Uticaj parametara mlevenja i peletiranja na granulaciju i fizičke karakteristike peletirane hrane za životinje

Abstract

U savremenom uzgoju živine i svinja smeše se retko koriste u praškastom obliku već se uglavnom peletiraju nakon umešavanja pojedinačnih sastojaka. Pri peletiranju dolazi do narušavanja granulacije smeše, odnosno do gotovo potpunog eliminisanja krupnih čestica, kao i do nastajanja velike količine najsitnijih čestica. U okviru istraživanja u ovoj doktorskoj disertaciji ispitivan je uticaj promene odabranih parametara mlevenja i peletiranja na granulaciju čestica od kojih su pelete sačinjene. Cilj je bio da se utvrdi kombinacija parametara koja doprinosi povećanju sadržaja krupnih čestica, što je značajno u ishrani živine, odnosno da se utvrdi kombinacija parametara koja će u što većoj meri uvećati sadržaj čestica srednje veličine i umanjiti udeo najsitnijih čestica, što je značajno u ishrani svinja. Pri tome je određivan i kvalitet peleta, koji ne sme biti značajnije narušen, kao i potrošnja energije pelet prese za koju je poželjno da je što niža. Nezavisni parametri peletiranja bili su granulacija kukuruznog mliva, rastojanje (zazor) između valjaka i matrice pelet prese, debljina matrice pelet prese i sadržaj vode materijala koji se vodi na peletiranje. Istraživanje je podeljeno u dve faze, gde je u prvoj za usitnjavanje primenjen mlin čekićar, a u drugoj mlin sa valjcima. Na oba uređaja prizvedene su po tri granulacije mliva, pri čemu se granulacija ukrupnjava od najsitnijeg mliva dobijenog na mlinu čekićaru do najkrupnijeg mliva dobijenog na mlinu sa valjcima. U prvoj fazi tri granulacije mliva dobijene na mlinu čekićaru su peletirane u kombinaciji sa tri zazora valjci-matrica (0,30; 1,15 i 2,00 mm) i tri sadržaja vode materijala (14,5%, 16,0% i 17,5%), a u drugoj fazi tri granulacije mliva dobijene na mlinu sa valjcima peletirane su u kombinaciji sa tri debljine matrice (24, 30 i 36 mm) i tri sadržaja vode materijala (14,5%, 16,0% i 17,5%). Dakle, u obe faze su varirana tri parametra na tri nivoa pri čemu je primenjen Box-Behnken eksperimentalni dizajn. Zavisno promenljive karakteristike (odzivi) bili su temperatura matrice pelet prese, specifična potrošnja energije pelet prese, udeo prašine u peletama, stepen želatinizacije skroba, tvrdoća, stepen otiranja i nasipna masa peleta, kao i granulacija materijala nakon peletiranja. Za svaki od pomenutih odziva definisan je polinom (model) drugog reda. Dobijeni modeli upotrebljeni su za optimizaciju procesa peletiranja sa ciljem da se postigne željena granulacija peletiranog materijala, uz što bolji kvalitet peleta i uz što manju potrošnju energije. U istraživanju je utvrđeno da mliva sa približno istom vrednošću geometrijskog srednjeg prečnika, dobijena na mlinu čekićaru i mlinu sa valjcima, imaju značajno različitu raspodelu veličine čestica. Na mlinu čekićaru dobija se šira raspodela, sa većim sadržajem najkrupnijih i najsitnijih čestica, u poređenju sa mlinom sa valjcima. Za proizvodnju mliva približno istog geometrijskog srednjeg prečnika, a pogotovo mliva sa relativno sličnom raspodelom veličine čestica, potrošnja energije kod mlina sa valjcima značajno je manja u poređenju sa mlinom čekićarom. Potvrđeno je da peletiranje uzrokuje veliki intenzitet usitnjavanja čestica bez obzira na primenjene parametre. Međutim, određene kombinacije parametara mogu doprineti značajnijem očuvanju krupnih čestica. Parametar peletiranja koji najviše doprinosi povećanju udela krupnih čestica u peletama je granulacija mliva koje se upućuje na peletiranje. Što je krupnija granulacija, udeo krupnih čestica u peletama će biti veći. Rezultati optimizacije procesa peletiranja u prvoj fazi ukazuju da je u pogledu proizvodnje peletirane hrane za živinu, kada je poželjno očuvanje određene količine krupnih čestica, potrebno primeniti krupno mlevenje na mlinu čekićaru, uz podešavanje zazora između valjaka i matrice od 2 mm i uz sadržaj vode materijala od 17,5%. U drugoj fazi optimizacijom je utvrđeno da je potrebno koristiti debljinu matrice od 30 mm, najkrupniju granulaciju mliva na mlinu sa valjcima i vlagu od 17,5%. Pri proizvodnji peletirane hrane za živnu povoljnije je koristiti mlin čekićar, s obzirom da je utvrđeno da su čestice mliva dobijenog na čekićaru otpornije na usitnjavanje tokom peletiranja od čestica dobijenih na mlinu sa valjcima što omogućuje očuvanje većeg broja krupnih čestica tokom peletiranja. Povećanje širine zazora valjci-matrica nije poželjno prilikom peletiranja hrane za svinje jer se povećava intenzitet usitnjavanja čestica, a time i udeo najsitnije frakcije čestica. Sličano je i sa povećanjem debljine matrice. U prvoj fazi istraživanja, rezultati optimizacije pokazuju da je u cilju povećanja udela frakcija čestica srednje veličine (630 – 1600 μm), kao i smanjenja sadržaja najsitnijih čestica (< 125 μm), potrebno primeniti najsitnije mlevenje na mlinu čekićaru, najveći sadržaj vode materijala (17,5%), dok zazor između valjaka i matrice treba podestiti da bude nešto veći od 0,30 mm. I u drugoj fazi istraživanja optimizacija je ukazala da je najveći udeo čestica srednje veličine (630 – 1600 μm), kao i najmanji udeo čestica < 125 μm, ostvaren pri peletiranju najsitnijeg mliva dobijenog na mlinu sa valjcima. Pri tome sadržaj vode je potrebno podesiti na 17,5%, dok debljina matrice treba biti oko 28 mm. Pri predloženim optimalnim parametrima peletiranja ostvaren je zadovoljavajući kvalitet peleta, a potrošnja energije pelet prese bila je na prihvatljivom nivou.

