Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
кандидат технических наук, доцент
Doctor of Technical Sciences, Professor
доктор технических наук, профессор
post-graduate student
аспирант
The article considers the effect of vacuum extrusion processing on the physical and physicochemical properties of the extruded feed mixture. The influence of the variable factors of the extrusion process on the feed mixture obtained by processing the mixture of rye and fenugreek using thermal vacuum and conventional extrusion was studied. The barrel temperature, screw rotation speed, raw material moisture content and the vacuum level in the chamber at the outlet of the extruder matrix were selected as the studied factors. The analysis of their influence on the thermal vacuum extrusion process was performed using the response surface methodology. For the experiment, a modernized EK-40 extruder equipped with a working screw with a diameter of 40 mm, with a screw length to diameter ratio of 4:1 and a temperature regime of 70-100 °C was used. The mixtures for extrusion were prepared from rye (2 parts) and fenugreek (1 part), and the moisture content in them varied within the range from 25 to 35%. The screw speed was varied from 200 to 350 rpm, and the vacuum in the vacuum chamber was in the range of 0-400 mmHg. Using the analysis of variance and response surface methodology, the influence of barrel temperature, screw speed, feedstock moisture content, and vacuum level on the water absorption index, bulk density, specific mechanical energy, total phenol content, and expansion coefficient of the extrudates was analyzed. The following optimal extrusion parameters were obtained during the study: barrel temperature of 77,5 °C, mixture moisture of 32,5%, screw speed of 350 rpm, and vacuum level of 300 mmHg. The results of the study allow us to conclude that thermal vacuum extrusion has a more noticeable effect on the expansion coefficient, bulk density, and water absorption index of the extrudates compared to conventional extrusion. The resulting extrudate contained a significant amount of anthocyanins C3G, P3G and other useful substances for the animal organism, which are usually destroyed by high temperatures. This is explained by the fact that the reduced pressure in the vacuum chamber promotes the expansion of the extruded mixture at lower temperatures than with "classic" hot extrusion, which helps preserve the bioactive compounds of the processed raw materials.
В статье рассмотрено влияние вакуумной экструзионной обработки на физические и физико-химические свойства экструдированной кормовой смеси. Было изучено влияние переменных факторов экструзионного процесса на кормовую смесь, полученную посредством обработки смеси ржи и пажитника с помощью термовакуумной и обычной экструзии. В качестве исследуемых факторов были выбраны температура цилиндра, частота вращения шнека, влажность сырья и уровень вакуума в камере на выходе из матрицы экструдера. Анализ их влияния на процесс термовакуумной экструзии был выполнен с помощью методологии поверхности отклика. Для эксперимента использовали модернизированный экструдер ЭК-40, оснащенный рабочим шнеком диаметром 40 мм, с отношением длины шнека к его диаметру 4:1 и температурным режимом 70-100 °C. Смеси для экструзии готовили из ржи (2 части) и пажитника (1 часть), а содержание влаги в них изменялась в пределах интервала от 25 до 35%. Частота вращения шнека варьировала от 200 до 350 об/мин, вакуум в вакуумной камере в диапазоне 0-400 мм рт. ст. С помощью дисперсионного анализа и методологии поверхности отклика был проведен анализ влияния температуры цилиндра, частоты вращения шнека, влажности сырья и уровня вакуума на индекс водопоглощения, насыпную плотность, удельную механическую энергию, общее содержание фенолов и коэффициент расширения экструдатов. В ходе исследования были получены следующие оптимальные параметры экструзии: температура цилиндра 77,5 °C, влажность смеси 32,5 %, частота вращения шнека 350 об/мин и уровень вакуума 300 мм рт. ст. Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что термовакуумная экструзия оказывает более заметное влияние на коэффициент расширения, насыпную плотность и индекс водопоглощения экструдатов по сравнению с обычной экструзией. Полученный экструдат содержал значимое для организма животных количество антоцианов C3G, P3G и других полезных веществ, обычно разрушающихся под действием высоких температур. Объясняется это тем, что пониженное давление в вакуумной камере способствует расширению экструдированной смеси при более низких температурах, чем при «классической» горячей экструзии, что способствует сохранению биоактивных соединений обрабатываемого сырья.