«Великий разрыв»: всесторонний анализ плавающих и тонущих кормов в современной аквакультуре
Введение: Поверхность и глубины
Аквакультура, то есть разведение водных организмов, является самым быстрорастущим сектором производства продуктов питания в мире, обеспечивающим в настоящее время более половины всего объема рыбы, предназначенной для потребления человеком. В основе этой отрасли лежит фундаментальный, но зачастую упускаемый из виду компонент: комбикорм для рыб. Машина для производства корма для рыб. Корм представляет собой самую крупную статью операционных затрат на большинстве аквакультурных предприятий, часто составляя 50–60% от общих расходов. Поэтому выбор подходящего типа корма — это не просто вопрос удобства; это критически важное решение, имеющее глубокие последствия для коэффициентов конверсии корма (FCR), темпов роста, здоровья животных, экологической устойчивости и, в конечном счете, экономической жизнеспособности.
Одной из основных классификаций кормов для рыб является их плавучесть: плавающие (экструдированные) или тонущие (гранулированные). Это, казалось бы, простое физическое свойство — остается ли частица корма на поверхности воды или опускается в толщу воды — определяет целый ряд биологических, экологических и управленческих последствий. Выбор между плавающим и тонущим кормом не сводится к тому, что один из них универсально превосходит другой; скорее, это сложное решение, которое должно учитывать анатомические, физиологические и поведенческие особенности целевых видов рыб, используемую систему разведения, а также цели производителя.
В данном трактате будет проведено исчерпывающее сравнение плавающих и тонущих кормов для рыб. Мы рассмотрим научные основы процессов их производства, физику их плавучести, а также их непосредственное влияние на поведение, питание и здоровье рыб. Мы рассмотрим последствия для управления хозяйством, экологический след каждого типа корма, а также экономические факторы, определяющие их выбор. В заключение мы представим подробный анализ по каждому виду рыб, чтобы продемонстрировать, как эти принципы применяются в реальной аквакультуре. Понимая сложную взаимосвязь между кормом на поверхности и кормом на глубине, мы сможем оптимизировать методы ведения аквакультуры для более продуктивного, устойчивого и прибыльного будущего.
Глава 1: Наука о производстве — инженерные аспекты плавучести
Основное различие между плавающими и тонущими кормами обусловлено особенностями производственного процесса. Применяемые методы — экструзия для плавающих кормов и паровое гранулирование для тонущих кормов — обеспечивают формирование различных физических и химических структур, которые определяют их поведение в воде.
1.1 Искусство экструзии: создание плавающих гранул
Плавающий корм производится с помощью процесса, известного как экструзия при приготовлении пищи. Это процесс, происходящий при высоких температурах и высоком давлении в течение короткого времени, в ходе которого сухая смесь исходных компонентов превращается в пористые гранулы с плавучестью.
- Шаг 1: Измельчение и смешивание: Как и в случае со всеми промышленно производимыми кормами, процесс начинается с отбора и измельчения сырья. Такие ингредиенты, как рыбная мука, соевая мука, пшеничная мука, связующие вещества, витамины и минералы, измельчаются до состояния мелкого порошка для обеспечения однородности, а затем тщательно смешиваются. Эту смесь часто называют “затором”.”
- Шаг 2: Подготовка: Сухой затор поступает в устройство предварительной обработки, где смешивается с паром и горячей водой. Это обеспечивает гидратацию смеси, запускает процесс желирования крахмала и предварительно разваривает ингредиенты, улучшая усвояемость.
- Шаг 3: Камера экструзии: сердце всего процесса: Затем подготовленное сырье подается в корпус экструдера. Внутри вращающийся шнек продвигает материал вперёд через узкое пространство. По мере продвижения в машине для производства корма для рыб смесь подвергается огромной механической сдвиговой силе и давлению, создаваемым сужающейся конструкцией шнека и конечной матрицей. Сочетание тепла (поступающего как от внешней рубашки, так и от внутреннего трения), влаги и давления обеспечивает тщательную термическую обработку смеси.
