Чем отличаются кормовые экструдеры по функции от обычных грануляционных машин?

Принцип работы экструдеров и грануляторов для кормов

Как экструдеры для кормов используют высокую температуру, давление и сдвиг для экструзионной тепловой обработки

Экструдеры для кормов совершают свое преобразование, используя трехступенчатый процесс нагревания и прессования исходных материалов. Когда температура достигает 120–150 градусов Цельсия, а давление составляет около 20–40 бар, с компонентами корма происходят интересные изменения. Крахмал начинает размягчаться и приобретает гелеобразную консистенцию, а структура белков разрушается. Это значительно упрощает переваривание корма животными, при этом исследования показывают повышение эффективности на 18–25% по сравнению с обычным некондиционным кормом, согласно отчетам FAO за 2023 год. Основной движущей силой всего этого процесса являются мощные винты внутри машины, создающие тепло трения в сочетании с подаваемым паром. Такая конструкция не только тщательно проваривает смесь, но и уничтожает нежелательные бактерии, а также способствует удержанию ценных питательных веществ внутри готовых гранул, выходящих на выходе.

Роль двухвальных и одношнековых систем в экструзии кормов

Двухшнековый экструдер стал основным оборудованием для производства сложных видов кормов для аквакультуры и в настоящее время занимает около 60% рынка. Это в значительной степени обусловлено их конструкцией с противовращающимися шнеками, которая действительно дает преимущество при работе с высокожирными составами, требующими тщательного смешивания при содержании жира свыше 12%. В то же время, однозаходные системы продолжают использоваться в обычных операциях по производству кормов для скота, где наиболее важна энергоэффективность. Они обычно потребляют от 35 до 50 киловатт-часов на тонну по сравнению с более высоким диапазоном от 55 до 75 кВт·ч/тонну, необходимым для двухшнековых экструдеров при переработке кормов на основе злаков. Интересно, как современные технологии продолжали совершенствоваться дальше. Во многих новых моделях установлены приводы с переменной скоростью, позволяющие операторам регулировать время удержания материала в диапазоне от всего лишь 15 секунд до целых 90 секунд без остановки производственной линии в середине процесса.

Как обычные грануляторы зависят от сжатия и формования матрицы при умеренном нагреве

Грануляторы обычно работают при температуре от 60 до 85 градусов Цельсия, используя горизонтальные кольцевые матрицы, чтобы продавить предварительно обработанный материал сквозь конические отверстия, о которых мы упоминали ранее. Результатом процесса прессования кольцевой матрицей являются довольно плотные гранулы, весящие от 600 до 700 килограммов на кубический метр, при этом уровень влажности остается ниже 12,5 процента, что хорошо подходит для наземных животных в целом. Теперь самое интересное — сравнение с экструзионным методом. Во время этого процесса не происходит никаких химических изменений. Вместо этого происходит механическое связывание благодаря так называемой лигнинопластификации, когда содержание влаги находится в пределах от 18 до 22 процентов, согласно стандартам ASABE, обновленным в 2022 году.

Экструзия и гранулирование: различия во влажности, температуре и времени пребывания

Экструдеры для кормов работают при 120–150°C с 15–30% влажности , используя двухшнековые системы для обеспечения 90–120 секунд контролируемой термической обработки (Wenger Group 2023). В отличие от них, грануляторы сжимают корм при 70–90°C с 10–15% влажности , завершая формирование за 15–30 секунд . Эти различия позволяют экструдерам:

• Уничтожать на 86% больше антинутриентов такие как ингибиторы трипсина
• Достигать в 3,1 раза выше желатинизация крахмала чем гранулирование

Физические характеристики экструдированных гранул по сравнению с традиционными гранулами

Характеристика	Экструдированные гранулы	Традиционные гранулы
Коэффициент расширения	1,8–2,5:1	1,1–1,3:1
Объемная плотность	350–450 кг/м³	550–650 кг/м³
Водная стабильность (часы)	6–8	1–2
Скорость осыпания	<3% после 24 ч	8–12% после 24 ч

Пористая структура экструдированного корма усиливает усвоение питательных веществ 19–27% у водных видов за счет облегчения проникновения ферментов.

Свойства плавучести и оседания в аквакормах: как экструзия обеспечивает контроль плавучести

Экструдеры обеспечивают 5–12 минут плавучести в плавающих кормах благодаря точному расширению крахмала — недостижимому при гранулировании. В отчете Alltech Aquaculture за 2022 год было установлено, что экструдированные корма уменьшают отходы на 41% в креветковом хозяйстве благодаря контролируемой скорости погружения. Ключевые факторы включают:

• Образование воздушных карманов при 125–140°C температура матрицы
• Регулируемая плотность (400–700 кг/м³) за счет контроля влажности

Эффективность и масштабируемость производства: когда выбирать экструдер или гранулятор

