У другій зоні, на відміну від першої, сипуча вага ущільнюється і ступінь зв’язаності її частинок збільшується. Спочатку заповнюється вільний міжвитковий об’єм шнеку, а потім ущільнення маси проходе внаслідок зменшення проміжків між його частинками і витісняє значну кількість повітря. У другій зоні маса добре перемішується, підлягає поступовому стисненню і максимально ущільнюється. В цій зоні матеріал підлягається дії вологого пару, утвореного внаслідок дії температури на продукт. Оброблений вологим паром матеріал ущільнюється шнеком і просувається до третьої зони.
В третій зоні, окрім головної операції пресування шнек шляхом інтенсивного перемішування і проминки матеріалу під тиском сприяє переходу його в пружноплаский стан. Процес перемішування і пресування характеризується ще і тим, що безпосередньо контактуючі шари матеріалу мають різні швидкості, внаслідок чого між ними діють напруження здвигу. Тому окрім перемішуваного ефекту утворюється ще і внутрішнє тертя, яке приводе до розтирання частинок і отримання однорідної структури матеріалу.
В кінці третьої зони спресований матеріал виходе із площіни шнека і поступає в четверту зону у вигляді закрученого пульсуючого вязопластичного потоку. Тут ця вязопластична маса переборює силу тиску четвертої зони, обумовлену опором формуючих отворів матриці.
При випресовувані через них вязопластичної маси форма її потоку кінцево змінюється відповідно кількості і формі поперечного перерізу отворів матриці. Об’єм маси отримуваного продукту при виході із отворів матриці в зв’язку з різким падінням тиску збільшується за рахунок пружної деформації, що створюється внутрі оброблюваного матеріалу. внаслідок того, що довжина матричного каналу мала, відновлювальний процес відсутній і видавлюючи через отвір матриці продукція має спучену, пористу структуру.
Термодинамічні основі екструдування:
В основі екструдування кормової сировини лежить два процеси – механіко-хімічна деформація і «вибух» продукту на фронті ударного розрідження. Останній відбувається внаслідок різкого переносу продукту із зони високого тиску в область атмосферного. Обидва процеси безперервні і проходять при певних швидкостях підводу і відводу тепла і тиску.
Екструдування полягає в тому, що приготовлена сировина подається через завантажувальний бункер в машину. По мірі переміщення частинок в робочій камері збільшується ступінь стиску, який визначається відношенням площі робочого каналу і сумарній площі філер на виході продукту із матриці. Ущільнюючись продукт розігрівається як за рахунок сил тертя частинок об поверхню обертаючих ся робочих органів і деформації здвигом в самому продукті, так і за рахунок додаткового джерела тепла. Як показали досліди, під дією цих двох факторів, тобто фактора деформаційних навантажень і теплоти, майже вся зернова сировина може бути підвернена фазовим перетворенням із крихкого склоподібного стану спочатку у високо еластичний, потім у вязотекучий.
Фазові переходи стану матеріалу і його компонентів дозволяють весь процес екструдування поділяти на ряд технологічних зон – завантаження, стиску, гомогенізації і екструзії.
В зоні завантаження змін в продукті практично не спостерігається. Високоеластичного стану продукт набуває в зоні стиску. Тут відбувається часткове руйнування кліткової архітектоніки продукту, структури і текстури його природних компонентів – крохмального і целюлозно-лінгвінового.
В зоні гомогенізації продукт набуває особливого стану – вязотекучий. В окремих біополімерах: білку, крохмалю, клітковини з’являються структурні перетворення.
Головні і найбільш важливі зміни в перелічених компонентах відбуваються в зоні екструзії при швидкому переносі матеріалу із зони високого тиску в область атмосферного. Акумульована продуктом енергія вивільнюється зі швидкістю приблизно рівною швидкості вибуху, що приводе до спучування, «вибуху» продукту, що супроводжується глибокими перетвореннями структури і властивостей окремих живильних речовин.
2.3 Обґрунтування процесу експандування
Вченими багатьох країн світу проводився ряд досліджень, що доводять переважні властивості експандату. Одне з досліджень стосувалося розщеплення крохмалю при експандуванні. Розщеплення крохмалю покращує травлення у тварин. Питання розщеплення крохмалю найбільш актуальний для поросят. Велика частка розщепленого крохмалю дозволяє поросятам перетравлювати крохмаль ще до його надходження в товсту кишку - тим самим усувається причина виникнення проносу, а стабілізація шлунково-кишкового тракту особливо важлива для маленьких тварин.