- Шаг 4: Точка вспышки: расширение и образование пор: Самый критический момент наступает, когда перегретое тесто под давлением выходит через небольшие отверстия матричной пластины на конце цилиндра экструдера. Оно мгновенно подвергается воздействию нормального атмосферного давления. Это резкое падение давления приводит к взрывному испарению перегретой воды, заключённой в тесте, с образованием пара. Такое “мгновенное” расширение создаёт множество крошечных воздушных пузырьков и пор по всей грануле, что резко снижает её плотность.
- Шаг 5: Сушка и охлаждение: Затем разбухшие влажные гранулы поступают в многоступенчатую сушилку, где циркулирующий горячий воздух удаляет избыточную влагу, стабилизируя гранулы и закрепляя их пористую структуру с низкой плотностью. После сушки гранулы охлаждаются до температуры окружающей среды. Плотность конечного продукта меньше плотности воды (обычно около 0,4–0,5 г/см³), что обеспечивает его плавучесть.
- Шаг 6: Последующая обработка (нанесение покрытия): После сушки пористая структура экструдированных гранул идеально подходит для нанесения покрытия в вакууме или в атмосферных условиях. На гранулы распыляются жидкие липиды (жиры и масла), гидролизаты, витамины и другие вещества, повышающие вкусовые качества. Пористая структура действует как губка, впитывая значительное количество этих покрытий, что позволяет повысить конечное содержание жира в корме до 25% или выше, что имеет решающее значение для высокоэнергетических рационов таких видов, как лосось.
1.2 Простота гранулирования: изготовление тонущего корма
Тонучие корма производятся с помощью процесса, называемого гранулирование паром или прессование с уплотнением. Это процесс, осуществляемый при более низкой температуре и давлении, в котором основное внимание уделяется агломерации, а не расширению.
- Шаг 1: Измельчение и смешивание: По аналогии с процессом экструзии, сырье для машины по производству кормов для рыб измельчается и перемешивается до получения однородной кашицы.
- Шаг 2: Подготовка: Затор обрабатывается паром. Однако количество добавляемого пара и воды меньше, чем при экструзии. Цель заключается не в полной желатинизации крахмала, а лишь в увлажнении и нагревании сусла до температуры около 80–85 °C, благодаря чему натуральный крахмал становится слегка липким и податливым. Это придает смеси “пластичность”, позволяя ей скрепляться под давлением.
- Шаг 3: Матрица для гранулирования: спрессование и формование: Подготовленная масса проталкивается через металлическую матрицу с помощью набора валков. Матрица имеет цилиндрические отверстия. Когда масса продавливается через эти отверстия под высоким механическим давлением, она уплотняется, образуя плотный твердый гранул. Резкого сброса давления или расширения не происходит. Этот процесс в основном заключается в уплотнении.
- Шаг 4: Охлаждение: Гранулы, которые при выходе из матрицы находятся в горячем и мягком состоянии, немедленно охлаждаются и затвердевают в охладителе, зачастую с использованием воздуха окружающей среды или слегка охлажденного воздуха. В ходе этого процесса охлаждения гранулы затвердевают, а небольшое количество поверхностной влаги испаряется. Конечный продукт имеет плотность, превышающую плотность воды (обычно >1,0 г/см³), из-за чего он тонет.
Краткое изложение различий в производстве:
| Особенность | Плавающий (экструдированный) корм | Корм, тонущий (гранулированный) |
|---|---|---|
| Процесс | Высокотемпературная кратковременная экструзия (HTST) | Грудовое прессование (компрессия) |
| Давление | Очень высокий | Высокое (механическое сжатие) |
| Желатинизация крахмала | Высокий (>90%) | Умеренная (частичная) |
| Структура гранул | Пористый, вспененный, губчатый | Плотный, компактный, прочный |
| Плотность | Низкая (<1,0 г/см³) | Высокая (>1,0 г/см³) |
| Стабильность в воде | В целом высокий | Может быть ниже, подвержен распаду |
| Способность к усвоению жиров | Очень высокая (благодаря покрытию) | Ограниченное содержание (с добавлением жира перед гранулированием) |
| Потребление энергии | Высокий | Ниже |
Глава 2: Физические характеристики и поведение в воде
Технологические процессы придают корму определённые физические свойства, которые определяют его поведение с момента попадания в воду и влияют на все — от вымывания питательных веществ до того, как рыба взаимодействует с ним.
