XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Отходы в доходы: производство перьевой муки

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Каланакова Л.Н. 1

---

1МБОУ "СОШ №12 им. В.Г. Распутина"

Попова Е.И. 1

---

1МБОУ "СОШ №12 им. В.Г. Распутина"

Работа в формате PDF

3.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Главная цель любого коммерческого предприятия — максимизировать свою прибыль. Современный и ответственный бизнес также стремится еще быть и более экологичным. А успешный – находит пути совмещать эти цели!

Развивая бизнес по производству мяса птицы, на ООО «Братская птицефабрика» предусматривали утилизацию 100% отходов птицеводства. В настоящее время предприятие пересматривает такой подход и решает модернизировать производство, чтобы перерабатывать отходы, снижая негативное влияние на окружающую среду, и получать дополнительный доход в виде производства продуктов переработки (перьевой муки).

В начале 2022 года было принято решение изучить детально этот вопрос. Продолжительное время ушло на изучение технологий переработки, оценку собственных сил и возможностей. Воплощение в жизнь нашей идеи – это целый комплекс подготовительных работ, сбор и ремонт необходимого оборудования, участие большого количества специалистов.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи: изучить отходы предприятия животного происхождения; изучить и выбрать технологию переработки пухо – перьевого сырья; произвести перьевую муку; провести исследования перьевой муки; провести эколого – экономическую оценку эффективности использования перьевой муки.

Предмет исследования: технология переработки пухо–перьевого сырья – производство перьевой муки. Объект исследования: перьевая мука.

При выполнении работы использовались следующие методы исследования: работа с источниками информации (справочно – нормативная документация, учебная литература, интернет); наблюдение; измерение, сравнение; фиксирование результатов.

Гипотеза исследования: я предположила, что на имеющемся оборудовании врзможно переработать пухо – перьевые отходы, произвести качественную перьевую муку и частично заменить ей более дорогостоящую рыбную муку.

Актуальность темы: современное птицеводство использует для производства мяса высокопродуктивную птицу, которая предъявляет повышенные требования к полноценному кормлению. Стоимость кормов в структуре затрат на производство продукции составляет почти 60%. В связи с этим важное значение должно уделяться качеству используемых кормов, а также снижению расхода корма на единицу продукции. Для этого необходимо внедрять в производство новейшие технологические приемы кормления птицы. Уменьшение в рационах доли дорогостоящих компонентов животного происхождения (в частности рыбной муки) вынуждает искать их заменители и определять оптимальные нормы потребления. При этом остается недостаточно изученным и далеко не в полной мере используемым такой компонент животного происхождения, как перьевая мука. Таким образом, проблема обеспечения промышленного птицеводства высококачественными и в то же время недорогими кормами остается актуальна.

1. Характеристика отрасли птицеводства и производственной площадки

ООО «Братская птицефабрика»

Птицеводство – одна из наиболее перспективных и динамично развивающихся отраслей во всем мире. Это «быстрое» производство с высокой рентабельностью успешно при правильном выборе породы птицы, использовании современного оборудования и технологии ее разведения. В настоящее время в России функционирует 641 предприятие.

Российское птицеводство является одной из самых стабильно действующих отраслей, что подтвердилось при развитии непростой ситуации 2020 года. Производители мяса птицы поставляли на рынок продукцию без перебоев, сохраняя ее доступность для всех слоев населения. В 2021 году было произведено 10,8 млн тонн мяса (свинины, говядины, баранины и др.), из них 4,7 млн тонн – мяса птицы (44%)!

Безусловный лидер с мясном птицеводстве – куры-бройлеры, их разведение самое высокоэффективное: срок откорма составляет 42-45 дней, вес достигает до 3,0 кг при среднесуточном привесе ~50,0 гр. Куриное мясо обладает повышенной питательностью, легко усваивается организмом, богато витаминами, укрепляет иммунитет.

2. Методика исследования

2.1. Подготовительный этап исследования

2.1.1. Изучение отходов животного происхождения

В результате производственной деятельности любой птицефабрики неизбежно возникает образование большого количества биологических отходов (отходы животного происхождения). Определим виды отходов:  продукты переработки (внутренности, жир, кожа, кости, кровь), а также падеж, помет, отходы перьев и пуха. Общая масса отходов составляет 24% от живого веса птицы. Они содержат белки (протеины) до 15% во внутренностях, до 80% в пере, жиры, кальций, фосфор, магний, натрий, витамины и микроэлементы, т.е. ценные питательные вещества.

