприятных природных факторов, вредителей и болезней и поэтому состоят из целлюлозо-лигнинового комплекса крепкого как железобетон и устойчивого к воздействию ферментов микро и макроорганизмов. Общеизвестно, что цельное зерно, попавшее в пищеварительный тракт коровы, выходит из него не переваренным.

В процессе БГТО плодовые оболочки увлажняются, набухают, частично подвергаются гидролизу. Разогретое выше 150 ⁰С зерно при мгновенной разгерметизации камеры попадает в зону атмосферного давления, внутриклеточная вода вскипает, клетки лопаются, крахмальные зерна разрушаются, зерновые оболочки лопаются и отделяются от зерна, зерно вспучивается, увеличивается в объеме в 1,1- 4 раза. Зерно приобретает микропористую структуру (Рис ), внутриклеточные питательные вещества становятся легкодоступными для воды и пищеварительных ферментов.

Рисунок 9 — Необработанная кукуруза

Рисунок 10- Обработанная кукуруза

Вместе с этими видимыми изменениями происходит изменение структуры белков (защита протеина) и клейстеризация крахмала. После БГТО зерно претерпевает изменения: натура уменьшается, содержание сырых протеина и жира увеличивается, содержание сырой клетчатки и сырой золы уменьшается. При обработке соевых бобов активность уреазы снижается до 0,06 – 0,18 ед. pH.

В отличие от других способов тепловой обработки зерна (экструдирование, экспандирование, микронизация) затраты электроэнергии уменьшаются на порядок, целостность зерна не разрушается, внутриклеточный жир меньше окисляется, технологические свойства не ухудшаются. После БГТО возможно длительное хранение зерна в условиях элеватора или напольного склада.

При нанесении гомогената трутневого расплода на обработанную кукурузу микропоры наполняются препаратом и тем самым биологически активные вещества становятся защищенными от воздействия микрофлоры рубца жвачных животных (Рис ).

Рисунок 11 — Необработанная окрашенная кукуруза

Рисунок 12 — Обработанная окрашенная кукуруза

На рисунке видно, что окрашенный гомогенат трутневого расплода проник в микропоры, в отличие от необработанной кукурузы (рис ), где окрашенный гомогенат смывается простой водой.

Для приготовления опытной партии защищенной формы трутневого расплода в горизонтальный смеситель помещали перемолотую кукурузу, обработанную барогидротермическим способом, и разбавленный гомогенат трутневого расплода. Перемешивали в течение 30 минут с последующей выдержкой еще 30 минут для того чтобы препарат проник в микропоры кукурузы. Затем с целью более полной защиты от избыточного распада в рубце животных вносили защищенный жир (кальциевую соль жирных кислот растительных масел) в количестве 10% от массы смеси. Затем смешивали еще 30 минут. Таким образом, получали опытный образец для испытаний. Расчет биологически активного трутневого расплода проводился таким образом, чтобы с готовым комбикормов молодняк баранов получал 50 мг трутневого расплода на голову в сутки. На откормочных бычках при внесении в комбикорма 0,5% опытного образца концентрация трутневого расплода составляла 100 мг/кг комбикорма.

2.3 Результаты научных исследований на откормочных ягнятах

Реализовать потенциальные возможности продуктивности сельскохозяйственных животных возможно при организации полноценного кормления сбалансированного по всем основным питательным и биологически активным веществам рациона. А также созданием оптимальных условий содержания, отвечающим всем физиологическим потребностям организма. В связи с этим необходимо тщательное изучение физиологического состояния молодняка овец в течение откормочного периода, установление параметров, по которым возможно судить об уровне обменных процессов в организме.

2.3.1 Гематологические показатели ягнят

Важное крови значение крови состоит в том, белок что она, определение находясь в непрерывном защитная движении, доставляет проведении питательные вещества доставляет клеткам и тканям несмотрярганизма. Кроме того, биохимическиеровь от клеток кровьтносит продукты газообменеетаболизма, освобождая их от всевозможных биохимические шлаков и вредных взятие веществ и участвует в можно газообмене [1, 2].

Кровь является защитная внутренней средой всевозможныхрганизма. Несмотря сосудах на непрерывное поступление кровь кровь и выведение определениез нее различных продукт веществ, морфологический газообмене и биохимический состав проведении крови в норме немаловажно довольно постоянен. Однако ее состав способен изменятся определяет в зависимости белокт различных внутренних крови внешних факторов. Поэтому активатором проанализировав состав один крови, можно один увидеть переносят изменения, происходящие крови организме.

Результаты проведенных анализов подтвердили, что все морфологические показатели крови подопытных овец находились в пределах физиологической нормы.

Таблица 3 – Гематологические показатели ягнят

Гемоглобин является одним из основных показателей окислительных и обменных процессов в организме животного, так как он осуществляет транспорт кислорода и углекислого газа. Кроме этого, гемоглобин обладает буферными свойствами, а также способностью связывать токсические вещества.

Рисунок 13 – Содержание гемоглобина в крови ягнят в конце эксперимента

Ягнята опытной группы в конце эксперимента имели большую концентрацию в крови гемоглобина на 12,7% по сравнению с контрольными животными.

Эритроциты выполняют дыхательную функцию, принимают активное участие в регуляции кислотно-щелочного равновесия организма, адсорбции токсинов и антител, а также в ряде ферментативных процессов. Содержание эритроцитов в крови животных опытной группы больше на 10,8% относительно ягнят контрольной группы.

По количеству лейкоцитов можно отметить тенденцию к увеличению их числа у животных опытной группы. Анализ лейкограммы является важным методом клинического исследования. В лейкограмме можно определить некоторые изменения, которые возникают задолго до проявления клинических признаков болезни и указывают на серьезные изменения в течение развивающегося патологического процесса в организме. Изучение лейкоцитарной формулы, показало отсутствие статистически значимых отличий между ягнятами опытной и контрольной групп (табл. ). Функция базофилов сводится к синтезу гепарина и гистамина. Главные функции нейтрофилов состоят в том, что они осуществляют в организме фагоцитоз: уничтожают вредоносные частицы, поглощая их и «переваривая» Функции моноцитов – защита организма против микробной инфекции; токсический эффект метаболитов макрофагов на паразитов в организме животного; участие в иммунном ответе организма и воспалении; регенерация тканей и противоопухолевая защита; регуляция гемопоэза; фагоцитоз старых и поврежденных клеток крови, регуляция продукции острофазных белков печенью. В наших исследованиях все показатели лейкоцитарной формулы находились в пределах физиологической нормы, что свидетельствует об отсутствии дегенеративных изменениях в клетках организма. Ядерного сдвига нейтрофилов не наблюдалось, что указывает на отсутствие инфекционных и воспалительных процессов в организме.

Таким образом, повышенная концентрация в крови ягнят опытной группы гемоглобина, эритроцитов свидетельствует об активизации окислительно-восстановительных процессов в организме животных, что подтверждает более высокие показатели прироста в течении эксперимента.

2.3.2 Биохимические показатели сыворотки крови ягнят

Биохимическое исследование является незаменимым составляющим эффективного производства продукции. Биохимические реакции веществ в организме тесно взаимосвязаны. Мало того, реакции обмена веществ предельно согласованы между собой. Изменение содержания или синтеза одного компонента не может не отразиться на концентрации другого. Поэтому при правильном обмене веществ, все показатели входят в определенные рамки. Биохимические показатели являются своеобразным индикатором процессов происходящих в организме.

Сравнительный анализ биохимических параметров сыворотки крови молодняка овец свидетельствует о том, что все показатели находились в пределах референтных значений (табл. ).

Таблица 4 – Биохимические показатели сыворотки крови молодняка ягнят

Примечание: * — знак статистически значимых различий между животными контрольной и опытной группами

В сыворотке крови из сухого остатка больше всего содержится белка, который состоит из альбуминов и глобулинов. Сывороточные белки влияют на поддержание вязкости крови, осмотического давления, транспорте многих веществ, регуляции постоянства рН крови, свертывании крови, иммунных процессов.

Часть белков в организм поступает с кормом. Впоследствии они распадаются до аминокислот, которые служат строительным материалом для белков внутренней среды организма. Основные фракции белков синтезируются в гепатоцитах печени (альбумины, α-глобулины, частично β-глобулины) и ретикулоэндотелиальной системе (γ-глобулины).

Рисунок 14 – Концентрация общего белка в сыворотке крови молодняка овец в конце эксперимента

В начальный период эксперимента концентрация общего белка в сыворотке крови ягнят находилась в пределах 62,9-61,8 г/л. В конце научного эксперимента в сыворотке крови ягнят, получавших защищенную форму гомогената трутневого расплода установлено достоверно значимое повышение данного показателя на 7,9% по сравнению с ягнятами контрольной группы. Вероятнее всего, что применение в кормлении молодняка овец кормовой добавки на основе защищенной формы гомогената трутневого расплода приводит к увеличению биодоступности белка, что позволяет стимулировать внутренний синтез белка и способствует росту мышечной ткан.

Альбумины можно рассматривать, как аминокислотный резерв организма на случай острой недостаточности (содержат до 600 аминокислотных остатков). Альбумины выступают в роли отдельной буферной систем, принимают активное участие в транспортировке различных веществ – гормонов, витаминов, билирубина, жирных кислот, минеральных соединений и лекарственных препаратов.

α-глобулины характеризуются как белки-носители, специализирующиеся на переносе металлов. Некоторые из белков этой фракции участвуют в свертывании крови, некоторые являются антителами.

Большое значение среди β-глобулинов имеет трансферрин – основной резерв железа крови и проконвертин, который способствует переходу протромбина в тромбин в процессе свертывания крови. Активно взаимодействуют с липидами крови.

γ-глобулинам определена роль защитных факторов организма (иммуноглобулины), так как большинство иммунных белков содержится именно в этой фракции.

Уровень альбумина в сыворотке крови животных контрольной группы в конце эксперимента составил 40,9 г/л, а в опытной группе на 3,2% выше и составил 42,2 г/л.

Мочевина является главным компонент остаточного азота, конечный продукт азотистого метаболизма, синтезирующийся в печени после дезаминирования (окисления) избыточных аминокислот.

Мочевина, количество которой определяется разностью между количеством азота поступившего с пищей и количеством азота в других экскретируемых соединениях. При положительном азотистом балансе экскреция мочевины уменьшается; если происходит увеличение экскреции азота вследствие распада белков организма, повышение азота мочи происходит за счет мочевины. Таким образом, образование и экскреция мочевины являются регулирующим механизмом, с помощью которого поддерживается азотистое равновесие.

В сыворотке крови ягнят опытной группы отмечена более высокая концентрация мочевины -8,28 ммоль/л по сравнению с сывороткой крови ягнят контрольной группы – 7,46 ммоль/л, вероятнее всего это связано с более высоким уровнем общего белка.

Уровень глюкозы определяют для оценки состояния углеводного обмена – под сахаром крови обычно подразумевают только глюкозу, как основной источник энергии в организме (структурные сахара не учитываются). Всасывается в тонком кишечнике и немного в толстом, в основном синтезируется  и откладывается в печени в виде гликогена. Наиболее выраженной гликогенностью обладает пропионовая кислота. Регуляцию уровня глюкозы крови осуществляют поджелудочная и щитовидная железы, гипоталамус, гипофиз, надпочечники, симпатический отдел вегетативной нервной системы.

Концентрация глюкоза в сыворотке крови молодняка опытной и контрольных групп находилась в пределах 3,44-4,39 ммоль/л, что соответствует физиологической норме.

Холестерин — вторичный одноатомный циклический спирт, который постоянно образуется в организме и используется для построения клеточных мембран, синтеза половых и стероидных гормонов, витамина Д. Содержание холестерина и триглицеридов в крови — наиболее важные показатели липидного обмена. Существует прямая зависимость между увеличением концентрации общего холестерина в крови и риском атеросклеротического поражения коронарных сосудов.

Рисунок 15 – Уровень общего холестерина в сыворотке крови ягнят в конце эксперимента

В ходе эксперимента установлено, что в сыворотке крови опытных ягнят уровень общего холестерина составляет 1,336 ммоль/л, что статистически значимо ниже на 17,7% относительно контрольной группы. Возможно, что биологически активные вещества гомогената трутневого расплода способствуют активному выведению лишнего холестерина из организма. Также исследования ученых Беляев В.А. (2009) и Башина С.И. (2013) свидетельствуют о том, что трутневый расплод проявляет антиоксидантные свойства , тем самым препятствует образованию свободных радикалов в организме, которые разрушают клетки и ткани.

Промежуточный обмен веществ представляет собой совокупность химических превращений, которым подвергаются питательные вещества после их всасывания из пищеварительного канала и до выделения продуктов обмена из организма. Эти превращения осуществляются главным образом внутри клеток, с участием ферментов. Биохимические реакции, катализируемые ферментами, составляет сущность обмена веществ. В результате организм получает необходимые вещества и энергию для процессов жизнедеятельности, роста и образования продукции (молока, мяса, яиц). Ферменты наиболее активны в пределах узкой зоны, соответствующей для животных тканей физиологическим значением рН среды, где оптимум действия ферментов лежит в пределах физиологических значений.

Таблица 5 – Ферменты в сыворотке молодняка ягнят

Аланинаминотрансфераза и аспартатаминотрансфераза являются ферментами (трансаминазами) плазмы крови. Роль трансаминаз сводится к передаче аминогрупп между аминокислотами и кетокислотами. В крови животных активность обоих ферментов очень мала, однако при патологиях их количество в крови увеличивается. Каждому органу свойственна выработка своего набора (спектра) ферментов, появление их в жидкостях организма в больших количествах характерно для поврежденного органа. АЛТ и АСТ распространены в тканях сердца, печени, скелетной мускулатуре, почках, меньше в поджелудочной железе, селезенке, легких. Исследование активности АЛТ и АСТ в сыворотки крови имеет важное значение для дифференциальной диагностики болезней печени.

Креатинин представляет собой конечный продукт метаболизма креатина, синтезируемого в почках и печени из трех аминокислот (аргинина, глицина, метионина). Креатинин полностью выделяется из организма почками путём клубочковой фильтрации, не реабсорбируясь в почечных канальцах. Это свойство креатинина используется для исследования уровня клубочковой фильтрации по клиренсу креатинина в моче и сыворотке крови.

В ходе эксперимента на молодняке овец по влиянию защищенной формы трутневого расплода установлено, что ферменты, содержащиеся в сыворотке крови находились в пределах физиологической нормы. Существенных различий между показателями опытной и контрольной групп не установлено.

Анализируя минеральный профиль ягнят, можно сделать вывод о том, что концентрации кальция, магния, меди, калия и натрия находились в пределах референтных значений. Достоверно значимых отличий между животными контрольной и опытной группами не выявлено в ходе эксперимета.

Калиций входит в состав костей, участвует в свертывании крови, поддерживает возбудимость нервов и мышечной ткани, повышает тонус миокарда, активирует ферменты. Кальций всасывается в передней части тонкого кишечника, а выделяется в основном толстым кишечником, а также почками и печенью. У лактирующих животных кальций выделяется в основном с молоком.

В сыворотке крови общий кальций находится в виде ультрафильтрирующейся и коллоидной фракций. Среди соединений кальция различают белковосвязанный (кальцийпротеинаты, комплексоны), ионообменный и кислоторастворимый кальций. Регуляция обмена кальция в организме осуществляется паращитовидными, щитовидными железами и витамином D.

Таблица 6 — Показатели минерального обмена молодняка ягнят

Калий и натрий являются основными клеточными катионами, участвуют в регулировании осмотического давления крови и поддержании кислотно-щелочного равновесия. Принимают участие в сокращении мышц, функциональной деятельности сердца, ферментных процессах, влияют на процессы нервной деятельности и обмене веществ. Всасываются очень легко во всех отделах пищеварительной системы. Из организма выделяются в основном с мочой и потом, частично с калом.

2.3.3 Гормональный профиль ягнят

Нейро-гуморальный контроль поведения один из ведущих трендов современной объективной науки о поведении человека [1]. Известная антагонистическая пара стероидных гормонов – кортизол и тестостерон – представляют особый интерес в отношении физической культуры и спорта, поскольку поведенческие эффекты этих гормонов пересекаются с морфологическими. А именно кортизол, традиционно оценивается как катаболический гормон, избыток которого ведет к снижению мышечного белка, тогда как тестостерон стимулирует белковый синтез, в связи с этим соотношение кортизола и тестостерона может прямо влиять на показатели мышечной силы

Кортизол являет собой гормон, напрямую влияющий на метаболизм в организме. Его продуцирование происходит в надпочечниках. По-другому это вещество еще называют гормоном стресса, поскольку его уровень резко повышается при сильных эмоциональных перенапряжениях. Кортизол и тестостерон тесно взаимосвязаны между собой, поскольку если кортизол повышен, концентрация мужского гормона уменьшается, и наоборот. В организме постоянно происходит борьба между этими двумя веществами.
Отмечается тесное взаимодействие кортизола и тестостерона. Тестостерон – это анаболический стероид, который необходим для набора мышечной массы и формирования вторичных половых признаков у мужчин. Кортизол является катаболическим стероидом, это абсолютная противоположность. Если уровень кортизола повышен, отмечается влияние на мышечную массу и физическую выносливость, они значительно уменьшаются.

Возможный механизм действия трутневого расплода на скорость роста животных заключается в стимуляции эндогенного производства гормонов, которые влияют на синтез мышечной ткани.

Таблица 7 — Гормональный статус молодняка овец

Исследования сыворотки крови молодняка ягнят показали, что использование кормовой добавки на основе трутневого расплода значительно повышает содержание гормона тестостерона в организме ягнят. Если в сыворотке крови контрольных животных концентрация тестостерона находилась на уровне 8,22 нмоль/л, то у животных опытной группы – 11,93 нмоль/л, что статистически значимо выше контрольных показателей. Уровень гормона кортизола в крови молодняка ягнят в опытной группе был также выше относительно показателей в контрольной группе (табл. 9).

Возможно, различия объясняются поступлением извне в организм молодняка эндогенных гормонов. Исследователями Д.В. Митрофановой, Н.В. Будниковой, Л.А. Бурмистровой установлено, что трутневый расплод содержит половые гормоны – тестостерон, эстрадиол, прогестерон, пролактин, ФСГ И ЛГ[5]. В исследованиях M. Auezov, Mahambet Utemisov, Zhangir Khan выявлено, что трутневый расплод содержит достаточное количество биологически активных веществ и природных гормонов, которые не вызывают существенных изменений гормонального статуса животных[7].

2.3.4 Содержание миостатина в сыворотке крови и гомогетате мышечной ткани ягнят

Одним из основных направлений селекционной работы в животноводстве является улучшение мясных качеств откормочных животных и повышение выхода мяса. Для решения этой задачи наряду с традиционной селекцией всё большее применение находят методы маркерной селекции, предусматривающей использование в селекционных программах ДНК-маркеров, напрямую или косвенно связанных с QTL мясной продуктивности.

Миостатин (GDF8, авторы – R. Kambadur et al., 1997, L. Grobet et al., 1998) – ингибитор мышечного роста. Любые мутации в этом гене приводят к ухудшению его регуляторной функции и, соответственно, к увеличению развития мышцы[14].

Современное животноводство, используя самые последние достижения фундаментальных биологических наук, в том числе и генетики, позволяет добиваться увеличения эффективности разведения животных. Количественные признаки животных, такие как состав молока, качество туши мяса, плодовитость, сопротивляемость или чувствительность к инфекциям в большинстве своем являются полигенными признаками, результатом взаимодействия многих генов[35].

Влияние факторов окружающей среды модифицирует фенотипическую ценность данного признака. Введение в широких масштабах искусственного оплодотворения скота создало условия для передачи хозяйственно ценных генов, в частности, обуславливающих высокую молочную и мясную продуктивность. Идентификация генов, которые определяют то или иное развитие количественных признаков (главные гены количественных признаков – QTL – Quantitative Trait Loci), а также их мутаций, поиск молекулярно-генетических маркеров, тесно сцепленных с ними, является в настоящее время предметом интенсивных исследований [7].

Белок миостатин, кодируемый геном миостатина (MSTN), является одним из важнейших факторов в поддержании равновесия сложных биохимических процессов, обеспечивающих белковый обмен и связанные с ним процессы формообразования скелетных мышц [45]. Его функция заключается в торможении прироста мышечной массы. При блокировании действия миостатина наблюдается увеличение мышечной массы и повышение силовых характеристик скелетных мышц [41]. Изменения в нуклеотидной последовательности гена MSTN способны приводить к изменению уровня активности кодируемого белка. Доказательством этого служат результаты экспериментов по геномному редактированию. Так в 2015 году сиспользованием ZFN технологии (Zinc finger nucleases technology) был заблокирован участок во втором экзоне MSTN свиней, что позволило получить нуль-мутантов погену MSTN. Такие поросята отличались более раз-витой мускулатурой при меньшем количестве жира. Интересным является тот факт, что 20% мутантных свиней имели один добавочный грудной позвонок [46].

Среди мутаций сельскохозяйственных животных особый интерес привлекает мутация, обеспечивающая аномальное развитие мышечной массы – миостатин-mh. Тривиальное название мутации «двойной мускул» (синонимы: доппельлендеры, double-muscling, двойные мышцы, мышечная гипертрофия, мышечная суперплазмия и др.). Данная мутация рецессивна и ассоциирована с действием гена MSTN. Физиологическая сущность мутации миостатин-mh состоит в преодолении генетического контроля за гипертрофированным ростом мышечноймассы. Мутация миостатин-mh-0 на 20% увеличивает мышечную массу. В новых условиях использования организма домашних животных, как мини-биофабрики по биосинтезу мышечного белка, внедрение данной мутации в систему разведения отдельных пород не только возможно, но может являться важным селекционным достижением [44].

Первым и пока уникальным генетически модифицированным животным, одобренным для потребления человеком, является трансгенный лосось с перенесённым геном гормона роста, который показал более чем двукратное увеличение скорости роста [43]. Аналогичная цель была достигнута у млекопитающих за счёт увеличения активности секретируемого белка миостатина, продукта одноимённого гена MSTN, оказывающего отрицательное влияние на развитие мышечной массы. Несколько встречающихся в природе аллелей гена миостатина были отредактированы у животных разных видов, в том числе и свиней, с использованием технологии CRISPR [47].

CRISPR это иммунная система бактерий, защищающая их от чужеродных вирусов. Впервые она была обнаружена у Escherichia coli в конце 1980-х годов. Японские учёные заметили, что в геноме бактерии присутствуют повторяющиеся последовательности, разделенные спейсерами – уникальными участками ДНК. И только в 1992 году Франциско Мохика назвал их CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ‒ сгруппированные короткие палиндромные повторы, разделенные промежутками). Далее генетики выяснили, что CRISPR связаны с выработкой комплекса белков, названных Cas, которые узнают проникший в клетку бактерии вирус и вырезают кусок чужеродной ДНК и вставляют его в кассету CRISPR. Если клетка вновь встречается с идентичным вирусом, система CRISPR/Cas9 с легкостью помогает побороть инфекцию [42].

Белок миостатин, кодируемый геном миостатина (MSTN), является одним из важнейших факторов в поддержании равновесия сложных биохимических процессов, обеспечивающих белковый обмен и связанные с ним процессы формообразования скелетных мышц [45]. Его функция заключается в торможении прироста мышечной массы.

В начале эксперимента концентрация миостатина у ягнят опытной и контрольной групп находилась практически на одном уровне и колебалась в пределах 0,901-0,958 нг/мл.

Таблица 8 — Концентрация мистатина в сыворотке крови молодняка овец

В сыворотке крови животных, которые получали кормовую добавку на основе трутневого расплода составил 0,631 нг/мл, в то время как у животных, получавших основной рацион данный показатели находится на уровне 0,873нг/мл (рис. 1).

Рисунок 16 — Концентрация миостатина в сыворотке крови молодняка ягнят в конце эксперимента

Уровень миостатина в гомогенате мышечной ткани ягнят опытной группы составил 3,12 нг/мл, в то время как у животных контрольной группы данный показатели находится на уровне 4,85 нг/мл (рис. ).

Рисунок 17 — Концентрация миостатина в мышечной ткани

Можно предположить, что трутневый расплод содержит биологически активные вещества, которые подавляют синтез миостатина, что способствует развитию мышечной ткани у молодняка свиней опытной группы.

2.3.5 Продуктивные показатели ягнят

Мясность – важнейший хозяйственный признак животного, характеризующий его развитие. Становится очевидным, что более выгодно выращивать животных с потенциально высокой мясностью, то есть таких, которые быстро наращивают мышечную массу при минимальных затратах питательных веществ на единицу прироста. Мясная продуктивность зависит от многих факторов: породы, пола, возраста, физиологического состояния, условий кормления и содержания []. В трудах Дж. Хэммонда изучено формирование мясной продуктивности мелкого рогатого скота. По мере увеличения живой массы и возраста молодняка замедляется синтез тканей, повышается расход кормов на получение прироста, изменяется химический и морфологический состав тела (Гуткин, С.С., Сиратзетдинов, Ф.Х., 2001; Забелина, М.В., 2006).

При формировании групп ягнят первоначальная живая масса в опытной группе составила 22,55 кг, в контрольной группе – 22,57 кг. Взвешивание ягнят в ходе эксперимента в возрасте …… дней отметилась тенденция к увеличению данного показателя в опытной группе. Так живая масса опытных ягнят составила 28,1 кг, а у контрольных животных – 27,3 кг. В конце эксперимента установлено, что живой вес ягнят, получавших основной рацион составил 31,4 кг, а у ягнят, получавших гомогенат трутневого расплода — 32,84 кг, что на 4,6% выше контрольных значений.

Среднесуточный прирост у животных опытной группы составил 173,63 г, а у ягнят контрольной группы — 147,78 г, что на 14,9 % ниже показателей в опытной группе.

Показатель убойной массы в опытной группе составил 12,65 кг, что на 11,45 % выше относительно контрольных значений.

Одним из основных показателей качества туш является площадь мышечного глазка. Площадь поперечного сечения длиннейшей мышцы спины («мышечный глазок») имеет сопряженность с мясностью туши. Так, положительная корреляция между массой мышц в туше и площадью мышечного глазка у мясо-шерстных ягнят составляет 0,77—0,81. Поэтому о мясности туши можно судить и по площади поперечного сечения длиннейшей мышцы спины. Площадь поперечного сечения длиннейшей мышцы спины определяют на отобранных для обвалки тушах.

Длиннейшую мышцу спины осторожно разрезают поперек ножом между последним грудным и первым поясничным позвонками, а чтобы не нарушить размер и структуру мышцы, позвонки распиливают. На полученный поперечный разрез накладывают карандашную кальку (или пергамент) и переносят на нее контуры мышцы, а затем планиметром измеряют площадь (см2) полученного контура.

Таблица 9 — Живая масса и среднесуточные приросты экспериментальных животных

ОПЫТ КОНТРОЛЬ

Рисунок 18 — Туши ягнят (опыт -контроль)

Результаты наших исследований показывают, что трутневый расплод существенно влияет на исследуемые показатели.

Таблица 10 — Показатели площади мышечного глазка

В группе ягнят, получавших гомогенат трутневого расплода площадь мышечного глазка составила 13,57 см², что на 14,13% больше по сравнению с данным показателем в контрольной группе. Толщина жира над мышечным глазком в контрольной группе составила 3,5-5 мм, а в опытной группе 2,5-3 мм. Длина туловища в опытной группе превышала на 5,2% показатели в контрольной группе.

ОПЫТ КОНТРОЛЬ

Рисунок 19 — Площадь мышечного глазка туш ягнят

Полученные результаты доказывают, что использование гомогената трутневого расплода в кормление откормочных ягнят усиливает рост мышечной ткани, способствует повышению продуктивных показателей, что свидетельствует о проявлении анаболического действия гомогената трутневого расплода на организм животных.

Анализ химического состава мышечной ткани показывает, что трутневый расплод не повлиял на содержания воды, однако достоверно снизил содержание жира в мышечной ткани.

2.3.6 Органолептическая оценка мяса ягнят

Органолептический анализ мяса ягнят показал, что при скармливании гомогената трутневого расплода установлено, что мясо ягнят опытной группы имеет более светлый цвет по сравнению с контрольными образцами. Мясо, полученное от контрольных животных более темного цвета, запах и вкус приятные, но более резко выраженные по сравнению с опытом. Данные полученные в результате органолептической оценки представлены в таблице 11.

Таблица-11 Органолептическая оценка мяса ягнят

Проба варкой, является одним из самых часто используемых методов для определения свежести мяса. Для получения однородной пробы каждый образец был отдельно пропущен через мясорубку для получения фарша. 20 г полученного фарша поместили в коническую колбу вместимостью 100 см и залили 60 см дистиллированной воды, тщательно перемешали, закрыли часовым стеклом и поставили в кипящую водяную баню до нагревания. Запах мясного бульона был определен в процессе нагревания до 83 °С. Затем 20 мл бульона налили в мерный цилиндр вместимостью 25 см для установиления прозрачности бульона визуально.

Рисунок 20 — Исследования мяса пробой варкой в лаборатории

КОНТРОЛЬ ОПЫТ

Рисунок 3-Сравнение образцов мяса бараничиков

В результате органолептических исследований бульона установлены незначительные отличия опытных и контрольных образцов. Бульон опытного образца имел светло-серый цвет, а бульон контрольного образца серого цвета. Аромат бульона обоих образцов был насыщен и приятен. Вкусовые качества преобладали у опытного образца: вкус мягкий, оставляющий приятное послевкусие.

Таким образом, анализ качества мяса баранчиков показал, что скармливание кормовой добавки на основе трутневого расплода способствует улучшению органолептических показателей мяса ягнят.

2.4 Результаты научных исследований на молодняке крупного рогатого скота на откорме

Кровь является одной из главнейших связующих систем целостного организма. Она обеспечивает питание и дыхание всех органов и тканей, снабжает их необходимыми ферментами, гормонами, медиаторами и другими гуморальными веществами, без которых нормальное функционирование организма невозможно. У здоровых животных при нормальных физиологических условиях существует постоянство химико-морфологического состава и физико-химических свойств крови. Кроветворные органы чувствительно реагируют на различные физиологические и, в особенности на патологические, воздействия на организм изменением картины крови. Поэтому исследование крови имеет большое диагностическое значение.

2.4.1 Гематологические показатели телят

Важнейшую роль в организме животного выполняют форменные элементы крови ( табл.) Основную часть форменных элементов крови составляют эритроциты. Обладая большой удельной поверхностью, эритроциты могут адсорбировать на себе многочисленные органические и неорганические вещества, в том числе и транспортировать их по тканям. Основная функция эритроцитов дыхательная, она неразрывно связана со свойствами содержащегося в них белка гемоглобина.

В ходе научно-производственного эксперимента уровень эритроцитов в крови животных опытной группы составил 9,67 *10¹²/L, что на 11,0% выше относительно показателей в контрольной группе.

Таблица 12 – Гематологические показатели телят

Полученный цифровой материал в результате эксперимента на откормочных бычка, свидетельствует о том, что уровень гемоглобина у молодняка КРС в опытной группе на 6,14% выше по сравнению с данным показателям у животных контрольной группы.

2.4.2 Биохимические показатели в сыворотке крови телят

Биохимические показатели в сыворотке крови животных в большей степени отражают уровень кормления и обменные процессы, что при правильном понимании физиологических изменений становятся твердым основанием для принятия производственных решений.

Уровень содержания общего белка в крови является надёжным показателем обеспеченности организма мономерами нутриентов, особенно протеиногенными аминокислотами. Достаточно изучен вопрос о том, что при неудовлетворительном содержании белка в рационе в первую очередь гидрализуются плазменные белки (особенно альбумины), далее белки печени и мышечной массы. Содержание белков и аминокислот в плазме крови примерно соответствует их концентрационному фону в тканях и органах. Отсюда следует, что увеличение содержания белка в плазме крови индикаторно отражает повышение белковой массы в периферических тканях соответственно и интенсивность белкового обмена.

При изучении белкового состава сыворотки крови установлено, что концентрация общего белка в сыворотке телят опытной группы составил 70,2 г/л, что на 15,1% больше по сравнению с данным показателя у контрольных телят.

Таблица 13 – Биохимические показатели сыворотки крови телят

Примечание: * — знак статистически значимых различий между животными контрольной и опытной группами

Рисунок 21 – Концентрация общего белка в сыворотке крови телят

Основными показателями, характеризующими обмен белков в организме, являются низкомолекулярные азотистые вещества или небелковые азотистые комплексы крови. Как известно, независимо от состояния организма в нём непрерывно происходят одновременно процессы синтеза и распада тканевых белков. Исход этих противоположно направленных процессов зависит от состояния их скоростей. При одинаковых скоростях наблюдается динамическое равновесие, когда же скорость синтеза превышает скорость распада, происхо- 71 71 дит увеличение массы белка, при обратном соотношении наблюдается её уменьшение. Поскольку синтез молекул белка в тканях организма происходит, главным образом, из свободных аминокислот, им отводится центральное место в белковом метаболизме. Важно подчеркнуть, что половина азота, выводимого из организма превращается в мочевину в результате процессов трансреаминирования. В связи с этим, существует прямая зависимость между активностью аланин- и аспартатаминотрансфераз и ферментами, участвующими в образовании конечного продукта азотистого обмена мочевины. Поэтому о характере метаболизма азота в организме животных можно судить лишь сопоставляя данные по активности ферментных систем, катализирующих процессы катаболизма аминокислот и образование мочевины с содержанием сопряжённых с ними азотистых метаболитов в тканях и органах. Основными являются азот аминный и азот мочевины. Компонентом остаточного азота является креатинин. Он представляет собой конечный продукт креатина и характеризует мышечную массу, так как увеличение креатина, а следовательно, и креатинина коррелирует с ростом мышечной ткани. Креатинин образуется после трансфосфорилирования креатинфосфата, необходимого для ресинтеза АТФ в цитоплазме миоцитов.

Мочевина как завершённый обезвреженный продукт орнитинового цикла гепатоцитов образуется из аммиака и монооксида углерода в матриксе митохондрий. Уровень мочевины в крови показывает интенсивность дезаминирования аминокислот в тканях и органах, биохимическую налаженность связывания аммиака в клетке аспаргиновой, глутаминовой и α-кетоглутаровой кислот с дальнейшим диффундированием через межклеточную жидкость в кровь в систему обезвреживания гепатоцитов.