Основні переваги експандату:
- Крупка на відміну від дерті не настільки тверда, тому не травмує стравохід і шлунок тварин;
- Експандат крупно-зернистий, тому не утворює пилу і тим самим не викликає налипання на органи травлення і дихання;
- Експандат зберігає стабільність та стійкість при транспортуванні;
- Експандат має велику поверхню частинок і пористу структуру, що забезпечує більш легке проникнення шлункового соку і власних ферментів у експандат;
- При використанні експандата більш висока гігієна комбікормів;
- При використанні експандату: зменшується витрата кормів на 9%;
- Коефіцієнт використання експандуйованого корм на 1 кг. приросту ваги в порівнянні з розсипних кормами збільшується на 9%;
- При використанні експандату: більший приріст у вазі тварин;
- При використанні експандату: кращий стан приміщень для утримання тварин;
- При використанні експандату: низький рівень падежу тварин;
- При використанні експандату: кращу якість м'яса;
- Процес експандуювання збільшує термін зберігання комбікормів.
Короткий, але інтенсивний вплив тепла, вологи і високого тиску під час експандування ефективно для знищення сальмонел та інших патогенних бактерій, грибків і цвілі. Принцип знезараження ґрунтується не тільки на тепловій обробці, але і на динамічному впливі під час проходження продукту через робочу зону експандера.
Результати гігієнічної обробки комбікормів (проба комбікормів - 25 р.) в експандер з кільцевих зазором фірми «Амандус- Каль» представлені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 Гігієнічна обробка в експандері (кількість мікроорганізмів в 1 г)
| Показники обсіменіння | Загальна обтяженість | Коліба-ктерій | Е-колібакте-рій | Цвілеві грибки | Сальмонели |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Комбікорми для свиней | 67000000 | 100000 | 1000 | 300 | Не виявлено |
| Комбікорми для птиці | 330000 | 0 | 1000 | 0 | Виявлено |
| Сировина (розсипний комбікорм): 24° С після експандування при 120 ° С сировина (розсипний комбікорм) | 830000 | 1000 | 0 чи не досліджувався | 1400 | Відсутні |
| 27 ° С після експандування при 125 ° С | 39000 | 0 | 0 чи не досліджувався | 0 | 0-менше 10 мікроорганізмів / грам |
Процес експандування впливає на збереження біологічно активних речовин, що вводяться в комбікорми з преміксом або як монокомпоненти. Це стосується в першу чергу до вітамінному комплексу. Залишкова активність вітамінів в експандуйованому комбікормі наведена нижче.
Таблиця 2.2 Залишкова активність вітамінів після обробки кормів,%
| Вітаміни | Експандер | Експандер + пресс-гранулятор | Пресс-гранулятор | |||
| 101-105ºС | 111-115ºС | 80-90ºС | 91-95ºС | 86-90ºС | 91-95ºС | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| А капсульованих | 97 | 95 | 93 | 90 | 94 | 91 |
| D 3 - капсульованих | 98 | 96 | 93 | 91 | 93 | 92 |
| Е ацетат | 97 | 95 | 92 | 90 | 93 | 92 |
| К 3 | 82 | 78 | 63 | 58 | 75 | 72 |
| В 1 - мононітрат | 96 | 92 | 87 | 82 | 89 | 87 |
| В 2 - рибофлавін | 92 | 88 | 84 | 78 | 89 | 87 |
| В 6 – піридоксин | 94 | 91 | 85 | 79 | 87 | 85 |
| В 12 - кобаламін | 97 | 96 | 94 | 92 | 96 | 96 |
| Пантотеновая кислота | 95 | 92 | 86 | 82 | 89 | 87 |
| Фоліевая кислота | 94 | 91 | 85 | 81 | 89 | 87 |
| Біотин | 94 | 91 | 85 | 81 | 89 | 87 |
| Ніацин | 93 | 89 | 85 | 80 | 90 | 89 |
| С – фосфат аскорбінової кислоти | 98 | 96 | 92 | 89 | 93 | 92 |
| Холінхлорид | 99 | 98 | 97 | 95 | 97 | 97 |
Доказом високої ефективності експандування є визначення після процесу експандування стабільності біологічно-активних компонентів (амінокислот).
Таблиця 2.3 Порівняльний вміст амінокислот до і після експандування
| Показник | Амінокислоти | ||
| Лізин | Треонін | Метіонін | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Вміст у необроблених комбікормах,% | 0,84 | 0,61 | 0,55 |
| Вміст у експандуйованих комбікормах (у%) при обробці, º С 120 ºС | 0,83 | 0,59 | 0,56 |
| 130 ºС | 0,78 | 0,57 | 0,54 |
Економічну ефективність експандуйованих комбікормів в порівнянні з аналогічними розсипних і гранульованими комбікормами доводять наступні результати досліджень:
Таблиця 2.4.Показники відгодівлі свиней (від 10 до 40 кг.) різним комбікормами