CC BY
45УДК 664.123.6
Безотходная экологически безопасная технология переработки свекловичного жома
А.М. ЧЕРНИКОВ (е-mail: [email protected])
Г.Ф. КАПЛУНОВ (е-mail: [email protected]), Курский ЦНТИ Филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России Ю.С. БАГЛИКОВА, соискатель (е-mail: [email protected])
Введение
В современном свеклосахарном производстве сложилась парадоксальная ситуация: ежегодно производится колоссальный объём свекловичного жома — сырья для получения свекловичного пектина, но при этом в России отсутствует производство этого дорогостоящего и востребованного вещества. В чём же заключаются причины сложившегося положения?
Анализ показывает, что главная причина — отсутствие сырья, удовлетворяющего требованиям эффективного производства свекловичного пектина. Необходимо признать, что высокотемпературная сушка топочным газом портит ценный продукт, делает его непригодным для получения пищевого и фармакологического пектина из-за содержания в сушёном свекловичном жоме (ССЖ) канцерогенных веществ.
Кристаллизация протопектина и его отделение от целлюлозно-гемицеллюлозного комплекса сушёного жома
В наших исследованиях изучался альтернативный подход, заключающийся в низкотемпературной сушке свекловичного жома атмосферным воздухом при различных температурах начиная от активного вентилирования без нагревания до сушки воздухом при температуре до 120 °С.
Сушка свекловичного жома атмосферным воздухом протекает в две стадии:
1-я стадия: кислород воздуха отрывает гидроксильные группы от протопектина, в результате чего происходит выделение связанной
воды из массы жома в межстружечное пространство и кристаллизация протопектина;
2-я стадия — удаление (вынос) воды из массы жома потоком воздуха. Скорость 2-й стадии зависит от температуры воздуха, используемого для вентилирования, так как температура обусловливает влаго-ёмкость воздуха.
При сушке жома активным вентилированием был установлен факт кристаллизации пектиновых веществ жома (протопектина).
На микрофотографии видны кристаллы протопектина и проводящий пучок корнеплода сахарной свёклы, состоящий из целлюлозы и гемицеллюлозы.
Вначале предполагалось, что главным фактором кристаллизации протопектина является температура, однако в ходе дальнейшего изучения было установлено, что ключевую роль в этом процессе играет кислород атмосферного воздуха. При взаимодействии с кислородом воздуха в субстрате жома происходит реакция поликонденсации пектиновых веществ, которая сопровождается выделением
Состав дроблёного свекловичного жома, высушенного воздухом
воды и образованием микрогранул пектиновых веществ, склеивающихся с микроволокнами целлюлозы и гемицеллюлозы [1].
Микрогранулы пектиновых веществ отличаются от микроволокон целлюлозы и гемицеллюлозы по плотности и аэродинамическим свойствам, что позволяет разделить частицы этих веществ при помощи размольно-сортировочного процесса. Разделение частиц по размеру в рассевах и по размеру и аэродинамическим свойствам в ситовеечных машинах позволяет получить фракции пектиновых веществ (мучка, крупки и дунсты), различающиеся по содержанию примесей, т. е. по чистоте [1]. Из протопектина известными способами можно извлечь низкоэтери-фицированный пектин [1].
Корме традиционного применения в качестве корма для сельскохозяйственных животных и сырья для получения желирующего пектина возможно создание новых товарных продуктов на основе протопектина и свекловичного целлюлозно-гемицеллюлозного комплекса. Перспективными направлениями являются производство сорбентов, пищевых волокон и влагоудерживающих добавок для различных продуктов.
Сушильная установка
для свекловичного жома
Коллективом авторов из Курска в составе В.А. Семыкина, Г.Ф. Ка-плунова, А.М. Черникова, Ю.С. Багликовой предложена полезная модель «Сушильная установка для свекловичного жома» [3, 4].
Это модель низкотемпературной барабанной сушильной установки
28 САХАР № 5. 2019
с перекрёстным током теплоносителя — атмосферного воздуха, нагретого с использованием ВЭР в теплообменнике до температуры 60-90 С [3, 4]. В качестве прототипа использована стандартная барабанная сушильная установка для жома (ГОСТ 27134-86 «Аппараты сушильные с вращающимися барабанами»). Предлагаемая установка предусматривает возможность модернизации действующих в настоящее время жомосушиль-ных отделений.
Расход атмосферного воздуха на сушку жома в данной сушильной установке составляет не менее 25 тыс. м3 на 1 т ССЖ, расход энергии — не менее 1 Гкал на 1 т ССЖ. Энергетические затраты могут быть существенно снижены за счёт ВЭР завода, а также путём использования возвратного воздуха из барабана для нагрева теплообменника.
Главное преимущество ССЖ, полученного в рассматриваемой сушильной установке, — его чистота. При высокотемпературной сушке жом загрязняется топочными газами и продуктами обугливания при соприкосновении с раскалёнными стенками барабана на входе. Согласно литературным данным жом высокотемпературной сушки содержит канцерогенные вещества (даже без учёта того, что 5 % жома сгорает).