По результатам исследований содержание мочевины в сывортке крови контрольных животных составил 1,06 ммоль/л, а в крови животных опытной группы – 3,02 ммоль/л.

Также установлено, что в сыворотке телят, получавших гомогенат трутневого расплода концентрация общего холестерина на 37% относительно показателей откормочных бычков, получавших основной рацион..

Глюкоза обнаруживается в тканях животных не только в свободной форме, но и в составе полисахаридов, фосфорных эфиров, глюколипидов и т.д. Клетки печени и мышечной ткани поглощают из крови большее количество глюкозы, чем это необходимо для непосредственных нужд. Избыточное количество глюкозы откладывается в виде гликогена. При достаточном количестве гликогена клетки печени превращают избыток глюкозы в жиры, которые также откладываются в качестве запасных веществ в различных частях организма. Сравнительно постоянная концентрация глюкозы в крови является результатом 74 74 выхода глюкозы из крови в клетки различных тканей и её использование в различных метаболических путях. Распад глюкозы может совершаться тремя путями, ответвлениями которых является синтез и катаболизм липидов и белков. Концентрация глюкозы в сыворотке крови откормочных бычков опытной группы составил 5,27 ммоль/л, а у животных контрольной группы 4,15 ммоль/л.

Известно, что многочисленные сопряжённые биохимические процессы в организме протекают при самом активном участии ферментов, обуславливающих не только направление, скорость течения биохимических реакций, но и создающие своей лабильностью возможность адаптации процессов обмена веществ к условиям внешней среды. Большая роль в процессах обмена белков, протекающих в организме животных, принадлежит ферментам переаминирования. Аминотрансферазы заслуживают особого внимания, поскольку они играют ведущую роль в клеточном метаболизме. Они участвуют в реакциях ферментативного переноса NH2-групп между аминокислотами и соответствующими кетокислотами, стоящими на стыке путей обмена азотистых веществ, углеводов и жиров. Статистически значимых различий между показателями ферментов у животных опытной и контрольных групп не выявлено.

Таблица 14 – Ферменты в сыворотке крови телят

Минеральные вещества – непременные структурные компоненты живого организма. Встречаются они в виде неорганических солей в протоплазме, ядрах клеток, форменных элементах крови. В сыворотке крови они связаны с белками или представлены малодиссоциирущими небелковыми комплексами и ионами. Последние принимают деятельное участие в межуточном обмене, синтезе молочной кислоты, замедляют действие токсинов и т.д. Эта особенность минеральных веществ отображает их многостороннее физиолого-биологическое значение в организме

Таблица 15 — Показатели минерального обмена телят

Проведённые исследования показали, что показатели минерального обмена крови телят находились в пределах физиологической нормы, что говорит о клиническом здоровье экспериментального молодняка.

2.4.3 Гормональный профиль телят

Рост, развитие и продуктивность животных в значительной степени зависят от функциональной активности желез внутренней секреции, иммунной системы.

Большое значение в данном случае, как основного регулятора, имеет определение функциональных резервов желез внутренней секреции в разные периоды онтогенеза и связь этих показателей с молочной продуктивностью у разных пород крупного рогатого скота и их разнопродуктивных групп.

Известно также, что эндокринная и иммунная системы сильно подвержены не только генетическому влиянию, но и экзогенным факторам (сезон года, качество и уровень питания и т.д.). Кроме того, эти системы подвержены и различным эндогенным факторам, прежде всего, периоду онтогенеза и физиологическому состоянию организма. Применение гомогената трутневого расплода в кормлении телят повлияло на концентрацию тестостерона и кортизола в сыворотке крови животных (табл. ).

Таблица 16 — Гормональный статус телят

Исследования сыворотки крови молодняка телят показали, что использование трутневого расплода в кормлении животных снижает содержание гормона тестостерона в организме откормочных бычков. Возможно, это связано с тем, что трутневый расплод содержит гормоноподобные вещества, которые организм животного использует взамен собственных гормонов, в свою очередь снижаю концентрацию тестостерона в крови. Уровень гормона кортизола в крови молодняка бычков в опытной группе был также несколько выше относительно показателей в контрольной группе.

2.4.4 Морфологические изменения органов откормочных бычков при введении в рацион защищенной формы трутневого расплода

Морфологические изменения определяли после убоя бычков в возрасте 13 месяцев. Осмотр внутренних органов не показал отклонений от нормы: края печени острые, паренхима вишнево-красного цвета, плотная, очаги некроза или абсцессов не обнаружены. Сердце в норме. Легочная ткань упругая, без кровоизлияний и отечности. Трахеи и бронхи чистые. Селезенка без патологических изменений. Почки обычных размеров без видимой патологии. Серозные оболочки органов желудочно-кишечного тракта без очагов воспалений и гемморагий, слизистые оболочки серовато-розового цвета. Лимфоузлы также не имели видимой патологии, на разрезе сероватого цвета без кровоизлияний. Вместе с тем, морфологические исследования внутренних органов и эндокринных желез у подопытных животных показали наличие активной гиперемии, расширение клубочковой зоны и мозгового слоя в надпочечниках, увеличение числа и размеров островков Лангерганса в поджелудочной железе, дегенерацию части проксимальных канальцев почки, повышение числа мелких фолликул в щитовидной железе. Все это свидетельствует о нормальном протекании процессов в этих органах и тканях, а также об усилении кровотока и расширении капилляров, что способствует повышению доли мышечных волокон, обеспечивающих рост мышечной ткани и снижению уровня жировой ткани.

Это подтверждают данные результатов контрольного убоя и химического состава мышечной ткани (табл.).

Таблица 17 — Химический состав мышечной ткани 13 — месячных бычков, %

Рисунок 22 — Соотношение мышечных волокон в длиннейшей мышце спины бычков, %

Использование защищенной формы трутневого расплода в кормлении половозрелых откормочных бычков повысило отложение мышечной ткани с большим содержанием в ней белков. По органолептическим показателям мясо бычков отвечало всем требованиям, предъявляемым к свежему доброкачественному мясу. При дегустационной оценке установлено, что мясо и бульон от животных опытной и контрольной групп имели идентичные органолептические и вкусовые качества. Проведенные морфологические исследования мышечной и жировой тканей выявили некоторые изменения соотношения типов мышечных волокон. У опытных животных в 13-месячном возрасте преобладал белый тип мышечных волокон, превышение контроля составило 41,6%.

Результаты определения соотношений размерных классов адипоцитов в подкожном жировом депо бычков свидетельствуют об усилении процессов липолиза, что, вероятнее всего, обеспечивает энергией процессы, происходящие в мышечной ткани (табл. ).

Таблица 18 — Влияние защищенной формы трутневого расплода на соотношение размерных классов адипоцитов подкожного жирового депо бычков, %

Увеличение числа адипоцитов мелких размерных классов (до 20 мкм) и уменьшение содержания средних (до 20-70 мкм ) и крупных (до 70-120 мкм) подтверждают использование липидов, т.к. полученные соотношения размерных классов адипоцитов указывают на торможение процессов накопления липидов в клетках жирового депо.

Таким образом, включение в рацион половозрелых откормочных бычков защищенной формы трутневого расплода способствует увеличению массы мышечной ткани с одновременным уменьшением размеров адипоцитов в жировой ткани и с небольшим снижением как жира в мышечной ткани, так и абдоминального жира.

2.4.5 Влияние биологически активных соединений защищенной формы трутневого расплода на продуктивные качества животных

Многогранные полезные свойства гомогената трутневого расплода как компонента кормов еще недостаточно изучены. Однако установлено, что входящие в состав трутневого расплода макистерон А и экдистероиды обладают гормоноподобными свойствами по типу стероидных гормонов ( ).

Добавка к рациону гомогената трутневого расплода к рациону откормочных свинок, выращенных на ячменно-пшеничном рационе, позволила достоверно повысить прирост живой массы животных и повысить показатели мясной продуктивности ( наши исследования и на отчет прошлых годов).

При применении защищенной формы трутневого расплода в кормлении половозрелых откормочных бычков нами установлен анаболический эффект и способность кормовой добавки повышать скорость роста бычков (табл.).

Таблица 19 — Интенсивность роста половозрелых бычков, получавших кормовую добавку на основе защищенной формы трутневого расплода

Положительный эффект наблюдался в превышении абсолютного прироста живой массы к контролю, затраты корма снизились на 11,1 %. Отмечено улучшение убойных качеств туши (табл. 4). Больший выход мяса , большая площадь мышечного глазка (на 17,1 %).

Таблица 20 — Результаты контрольного убоя и обвалки туши половозрастных бычков при использовании защищенной формы трутневого расплода

Исследования, проведенные на откормочных бычках показали, что использование защищенной формы трутневого расплода в кормление животных, благодаря анаболическим, антиоксидантным и адаптогенным свойствам, позволяет увеличить прирост живой массы бычков на откорме на 12,6 %, улучшить мясную продуктивность и снизить затраты кормов на кг прироста.

Выводы

1. В результате применения защищенной формы трутневого расплода в кормлении ягнят установлено повышение концентрации в крови ягнят опытной группы гемоглобина, эритроцитов, что свидетельствует об активизации окислительно-восстановительных процессов в организме животных, что подтверждается более высокие показатели прироста в течении эксперимента.

2. В конце научного эксперимента в сыворотке крови ягнят, получавших защищенную форму гомогената трутневого расплода установлено достоверно значимое повышение данного показателя на 7,9% по сравнению с ягнятами контрольной группы и статистически значимое снижение уровня общего холестерина на 17,7% относительно значений в контрольной группе.

3. Исследования сыворотки крови молодняка ягнят показали, что использование кормовой добавки на основе трутневого расплода значительно повышает содержание гормона тестостерона в организме ягнят: концентрация тестостерона находилась на уровне 8,22 нмоль/л, то у животных опытной группы – 11,93 нмоль/л, что статистически значимо выше контрольных показателей.

4. Уровень миостатина в гомогенате мышечной ткани ягнят опытной группы составил 3,12 нг/мл, в то время как у животных контрольной группы данный показатели находится на уровне 4,85 нг/мл. В сыворотке крови опытных ягнят установлено снижение уровня миостатина на 27,7% относительно контрольных значений, что говорит о содержании в трутневом расплоде биологически активных вещест, способных блокировать данный белок, тем самым способствуя росту мышечной ткани.

5. Среднесуточный прирост у ягнят опытной группы составил 173,63 г, а у ягнят контрольной группы — 147,78 г, что на 14,9 % ниже показателей в опытной группе. Показатель убойной массы откормочного молодняка овец в опытной группе составил 12,65 кг, что на 11,45 % выше относительно контрольных значений. В группе ягнят, получавших гомогенат трутневого расплода площадь мышечного глазка составила 13,57 см², что на 14,13% больше по сравнению с данным показателем в контрольной группе. Толщина жира над мышечным глазком в контрольной группе составила 3,5-5 мм, а в опытной группе 2,5-3 мм.

6. При изучении белкового состава сыворотки крови установлено, что концентрация общего белка в сыворотке телят опытной группы составил 70,2 г/л, что на 15,1% больше по сравнению с данным показателя у контрольных телят.

7. Использование защищенной формы трутневого расплода в кормлении половозрелых откормочных бычков повысило отложение мышечной ткани с большим содержанием в ней белков. По органолептическим показателям мясо бычков отвечало всем требованиям, предъявляемым к свежему доброкачественному мясу. У опытных животных в 13-месячном возрасте преобладал белый тип мышечных волокон, превышение контроля составило 41,6%.

8. Увеличение числа адипоцитов мелких размерных классов (до 20 мкм) и уменьшение содержания средних (до 20-70 мкм ) и крупных (до 70-120 мкм) подтверждают использование липидов, т.к. полученные соотношения размерных классов адипоцитов указывают на торможение процессов накопления липидов в клетках жирового депо.

9. Полученные результаты доказывают, что использование гомогената трутневого расплода в кормление откормочных ягнят и телят усиливает рост мышечной ткани, способствует повышению продуктивных показателей, что свидетельствует о проявлении анаболических, антиоксидатных и адаптогенных свойств защищенной формы гомогената трутневого расплода на организм животных.

Список литературы

1. Абдуллаев, Г.Г. Возродить былую славу лезгинских овец / Г.Г. Абдуллаев // Овцеводство. – 1990. – №3. – С. 26-27. с.
2. Авдалян, Я. Откормочные и мясные качества бычков Воронежского типа красно-пестрой породы разных линий / Я. Авдалян, И. Зизюков, Н. Щегольков // Молочное и мясное скотоводство. – 2012. — №5. – С. 23-24.
3. Алагирова, Ж.Т. Адаптивные способности голштинского скота отечественной и американской селекции при их интродукции в Кабардино-балкарскую республику: автореф. дис. … канд. биол. наук: 06.02.07. / Ж.Т. Алагирова. — Дубровицы, 2016. — 19 с.
4. Амерханов, Х. Генетические ресурсы мясного скота в Российской Федерации / Х. Амерханов, Ф. Каюмов // Молочное и мясное скотоводство. – 2011. — №1. – С. 3-6.
5. Амирова, П.Х. Гематологические показатели ярок различного происхождения / П.Х. Амирова, И.С. Исмаилов, В.А. Кущенко // Овцы, козы, шерстяное дело. – 2010. – №3. – С. 53-55.
6. Афанасьева, Е. Мясная продуктивность черно-пестрых бычков при выращивании в облегченном помещении и открытой площадке и откорме до живой массы 550 кг / Е. Афанасьева, Г. Легошин, А. Мамонов и др. // Молочное и мясное скотоводство. – 2013. — №6. – С. 6-7.
7. Баева Е.В. Состояние клеточного иммунитета при стрессовании молодняка крупного рогатого скота // С.-х. биология. 1992. — №6. — С. 115-120.
8. Беломытцев, Е. Связь технологии откорма с продуктивностью бычков и качеством мяса / Е. Беломытцев, Н. Дагаева // Молочное и мясное скотоводство. – 1991. — №5. – С. 40-42.
9. Бельков, Г.И. Совершенствование технологии мясного скотоводства. Индустриализация производства мяса / Г.И. Бельков, В.А. Черников. – М.: Агропромиздат, 1987. – С.93-100
10. Биркалова Е.И. Особенности формирования мясной продуктивности и качественных показателей мяса молодняка русских длиннотощехвостых овец в зависимости от пола и возраста:дис. … канд. с.-х. наук: 06.02.10 / Е.И. Биркалова. — Саратов, 2016. – 156
11. Боряев Г.И., Блинохватов А.Ф., Невитов М.Н. Влияние различных соединений селена на иммунный статус ягнят в послеотельный период // Овцы, козы, шерстное дело. 1998. — № 2. — с. 43-45.
12. Будникова, Н.В. Биологически активные соединения в трутневом расплоде / Н.В. Будникова // Пчеловодство. – 2009. — №6. — С.52-53
13. Вершинин, А.С. Мясная продуктивность козлов – кастратов советской шерстяной породы / А.С. Вершинин, А.Н. Антонов, Г.Б. Цыденов // Овцы, козы, шерстяное дело. – 2007. – №2 – С. 18-19
14. Голубков, А.И. Мясные качества симментальских бычков различных генотипов в Республике Хакасия / А.И. Голубков, М.М. Никитина // Сборник научных трудов по материалам международной научнопрактической конференции «Повышение конкурентоспособности животноводства и актуальные проблемы его научного обеспечения». – Ставрополь, 2014. – С. 189-192
15. Горлов И.Ф. Влияние технологических приемов выращивания на иммунное состояние организма телят // Технология производства и перераб. продукции животновод. Волгоград, 1996. — С. 139-143.
16. Горлов, И.Ф. Синтез и качественные показатели жировой ткани в организме бычков калмыцкой породы разных типов телосложения / И.Ф. Горлов, А.К. Натыров, Б.К. Болаев, М.Е. Спивак // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. – 2015. — №3 (39). – С. 102-105
17. Горлов, И.Ф. Системные технологии производства животноводческой продукции, как основа повышения конкурентоспособности АПК / И.Ф. Горлов // Актуальные проблемы развития агропромышленного комплекса Юга России: матер. междунар. науч.-практич. конф. – Элиста: Издательство КГУ, 2009. – С. 13-16
18. Горожанкина, Л.А. Содержание метионина в пищевых белках / Л.А. Горожанкина // Значение белка в питании здорового и больного человека. – М.: Медгиз,1959. – С. 21-27.
19. Давлетова, А.М. Убойные показатели баранчиков эдильбаевских овец / А.М. Давлетова, В.И. Косилов // Овцы, козы, шерстяное дело. – 2013. – №3. – С. 11-12
20. Данкверт, А.Г. История племенного животноводства России / А.Г. Данкверт, С.А. Данкверт. – М.: Арбат Информ, 2004. – 328 с.
21. Данкверт, С.А. Производство мяса в мире / С.А. Данкверт, А.М. Холманов, О.Ю. Осадчая. – Москва: Экономика, 2016. – 495с.
22. Еременко, В.И. Гормональный статус, показатели обмена веществ и резистентность у крупного рогатого скота разных пород в онтогенезе
23. Забелина, М.В. Мясные качества и оптимизация сроков убоя баранчиков аборигенных пород / М.В. Забелина // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2006. – №.6 – С. 61-62.
24. Землянова Ю.В. Опыт применения трутневого расплода в экспериментах и клинических испытаниях:итоги и перспективы / Ю.В. Землянова, В.П. Чижов, Г.И. Боряев, Е.В. Здоровьева, Е.В. Перунова, А.В. Баулин, Е.Е. Пономарева // Мат. Междунар. научно-практ. конф. «Modern trends in reproduction of livestock animals (Современные аспекты воспроизводства сельскохозяйственных животных».- Пенза:РИО ПГСХА, 2015. – С. 86-91
25. Зоранян, В.А. Проблема сохранения и целенаправленного использования генетических ресурсов заводских и эндемических пород животных и их диких сородичей / В.А. Зоранян, В.А. Абромян, С. В. Зоранян // Эколого – генетические проблемы животноводства и экологически безопасные технологии производства продуктов питания: тезисы докл. Междунар. научн. – практ. конф. – Дубровицы, 1998 – С. 68-69.
26. Кистанова, Е.К. Влияние трутневого расплода на физиолого-биохимический статус молодняка свиней /Е.К. Кистанова, Е.В. Здоровьева, Г.И. Боряев, О.Г. Катаев, Г.М. Мелоян // Нива Поволжья. – 2016. — №4. – С. 24-29
27. Клос Ю.С. Динамика содержания общего белка и его фракций в сыворотке крови холостых, суягных и лактирующих овцематок // С.-х. биология. -1990.-№4.-С. 48-51.
28. Кононенко, С.И. Актуальные проблемы организации кормления в современных условиях / С.И. Кононенко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2016. — №115. – С. 951-980
29. Кононенко, С.И. Инновации в организации кормления / С.И. Кононенко // Известия Горского государственного аграрного университета. – 2014. – Т. 51, № 2. – С. 94-98.
30. Кот М.М., Булатов Р.И. Некоторые показатели углеводно-жирового обмена у ярославского скота в онтогенезе // Докл. Тимирязев, с.-х. акад. 1972. -Вып. 185.-С. 27-34.
31. Кочкаров, Р.Х. Оплата корма приростом живой массы ярками советской мясошёрстной породы / Р.Х. Кочкаров // Овцы, козы, шерстяное дело. – 2009. – С. 66-67.
32. Лазарян, Д.С. Таблетки «Апилар» на основе трутневого расплода, обладающие анаболическим, актопротекторным действием // Патент №2233666. — 2004
33. Миронова, И.В. Характеристика мясной продукции молодняка черно-пестрой породы и ее помесей с салерсами / И.В. Миронова, Д.Р. Гильманов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2013. — №2 (26). – С. 45-49.
34. Митрофанова, Д.В. Гормоны трутневого расплода медоносных пчел разного возраста / Д.В.Митрофанов, Н.В.Будникова, Л.А.Бурмистрова //Пчеловодство. – 2015. — №7. — С.58-59
35. Мунгин, В.В. Влияние уровня жира в рационах на мясную продуктивность молодняка овец / В.В. Мунгин, С. А. Лапшин, П.М. Стрелков // Проблемы отрасли овцеводства и перспективы её развития в Среднем Поволжье: матер. науч. – практич. конф. Пенза. – 2001. – С. 60-61.
36. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие: 3-е издание переработанное и дополненное // Под ред. А.П. Калашникова, В.И. Фисинина, В.В. Щеглова, Н.И. Клеймёнова. – Москва. – Колос, 2003. – С. 76-77; 80-124.
37. Палфий Ф.Ю., Якимчук Л.Л. Повышение использования питательных веществ жвачными животными // Науч.основы полноцен. кормения с.-х. животных. М. — 1986. — С. 9-14.
38. Панин, В.А. Повышение эффективности производства мяса и молока за счет рационального использования породных ресурсов лучших зарубежных и отечественных пород крупного рогатого скота: автореф. дис. … докт. с.-х. наук: 06.02.10 / Панин Виктор Алексеевич. – Оренбург, 2013. – 34 С
39. Прохода, И.А. Получение апидобовок из личинок пчел / И.А. Прохода//Пчеловодство. – 2009. — №8. — С.48-49
40. Рахимжанов, Б. Белковый и аминокислотный состав сыворотки крови овец в зависимости от возраста и физиологического состояния организма / Б. Рахимжанов // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. – 1981. – №2. – С. 30-33.
41. Трухачев, В.И. Мясной рынок России: анализ состояния и перспективы развития / В.И. Трухачев, М.Г. Лещева, Ю.А. Юлдашбаев // Достижения науки и техники АПК. – 2012. — №11. – С. 3-9
42. у: автореф. дис. … д-ра биол. наук: 03.00.13 / В.И. Еременко. — Боровск, 2001. — 43 с.
43. Ульянов, А.Н. К проблеме сохранения генофонда стад овец кубанского заводского типа породы линкольн / А.Н. Ульянов, А.Я Куликова // Овцы, козы, шерстяное дело. – 2016. – №1. – С. 17-20
44. Эльжироков З.Л. Эффективность выращивания бычков симментальской породы в условиях различных технологий производства говядины: дис. … канд.с.-х. наук: 06.02.10. / З.Л. Эльжирокова. — Нальчик, 2017. — 182 с.
45. Auezov, M. Improving Reproductive Qualities of Pigs Using the Drone Brood Homogenate / M. Auezov, M. Utemisov, Z. Khan // Bolatovna et al. Biol Med (Aligarh). – 2015. — № 7(2).
46. Bass, J.J. Plasma concentration of FSH and LH in entire and castrated prepubertal bull calves treated with Gn – Rh / J.J. Bass, A.S. McNeilly, H.E. Moreton // J.Reprod. Fertil., 1999, 57(1): 219-222.
47. Brandstetter, A.M. Effects of muscle type castration, age, and compensatory growth rate on androgen receptor mRNA expression in bovine skeletal myscle / A.M. Brandstetter, M.W. Pfaffl, J.F. Hocguette // J.Anim Sci.,2000, 78(3): 629-637.
48. Brandstetter, A.M. Effects of muscle type castration, age, and compensatory growth rate on androgen receptor mRNA expression in bovine skeletal myscle / A.M. Brandstetter, M.W. Pfaffl, J.F. Hocguette // J.Anim Sci.,2000, 78(3): 629-637.
49. Hrassningg, N. Differences in the drone and worker physiology in honeybees (Apis mellifera) / N. Hrassningg, R. Crailsheim //Apidologie. – 2005. — №36. – Р. 255-277.
50. Notten, D.R. Effects of ewe breed and management sustem on efficiency of lamb production: II Lamb growth survival and carcass caracteristics / D.R. Notten, R.F. Kelly // J. Anim. Sci. – 1991. – №69. – P. 22-23
51. Zemp, М. Swiss Genetics / M. Zemp, A. Aebi. – Switzerland. Naturally: Worldwide successful, 2007. – 20р

Реферат

Отчет содержит: 3 раздела,56 страницы, 5 таблиц, 8 рисунков, 61 литературных источников.

В настоящее время вопрос восстановления почвенного плодородия в нашей стране стоит особенно остро. За последние 20-25 лет отмечено снижение содержания гумуса по стране на 0,4 % на площади, превышающей 20 млн. га. Для обеспечения бездефицитного баланса гумуса в пахотных почвах России требуется ежегодно 1,5 млрд. тонн органических удобрений в пересчете на подстилочный навоз. Основными видами органических удобрений являются навоз, помет и различные компосты на их основе. Несмотря на высокую питательную ценность навоза и помета объемы использования органических удобрений остаются низкими(менее 1т/га или 10 % от потребности) и не обеспечивают даже простое воспроизводство плодородия пашни. Внесение навоза и помета опасно в связи с наличием возбудителей инфекционных и инвазионных заболеваний человека и животных,нативный навоз содержат семена сорняков, отличаются высоким содержанием аммиака, сероводорода, фенола, меркаптана, солей тяжёлых металлов и других опасных веществ[1].

Цель работы: разработка биотехнологических способов обезвреживания и переработки навоза и помета, а также очистки и детоксикации сточных вод животноводческих ферм и птицеводческих хозяйств.с получением практически ценных продуктов, обеспечивающих повышение урожайности полевых и кормовых культур, их фунгицидную и бактерицидную защиту.

Результаты исследования имеют практическую значимость позволяют повысить эффективность использования органических удобрений, сократить дефицит гумуса и в конечном итоги повысить урожайность возделываемых культур .

Ключевые слова: животноводческие стоки, навоз, биотехнологическая подготовка, аборигенные микроорганизмы, консорциум.

Введение

В настоящее время вопрос восстановления почвенного плодородия в нашей стране стоит особенно остро. По данным Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, за последние 5 лет вынесено из почвсельскохозяйственных культур в 2,5 раза больше питательных веществ, чем было внесено. За последние 20-25 лет отмечено снижение содержания гумуса по стране на 0,4 % на площади, превышающей 20 млн. га. В большинстве пахотных почв России сложился отрицательный баланс гумуса. Ежегодные потери гумуса в РФ достигают 0,62 т/га, или 81,4 млн т. Наибольшие потери гумуса наблюдаются в республиках, краях и областях, расположенных в степной зоне. Пашня, расположенная в степной зоне, ежегодно теряет 0,8–1,0 т/ га гумуса [2]. Установлено, что снижение содержания в почве гумуса только на один процент приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур на 0,5 ц/га зерновых единиц. Следовательно, ежегодный недобор урожая может составлять не менее 40 млн. тонн зерновых единиц. По расчетам Почвенного института им. В.В. Докучаева, ВИУА, ЦИНАО, ВНИПТИОУ, ВНИИЗиЗПЭ для обеспечения бездефицитного баланса гумуса в пахотных почвах России требуется ежегодно 1,5 млрд. тонн органических удобрений в пересчете на подстилочный навоз.

По данным ФГНУ «Росинформагротех» общее количество отходов в АПК достигает 1500 млн.т., из них сельскохозяйственных отходов — 630-650 млн т. отходы лесо- и деревообработки — 700 млн т., отходы пищевых и пищеперерабатывающих — в среднем 30 млн т в год [3]. Основными видами органических удобрений используемых в сельскохозяйственном производстве являются навоз, помет и различные компосты на их основе. Выход в России навоза и помета во всех категориях хозяйств в пересчете на подстилочный навоз в настоящее время составляет 294 млн. т., или 211 млн. т в пересчете на подстилочный навоз. Навоз содержит большое количество биогенных веществ, которые определяют его как ценное органическое удобрение. Так навоз крупного рогатого скота содержит от 4 до 23% сухого вещества, из них азота – от 2,4 – 6,5 кг/т, фосфора от 0,4 до 1,8 кг/т, калия – от 2,0 до 5,8 кг/т, магния от 0,2 до 0,6 кг/т навоза; свиной навоз от 5 до 25% сухого вещества, в том числе азота – от 6 до 6,8 кг/т, фосфора – от 0,6 до 2,1 кг/т, калия – от 1,7 до 3,6 кг/т, магния – от 0,3 до 0,7 кг/т; птичий помет содержит от 23 до 68% сухого вещества, в том числе азота — от 9,6 до 23 кг/т помета, фосфора — от 2,4 до 12 кг/т, калия – от 3,8 до 11,6 кг/т, магния – от 1,2 до 2,2 кг/т.. Несмотря на высокую питательную ценность навоза и помета объемы использования органических удобрений остаются низкими и не обеспечивают даже простое воспроизводство плодородия пашни. Ежегодное внесение органических удобрений за последние годы составляет менее 1т/га или 10 % от потребности [4]. Внесение навоза и помета в свежем виде в почву без предварительной обработки опасно связи с наличием возбудителей свыше 100 видов инфекционных и инвазионных заболеваний человека и животных (ящур, бруцеллёз, сибирская язва, лептоспироз и др.), яиц гельминтов, плесеней, медикаментозных препаратов [5]. Навоз и помет имеют, как правило, высокую влажность, неприятный запах, содержат семена сорных растений, отличаются высоким содержанием аммиака, сероводорода, фенола, меркаптана, солей тяжёлых металлов и других опасных веществ [6]. Таким образом, являясь ценным органическим удобрением, использование навоза без предварительной подготовки представляет серьезную экологическую опасность для окружающей среды, животных и людей. Ввиду несовершенства технологий, особенно при бесподстилочном способе содержания животных, часть навоза и помета разбавляется водой в 12-14 раз, что значительно осложняет и обработку и транспортировку этих отходов.Дополнительных емкостей, хранилищ, очистных сооружений для сбора и переработки жидких стоков. В результате навоз и помет на фермах накапливается, занимает большие площади, загрязняя грунтовые воды и атмосферу. Неиспользованный навоз и помет сбрасывают в овраги, спускают в водоемы, захоранивают [7]. Перспективными направлениями по утилизации и обезвреживанию отходов животноводства и птицеводства являются развитие российских биотехнологий аэробного и анаэробного биотермического компостирования, при использовании которых отходы органического происхождения обезвреживаются и превращаются в ценное органическое удобрение (биогумус, компост), а также получение биогаза, твердого топлива и производство строительных изделий [8].

Целью работы явилось разработка биотехнологических способов обезвреживания и переработки навоза и помета, а также очистки и детоксикации сточных вод животноводческих ферм и птицеводческих хозяйств с получением практически ценных продуктов, обеспечивающих повышение урожайности полевых и кормовых культур, их фунгицидную и бактерицидную защиту.

Задачами исследований явилось:

1. Выделить наиболее активные деструкторы высокомолекулярных органических соединений из числа аборигенной микрофлоры навоза и помета, провести их идентификацию;
2. Подобрать условия для роста и развития штаммов –деструкторов в условиях непрерывного потока и разработать двух стадийную технологию очистки стоков животноводческих ферм с получением практически ценных продуктов.
3. Подбор микроорганизмов из числа аборигенной микрофлоры или интродуцированных штаммов для ускорения утилизации, переработки и обезвреживания навоза и помета и получению органический продуктов, обладающих свойством удобрения.

I Обзор литературы

1.1 Современное состояние использования органических удобрений.

Согласно данным FAOSTAT, объем внесенных удобрений на основе животного сырья в мире вырос с 26,7 млн. тонн в 2013 году до 27,6 млн. тонн в 2016 году. Согласно данных Росстата, в России в 2018 году сельскохозяйственными организациями было внесено 68,8 тыс. тонн органических удобрений, что на 23,5 % по сравнению с 2013 годом. Из общего объема используемых органических удобрений наибольшая доля приходится на зерновые и зернобобовые культуры (без кукурузы) — 45-50 %. и кормовые культуры — около 30 % от всего объема органических удобрений. Под подсолнечник вносилось чуть более 4-6 % , сахарную свёклу 3 %, картофель около 1-1,5 %, под овощи и бахчевые культуры – менее 0,5 % (рисунок 1).

В 2017 году наибольшая доля внесения органических удобрений приходится на Центральный федеральный округ – 37 % от всего объема органических удобрений в России. На втором месте Приволжский федеральный округ – 24 %. На третьем месте находится Северо-Кавказский федеральный округ – 13 % (рисунок 2).

В Центральном ФО, лидере по внесению органических удобрений, за период 2013-2017 гг. наблюдается наращивание объемов внесения сельскохозяйственными организациями органических удобрений. В 2014 году показатель составил 23 235 тыс. тонн, что на 18,3 % больше, чем в 2013 году (19 647 тыс. тонн). В 2015 году этот показатель остался практически на уровне 2014 года (+0,03 %, 23 242 тыс. тонн). В 2016 году в Центральном федеральном округе объем внесения органических удобрений замедлился на 0,5 % (23 117 тыс. тонн).

На следующий год произошло увеличение объемов внесения на 7,2 % (24 773 тыс. тонн). Следует отметить, что в 2016 году только Приволжский федеральный округ, Уральский федеральный округ и Дальневосточный федеральный округ сократили объемы внесения органических удобрений в 2017 году на 2%, 2 % и 0,7 % соответственно).

Рисунок 1 Внесено сельскохозяйственными организациями органических удобрений по видам сельскохозяйственных культур в 2013-2017 гг., тыс. т

В остальных округах показатель незначительно увеличился: Северо-Западный (+0,7 %), Южный ФО (+0,4 %), Северо-Кавказский ФО (+0,3 %), Сибирский ФО (+0,3 %) (рисунок 2).

В 2017 году наибольшая доля вносимых удобрений пришлась на Белгородскую область – 13,6 %, опередившую Ставропольский край, который по результатам спустился на вторую строчку – 12,8 %. На третьем месте находится Воронежская область – 7,7 % (рисунок 2).

Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что несмотря на увеличение объемов использования органических удобрений, значительное количество отходов животноводства и птицеводства остается невостребованным и требует соответствующей подготовки к применению в качестве удобрения.

Рисунок 2 Внесено сельскохозяйственными организациями органических удобрений в регионах РФ, тыс. т

1.2 Проблемы и пути утилизации и переработки твердых и жидких отходов животноводства и птицеводства

На крупных фермах Российской Федерации ежегодно образуется 200-250 млн.т навоза и 20-25 млн.т помета, жидких стоков в совокупности достигают 700-800 млн. т приводит к накоплению больших запасов навоза и помета.

В соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов навоз классифицируется следующим образом: навоз КРС перепревший (хранение не менее шести месяцев) – V класс опасности; навоз КРС свежий – IV класс опасности; навоз от свиней свежий – III класс опасности; навоз от свиней перепревший (хранение не менее одного года) – IV класс опасности. Птичий помет рассматривается как токсичные отходы производства III класса опасности [9]. Основными направлениями утилизации твердых и жидких отходов животноводства и птицеводства является использование в качестве органического удобрения. Ранее, когда концентрация скота и птицы на единицу земельных угодий была очень низкой, навоз и помет накапливали около фермы или вывозили на поля, где он постепенно превращался в перегной [10].В почве навоз и помет разлагаются медленно. Избыточное количество навоза и помета нарушает структуру почвенного сообщества и подавляет активность почвенной микрофлоры, поэтому для безущербной утилизации навоза необходимы большие земельные площади. Транспортировка на дальние расстояния, как правило, экономически не оправдана, требует значительного количества техники, затрат труда и денежных средств и не окупается прибавками к урожаю. что ограничивает его применение [11].

Остановимся поподробнее на некоторых методах получения удобрений из навоза и помета:

1.3 Сушка и гранулирование помета

Эффективным способом сохранения питательных веществ помета является его термическая обработка. Сушка помета при температуре 600-800° уничтожает возбудителей болезней и семена сорняков [12], [13]. Снижение влажности с 75-80 % до 20-25 % уменьшает массу конечного продукта в 3-4 раза. Высушенный помет представляет собой высококонцентрированное органическое удобрение, лишенное зловонного запаха, с благоприятными физическими свойствами. Высокотемпературная сушка также имеет недостатки: термически высушенный навоз и птичий помет может содержать канцерогенные вещества, при сушке наблюдаются значительные потери питательных веществ, высоки затраты на энергоносители. Учитывая, что рыночная цена продуктов из переработанных продуктов низкая, использование сушки – чаще всего нерентабельный метод. Российские ученые института машиноведения РАН создали технологию получения органического удобрения из птичьего помета Гуано путем низкотемпературного обезвоживания помета в вакууме. Однако, при низкотемпературной сушке получают обезвоженный, но не полностью обеззараженный продукт. В нем сохраняются некоторые патогенные микроорганизмы и семена сорных растений [14].Такой продукт нежелательно использовать на полях в качестве удобрения. Кроме того, установки для низкотемпературной сушки сложны в изготовлении, дороги для приобретения, и неэкономичны в эксплуатации. В нашей стране и за рубежом для сушки навоза и помета в основном используются вращающиеся барабанные сушилки. Технологические схемы и. компоновка оборудования этих сушилок отличаются типами топок, барабанов, конструкциями пылеулавливающих устройств. Барабанные сушилки экономичны по расходу тепла и энергии, а также имеют сравнительно большую производительность [15].

1.4 Сушка навоза и помета энергией сверх высокой частоты (СВЧ)

Монолаков В.А. в соавторстве (1995), предложил способ производства сухого птичьего помета воздействием на птичий помет (сырой) электромагнитным излучением на сверх высокой частоте (СВЧ) с одновременной обдувкой горячим воздухом в ограниченном пространстве (рисунок 3). Особенность нагрева СВЧ — близость или совпадение резонансной частоты электромагнитного поля, возбужденного в камерах СВЧ — установках. Вследствие чего происходит быстрое нагревание материала по всему объему, и сильнее нагреваются те участки, где влажность сырья выше. Более сухие места нагреваются медленнее, происходит своеобразное регулирование нагрева. Процесс сушки идет при сравнительно низких температурах порядка 80-120°С, благодаря чему в помете полностью сохраняются все питательные вещества, включая аминокислоты. Кроме того, при указанном виде сушки достигается стерилизующий эффект готовой продукции, что обусловлено, как термическим действием энергии СВЧ, так и нарушением электромагнитного равновесия микробной клетки, находящейся в высушиваемом материале [16]. Установка сушки на СВЧ содержит: СВЧ — камеру, источники излучения, конвейер, герметичные загрузочные и накопительные бункеры, системы подачи горячего воздуха и сырья. Использование герметичных, загрузочных и накопительных бункеров, исключает паразитное СВЧ — излучение в окружающую среду. Однако, стоимость СВЧ -генераторов сравнительно высока. Поэтому способ пока не получил широкого применения.

Рисунок 3 Способ производства сухого органического удобрения в СВЧ камере: 1 — излучатель СВЧ — энергии; 2 -СВЧ камера; 3 — конвейер; 4 -трубки для подачи и откачки воздуха; 5 — загрузочный бункер; 6 — накопительный бункер; 7 — люк для загрузки сырья и выемки продукта; 8 — заслонка; 9 -виброполка; 10-вибратор.

Компанией «ЛЕСИНТЕХ», которая была создана в 2006 г. разработана технология и оборудование, позволяющие без перенастройки получать из навоза и помета на одном оборудовании продукт, который может быть использован как топливо, почвообразующее удобрение и добавка к корму крупного рогатого скота и рыб. Технология компании «ЛЕСИНТЕХ» сводится к следующему: Условно технологический цикл разделяется на 3 участка.

1. Приём, складирование, подготовка и подача сырья.

2. Участок сушки – сушка и обеззараживания сырья, и очистка выбросов.

3. Участок гранулирования – получение готовых гранул, фасовка, упаковка.

Высокотемпературная сушка также имеет недостатки: термически высушенный навоз и птичий помет может содержать канцерогенные вещества, при сушке наблюдаются значительные потери питательных веществ, высоки затраты на энергоносители. Учитывая, что рыночная цена продуктов из переработанных продуктов низкая, использование сушки – чаще всего нерентабельный метод [17].

1.5 Производство микроэлементсодержащего органического удобрения

Существуют и другие способы переработки навоза и птичьего помета. Удобрения производят с любым набором макро- и микроэлементов, их можно использовать под любые сельскохозяйственные культуры и на любых почвах, при этом прирост урожайности составляет 20-25 %[18]. Исследованиями ученых Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технологического института химизации сельского хозяйства доказана перспективность производства органических удобрений на основе навоза и птичьего помета, древесных опилок, торфа, лигнина и других местных органических компонентов. Использование полученных удобрений (50 т/га) в районах Севера позволяет увеличить урожайность картофеля с 7,2 до 17,1 т/га (или в 2,4 раза), рапса — с 12,5 до 18,4 т/га, или на 47,2 % [19]. Например, потери азота при длительном хранении птичьего помета можно предотвратить, если химически связывать выделяемый аммиак при помощи порошковидного суперфосфата, фосфоритной муки и фосфогипса. Так, на Томилинском птицеводческом производственном объединении Люберецкого района Московской области отработали технологии приготовления компостов с различным соотношением торфа, помета и фосфогипса. Оптимальной оказалась технология, предусматривающая соотношение торфа к помету 1:2с добавлением 10 % фосфогипса. Эта технология позволяет сэ­кономить торф и улучшить физические свойства компоста. Благоприятное действие фосфогипса объясняется тем, что сера, входящая в его состав, связывает выделяющийся аммиачный азот в сульфат аммония [20].

1.6 Биоконверсия отходов животноводства и птицеводства

Экологически и экономически более эффективно использование биотехнологических методов.

Отдельное место среди технологических схем переработки и утилизации навоза занимают биореакторы (биостанции), или биогазовые установки. Они представляют собой комплекс по переработке навоза, помета и навозной жижи, вырабатывающий электричество, тепло и высококачественные органические удобрения. После очищения биогаза получается биометан, который может быть использован для освещения, отопления и заправки автомобилей. Возле биогазовых установок выгодно ставить теплицы. Однако стоит отметить, что биогазовые установки не нашли широкого применения в России, что связано с их высокой стоимостью. Так, средняя стоимость биогазовой станции зарубежного производства под ключ составляет 2,5-4 млн. € за 1 МВт Возможна комплектация биогазовой установки линией сушки и фасовки удобрений (плюс 25%). Для производства биометана (аналог природного газа), годного для заправки в автомобили или подачи в газовую сеть, установка оснащается системой очистки (плюс 25–30% от базовой комплектации) [21]. Кроме того, доказано, что устанавливать биогазовую установку экономически целесообразно лишь на крупных животноводческих и птицеводческих хозяйствах с численностью животных или птиц более 10 тыс. голов [22], [23] .

1.7 Аэробные методы ферментации навоза и помета

В результате получают удобрения со свойствами, отличными от свойств исходных материалов. В частности компостирование навоза и помета с торфом, древесными опилками, соломой, сапропелем, почвой резко снижает потери азота. При этом значительно уменьшается неприятный запах и загрязнение окружающей среды [24],[25].

Компостирование – это экзотермический процесс биохимического окисления, в котором органический субстрат подвергается аэробной деструкции специфической популяцией микроорганизмов в определенных условиях. Компосты, как правило, состоят из двух основных компонентов, неодинаковых по степени устойчивости к разложению микроорганизмами. Один из них – легкоразлагающийся компонент – это птичий помет (или навоз и т.д.) – который богат питательными веществами, преимущественно азотсодержащими, микрофлорой. Другой компонент — торф, лигнин, солома, опилки и т.д. – обладает высокой влагоемкостью, содержит преимущественно сложные полисахариды и слабо разлагается в природе. Компостированием получают ценные для сельского хозяйства органические удобрения и средства, улучшающие структуру почвы. Большое распространение получило получение искусственной почвы с помощью компостирования и её использование в биоинтенсивном земледелии. Компосты можно использовать для выращивания грибов, в качестве основного удобрения на огородах, садовых участках. Тепло, выделяемое при компостировании, можно применять для нагрева воздуха и воды до температуры 50-55 ⁰С и отопления парников [26].

В зависимости от составляющих компонентов можно выделить следующие виды компостов: торфонавозные, торфожижевые, сборные (приготовленные из твердых бытовых и промышленных отходов), навозно-почвенные, торфопометные, пометноопилочные, пометнолигниновые, пометопочвенные и другие [27]. Длительность компостирования зависит от климата, продолжительности хранения компостной массы, влажности, условий аэрации. Полевое компостирование в кучах и буртах требует больших площадей и длится в зависимости от биодоступности субстрата, применяемой механизации и системы аэрации от 3 недель до 1, 5 лет. В крупных масштабах этот метод невозможно применять вблизи населенных пунктов. По окончании компостирования степень переработки органического вещества составляет 40-60%, влажность массы снижается до 25-50%, зольность увеличивается до 25-70% и существенно уменьшается её объем, а оставшийся органический субстрат претерпевает физические и химические превращения, сопровождающиеся образованием гумифицированного конечного продукта. Выделяют 4 стадии компостирования.

I стадия — мезофильная (развиваются мезофильные микроорганизмы, температура внутри смеси начинает постепенно повышаться с 10-15 до 30-40 ⁰С); II стадия – термофильная (температура смеси достигает 40-45⁰С), когда начинают развиваться термофилы и температура продолжает возрастать, достигая максимальных значений 70-80⁰С). Из-за протекания процессов аммонификации рН начинает повышаться. Условия, благоприятные для развития термофильных бактерий сохраняются недолго, термофильные бактерии спорулируют и в таком состоянии сохраняют жизнеспособность. Скорость окисления начинает падать, рН убывать, но все еще остается щелочным. III стадия – остывания. По мере остывания сначала начинают восстанавливаться популяции спорообразующих бактерий, актиномицетов и грибов. Бурно развиваются актиномицеты, которые выделяют антибиотики, подавляющие микобактерии и гнилостные бактерии, сохранившиеся после термостадии, что способствует обеззараживанию компостированного материала. Продолжительность первых трех стадий составляет несколько суток и недель. IV стадия – созревание. На этой заключительной стадии наблюдается дефицит питательных веществ, смена доминирующей микрофлоры приводит к лизису части микробных клеток, появляются почвенные животные. Идет образование гумусового вещества. Продолжительность последней четвертой стадии длится несколько месяцев. При соблюдении технологии получают биогумус хорошего качества; органические вещества – 25-80%; углерод – 8-50%; азот – 0,4 – 3,5%; фосфор – 0,1-1,6%; калий – 0,4 -1,6%; кальций в виде CaO – 0,7-1,5%; рН компоста – 6,5 – 7,5%. Ускоряют переработку помета штаммы бактерий или грибков под общим названием «эффективные микроорганизмы» — это микроорганизмы, выделенные из компоста или специально селекционированные штаммы-деструкторы на основе термофильных актиномицетов, бактерий, грибов. Добавки на основе аборигенной микрофлоры получают методом накопительных культур на компостируемых субстратах, например, в аппаратах с принудительным перемешиванием и аэрацией. Полученную закваску вносят в основную компостную массу. Добавление стартовых культур может сократить сроки компостирования до 4-15 суток [28], [29]. В институте сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург) под руководством И.А. Архипченко была разработана технология переработки бесподстилочного помета (навоза), основанная на микробио-трансформации исходного отхода в гранулированные биоудобрения. Резуль­таты исследований, проведенных в с 1996 года по 2003 год, свидетельствуют, что получаемые удобрения (бамил, омуг, пудрет, экуд) по действию на продуктивность растений и агрохимические свойства почвы существенно превосходят действие традиционных органических и минеральных удобрений [30].

В настоящее время на российском рынке представлен достаточно широкий круг различного рода биоактиваторов и ферментных препаратов, предназначенных для глубокой переработки навоза и биологической очистки сточных вод и отстойников на свинофермах. Среди наиболее известных можно отметить такие, как Липастар, Микрозим, Оксидол, Водограй, Абсолют-Агро, Тамир и другие [31].

Применение биоактиваторов способствует снижению затрат на откачку и/или перемешивание навоза, сокращению сроков его обеззараживания и созревания в хранилищах, улучшению усвоения питательных веществ растениями, сохранению содержания азота на безопасном для растений и почвы уровне, снижению количества выбросов cероводорода и аммиака в атмосферу, уменьшению неприятного запаха и количества мух в стойлах. Все большее распространение приобретают комплексные технологии переработки свиного навоза. Одной из них является технология «Биохлев», представляющая собой комплекс анаэробных и аэробных бактерий для переработки навоза и прочих продуктов жизнедеятельности животных, производимая английской компанией Bio-SystemsEurope [32].

Механизированным компостированием (в биореакторах, биотуннелях, ферментационных барабанах, траншеях) можно уменьшить сроки компостирования до 2-3 недель и даже 2-7 суток. Объемы биореакторов для компостирования достигают 100-500 м³, производительность от 0,5 до 300 т компоста в сутки. В комплекты оборудования таких систем входят контейнеровозы, погрузчики, транспортеры, прессы, барабанные грохоты, магнитные сепараторы, установки для измельчения отходов, смесители, биофильтры или компостные фильтры для рыхления и перемешивания, компостной массы грейферного, лопастного, шнейкового и других типов. Компостирование с использованием механизированных технологий проводится в два этапа: первый – ускоренное разложение органического материала в условиях контролируемой температуры, влажности, аэрации; второй – дозревание полученной компостной массы в течение 3-4 недель в буртах или штабелях на площадках или в реакторах, где она стабилизируется, обеззараживается и высушивается. Однако процесс компостирования помета как способ его утилизации имеет ряд недостатков. Компостирование обычно связано с добавлением большого количества органических и минеральных веществ, что весьма трудоемко, требует соответствующей механизации и большого количества транспортных средств. Кроме того, компостирование не исключает возможность распространения различных заболеваний, загрязнения грунтовых вод и окружающей территории. Недостатком механизированных технологий компостирования – высокая стоимость сооружений, в 5-10 раз превышающая стоимость сооружений для компостирования в штабелях, сложность эксплуатации. Затраты электроэнергии на приготовление 1 т продукта составляет 20-200 кВт*ч. Цена высококачественного компоста составляет 30-50 долл. За 1 т сухой массы [33].

Известен такой способ переработки навоза как вермикомпостирование, основанный на способности дождевых червей потреблять любые органические отходы, выделяя при этом ценнейшее гумусодержащее удобрение [34]. Многочисленные исследования проведенные за рубежом показывают, что применение технологии переработки навоза с помощью дождевых червей имеет ряд преимуществ перед традиционной технологией утилизации органосодержащих отходов, а именно: гранулированные гумусодержащее удобрения как продукт жизнедеятельности вермикультуры превосходит навоз и компосты по содержанию гумуса в 4…8 раз, причем характерной особенностью является небольшой разрыв в показателях отношения С:N, это в 2-3 раза выше чем у компостов традиционного способа приготовления [35].

Большое количество гуминовых кислот в вермикомпост вызвано повышенной ферментативной активностью, в частности по пероксидазе и полифенолоксидаз. Пероксидазы окисляют органическое вещество за счет кислорода, перекиси водорода или органических перекисей образующихся в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Полифенолоксидаза катализируют окисление фенолов в присутствии кислорода воздуха, их активность отражает интенсивность процессов образования гумусовых соединений [36].

Повышение активности нитратедуктазы, в свою очередь способствует снижению содержания нитратов в растениях при применении в качестве удобрения биогумуса [37]. Кроме того, вермикомпост представляет собой структурные отдельности, прочные и водостойкие, т.к. в кишечнике червей происходят процессы полимеризации продуктов распада органического вещества и формируются молекулы гуминовых кислот. Эти молекулы образуют комплексные соединения с минеральными компонентами (прежде всего с биогенным кальцитом), что позволяет долго сохраняться в виде стойких образований [38]. Это дает возможность использовать биогумус для улучшения агрофизических свойств почв, предназначенных для выращивания сельскохозяйственных культур и совмещать посев с внесением биогумуса или вермикомпост сеялками.

Одна из отличительных особенностей биогумуса или вермикомпост в том, что он не содержит жизнеспособных семян сорных растений, в навозе и компосте традиционного приготовления количество сорняков достигает нескольких миллионов в одной тонне. При неправильном хранении количество жизнеспособных семян в бурте за летний период может возрасти в 10-15 раз за счет вторичного засорения [39], [40]. После вермикомпостирование то есть прохождения материала через мускулистый желудок и кишечник червей, семена перетираются с частицами песка повреждается семенная оболочка и они теряют жизнеспособность.

Из одной тонны органосодержащих отходов при переработке ее червями получается 100 кг биомассы червей и 600 кг гумусового удобрения, с более высокой питательной ценностью, чем навоз. В связи с этим можно выделить еще один положительный момент в сравнении с другими способами приготовления компостов — это меньшие нормы внесения, что безусловно экономически более выгодно. Численность полезных микроорганизмов в биогумус выше, чем у исходных компостов. Состав микрофлоры зависит от состава пищи, как уже было сказано выше, влияет на многие свойства вермикомпостов [41]. Известно, что микроорганизмы, грибы, актиномицеты закрепляют химические элементы вермикомпост [42]. Анализ микробиологических свойств готового вермикомпост, показал, что это — продукт с достаточно стабильным микробным сообществом. При естественной влажности (около 74%) он характеризуется определенной пропорцией микробной биомассы: 63-71% — грибной мицелий; 21-28% — споры грибов и дрожжеподобные организмы; 5,6-6,7% — бактерии; 2,3-3,2% — мицелии актиномицетов. В отличие от исходного субстрата и навоза в вермикоспосте снижается доля грибного мицелия, но возрастает доля функционально активного мицелия актиномицетов; в группе бактерий доминируют представители актиномицетов. Среди грибов преобладают активные целлюлозоразрушающие виды, которые не токсичны и не патогенны для растений, а напротив обладают антагонистическим эффектом по отношению к фитопатогенным микроорганизмам [43].

Таким образом, вермикомпост или биогумус превосходит по многим параметрам традиционные органические удобрения, а реутилизация органических отходов с помощью вермикультуры позволяет решить следующие проблемы:

— комплексную утилизацию сельскохозяйственных отходов органосодержащих отходов;

— получение ценного органического удобрения биогумуса и кормового белка в виде биомассы червя;

— получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции и повышение урожайности;

— получить экономический эффект от применения биогумуса в связи с небольшими дозами внесения, продолжительностью действия и быстрыми темпами прироста биомассы.

Метод вермикомпостирования вышел на волну популярности из-за активного развития органического земледелия в мире.

Евросоюз активно продвигает органическое сельское хозяйство, оно является юридически определенной и сертифицированной устойчивой системой производства продовольственной продукции с доказанными преимуществами для окружающей среды и благополучия животных, а также устоявшейся и прибыльной для фермеров, переработчиков и розничной торговли. Ассоциация органического сельского хозяйства IFOAM EU предполагает, что, как минимум, 20% сельхоз площадей в Европе перейдет на этот тип хозяйствования. Однако этот способ утилизации больше подходит для фермерских хозяйств и хозяйств с небольшим выходом навоза

1.8 Пути подготовки и утилизации стоков животноводческих и птицеводческих предприятий

Сточные воды животноводческих комплексов отличаются высокой концентрацией веществ во взвешенном и растворенном состоянии и высоким бактериальным обсеменением, в частности, возбудители бруцеллеза жизнеспособны в жидком навозе 108-174 суток, сальмонеллеза – 90-160, рожи свиней 92-157, ящура 42-192, туберкулеза 457 суток; яйца аскарид – свыше 6 месяцев. С повышением влажности навоза и особенно попадании его в почву возбудители инфекций сохраняемость продлевается. Поэтому использование необеззараженных навоза и стоков опасно в эпизоотическом и эпидемическом отношении сальмонеллы, возбудители туберкулеза и других инфекций. В связи с этим, сточные воды представляют эпидемиологическую опасность и могут быть использованы для орошения сельскохозяйственных угодий только после карантина, который длится от 6 до 12 месяцев. Современные промышленные технологии производства животноводческой продукции предусматривают безподстилочное содержание животных и широкое применение гидравлических систем навозоудаления. Это приводит к накоплению в хозяйствах больших объемов жидкого навоза и стоков, которые из-за отсутствия безопасных способов обработки и утилизации создают угрозу возникновения эпизоотий и загрязнения окружающей среды [44].

Навозные и пометные стоки отличаются высоким показателем БПК₅ — от 7200 до 13600 мг/л. Этот показатель свидетельствует о высокой удобрительной ценности навозных стоков. При внесении навозных стоков на полях достигается полная переработка их в биомассу сельскохозяйственных растений. Этому способствует микрофлора, почва и солнечная энергия. Исследованиями установлено, что при инфильтрации жидкой фракции навозных стоков через почвенный слой толщиной 50 см степень очистки достигает 99% .

Из существующих способов обеззараживания животноводческих стоков – химический, физических, биологических. Последнему уделяется все большее внимание.

Из новых промышленных технологий переработки жидкого навоза применяется анаэробная биоконверсия в биоэнергетических установках, в которой использован многолетний опыт анаэробного сбраживания осадков отстойников и избыточного или аэротенков очистных сооружений коммунальных стоков. Процесс анаэробного сбраживания стоков животноводческих и птицеводческих ферм и в метантенке ведется при избыточном давлении биогаза от 0,2 – 0,4 Мпа. Число биореакторов должно быть не менее двух, что обеспечит оптимальные условия для анаэробной ферментации жидкого навоза и позволит при возникновении эпизоотий инфекционных болезней животных перевести работу метантенков с проточного на цикличный термофильный режим. Анаэробную ферментацию осуществлять в биоэнергетических установках при термофильном режиме работы метантенков (53-56°С) с выдерживанием в них навоза в течении трех суток без добавления свежих порций необработанной массы. Метантенки работают в термофильном режиме поочередно. Чтобы обеспечить шестисуточное карантинирования навоза на очистных сооружениях при наличии двух и более метантенков или других сооружений (биофильтров, аэротенков, отстойников, накопителей), нужно учитывать продолжительность прохождения массы последовательно по всем этапам обработки. В технологиях с одним метантенком для шестисуточного карантинирования (а в случае эпизоотий и обеззараживания) жидкого навоза на очистных сооружениях навозонакопители должны быть рассчитаны на шестисуточный объем получаемых органических удобрений. При выдерживании жидкого навоза с рН 8,0 – 8,5 в анаэробных условиях с температурой 36-38°С обеззараживание достигается через 10-15 суток при контаминации его неспорообразующей патогенной микрофлорой, контролируемой по выживаемости бактерий группы кишечной палочки и стафилококкам, и 20 суток при наличии возбудителя туберкулеза. При выдерживании его с температурой 40-42°С для обеззараживания от аспорогенной микрофлоры необходимо 7-9 сут. При попадании инфицированного переброженного навоза в фермерские накопители обработанную массу нужно выдерживать в секциях навозохранилищ 6 месяцев [45].Из аэробных способов переработки и утилизации жидких отходов животноводства и птицеводства, обеспечивающих получение обеззараженных органических удобрений, получили распространение: сооружения полной биологической очистки, на которых проходит биоокисление в искусственных условиях на биофильтрах, в аэротенках, в биологических прудах. Полного обеззараживания стоков система рыбоводно-биологических прудов не обеспечивает и на случай эпизоотий предусмотрено длительное выдерживание стоков в отстойниках – накопителям с последующим использованием по принятой технологии очистки [46]. Таким образом, специфичность сточных вод животноводческих и птицеводческих хозяйств ограничивает использование традиционных методов очистки и ставит задачу совершенствовать существующие и изыскивать новые методы и схемы очистки и обеззараживания [47]. Для выхода из этой тупиковой ситуации Е.Г. Борисенко еще в конце 70-х годов прошлого века была предложена схема двухстадийной микробной биоконверсии свиноводческих стоков — выращивание дрожжей на первой стадии и доочистка активным илом [48].

II Материал и методы исследований

2.1 Селекция аборигенных микроорганизмов свиного навоза и птичьего помета проводилась в несколько этапов:

2.1.1 Объектами исследований служили выделенные селекционным путем накопительные и чистые культуры микроорганизмов, выделенные из загрязненных свежим свиным навозом и птичьим пометом почв: птицефабрика ОАО «Спутник» Соль-Илецкого района Оренбургской области и свиноферме хозяйства ООО «СГЦ «Вишневский» Сакмарского района Оренбургской области.

2.1.2 Выделение чистых культур, изучение морфологических, культуральных и биохимических свойств. Идентификация микроорганизмов.

Для получения изолированных колоний использовали метод последовательных разведений, для этого стерильную водопроводную воду разливали стерильной пипеткой по 9 мл в стерильные пробирки. Затем переносили стерильной пипеткой 1 мл исследуемого материала в пробирку с 9 мл стерильной водопроводной воды. Если исследуемый материал (почва) уже был разведен в 100 раз, получали разведение 1:10³. Суспензию этого разведения тщательно перемешивали с помощью новой стерильной пипетки, вбирая в пипетку и выпуская из нее полученную взвесь. Эту процедуру повторяли 3-5 раз, что обеспечивало перемешивание суспензии и уменьшало адсорбцию клеток на стенках пипетки. Затем этой же пипеткой взяли 1 мл полученного разведения и перенесли его во вторую пробирку – это разведение 1:10⁴. Аналогичным способом готовили и последующие разведения. Выделение накопительных культур микроорганизмов получали рассевом разведений накопительных культур на чашках Петри с элективными агаризованными средами [49] , где в качестве источника углерода использовали 1% свиного навоза или 1% птичьего помета. В качестве исходной суспензии использовали 1 мл накопительной культуры в 100 мл стерильной среды. Далее наносили 0.1 мл разведенной культуры на поверхность среды в чашках Петри и затем равномерно распределяли шпателем по чашке, стараясь покрыть всю ее поверхность. Чашку закрывали крышкой, на крышке делали надпись, характеризующую данное испытание. Далее чашку не помещали в термостат, где выдерживали для инкубирования микроорганизмов при температуре 26-28оС в течение 3 и 7 суток. Для каждого разведения микроорганизмов проводили три параллельных посева и инкубирования. После окончания инкубирования чашки вынимали из термостата и помещали вверх дном для счета колоний визуально. По числу колоний, выросших на среде трех чашек для одного разведения, рассчитывали среднее арифметическое значение, которое принимали как основную исходную величину для дальнейшего расчета. Число колоний, выросших на среде каждой из трех чашек не должно отличаться от среднего арифметического значения более чем на 10% относительных, рассчитанных и округленных до целого числа. Чистые культуры получали рассевом разведений накопительных культур. В качестве исходной суспензии использовали 1 мл накопительной культуры в 100 мл стерильной среды. Далее наносили 0.1 мл разведенной культуры на поверхность среды в чашках Петри и затем равномерно распределяли шпателем по чашке, стараясь покрыть всю ее поверхность. Далее чашку, не переворачивая, помещали в термостат, где выдерживали для инкубирования микроорганизмов при температуре 26-28^оС в течение 3 и 7 суток. Для каждого разведения микроорганизмов проводили три параллельных посева и инкубирования. После окончания инкубирования чашки вынимали из термостата и помещали вверх дном для счета колоний визуально. По числу колоний, выросших на среде трех чашек для одного разведения, рассчитывали среднее арифметическое значение, которое принимали как основную исходную величину для дальнейшего расчета. Число колоний, выросших на среде каждой из трех чашек не должно отличаться от среднего арифметического значения более чем на 10% относительных, рассчитанных и округленных до целого числа.

Микроскопированием определили морфологические особенности микроорганизмов. При изучении морфологии бактерий учитывали: форму клеток (кокк, палочка и т.д.); характер взаимного расположения; размеры клеток; наличие спор; капсул; подвижность; окраска по Граму.

Изучение культуральных свойств проводили по характеру роста на плотных и жидких питательных средах. Описание поверхностных колоний, выросших на плотных питательных средах проводили по следующим признакам: а) форма колонии (округлая, неправильная, ризоидной и т.д.); б) поверхность колоний (гладкая, бугристая, морщинистая, блестящая; в) профиль (плоский, выпуклый, кратерообразный и т.д.); г) цвет колонии; д) размер (диаметр) колонии измеряется с помощью линейки; е) край колонии (ровный, волнистый, зубчатый, бахромчатый); ж) структура (мелко-, крупнозернистая, однородная); з) консистенция (мягкая, плотная, слизистая, тягучая). При росте культуры на скошенном агар-агаре: а) рост (пышный, скудный, умеренный); б) характер налета колонии (сплошной, диффузный); в) характер края штриха (ровный, волнистый); г) поверхность штриха (блестящая, матовая, мучнистая); д) профиль штриха (плоский, выпуклый); е) консистенция культуры (сочная, сухая, слизистая); ж) оптические признаки штриха (прозрачная, полупрозрачная, непрозрачная); з) цвет налета и изменение окраски среды. При росте культуры на жидких средах: а) интенсивность роста; б) характер (муть, осадок, пленка); в) мутность среды и степень мутности; г) характер осадка; д) характер пленки (гладкая, сухая, морщинистая, плотная); е) появление запаха и изменение цвета среды. Изучение биохимических свойств проводили с учетом способности ферментации углеводов на цветных средах Гисса, восстановления нитратов, характера роста на желатине. Для определения ферментации углеводов готовили среды Гисса: к 100 мл дистиллированной воды прибавляли 1 г пептона и 0,5 г NаС1. Растворяли при нагревании воды в течение нескольких минут, фильтровали через бумажный фильтр до совершенно прозрачного раствора, устанавливали рН= 7,0-7,4, а затем прибавляли 0,5-1,0 г одного из углеводов и индикатор Андреде в количестве 1 мл на 100 мл среды. Готовую среду разливали по 3 мл в пробирки, стерилизовали вместе с поплавками, расположенными запаянным концом вверх текучим паром три дня подряд по 30 минут, при 112 °С. Среды Гисса имеют соломенно-зеленый цвет (рН= 7,0-7,2). В результате роста бактерий, сопровождающегося расщеплением углеводов с образованием кислых продуктов распада, цвет среды меняется. Образование газа в среде определяли по наличию пузырьков в поплавке. Для выяснения способности восстанавливать нитраты делали посев в МПБ с 0,1% нитратом калия. Через несколько дней определяли наличие нитратов реактивом Гисса и наличие аммиака – реактивом Несслера. При малом содержании аммиака окраска желтая, при значительном оранжево-желтая, при большом – красно-бурая. Для определения нитратов реактив Гисса употребляли в сухом виде. На каплю, культуры скальпелем насыпали немного реактива. Окраска менялась до густо-малинового цвета сразу при большом количестве нитратов и постепенно – при малых количествах. Определение сероводорода проводили на плотной среде следующего состава: к 1 л стерильного 1,7—2 %-ного МПА добавляли сернокислое железо (FeSO₄) — 0,2, гипосульфит (тиосульфат Na₂S₂O₃) натрия -0,3, глюкозу -1 г, индикатор фенолрот водный 0,3 %-ный -12 мл. Среду разливали в стерильные пробирки по 5-6 мл, стерилизовали текучим паром 20 мин. Перед употреблением среду расплавляли и охлаждали в наклонном положении пробирки. Посев делали на скошенную поверхность агар-агара, а затем уколом в нижнюю часть столбика среды. При наличии сероводорода под действием растущей бактериальной культуры столбик среды краснеет, нижняя часть окрашивается в черный цвет. Протеолитическую способность – на желатиновой среде. Делали посев уколом в столбик МПЖ, после чего пробирки инкубировали в термостате, при температуре 28-30 °С. На другой день помещали пробирки на 60 минут в холодильник и отмечали наличие разжижения и его характер:1) равномерное, начиная с поверхности (строгие аэробы); 2) кратеровидное, воронковидное, реповидное (менее строгие аэробы);3) мешковидное (факультативное, анаэробы); 4) пузыревидный рост в глубине среды (строгие анаэробы). Использование органических соединений азота. Индол устанавливали с помощью реактива Эрлиха: в пробирку с 5 мл 2-3-суточной бульонной культуры бактерий добавляли 2 мл эфира, содержимое встряхивали и дали отстояться. Затем под слой эфира пастеровской пипеткой подслаивали 0,5-1 мл реактива Эрлиха. При наличии индола в течение 3—5 мин на границе между эфиром и бульонной культурой образовывался интенсивно-розовое кольцо [50]. Молекулярно-биохимическую идентификацию штаммов микроорганизмов проводили с использованием полимеразной цепной реакции по видоспецифическому гену штамм. Выделение ДНК и ПЦР анализ проводили согласно [51]. Построение древа родства RibosomalDatabaseProjectII [52] .