Экструдеры перерабатывают 8–12 тонн/час но потребляют 35–50 кВт·ч/тонну , что делает их подходящими для линий производства кормов для водных животных в больших объемах. Грануляторы производят 3–6 тонн/час на 18–25 кВт·ч/тонну , более подходящие для птицеводческих и свиноводческих предприятий мощностью менее 10 000 тонн/год. В соответствии с анализом эффективности затрат от FAO 2023, экструдеры рекомендуются для:

• Рационов, требующих включения более 20% липидов
• Предприятий, работающих с загрузкой выше 75%

Преобразование питательных веществ и усвояемость в результате

Желатинизация крахмала и денатурация белка в экструдированных кормах

Экструзионный процесс вызывает значительные изменения в питательных веществах из-за высокой температуры, часто достигая более 70% желатинизации крахмала в злаках, используемых для производства кормов для животных. Когда сложные углеводы распадаются на более простые молекулы глюкозы, это делает больше энергии доступной для животных, потребляющих эти корма. В то же время белки денатурируются, что означает, что ферменты могут лучше работать при их расщеплении во время пищеварения. Исследование, опубликованное в Frontiers in Nutrition в 2021 году, показало, что у экструдированных кормов перевариваемость белков на 12–18% выше, чем у обычных непереработанных материалов. Это различие особенно важно для животных с простым желудком, таких как куры и другие виды птиц, где правильное усвоение питательных веществ критично для роста и здоровья.

Влияние обработки на сохранение витаминов и антинутриционных факторов

Экструзия определенно сказывается на термочувствительных витаминах, особенно уровень тиамина снижается на 65–75% в процессе обработки. Но есть и положительный момент, поскольку этот метод устраняет около 95% надоедливых антинутриционных факторов, содержащихся в соевом шроте, включая ингибиторы трипсина. Согласно некоторым недавним исследованиям, опубликованным на ScienceDirect в прошлом году, гранулированные корма на самом деле сохраняют на 15% больше витаминов, потому что они не достигают таких высоких температур в процессе производства. Пиковые температуры для гранул остаются в пределах 60–80 градусов Цельсия по сравнению с гораздо более высокими 130–150 градусами при экструзии. Однако стоит отметить, что экструзия работает очень эффективно, когда речь идет о нейтрализации лектина и фитатов, которые имеют тенденцию связываться с важными минералами, такими как цинк и железо, делая их недоступными для усвоения.

Сравнительная усвояемость: почему экструдированные корма часто повышают усвоение питательных веществ

Когда мы говорим о переработке кормов, то здесь происходит интересный процесс при экструзии. Комбинация превращения крахмала в гель и раскручивания белков фактически повышает обменную энергию в этих кормах на 20–25% по сравнению с обычными гранулами. Некоторые испытания, проведенные в условиях аквакультуры, показали, что при производстве кормов для креветок методом экструзии результаты также улучшаются. Коэффициент эффективности белка достигает примерно 2,8 для экструдированных продуктов, тогда как гранулы достигают только 2,3. Это происходит потому, что модификация крахмала создает различные микропоры в структуре корма, что ускоряет работу ферментов во время пищеварения. Но вот важный момент: у жвачных животных подобные преимущества не проявляются в той же степени, поскольку их кишечные микроорганизмы изначально эволюционировали для переработки волокнистых материалов.

Специфические преимущества в производстве акvakормов и кормов для скота

Почему экструдеры для кормов доминируют на рынке кормов для рыбы и креветок

Современные экструдеры для кормов обеспечивают правильное желатинирование более чем 95 процентов крахмала при приготовлении при очень высоких температурах — от 140 до 160 градусов Цельсия. Это позволяет создавать плавающие гранулы, которые остаются на поверхности воды, что идеально подходит для рыб и ракообразных, питающихся на поверхности. Фермеры, разводящие тилапию и креветок, особенно ценят такие гранулы, поскольку могут визуально контролировать процесс кормления. Основное преимущество заключается в возможности регулировать плотность гранул. Большинство экструдированных кормов остаются на плаву в восьми случаях из десяти в течение шестичасового периода, тогда как обычные гранулы тонут уже через двенадцать минут после попадания в воду. Что касается гибкости формулировки, двухшнековые машины также хорошо справляются с ингредиентами, имеющими высокое содержание жира. Некоторые производства используют формулы с содержанием жира до восемнадцати процентов, не нарушая структуры гранул, что особенно важно при выращивании плотоядных видов рыб, которым требуется более высокое потребление энергии на протяжении всего цикла роста.

Сферы применения грануляторов в производстве кормов для птиц, свиней и жвачных животных

Пеллетные машины работают очень хорошо для кормления животных на суше, особенно при использовании ингредиентов с высоким содержанием клетчатки, содержащих около 30–40 % сырой клетчатки. Эти машины работают наиболее эффективно, когда в материале содержится около 12–15 % влаги. Недавние исследования 2024 года, посвященные кормам для скота, показали интересные результаты. Когда кур кормили гранулированным кормом вместо рассыпчатого, их коэффициент переработки корма увеличился почти на 9 %. Для свиней улучшение составило около 6 % по сравнению с традиционными формами корма. Эффективность гранулирования обусловлена температурным диапазоном в процессе обработки, обычно составляющим 60–80 градусов Цельсия. Такой уровень тепла сохраняет важные добавки, такие как фитазные ферменты, и при этом снижает содержание вредных бактерий. По этой причине многие фермеры считают гранулирование экономически выгодным и практичным преимуществом для животных, чья пищеварительная система не так сложна, как у других.