2.1 Плавучесть и остойчивость на воде
- Плавающий корм: Пористая, наполненная воздухом матрица экструдированного корма придает ему исключительную плавучесть. Он может оставаться на поверхности в течение многих часов, а то и дней, не намокая и не тону. Эта матрица после высыхания также отличается высокой стабильностью. Она устойчива к разрушению в воде, долго сохраняя свою физическую целостность. Это высокая устойчивость к воздействию воды имеет решающее значение, поскольку позволяет свести к минимуму потери водорастворимых питательных веществ (таких как витамины и минералы) в результате вымывания. Корм сохраняет свою целостность и остаётся богатым питательными веществами до момента потребления.
- Подача на погружение: В плотной структуре гранулированного корма таких воздушных пустот нет. Он начинает тонуть сразу же при контакте с водой. Его водостойкость по своей природе ниже. Вода легче проникает в гранулу, и она может начать распадаться, либо мелкие частицы могут отрываться уже через несколько минут. Это приводит к более высоким показателям вымывание питательных веществ, где ценные водорастворимые питательные вещества растворяются в толще воды до того, как рыба успевает съесть гранулу. Это не только приводит к потере питательных веществ, но и является источником загрязнения воды, обогащая её азотом и фосфором.
2.2 Вымывание питательных веществ и воздействие на окружающую среду
Вымывание питательных веществ является ключевым отличительным фактором. Расширенная, желатинизированная крахмальная матрица в плавающих кормах действует как барьер, замедляя диффузию воды и водорастворимых соединений. В тонущих кормах уплотнённая, но не полностью желатинизированная структура оказывает меньшее сопротивление. Машина для производства рыбного корма. Исследования неоднократно показывали, что тонущие гранулы теряют значительно больший процент своих водорастворимых витаминов и минералов в течение первых нескольких минут погружения в воду по сравнению с экструдированными гранулами.
Это оказывает прямое воздействие на окружающую среду. Вымываемые питательные вещества способствуют эвтрофикации водоема, что приводит к цветению водорослей, снижению содержания растворенного кислорода и может нанести вред выращиваемой рыбе и окружающей экосистеме. Поэтому с точки зрения управления отходами плавающие корма часто характеризуются меньшим прямым воздействием в виде загрязнения питательными веществами на единицу введенного корма.
2.3 Содержание масла/жира и энергетическая плотность
Пористая структура экструдированного корма является важным преимуществом при создании высокоэнергетических рационов. После сушки гранулы можно покрывать вакуумным напылением или добавлять к ним масла и жиры. Поры буквально впитывают и удерживают эти липиды, что позволяет достигать очень высокого содержания жира (25–40% в некоторых рационах для лососевых). Этот жир в значительной степени защищен от вымывания в воду.
При производстве тонущих кормов жир, как правило, необходимо добавлять в сусло до гранулирования. Высокое содержание жира может действовать как смазочное вещество и препятствовать надлежащему связыванию сусла под давлением, что приводит к распаду гранул. Поэтому содержание жира в тонущих кормах часто ограничивается примерно 12–16%. Хотя существуют и некоторые тонущие корма с жировой оболочкой, эта оболочка носит поверхностный характер и более подвержена смыванию.
Глава 3: Биологические и поведенческие последствия для рыб
Физические свойства корма напрямую влияют на поведение рыб, их экологию питания и, в конечном итоге, на их здоровье и показатели роста.
3.1 Поведение при кормлении и биология
- Виды, ориентированные на поверхность (с верхним питанием): Такие рыбы, как тилапия, канальный сом и некоторые виды карпа, по своей природе питаются на поверхности или в толще воды. Для них плавающие гранулы легко доступны и соответствуют их инстинкту питаться на поверхности. Это побуждает их подниматься на поверхность, чтобы поесть, что является ключевым поведенческим стимулом.