2.1.3 Выращивание отобранных чистых культур аборигенных микроорганизмов проводили в режиме накопительной биомассы с применением проточной системы культивирования, работающей в режиме хемостата, также методом твердофазного культивирования [53].

2.2 Использование для обезвреживания и утилизации свиного навоза и птичьего помета интродукции специальных штаммов-деструктов.

• • 1. Объектами исследований служили:

1. Штамм бактерии Bacillussubtilis 534 (депонирован в ВКМ Института биохимии и физиологии микроорганизмов РАН под номером В1666 D). Посевной материал штамма бактерии Васillussubtilis 534 выращивали на известной питательной среде, разработанной для данного штамма [54]: (в %): калий фосфорно-кислый однозамещенный 0,2-0,4, сульфат аммония — 0,1-0,3, цитрат натрия — 0,2-0,4, цитрат аммония -,03%% 0,5, глутаминовая кислота — 0,2-0,4, молочная кислота — 0,5-1,5, диализат дрожжей — 5,0-9,0, сернокислое железо — 0,00005-0, 00015, сернокислый магний — 0,0025-0,0075, лактат кальция — 0,0005-0,0015, глюкоза — 0,3-0,5, картофельно-глицериновый бульон — 20-30, остальное – вода. В качестве воды мы использовали, разведенную в 2 раза сточную воду птицефабрики состав которой представлен в таблице 2.

2.Штамм Hypomycesrosellus КМ- 400 хранится в музее чистых культур кафедры микробиологии Биологического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова как продуцент протеолитических ферментов и антибиотически активного препарата антибактериального и фунгицидного спектров действия. Выращивание штамма проводили на ранее разработанной питательной среде [55]. в ферментерах мешалочного типа емкостью 10 л с подачей воздуха с подачей воздуха 0,2-0,4 л/л в мин., при перемешивании 300 об/мин. в течение 48-72 часов при температуре 25-260 С. Состав питательных сред и способ культивирования гриба описаны ранее [55]. В качестве индуктора синтеза ферментов вносили навоз свиной или куриный помет в количестве 1%.

2.2.2 Определение физиологически активных соединений, образуемых интродуцированными штаммами в лабораторных условиях.

Амилолитическуюи протеолитическую активности определяли согласно [56]. В качестве тест – микроорганизмов использовали бактериальные и дрожжевые культуры: Escherichiacoli К12 (АТСС 25922), Escherichiacoli 354, StaphylococcusaureusP 209 (ATCC 6538- 452, Pseudomonasaeruginosa (АТСС 27853), Pseudomonasfluorescens ВКПМ №В-350, Pseudomonasputida КМ МГУ №95, Candidaalbicans (получены с кафедры микробиологии и заразных болезней ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет») и фитопатогенные грибы: Alternariatenius, Moniliafructigena, Botrytiscinerea, Rhizoctoniasolani, Fusariumroseus, Fusariumoxysporum, Helmintosporumsativum, Microsporumcanis, Mucorsp., Candidaalbicans, Pucciniagraminis, Cladobotriumcladobotrium из музея чистых культур кафедры микробиологии Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

2.2.3 Определение веса сухой биомассы. Этот метод широко применяется для оценки роста микроорганизмов в жидких питательных средах. Мицелий с колбы, содержащей 100 мл культуральной жидкости, перемешивали и фильтровали в воронке через бумажный фильтр, предварительно доведенный до постоянного веса. Осадок троекратно промывали дистиллированной водой. Фильтр с мицелием доводили до постоянного веса в сушильном шкафу при t=1050C и охлаждали 2 часа при комнатной температуре. Вес сухой биомассы ( г/100 мл ): M = (A-B) 100/V, где A – вес фильтра с мицелием, г. B — вес фильтра без с мицелия, г. V – объем культуральной жидкости при фильтровании, мл.

Количественное определение белка по методу Лоури. Основан на измерении интенсивности окраски раствора, в котором осуществляется цветная реакция на белок (реакция Фолина) с тирозиновым и цистеиновым радикалами белковой молекулы, состоящая в восстановлении смеси фосфорно-вольфрамовой и фосфорно-молибденовой кислот (реактив Фолина) с образованием комплексного соединения синего цвета. Указанной реакции восстановления способствуют комплексные соединения меди, возникшие при взаимодействии белка со щелочным раствором медного купороса. Реакция Фолина очень чувствительна, поэтому метод Лоури позволяет вести определения в сильно разбавленных растворах. Перед проведением определения смешивали 49 мл раствора A с 1 мл раствора B. К 1 мл исследуемого белкового раствора, содержащего от 10 до 100 мг белка, добавляли 4 мл смеси растворов A и B. Встряхивали и оставляли на 10 минут при комнатной температуре. Затем быстро приливали из пипетки 0.2 мл реактива Фолина, энергично перемешивали и оставляли на 30 минут для развития окраски. При этом желтая окраска постепенно переходит в синюю. Оптическую плотность раствора измеряли на фотоэлектроколориметре при 750 нм в кюветах с толщиной слоя в 1 см. Содержание белка в испытуемой пробе устанавливали по калибровочной кривой, построенной заранее по раствору чистого белка с точно известной концентрации, в данном случае альбумину. Для этого готовили серию растворов альбумина с содержанием от 20 до 400 мг в 1 мл. [57].

2.2.4 Обезвреживание и переработку жидкой, полужидкой и твердой фаз навоза и помета проводили с использованием интродукции штаммов деструкторов на территориях животноводческого и птицеводческого хозяйств. Для этого твердую фракцию навоза или птичьего помета предварительно отделяли от жидкой путем центрифугирования и каждую фракцию обрабатывали путем распыления суспензии биомассы интродуцируемого штамма микроорганизмов концентрацией 2*10⁵-2*10⁶ микробных тел/мл на 1 тонну навоза или помета. Жидкую фракцию периодически переносили в специальную емкость, оборудованную тонкослойным отстойником, где в течение 1 часа отставляли отстаиваться. Осветленную часть дренажной воды далее с помощью насоса переносили в аэробный биореактор и засевали посевной культурой интродуцированного штамма с титром 10⁸кл/мл. Полужидкую (влажность 90-93%) и твердую (влажность 75-80%) фракции птичьего помета с общим микробным числом (ОМЧ) 9*10⁶ КОЕ/мл и коли-титром равном ≥0,001 мл обрабатывали суспензией культуры активного из расчета 1 млрд клеток на 1 т птичьего помета на площадке, оборудованной снизу каналами для подачи воздуха. Под воздействием воздуха, поступающего снизу в твердую фракцию помета, происходил рост штаммов и синтез гидролитических ферментов и антимикробных веществ, подавляющих болезнетворные микроорганизмы птичьего помета. В таком виде твердую фракцию помета, периодически переворачивая, подвергали компостированию при участии аборигенной микрофлоры. Процесс компостирования вели при контроле температуры и определенной влажности бурта и в конце ферментации наблюдали снижение аммиачного запаха, изменение цвета и агрегатного состояния содержимого буртов.

2.3. Влияния полученных органических продуктов на урожайность и качество ячменя и нута.

Объектами исследований являлись районированный сорт нута «Краснокутский-36» и ячмень яровой селекции Оренбургского государственного аграрного университета.Полевые опыты с использованием органических продуктов на основе полученных нами продуктов будут заложены в мае месяце 2021 года на учебно-опытном участке Оренбургского государственного аграрного университета. Влияние предпосевной обработки семян на всхожесть, энергию прорастания и биометрические показатели семян нута и ячменя определяли согласно [58].

Все опыты проводили в трехкратной повторности. Результаты обрабатывали статистически [59].

III Результаты и обсуждение

Использование способов очистки навозо- и пометсодержащих сточных вод и переработки навоза/птичьего помета с внесением культур микроорганизмов в условиях контролируемой температуры, влажности и аэрации с участием аборигенной микрофлоры позволяет получать эффективные биоудобрения, кормовые добавки и значительно сократить сроки обеззараживания навоза- и пометосодержащих масс.

Одной из задач нашего исследования являлось выделение из загрязненных свиным навозом и птичьим пометом грунтов наиболее активных штаммов микроорганизмов, способных использовать навоз или помет в качестве единственного источника углерода и энергии. В процессе работы было выделено около 100 накопительных культур на питательных средах, содержащих 1% свиного навоза и 1% птичьего помета, в которых регистрировался рост представителей следующих родов. Результаты позволили выделить следующие бактерии, обладающие способностью утилизировать навоз и помет: Pseudomonas, Proteus, Enterococcus, Micrococcus, Bacillus, Xanthomonas, Rhodococcus, Stenotrophomonas, Lactococcus, Lactobacillus и микроскопические грибы рода Penicillium, Mucor, Aspergillus(таблица 1). При выращивании в режиме глубинного культивирования в хемостатедо снижения концентрации загрязняющих веществ уровня ниже ПДК, оставались лишь виды, совмещающие высокую скорость размножения с высокой биопродуктивностью. Таким образом, из 100 микробных культур, в которых был зарегистрирован рост, утилизация и обезвреживание свиного помета и навоза было отобрано первоначально 10-12 наиболее активных культур, а затем отобраны только 2 наиболее активные культуры, имеющие высокую скорость размножения и наибольшую продуктивность. В дальней работе была проведена их идентификация до вида с использованием метода полимеразной цепной реакции.

Таблица 1

Накопительные культуры почвенных микроорганизмов, утилизирующих отходы животноводства

Список использованных источников литературы

1. Микробиологические риски в промышленном птицеводстве и животноводстве /В.И. Фисинин, В.И. Трухачев, И.П. Салеева, В.Д. Морозов, Е.В. Журавчук, Р.О. Колесникова, А.В. Иванов //Сельскохозяйст.биология. – 2018. – Т. 53. — № 6. – С. 1120 – 1130.

2. Рациональное природопользование и кормопроизводство в сельском хозяйстве России / В. М.Косолапов, И. А.Трофимов, Л. С.Трофимова, Е. П.Яковлева.– М.: РАН, 2018. – 132 с.

3. Справочная книга по органическим удобрениям. –Владимир:ВНИПТИОУ, 2001.– 495 с.

4. Инновационные технологии производства биотоплива второго поколения: науч. изд./В.Ф. Федоренко, Д.С.Буклагин, А.Н.Зазуля, И.Г. Голубев и др. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. – 68 с.).

5. Лукин, С.М. Биологизация земледелия – научная и технологическая основа экологически устойчивого сельского хозяйства/С.М. Лукин, И.В. Русакова //Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологически устойчивое земледелие: состояние, проблемы и пути их решения»:. – ВНИИОУ – филиал ФГБНУ «Верхневолжский ФАНЦ», 22-24 июня 2018 г. Иваново: ПресСто, 2018. С.- 3-10

6. Структура условно-патогенной микрофлоры на животноводческих предприятиях различного профиля / И.М.Донник, А.Г.Исаева, Н.Б.Мусихина, К.В.Моисеева, А.А.Гордеев // Ветеринария Кубани. — 2019.- № 5.- С.50 -53.

7. Воздействие пометохранилища бывшей птицефабрики «Снежная» Мурманской области на поверхностные воды / Е.В.Левин, Р.Ф.Сагитов, Т.А. Гамм, В.Д.Баширов, Р.Н.Касимов, С.П.Василевская, А.Д. Буракаева //Известия Оренбургского государственного аграрного университета. — 2017.- № 3(65).- С. 210-212.

8.Суржко, О. А. Экологическая безопасность при переработке и утилизацииконцентрированных по биогенным элементам жидких отходов промышленных пред-приятий: монография /О. А. Суржко, М. А. Куликова //Юж.-Рос. гос.техн. ун-т (НПИ). — Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2011. – 140 с.

9. Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2023 года. //Распоряжение ПравительстваРоссийской Федерации от 25.01.2018 года № 84-p, Москва.

10. Приказ Федеральной службы понадзору в сфере природопользования от 22.05.2017 №242.

11. Дабахова, Е.В. Эколого-агрохимическая оценка применения различных систем удобрения на светло-серой лесной почве автореф. дис. … канд. с.-х. наук / Елена Владимировна Дабахова.-М.: ВНИИ«Анроэкоинформ», 1998. -21 с.

12. Запевалов, М. В. Переработка птичьего помета с получением электрической, тепловой энергии и комплексного органо­минерального удобрения / М. В. Запевалов // Вестник ЧГАА. ­ 2014. — №1.– С. 45­49.

13. Щеткин, Б.Н. Утилизация отходов птицеводства — решение проблем экологической безопасности и ресурсосбережения / Б.Н. Щеткин. -Пермь: ОГУП «Соликамская типография»,2002.-135с.

14. Щеткин, Б.Н. Утилизация отходов птицефабрик и получение чистого высокоэффективного удобрения /Б.Н. Щеткин. -Калининград: Вестник Балтийского научного центра РАЕН, 2002. — №7. — с.34-35.

15. Оценка прямоточного и промышленного способов сушки птичьего помета в барабанных сушильных установках В.И./ Малофеев В.И. и др//Эффективные приемы технологии в птицепроизводетве. — М, 1974.-с.80-83

16. Автоматизация процессов сушки в промышленности и сельском хозяйстве //под ред. А.М. Берлинера.- М: Машиздат, 1961.-291с.

17. Щеткин, Б.Н. Птичий помет и технологии его переработки в высокоэффективные удобрения /Б.Н. Щеткин. -Санкт-Петербург: Издательство СПбГАУ,2000.-256с.

18.Щеткин, Б.Н. Экологически чистая технология приготовления компостов с использованием термического воздействия /Б.Н. Щеткин //Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК. Сборник материалов международной научной конференции. — Ярославль.: ЯГСХА, 2004.-Ч. З.- С.34-35.

19. Малофеев, В.М. Органические удобрения: способы подготовки и внесения / В.М. Малофеев. -М.: Знание, 1988 г.-160c.

20. Мерзлая, Г.Е. Биологические факторы в системах удобрения / Г.Е. Мерзлая //Агрохимия.-2017.-№ 10. — С. 24 — 36.

21.Эффективность длительного применения органических и минеральных удобрений на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве / Г.Е. Мерзлая,  Г.А.Зябкина,  Т.П. Фомкина //Агрохимия. -2012. — № 2.-С. 37-36.

22.Бирюков, К. Н. Использование биоценозов для обеззараживания органических отходов животноводства при анаэробной ферментации / К.Н. Бирюков // Ветеринария. — 2017. — № 6 . — С. 35-38.

23. Суржко, О. А. Экологическая безопасность при переработке и утилизацииконцентрированных по биогенным элементам жидких отходов промышленных предприятий: монография /. А. Суржко, М. А. Куликова //Юж.-Рос. гос.техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2011. – 140 с.

24. Образование биогаза микробными сообществами при разложении целлюлозы и пищнвых отходов /Е.А.Цавкелова, М.А.Егорова, Е.В.Петрова, А.И.Нетрусов//Прикладная биохимия и микробиология. — 2012.- Т.48.- №4.-С.412-424.

25. Лысенко, В.П. Перспективные технологии переработки помета путем ферментации под влиянием присутствующих в помете микроорганизмов / В.П. Лысенко //Птицеводство. — 2011.- №1.- С.52-54

26. Бондаренко, А. М. Теоретико-технологические подходы к переработке жидких органических отходов /А. М. Бондаренко, Л. С. Качанова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. — 2017. — № 6 (68). — С. 114-117.

27. Способ приготовления компоста /В.Н.Афанасьев, В.В.Миллер,И.А. Архипченко, О.Я.Вайнберг, Т.Л.Клявина, Н.С.Федорова, Г.М.Юрина, 1988. — заявка № 1371960,опубл. бюл.5.

28. Лысенко, В.П. Биопрепараты для компостирования птичьего помёта / В.П. Лысенко, Г.Е. Мерзлая, Р.А.Афанасьев //Птицеводство. — 2014.- № 3. — С. 39–44.

29.Кутровский, В.Н. Биоконверсия отходов агро­промышленного комплекса / В.Н. Кутровский, О.Д.Сидоренко.- М.:НИИСХ ЦРНЗ, 2009.- 160 с.

30. Зеников, В. И. Методика расчета состава смеси при компостировании / В. И. Зеников //Вестник Российской сельскохозяйственной науки. — 2016. — № 1. — С. 47-48.

31.Получение высококачественных биокомпостов / И.А.Архипченко, О.В.Орлова, Ю.М.Лихачев, М.Я.Федашко //Экология и промышленность России. — 2000.- № 7.- С.16 – 22.

32. Кулинич, О. А. Биодеструктор свиного навоза. МикрозимВэйстТрит — биотехнология очистки, обезвреживания и деодоризации свиных стоков / О. А. Кулинич, В. В. Ларченко // Свиноводство. — 2016. — № 2. — С. 38-40.

33. Сидоренко, О. Д. Использование продуктов биоконверсии отходов животноводства в качестве органических удобрений (концепция) / О.Д. Сидоренко // Агрохимия. — 2018. — № 4. — С. 36-.

34. Орлова О.В. Биоорганические добавки для ускорения дозревания компоста из ТБО / О.В. Орлова, Н.А. Петухова, И.А.Архипченко //Экология и промышленность России. — 2008.- №10.- С.38 – 40.

35. Fester, C.F. Organic amendment effects on physical and chemical properties of a sands Jail / C.F. Fester // Soil Sc. Soc. American .– 1990.- №5.- P.827-831.

36.Азимов, Д.А. Биогумус позволит оздоровить почву и повысить урожай / Д.А. Азимов //Земледелие. — №7.- 1991. — С.22.

37. Мозженин, Н.М. Стимуляция образования физиологически активных веществ в почве органическими удобрениями / Н.М. Мозженин//Использование торфа и торфяников в сельском хозяйстве Западной Сибири. — Новосибирск, 1985.- с.55-61.

38. Умпелев, В.Л. Ферментативная активность вермикомпоста /В.Л. Успелов, Н.А.Сафронова //Ивано-Франковск ЦНТИ ассоциации «Биоконверсия», 1993.- с.13.

39. Пономарева, С.И. Скорость образования в почве кальцита дождевыми червями / С.И. Пономарева //Доклад ы АН СССР.- 1948.- Т.61.- №3.- с.505-507.

40.Касатиков, В.А. Эффективность действия вермикомпоста на агробиологические свойства почвы / В.А. Касатиков, М.Е.Кравченко, С.М.Куленичев //Тез. доклад II конгресса «Биоконверсия органических отходов народного хозяйства и охрана окружающей среды Ивано-Франковск. — 1992.-с.71.

41. Обезвреживание навоза от жизнеспособных семян сорняков / В.А.Андреев, А.В.Быкова, П.Д. Попов.- М.: Росагропромиздат, 1988.- 40 с.

42. Терещенко, Н.Н. Качественный состав микроорганизмов и сапрофитов в вермикоспосте разной биотехнологии / Н.Н. Терещенко, В.Н.Гучак //Проблемы экологии в сельском хозяйств. – 1993. -Ч.I.- С.31-33.

43.Слободян, В.А. Влияние вермикомпоста на микробиологические процессы в почве / В.А. Слободян, Н.С. Слободян//Химия в сельском хозяйстве. -1994.- №4.- С.8.

44. Васильев В.А. Органические удобрения в интенсивном земледелии / В.А. Васильев,И.И. Лукьяненко, В.Г.Минеев.- М:. Колос, 1984.- С.309.

45. Архипченко, И.А. Микробиологические основы безотходной технологии переработки стоков свинооткормочных комплексов. автореф…докт.биол.наук / Ирина Александровна Архипченко. -Ленинград, 1991.- 350 с.

46. Ильин, С.Н. Ресурсосберегающая технология переработки свиного навоза с получением биогаза: автореф. дис. … канд. техн. Наук/ Сергей Николаевич Ильин.- Улан-Удэ, 2005. — 23 с.

47.ПоздняковВ.М. Оптимизация биоценозов активного ила очистных сооружений животноводческих комплексов для снижения антропогенной нагрузки на водные экосистемы. дисс….. канд. биол. наук / Виктор Михайлович Поздняков .- Москва, 2000. – 239 с.

48. Очистка сточных вод промышленных животноводческих комплексов/ В.Ю.Трекало,А.Н. Волкова, А.И.Лукин, Н.Б.Федотова, В.И.Яковлев //Химия и технология воды.-1985.-Т.7.- № 2.- С.72-74.

49.Борисенко, Е.Г. Разработка комплексной технологии белковых препаратов на основе нетрадиционного сырья / Е.Г. Борисенко.- М.- 1990.- 474 с.

50. Егоров, Н.С. Основы учения об антибиотиках / Н.С. Егоров. М.: Наука, 2004.-528 с.

51. Практикум по микробиологии: учебн. пособ. для студ. высш. учеб. заведений /Нетрусов А.И., Захарчук Л.М. и др. под ред. НетрусоваА.И. Москва: Академия, 2005.– 608с.

52. Irmis, M. A Guide to methods and applications /M.Irmis, D.Gelfand, J. Sninsky//PCR Protocols.- 1998.-P.14-15

53.Pavlicek, A., et al. Fre-Tree-freeware program for construction of phylogenetic trees on the basis of distance data and bootstrap jackknife analysis of tree robustness / A. Pavlicek. //Application in the RAPD analysis of genus Frenkelia Folia Biol (Praha).-1999.- V. 45(3).-P. 97–99/

54. Твердофазное и поверхностно-мембранное жидкостное культивирование микромицетов, особенности их развития и образования ферментов /А.А.Осмоловский, Н. А. Баранова, В. Г. Крейер, Н.С. Егоров//Прикладная биохимия и микробиология. -2014.- Т.50.- №3.-С. 245 — 255.

55. Никитенко, М.В. Препарат споробактерин жидкий / М.В. Никитенко, В.И.Никитенко //Патент РФ №2217154. — 27.11.2003.

56. Буракаева, А.Д. Микофильные грибы — продуценты практически важных продуктов: монография / А.Д. Буракаева.-Оренбург: Экспресс-печать, 2013. –160с.

57. Manachini, P.L. TermostablealkalineproteaseprodacedbyBacillustermoruber-newspeclesofBacillus / P.L. Manachiniт, M.G. Fortina, C. Parini // Appl.Microbiol.Biotechnol.-1988. — № 28(4/6).-P. 409 – 413.

58.Филиппович, Ю.Б. Практикумпообщейбиохимии /Ю.Б. Филиппович, Т.А. Егорова, Г.А. Севастьянова. – Москва: Просвещение,1982.- 179 с.

59. Рогожин, В. В. Практикум по физиологии и биохимии растений: учеб. пособие / В.В. Рогожин, Рогожина Т.В. — СПб: ГИОРД, 2013.-352 с.

60. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) /Б.А. Доспехов.-М.: Книга по требованию, 2012.-352с.

61. Жданов, П.И. Биологический и эпизоотологический аспекты производства и применения нового пробиотика из бактерий рода Bacillus в свиноводстве, автореф. дисс. докт. ветер. наук / Петр Иванович Жданов, 1997.-30 с.

Список опубликованных работ по теме исследования

Scopus

1. Буракаева, А.Д. Перспективы использования штаммов родаHypomyces для получения вермикомпостов с фунгицидными и ростстимулирующими свойствами /А. Д. Буракаева, Г.В. Петрова // Биотехнология. – 2020 (подана).

2. Петрова, Г.В. Разработка органо-биологической системы удобрения на основе птичьего помета, повышающая плодородие черноземов южных и продуктивность культур полевого севооборота /Г.В.Петрова, А.Д.Буракаева, С.В. Сорокун, //Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук.- 2020 (подана ).

RCSI

1. Петрова, Г.В. Получение органического продукта, обладающего свойством биоудобрения путем биоконверсии птичьего помета / Г.В. Петрова, А.Д. Буракаева, С.В. Сорокун//Вестник КрасГАУ. — 2020.- №12 (165).- С.90-95. DOI:10.36718/1819-4036-2020-12-90-95.
2. Петрова, Г.В. Утилизация отходов свинооткормочного комплекса с получением высокоэффективного органического удобрения/ Г.В. Петрова, А.М. Русанов, А.Д.Буракаева//Почвоведение. — 2020( подана).
3. Петрова, Г.В. Применение СВЧ-излучений для обеззараживания птичьего помета / Г.В. Петрова, А.Д. Буракаева, С.В. Сорокун // Известия ОГАУ. -2020.- №5 (85).- С.145-148.

Участие в конференциях

1. Петрова, Г.В. Проблемы утилизации стоков предприятий мясопереработки/ Г.В. Петрова // Материалы Международного научно-практического форума «ASU SciTechForum 2020», 12-13 ноября 2020 г. в Алтайском государственном университете (г. Барнаул, Россия).
2. Петрова, Г.В. Проблемы утилизации отходов птицеводства»/Г.В. Петрова. — ЦПО «Парадигма.83-ая международная форум «Обращение с органическими отходами. Опыт и перспективы». — 20-21 октября 2020 г. — Москва.

Заявки на патент

1.Петрова, Г.В. Применение штамма Bacillussubtilis 534 для обеззараживания и утилизации помета с получением органического продукта, обладающего свойством удобрения /Г.В. Петрова, А.Д.Буракаева, С.В. Сорокун. — Заявка на изобретение № 2020131900 от 05.05. 2020.

2.Буракаева, А.Д. Способ получения биоудобрения, обладающего фунгицидными свойствами /А.Д. Буракаева, Г.В. Петрова. — Заявка на изобретение. — 2020, подана.

Реферат

Отчёт состоит из шесть разделов, введения, заключения, реферата, содержит 355 страниц, 54 таблицы, 249 рисунков, 128 источников, 9 приложений.

ЕСТЕСТВЕННАЯ УБЫЛЬ, ЗЕРНО, НОРМА, ХРАНЕНИЕ, ЭЛЕВАТОР, КЛИМАТИЧЕСКИЕ ГРУППЫ, ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНА, СКЛАД, НАСЫПЬ

Объект исследования: зерно, пшеница, ячмень, овес, мука, зернохранилища.

Цель работы: становление норм естественной убыли зерна, семян различных культур при хранении в элеваторах применительно к условиям климатических групп Красноярского края, а также естественной убыли продуктов переработки зерна при хранении в складах насыпью.

Проведен систематический анализ нормативной документации, регламентирующей обеспечение ведения учета и оформления операций с зерном и продуктами его переработки на предприятиях АПК.

Проведен анализ применяемых в Красноярском крае способов хранения зерна и зернопродуктов.

Для определения факторов, влияющих на динамику изменения естественной убыли зерна и продуктов переработки зерна при хранении различными способам, заложен многофакторный опыт, включающий наблюдение за объектами исследования в течение различных периодов хранения.

Проведены исследования и собран материал по изменению количественно-качественных показателей зерна и зернопродуктов при различных способах хранения в различных природно-климатических зонах Красноярского края и влияние этих факторов на естественную убыль. Разработан механизм оценки естественной убыли зерна и продуктов его переработки.

Для усовершенствования отбора проб зерна на предприятиях АПК с целью проведения анализов разработаны новые конструкции пробоотборников, подготовлена научно-техническая документация и поданы заявки в Роспатент РФ. Подана заявка на полезную модель лабораторного статического смесителя.

Впервые систематизированы данные о естественной убыли зерна, семян различных культур и продуктов переработки зерна при хранении в элеваторах и в складах насыпью в различных зонах Красноярского края. Определены оптимальные способы и режимы хранения зерна пшеницы, ячменя, овса, муки пшеничной разных сортов и муки ржаной. Определены факторы, влияющие на динамику изменения количественно-качественных показателей зерна и зернопродуктов при различных способах хранения в различных природно-климатических зонах Красноярского края.

Разработаны предложения по оптимальным способам хранения зерна пшеницы, ячменя, овса, муки пшеничной разных сортов и муки ржаной для предприятий АПК Красноярского края.

Подготовлены и изданы научно-практические рекомендации «Оценка естественной убыли зерна основных злаковых культур при различных способах хранения», содержащие научно-технические результаты прикладных исследований, характеризующие естественную убыль зерна при различных способах хранения для различных условий Красноярского края.

Выходная продукция. Подготовлено и опубликовано 7 научных статей, из них 5 в журналах рекомендованных ВАК. Подано 4 заявки на регистрацию интеллектуальной собственности в Роспатент РФ (патенты на полезные модели), получено одно решение о выдаче патента. Изданы научно-практические рекомендации для товаропроизводителей Красноярского края. Подготовлен научно-технический отчёт.

Результаты научных разработок внедрены на предприятиях АПК Красноярского края и Российский Федерации, получено 2 акта внедрения (Приложения 7-8). Получены 2 акта внедрения в учебный процесс образовательных учреждений Красноярского края (Приложения 9-10).

Введение

В настоящее время зерновая отрасль России полностью обеспечивает внутренние потребности и позволяет стране в последнее время занимать ведущие позиции в мире по экспорту зерна.

Ряд авторов заявляют, об отрицательном тренде качества зерна российской пшеницы и о том, что на фоне роста производства зерна качество его достигло предельно низкого уровня. В связи с этим для проявления высоких хлебопекарных качеств сильной пшеницы в случае, когда она используется в чистом виде, необходимо применение специфических технологий [122].

Красноярский край по экономическим и географическим признакам разделен по группам районов на зоны: северная, центральная, западная, восточная, южная. Особенности климатических условий в различных зонах Красноярского края влияют на формирование качества зерна [122].

Одной из важнейших задач, обеспечивающих устойчивое развитие страны и ее продовольственную безопасность, является увеличение производства зерна, сокращение потерь и снижения качества при его хранении, как в заготовительной системе (элеваторы, хлебоприемные предприятия), так и в системе выращивания, в хозяйствах всех форм собственности.

Создание благоприятных условий для длительного хранения зерна необходимо для обеспечения круглогодичного потребления зерна с минимальными потерями. Необходимо соблюдать агротехнические требования при предварительной обработке и хранении зерна для исключения самосогревания зерновой массы и уменьшения биологической порчи зерна.

За последние годы урожай в Российской Федерации достиг 110 – 135 млн. тонн, а общая емкость зернохранилищ составляет по разным данным составляет от 120 до 146 млн.тонн, что совершенно недостаточно. Общее количество хлебоприемных предприятий составляет 1615, в том числе элеваторов 393 единиц, в Красноярском крае – 20 специализированных предприятий. По данным Зернового Союза на перерабатывающих предприятиях хранится 17,4 млн.тонн, на заготовительных предприятиях 47,3 млн. тонн, остальное на сельскохозяйственных предприятиях 81,3 млн.тонн, включая амбары для хранения, которые не могут гарантировать сохранность качества и количества зерна.

Минимально необходимым объемом хранилищ считается тот, когда мощность хранения на 20 – 30% превышает годовой урожай зерна. Мировые лидеры по производству зерна, такие Канада, США и Австралия обладают огромными емкостями для хранения зерна, в 3-4 раза превышающими свои годичные потребности и годичный валовой сбор зерновых культур. Тогда как в РФ емкостей для хранения зерна едва хватает, чтобы разместить весь собранный урожай и требуется значительное увеличение мощностей для хранения, особенно элеваторной емкости.

Необходимо отметить, что в процессе хранения наблюдаются довольно большие потери из-за несовершенных технологий, ненадлежащий уровень их оснащения современных зернохранилищ и их недостаточного количества.

Прирост зерновой емкости осуществляется в последние годы в основном за счет строительства металлических зернохранилищ. Это объясняется меньшими по сравнению с железобетонными силосами капитальными затратами и короткими сроками монтажа. Вместе с тем, металлические силоса подвержены износу и коррозии, имеют повышенное энергопотребление и требуют отдельной теплоизоляции, отсутствие которой приводит к существенным ограничениям в их использовании, особенно при значительном изменении климатических условий, характерных для большинства регионов Российской Федерации.

1 Анализ нормативной документации, регламентирующей обеспечение ведения учета и оформления операций с зерном и продуктами его переработки на предприятиях АПК

1.1 Нормативно-техническая документация, регламентирующая нормы естественной убыли зерна и качества и безопасности зерна и зернопродуктов

Для определения пригодности зерна для пищевых и/или кормовых целей оно должно проходить контроль качества. После получения результатов исследований партий зерна его можно оценить и рекомендовать для использования в хлебобулочной, макаронной и кондитерской промышленности, или использовать для кормовых или иных целей. Подтверждение соответствия качества и безопасности зерна и продуктов его переработки при экспортно-импортных операциях носит в настоящее время обязательный характер. С 2012 года Россия входит в лидирующую тройку по экспорту зерна, а в 2018 году стала лидером по вывозу за рубеж пшеницы. Объем экспорта зерна постоянно растет с 19 млн.тонн в 2011/ 2012 сельскохозяйственном году, 35,5 млн.т (из них 27,1 млн.т. пшеницы) – 2016/2017, до рекордных 52,4 млн. тонн (из них 40 млн.т. пшеницы) в 2017/2018 с/х году.

Исторически многие годы вопросами учета и качества зерна занималась Государственная хлебная инспекция, которая была образована в 1923 году и просуществовала до 2005 года. Приказом Россельхознадзора № от 28.03.2005 года Государственная хлебная инспекция была перерегистрирована и получила наименование Федеральное государственное учреждение «Федеральный центр оценки безопасности и качества зерна и продуктов его переработки». Была отменена обязательная сертификация зерна.

