CC BY
328
Заключение
Таким образом, пищевые растения Забайкалья благодаря своим полезным свойствам могут находить применение в производстве мясных и рыбных продуктов. Результаты исследования биохимического состава местных растений являются ключевым моментом для разработки научно обоснованных способов переработки растительного сырья в целях направленного использования его как в пищевой технологии, так и в будущем в микробной биотехнологии.
Библиографический список
1. Намзалов Б.Б. Байкальский фитогеографический узел как новейший центр эндемизма Внутренней Азии // Сибирский экологический журнал. — № 4. — 2009. — С. 563-571.
2. Анцупова Т.П. Оценка биологической активности растений Забайкалья. — Улан-Удэ, 1985.
3. Асеева Т.А., Найдакова Ц.А. Пищевые растения в тибетской медицине. — Новосибирск, 1991.
4. Chandler B.V. Fruit juice review // Food Australia — № 43 (4). — 1991. — Р. 143-145.
5. Батуева С.Д. Разработка валеологиче-
ского мясопродукта с использованием рецептов тибетской медицины: дис. канд.
техн. наук. — Улан-Удэ, 1996.
6. Соколов С.Я., Замотаев И.П. Справочник по лекарственным растениям (фитотерапия). — М., 1990.
7. Ковалева Н.Г. Лечение растениями. — М., 1971.
8. Спаржа и купена с точки зрения их микроэлементного состава / Л.П. Ильина, С.Д. Мункуева, Т.П. Анцупова, Л.С. Дыр-чикова // Хранение и переработка сель-хозсырья. — 2004. — № 7. — С. 35-36.
9. Мадагаев Ф.А., Анцупова Т.П., Мункуева (Батуева) С.Д., Ильина Л.П., Сан-жин Б.Б. Перспективы разработки лечебнопрофилактического мясопродукта с использованием спаржи // Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов: тр. I Междунар. конф. — М., 1997.
10. Шабров А.В., Дадали В.А., Макаров В.Г. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи. — М., 2003.
11. Мадагаев Ф.А., Мункуева С.Д. (Батуева), Забалуева Ю.Ю. Биологически активная пищевая добавка для производства сырокопченых колбас // Патент № 2186506 от 10.08.2002.
12. Мадагаев Ф.А., Мункуева С.Д. (Батуева), Забалуева Ю.Ю. Влияние водноспиртовых настоев лекарственных растений на качество мясного фарша // Мясная индустрия. — 2000. — № 5. — С. 38-39.
13. Мункуева С.Д. (Батуева), Мадага-ев Ф.А., Анцупова Т.П., Ильина Л.П. Влияние экстрактов растений на мышечную и жировую ткань // Пища. Экология. Человек: тез. докл. конф. — М.: МГАПБ, 1999.
14. Мадагаев Ф.А., Мункуева С.Д. (Батуева), Габанова Г.В., Константинова С.А. Влияние экстрактов из спаржи на качество пресервов из омуля / // Сб. науч. трудов ВСГТУ. — Улан-Удэ, 2000. — Вып. 7. — С. 149-151.
УДК 536.2Д6.:637.133.:66Д
О. Рахматов, К.К. Нуриев, А.М. Юсупов
БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОСТАТКОВ ХЛОПЧАТНИКА
Ключевые слова: хлопок-сырец, стебли, коробочка, створка, топливо, этиловый спирт, фурановые соединения, пищевой
пектин, переработка, остатки хлопчатника, биологическое удобрение, хлопковый жом, корм.
Введение
Представитель семейства мальвовых — хлопчатник широко распространен во многих жарких и субтропических странах культивируется для технических целей. Это растение выращивается в более чем 160 странах и является сырьём для получения свыше 1200 различных технических веществ и продуктов: высококачественное волокно, пи-
щевое масло, белковый изолят, протеиновая мука, госсипол, ацетат, хозяйственное мыло, шелуха, шрот, жмых, глицерин, древесно-стружечные плиты и многое другое.
