Исследование рабочего процесса технологического модуля для высокоинтенсивной тепловой обработки ингредиентов комбикормов комбинированным способом с использованием конвективного и СВЧ-нагрева

Введение. В рамках национального проекта по ускоренному развитию животноводства критически важным становится модернизация кормоприготовительных предприятий. Повышение качества и сбалансированности кормов напрямую увеличивает продуктивность скота и снижает риски для здоровья человека. Однако зерновое, животное и минеральное сырье подвержено сильной микробной порче, где особую опасность представляют плесневые грибы, чьи микотоксины резко снижают питательность. Комбинированная конвективно-СВЧ обработка зернового и минерального сырья обеспечивает интенсивную декстринизацию крахмала, стопроцентное обеззараживание продукта и двукратное снижение энергозатрат. Цель исследования — определить рациональное сочетание параметров конвективного (до 60 °С) и СВЧ-нагрева (до 95–105 °С) в технологическом модуле для обеспечения высокоинтенсивной тепловой обработки ингредиентов комбикормов.

Материалы и методы. Влаготепловая обработка зерна –сложный процесс тепло- и массообмена: влага перемещается внутри материала и с его поверхности в окружающую среду, преимущественно в виде смеси пара и жидкости. При высокоинтенсивной тепловой обработке (например, ИК-нагреве) в зерне интенсивно испаряется влага — давление пара растёт, возникает избыточное давление, разрушающее структуру зерна, вызывающее его размягчение и вспучивание. Процесс делят на два периода: 1) нагрев до 95–105 °C (начало парообразования); 2) нагрев выше этой температуры — в нём происходят основные качественные преобразования (в т.ч. уничтожение микрофлоры). Для первого периода предлагают конвективный нагрев (простой и энергоэффективный), для второго — СВЧ-нагрев (обеспечивает быстрый, равномерный нагрев и резкий рост давления пара). Эффективность комбинированной обработки зависит от сочетания режимных параметров процесса.

Результаты исследования. В лабораторных исследованиях изучен конвективный нагрев зерна озимой пшеницы и ракушки. Построены зависимости температуры нагрева неподвижного и подвижного слоёв от продолжительности обработки. Установлено, что с ростом производительности температура материалов на выходе снижается: для зерна (95–105 °C) оптимальна производительность 300–500 кг/ч, для ракушки (60–80 °C) — свыше 650 кг/ч. Выявлена зависимость производительности и удельных энергозатрат от величины зазора между дозирующей катушкой и отсекателем: при увеличении зазора до 4,5 мм энергозатраты снижаются в 2–3,5 раза. Результаты использованы для доработки конструкторской документации технологического модуля комбинированной обработки (конвективный + СВЧ-нагрев) производительностью до 400 кг/ч.

Обсуждение и заключение. В ходе исследований определены зависимости и область конструктивно-технологических параметров предварительного конвективного нагрева для обработки ингредиентов комбикормов. На основе результатов доработана конструкторская документация модуля комбинированной (конвективной и СВЧ-) обработки производительностью до 400 кг/ч.

1. Коваленко А., Солдатенко Н., Фетисов Л., Сухих Е. Микотоксикологический мониторинг кормов в Северо-Кавказском регионе. Комбикорма. 2003;11:98–99. URL: https://kombi-korma.ru/sites/default/files/2/3_11/3-11_98-99.pdf (дата обращения: 02.05.2026).

2. Cristóbal Valverde, Margarita-Manuela Rodríguez-García, Esther Rojas, Rocío Bayón. State of the art of the fundamental aspects in the concept of microwave-assisted heating systems. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2024;156:107594 https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2024.107594

3. Mohammad U.H. Joardder, Abdul Mojid Parvej, Md. Fahim Shahriar, Md. Fahim Faysal, Md. Mostafizur Rahman, Azharul Karim. Enhancing fish drying efficiency and quality: A comparative study of intermittent microwave convective drying (IMCD) and conventional methods. Future Foods 2025;12:100717 https://doi.org/10.1016/j.fufo.2025.100717

4. Vasilyev AA, Vasilyev AN, Budnikov D. Using Modeling to Select the Type of Microwave Field Emitter for Dense-Layer Grain Dryers. Applied Sciences 2023;13(16):9070. https://doi.org/10.3390/app13169070

5. Sining Mao, Yuhan Zhou, Bin Song, Yuzhu Wu, Yu Wang, Yiran Wang, Yanjia Liu, Xiuying Xu, Chengbin Zhao, Jingsheng Liu. Effect of Microwave Intermittent Drying on the Structural and Functional Properties of Zein in Corn Kernels. Foods. 2024;13(2):207. https://doi.org/10.3390/foods13020207

6. Jalal Dehghannya, Mahdi Habibi-Ghods. Computer simulation of microwave-assisted drying: Coupled influence of microwave power and pulse ratio on product and process characteristics. Curr Res Food Sci. 2025;10:101013. https://doi.org/10.1016/j.crfs.2025.101013