Ныне существующее название органа по контролю качества зерна – Федеральное государственное бюджетное учреждение (ФГБУ) «Центр оценки качества зерна» – в 2011 году приказом № 299 от 31 мая 2011 г. Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору. Основная задача центра – оценка и контроль урожая основных зерновых культур в зернопроизводящих регионах Российской Федерации. ФГБУ «Центр оценки качества зерна» проводит контроль качества всего экспортируемого зернового сырья и всех партий зерна, закупленных государством для пополнения государственного интервенционного фонда. Качество остального российского зерна проверяется только самими производителями по необходимости и в большинстве случаев находится вне статистического учета. По данным самого ФГУ «Центр оценки качества зерна» они отслеживают около половины валового сбора пшеницы на качество, ежегодно от 50 до 70 млн. тонн зерна и продуктов его переработки проверяется данным органом. Организация аккредитована в международных организациях: ISTA (Международная ассоциация по контролю качества семян), GAFTA (Международная ассоциация по торговле зерном и кормами), FOSTA (Федерация ассоциаций по маслам, семенам масличных и жирам), ICC (Международная ассоциация по науке и технологии зерна), AACC (Международная американская ассоциация зерновых химиков), а также в национальных системах аккредитации: Федеральная служба по аккредитации в качестве испытательной лаборатории и органа сертификации и экспертной организации в сфере государственного контроля в области карантина растений, в сфере качества и безопасности зерна и продуктов его переработки и в сфере семеноводства сельскохозяйственных растений; Федеральное агентство по техническому регулированию в качестве испытательной лаборатории и провайдера проверок квалификации других лабораторий. Несмотря на то, что сертификация зерна на внутреннем рынке не является основным направлением деятельности, в последнее время ей уделяется большое внимание. Специалисты проводят исследования растительной продукции и консультируют по вопросам хранения, учета и безопасности зерна, их привлекают представлять и защищать интересы участников рынка зерна. Для организации системы учета и качества зерна ФГУ «Центр оценки качества зерна» была разработана и внедрена автоматизированная электронная система документооборота «Зерно». С помощью данной системы участники зерновой биржи подтверждают сертификацию партий зерна, выставляемых на торги.

Управление Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору осуществляет:

• государственный контроль (надзор) за качеством и безопасностью зерна, крупы, комбикормов и компонентов для их производства, а также побочных продуктов переработки зерна, в части их закупок для государственных нужд;

• государственный контроль (надзор) за качеством и безопасностью зерна, крупы, комбикормов и компонентов для их производства, а также побочных продуктов переработки зерна при их ввозе (вывозе) на территорию Таможенного союза; • государственный контроль (надзор) за качеством и безопасностью при поставке (закладке) зерна и крупы в государственный резерв, при его хранении и транспортировке;

• государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технического регламента в отношении зерна, приобретаемого не для личных нужд потребителей, а также в отношении связанных с требованиями к зерну процессов производства, хранения, перевозки, реализации и утилизации.

Полномочия за Россельхознадзором закреплены постановлениями Правительства РФ:

• от 30.06.2004 № 327 «Об утверждении Положения о Федеральной службе по ветеринарному и фитосанитарному надзору»;

• от 04.08.2005 № 491 «О мерах по обеспечению государственного контроля за качеством и безопасностью зерна, комбикормов и компонентов для их производства, а также побочных продуктов переработки зерна»;

• от 02.07.2013 № 553 «Об уполномоченных органах Российской Федерации по обеспечению государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технического регламента Таможенного союза «О безопасности зерна».

Государственный контроль за качеством и безопасностью зерна, крупы, комбикормов и компонентов для их производства осуществляется на основании административного регламента Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору (зарегистрированного Минюстом России 25.01.2017, регистрационный № 45399).

При проведении мероприятий по контролю оценивается соблюдение следующих актов, содержащих обязательные требования:

• Технический регламент Таможенного союза «О безопасности зерна» ТР ТС 015/2011, утвержденный решением комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г. № 874;

• Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции» ТР ТС 021/2011, утвержденный решением комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г. № 880;

• Федеральный закон от 02.12.1994 № 53-ФЗ «О закупках и поставках сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия для государственных нужд»;

• Федеральный закон от 13.12.1994 № 60-ФЗ «О поставках продукции для федеральных государственных нужд» и от 21.07.2005;

• Федеральный закон от 29.12.1994 № 79-ФЗ «О государственном материальном резерве»;

• Федеральный закон от 02.01.2000 № 29-ФЗ «О качестве и безопасности пищевых продуктов»;

• Федеральный закон от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании»;

• Положение о проведении экспертизы некачественных и опасных продовольственного сырья и пищевых продуктов, их использовании или уничтожении, утвержденное постановлением правительства от 29.09.1997 № 1263.

Согласно федеральных законов от 02.12.1994 № 53-ФЗ «О закупках и поставках сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия для государственных нужд», от 13.12.1994 № 60-ФЗ «О поставках продукции для федеральных государственных нужд», зерно и продукты его переработки, закупаемые за счет средств федерального бюджета, бюджетов субъектов РФ и внебюджетных источников, привлекаемых для этих целей, относятся к продукции, закупаемой для государственных нужд.

Под государственным резервом понимают особый федеральный (общероссийский) запас материальных ценностей, предназначенный для использования в целях мобилизационных нужд РФ и первоочередных работ при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, оказания государственной поддержки различным отраслям народного хозяйства, предприятиям, учреждениям, организациям и субъектам РФ, оказания гуманитарной помощи и регулирующего воздействия на рынок. При осуществлении контроля закупок для государственных нужд проверяется наличие документа о качестве и безопасности (сертификата соответствия и декларации соответствия).

Государственный контроль за качеством и безопасностью зерна, крупы, комбикормов и компонентов для их производства осуществляется на основании административного регламента Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору (зарегистрированного Минюстом России 25.01.2017, регистрационный № 45399), который является правовой основой для проведения контрольно-надзорных мероприятий по исполнению государственной функции по осуществлению государственного надзора в области обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов, материалов и изделий, в том числе за соблюдением требований к качеству и безопасности зерна, крупы, комбикормов и компонентов для их производства, побочных продуктов переработки зерна при осуществлении их закупок для государственных нужд, ввозе (вывозе) на территорию Таможенного союза, а также при поставке (закладке) зерна и крупы в государственный резерв, их хранении в составе государственного резерва и транспортировке (утвержден приказом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации № 185 от 17 мая 2016 года) [17].

В соответствии с данным административным регламентом должностные лица территориальных управлений Россельхознадзора имеют право:

• проверять в установленном порядке соблюдение обязательных требований, а также документы, относящиеся к предмету проверки;
• на беспрепятственный доступ на территорию и (или) в помещение, здание проверяемого лица (за исключением жилища проверяемого лица) при предъявлении служебных удостоверений и приказа руководителя (заместителя руководителя) Россельхознадзора, руководителя (заместителя руководителя) его территориального управления о проведении проверки;
• на беспрепятственное осуществление осмотра территорий, зданий и помещений, занимаемых проверяемым лицом (за исключением жилища проверяемого лица), предметов, документов и информации (сведений), содержащихся на любых ее носителях;
• запрашивать и получать по мотивированному требованию в установленный срок от проверяемого лица документы, объяснения в письменной или устной форме, информацию, необходимую для исполнения государственной функции;
• выдавать проверяемым лицам обязательные для исполнения предписания по устранению выявленных нарушений при осуществлении государственной функции;
• составлять протоколы об административных правонарушениях;
• рассматривать дела об административных правонарушениях.

В случае выявления некачественной и опасной продукции в ходе контроля поднадзорному объекту выдается предписание об изъятии из оборота и запрещении реализации некачественной и опасной поднадзорной продукции, непригодной для использования в пищу, до получения результатов экспертизы и/или принятия решения о дальнейшем ее использовании или уничтожении. Проводится экспертиза некачественной и опасной продукции. Экспертиза проводится в соответствии с «Положением о проведении экспертизы некачественных и опасных продовольственного сырья и пищевых продуктов, их использовании или уничтожении», утвержденным постановлением Правительства РФ от 29.09.1997 № 1263. Действие положения устанавливает порядок проведения экспертизы некачественных и опасных продовольственного сырья и пищевых продуктов, их дальнейшего использования или уничтожения. Некачественные и опасные зерно, крупа, комбикорма и компоненты для их производства, а также побочные продукты переработки зерна подлежат изъятию из оборота, экспертизе, утилизации или уничтожению. Зерно и продукты его переработки, в отношении которых владелец не может подтвердить их происхождение, а также имеющие явные признаки недоброкачественности и представляющие в связи с этим непосредственную угрозу жизни и здоровью человека, подлежат уничтожению без проведения экспертизы. Расходы, связанные с транспортированием, хранением, экспертизой, использованием или уничтожением зерна и продуктов его переработки, непригодных для использования в пищу, оплачиваются их владельцем. Экспертиза включает оценку соответствия сопроводительной документации на зерно и продукты его переработки требованиям нормативной и технической документации, результатов их внешнего осмотра, исследований, состояния упаковки и маркировки продукции.

По результатам экспертизы Управление Россельхознадзора принимает решение о запрещении использования поднадзорной продукции на пищевые цели, о ее возврате поставщику, утилизации или уничтожении и вручается владельцу некачественной и опасной продукции. Информация по выявленной некачественной продукции направляется в Росаккредитацию с целью отмены декларации о соответствии или принятия решения о приостановке действия декларации соответствия.

Меры ответственности за нарушения законодательства о качестве и безопасности зерна [17]:

• статья 7.18 КоАП РФ «Нарушение правил хранения, закупки или рационального использования зерна и продуктов его переработки, правил производства продуктов переработки зерна».

Нарушение правил хранения, закупки или рационального использования зерна и продуктов его переработки, а также правил производства продуктов переработки зерна (за исключением случаев, когда такие правила содержатся в технических регламентах) влечет предупреждение или наложение административного штрафа на граждан на граждан в размере от пятисот до одной тысячи рублей; на должностных лиц — от одной тысячи до двух тысяч рублей; на юридических лиц — от десяти тысяч до двадцати тысяч рублей.

• статья 14.43 КоАП РФ «Нарушение изготовителем, исполнителем (лицом, выполняющим функции иностранного изготовителя), продавцом требований технических регламентов»;

Несоблюдение обязательных требований технических регламентов влечет наложение административного штрафа на граждан в размере от одной тысячи до двух тысяч рублей; на должностных лиц — от десяти тысяч до двадцати тысяч рублей; на лиц, осуществляющих предпринимательскую деятельность без образования юридического лица — от двадцати тысяч до трехсот тысяч рублей; на юридических лиц — от ста тысяч до трехсот тысяч рублей.

• статья 14.44 КоАП РФ «Недостоверное декларирование соответствия продукции» (введена Федеральным законом от 18.07.2011 № 237-ФЗ);

Недостоверное декларирование соответствия продукции является квалифицирующим признаком административного правонарушения, предусмотренного ст. 14.44 КоАП РФ и влечет наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от пятнадцати тысяч до двадцати пяти тысяч рублей; на юридических лиц — от ста тысяч до трехсот тысяч рублей.

Действия, предусмотренные настоящей статьёй, повлекшие причинение вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений либо создавшие угрозу причинения вреда жизни или здоровью граждан, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений влекут наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от тридцати пяти тысяч до пятидесяти тысяч рублей; на юридических лиц — от семисот тысяч до одного миллиона рублей.

• статья 14.45 КоАП РФ «Нарушение порядка реализации продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия» (введена Федеральным законом от 18.07.2011 № 237-ФЗ).

Реализация продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия, без указания в сопроводительной документации сведений о сертификате соответствия или декларации о соответствии, является квалифицирующим признаком административного правонарушения, предусмотренного ст. 14.45 КоАП РФ и влечет наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от двадцати тысяч до сорока тысяч рублей; на юридических лиц — от ста тысяч до трехсот тысяч рублей.

Зерно, соответствующее требованиям безопасности согласно статье 4 ТР ТС 015/2011 и прошедшее процедуру подтверждения соответствия (декларирования), должно быть маркировано единым знаком обращения продукции на рынке государств – членов Таможенного союза [25].

Нарушение порядка маркировки продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия, является квалифицирующим признаком административного правонарушения, предусмотренного ст. 14.46 КоАП РФ [17]:

• ч.1 ст. 14.46 Маркировка продукции знаком обращения продукции на рынке, соответствие которой требованиям технических регламентов не подтверждено в порядке, предусмотренном законодательством о техническом регулировании, либо маркировка знаком соответствия продукции, соответствие которой требованиям технических регламентов не подтверждено в порядке, предусмотренном законодательством о техническом регулировании — влечет наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от десяти тысяч до двадцати тысяч рублей; на юридических лиц — от ста тысяч до трехсот тысяч рублей.

• ч. 2 ст. 14.46 Действия, предусмотренные частью 1 настоящей статьи, повлекшие причинение вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений либо создавшие угрозу причинения вреда жизни или здоровью граждан, окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений, — влекут наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от тридцати тысяч до пятидесяти рублей; на юридических лиц — от семисот тысяч до одного миллиона рублей.

Невыполнение в срок законного предписания (постановления, представления, решения) органа (должностного лица), осуществляющего государственный надзор, муниципальный контроль, является квалифицирующим признаком административного правонарушения, предусмотренного ст. 19.5 КоАП РФ:

• ч.1. ст.19.5 Невыполнение в установленный срок законного предписания (постановления, представления, решения) органа (должностного лица), осуществляющего государственный надзор (контроль), муниципальный контроль, об устранении нарушений законодательства — влечет наложение административного штрафа на граждан в размере от трехсот до пятисот рублей; на должностных лиц – от одной тысячи до двух тысяч рублей или дисквалификацию на срок до трех лет; на юридических лиц — от десяти тысяч до двадцати тысяч рублей.

Надзор и контроль в области качества производства зерна и семеноводства сельскохозяйственных растений направлен на обеспечение безопасности растений и семян, а, следовательно, и продовольственную безопасность страны, на исключение причинения вреда здоровью человека и животных.

1.2 Нормативная документация, регламентирующая обеспечение ведения учета и оформления операций с зерном и продуктов его переработки

Отрасль хранения и переработки зерна, включающая различные производства, играет одну из важнейших ролей в сфере удовлетворения потребностей населения в продуктах питания. Многообразие форм собственности и хозяйствования предприятий данной отрасли обозначают одну из первостепенных задач – ведение первичного количественно-качественного учета для решения задач производственной и управленческой деятельности на предприятии. Сведения первичного учета являются основой для анализа, который ложится в основу решений по повышению эффективности различных технологических процессов, а также для корректных расчетов и оценки сохранности сырья и предотвращения его потерь.

Нормативным документом, регламентирующим ведение количественно-качественного учета, является «Порядок учета зерна и продуктов его переработки», утвержденного приказом Государственной хлебной инспекции при Правительстве Российской Федерации от 08 апреля 2002 г. № 29 (далее – Порядок). Помимо регламентации ведения данного вида учета указанный документ устанавливает требования к оформлению операций с зерном, мукой, крупой, комбикормами и побочными продуктами переработки зерна. Действие настоящего Порядка распространяется на юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, осуществляющих деятельность по закупке, хранению, переработке и реализации зерна и продуктов его переработки, за исключением сельскохозяйственных товаропроизводителей.

Порядок имеет в своей структуре 6 разделов. Вместе с данным Порядком утверждены отраслевые формы учетных документов (Приложение 1.Альбом отраслевых форм учетных документов зерна и продуктов его переработки), а также приводятся Нормы естественной убыли зерна, продуктов его переработки и семян масличных культур при хранении (Приложение 2). При этом в Приложении 2 нормы естественной убыли не разделены относительно условий климатических групп, как это приведено в Приказе Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 14 января 2009 г. № 3 (ред. от 02 июля 2009 г.) «Об утверждении норм естественной убыли зерна, продуктов его переработки и семян различных культур при хранении». Основные отраслевые первичные документы учета, применяемых для оформления, касаются различных операций на хлебоприемных, зерноперерабатывающих предприятиях, а также на мукомольных, крупяных и комбикормовых производствах.

В разделе «I. Общие положения» обозначены цели и понятие количественно-качественного учета зерна и продуктов его переработки, общий порядок ведения учета и его утверждения. При этом Порядок устанавливает возможность утверждения дополнительных форм учетных документов, не предусмотренных отраслевыми формами.

Раздел «II. Основные правила ведения количественно-качественного учета зерна и продуктов его переработки» регламентирует общие требования к оформлению документов в отношении хозяйственных операций с зерном и продуктами его переработки (время составления, периодичность отчета и записей о движении хлебопродуктов, порядок исправления ошибок, требования к утверждаемым первичным документам, форма которых не предусмотрена альбомом отраслевых форм Порядка).

Раздел «III. Зачистка партий зерна и продуктов его переработки» регламентирует порядок зачистки зернохранилищ в отношении сроков, состава комиссии и ее этапов. В данном разделе приводятся формулы расчета, которыми необходимо руководствоваться при установлении обоснованности изменения массы зерна и продуктов его переработки (расчет убыли в массе от снижения влажности (%), расчет убыли в массе от снижения сорной примеси (%)). При этом дается отсылка на Приложение 2 Порядка как на предельные значения, которые не должна превышать естественная убыль при хранении.

Раздел «IV. Зачистка производственного корпуса зерноперерабатывающей организации» регламентирует периодичность процедуры зачистки, состав комиссии и порядок проведения данной процедуры, требования к оформлению и предоставлению в территориальное подразделение Росгосхлебинспекции ее результатов с обязательным отражением базисного, расчетного и фактического выходов продуктов переработки зерна и их качество.

Раздел «V. Инвентаризация зерна и продуктов его переработки» устанавливает требования к инвентаризации с целью подтверждения достоверности данных количественно-качественного учета зерна и продуктов его переработки(периодичность проведения, сроки извещения и предоставления результатов инвентаризации, а также условия, при которых данная процедура проводится в обязательном порядке (смена материально ответственных лиц, выявление фактов хищения, злоупотребления или порчи, стихийное бедствие, пожар и др.)).

Радел «VI. Хранение документов количественно-качественного учета» устанавливает ответственных лиц за хранение и обозначает возможность самостоятельного установления юридическим лицом или индивидуальным предпринимателем порядка хранения учетных документов.

Важно отметить тот факт, что на предприятии с обязательным ведением отраслевых форм учетных документов не запрещено вести учет зерна и продуктов его переработки в соответствии с внутрихозяйственными регламентами, утвержденными руководителями этих самых предприятий. Учитывая это каждое конкретное предприятие (организация) имеет возможность в определённых пределах выстроить оптимальную с учетом своих потребностей, применяемых технологий и техники, организации производства и структуре предприятия систему учета. Зерновой учет представляет собой совокупность учетных данных по качественным показателям зерна и правилам их изменений в условиях хранения и переработки.

Порядок заполнения отраслевых форм учетных документов зерна и продуктов его переработки, утвержденных приказом Государственной хлебной инспекции при Правительстве Российской Федерации от 8 апреля 2002 г. № 29 установлен рекомендациями по заполнению отраслевых форм учетных документов зерна и продуктов его переработки, утвержденных приказом Государственной хлебной инспекции при Правительстве Российской Федерации от 4 апреля 2003 г. № 20. Приказ в своей структуре имеет «Приложение. Рекомендации по заполнению отраслевых форм учетных документов зерна и продуктов его переработки», включающий 2 раздела и одно приложение.

Раздел «I. Общие положения» в целом отражает содержание раздела «II. Основные правила ведения количественно-качественного учета зерна и продуктов его переработки» приказом Государственной хлебной инспекции при Правительстве Российской Федерации от 8 апреля 2002 г. № 29.

Раздел «II. Особенности заполнения отраслевых форм учетных документов зерна и продуктов его переработки» отражает особенности и требования к ведению и заполнению каждой из учетной формы перечня отраслевых форм первичной учетной документации.

В приложении 1 приведен акт-расчет к акту зачистки с примечаниями относительно формул расчета убыли в массе от снижения влажности, расчета убыли в массе от снижения сорной примеси. Также данное приложение содержит ссылку на нормы естественной убыли зерна, продуктов его переработки и семян масличных культур при хранении, установленных приказом Росгосхлебинспекции от 08.04.2002 № 29 «Об утверждении Порядка учета зерна и продуктов его переработки».

С другой стороны обеспечение ведения учета и оформления операций с зерном и продуктов его переработки ведется Государственной хлебной инспекцией при Правительстве Российской Федерации, действующей на основе Положения о Государственной хлебной инспекции при Правительстве Российской Федерации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 15 марта 2001 г. № 191. Нормативный документ обозначает как одну из задач данного контролирующего органа: «4) установление показателей качества и порядка учета зерна и продуктов его переработки». В связи с этим в функции Государственной хлебной инспекции включается контроль над правильностью ведения учета зерна и продуктов его переработки гражданами и юридическими лицами, осуществляющими закупку, хранение и реализацию зерна и продуктов его переработки; разработка и утверждение в пределах своей компетенции порядка учета зерна и продуктов его переработки, а также нормативных правовых актов по вопросам государственного контроля за качеством, рациональным использованием и сохранностью зерна и продуктов его переработки. На основании чего должностные лица Росгосхлебинспекции и территориальных подразделений в пределах своих полномочий имеют право запрашивать у граждан и юридических лиц информацию, касающуюся качества, рационального использования и учета зерна и продуктов его переработки.

По состоянию на текущую дату на информационном ресурсе http://www.consultant.ru указано, что приказ Росгосхлебинспекции от 08.04.2002 № 29 «Об утверждении Порядка учета зерна и продуктов его переработки», приказ Росгосхлебинспекции от 04.04.2003 № 20 «Об утверждении Рекомендаций по заполнению отраслевых форм учетных документов зерна и продуктов его переработки» утрачивают силу с 01 января 2021 г. в связи с изданием Постановления Правительства РФ от 27.07.2020 № 1122 «О признании утратившими силу некоторых актов и отдельных положений некоторых актов Правительства Российской Федерации и об отмене некоторых актов федеральных органов исполнительной власти, содержащих обязательные требования, соблюдение которых оценивается при проведении мероприятий по контролю при осуществлении федерального государственного ветеринарного надзора, государственного карантинного фитосанитарного контроля (надзора), государственного надзора в области семеноводства, государственного надзора в области обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов, материалов и изделий, государственного надзора за техническим состоянием самоходных машин и других видов техники в Российской Федерации, федерального государственного контроля (надзора) в области рыболовства и сохранения водных биологических ресурсов, государственного надзора за соблюдением международных договоров российской федерации, относящихся к торговому мореплаванию, и законодательства российской федерации о торговом мореплавании в части обеспечения безопасности плавания судов рыбопромыслового флота в районах промысла при осуществлении рыболовства».

Информация относительно новых нормативно-правовых документов, касающихся ведения количественно-качественного учета зерна и зернопродуктов, отсутствует.

1.3 Анализ нормативно-правовой базы применяемой при обороте зерна

Основным нормативным документом, применяемым в сфере оборота зерна и продуктов его переработки, является Технический регламент Таможенного союза ТР ТС №015/2011 «О безопасности зерна», разработанный в соответствии с соглашением о единых принципах и правилах технического регулирования в Республике Беларусь, Республике Казахстан и Российской Федерации от 18 ноября 2010 года.

Цель регламента – установление на единой таможенной территории Таможенного союза единых обязательных для применения и исполнения требований к зерну, обеспечения свободного перемещения зерна, выпускаемого в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза.

Технический регламент Таможенного союза «О безопасности зерна» №015/2011 (Решение Комиссии Таможенного союза от 09.12.2011 №874) вступил в действие с июля 2013 года. Он устанавливает жесткие требования к безопасности зерна, а также к связанным с ним процессам производства, хранения, перевозки, реализации и утилизации зерна. Выпуском в обращение согласно ТР ТС № 015/2011 является купля-продажа и иные способы передачи зерна на единой таможенной территории Таможенного союза, начиная с изготовителя или импортера. Данный Технический регламент распространяется на зерно, выпускаемое в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза, используемое для пищевых и кормовых целей и не распространяется на зерно, предназначенное для семенных целей и продуктов переработки зерна [25].

Данный технический регламент устанавливает обязательные для применения и исполнения на единой таможенной территории Таможенного союза (включая обращение внутри страны – члена ТС) требования к зерну и связанным с ними требования к процессам производства, хранения, перевозки, реализации и утилизации зерна, в целях защиты жизни и здоровья человека, имущества, окружающей среды, жизни и здоровья животных и растений, а также предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей зерна.

Таки образом, все зерно, которое используется для пищевых и кормовых целей на территории Таможенного союза, должно соответствовать единым требованиям к процессам производства, хранения, перевозки, реализации и утилизации зерна.

Требования, предъявляемые техническим регламентом, к перечисленным выше процессам:

Производство. При производстве зерна должны соблюдаться регламенты применения пестицидов и агрохимикатов, условия их хранения, а их качество должно соответствовать требованиям законодательства страны.

Хранение. Техническим регламентом и Инструкцией по хранению зерна, маслосемян, крупы, муки, предусматриваются требования к зернохранилищам: хранение зерна осуществляется в зернохранилищах, обеспечивающих безопасность зерна и сохранность его потребительских свойств, при соблюдении требований к процессам хранения зерна, установленных настоящим техническим регламентом.

Поверхности стен, потолков, несущих конструкций, дверей, пола производственных помещений, а так же силосов и бункеров должны быть доступными для их очистки и проведения ежегодного обеззараживания. Состояния кровли и стен зернохранилищ, конструкции входных отверстий каналов активной вентиляции должны обеспечить предотвращение попадания в них атмосферных осадков и посторонних предметов. Технологический процесс обработки зерна в зернохранилищах должен обеспечивать сушку, очистку и обеззараживание зерна до уровня, обеспечивающего безопасное и стойкое для хранения состояние. В зернохранилище в течение всего периода хранения зерна должна быть организована проверка условий его хранения (влажность, температура), а также показателей зараженности вредителями, цвета зерна и наличия постороннего запаха. В зернохранилищах при хранении зерна должны обеспечиваться условия, позволяющие исключить возможность самовозгорания зерна, а также условия, обеспечивающие взрыво- и пожаробезопасность.

Выпуск в обращение. Не допускается выпуск в обращение на единой территории Таможенного союза зерна, если содержание в нем остаточных количеств действующих веществ пестицидов, превышает допустимые уровни. Зерно, поставляемое на пищевые и кормовые цели, выпускается в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза при условии, что оно прошло необходимые процедуры оценки (подтверждения) соответствия, которые проводится в формах:

1) подтверждения (декларирования) соответствия зерна;

2) государственного контроля (надзора).

При декларировании соответствия заявителем может быть юридическое лицо или физическое лицо в качестве индивидуального предпринимателя, зарегистрированное на территории Таможенного союза, являющееся изготовителем или продавцом либо выполняющее функции иностранного изготовителя.

Таким образом, оценка соответствия поставляемого зерна требованиям настоящего технического регламента проводится в форме подтверждения (декларирования) соответствия зерна. Каждая партия поставляемого зерна при его выпуске в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза сопровождается товаросопроводительными документами, которые должны содержать информацию о декларации, о соответствии партии зерна требованиям настоящего технического регламента. Особое внимание при оценке соответствия отводится содержанию в продукции токсичных элементов, ГМО, пестицидов, микотоксинов, зараженности вредителями, радионуклидов, вредных примесей.

В соответствии с требованием технического регламента в зерне, поставляемом на пищевые и кормовые цели, может содержаться только зарегистрированные в соответствии с законодательством государства — члена Таможенного союза линии ГМО. В зерне, содержащем ГМО, допускается не более 0,9% незарегистрированных линий ГМО.

В декларациях должно быть соответствие не только Техническому регламенту Таможенного союза «О безопасности зерна» №015/2011, но и техническим регламентам ТР ТС 021/2011 и 022/2011 («О безопасности пищевой продукции» и «Пищевая продукция в части ее маркировки»), ссылки на которых он содержит.

Зерно, выпускаемое в обращение на единую таможенную территорию Таможенного союза, направляемое на хранение и (или) обработку на территории страны-производителя, не подлежит подтверждению соответствия.

Транспортировка.

Перевозка зерна осуществляется транспортными средствами, обеспечивающими безопасность и сохранность зерна при его транспортировке. Зерно перевозится бестарным методом, в транспортной таре или потребительской упаковке. Каждая партия поставляемого зерна при его выпуске в обращение на единой таможенной территории должна сопровождаться декларацией соответствия и товаросопроводительными документами, обеспечивающими его прослеживаемость и содержащими информацию о виде зерна, годе урожая, месте происхождения, назначении зерна, количестве зерна, наименовании и месте нахождения заявителя и о наличии в зерне генно-модифицированных (трансгенных) организмов.

Утилизация.

Партия поставляемого зерна, не отвечающая требованиям настоящего технического регламента, подлежит возврату или утилизации.

Постановлением Правительства Российской Федерации от 02.07.2013 №553, на Россельхознадзор, возложены функции по реализации государственного контроля за соблюдением требований Технического регламента Таможенного союза «О безопасности зерна» №015/2011.

Федеральная служба Россельхознадзора в случае, если зерно не соответствующее требованиям настоящего технического регламента выявлено на его территории, принимает решение о проведении экспертизы зерна и формирует комиссию в составе представителей уполномоченного органа, изготовителя (собственника) и получателя зерна, которая отбирает образец и направляет ее в аккредитованную испытательную лабораторию (центр), включенную в Единый реестр органов по сертификации и испытательных лабораторий (центров) Таможенного союза, для проведения испытаний. Выбор аккредитованной лаборатории (центра) осуществляется комиссией. На основании результатов испытаний комиссия принимает решение о возврате или утилизации зерна.

Согласно техническому регламенту, не допускается выпуск в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза зерна, если превышен допустимый уровень содержания в нем остаточных количеств действующих веществ пестицидов, зарегистрированных в порядке, установленном законодательством государства – члена Таможенного союза, и указанных в приложениях к настоящему техническому регламенту:

• предельно допустимые уровни токсичных элементов, микотоксинов, бенз(а)пирена, пестицидов, радионуклидов и зараженности вредителями в зерне, поставляемом на пищевые цели;

• предельно допустимые уровни токсичных элементов, микотоксинов, пестицидов, радионуклидов и зараженности вредителями в зерне, поставляемом на кормовые цели;

• предельно допустимые уровни содержания действующих веществ пестицидов в зерне.

Оценка соответствия поставляемого зерна требованиям настоящего технического регламента проводится в формах:

• подтверждения (декларирования) соответствия зерна;

• государственного контроля (надзора) за соблюдением требований настоящего технического регламента в отношении зерна и связанных с требованиями к нему процессов производства, хранения, перевозки, реализации и утилизации зерна.

Поставляемое зерно, соответствие которого требованиям настоящего технического регламента не подтверждено, не может быть маркировано единым знаком обращения продукции на рынке государств – членов Таможенного союза и не допускается к выпуску в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза.

Маркировка

Зерно, соответствующее требованиям безопасности и прошедшее процедуру подтверждения соответствия, должно быть маркировано единым знаком обращения продукции на рынке государств – членов Таможенного союза, который наносится любым способом, обеспечивающим четкое и ясное изображение в течение всего срока годности зерна.

Единый знак обращения продукции наносится на упаковку или на прилагаемые документы в случае перевозки зерна насыпью. Маркировка зерна, помещенного в потребительскую упаковку (зерно на кормовые цели), и зерна в транспортной таре должна содержать информацию, указанную в подпунктах 1–4 раздела «Перевозка», и информацию о сроке годности и условиях хранения зерна (для зерна, предназначенного на кормовые цели и упакованного в потребительскую упаковку). Маркировку зерна допускается дополнять надписью: «Срок годности не ограничен при соблюдении условий хранения» [25].

Маркировка зерна, помещенного в транспортную тару и (или) потребительскую упаковку, должна быть на русском языке. Допускается нанесение маркировки на государственном(ых) языке(ах) государства – члена Таможенного союза. Информацию о наименовании места нахождения изготовителя зерна, расположенного за пределами единой таможенной территории Таможенного союза, допускается указывать буквами латинского алфавита и арабскими цифрами или на государственном(ых) языке(ах) страны по месту нахождения изготовителя зерна при условии ее указания на русском языке.

Маркировка зерна, упакованного в потребительскую упаковку (зерно на кормовые цели), должна наноситься на потребительскую упаковку и (или) на этикетку, и (или) контрэтикетку, и (или) на листок вкладыш, помещаемый в каждую упаковочную единицу либо прилагаемый к каждой упаковочной единице.

Маркировка зерна, помещенного непосредственно в транспортную тару, должна наноситься на транспортную тару и (или) на этикетку, и (или) контрэтикетку, и (или) на листок-вкладыш, помещаемый в каждую транспортную тару или прилагаемый к каждой транспортной таре, либо содержаться в товаросопроводительных документах.

Для зерна, полученного с применением ГМО, должна быть приведена информация: «генетически модифицированное зерно» или «зерно, полученное с использованием генно-модифицированных организмов» или «зерно содержит компоненты генно-модифицированных организмов».

Конструкция грузовых отделений транспортных средств и контейнеров, применяемых при перевозке, должна обеспечивать защиту зерна от загрязнения, препятствовать просыпанию зерна, проникновению животных, в том числе грызунов и насекомых, а также обеспечивать проведение очистки и мойки, дезинфекции, дезинсекции и дератизации.

Зерно, перевозимое бестарным методом, должно сопровождаться товаросопроводительными документами, обеспечивающими его прослеживаемость, содержащими следующую информацию:

• вид зерна, год урожая, место происхождения, назначение зерна (на пищевые или кормовые цели, на хранение и (или) обработку, на экспорт);

• количество зерна в единицах массы;

• наименование и место нахождения заявителя;

• наличие в зерне генно-модифицированных (трансгенных) организмов, в случае, если содержание указанных организмов в зерне составляет более 0,9%.

Для зерна, полученного с применением ГМО, должна быть приведена информация: «генетически модифицированное зерно» или «зерно, полученное с использованием генно-модифицированных организмов» или «зерно содержит компоненты генно-модифицированных организмов», с указанием уникального идентификатора трансформационного события [25].

Требования по перевозке зерна и зернопродуктов

Недостачи в пределах норм естественной убыли при автомобильных, железнодорожных и водных перевозках списываются по распоряжению директора предприятия на основании: оформленных накладных при автогужевых перевозках, отметок на обороте железнодорожных и водных накладных или коммерческих актов. Недостачи, превышающие нормы естественной убыли, относятся на виновных с немедленным предъявлением претензий [15].

Излишки хлебопродуктов, выявленные при поступлении грузов в прямом железнодорожном и водном сообщении, относятся за счет предприятия отправления и списываются им в расход как перегруз.

Требования и предельно-контрольные нормы естественной убыли хлебопродуктов, семян масличных культур и трав, кроме отрубей, комбикормов и отходов при железнодорожных и водных перевозках рассмотрены и приведены в главе 5.

1.4 Актуализация нормативно-правовой документации в сфере качества и хранения зерна

Для формирования Единого межгосударственного экономического пространства необходима разработка, утверждение и актуализация межгосударственных стандартов. Это необходимо не только для регулирования качества и оборота зерна и зернопродуктов, но и нормативных документов, используемых при производстве продукции.