Исследование: экструдированный плавающий корм против гранулированного тонущего корма в рыбоводстве тилапии

В ходе 12-недельного исследования, в котором участвовала рыба тилапия, исследователи обнаружили, что использование экструдированного корма значительно увеличило прирост массы — примерно на 23 процента, если сравнивать финальные веса: 1450 граммов против 1178 граммов у тех, кто получал обычные гранулы. Кроме того, коэффициент конверсии корма снизился почти на 18%, с 1,7 до 1,4. Особый интерес представляет то, как технология экструзии позволяет фермерам регулировать пористость гранул для лучшего усвоения питательных веществ. Это особенно важно, потому что у тилапии относительно короткий кишечник — около четырех длин тела. Также есть еще одно преимущество — качество воды заметно улучшилось в ходе этих испытаний. Уровень аммиака был на 27% ниже нормы, вероятно, из-за меньших потерь корма в целом. Такого рода улучшения могут существенно повлиять на аквакультурные операции, где поддержание чистоты воды всегда является сложной задачей.

Соображения стоимости, обслуживания и выбора технологии

Первоначальные вложения и эксплуатационные расходы: экструдер против гранулятора

Начальная стоимость экструдеров для кормов, как правило, на 60–100% выше, чем у грануляторов. Простой гранулятор может стоить около двадцати тысяч долларов, а вот экструдеры с двумя шнеками? Они легко могут превысить отметку в сто пятьдесят тысяч. Однако при рассмотрении общей картины эти экструдеры со временем окупаются при крупномасштабных операциях. Счета за электроэнергию снижаются примерно на 30–50% на тонну переработанного материала, кроме того, они справляются со всевозможными ингредиентами без особых проблем. Для предприятий, работающих с большими объемами каждый день, такая эффективность часто оправдывает более высокую начальную цену.

Требования к обслуживанию и срок службы компонентов

Пеллетные прессы, как правило, требуют обслуживания всего 3–5 раз в год по таким операциям, как замена матриц и регулировка роликов, что делает их обслуживание довольно простым по сравнению с другим оборудованием. Что касается экструдеров, то операторам приходится ежемесячно проверять шнековые элементы и футеровку цилиндров, особенно если через систему перерабатываются абразивные материалы, такие как рыбная мука. Нами было установлено, что при сравнении общих затрат на протяжении времени детали экструдеров изнашиваются в два-три раза быстрее, чем компоненты пеллетных прессов при прочих равных условиях. Такая разница существенно сказывается на тех, кто регулярно эксплуатирует эти машины.

Выбор правильной технологии в зависимости от типа корма и масштаба производства

• Экструдеры excel для:
  • Аквакорма с контролируемой плавучестью
  • Высокожирные формулы (>12% содержания липидов)
  • Производства мощностью более 5 тонн/час
• Пеллетные прессы подходят:
  • Корма для птиц и свиней с простыми формулами
  • Фермы, производящие <2 тонны/сутки
  • Объекты с ограниченным техническим персоналом

Мелкие производители должны отдавать предпочтение грануляторам из-за их простоты и более низкой стоимости, тогда как интегрированные производители комбикормов, перерабатывающие более 50 000 тонн/год, достигают лучшей окупаемости инвестиций за счет универсальности и производительности экструдеров.

Раздел часто задаваемых вопросов

Каковы основные различия между экструдерами для комбикормов и грануляторами?

Экструдеры работают с использованием высокой температуры и давления, тогда как грануляторы используют сжатие и умеренный нагрев. Экструдеры могут желатинизировать крахмал и денатурировать белок, делая корм более усвояемым; грануляторы в основном обеспечивают механическое связывание без химических изменений.

Как экструдеры способствуют усвоению питательных веществ в кормах для аквакультуры?

Процесс экструзии способствует образованию воздушных карманов и созданию пористых гранул, что усиливает усвоение питательных веществ и обеспечивает лучшее проникновение ферментов у водных видов.

Почему экструдированные корма часто предпочтительнее в аквакультуре?

Экструдированные корма пользуются спросом, поскольку обеспечивают контролируемую плавучесть, необходимую для питания на поверхности рыб и ракообразных. Они также могут включать более высокое содержание жира без ущерба для структуры гранул.

Какой тип технологии переработки кормов подходит для мелкомасштабных производств?

Грануляторы идеально подходят для мелкомасштабных производств благодаря своей простоте и более низкой стоимости. Они хорошо работают с простыми формулами, необходимыми для кормления птиц и свиней.