Однако средний уровень промышленной переработки отходов в птицеводстве на сегодняшний день едва превышает 20% от общего объема. Почему так происходит? Можно назвать немало причин: это и пренебрежительное отношение к среде обитания – несанкционированные захоронения отходов, и экономические проблемы – невозможность приобрести новое оборудование для переработки и изношенность старого.

Утилизация отходов происходит следующим образом.

Помет вывозится и утилизируется на пометохранилище. Оно находится на изолированной территории, на специальной площадке с водонепроницаемой подложкой. Периодически помет вывозится на поля и используется как органическое удобрение.

Падеж и внутренности птицы утилизируют с помощью ямы Беккари. Это специальное сооружение размером 3*3 м и глубиной 10 м, стены залиты бетоном с утеплением. Температура через 20 дней достигает до +70%, а через 35-40 дней получается однородный, не имеющий запаха компост. Минимальный риск распространения инфекции в окружающую среду — основное преимущество, которое можно получить с помощью ямы Беккари.

Пухо – перьевые отходы - кератиносодержащее сырье, устойчивое к механической и химической обработке. Полное разложение при компостировании происходит только по истечении 2 лет. Для более быстрой утилизации трудноразлагаемых отходов используют крематор. После обработки в крематоре остается только совершенно безвредный пепел.

Все эти способы утилизации соответствуют требованиям санитарных норм, однако, биологические отходы были и остаются ценным сырьем, которые просто необходимо перерабатывать и использовать для кормовых целей, получая дополнительный доход.

2.1.1.1. Изучение пухо – перьевого сырья

Что представляют из себя данные отходы? В зависимости от функционального назначения куриное перо можно разделить на следующие виды: контурные и пуховые.

Контурные перья – верхний ярус оперения, подразделяются на: подкрылок – твердые жесткие длинные перья крыльев и хвоста, и покровные (кроющие) – короткие и широкие, покрывающие тело и голову, достаточно мягкие и рыхлые. Подкрылок состоит из: маховых перьев – прочные, длинные и ассиметричные, образуют плоскость крыла, и рулевых перьев – длинные, прочные, образуют хвост (приложение 1).

Куриное перо более грубое, ломкое, малой упругости, образует комки, может использоваться при производстве изделий только вместе с пером и пухом водоплавающей птицы.

Подкрылок и покровное перо кур целесообразно использовать в производстве сухих животных кормов. Многочисленные исследования, проведенные специалистами ВНИИ птицеперерабатывающей промышленности доказали возможность применения такой кормовой добавки в кормлении кур, свиней, КРС, собак и кошек, в аквакультуре.

В кормлении животных решающая роль отводится белку, птица отличается интенсивным белковым обменом и очень требовательна к уровню и качеству используемого протеина в составе кормосмесей.

В кормлении используется три основные источника белка: растительные (шрот соевый и соя экструдированная) – 75% от общего количества, и животный (рыбная мука) – 25%. Многочисленные исследования ученых показали, что по содержанию незаменимых аминокислот особенно богаты протеины кормов животного происхождения, их источником является дорогостоящая рыбная мука. Одним из резервных источников такого белка является кератинсодержащее пухо – перьевое сырье.

2.1.2. Изучение и выбор оптимальной технологии переработки пухо – перьевого сырья для производства перьевой муки

Традиционно наиболее распространена термообработка в котлах Лапса. В таких котлах сырьё медленно нагревается до температуры 120-130 °С и стерилизуется в течение 30 – 60 минут при давлением 0,3-0,4 МПа. Затем разваренная масса сушится в течение нескольких часов при 70-80 °С. Из отходов получают муку. Можно выделить следующие основные недостатки технологии: длительность процесса получения готового продукта (до 10-12 часов); высокие энергозатраты (кроме электроэнергии необходимы газ, пар и горячая вода). В конечном итоге протеин после многочасовой термообработки имеет низкую усваиваемость. Посту­пая в нижние отделы кишечника, он не переваривается, и является источником питания для патогенной микроф­лоры.

Для получения качественного кормового продукта, в котором максимально сохраняется биологическая ценность, необходимо свести к минимуму время термообработки. При этом желательно использовать экономичные и экологически чистые технологии. Таким требованиям соответствует экструзия.

Экструзия (от латинского extrudo – выдавливание) – это процесс, совмещающий термо-, гидро- и механическую обработку сырья для получения продуктов с новой структурой и свойствами. Впервые подобная технология была предложена американскими специалистами в 1995 году.