В соответствии с приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 531 от 14 марта 2017 года действует Технический комитет по стандартизации «Зерно, продукты его переработки и маслосемена» (ТК 002), созданного на базе Всероссийского научно-исследовательского института зерна и продуктов его переработки. Цель его создания – разработка и актуализация стандартов в области зерновых, зернобобовых, масличных культур и продуктов их переработки. В состав ТК 002 входят 24-х члена, в том числе полномочные представители заинтересованных и контролирующих ведомств, научно-исследовательских институтов смежных отраслей, перерабатывающих предприятий. За Техническим комитетом закреплено 160 межгосударственных и 26 национальных стандартов на зерно, продукты его переработки и методы их испытаний [75].

С 2016- 2020 годы Техническим комитетом 002 разработано и принято 22 межгосударственных стандартов, в том числе, 15 на продукцию: ГОСТ 34023-2016 «Тритикале. Технические условия», ГОСТ 22983-2016 «Просо. Технические условия», ГОСТ 27494-2016 «Мука и отруби. Методы определения зольности», ГОСТ 9353-2016 «Пшеница. Технические условия», ГОСТ 572-2016 «Крупа пшено шлифованное. Технические условия», ГОСТ 34143-2017 «Крупа тритикалевая. Технические условия», ГОСТ 34142-2017 «Мука тритикалевая. Технические условия», ГОСТ 7045-2017 «Мука ржаная хлебопекарная. Технические условия», ГОСТ 26574-2017 «Мука пшеничная хлебопекарная. Технические условия», ГОСТ 16990-2017 «Рожь. Технические условия», ГОСТ 7169-2017 «Отруби пшеничные. Технические условия», ГОСТ 7170- 2017 «Отруби ржаные. Технические условия», ГОСТ 12183-2018 «Мука ржано-пшеничная и пшенично-ржаная обойная хлебопекарная. Технические условия».

С 1 июля 2018 года введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 9353-2016 «Пшеница. Технические условия», который был разработан на основе национального стандарта ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия» [12]. В новом стандарте сохранены требования к культуре по основным показателям: массовая доля белка на сухое вещество, количество и качество клейковины, число падения, стекловидность, натура, влажность, сорная и зерновая примеси. В нем сохранена классификация зерна по 5-и классам, которая уже апробирована и действует в нашей стране на протяжении нескольких десятилетий. Новый стандарт не предусматривает целевого назначения отдельных классов зерна пшеницы. В области применения указано, что настоящий стандарт распространяется на зерно мягкой и твердой пшеницы, не конкретизируя цели его применения. Межгосударственный стандарт на пшеницу является эквивалентным национальному ГОСТ Р [75].

В июле 2018 года принят новый межгосударственный стандарт ГОСТ 16990-2017 «Рожь. Технические условия», который вступил в силу с 1 января 2019 года. В новом стандарте установлены требования к качеству и безопасности зерна ржи, в основу которых положены показатели качества зерна ржи по числу падения, натуре, сорной и зерновой примесям. В соответствии с техническими требованиями ГОСТ 16990-2017 зерно ржи подразделяется на 4 класса по органолептическим и физико-химическим показателям. Уточнены нормативы по содержанию влажности зерна, испорченных зерен, уровень которых существенно влияет на сохранность зерна, на выход и качество готовой продукции [75]. Для надежной сохранности влажность зерна ржи не должна превышать 14,0 %. Содержание сорной примеси не должно превышать 2 %, при этом количество испорченных зерен для зерна ржи 1-3 класса не должно превышать 1,0 % [7].

С 1 сентября 2020 года вступил в силу межгосударственный стандарт ГОСТ 28673-2019 «Овес. Технические условия» (взамен ГОСТ 28673-90), содержащий требования по разделению овса в зависимости от формы зерна и окраски цветковых пленок на типы и подтипы, на классы – в зависимости от качества зерна. Также установлены требования к составу основного зерна, сорной и зерновой примеси, требования к условиям транспортирования и хранения [9].

С 1 сентября 2019 года вступил в силу межгосударственный стандарт ГОСТ 26791-2018 «Продукты переработки зерна. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение», в котором установлены требования к потребительской и транспортной упаковке продуктов переработки зерна, требования к маркировке потребительской и транспортной упаковки, требования к транспортированию продуктов переработки зерна и их хранению [8].

Разработаны новые стандарты на методы испытаний:

• ГОСТ 10840-2017 «Зерно. Метод определения натуры»,
• ГОСТ 34165- 2017 «Зерновые, зернобобовые и продукты их переработки. Методы определения загрязненности насекомыми-вредителями»,
• ГОСТ ISO 3093-2016 «Зерно и продукты его переработки. Определение числа падения методом Хагберга – Пертена»;
• ГОСТ ISO 2171-2016 «Культуры зерновые, бобовые и продукты их переработки. Определение золы при сжигании»;
• ГОСТ 26791-2018 «Продукты переработки зерна. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение;
• ГОСТ 10847-2019 «Зерно. Методы определения зольности» (взамен ГОСТ 10847-74);
• ГОСТ 10967-2019 «Зерно. Методы определения запаха и цвета» (взамен ГОСТ 10967-90).

С 1 января 2019 года введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 10840-2017 «Зерно. Метод определения натуры», который устанавливает метод определения натуры с применением литровой пурки с падающим грузом.

С 1 сентября 2020 года вступили в действие ГОСТ 10847-2019 «Зерно. Методы определения зольности» и ГОСТ 10967-2019 «Зерно. Методы определения запаха и цвета». В новых стандартах представлены ключевые термины и определения, сущность методов, средства измерения; описаны требования к вспомогательному оборудованию и реактивам. В новом документе особое внимание уделяется условиям проведения исследований и обработке результатов испытаний.

Требует внесения изменений в Технический регламент ТР ТС 015/2011 «О безопасности зерна» по составу вредных примесей в силу изменившейся санитарного состояния зерна, поставляемого на пищевые и кормовые цели.

Актуальной остается задача разработки межгосударственных стандартов на зерно, продукты его переработки и методы определения их качества, решение ее способствует достижению согласия по обеспечению качества взаимопоставляемой продукции и формированию Единого экономического пространства.

Российская Федерация один из крупнейших производителей зерна в мире, которая фактически отказалась от государственного контроля за качеством зерна. Это создает серьезные риски для развития отечественного агропромышленного комплекса и экономики страны в целом, обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации и сохранения статуса одного из основных поставщиков зерна на мировой рынок. Система подтверждения соответствия, которая действует в России, уже сегодня демонстрирует свою несостоятельность. Следует отметить, что при подтверждении соответствия в форме декларирования, пробы для подтверждения соответствия зерна и продуктов его переработки самостоятельно отбираются заявителем и представляются им в испытательную лабораторию (центр). Таким образом, отсутствует объективность при отборе пробы и достоверность полученных результатов, чего не было при сертификации. Отмечается увеличения числа отмены деклараций о соответствии Управлениями Россельхознадзора по различным регионам. Основными причинами отмены деклараций является то, что продукция не соответствует указанным требованиям или заявители при декларировании заявляют недостоверную информацию, что ведет к вводу в заблуждение потребителей данной продукции.

Система подтверждения соответствия, без государственного контроля и подтверждения качества, устраняет государство от ответственности за качество зерна и продуктов его переработки и создает крайне неблагоприятные условия для производителей и переработчиков зерна, что ведет, к снижению потенциала российского зерна на международном рынке зерна. Учитывая большую социальную значимость обеспечения продовольственной безопасности страны, Президент и Правительство Российской Федерации дали ряд поручений Минсельхозу России, направленных на возрождение системы государственного контроля качества и безопасности зерна и подготовку законодательных актов, в том числе новой редакции закона «О зерне».

На сегодняшний момент проект данного закона с 2017 года находится в Правительстве РФ. Эксперты уверены, что его принятие обеспечит производство в Российской Федерации зерна высокого качества и соответствующего требованиям безопасности, что в свою очередь скажется на продовольственной безопасности государства и повышении конкурентоспособности Российского зерна на мировом рынке.

2 Параметры и факторы сохранности зерна и муки, их влияние на изменение естественной убыли зерна

2.1 Требования, предъявляемые к хранению зерна различных культур

При хранении должны сохраняться показатели целевого назначения, обеспечивающие продовольственные, семенные, кормовые и технические цели зерна, семян. В их числе:

— определенный уровень ферментативной активности альфа-амилазы, определяющий хлебопекарные свойства;

— оригинальная природа различных белковых структур, определяющая реологические свойства теста;

— процент прорастания и энергия прорастания зерна, определяющие его посевные свойства и пригодность для применения в пивобезалкогольной и спиртовой промышленности [25].

Каждая партия зерна представляет собой комплекс живых организмов и характеризуется следующими параметрами:

• качеством и исходным состоянием зерна основной культуры;

• количеством и видовым состоянием микроорганизмов, присутствующих на поверхности и внутри зерна и примесей;

• содержанием и составом зерновой и сорной примесей;

• наличием и видовым составом вредителей хлебных запасов (насекомых и клещей, в том числе в скрытой форме).

К важнейшим факторам, влияющим на состояние и сохранность зерна, относятся: влажность зерновой массы и окружающей ее среды, температура зерновой массы и окружающей ее среды, доступ воздуха к зерновой массе [83].

Жизненные функции любого организма характеризуются происходящими в них обменными процессами, интенсивность которых зависит от содержания воды. Во время созревания влажность зерна снижается, замедляются обменные процессы, снижается интенсивность дыхания. По завершении послеуборочного дозревания зерно находится в состоянии вынужденного покоя, который обеспечивается низкими влажностью, температурой и содержанием кислорода. При хранении зерна наблюдаются аэробное и анаэробное дыхание, в результате чего происходит следующие изменения:

– потеря в массе сухих веществ зерна;

– увеличение количества гигроскопической влаги в зерне и повышение относительной влажности воздуха межзерновых пространств;

– изменение состава воздуха межзерновых пространств;

– выделение тепла.

Дыхание при хранении ведет к потере органических веществ, т.е. убывает масса сухих веществ. Вода, выделяемая в процессе дыхания, удерживается зерном и увеличивает его влажность, что приводит к интенсивному газообмену и создает предпосылки для развития микроорганизмов. Влагонасыщенность воздуха межзерновых пространств может возрастать до предела и приводить к образованию кондиционной влаги на поверхности зерен (отпотевание). В покоящихся зернах почти все тепло выделяется в окружающую среду, а образующееся в зерновой массе тепло вследствие плохой теплопроводности остается в зерновой массе и способствует самосогреванию.

Влажность зерновой массы. Чем зерно влажнее, тем интенсивнее оно дышит. Интенсивность дыхания очень сухого зерна с влажностью 11-12% практически равна нулю.

Температура. Снижение температуры значительно ослабляет интенсивность дыхания всех живых компонентов зерновой массы и способствует увеличению сроков ее сохранности. Основным источником холода является суточный перепад температуры воздуха и обработка массы активным вентилированием. При температуре зерна 5ºС и ниже жизнедеятельность всех компонентов зерновой массы резко снижается, а в зерне с влажностью до 16% полностью прекращается. Однако у сырого зерна в таких случаях происходит замерзание свободной воды и образующиеся кристаллы льда вызывают разрыв клеток [93].

Газовый состав воздуха межзерновых пространств. Аэробное дыхание зерновой массы возможно только при наличии доступа кислорода. На жизнеспособность сухого зерна даже большие концентрации СО₂ и полное отсутствие кислорода не оказывают существенного влияния длительное время. При длительном хранении насыпи без перемещения и искусственного продувания в межзерновых пространствах иногда создаются условия для накопления СО₂ и потери О_2, это зависит от степени герметичности хранилища [93].

Данные факторы положены в основу режимов хранения. Применяют три режима хранения зерновых масс – в сухом состоянии, в охлажденном состоянии, без доступа воздуха.

Состояние зерна по влажности делится на сухое, средней сухости, влажное и сырое (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Категории влажности зерна

При превышении показателя влажности выше предельного значения для влажного зерна по различным культурам зерно относят к группе сырого.

Наиболее устойчивым для хранения являются очищенное от сорной и зерновой примесей сухое зерно и зерно средней сухости. Такое зерно можно размещать в зернохранилищах на высоту в соответствии с его техническим состоянием при условии регулярной проверки условий хранения и зараженности. Партии свежеубранного зерна средней сухости, которые не будут к моменту направления в склад очищены от недозрелых зерен и зеленых сорняков, не обладают такой стойкостью, и их не рекомендуется размещать насыпью высотой более 3 м.

Влажное свежеубранное зерно, дыхание которого в летне-осенний период протекает интенсивно, требует особого ухода, и размещать его насыпью более 2 м опасно. Наименее стойкое — сырое зерно — до его просушивания требует хранения насыпью наименьшей высоты — до 1,5 м.

Для сортовых семян даже с влажностью до 14% создаются наиболее благоприятные условия хранения, и обеспечивается наилучший контроль их состояния. Так, при размещении семенного зерна ржи, пшеницы, овса, ячменя, гречихи, проса и бобовых культур высота насыпи не должна превышать 2 м. При закладке семян с влажностью выше 14% высоту насыпи снижают еще больше, в зависимости от таких факторов, как температура и влажность зерна и воздуха, продолжительность хранения и т. д. Ограничение высоты насыпи позволяет лучше регулировать процессы, протекающие в ней. Параллельно со снижением высоты насыпи требуется систематическое наблюдение за зерном и, главное, скорейшее приведение его в состояние, обеспечивающее длительное хранение (Всякое удлинение продолжительности естественного проветривания свежеубранного зерна способствует усилению его стойкости при дальнейшем хранении).

Поступления сырого и влажного зерна следует принимать на асфальтированные площадки у тех складов, в непосредственной близости которых размещены сушилки. Если погодные условия не позволяют пользоваться площадками, то зерно до просушивания можно по мере его поступления временно размещать в ближайшем складе, немедленно сушить и направлять на место постоянного хранения.

Основными факторами возможного ухудшения показателей качества зерна при его хранении в неблагоприятных условиях являются: микробиологическое поражение зерна (плесенями, грибами, бактериями), поражение зерна насекомыми вредителями, окисление компонентов зерновки. При таких поражениях может происходить частичное разрушение зерновок с образованием побочных продуктов жизнедеятельности вредоносных объектов, которые сами по себе представляют опасность для здоровья человека при попадании в пищу [117].

Также в них повышается и интенсивность окисления, процессы окисления протекают под действием ферментов – как непосредственно входящих в структуру самой зерновки, так и образующихся в результате жизнедеятельности микробиологических объектов, насекомых вредителей [93]. Из вышесказанного следует, что повышение степени поражения зерна вредоносными объектами приводит к увеличению совокупного окисления органических компонентов зерновой массы. В результате указанных окислительных процессов происходит распад целого ряда органических компонентов зерновок с образованием соответствующих конечных и промежуточных продуктов распада, которые формируют, в первую очередь, органолептические признаки, свидетельствующие об ухудшении совокупной интегральной оценки качества зерна при не благоприятных условиях хранения.

Для решения задачи обеспечения повышения уровня качественной сохранности зерна важно обеспечить условия, при которых активность имеющихся в зерне нативных ферментов не повышалась бы, а дополнительные ферменты не продуцировались бы. Инструкцией по хранению зерна, маслосемян, муки и крупы [15] регламентированы технологические приемы, обеспечивающие качественную сохранность зерна, в т.ч. заданы предельные уровни влажности зерна, закладываемого на хранение, представленные ниже в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Предельные уровни влажности зерна при хранении

В таблице 2.3 показаны сроки контроля температуры зерна в зависимости от состояния влажности зерновых масс и его температуры.

Таблица 2.3 – Контроль температуры зерна

Температуру проса, кукурузы в зерне, подсолнечника, рапса и прочих мелкосемянных масличных культур проверяют в сроки, указанные в табл. 2.4 и 2.5.

Таблица 2.4 – Контроль температуры кукурузы в зерне и проса

Таблица 2.5 – Контроль температуры семян подсолнечника, рапса и прочих мелкосемянных масличных культур

В металлических силосах контроль температуры зерна пшеницы, ячменя, кукурузы в сухом состоянии при температуре выше + 10°С проводят 1 раз в 3 дня, при температуре зерна + 10°С и ниже — 1 раз в 7 дней.

В таблице 2.6 представлены параметры для определения состояния зерна различных культур по влажности, сорной и зерновой примеси.

Сроки проверки устанавливают в зависимости от наивысшей температуры, обнаруженной в отдельных слоях насыпи зерна. Замер температуры проводит мастер участка и лаборант производственно- технологической лаборатории товарного склада.

Таблица 2.6 – Состояние зерновых, зернобобовых и масличных культур по влажности, засоренности сорной и зерновой (масличной) примесями, %

При хранении зерна полный технический анализ производят один раз в месяц по средней пробе, отобранной от однородной партии.

Нарушение условий хранения зерна способствует загрязнению и заражению зерна, что в свою очередь может повлиять на сохранность его потребительских свойств, а также привести к возникновению угрозы причинения вреда человеку, животным и окружающей среде.

2.2 Параметры и факторы, влияющие на сохранность и показатели качества зерна

Общепринятая международная классификация зерна систематизирует зерновые культуры по различным признакам и в зависимости от показателей подразделяется на 2 группы. Зерно хорошего качества относится в группе «А» и включает пшеницу с первого по третий класс включительно. Эти классы относят к ценным сортам и используют на мукомольных и хлебопекарных производствах. Группа «Б» – продовольственная пшеница IV и V класса, но имеющая низкие показатели по содержанию белка и клейковины и требующего обогащения сильными сортами.

Допустимые показатели качества пшеницы

Для примера приводим список допустимых показателей для пшеницы класса «А» согласно международной классификации.

Таблица 2.7 – Допустимые показатели для пшеницы класса «А»

В таблице 2.8 представлены количественные показатели качества зерна пшеницы для разбивки на классы согласно ГОСТ 9353-2016 «Пшеница. Технические условия».

Таблица 2.8 – Показатели качества зерна пшеницы

При несоответствии качества зерна хотя бы одному из выше перечисленных показателей, оно переводится в более низкий класс.

На самом деле любое зерно (вне зависимости от класса) должно быть здоровым, чистым, без повреждений и иметь свежий приятный хлебный дух. Не допускается затхлый, гнилостный или солодовый запах зерен. Семена не должны отдавать ядохимикатами, нефтепродуктами и средствами их переработки.

Зерно также не должно быть обесцвеченным (для шестого класса допускается любая степень обесцвеченности зерен) или зараженным вредителями, а количество пестицидов, радионуклидов и прочих вредных веществ не должно превышать допустимые нормы.

Рассмотрим определение качества зерна. Совокупность биологических признаков и физико-химических, технологических и потребительских свойств зерна, которые определяют пригодность его к использованию на те или иные цели, называют качеством. Зерно может использоваться на семенные, продовольственные, фуражные и технические цели. Каковы параметры оценки качества зерна. Качество зерна определяется по таким характеристикам, как цвет, вкус, запах, засоренность, влажность, зараженность вредителями хлебных запасов, натура, клейковина, стекловидность, наличие примесей и проросших зерен. Под понятием «качества» понимают совокупность не только потребительских свойств, но и ветеринарных, санитарно-эпидемиологических, технологических и других норм. Для зерна показатели зараженности, влажности и наличия вредных и сорных примесей прописаны и в санитарных нормах и правилах и в стандартах на продукцию.

Существует много факторов, влияющих на ценность и качество семян. Все эти показатели можно разделить на две группы.

В первую группу входят факторы, воздействовать на которые человеку не представляется возможным (они включают погодно-климатические условия и период вегетации растений).

Во вторую группу входят факторы, которыми человек способен управлять, а именно: обеспечение растений удобрениями, своевременная защита от вредителей и болезней, борьба с сорняками, качественная сушка и хранение зерна.

Факторы, влияющие на колебания качественных характеристик зерна.

Определённое значение для качества зерна имеют способы основной обработки почвы. Известно, что обработка почвы формирует её водный и пищевой режим, способствует успеху борьбы с сорняками и вредителями. В условиях Красноярской лесостепи в посевах пшеницы по пару отвальная вспашка с сидератами с запахиванием соломы в сравнении с сидератами без соломы имеет небольшое преимущество по показателям содержания белка и клейковины. Плоскорезное рыхление с запахиванием соломы и сидератов имеет преимущество в сравнении с плоскорезным рыхлением с сидератами без соломы по содержанию белка и количеству клейковины.

Агроклиматические приемы, влияющих на качество получаемого урожая зерновых культур: различные способы обработки почвы, использование системы севооборотов, использование различных средств химизации (гербициды, удобрения и т.д.), использование различных биологических средств защиты растений и удобрений.

Среди них и наличие примесей, и определенное число испорченных зерен, которые могут оказаться щуплыми, проросшими или раздавленными. Кроме того зерно может содержать некоторую часть мусора (комочки земли, гальку, шлаки), а также частички стеблей, листьев и семена сорной травы. Если при этом зерновая культура к тому же обрабатывалась ядохимикатами – это, безусловно, вносит в качество семян определенные коррективы.

На формирование качества зерна большое влияние оказывают природно-климатические условия, агротехника возделывания пшеницы и сорт [122]. Содержание белка в зерне варьирует в очень широких пределах — от 12,9 до 26,5%. Высокое содержание белка находится в тесной зависимости от континентальности климата европейской части России со свойственными ему жарким летом, холодной зимой и дефицитом осадков. Эти выводы в дальнейшем подтвердили и другие ученые [91,118]. Они объясняли увеличение содержания белка в зерне с запада на восток влиянием не только географической поясности, но и климатических факторов, а также плодородия почвы.

За счет того или иного фактора можно повысить качество зерна с изменением его класса. В связи с этим, важно учитывать значение элементов агротехники, средств химизации в процессе зернопроизводства, что положительно скажется на эффективности деятельности хозяйства.

Территория Красноярского края находится в зоне рискованного земледелия, ее природно-климатические условия и почвенный покров очень разнообразны.

В таблицах 2.9 и 2.10 представлены данные по природно-климатическим условиям для ведения сельскохозяйственного производства в 5 зонах Красноярского края.

Таблица 2.9 – Природно-климатические условия для ведения зернового производства в макрорайонах Красноярского края

* ССТ (0°): Средняя сумма температур за период с температурой выше 0°;

* ССТ (5°): Средняя сумма температур за период с температурой выше 5°;

** ДП (0°; 5°; 10°): Длительность периода с температурой выше 0°; 5°; 10°

Таблица 2.10 – Природно-климатические условия, способствующие выращиванию зерновых, по макрорайонам и муниципальным районам Красноярского края

Продолжение табл. 2.10

Продолжение табл. 2.10

В зернохранилище поступает множество партий зерна и семян зерновых, бобовых, масличных и кормовых культур, различных по внешним признакам и показателям качества. Несмотря на большое разнообразие партий зерна, свойства их как объектов хранения во многом сходны.

Качество зерна характеризуется многими показателями, оценивающими какое-либо свойство зерна. Одни из показателей являются наиболее важными, другие имеют второстепенное значение. Часть показателей необходимо определять только в отдельных партиях зерна у одной или нескольких культур, а другие должны определять в каждой партии.

Все показатели качества можно разделить на три группы: общие, обязательные, дополнительные.

К общим показателям относятся засоренность, влажность, зараженность вредителями и признаки свежести (цвет, запах), которые определяются при оценке качества всех партий зерна любой культуры.

Обязательные показатели определяют при оценке качества партий зерна отдельных культур или партий, используемых по целевому назначению. В эту группу показателей входят пленчатость и содержание ядра у крупяных пленчатых культур (кроме ячменя); стекловидность пшеницы и риса; количество и качество клейковины у пшеницы; натура у пшеницы, ржи, ячменя и овса и ряд других показателей.

Дополнительные показатели определяются в партиях какого-либо конкретного целевого назначения. К этой группе относят показатели химического состава (белок, крахмал и т. д.), содержание микроорганизмов и др. Оценку таких показателей качества зерна в лабораториях хлебоприемных предприятий не проводят, а в лабораториях зерноперерабатывающих предприятий проводят только частично. Это связано с их большой трудоемкостью, наличием сложной аппаратуры и реактивов.

При оценке качества зерна все показатели можно подразделить на пять групп по способам их определения: ботанико-физиологические, органолептические, физические, химические и технологические.

К ботанико-физиологическим относят: название культуры и ее вида; форму возделывания (озимая, яровая); сорт; морфологические особенности (тип, подтип); всхожесть и энергию прорастания. Ряд этих показателей определяют при осмотре партии, а такие, как сорт и форма возделывания, можно определить по документам.

Органолептические показатели качества зерна (цвет, запах) определяют при помощи органов чувств или специальных анализаторов и характеризуют свежесть зерна, полноценность потребительских свойств. Под воздействием неблагоприятных условий созревания, уборки, перевозки, сушки или хранения эти показатели могут значительно измениться.

Физические показатели, такие как форма и линейные размеры, крупность, выполненность и щуплость, масса 1000 зерен, натура, стекловидность и другие, предназначены для определения физических свойств зерна, которые лежат в основе различных приемов перемещения, очистки и переработки зерна.

Химические показатели характеризуют количество, качество и неравномерность распределения разнообразных химических веществ. Они предназначены для оценки питательной ценности, правильной организации хранения партий зерна; порядка и режима переработки зерновой массы (влажность, зольность, клейковину, кислотность и т.п.).

Технологические показатели учитывают совокупность природных особенностей зерна для более точной характеристики качества зерна как сырья для определенной отрасли промышленности и целевого назначения. К этим показателям относят выход и качество готовой продукции, затраты на производство единицы массы готовой продукции.

Зерновая масса формируется в процессе уборки урожая, поэтому она в своем составе кроме зерен (семян) данной культуры содержит и примеси органического и минерального происхождения, количество и состав которых зависит от агротехники возделывания, условий и способов уборки и транспортирования урожая.

Органические примеси могут быть представлены частями растений (части стеблей и колоса, полова и др.), зерном (семенами) других культур, семенами дикорастущих растений, битым зерном, органической пылью. Эти примеси по многим признакам резко отличаются от основного зерна, они более активны в физиологическом отношении и отрицательно влияют на качество всей партии и ее сохранность. Содержание примесей в зерне при хранении может изменяться в результате увеличения количества поврежденных и испорченных зерен (потемневших, проросших, изъеденных и др.). Содержание примесей в зерне определяют один раз в месяц.

Есть и сорняки-спутники, которые засоряют посевы определенной культуры и сходны по размеру с основным зерном, они трудно отделимы от зерновой массы.

Существует еще и вредные примеси, которые делятся на группы:

1) грибы-паразиты (микозы) — головня и спорынья;

2) примеси животного происхождения — нематоды, поражающие зерно;

3) семена дикорастущих растений — плевел опьяняющий, горчак ползучий, софора лисохвостная, термопсис ланцетный (мышатник), вязель разноцветный, гелиотроп опушенноплодный, триходесма седая.

Микозы — грибковые заболевания культурных растений. К возбудителям относят головню, спорынью, фузариум. Головня поражает злаковые культуры, снижает урожай, ухудшает качество зерна и зернопродуктов. Споры головни, попадая в организм человека, закупоривают мелкие кровеносные сосуды, вызывают функциональные расстройства работы кишечника. Хлеб, полученный из муки, содержащей споры головни, имеет сероватый или синеватый оттенок и иногда запах селедочного рассола (при заражении вонючей головней). При оценке качества зерна учитывается и нормируется содержание в нем мешочков головни и головневых зерен. Спорынья поражает чаще рожь, реже — пшеницу, ячмень, еще реже — овес и другие злаковые растения. Алкалоиды спорыньи носят общее название эргоалкалоиды (эрготамин и эргозин), содержат лизергиновую кислоту и ее производные, обладающие сильным сосудосуживающим действием. Алкалоиды спорыньи ядовиты для человека, животных и птиц. Употребление в пищу хлеба, полученного из муки, содержащей спорынью в значительных количествах, вызывает заболевание эрготизм, который может привести к смерти в результате паралича дыхательного центра.

Примеси животного происхождения – паразиты из группы нематод, в частности угрица — паразит из класса круглых червей. Особенностью нематод является их стойкость к действию высоких температур (выдерживают нагревание до 120°С), поэтому могут живыми попасть в организм человека.

Семена дикорастущих растений, попадающие в зерновую массу в процессе обмолота, в большинстве случаев созревают позднее семян зерновых культур и в период уборки урожая содержат значительно (на 10-20%) больше влаги, чем зерна основной культуры. В результате этого в зерновых массах создаются условия, благоприятствующие развитию микроорганизмов, самосогреванию и другим процессам, вызывающим порчу зерна. Некоторые сорные растения относятся к карантинным.

Краткая характеристика и выделение основных вредных, особо учитываемых и карантинных примесей, встречающихся в зерне, представлены в Приложении 5.

Часть вредных примесей обладают ядовитыми свойствами и горьким вкусом, в частности спорынья, головня, угрица, вязель разноцветный, горчак розовый, горчак-софора, мышатник, плевел опьяняющий, гелиотроп опущенноплодный и триходесма инканум (седая), содержащие ядовитые вещества для человека и животных или настолько горькие, что, попадая в незначительных количествах в муку, они придают горечь и печеному хлебу.

Требования к содержанию вредной примеси в зерне, поставляемом для пищевых и кормовых целей, устанавливает Технический Регламент Таможенного Союза ТР ТС 015/2011 «О безопасности зерна». Показатели нормируются для каждого вида зерна.

Минеральные примеси (галька, песок, комочки земли, минеральная пыль и др.), как и другие, не только снижают технологические и потребительские достоинства партии, но и являются балластом, требующим для своего размещения дополнительной вместимости зернохранилищ и снижающим степень использования грузоподъемности транспорта.

Постоянно в зерновой массе присутствуют микроорганизмы (бактерии, плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты и др.). Количество их в 1 г ее исчисляется от десятков и сотен тысяч до миллионов экземпляров.

Микрофлора зерновой массы представлена сапрофитными (включая и эпифитные), фитопатогенными и патогенными для животных и человека микроорганизмами. Численность эпифитной микрофлоры всегда велика. Типичными представителями эпифитов являются бактерии рода Pseudomonas (Ps. herbicola, Ps. fluorescens и др.).

Многочисленными исследованиями доказано, что в свежеубранном зерне, при правильной его уборке, количество бактерий достигает 96…99%, остальное составляют дрожжи, плесневые грибы и актиномицеты.

Наблюдаемые колебания численности эпифитной микрофлоры зависят от культуры, погодных условий, стадии спелости.

Микроорганизмы в основном размещены на поверхности семян, но часть эпифитов при благоприятных условиях (повышенная влажность воздуха при созревании, хранение с высокой влажностью) может проникнуть в плодовую и семенную оболочки, алейроновый слой и зародыш, образуя так называемую субэпидермальную микрофлору, продукты жизнедеятельности которой пагубно действуют на зародыш.

Зерно относится к сыпучим материалам, то есть к двухфазным системам – «твердое тело + газ». Между твердыми частицами зерновой массы имеются пространства (скважины), заполненные воздухом. Воздух межзерновых пространств играет большую роль в процессе обработки и хранения зерна.

Он по своим характеристикам (температуре, относительной влажности, химическому составу, давлению) может сильно отличаться от атмосферного воздуха, что всегда следует учитывать при работе с зерном.

Итак, в состав любой зерновой массы входят:

1) зерна (семена) основной культуры, а также зерна (семена) других культур, которые по характеру использования и ценности сходны с зерном основной культуры;

2) примеси органического и минерального происхождения (в том числе и семена дикорастущих и культурных растений, не отнесенные к основному зерну);

3) микроорганизмы;

4) воздух межзерновых пространств.

Так как большую часть зерновой массы составляют живые организмы (зерно и семена культурных, дикорастущих растений, живые клетки органических примесей, микроорганизмы и в отдельных случаях насекомые) и зерновая масса относится к сыпучим материалам, ее поведение при хранении весьма специфично и зависит от многих обстоятельств, в том числе и от ее свойств.

Кроме этих постоянных компонентов в отдельных партиях зерна, зараженных вредителями, появляются насекомые и клещи. Поскольку зерновая масса для них является средой, в которой они существуют и влияют на ее состояние, их следует рассматривать как пятый, дополнительный и совсем не желательный компонент зерновой массы.

Зерновая масса является благодатной средой для жизнедеятельности многих насекомых и клещей. Вред от них и других зерновых вредителей огромен: потери зерна могут достигать 10% от общих потерь.

Видовой состав распространенных на территории России вредителей хлебных запасов, включает в себя ряд видов животных (как беспозвоночных, так и позвоночных), группы некоторых видов клещей, насекомых (некоторых видов жуков и бабочек), птиц (воробьев, голубей и др.) и млекопитающих – мышевидных грызунов [93]. Грызуны и птицы наносят количественные потери объёмам зерна, загрязняют зерно экскрементами, перьями и грязью, являются переносчиками насекомых, клещей и заболеваний.

Вредители широко распространены по всем климатическим зонам России, они обладают большой плодовитостью, сравнительно коротким циклом развития и хорошо приспосабливаются к условиям обитания. Хранящееся зерно и зерновые продукты являются превосходной средой обитания и одновременно пищей для насекомых и клещей. Большинство насекомых – вредителей хлебных запасов способны к круглогодичному размножению при наличии пищи, благоприятной окружающей температуры и влажности [93].

Вредители наносят прямой и косвенный ущерб. К прямым потерям относят уменьшение массы зерна, ухудшение его качества, снижение посевных достоинств, загрязнение экскрементами и т.д. К косвенным – самосогревание зерна, развитие микрофлоры, распространение возбудителей болезней, бактерий и грибов опасных для человека и животных.

Большинство вредителей зерна являются полифагами, которые могут питаться как пищей растительного, так и животного происхождения. Многие виды вредителей не впадают диапаузу и могут размножаться круглый год, особенно в постоянно отапливаемых помещениях. Часто они ведут скрытый образ жизни (внутри зерна, в межзерновом пространстве, в щелях стен и пола), что осложняет проведение защитных мер борьбы. Кроме того, естественные враги (энтомофаги и акарифаги), болезни (энтомопатогенные грибы) слабо регулируют плотность популяции вредителей. Все это приводит к быстрому увеличению численности, что влечет за собой рост вредоносности и способности причинять зерновым запасам значительный ущерб [38].