In modern poultry and swine breeding, animal feed is rarely used in powder form but mainly pelleted after mixing of different ingredients. During pelleting process, granulation of the feed is compromised, i.e. coarse particles are almost completely destroyed and the content of fine particles is strongly increased. This doctoral thesis investigated the impact of changes in selected grinding and pelleting parameters on granulation of particles after pelleting. The goal was to achieve the quantity of coarse particles in pellets to be as high as possible, which is important in poultry nutrition. Another goal was to determine the combination of parameters that will increase, as much as possible, the content of particles medium in size and reduce the share of the smallest particles, which is important in swine nutrition. At the same time quality of the pellets must not be significantly degraded and energy consumption of pellet press should be as low as possible. Independent pelleting parameters were corn granulation after grinding, the distance (gap) between the rollers and the die of pellet presses (roller-die gap), the thickness of the pellet press die (die thickness) and the water content of pelleted material. The study was divided in two stages. In the first stage the corn was ground using a hammer mill and in the second stage, roller mill was used. Three different granulations were produced on both mills. Coarseness of the ground material increased from the finest material produced using the hammer mill to the coarsest material obtained at the roller mill. In the first stage, three different granulations produced at the hammer mill were pelleted in combination with three different roller-die gaps (0.30, 1.15 and 2.00 mm) and three different water contents of material (14.5%, 16.0% and 17.5%). In the second stage three different granulations produced at the roller mill were pelleted in combination with three different die thicknesses (24, 30 and 36 mm) and three different water content of material (14.5%, 16.0% and 17.5%). Thus, three parameters were varied at three levels in both stages and experiments were designed according to Box-Behnken design. Depended variables (responses) were: temperature of the pellet press die, specific energy consumption of pellet press, dust content in pellets, degree of starch gelatinization, particle size of the material after pelleting. For each of the responses, a second order polynomial model was defined and used for optimization of the pelleting process. It was determined that particle size distribution of material with similar geometric mean diameter, obtained with hammer mill and roller mill, is significantly different from each other. Hammer mill produced higher quantity of the coarsest and the finest particles comparing to roller mill. Energy consumption of roller mill for grinding to similar particle size distribution or similar geometric mean diameter is lower compared to hammer mill. Even though it was determined that secondary grinding of particles during pelleting is inevitable, certain combinations of pelleting parameters may contribute to significant preservation of large particles and to reduction of quantity of small particles. Results of optimization in the first stage indicated that for the production of pelleted poultry feed, when certain amount of coarse particles should be preserved, it is necessary to apply coarse grinding on hammer mill, with the roller-die gap of 2 mm and with material water content of 17.5%. In the second stage it was determined that it is necessary to use die with thickness of 30 mm, coarsest granulation at the roller mill and material water content of 17.5%. In the production of pelleted poultry feed it is better to use a hammer mill since it was found that the particles obtained on hammer mill are more resistant to secondary grinding than the particles obtained with the roller mill. Roller-die gap increase is not desirable during pelleting of swine feed because it increases secondary grinding, and thus the proportion of the smallest particles. Similar effect has an increase of the die thickness. In the first stage of the study, the results of the optimization showed that the largest quantity of medium-sized particles (630 – 1600 μm), and the lowest quantity of the smallest particles (< 125 μm), were achieved with the finest grinding on the hammer mill. At the same time water content of 17.5% should be applied, while the roller-die gap should be close to 0.30 mm. In the second stage of the study, the largest quantity of medium-sized particles, and the lowest quantity of the smallest particles, was achieved with the finest grinding on the roller mill. According to the optimization results, the water content should be set to 17.5%, while die thickness should approx. 28 mm. With the proposed optimal parameters, satisfactory pellet quality was achieved, and energy consumption of the pellet presses was at an acceptable level.