- Бентосные (донные) виды: Такие виды, как креветки, лангусты, донные сомы (например, Клариас), а также многие морские рыбы (например, груперы, камбалы) анатомически и поведенчески приспособлены к питанию на дне или вблизи него. Их рот часто направлен вниз, и они искусно просеивают донный субстрат. Для этих видов корм, тонущий на дно, имеет жизненно важное значение. Плавающая гранула оказалась бы полностью за пределами их естественной зоны питания и, скорее всего, была бы проигнорирована.
- Средневодные и пелагические виды: Классическими примерами являются лососевые, такие как форель и лосось. В садках или проточных бассейнах они легко приспосабливаются к кормлению с поверхности, однако их естественная зона кормления находится в толще воды. Можно использовать оба типа кормления, но выбор в данном случае зависит от других факторов, таких как организация содержания и здоровье рыб.
3.2 Наблюдение за кормлением и управление им
Это одно из наиболее значительных практических преимуществ плавающих кормов. Поскольку они остаются на поверхности, фермер может непосредственно наблюдать за процессом кормления.
- Визуальный мониторинг: Фермер может наблюдать, с каким аппетитом кормятся рыбы, сколько времени у них уходит на то, чтобы съесть рацион, и когда они, похоже, наедаются и перестают кормиться.
- Предотвращение перекармливания: Это позволяет применять метод “адаптивного кормления”, при котором фермер прекращает подачу корма, как только скорость его потребления снижается. Такая прямая обратная связь чрезвычайно эффективна для минимизации отходов и оптимизации коэффициента кормоконверсии (FCR). Кроме того, она позволяет оперативно выявлять изменения в аппетите, которые могут служить ранним признаком стресса или заболевания.
При использовании тонущего корма, как только гранула опускается ниже поверхности, её становится невозможно наблюдать напрямую. Фермер не может видеть, едят ли рыбы корм, оседает ли он несъеденным на дне или же его отбирают более агрессивные особи. Кормление часто осуществляется по таймеру или на основе оценочной биомассы, что почти всегда приводит к той или иной степени перекормления или недокормления.
3.3 Усвояемость и здоровье желудочно-кишечного тракта
Процесс экструзии при высокой температуре и сильном сдвиге приводит к высокой степени желированию крахмала. Желатинизированный крахмал гораздо лучше усваивается рыбой, чем сырой крахмал. Хотя рыба не способна эффективно усваивать углеводы, энергия, полученная из хорошо приготовленного крахмала, может быть использована, а желеatinized матрица также улучшает усвояемость белков.
Процессы раздувания и термической обработки также более эффективно уничтожают антипитательные факторы (ANF), присутствующие в растительных ингредиентах (таких как соевые бобы), чем более щадящий метод гранулирования с использованием пара. Машина для производства кормов для рыб. Это может способствовать улучшению усвояемости питательных веществ и снижению воспаления в кишечнике.
Кроме того, низкая плотность плавающего корма может влиять на плавучесть внутри рыба. Существуют отдельные наблюдения и результаты недавних исследований, свидетельствующие о том, что для некоторых видов, склонных к нарушениям работы плавательного пузыря, рацион, состоящий исключительно из плавающих кормов, может усугублять проблему, поскольку наполненные воздухом гранулы могут приводить к попаданию большего количества газа в пищеварительный тракт. Для таких чувствительных видов предпочтительнее использовать тонущие корма, которые проглатываются и сразу же начинают разбухать в воде.
3.4 Социальная иерархия и оценка запасов
Концентрация корма на поверхности может усилить конкуренцию. Доминирующие, более крупные рыбы часто монополизируют зону кормления, вытесняя более мелких, подчиненных особей на периферию. Это может привести к неравномерным темпам роста и различиям в размерах внутри популяции.
Опускающийся корм, рассеиваясь по толще воды, иногда может предоставлять больше возможностей для питания рыбам низшего уровня трофической цепи, поскольку корм не сосредоточен в одном месте, которое легко защитить. Однако это в значительной степени зависит от конкретной системы.