Экструзионные технологии позволяют одновременно проводить быстро и непрерывно в одной машине (экструдере) ряд операций: перемешивать, сжимать, нагревать, стерилизовать, варить и формовать продукт. За короткое время в сырье происходят процессы, соответствующие длительной термообработке.

В современных экструдерах температура может достигать +200 °С, а давление – 4-5 МПа. Обрабатываемый материал находится в экструдере не более 30-90 секунд. Основные важные изменения происходят при «взрыве» — резком падении давления и температуры при выходе продукта из экструдера: рвутся клеточные стенки, химические связи, меняется структура, продукт становится пористым, увеличиваясь в объёме. Содержание растворимых веществ повышается в 5-8 раз, становятся более доступными действию пищеварительных соков, улучшаются переваримость. Усваиваемость зерновых кормов возрастает до 90%.

При применении экструзии получаем качественный стерильный корм. Это важно, так как до 80% поголовья гибнет из-за болезней желудочно-кишечного тракта.

2.2. Основной этап исследования

2.2.1. Производство перьевой муки

Наша линия переработки будет собрана из оборудования, имеющегося на предприятии с 2009 года, немного отремонтирована собственными силами. Оборудование в целях безопасности ограждено древесно – волокнистыми плитами. Переработка будет производиться в отдельном помещении – цехе переработки, специально оборудованным для этих целей.

Для производства используем сырье только от здоровой птицы, которая допущена к переработке ветеринарной службой предприятия. Сырье для производства муки не хранится, а сразу перерабатывается, срок хранения не превышает 12 часов. Перед началом производства пухо – перьевое сырье взвешивают, очищают от имеющихся примесей и посторонних предметов, которые могли попасть в процессе убоя птицы.

1. Доставка и загрузка влажного пера в измельчитель осуществляется фронтальным погрузчиком. Первая пробная партия сырья составляет 750 кг (приложение 2, 3).

2. В измельчителе происходит процесс измельчения пера для дальнейшей эффективной переработки в экструдере (уменьшение времени производства). Время ~5 мин.

3. С помощью шнекового транспортера сырье подается в сушильный барабан, где при температуре воздуха +70 ⁰С и вращении барабана происходит сушка сырья. Время сушки ~5 мин. Для качественной переработки влажность сырья не должна превышать 25%.

4. Высушенное сырье подается в экструдер. При прохождении сырья в стволе экструдера поднимается температура свыше +110 °С и возрастает давление более 4,0 МПа. Время прохождения смеси через экструдер не превышает 43 секунд, а в зоне максимальной температуры +160 °С она находится лишь 5-6 секунд. За это время смесь: стерилизуется и обеззараживается (болезнетворные микроорганизмы полностью уничтожаются), увеличивается в объёме (вследствие разрыва молекулярных связей при выходе из экструдера), измельчается и перемешивается, продукт становится полностью однородным.

5. Горячая перьевая мука (+100 °С) с помощью шнекового транспортера – дозатора подается в барабан – охладитель.

6. В барабане – охладителе мука разравнивается тонким слоем и охлаждается с помощью нагнетаемого вентилятором потока воздуха через охладитель, при этом мука разрыхляется вращающимися лопастями (время ~7 мин). Это очень важный момент производства – при естественном охлаждении муки срок хранения не превышает 30 дней, при проведении быстрого охлаждения, это время увеличивается до 6 месяцев! Объем полученной муки составил 561 кг (выход готовой продукции 75%).

7. Готовая перьевая мука фасуется в тару (у нас мешки по 50 кг) с помощью установки фасовки. Хранение производится в хорошо проветриваемом складе.

Мощностей оборудования для переработки хватает, чтобы полностью обеспечить потребности птицефабрики. Более того, есть большой запас мощностей, для того чтобы развиваться дальше и наращивать объемы по переработке других отходов птицеводства.

2.2.2. Проведение исследований перьевой муки

2.2.2.1. Результаты лабораторных исследований

Один из важных этапов нашей работы – исследование произведенной перьевой муки на содержание протеина. Наш образец был отправлен в ветеринарную лабораторию, где они успешно прошли испытания на соответствие ГОСТ 17536-82 «Мука кормовая животного происхождения», о чем свидетельствует заключение (приложение 4). Наша перьевая мука имеет высокий показатель содержания протеина 82,01% (согласно ГОСТ показатель должен быть не менее 75%).