Возможность и интенсивность развития вредителей в зерне зависит от нескольких факторов: начальное заражение; температура; влажность зерна; относительная влажность воздуха; состояние и процессы, происходящие в зерне (самосогревание).

Известно около 40 основных видов насекомых и клещей, причиняющих вред зерну, хранящемуся в складах и элеваторах.Основными вредителями зерна и продуктов его переработки в Российской Федерации являются жуки (отряд Coleoptera), хлебные или мучные клещи (Tyroglyphoidea bkb Acaroidea) и бабочки (отряд Lepodoptera).

Учитывая большой вред, который причиняют зерну и зернопродуктам насекомые и другие вредители, необходимо применять меры по недопущению их развития или по их уничтожению. Меры, применяемые для защиты зерна от уничтожения или порчи вредителями, делятся на две группы: профилактические (далее — предупредительные) и истребительные.

Предупредительные и истребительные меры проводятся:

— в загруженных и незагруженных (пустых) помещениях зернохранилищ и прилегающей к ним территории;

— в зерноочистительных машинах, оборудовании, таре и транспортных средствах для перевозки зерна;

— в емкостях для хранения (включая мешки) до момента заполнения их зерном;

— в самом зерне (зерновой массе).

Потери массы сопровождаются и огромными потерями качества. Наибольшее воздействие микроорганизмов наблюдается в зонах с повышенной влажностью, когда убираемый урожай представляет благоприятную среду для развития микрофлоры. Потери в массе и ухудшение качества зерна и зерновых продуктов при хранении возможны в результате воздействия на них вредителей хлебных запасов. Развивающиеся в условиях зернохранилищ, хлебопекарных предприятий, мукомольных и крупяных заводов вредители хлебных запасов наносят большой ущерб: они уничтожают часть этих запасов, снижают их качество, загрязняя их. Кроме того, одни из них (клещи и насекомые) являются источником теплоты и влаги в зерновой массе (в результате дыхания), а другие (грызуны) портят отдельные части производственных сооружений, тару и т.д., способствуют распространению различных инфекционных заболеваний [67].

Таким образом, к важнейшим факторам, влияющим на состояние, сохранность и естественную убыль зерна, относятся: влажность зерновой массы и окружающей ее среды, температура зерновой массы и окружающей ее среды, доступ воздуха к зерновой массе. Данные факторы положены в основу режимов хранения.

Применяют три режима хранения зерновых масс – в сухом состоянии, в охлажденном состоянии, без доступа воздуха. Кроме того, обязательно используют вспомогательные приемы, направленные на повышение устойчивости зерновых масс при хранении: очистку от примесей перед закладкой на хранение, активное вентилирование, химическое консервирование, борьбу с вредителями хлебных запасов, соблюдение комплекса оперативных мероприятий и др.

Основные задачи при хранении зерна и продуктов его переработки:

• улучшение и последующая сохранность технологических показателей качества зерна, влияющих на выход и качество готовой продукции (хлеб, мука, крупа, комбикорма, масло, пиво и т.д.). Перечень этих показателей и их нормирование приводятся в стандартах на зерно разных культур и целевого назначения;

• обеспечение соблюдения гигиенических требований безопасности и пищевой ценности зерна и зернопродуктов, регламентируемых санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами;

• минимизация потерь зерна на уровне норм естественной убыли при хранении и расчетной убыли массы, связанной с улучшением качества зерна при очистке, сушке, активном вентилировании и транспортировке, регламентируемыми действующим порядком учета зерна и продуктов его переработки;

• соблюдение требований к состоянию территорий, хранилищ, охране труда и окружающей среды, а также промышленной безопасности, регулируемой нормативно-технической документацией Госгортехнадзора.

Для решения перечисленных задач разработана и принимается система технологических процессов, предусматривающих приемку и формирование партий по технологическим достоинствам и особо учитываемым признакам, их временное хранение, сушку, активное вентилирование до и после сушки, очистку, последующее формирование партий, профилактику и обеззараживание в случае необходимости от вредителей хлебных запасов, оценку качества при приемке, проведении технологических процессов и отгрузке.

Нарушение условий хранения зерна способствует загрязнению и заражению зерна, что в свою очередь может повлиять на сохранность его потребительских свойств, а также привести к возникновению угрозы причинения вреда человеку, животным и окружающей среде.

Руководители элеваторов и хлебоприемных пунктов при учете зерна должны были руководствоваться приказом Росгосхлебинспекции от 08.04.2002 №  29 «Об утверждении порядка учета зерна и продуктов его переработки» (зарегистрировано в Минюсте России 31.05.2002 № 3490) [24], который с 01 января 2021 года утрачивает силу в связи с изданием Постановления Правительства РФ от 27.07.2020 № 1122 [21].

Хранение зерна необходимо осуществлять при его влажности 14– 15%. Зерно должно быть хорошо очищенным и незараженным. Относительная влажность воздуха в хранилище должна быть не более 65–70%. Благоприятная для хранения зерна температура от 5 до 15°С. Важными условиями сохранности зерна являются вентиляция и поддержание чистоты в хранилищах. При соблюдении этих условий зерно различных культур сохраняет свои посевные качества 5–15 лет, технологические – 10–12 лет. Однако в практике хранения партии зерна обновляют каждые 3–5 лет. При хранении в зерновой массе проверяют температуру, влажность, засоренность, зараженность представителями животного мира, получившими название вредителей хлебных запасов, а также цвет и запах зерна. Сроки проверки зависят от состояния зерна и условий хранения.

Помещения и емкости, предназначенные для хранения зерна и других продуктов, тщательно освобождают от остатков продуктов и пыли, если возможно, проводят влажную уборку, дезинфекцию и побелку. Обязательно освобождают от сорняков, органических остатков и прочего мусора пространство вокруг хранилища. Предпринимают истребительные меры по уничтожению вредителей. Важно также поддерживать техническую исправность зернохранилищ и оборудования.

В зернохранилище в течение всего периода нахождения зерна в складе должна быть организована проверка условий его хранения (влажность, температура), а также показателей зараженности вредителями, цвета зерна и наличия постороннего запаха, для чего в хозяйствах должны быть приборы для измерения температуры и влажности зерна. При хранении зерна должны обеспечиваться условия, позволяющие исключить возможность самовозгорания зерна, а также условия, обеспечивающие взрыво- и пожаробезопасность.

3 Современное состояние технологий хранения зерна и зернопродуктов

3.1 Анализ применяемых режимов и способов хранения зерна и продуктов его переработки

Для успешной организации хранения необходимо понимать сущность и значение каждого свойства зерновой массы в отдельности, а также взаимосвязи этих свойств и взаимодействия между зерновой массой и окружающей средой (хранилищем и элементами его конструкции, паровоздушной средой в нем, атмосферой, окружающей хранилище, и т.д.)

Правильный выбор режимов и способов хранения зерновых масс, основанных на свойствах последних, обеспечивает наибольшую технологическую и экономическую эффективность при хранении.

В основу режимов хранения положены факторы, влияющие на состояние и сохранность зерна рассмотренные ранее. Применяют следующие режимы хранения зерновых масс:

• в сухом состоянии;
• в охлажденном состоянии (когда температура зерна понижена до пределов, значительно тормозящих жизненные функции компонентов зерновой массы;
• без доступа воздуха (в герметическом состоянии) [93].

Сухой метод хранения

Режим базируется на принципе ксероанабиоза. Обезвоживание любой партии зерна и семян до влажности ниже критической приводит все живые компоненты, за исключением насекомых-вредителей, в анабиотическое состояние. При этих условиях исключается повышенный газообмен в зерне и семенах, развитие микроорганизмов и клещей. Дальше остается лишь оберегать зерно от повреждения его различными насекомыми и поедания грызунами.

Режим хранения в сухом состоянии – основное средство поддержания высокой жизнеспособности семян в партиях посевного материала всех культур и качества зерна продовольственного назначения в течение всего срока хранения. Систематическое наблюдение за состоянием таких партий, их своевременное охлаждение и достаточная изоляция от внешних воздействий (резких колебаний температуры наружного воздуха и его повышенной влажности) позволяют хранить зерно с минимальными потерями несколько лет. Поэтому метод полного или частичного высушивания применяется при длительном нахождении зерновых на базисных или фондовых хранилищах.

Зерновые массы, хорошо подготовленные к хранению (очищенные от примесей, обеззараженные и охлажденные), в складах хранят без перемещения четыре-пять лет и в силосах элеваторов два-три года.

При данном способе хранения огромное значение имеет способы сушки зерновых масс и их эффективность.

Способы обезвоживания зерновых продуктов могут отличаться, однако все методы условно можно разделить на две основные группы:

• без специального использования тепла (без подвода тепла к высушиваемому объекту);
• при помощи тепловой энергии.

При первом способе сушки используют обработку зерновой массы достаточно сухим природным воздухом или ее смешивание с водоотнимающими средствами твердой консистенции (сухой древесиной, активированным углем, сульфатом натрия и др.). На современных предприятиях применяют химическую сушку, технический сульфат натрия (природный – высушенный озерно-морской минерал мирабилит) обладает хорошей водопоглотительной способностью. При влажности 20-24% семена за весь период перемешивают два раза, при большей влажности – три-четыре раза в течение суток в первый период сушки. Продолжительность сушки 5-10 суток, в зависимости от исходной влажности семян, культуры, состояния наружного воздуха и других факторов. Для доведения влажности семян до кондиционной расход безводного сульфата натрия при влажности химиката 1-5% составляет (кг/т): при влажности семян 20% – 60, 25 – 120, 30 – 180, 35 – 240. Необходимо знать, что присоединение воды к химикату в процессе сушки сопровождается выделением тепла, и как следствие повышается температура смеси. Этот способ обезвоживания зерновых масс менее распространен .

Наиболее распространенный способ сушки с использованием тепла – сушка в специальных устройствах – зерносушилках и сушка на солнце (воздушно-солнечная). Наиболее рентабельной считается сушка зерновых культур, при которой они засыпаются в ёмкости и обрабатываются солнечным теплом и воздухом.

Однако хранение зерновых масс в сухом состоянии не исключает необходимости систематического наблюдения и ухода за ними, так как возможна порча партий зерна и семян с влажностью и ниже критической. Основными причинами порчи при данном режиме хранения являются: развитие насекомых – вредителей хлебных запасов, способных существовать и даже размножаться в зерне с минимальной влажностью и образование капельно-жидкой влаги и повышение влажности в каком-то ее участке из-за перепадов температур и явления термовлагопроводности.

Хранение зерна в охлажденном состоянии

Данный режим основан на принципе термоанабиоза, принцип действия при охлаждении схож со сухим методом. Чувствительность живых компонентов зерновой массы, как к повышенным, так и к пониженным температурам позволяет резко снижать их жизнедеятельность или приостанавливать совсем. На основе свойства тепловой инерции зерновых масс — даже в средней зоне страны в большей части насыпи зерна в складах пониженную температуру сохраняют с осени до конца весны, в силосах элеваторов – в течение всего года.

Зерновые массы находятся в охлажденном состоянии первой степени, если температура всех слоев насыпи ниже 10⁰ С более глубоким (вторая степень), а следовательно, и более консервирующим считают охлаждение, если температура зерновой массы ниже 0^оС. Для охлаждения зерна используют не только атмосферный воздух, но и искусственно охлажденный при помощи холодильных установок. Применение искусственного холода позволяет быстро охладить партии зерна и семян, предупредить потери, возникающие вследствие активного развития микроорганизмов и насекомых.

В нашей стране режим хранения в охлажденном состоянии – главный (наряду с хранением в сухом состоянии). Этому способствует географическое положение многих основных районов, где производят зерно, и многих крупных населенных промышленных центров, где его потребляют и хранят в больших количествах. В районах Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Владивостока, Саратова среднее количество дней в году с температурой ниже 0^оС – 120-150; зоне Красноярска, Новосибирска, Омска, Оренбурга – 150-180; в Иркутске и Чите – 180-210. даже в Запорожье и Ставрополье число дней с температурой ниже 0^оС превышает 100-120.

При данном режиме хранения хорошо сохраняется зерно при любой влажности, поэтому для партий зерна и семян с повышенной влажностью, особенно посевного материала, охлаждение – важнейший прием, обеспечивающий их сохранность. В то же время при значительном охлаждении зерновых насыпей (до температуры –20^оС и более) создаются условия для большого перепада температур весной, что обычно приводит к самосогреванию в верхнем слое насыпи. Вредно избыточное охлаждение и для посевного материала, у которого снижается всхожесть. В регионах с суровыми зимами, как в Красноярском крае, необходимо защищать зерновые массы в хранилищах от переохлаждения своевременным повышением высоты слоя насыпи и правильной эксплуатацией зернохранилищ.

С наступлением потепления постепенно переходят на летние режимы хранения и принимают меры для сохранения низкой температуры в зерновой массе на длительный срок. Наступление тепла особенно опасно для охлажденных партий зерна с повышенной влажностью.

Способы охлаждения зерновых масс

Охлаждение атмосферным воздухом бывает пассивным и активным. При пассивном способе понижение температуры достигается проветриванием зернохранилищ и устройством в них приточно-вытяжной вентиляции. Однако, установка труб и каналов в хранилищах и непосредственно в зерновой массе сокращает полезную емкость хранилища, осложняет механизацию перемещения зерна и может способствовать активации физиологических процессов за счет доступа кислорода, а следовательно и развитию самосогревания зерна. Проветривание складов (без устройства каналов в насыпях) применяют широко, так как при хранении огромных масс зерна оно приносит значительную пользу, при этом не требуется расхода механической энергии и больших затрат труда.

К активным методам охлаждения относятся перелопачивание, пропуск через зерноочистительные машины, транспортеры и нории, активное вентилирование при помощи стационарных или передвижных установок. Такие способы охлаждения отличаются повышенным повреждением и травмированием зерна, большими трудовыми затратами и меньшей эффективностью охлаждения [107].

Активное вентилирование проводят, если фактическая влажность зерна больше его равновесной влажности (см. табл. 3.1).

Равновесная влажность отдельных зёрен или семян в зерновой массе неодинакова вследствие различия их размеров, выполненности и т.д. влажность сильно варьирует по часам суток, достигая максимума рано утром и снижаясь до минимума к полудню и началу второй половины дня.

Таблица 3.1 – Равновесная влажность зерна разных культур

При невозможности определить равновесную влажность зерна, вентилирование проводят при условии, если температура наружного воздуха ниже температуры зерна на 4 °С — 5 °С и более, а в дождливую и туманную погоду перепад температуры должен составлять не менее 8 °С.

Методика хранения зерновых при невысоких температурах пользуется популярностью на небольших фермерских или складских предприятиях. С экономической точки зрения этот метод уступает лишь сухому способу консервации зернового сырья, а также отмечается низким процентом потерь продукта.

Возможно применение комбинированного способа охлаждения зерна.

Хранение зерна без доступа воздуха

Такой способ хранения основан на принципе аноксианабиоза. Отсутствие кислорода в межзерновых пространствах и над зерновой массой способствует самоконсервации зерновой массы, прекращению жизнедеятельности микроорганизмов (большинство из которых аэробы), исключению возможности развития клещей и насекомых, нуждающихся в кислороде. Все это способствует резкому сокращению потери массы зерна. Однако важным критерием сохранности зерна при анаэробном способе является влажность зерновой массы. Хорошо сохраняются технологические качества зерновой массы с влажностью до критической, при повышенной влажности продовольственные и кормовые достоинства несколько снижаются (темнеют оболочки, появляются спиртовой и кислый запахи, увеличивается кислотное число жира). Бескислородную среду создают одним из трех путей: естественным накоплением диоксида углерода и потерей кислорода вследствие дыхания живых компонентов, отчего и происходит самоконсервация (автоконсервация) зерновой массы; введением в зерновую массу газов (диоксида углерода, азота и некоторых других), вытесняющих воздух из межзерновых пространств; созданием в зерновой массе вакуума [93,107, 37].

Наиболее распространенным является первый путь. Для создания режима хранения зерновых масс без доступа воздуха требуются полностью герметизированные хранилища промышленного типа. Массовое хранение зерна без доступа воздуха осуществляют в грунте и в новой технологии хранения зерновых масс в полимерных мешках-рукавах.

Вторым методом создания бескислородной среды является вытеснение воздуха межзерновых пространств введение газов, полученных в газогенераторах нейтральных газовых сред. В них используется газ метан, который после сгорания и очистки дает следующую газовую смесь: N₂ 85-87 %, CO₂ 12-13 %, O₂ 1-2 %.

Режим хранения в сухом состоянии наиболее приемлем для долгосрочного хранения (в течение нескольких лет) зерна и семян, поэтому он распространен при длительном нахождении зерновых на базисных или фондовых хранилищах. Однако, данный способ противопоказан для хранения семян, так как они потеряют расположенность к всхожести.

Выбор режима хранения определяется многими условиями, в числе которых учитывают: климатические условия местности, в которой находится хозяйство; типы зернохранилищ и их вместимость; технические возможности, которыми располагает хозяйство, для приведения партий зерна в устойчивое состояние; целевое назначение партий; качество зерна; экономическая целесообразность применения того или иного режима и приема.

Способы хранения

Хранение зерна насыпью

Подразделяется на напольное и силосное. При насыпном способе хранения используется сухой метод складирования.

Хранение насыпью применяется в складах с плоскими и наклонными полами. Высота насыпи зависит от типа склада и влажности зерновой массы. В складах с плоскими полами высота насыпи должна быть не более 5…6 м, с наклонными – может быть до 7…10 м. Чем выше влажность хранящегося зерна, тем меньше высота насыпи. В таблице 3.2 представлены оптимальные режимы температуры и высота насыпи при хранении зерновых в сухом состоянии.

Таблица 3.2 – Высота насыпи при хранении семян зерна в сухом состоянии в зависимости от культуры и температуры, м

Если зерно имеет повышенную влажность, то высоту насыпи необходимо уменьшить для высушивания зерна или подключать систему активного вентилирования. За таким зерном необходим постоянный мониторинг состояния зерновой массы (температура, зараженность вредителями).

Хранение насыпью в силосах наиболее эффективный способ, обеспечивающий полную механизацию всех технологических процессов работы с зерном и используемый для долгосрочного хранения зерна. Особенность силосного хранения зерна в силосах большого диаметра заключается в постепенном медленном выравнивании температуры зерновой массы, засыпанной осенью на хранение, с температурой атмосферного воздуха.

Преимущества хранения насыпью:

• рациональное использование площади и объемов зернохранилища;
• механизация технологических процессов погрузки, разгрузки и транспортировки продукции;
• облегчается борьба с вредителями хлебных запасов;
• удобство мониторинга состояния зерновых масс;
• отсутствие расходов на тару и упаковку.

Хранение зерна в мешках

Чаще всего этот способ используется для сохранности и транспортировки семян, имеющих повышенную ценность: элитных посадочных семян, зерно дорогих сортов зерновых культур с тонкостенной структурой. Хранят также в таре семена мелкосеменных культур, семена с хрупкой оболочкой или легко растрескивающиеся при пересыхании и содержащие эфирные масла. Чаще всего используют мешки из грубой ткани, капрона или полипропилена. Мешки для хранения семян и зернопродуктов могут быть изготовлены из льняной, полульняной, льноджутовой, льноджутокенафной и пенькоджутовой ткани. Реже применяют бумажные мешки (крафт-бумага) с тканевой подкладкой. Полипропиленовую тару используют в элеваторах, так как она устойчива к механически повреждениям и влагоустойчива. В настоящее время все большее распространение получают капроновые мешки.

Наиболее ценные семена, имеющие высокую стоимость и производимые в селекционно-опытных учреждениях и элитно-семеноводческих хозяйствах, относимые к элите и суперэлите, хранят затаренными в тканевые мешки. В бумажных мешках поставляют и хранят откалиброванные по крупности обработанные пестицидами семена кукурузы.

На складах мешки с семенами укладывают на деревянные поддоны или настилы, отстоящие от пола не менее чем на 15 см, и от наружных стен хранилища не менее чем на 50-70 см; «тройником» или «двойником.

Высота укладки штабелей мешков с семенами зависит от вида культуры, влажности и времени года (табл. 3.3).

Таблица 3.3 – Величина укладки мешков в зависимости от культуры и температуры

Протравленные семена в крафт-мешках (несколько слоев плотной бумаги) хранят в изолированных помещениях семенохранилища в штабелях высотой укладки до 20 рядов.

Проходы между штабелями для проведения технологических операций, наблюдения за состоянием семян, приема и отпуска должны быть не менее 1,5 м, а при использовании механизированных средств укладки и транспортирования мешков — не менее 2,5 м.

При хранении в штабелях семена должны храниться отдельно по культурам, по сортам и репродукциям, в пределах репродукции отдельно хранят по категориям, в пределах категории раздельно по назначению и по влажности.

Другие способы хранения зерна

В настоящее время существуют и другие способы хранения зерна, распространенные в других странах и получившие развитие в последние годы в России:

• хранение во временных хранилищах модульного типа;
• хранение зерна в мини-элеваторах с использованием мобильных транспортных установок;
• хранение в полимерных зерновых рукавах и кольцевые зернохранилища;
• бескаркасные арочные и тентовые каркасные ангары.

Модульное хранилище применяется в тех случаях, когда необходимы дополнительные емкости для хранения. В Российской Федерации они появились в 2008 году, применяются на Алтае и в Центральном Черноземье.

Модульные хранилища очень компактны, не требуют больших площадей, легко монтируются и просто обслуживаются, их можно разобрать и перенести на другое место.

Бескаркасные арочные и тентовые каркасные ангары тоже используются при хранении зерна в мобильных условиях, но они проще по монтажу и затратам.

Наиболее перспективным и экономичным альтернативным способом хранения зерна является хранение в полимерных зерновых рукавах. Это один из методов хранения зерна без доступа воздуха. После заполнения герметичного мешка-рукава за счет дыхания зерновой массы уменьшается концентрация кислорода и увеличивается – углекислого газа, внутри рукава образуется оптимальная среда для хранения, в которой у насекомых и грибков инактивируется способность к жизнедеятельности и развитию и уменьшается активность самого зерна. Для осуществления процесса загрузки/выгрузки зерна требуется комплект оборудования, состоящий из беггера – загрузочного устройства, которое работает от ВОМ трактора, экстрактора – оборудования для разгрузки, загрузочной машины для подачи зерновых в бункер беггера, и гибкие полиэтиленовые мешки, трактор (категория МТЗ-80(82)). Бункер-накопитель представляет собой тракторный прицеп с самовыгружным шнековым механизмом (рисунок . Шнек бункера-накопителя отвечает за разгрузку сырья внутрь приемной воронки бэггера. Бэггеры обеспечивает плотную и равномерную погрузку сырья непосредственно в рукав и работают от вала отбора мощности (ВОМ) тракторов. Шнековая машина используется для выгрузки рукавов, наполненных зерном. Раскрытие полиэтилена сопровождается боковой разгрузкой и складыванием использованного пластика в рулоны: мешок-рукав наматывается на ролик и содержимое высыпается.

Рисунок 3.1 – Процесс загрузки зерна для хранение в полимерных зерновых рукавах

Зерновые рукава представляют собой трехслойные полимерные мешки длиной 60–75 м и вместимостью 65–300 т, которые наполняет зерном специальная зерноупаковочная машина — бэггер. Рукава изготавливаются бесшовным методом из полимерной пленки с применением первичного полиэтилен и специальной добавки — металлоцина (mLL), предающей материалу рукавов наибольшую прочность и эластичность. При производстве применяют метод экструзии, получая на выходе трехслойное полотно: первый слой – внешний, белого цвета, остальные два – черные. Внешний слой содержит ультрафиолетовые добавки и отражает солнечные лучи, не позволяя зерновому рукаву перегреваться. Внутренние слои обеспечивает светонепроницаемость.

В рукавах можно хранить и сухое, и влажное зерно пшеницы, ячменя, кукурузы, гороха, сои, подсолнечника, рапса. Наиболее подходящая влажность зерновой массы – 10-14%. В зависимости от влажности, заложенные зерновые в пластиковых рукавах могут храниться до полутора лет. Площадка для хранения рукавов должна быть твердой, ровной и изолированной от животных, чтобы свести к минимуму риски его повреждений. Необходимо периодически контролировать целость рукавов и сразу заклеивать место разрыва.

Исследованиями Ткаченко М.И. показано, что изменения качественных показателей зерна при хранении его в рукавах были незначительными [90]. Изменение качественных характеристик зерна в процессе 6 месяцев хранения по технологии анаэробного хранения в полиэтиленовых рукавах показаны в таблице3.4.

Таблица 3.4 – Изменение качественных характеристик зерна в процессе хранение по технологии анаэробного хранения в полиэтиленовых рукавах.

Из таблицы 3.4 видно, что в процессе хранения влажность изменялась незначительно, что положительно сказалось на динамике изменения клейковины и натуры зерна. Отсутствие перепада температур по слоям насыпи зерна в контейнерах тормозило образование конденсационной влаги. Внутренняя микрофлора зерна пшеницы через шесть месяцев хранения уменьшилась до 36 колоний грибов на 100 зерен с 58 исходных данных.

Нормы естественной убыли, утвержденные МСХ РФ от 23.01.04 г. №55, предусматривают предельно допустимые потери при хранении зерна пшеницы в течение шести месяцев в элеваторах, в складах насыпью и в таре соответственно: 0,055; 0,09 и 0,06%. На приспособленных для хранения площадках потери не должны превышать 0,16%.

Ощутимые потери зерна пшеницы, хранившегося в течение шести месяцев в полиэтиленовых контейнерах, не обнаружены. Отсутствие ощутимых потерь, предусмотренных нормами естественной убыли, подтверждается сохранностью и повышением качественных показателей зерна и семян [90].

Преимущества метода хранения в полимерных зерновых рукавах:

– использование данной технологии не предусматривает крупных затрат на строительство и содержание хранилищ;

– небольшие инвестиционные вложения и быстрая окупаемость затрат;

– экономия средств на перевозке сырья и исключение расходов по хранению на элеваторе;

– анаэробное хранение сохраняет качественные характеристики зерна на протяжении 1 – 1,5 лет:

– возможность хранения и сухого и влажного зерна;

– универсальность технологии позволяет хранить все зерновых, масличные и бобовые культуры;

– обеспечение защиты вредителей и болезнетворной микрофлоры;

— исключение применения консервантов и биохимической обработки;

– минимизация потерь сырья за счет за счет быстрой закладки без доступа кислорода и высокого уплотнения содержимого;

– получение на выходе зерна более высокого качества за счет послеуборочного дозревания в рукавах;

– Хранение отсортированного зерна товарными партиями по однородным качественным показателям.

Недостатки этого метода хранения:

– короткий срок службы рукава;

– инвестиционные затраты на специализированное оборудование.

Таким образом, технология хранения зерна в герметичных полиэтиленовых рукавах предназначена для краткосрочного размещения сухого и влажного сырья. Использование ее предприятиями АПК позволяет сократить транспортные расходы и затраты на услуги по хранению.

Мука как сырье, подлежащее хранению, имеет свои особенности. В отличие от зерна, покрытого плотными оболочками, медленно пропускающими воду и задерживающими микроорганизмы, она является более «доступным для воздействия» сырьем. Важным является и то обстоятельство, что при помоле значительная часть микроорганизмов зерна переходит в муку, что не может не сказываться на различных процессах, происходящих при ее хранении. Также в отличие от зерна, являющегося живым организмом, мука не обладает процессами, происходящими в зерне в целом. Иногда в муке идут процессы автолиза под воздействием ферментов, содержащихся собственно в мучном сырье. Кроме того, частицы муки имеют высокую способность сорбировать пары воды и газа, а также кислород из среды по причине большой относительной поверхности ее частиц, обуславливающий данную способность, а также возможность возникновения гидролитических и окислительных процессов. Все это приводит к воздействию на белки, липиды и другие вещества сырья. Учитывая все вышеизложенное, можно сделать вывод, что мука как объект хранения труден и требует создание специализированных и определённых поддерживаемых условий, иначе ее качество будет не соответствовать установленным нормативам и требованиям 70.

Процессы, протекающие в данном виде сырья, могут иметь как положительный, так и отрицательный характер, что определяет ее потребительские свойства. Положительным процессом, способствующим улучшению качества муки и ее хлебопекарных свойств, является созревание муки. К отрицательным процессам относятся перезревание, прогоркание, заплесневение, развитие насекомых и клещей, самосогревание и слеживание. Данные процессы приводят к потерям массы сухих веществ и снижению ее качества 70, 36.

Важным моментом для процесса созревания муки является продолжительность ее отлежки, которая определяется условиями хранения и исходными хлебопекарными свойствами зерна, из которого она получена. При удлинении данного периода происходят необратимые ухудшения хлебопекарных свойств муки – перезревание. При созревании происходит ее побеление, обусловленное окислительными процессами. Отмечается, что в безвоздушном пространстве мука не белеет 70, 36.

При хранении муки при положительных температурах свыше 10…15С увеличивается ее титруемая кислотность и кислотное число жира, что тесно связано с изменением ее свежести. Кислотное число жира может достигать 50…60 единиц и выше, такая мука непригодна для хлебопечения. Понижение же температуры хранения до 0С и ниже тормозит гидролиз жира. Стоит отметить, что при длительном хранении муки с крепкой клейковиной или при повышенных температурах также происходит ухудшение ее качества. В процессе хранения изменения клейковины происходят с одной стороны благодаря воздействию непредельных жирных кислот, образующихся при гидролизе жира, а с другой стороны из-за кислорода воздуха, окисляющего автиваторы протеолиза. Поэтому кислотное число жира и титруемая кислотность являются надежными показателями степени ее свежести и определения времени хранения. При температуре 25…45С созревание муки заканчивается быстрее, пониженная температура оказывает замедляющее воздействие, а температура 0С – останавливает данный процесс. То есть, регулируя температуру, можно оказывать воздействие на продолжительность процесса хранения и интенсивность процесса созревания, с целью прогнозирования подготовительных операций с мучным сырьём. Также имеет значение сырье, из которого получена мука. В частности, для муки, полученной из зерна с незаконченным периодом послеуборочного дозревания и зерна свежеубранного, требуется более продолжительный период отлежки. Немаловажным является способ размещения, размер штабелей мешков, плотность их укладки, влияющих на аэрацию муки, а, следовательно, и на ее созревание. О продолжительности созревания пшеничной муки пока нет точных данных 70, 36.

В последние годы происходит внедрение бестарного хранения и перевозки муки, в результате которого ее созревание ускоряется. Применении принудительной аэрации может значительно ускорить созревание свежесмолотой пшеничной муки при хранении в силосах. Оптимальными условиями ускоренного созревание пшеничной муки при бестарном хранении в силосах считается аэрирование ее воздухом при температуре 25С в течении 6 ч и удельном расходе воздуха 2…3 м³/ч на 1 т. Но всегда следует помнить об ограниченности периода созревания, превышение которого приводит к ухудшению показателей ее качества 70 .

Хранение муки в инертных средах (азот), вакууме, в темноте замедляет процесс прогоркания. От данного процесса также предохраняют муку и нормальных исходные качества и пониженная температура на складе в процессе хранения. Прогоркание достигает максимальной скорости при 30-35С, а также протекает более интенсивно в более сухой муке, тогда как в муке с большей влажностью (15-16%) данный процесс замедляется в связи с тем, что влага защищает муку от проникновения кислорода воздуха. Но это имеет обратную сторону – происходит развитие микроорганизмов, активная жизнедеятельность которых проявляется при увеличении влажности до 17% в результате миграции влаги. Также при повышении данного параметра от 15,5% до 16% возможны случаи самосогревания муки, кроме того влажность муки также оказывает влияние на слеживание данного сырья 70, 36.

Сорт муки также имеет влияние на период ее созревания и срок хранения. Мука высоких сортов прогоркает быстрее, что объясняется тем, что в обойной муке присутствуют антиокислители, находящиеся в зародышевых частицах, замедляющих процессы окисления. Немаловажным является сама культура, из которой выработана мука. Кукурузная, овсяная мука, а также сука из сои прогоркает быстрее и для нее длительное хранение возможно только при пониженных температурах или без доступа воздуха 70.

С целью бесперебойного обеспечения потребителей мукой требуется создание некоторых запасов, срок хранения которых может достигать продолжительного периода времени, порой более года. Процесс хранения может быть организован с использование тары или без нее в специализированных хранилищах определенной конструкции (бестарное хранение). Мешки укладывают также определенным образом в зависимости от свойств продукции. В зависимости от типа предприятия процесс укладки также имеет свои особенности (на складах перерабатывающих предприятий штабель укладывают постепенно, тогда как на реализационных базах при получении сырья с железной дороги – повагонно). От вида продукции, влажности и температуры воздуха в складе зависит высота укладки, также важным моментом является укладка мешков на деревянные подпоры определенной высоты. Тарное хранение хоть и обеспечивает хорошую сохранность качественных характеристик, имеет недостатки, которые существенно ограничивают его широкое применение: большое количество требуемой тары, вследствие чего возникают значительные затраты ручного труда на упаковку, укладку и перевозку. Кроме того, после извлечения муки из тары в ней остается до 150 г муки, к извлечению которых возникают дополнительные затраты. Вследствие этого при хранении муки основным направлением является бестарное хранение в специальных силосах имеющее определенную конструкцию и оборудование в виде вибраторов или аэраторов 70, 37.

В промышленных масштабах одну из решающих ролей играет правильное хранение муки, поскольку именно этот параметр определяет итоговое качество продукта, который потом идет на производство тех или иных товаров.

В промышленных масштабах существует два основных способа складирования:

Хранение муки в мешках. Этот вариант используют в тех случаях, когда объем ее незначителен. При этом сами мешки складируют рядами, по несколько штук друг на друга. Такое часто можно наблюдать на хлебопекарных предприятиях, где продукция хранится достаточно короткий промежуток времени. При соблюдении надлежащей температуры и влажности этот метод вполне соответствует необходимым требованиям и позволяет изготавливать из него различную продукцию с минимальными рисками потери качества.