Получение свекловичного пектина
Предложен способ получения свекловичного пектина из пектиновых веществ свекловичного жома, включающий в себя гидролиз протопектина, выделение из полученной смеси жидкой фазы, осаждение, очистку, сушку и измельчение в порошок полученного пектина. Он отличается тем, что в качестве сырья используются пектиновые вещества, выделенные при помощи размольно-сортировочного процесса из свекловичного жома, высушенного воздухом, ферментативный гидролиз протопектина осуществляют ферментом протопектиназой, кото-
рый получают из свежевыжатого сок корнеплодов сахарной свёклы, достигших технологической спелости, в количестве 5—10 % от массы пектинового сырья, а для более полного извлечения пектина из протопектина процедуру повторяют несколько раз [2]. Остаток протопектина, не подвергшегося гидролизу, может быть использован в кормовых целях, а также в качестве сырья для производства пищевых волокон или сорбентов.
Данный способ получения свекловичного пектина отличается от других высокой экологической безопасностью, так как его осуществление не допускает образования кислых вод, попадание которых в окружающую среду может представлять опасность для экологии. Таким образом, отпадает необходимость в обезвреживании и утилизации больших объёмов кислых вод по сравнению с ранее известным кислотным способом, сокращаются экономические затраты и снижается себестоимость пектина [2].
Заключение
Совокупность низкотемпературного аэробного способа сушки свекловичного жома в барабанной сушильной установке с перекрёстным током теплоносителя и способов получения протопектина и
пектина являются целостной безотходной экологически безопасной технологией переработки свекловичного жома. Внедрение этой технологии является важнейшей задачей для повышения экономической эффективности и экологической безопасности свеклосахарной промышленности России.
Список литературы
1. Способ получения пектиновых веществ: пат. 2594781 РФ: МПК A23L 29/231 (2016.01) / Черников Андрей Михайлович; заявитель и патентообладатель Черников Андрей Михайлович. — № 2015112923/13; заявл. 08.04.2015; опубл. 20.08.2016, Бюл. № 23.
2. Способ получения свекловичного пектина: пат. 2658701 РФ: МПК С08В 37/06 (2006.01) / Черников Андрей Михайлович; заявитель и патентообладатель Черников Андрей Михайлович. — № 2017127610; заявл. 01.08.2017; опубл. 22.06.2018, Бюл. № 18.
3. Сушильная установка для свекловичного жома: пат. на ПМ 184631 РФ: МПК F26B 11/04 (2006.01) / Семыкин Владимир Анатольевич, Каплунов Григорий Федорович, Черников Андрей Михайлович, Багли-кова Юлия Сергеевна; заявитель и патентообладатель Черников Андрей Михайлович. — № 2018100763; заявл. 10.01.2018; опубл. 01.11.2018, Бюл. № 31.
4. Черников, А.М. Энергосберегающая и экологически безопасная сушильная установка для свекловичного жома / А.М. Черников, Ю.С. Багликова // Фундаментальные и прикладные исследования в области естественных и технических наук : сб. научн. тр. по материалам Междунар. научно-практич. конференции 27 апреля 2018 г. В 2 ч. / Под общ. ред. Е.П. Ткачёвой. — Белгород : ООО «Агентство перспективных научных исследований» (АПНИ), 2018. — Ч. I. — 178 с.
Аннотация. В статье рассматривается безотходная экологически безопасная технология переработки свекловичного жома, включающая в себя низкотемпературную аэробную сушку свекловичного жома в барабанной сушильной установке с перекрёстным током теплоносителя, размольно-сортировочный способ выделения пектиновых веществ из сушёного жома с последующим получением свекловичного пектина.
Ключевые слова: сушёный свекловичный жом (ССЖ), аэробная сушка жома, пектиновые вещества жома (протопектин), кристаллизация протопектина, протопектиновые микрогранулы, целлюлозно-гемицеллюлозные микроволокна, низкотемпературная барабанная сушильная установка с перекрёстным током теплоносителя, вторичные энергетические ресурсы (ВЭР), фермент протопектиназа, свекловичный сок, свекловичный пектин.
Summary. The article discusses the environmentally friendly non-waste technology for processing sugar beet pulp, including aerobic low-temperature drying of sugar beet pulp in the drum to a drying installation with cross current of heat carrier, mills and screening method of extracting pectin substances from dried sugar beet pulp and then get beet pectin.
Keywords: dried sugar beet pulp, aerobic drying of sugar beet pulp, pectin pulp (protopectin), crystallization of protopectin, protopectin microspheres, pulp and hemicellulose microfiber, low temperature drum drying unit with cross-current heat carrier, secondary energy resources, enzyme protopectins, beet juice, beet pectin.
№ 5 • 2019 САХАР 29