Использование плавающих кормов заставляет рыбу подниматься на поверхность, что дает рыбоводу регулярную прекрасную возможность визуально оценить весь улов. Он может проверить рыбу на наличие признаков заболеваний, травм, оценить физическое состояние и общий уровень активности. При использовании тонущих кормов рыба может оставаться на большей глубине, и наблюдать за ней на постоянной основе будет сложнее.
Глава 4: Вопросы управления, экономики и экологии
Выбор типа корма оказывает влияние, которое распространяется от самих рыб на все производство и его окрестности.
4.1 Коэффициент конверсии корма (FCR) и экономическая эффективность
Коэффициент конверсии корма (FCR) — это ключевой показатель эффективности, который рассчитывается как отношение массы потребленного корма к приросту массы рыбы. Чем ниже FCR, тем лучше, поскольку это означает, что для получения единицы массы рыбы требуется меньше корма.
Плавающие корма, как правило, позволяют добиться лучшего (более низкого) коэффициента кормления (FCR) у видов рыб, которые их потребляют. Основная причина заключается в сокращении отходов за счет визуального контроля за кормлением. Фермер может прекратить кормление в тот момент, когда рыба перестает есть, предотвращая оседание и потерю несъеденного корма. Превосходная стабильность в воде и меньшее вымывание питательных веществ также гарантируют, что рыба фактически потребляет большую долю необходимых питательных веществ.
Хотя производство погружаемого корма может обходиться дешевле в расчете на тонну благодаря более низким затратам на энергию, эта первоначальная экономия может быть полностью нивелирована более высоким показателем FCR, вызванным незамеченным перекармливанием, вымыванием питательных веществ и распадом корма.
4.2 Хранение и обращение
Пористая структура экструдированного корма снижает его плотность. Это означает, что при одинаковом весе он занимает больший объем (насыпной объем) по сравнению с тонущим кормом. Кроме того, при неаккуратном обращении он может быть немного более хрупким и подверженным образованию мелких частиц, хотя современные связующие вещества значительно смягчили эту проблему.
Осадочный корм, благодаря своей высокой плотности, занимает меньше места при хранении и транспортировке. Однако мелкие фракции, образующиеся при производстве осадочного корма, являются полной потерей, так как они сразу оседают на дно и практически не потребляются животными.
4.3 Воздействие на окружающую среду: более подробный анализ
Как уже упоминалось ранее, превосходная стабильность плавающих кормов в воде напрямую приводит к снижению загрязнения питательными веществами за счет несъеденных кормов. Кроме того, возможность точно регулировать кормление означает, что на дне пруда или в клетке оседает меньше органических отходов (целых несъеденных гранул).
В прудовом рыбоводстве это имеет решающее значение. Накопившиеся на дне отходы разлагаются, потребляя кислород и выделяя токсичные продукты обмена веществ, такие как аммиак и сероводород, которые могут вызывать стресс у рыбы и приводить к вспышкам заболеваний. Использование плавающих кормов в сочетании с правильными методами кормления является основой устойчивого управления прудами.
Для кормов, оседающих на дне, особенно в прудовых системах, зачастую возникает необходимость в установке центрального сливного отверстия или применении других методов управления для удаления скопившегося ила со дна.
Глава 5: Видоспецифические применения и гибридные корма
Вопрос о том, что лучше — “плавать” или «тонуть», в конечном счёте зависит от вида выращиваемой рыбы. Вот несколько практических примеров:
- Тилапия: Классический кандидат для применения плавающих кормов. Эти рыбы активно питаются на поверхности, и рыбоводы в значительной степени полагаются на визуальный контроль кормления для оптимизации коэффициента кормления (FCR). Использование плавающих кормов является стандартной практикой на коммерческих фермах по разведению тилапии.
- Креветки и королевские креветки: Обязательные донные кормильцы. Обязательно использование тонущих кормов. Прилагаются значительные усилия для повышения стабильности кормов для креветок в воде, чтобы предотвратить их распад до того, как медленно питающиеся креветки успеют их найти.