Мешки с мукой составляют в штабеля на деревянные подтоварники или деревянные решетки. Штабеля размещают отдельно по видам муки, сортам, номерам (для круп) и датам поступления. Высота штабеля с крупами и мукой зависит от времени года, условий хранения, вида, сорта и влажности продукции. Муку с влажностью до 14% вкладывают в штабеле такой высоты (число рядов мешков): при температуре воздуха в составе выше чем +10 С — 10 рядов, от +10 до 0 С — 12 рядов, ниже 0 С — 14 рядов. Муку с влажностью 14–15,5% вкладывают в штабеля соответственно на два ряда мешков меньше.

Бестарное хранение. Такая методика применяется в крупной промышленности и во многом напоминает принцип зернохранилища. Для обеспечения надлежащего хранения используется колоссальное количество инструментов, начиная с силосов для складирования и заканчивая системами кондиционирования, температурными датчиками и линиями автоматической загрузки и выгрузки. В этом случае обеспечиваются безупречные условия, поэтому срок сохранности продукции достигает своего возможного максимума.

При бестарном хранении при соблюдении температурного режима и контроля уровня влажности срок хранения муки может достигать двух лет, что практически в два раза больше, чем при традиционном складировании в мешках или более мелкой таре.

Оптимальная влажность воздуха для хранения муки — 60–70%. Благоприятная температура — от +5 до +15 С. При длительном хранении температура должна быть от +5 до -15° С [93].

Резкое колебание температуры воздуха и влажности отрицательно влияет на хранение муки. Мука с повышенным содержанием жира хранится менее продолжительный период времени, например мука пшеничная второго сорта, соевая мука, кукурузная, овсяная. Ржаная мука также имеет относительно небольшой срок хранения, по сравнению с пшеничной мукой Сортовая пшеничная мука хранится 6– 8 месяцев, ржаная сортовая 4–6 месяцев, кукурузная и соевая недезодорированная 3–6 месяцев, соевая дезодорированная мука — 12 месяцев. При низких температурах (около 0 °С и ниже) срок хранения муки продлевается до двух лет и более. В мешках мука хранится намного лучше, чем в потребительской таре.

Хранение муки достаточно сложный процесс, который делится на два этапа. На первом этапе происходит улучшение хлебопекарных свойств муки, на втором этапе происходит ухудшение качества муки.

Первый этап называется созреванием. Свежепомолотую муку не используют, т.к. из нее получается некачественный хлеб (малого объема, пониженного выхода и т.д.), поэтому перед использованием, мука должна пройти отлежку в благоприятных условиях, в результате которых улучшаются хлебопекарные свойства муки. Созреванию, как правило, подвергается только хлебопекарная мука, ржаная мука в отлежке свои хлебопекарные свойства не меняет, поэтому в созревании не нуждается. Созревание муки связано с окислительными и гидролитическими процессами в липидах и снижением активности ферментов до определенного уровня. После созревания мука становится светлее. В результате ферментативного окисления фитина высвобождаются фосфорная и другие органические кислоты, т.е. повышается усвояемость минеральных элементов. Но самое главное — улучшаются хлебопекарные свойства за счет укрепления клейковины. Такое действие оказывают перекиси, окисляющие части сульфгидрильных групп (-S-Н-) с образованием дисульфидных связей (-S-S-)  между молекулами белка, образующими клейковину. При взаимодействии белков с продуктами гидролиза и окисления жира получаются липо-протеины, уменьшающие растяжимость клейковины. Таким образом, если мука после помола имела слабую клейковину, то после созревания слабая клейковина приобретает свойства средней, а средняя — сильной, сильная — очень сильной, возможно даже ухудшение качества, например, очень крепкая клейковина, крошащаяся [93].

Пшеничная сортовая мука созревает при комнатной температуре 1,5–2 месяца, обойная 3 — 4 недели. Муку, предназначенную для длительного хранения, необходимо сразу охладить до О С, тогда созревание будет продолжаться год. Если же муку со слабой клейковиной необходимо сразу использовать, то процесс созревания можно ускорить до 6 часов за счет ее аэрации теплым воздухом.

Для ускорения созревания используют химические улучшители, а также пневматическое перемещение муки с помощью сжатого, особенно нагретого, воздуха.

Ржаная мука созревает в течение 2— 4 недель, при комнатной температуре. В ней протекают такие же процессы, как и в пшеничной сортовой муке.

3.2. Типы и технологические процессы зернохранилищ

Под биологической устойчивостью той или иной культуры понимают способность растений не изменяться под влиянием времени и внешних воздействий. По способности семян сохранять жизнеспособность А. Иварт предложил разделить различные растения на 3 класса биоустойчивости – всхожесть и, всхожесть кукурузы хорошо сохраняется до 10 лет ,и и микробиотики. К микробиотикам – недолговечным с точки зрения хранения культурам – относятся рожь, подсолнечник, соя, рапс, семена которых сохраняют всхожесть от 3 до 5 лет.

Средняя продолжительность хранения характерна для мезобиотиков, семена сохраняют всхожесть от 5 до15 лет. Макробиотики являются самыми долговечным видам растений и сохраняют всхожесть (10-15 лет).

Таблица 3.5 – Всхожесть семян полевых культур в зависимости от сроков хранения в условиях сухого климата, %

Из таблицы 2.4 видно, что основные злаковые культуры – пшеница, овес и ячмень – сохраняют всхожесть семян на высоком уровне в течение 15 лет, и относятся к группе макробиотиков, к этой группе относятся также горох и сорго. Всхожесть кукурузы хорошо сохраняется до 10 лет, культура относится к группе мезобиотиков. Быстрее других теряют всхожесть семена ржи (9-10 годам) и сои (на 7-й год).

Биоустойчивость культур при хранении во многом зависит от условий содержания массы, уровня влажности. Сушка увеличивает стойкость хранения зерновой партии и замедлятся процессы старения зерна, но с другой стороны помимо дополнительных энерго- и финансовых затрат может привести к повреждениям и хрупкости зерна. Для долгосрочного хранения оптимальная влажность у большинства культур не должна превышать 13 %, поровым показателем для активации процессов жизнедеятельности является влажность от 14 % и выше.

Зерно сохраняет свои потребительские свойства в течение определенного периода, называемого долговечностью сырья.

Она бывает разных типов:

• биологическая долговечность – период, в который сохраняется способность прорастать хотя бы у единичных экземпляров;
• хозяйственная долговечность – срок хранения зерна с сохранением кондиционной всхожести семян, соответствующей ГОСТу;
• технологическая долговечность – период хранения с сохранением полноценных свойств зерна для пищевых, кормовых или технических нужд.

Биологическая долговечность пшеницы – более 30 лет, а хозяйственная – 5-10 лет. Наиболее устойчива мягкая стекловидная пшеница. Если зерно хорошо дозрело, было высушено и охлаждено в мягком режиме, то храниться может более 10 лет, причем хлебопекарные качества существенно не изменятся.

К зернохранилищам предъявляют много требований, которые направлены на обеспечение сохранности зерна с минимальными потерями без снижения качества и с наименьшими издержками. Требования, предъявляемые к зернохранилищам и складам для хранения зерна, указаны в статье 4 Технического регламента «О безопасности зерна».

Все требования, предъявляемые к зернохранилищам, можно подразделить на технологические, конструктивные, эксплуатационные и экономические.

В первую очередь зернохранилище должно удовлетворять технологическим требованиям – обеспечивать количественную и качественную сохранность зерна. Биохимические особенности зерновой массы должны учитываться при приемке, обработке, хранении и отпуске. Влажность, температура зерна и развитие микроорганизмов – эти факторы действуют одновременно. Чем больше температура, тем активнее процесс дыхания и развитие микрофлоры. При достижении определенных пределов эти факторы вызывают самосогревание зерновой массы.

Вместимость должна быть достаточной, чтобы в нормальных условиях в них можно было разместить все закупаемое зерно, а так же переходящие остатки от урожаев предшествующих лет.

Для осуществления количественной и качественной сохранности зерна зернохранилища должны быть надежными в строительном отношении. Зернохранилища должны выдерживать неблагоприятные воздействия внешних погодных условий, а также выдерживать давление зерновой массы на стены и днища.

Для обеспечения сохранности качества зерна к стенам и полам предъявляют такие требования, как малая теплопроводность и хорошая гигроскопичность. Низкая теплопроводность защищает зерно от резких изменений температуры. При резком понижении температуры на внутренней поверхности стен происходит конденсация водяных паров [80].

Зернохранилища должны исключать проникновение влаги внутрь помещения. Во избежание проникновения грунтовых вод и увлажнения зерна между фундаментом и стеной прокладывают изоляционный слой.

В зернохранилищах должны исключаться условия, способствующие развитию вредителей. Необходимо предусматривать возможность проведения активного вентилирования и газацию зернохранилища. Стены должны быть газонепроницаемыми. Положительной стороной зерновой массы как сыпучего материала является то, что процессы с зерном можно легко механизировать. Технологический процесс в зернохранилищах сопровождается выделением пыли и образованием отходов. Поэтому надо предусматривать аспирационные установки и специальные бункера для отходов. Для проведения технологических операций по очистке и сушке зернохранилища должны быть оборудованы зерноочистительным и зерносушильным оборудованием, состав и производительность которого должны соответствовать качеству поступающего зерна. Для весового контроля устанавливают весы.

На рисунке 3.2 представлена общая схема хранения зерна в зернохранилищах.

Рисунок 3.2 – Схема хранения зерна

Хранят зерно насыпью и в таре в складах вместимостью от 500 до 5 000 т. Склады сооружают из сборного железобетона, кирпича, дерева, металла и т.п. Кроме того, для хранения используют элеваторы мощных промышленных предприятий для приема, обработки, хранения и отпуска зерна. Это по существу фабрика по доведению зерна до кондиции потребления, на которой формируют крупные, однородные по качеству партии зерна. Размещение отдельных партий зерна с учетом количественно-качественной характеристики требует того, чтобы в зернохранилищах были соответствующие силосы, бункера.

Зернохранилища должны иметь хорошую связь с подъездными путями и располагать необходимой мощностью силовой станции. В целом зернохранилища должны быть оптимально экономичны и отвечать требованиям охраны труда, техники безопасности, производственной санитарии и гражданской обороны. Таким образом, они представляют собой сложное технологическое производство.

Зернохранилища предназначены для хранения зерна и семян насыпью, имеют устройства для принудительной аэрации (аэроднища, аэроканалы, аэрожелоба), зернохранилища не отапливаются. Для загрузки и выгрузки зерна используют нории, транспортеры (ленточные, вибрационные, шнековые, скребковые), зернопогрузчики, зернопульты, электропогрузчики, автопогрузчики и т. п.; пневмотранспортеры; самотечные зернопроводы.

По назначению различают зернохранилища продовольственные, фуражного и семенного зерна; по способу хранения – напольные (зерносклады), закромные (бункерные) и силосные зернохранилища. Зернохранилища бывают двух типов: элеваторы и склады.

Зерносклады

Это одноэтажные помещения с горизонтальными или наклонными полами, кирпичными, каменными или железобетонными стенами. Зерно в таких складах хранят насыпью на полу или в закромах. Различные способы хранения зерна, размеры хозяйств и набор культур определили появление большого числа типов и размеров зернохранилищ.[80] Типовые склады имеют длину 60 м, ширину 20 м, их емкость при полной загрузке достигает 3200 т зерна. Склады по степени механизации классифицируются на немеханизированные (без стационарной механизации), с частичной механизацией и механизированные.

Немеханизированные склады строят только с горизонтальными полами, в них используют передвижную механизацию. Прием, перемещение и отпуск зерна в этих складах осуществляют с применением передвижных и самоходных механизмов.

Частично механизированные оборудованы верхним и/ или нижним стационарным конвейером для загрузки зерна в склад и его выгрузки.

Механизированные склады строят как с горизонтальными, так и с наклонными полами. Эти склады оборудуют верхними (загрузочными) и нижними (разгрузочными) стационарными ленточными транспортерами и нориями, установленными в торцах складов. Верхний ленточный транспортер устанавливают по оси склада на строительных фермах, а нижний – под перекрытием склада в проходной или непроходной галерее. Склады с непроходными галереями строят главным образом в районах с высоким уровнем грунтовых вод. При применении непроходных галерей ленточный транспортер, как правило, является опоясывающим.

Механизированные склады с наклонными полами строят как с горизонтальными, так и с наклонными полами в районах с низким уровнем грунтовых вод. Заглубляют такие полы на 6–7 м. В этом случае проходная галерея с нижним транспортером размещается на глубине более 8 м, а высота насыпи зерна по гребню достигает 10–11 м. Такие склады вмещают значительно больше зерна, и, что самое важное, позволяют полностью механизировать их разгрузку через нижние люки. Для этого угол наклона пола должен быть не менее 36–40° (выше угла трения зерна). Учитывая особую опасность затягивания людей в зерновую воронку при выпуске зерна, нахождение людей в складах с наклонными полами во время их разгрузки категорически запрещается [80].

В современных зерновых складах делают сплошные полы из тугоплавкого асфальта, которые достаточно прочны, долговечны, надежно изолируют зерно от грунтовой влаги. Бетонный пол в складах применяют редко, он легко растрескивается и не обеспечивает полной гидроизоляции. На бетонном полу вследствие его повышенной теплопроводности также создаются условия для образования конденсата влаги и развития неблагоприятных физиологических процессов: прорастания и низового пластового самосогревания зерна. Для устройства стен зернового склада используют кирпич, камень и сборный железобетон. Стены должны выдерживать давление зерновой насыпи при максимальной загрузке склада. С внутренней стороны стены делают гладкими, без щелей. Толщина стен склада по высоте неодинакова. Так, кирпичная стена имеет толщину в верхней части 250 мм, в средней – 380 и в нижней – 523 мм. Лучшую сохранность зерна обеспечивают стены с малой теплопроводностью и хорошей гигроскопичностью внутренней поверхности. Такие стены хорошо защищают зерно от внешних колебаний температуры, а при конденсации водяных паров в большей степени сами, а не зерно, поглощают эту влагу.

Для рациональной эксплуатации одноэтажных зерноскладов и удешевления стоимости хранения зерна вместимость их должна быть использована максимально. Это достигается размещением зерновой массы предельно допустимым по высоте насыпи слоем. При напольном хранении зерно размещают насыпью или в таре на полу склада при небольшой высоте слоя (не более 4-5м) и только в складах с наклонными полами (высота слоя достигает 8-9м). Высота насыпи зерна в складах с горизонтальными полами допускается: у стен 2–2,5 м, в середине склада 4–5 м. Одноэтажные зерносклады пригодны для хранения зерновых масс любого состояния по влажности и засоренности, но в этом случае высоту насыпи зерна уменьшают в 2–3 раза. Кроме зерна в напольных складах можно хранить в мешках муку, крупу и другие продукты [110].

Недостатки складов:

– малый коэффициент использования кубатуры здания, в связи с этим повышенная стоимость;

– трудно механизировать процессы хранения.

В зависимости от высоты стен по отношению к размерам в плане различают несколько видов хранилищ:

– закром – часть пространства в зернохранилище напольного хранения, огражденная стенами небольшой высоты по отношению к размерам в плане и имеющая плоский, слегка наклонный пол;

– бункер – это закром с днищем в виде опрокинутой пирамиды.

– силос – это закром, вместимость которого и высота стен в 1,5 раза больше, чем размеры в плане, а дно конусное.

Силоса

Хранение зерна осуществляется бетонных и в металлических силосах.

Бетонный силос – это мощное надёжное хранилище с высоким уровнем теплоизоляционных свойств, которому не страшны перегрузки, а сохранность содержимого не будет зависеть от перепадов температуры. Оно подойдёт для временного и длительного хранения зерна. Зерно в силосах мало соприкасается с воздухом, поэтому оно слабо аэрируется. Зерно размещают только сухое, если с повышенной влажностью, то его хранят кратковременно при условии наличия установки активного вентилирования, чтобы зерно прошло послеуборочное дозревание. Лучше используется кубатура и дешевле механизировать трудоемкие работы, сооружение дорогостоящее, однако затраты быстро окупаются [107].

Недостатки:

– обслуживание бетонные силосов достаточно сложный и затратный процесс;

– при хранении от трения о стены бетонного силоса увеличивается количество раздробленных зёрен.

Отличительными особенностями силосных зернохранилищ можно назвать:

• внутреннее пространство хранилищ этого типа используется полностью (на 99,9%);

• разные виды культур, зерно с разной влажностью, урожаи разных лет хранятся раздельно;

• достигается высокая степень автоматизации процесса и сохранность зерновых культур;

• высокая цена силосных зернохранилищ окупается в течение 2-4 лет за счёт отличной сохранности зерна и его высокого качества.

За последние годы в практике хранения зерна получили распространение цилиндрические силосы различной вместимости: от 25 т (бункера) до 10 000 т (бины) зерна, изготавливаемые из стали, алюминия и различных сплавов. В качестве преимуществ таких хранилищ следует отметить удобство их загрузки (самотеком, конвейерами), а также и выгрузки (самотеком, скребковыми конвейерами, аэрожелобами и другими средствами механизации). Такие силосы можно быстро построить, они дешевле и быстрее окупаются, чем капитальные зерносклады. Таким типам хранилищ следует отнести малую потребность нужна меньшая площадь. Так, на территории, нужной для строительства склада на 5 500 т, можно разместить три металлических хранилища общей вместимостью 15 000 т. Силосы надежно защищают зерновые массы от грызунов, безопасны в пожарном отношении, они удобны и для проведения газовой дезинсекции многими фумигантами, активного вентилирования.

Однако при всех этих достоинствах металлические силосы имеют и свои недостатки. Так, при резких перепадах температур под действием окружающего воздуха и солнечной радиации создаются температурные градиенты, приводящие к явлению термо-, влагопроводности в зерновой массе и образованию в ней конденсационной влаги в периферийных слоях толщиной до 10–15 см. Все это способствует активизации микробиологических процессов и, прежде всего, развитию грибной флоры. Это обстоятельство побуждает загружать в металлические силосы только зерновую массу, находящуюся в сухом состоянии. Обязательным условием надежного хранения зерна является оборудование силосов системой активного вентилирования.

Металлические зернохранилища рекомендуется использовать для хранения в сухом, очищенном и охлажденном состоянии зерна пшеницы, ячменя, кукурузы. При хранении зерна в металлических зернохранилищах засоренность не должна быть выше средней чистоты, а влажность – не более 14%, содержание сорной примеси — пределов, установленных ГОСТами для зерна средней чистоты.

Предельно допустимые сроки хранения зерна в металлических зернохранилищах приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Предельно допустимые сроки хранения зерна в металлических зернохранилищах, месяцы

* Южная зона — Краснодарский и Ставропольский края, Нижнее Поволжье, Молдавская ССР, юг Казахской ССР, юг УССР, республики Средней Азии и Закавказья

Металлические силосы бывают двух видов: с горизонтальным и конусным днищем. Силосы с горизонтальным дном проще и быстрее монтировать, однако они должны быть оборудованы разгрузочным транспортером и разгрузочными люками для зерна. Преимущество в практике хранения имеют силосы с конусным днищем, угол наклона которых должен быть не менее 45°. В них обеспечивается полная выгрузка зерна самотеком. Такой силос в сборе устанавливается на опорное металлическое основание, что позволяет резко упростить и удешевить фундамент, достаточно соорудить простую бетонную площадку под опорное основание.

Преимущества силоса являются:

– быстрый монтаж;

– экономия площади под размещение (на одной площади зернового склада вместимостью в 5,5 тысяч тонн можно разместить силоса вместимостью до 15 тысяч тонн зерна);

– механизация погрузочно-разгрузочных работ;

– надежная защита от грызунов;

– пожаробезопасность;

– дополнительное вентилирование и дезинфекция зерна.

Недостатками такого способа хранения являются:

– высокая теплопроводимость, вследствие чего слабая защита зерновой массы при резких перепадах температуры, из-за этого может образовываться конденсационная влага в периферийных слоях, что способствует активизации микробиологических процессов;

– внезапные выходы из строя крупных конструкций (разрыв металла в различных участках конструкции) в связи с резким понижением температуры окружающего воздуха;

– ограничение диаметра силосов с конусным дном (максимальный диаметр составляет 9 метров и вместимость – 1000 тонн).

– диаметр силосов с плоским дном может достигать 15 метров и более со вместимостью до 6000 тонн.

Кроме того большое значение имеет прочность фундаментов, на которых смонтированы силосы, прочность швов при сварке металла, качество сборки конструкций, неравномерная осадка зерновой массы внутри силоса в результате вибрации грунта в зоне железных и автомобильных дорог.

Вследствие высокой теплопроводности ограждающих стальных металлических конструкций силосов, превышающих теплопроводность зернового слоя в 350-450 раз, в отличие от железобетонных конструкций, теплопроводность которых превышает теплопроводность зернового слоя только в 8 – 10 раз, в периферийных участках насыпи, в верхнем слое и у стен силоса, температура зерна вследствие нагрева за счет солнечного излучения может достигать высоких значений — до 40-45⁰ и даже до 50-55⁰ С, что может приводить к снижению его качества. Кроме того, при последующем охлаждении зерна при суточных колебаниях температуры наружного воздуха на внутренних стенках силоса возможна конденсация водяных паров из воздуха межзернового пространства, что приведет к увлажнению и порче пристенного слоя зерна.

Это отражено во Временной Инструкции по хранению зерна в металлических зернохранилищах № 9-4-79 утвержденной еще Министерством заготовок СССР [1]. Уточненные требования к условиям хранения зерна в металлических силосах приведены также в Инструкции № 9-7-88 по хранению зерна, маслосемян, муки и крупы утвержденной Министерством хлебопродуктов СССР [15].

В соответствии с этими документами запрещается загрузка и хранение в металлических силосах свежеубранного зерна не прошедшего сушку и очистку. Разрешается хранение сухого и очищенного зерна максимальной влажностью до 14% для пшеницы до 6 месяцев, для ячменя и кукурузы – до 3 месяцев. При этом все металлические силоса, в которых хранится зерно, должны быть оборудованы установками для дистанционного контроля температуры зерна с периодическим контролем 1 раз в 3 дня, а также установками активного вентилирования зерна для его охлаждения с удельным расходом воздуха не менее 10 м³/ч.т. Вместе с тем, строящиеся в настоящее время металлические силоса, как иностранного производства Германии, Испании, США и других стран, так и отечественного производства имеют удельные подачи воздуха на уровне не превышающем 5 м³/ч.т., что в наших климатических условиях не позволяет обеспечить надежную длительную сохранность зерна [80].

Элеваторы

Элеваторы подразделяются на несколько видов:

• заготовительные зерновые базы;
• базисные хранилища;
• перевалочные склады;
• производственные элеваторы;
• фондовые комплексы;
• портовые зерносклады;
• реализационные (производственные) комплексы.

Каждый из этих комплексов имеет свои особенности и назначение.

В заготовительных базах зерно хранят временно, делают его первичную подработку. Располагаются базы рядом с крупными сельхозпредприятиями.

В базисных элеваторах зерно очищают более тщательно, делают его сортировку для дальнейшего хранения с целью получения однородных крупных партий. Располагаются базисные хранилища в крупных узловых станциях и транспортных путях.

Перевалочные склады тоже используются для временного хранения зерна, размещаются рядом с фермерскими хозяйствами и с крупной железнодорожной станцией или водным маршрутом перевозки зерна на дальние расстояния.

Фондовые комплексы – крупнейшие зернохранилища, предназначенные для длительного (в течение нескольких лет) хранения высококачественного сырья. Пшеницу из фондовых комплексов берут, чтобы обновить запасы либо восполнить дефицит. Размещены такие хранилища вблизи крупных железнодорожных веток.

В портовые хранилища поставляют зерно базисные и перевалочные склады для временного хранения с последующей подготовкой и отправкой зерна на экспорт. Представляют собой крупнейшие зернохранилища с высокотехнологичным оборудованием. Портовые зернохранилища принимают импортируемое зерно для реализации на внутреннем рынке.

Реализационные базы предназначены для обеспечения предприятий небольшими партиями зерна и зернопродуктов, расположены чаще всего при мельницах, крупяных, комбикормовых, крахмалопаточных заводах, принимают зерно от небольших хозяйств для кратковременного хранения и дальнейшей его реализации.

Любой элеватор состоит из рабочего здания, корпуса, силосов (емкостей), оборудования для приема и выдачи зерна, зерновых сушилок, очистительных машин и других элементов.

Различают два типа силосов – круглые и квадратные. Размеры квадратных силосов достигают высотой до 30 м и 3×3 м по осям, вместимость составляет от 11,2 до 48 тысяч тонн зерна, располагают их по ширине в 6, 8 или 12 рядов. Размеры силосов круглой формы могут быть высотой до 30 м и диаметром до 9 м, размещение в 3, 4 или 6 рядов.

Все операции с зерном в элеваторах полностью механизированы, что обеспечивает свободное его перемещение в нужном направлении и своевременное проветривание, сушку, очистку и сортирование больших партий с доведением до установленных кондиций, а при необходимости — и быструю отгрузку. Вместе с тем, для сооружения элеватора требуется гораздо меньшая площадь, чем для складов той же емкости.

Сравнивая виды хранения зерна, силосное зернохранилище более дорогое в строительстве, но полностью автоматизировано. Устанавливаются автоматические системы загрузки и разгрузки зерна, автоматизированного контроля уровня влажности и температуры. Автоматизация значительно снижает трудозатраты при эксплуатации.

3.3 Анализ применяемых в Красноярском крае способов хранения зерна и зернопродуктов

Анализ производства зерновых культур в Российской Федерации показывает положительную динамику их товарного производства, следовательно, снижение экспортной зависимости страны. Современное состояние валового сбора пшеницы показывает устойчивость в производстве яровой пшеницы и рост – озимой. На рисунке 3.3 представлена динамика валовых сборов яровой и озимой пшеницы с 2001 по 2019 гг в Российской Федерации.

^*Источник Экспертно-аналитический центр аргобизнеса [ab-centre.ru]

Рисунок 3.3 – Валовой сбор пшеницы в РФ за период 2001-2019 годы

В 2019 году валовые сборы пшеницы составили 74 335,0 тыс. тонн, что на 3,0% (на 2 198,8 тыс. тонн) больше, чем в 2018 году. В том числе, озимой пшеницы собрали 53 379,9 тыс. тонн, яровой — 20 955,1 тыс. тонн.

Красноярский край один из крупнейших производителей зерновых культур в Сибири, крае сложились специализированные зоны производства зерновой продукции, имеющие развитую транспортную систему и систему хранения. На рисунках 3.4 показана динамика валового сбора пшеницы, основной зерновой культуры производимой в Российской Федерации и Красноярском крае за 2008-2019 годы.

Выполненные исследования качества урожая 2018 года показали, что 78% сбора урожая пшеницы соответствует 3 и 4 классам [sreda24.ru]. Аналогичные исследований 2019 года показали значительный рост товарности зерна яровой пшеницы до 80 %, что является рекордом для края.

Рисунок 3.4 – Динамика валового сбора зерна пшеницы в Красноярском крае, тыс. тонн

Анализ данных на рисунке 3.4 показывает, что, не смотря на сложные климатические условия возделывания пшеницы, имеется тенденция к стабильному производству зерна пшеницы в Красноярском крае за последние 10 лет.

Для сохранения высоких урожаев необходима развитая и эффективно функционирующая система хранения зерновых культур.

Большинство имеющихся элеваторов и складов напольного хранения в РФ и Красноярском крае, в том числе, было возведено еще в 1950-1970-е годы. По его словам Д. Корнева, руководителя отдела зерновой логистики московского представительства Bühler AG, физический износ их основных фондов АПК РФ составляет в среднем 70%, не говоря уже о том, что данные объекты являются морально устаревшими и уступают современным элеваторам по удельной энергоемкости в 1,2-1,5 раза, по удельной материалоемкости — в 1,3-1,5 раза, а по уровню автоматизации — в 2-3 раза. Отсюда более высокие затраты на технологию и фонд оплаты труда.

В крае применяются все способы хранения зерна: в сухом, охлажденном и безвоздушном состоянии.

В Красноярском крае действуют 20 элеваторов различного типа и мощности, в том числе 7 линейных с железнодорожными подъездными путями и 1 производственный элеватор. Емкость единовременного хранения составляет 1,02 млн тонн зерна, мощность ежедневного приема составляет 17,2 тысяч тонн в сутки. У сельскохозяйственных производителей края имеются собственные хранилища для хранения зерна, емкость которых составляет 1,85 млн тонн.

Территория Красноярского края разделена на 5 природно-климатических и экономических зонах: Южная, Западная, Восточная, Центральная, Северная, одна из которых (Северная), мало пригодна для сельскохозяйственного производства.

На рисунке 3.5 показана схема распределения районов края по зонам и места расположения элеваторов на территории Красноярского края.

Крупнейшими элеваторами являются: в Западной зоне – ОАО «Ачинская хлебная база №17», ООО «Элеватор», АО «Агрохолдинг Сибиряк», ООО «Гляденское хлебоприемное», ОАО «Шарыповское хлебоприемное предприятие»; в Восточной зоне – ООО «Заозерновский элеватор», ООО «Уярское хлебоприемное предприятие», ООО «Канское хлебоприемное», ОАО «Дзержинское хлебоприемное предприятие»; в Южной зоне – ООО «ОХП ИлА.Н. Курагинский»; в Центральной зоне – ООО «Атамановское хлебоприемное предприятие».

Центральная зона

Южная зона

Восточная зона

Западная зона

Рисунок 3.5 – Схема расположения элеваторов по зонам на территории Красноярского края

На рисунках 3.6 и 3.7 представлены мощностей элеваторов по типам и их распределение по выделенным зонам.

Рисунок 3.6– Распределение мощностей элеваторов Красноярского края по типам, %

Рисунок 3.7 – Распределение мощностей элеваторов Красноярского края по зонам, %

На территории Северной зоны элеваторов нет.

Зернохранилища, применяемые в крае по способу хранения делятся на напольные и силосные. На рисунке 3.8 представлен анализ распределения элеваторов по видам хранения и по зонам размещения в % соотношении.

Рисунок 3.8 – Распределение элеваторов Красноярского края по видам хранения, в %

Таким образом, 36 % элеваторов в крае применяют силосный вид хранения 64 – напольный.

Однако анализ емкостей в абсолютных единицах (рисунок 3.9) показывает наличие больших мощностей по элеваторному хранению на территории Западной зоны, являющейся основным производителей зерновых культур.

Самую большую долю наличия силосных элеваторных мощностей имеет Восточная зона.

Элеваторы края оснащены оборудованием для подработки зерна и зерносушения, чаще всего используются сушилки СОБ и ДСП различных модификаций и мощности.

Рисунок 3.9 – Распределение элеваторов Красноярского края по видам хранения, тыс.т

Сельскохозяйственные товаропроизводители края имеют собственные мощности для хранения зерна (см.рис. 3.10).

Рисунок 3.10 – Распределение мощностей хранения зерна по зонам Красноярского края, %

На рисунке 3.11 и 3.12 представлена общая мощность хранений зерновых культур по зонам в абсолютных единицах.

Анализ распределения мощностей по зонам в абсолютных величинах показывает, что мощности хранения в Западной и Восточной зоне являются основными и составляют 39,8 и 36,9 % соответственно. Доля Центральной и Южной зоны составляют 10,9 и 11,4 соответственно.

Рисунок 3.11 – Распределение общей мощностей хранения зерна по зонам Красноярского края

Рисунок 3.12 – Распределение общей мощностей хранения зерна по зонам Красноярского края

На рисунках 3.13-3.17 показано распределение мощностей хранения по районам каждой из 5 зон без учета емкостей элеваторов.

Рисунок 3.13 – Наличие мощностей хранения сельскохозяйственных предприятий, КФХ и ИП в Западной зоне

Рисунок 3.14 – Наличие мощностей хранения сельскохозяйственных предприятий, КФХ и ИП в Восточной зоне

Рисунок 3.15 – Наличие мощностей хранения сельскохозяйственных предприятий, КФХ и ИП в Центральной зоне

Рисунок 3.16 – Наличие мощностей хранения сельскохозяйственных предприятий, КФХ и ИП в Южной зоне

Рисунок 3.17 – Наличие мощностей хранения сельскохозяйственных предприятий, КФХ и ИП в Западной зоне

В Красноярском крае есть опыт применения и новых методов хранения зерновых культур – хранение в полимерных зерновых рукавах. ООО КФХ «Родник» Балахтинского района начал применять современную технологию хранения зерна в гибких полиэтиленовых рукавах (рисунок 3.18).

Рисунок 3.18 – Применение технологии хранение в полимерных зерновых рукавах на территории ООО КФХ «Родник»

В Красноярском крае имеются необходимые условия для послеуборочной подработки и хранения зерна, но, несмотря на то, что общая емкость мощностей по хранению зерна в Красноярском крае составляет 2,8 млн тонн, а объем элеваторных мощностей 1,02 млн тонн, и превосходит объем производства зерна , тем не менее мощностей по хранению не хватает.

В крае с конца 80-х годов прошлого века не строились современные высокотехнологические комплексы по хранению и переработке зерна. В целом материально- техническую базу хранения зерна необходимо модернизировать и обновлять, так как износ основных средств и оборудования на многих элеваторах и хлебоприемных предприятиях достигает 65-70 %. Стоимость подработки и хранения в старых элеваторах, по сравнению с современными, выше на 25-30% за счет высокой энергоемкости и капиталоемкости. Многие, особенно крупные, производители зерновых культур заботятся о наличии собственных мощностей для хранения собранного урожая. Красноярский край имеет такую же тенденцию к уменьшению доли элеваторной мощности в общей мощности хранения, мощности хранения сельскохозяйственных предприятий, КФХ и индивидуальных предприятий почти в 2 раза больше элеваторной мощности. Основными типами зернохранилищ в сельскохозяйственных предприятиях являются одноэтажные склады с горизонтальными или наклонными полами и хранилища силосного типа.

4 Разработка технических решений по усовершенствованию оборудования для отбора проб семян зерновых культур

4.1 Анализ существующего серийно выпускаемого технологического оборудования для отбора проб зерновых культур