2.2.2.2. Результаты введения перьевой муки в рацион питания

Введение перьевой муки в рацион питания цыплят-бройлеров – ответственный момент, к которому необходимо подходить с осторожностью, чтобы избежать негативных последствий. Было принято решение провести исследование на опытных клетках.

В птицеводстве основной показатель оценки эффективности производства – среднесуточный привес птицы. Цель исследования – определить, как повлияет на привес частичная замена рыбной муки на перьевую муку.

Исследование: период 42 дня (6 недель), для проведения были определены 2 клетки с 20 цыплятами в каждой в одном цеху в одинаковых климатических условиях, но с разным рационом питания. Один раз в неделю проводились контрольные взвешивания всех птиц на разном этапе роста: 1 и 2 неделя – СТАРТ возраст птицы 0-14 дней, 3 и 4 неделя РОСТ – 14-28 дней, 5 и 6 неделя ФИНИШ. – 28-42 дня. В клетке №1 в общем рационе содержание рыбной муки: СТАРТ – 7%, РОСТ – 8%, ФИНИШ – 6%. В клетке №2 в рацион была введена перьевая мука в размере 20% от количества рыбной муки (согласно рекомендациям зоотехников предприятия и рекомендациям по выращиванию цыплят – бройлеров можно вводить от 18% до 50% перьевой муки, на предприятии можем произвести около 34 000 кг, ~20%). Определили следующие пропорции перьевой муки в общем рационе: возраст СТАРТ – 1,4%, РОСТ – 1,6%, ФИНИШ – 1,2%. Средние показатели привеса записывались в таблицу (приложение 5).

Результаты исследования: при кормлении рыбной мукой среднесуточный привес составил 48,68 грамм на 1 голову, при кормлении рыбной и перьевой мукой привес составил 48,63 грамм на 1 голову. Это отличный результат!

Исследования на опытных клетках проводились более четырех месяцев, под наблюдением были три посадки в трех разных цехах. Результаты опытов по откорму показали, что перьевую муку можно использовать без снижения привесов, и с начала 2023 года включить в кормовую смесь на постоянной основе.

2.3. Эколого – экономическая оценка технологии переработки пухо – перьевого сырья

2.3.1. Экологическая оценка

На сегодняшний день крематоры являются одним из самых эффективных методов утилизации пухо – перьевого сырья. Важен тот факт, что с их помощью предприятия могут уничтожать отходы по мере их накопления, избегая длительного хранения и гниения. Для этих целей на предприятии используется дизельный крематор КД-1000.

Однако имеется существенный недостаток – это крайне негативное влияние на окружающую среду: при сгорании 1 л дизельного топлива выделяется до 100 грамм токсичных компонентов: окись углерода, азота, серы, а также твердые продукты сгорания (сажа), неприятный запах. Желание сделать производство более безопасным с точки зрения экологии, и послужило изучение вопроса возможности переработки пухо – перьевого сырья для производства перьевой муки. Внедрение современных технологий – уверенный шаг к сохранению экологии, и улучшению качества нашей жизни.

2.3.2. Экономическая оценка

В настоящее время предприятие переживает непростой период. Последние два года были крайне тяжелыми, финансово нестабильными. Увеличение стоимости кормов, инкубационного яйца, повлекли увеличение расходов более чем на 40%. Одной из важных задач нашего проекта было получение качественного продукта, который позволит частично заменить более дорогостоящий, тем самым получить дополнительный источник дохода.

Анализ расходов на эксплуатацию оборудования – крематора и экструдера.

Экономия по расходам на утилизацию отходов за год составила:

777600.00 – 31859,34 = 745740,66 руб.

2. Анализ экономии от замены состава рациона.

По имеющимся данным расход рыбной муки на кормление за год составляет 162 000 кг. Перьевой мукой можно заменить до 50% расхода, т.е. 81 000 кг, производство муки составляет 34 020 кг. Стоимость 1 кг рыбной муки составляет 50,50 руб., перьевой муки – 0,70 руб. Согласно проведенным исследованиям (введения перьевой муки в рацион и положительным полученным результатам) можем посчитать экономию.

Экономия от замены рыбной муки на перьевую в размере 34 020 кг в год составила:

34020 * 50,0 - 34020 * 0,70 = 1 677 186,00 руб.

Общая экономия от переработки пухо – перьевого сырья в год составляет:

745740,66 + 1694196,00 = 2 422 926,66 руб. Для предприятия это значительная сумма, например, можно обновить 5 инкубационных шкафов общей вместимостью 100 000 шт яиц!