- Канальный сом: В американской отрасли прудового рыбоводства плавающий корм является общепринятым стандартом по тем же причинам, что и в случае с тилапией: визуальный контроль и сокращение отходов.
- Лосось и форель: В садковом разведении используются оба вида кормов. Однако в отрасли преобладают высококалорийные экструдированные плавающие корма. Возможность включения в состав очень высокого содержания жира имеет решающее значение для этих холодноводных видов, а преимущества мониторинга в садках весьма значительны. В современных системах кормления лосося часто используется сочетание воздуха и воды для подачи гранул, что позволяет в некоторой степени контролировать глубину сброса и, при необходимости, эффективно создавать “медленно тонущий” корм.
- Кои и декоративные рыбы: Любители используют практически исключительно плавающий корм. Главная причина — зрелищность кормления: наблюдение за тем, как кои поднимаются на поверхность, является ключевой частью этого увлечения. Кроме того, это позволяет непосредственно оценивать состояние здоровья рыб.
- Медленноплавающие донные виды (например, групер, палтус): Эти рыбы неохотно поднимаются на поверхность. Поэтому крайне важно использовать тонущие корма. Для этих ценных видов рыб разработаны специальные тонущие гранулы, отличающиеся высокой стабильностью.
Гибридные и специализированные корма:
Эта дихотомия не является абсолютной. Технологии позволили создать промежуточные варианты:
- Медленно тонущие корма: Тщательно регулируя плотность в процессе экструзии, производители могут создавать корма, которые опускаются на дно очень медленно. Это полезно для видов рыб, питающихся в толще воды, поскольку дает рыбе больше времени на то, чтобы обнаружить и съесть гранулу, прежде чем она опустится на дно.
- Погружные кормовые гранулы: В некоторых высокотехнологичных системах плавающие гранулы используются в автоматических кормушках, которые погружают корм в воду и высвобождают его на заданной глубине, сочетая питательные преимущества экструзии со способом подачи корма, необходимым для определенных видов рыб.
Заключение: осознанный выбор в интересах устойчивого будущего
Выбор между плавающими и тонущими кормами для рыб является одним из основополагающих вопросов в аквакультуре. Это выбор между двумя разными подходами к производству, двумя разными стратегиями управления и двумя разными подходами к отношению к выращиваемым животным.
Плавающий (экструдированный) корм обладает такими преимуществами, как повышенная стабильность в воде, снижение вымывания питательных веществ, возможность обеспечения более высокой энергетической плотности и, что наиболее важно, возможность непосредственного визуального контроля за кормлением с помощью оборудования для производства рыбных кормов. Это приводит к улучшению показателей FCR, снижению воздействия на окружающую среду и упрощению оценки численности поголовья. К его недостаткам относятся более высокая себестоимость производства и непригодность для видов, питающихся с дна.
Корм, тонущий (гранулированный) имеет решающее значение для выращивания бентосных видов. Изначально его производство зачастую обходится дешевле, однако оно сопряжено с риском более интенсивного вымывания питательных веществ, худшей стабильности воды и практически полной невозможностью контролировать потребление корма, что часто приводит к более высокому коэффициенту кормоконверсии (FCR) и большему количеству отходов.
Универсального “лучшего” корма не существует. Оптимальным выбором является тот, который соответствующие особенностям вида, адаптированные к конкретной системе и удобные в управлении. Машина для производства кормов для рыбы. Для производителей тилапии, практикующих кормление сверху, плавающий корм является незаменимым средством для обеспечения эффективности. Для производителей креветок — единственным вариантом являются высококачественные и стабильные тонущие гранулы. Современный аквакультурист должен понимать научные основы погружения, технические аспекты плавучести и биологию своей рыбы, чтобы сделать осознанный выбор, гарантирующий здоровье поголовья, производительность хозяйства и устойчивость своей деятельности. В динамично развивающемся мире аквакультуры именно тот корм, который устраняет разрыв между поверхностью и глубиной, станет движущей силой развития отрасли.