В Центральной Азии и в частности в Узбекистане после уборки хлопка-сырца основная масса хлопковых стеблей (гузапая) вместе со створками — пустыми коробочками срезалась и использовалась в качестве дешевого топлива в сельских местностях. Из более чем 3 млн т хлопковых створок лишь часть используется на гидролизных заводах для выработки древесного этилового спирта и различных фурановых соединений.
Учеными Узбекистана разработана технология получения пищевого пектина из хлопковых створок, которые содержат до 9% пектиновых веществ [1, 2]. Учитывая большое народно-хозяйственное значение и спрос на пектин хлопковый, авторы предлагают комплексный подход к вопросу безотходной технологии переработки остатков хлопчатника с получением целевого продукта, кормов для крупного рогатого скота и биологического удобрения. В связи с поставленными задачами на основе анализа и обобщения полученных теоретических и экспериментальных данных нами разработаны рациональная аппаратурно-технологическая схема (АТС) всего производства и общие принципы действия некоторых основных машин и аппаратов.
Целью исследований является изыскание инновационных технологий, приемлемых для комплексной переработки вторичных отходов хлопчатника в рамках сохранения окружающей экологической обстановки в хлопководческих хозяйствах.
В связи со сказанным перед авторами поставлены следующие задачи:
• на основе анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований создать оптимальные машины и аппараты для переработки хлопковой створки;
• создать усовершенствованную ресурсосберегающую технологию получения пищевого пектина из створок хлопчатника;
• разработать технологию получения обогащенного биокорма с использованием хлопкового жома;
• разрешить вопрос биогенерации отходов хлопчатника с получением биогумуса;
• разработать аппаратурно-технологическую схему (АТС) переработки остатков хлопчатника.
Методика исследований
Для разработки безотходной технологии переработки остатков хлопчатника и выбора рациональных машин и аппаратов для проведения массообменных процессов необходимо учесть физико-механические характеристики хлопковой створки.
В этом аспекте нами проведены исследования процесса очистки створки от балластных веществ, её набухаемости, а также влияния кине-динамической и электроим-пульсной обработки на процесс гидролиз-экстрагирования пектина из хлопковой створки.
Экспериментальная часть
Собранные с хлопковых полей посредством хлопкоуборочных комбайнов створки и частично целые коробочки с плодоножками доставляют на место временного хранения (рис. 1).
В качестве такого хранилища рекомендуется использовать серийно выпускаемое пневматическое сооружение А-18Ц1 [3].
Оно исключительно мобильное, портативное, его можно быстро устанавливать и перебазировать в течение 2-3 дней. Вместимость пневмосклада около 800 т створок при объемной их массе 130 кг/м3.
Перед закладкой сырья на хранение его максимально очищают от механического и органического сора, а также от оставшихся плодоножек на ворохоочистителе ОХС-500
1 и подвергают сушке в барабанной сушилке 2 при влажности сырья более чем 8%. Высушенную до кондиции хлопковую створку пневмотранспортом засыпают и укладывают навалом внутри пневмосооружения 3. Для предотвращения развития микроорганизмов и порчи в процессе длительного хранения в массу створки через систему специальных трубопроводов подают периодически сернистый ангидрид.
Технология извлечения пектиновых веществ из хлопковой створки основана на известных способах и проводится по аналогии получения пектина из сухого свекловичного или яблочного жомов с учетом отличительных её физико-биологических свойств
[4].