3. Использование результатов

Около года мы осуществляли исследования, шаг за шагом двигаясь к намеченной цели. Было непросто и волнительно, ведь мы имели дело с живыми существами, и как поведет себя то или иное изменение давно сложившейся системы кормления – неизвестно. В случае неудачного опыта – крайне негативные последствия. И все же наши теоретические и практические знания привели к отличным результатам:

1. Отремонтировано и запущено в работу оборудование для переработки отходов линия экструдирования.

2. Произведен новый продукт – перьевая мука из биологических отходов, которые ранее утилизировались путем сжигания в крематоре. Экономия на расходе топлива составит 745 740,66 руб. в год.

3. Снижены выбросы, образующиеся при сжигании и оказывающие негативное влияние на окружающую среду.

4. Произведенная перьевая мука успешно прошла испытания на опытных клетках и на сегошняшний день включена в рацион питания цыплят – бройлеров на постоянной основе как альтернатива дорогой рыбной муке.

5. Снижение затрат при частичной замене рыбной муки на перьевую собственного производства принесет существенную экономию финансовых средств предприятия. Экономия составит 1 677 186,00 руб. в год.

6. Общая экономия от переработки пухо – перьевого сырья составит 2 422 926,66 руб.

Заключение

С момента появления цивилизованного общества перед ним встала проблема охраны окружающей среды, а проблема утилизации отходов стала сегодня одной из самых важных экологических проблем. Многими учеными изучаются вопросы возможности применения переработанных отходов пищевой, кожевенной, пушно-меховой, лесной и других отраслей, способных стать полнорационными заменителями кормов протеинового питания.

Сегодня ООО «Братская птицефабрика» производит по-прежнему качественный и доступный продукт, стремится внедрять самые передовые технологии в производстве.

Цель нашей работы успешно достигнута – произведена и применяется в кормлении перьевая мука. Новый продукт успешно прошел необходмые исследования в Иркутской межобластной ветеринарной лаборатории на соответствие ГОСТ. Внедрена природоохранная технология переработки пухо – перьевого сырья – экструдирование.

Список литературы

Литературные источники:

1. Татьяничева, О.Е. Эффективность использования корма и продуктивные качества у цыплят – бройлеров при скармливании перьевой мукой. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук / О.Е. Татьяничева. – Белгород: Белгородская ГСХА, 2011. – 115 с.

2. Технология переработки продуктов птицеводства: учеб. пособие / под ред. Н.П. Третьякова. – М.: Колос, 1974. – 239 с.

3. Фисинин, В.И. Промышленное птицеводство / В.И. Фисинин, Г.А. Тардатьян. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1991. – 543 с.

Периодические издания:

1. Кадыров, Д. Экструзионная переработка биологических отходов в корма / Д. Кадыров, А. Гарзанов, В. Плитман // Птицеводство. – 2008. - №7. – С. 51-54.

2. Межгосударственный стандарт ГОСТ 17536-82 "Мука кормовая животного происхождения. Технические условия" (утв. постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 июня 1982 г. N 2422) // СПС «Консультант Плюс».

Источники Интернет:

1. Переработка побочных продуктов птицеводства. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://itexn.com/4070_pererabotka-pobochnyh-produktov-pticevodstva.html/ (дата обращения 12.09.2022 г.).

2. Переработка био отходов с помощью экструзии. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://eks-bio.ru/company/articles/vygodnaya_utilizatsiya/ (дата обращения 11.09.2022 г.).

3. Рациональный метод переработки перопухового сырья. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://fermer.ru/sovet/ptitsevodstvo/3453/ (дата обращения 01.08.2022 г.).

Приложение 1

Виды перьев цыпленка – бройлера кросса ISA F-15

контурные

пуховые

подкрылок

покровные

маховые

рулевые

Приложение 2

Л иния экструдирования пухо – перьевого сырья

Приложение 3

Этапы переработки пухо – перьевого сырья

Экструдированное пухо – перьевое сырье

(готовая продукция перьевая мука)

Пухо – перьевое сырье

Измельченное пухо – перьевое сырье

Приложение 4

Результаты лабораторных исследований

Приложение 5

Результаты введения перьевой муки в рацион питания

( суточный привес грамм в сутки)

Клетка №1 кормление рыбной мукой: СТАРТ – 7%, РОСТ – 8%, ФИНИШ – 6%

Клетка №2 кормление рыбной мукой / перьевой мукой: СТАРТ – 5,6% /1,4%, РОСТ –6,4% /1,6%, ФИНИШ –4,8% /1,2%.