Поскольку хлопчатник в период вегетативного роста и созревания подвергается несколько раз обработке пестицидами и гербицидами хлор-органического происхождения, а также дефолиантами, то в хлопковых коробочках образуются до 8% фенольных соединений катехиновой природы. Эти вещества могут загрязнить получаемый пектин и отрицательно повлиять на его об-
щее качество. Поэтому сухую хлопковую створку промывают 3-4%-ным раствором №С1 в барабанной моечной машине 4, отцеживают на ленточном фильтре 5 от промывочного раствора. Затем набухшую створку пропускают через трехвалковый аппарат 6, подвергают на установке 7 элек-троимпульсной обработке и подают на шнеково-эрлифтный экстрактор 8 для проведения процесса гидролиз-экстрагирования пектиновых веществ раствором щавелевой кислоты.
Очистку гидролизата, его концентрирования, осаждения пектина и его сушку осуществляется по классическим известным технологиям [4].
Принципиальная постадийная блок-схема производства пектина из створок хлопчатника представлена на рисунке 2.
Результаты и их обсуждение
Исследования процессов получения пектиновых экстрактов из хлопковой коробочки показали, что для повышения эффективности функционирования предлагаемой технологической системы необходимо разработать более совершенные машины и аппараты с учетом специфики перерабатываемого сырья.
В этом аспекте нами предлагается барабанная моечная машина (4) лопастноперевалочного типа, действие которой базируется на использовании эффекта перемешивания сырья с водой (раствором №С1) и одновременного перемещения промытой створки вдоль аппарата (рис. 1).
При расчете параметров моечной машины были учтены кинетические закономерности процесса «мойка — набухание».
В первом приближении работу моечной машины можно сравнить с работой винтового конвейера и при этом её производительность можно выразить в следующем виде:
Q = 60ПD2Ыусрв ,
где D — диаметр перфорированного барабана, м;
f — шаг расположения перемешивающих органов (лопастей), м;
п — частота вращения барабана, об/мин.;
у — объемный вес набухшего сырья, кг/м3;
ф — 0,3-0,4 — коэффициент наполнения барабана (опытный);
в — 0,6-0,8 — коэффициент, учитывающий обратный дрейф сырья (опытный);
2 — 0,25-0,30 — коэффициент, учитывающий уменьшение площади перемешивающих органов (опытный).
При заданном значении производительности, приняв D, f и у постоянным, можно записать Q = г (п).
Критическую скорость вращения барабана, исходя из условия отрыва набухших комков материала от поверхности лопастей, можно определить по теории движения частиц по криволинейной вращающейся поверхности [5].
При этом получаем:
п
кр.б.
30
п
g sin(а - <рт )
R cos <рт
где а — угол отрыва частиц сырья;
фТ — угол трения материала (сырья).
Рис. 1. Рациональная технологическая схема получения пектинового экстракта
из хлопковой коробочки
Горячий
воздух
w=8%
Раствор
№СІ
Пі, П2, Пз
Dб ,
Эл. ток
Е=г (I, и,т)
Раствор щав. к-ты
(с- О
Спирт р-ф, НСІ
Рис. 2. Принципиальная постадийная блок-схема производства пектина из створок хлопчатника
Задаваясь соотношением длины барабана к его диаметру L : D = 5 .„6 и зная время пребывания створки в барабане (время набухания) т = 25-30 мин., определили, что для спроектированного пилотного образца моечной машины эта скорость составила 24-26 об/мин.
Мойка хлопковой створки в барабанной моечной машине обеспечивает качественное удаление полифенолов и предварительное набухание структуры створки, как предопределяющий фактор для интенсификации процесса гидролиз-экстрагирования.
Известно, что при экстрагировании основное сопротивление для проникновения экстрагента в растительную клетку создают
цитоплазма и мембраны, внутри которых расположены молекулы пектиносодержащих веществ. Поэтому одним из эффективных способов разрушения квазистационар-ной структуры растительной клетки являются кине-динамическое и электрофизические методы воздействия на сырьё, способные существенно интенсифицировать процесс гидролиз-экстрагирования в системе «твердое тело — жидкость».
В связи с нашими предпосылками был предложен и разработан трехвалковый вальцовочный аппарат с рифлеными поверхностями валков, обеспечивающий кине-динамическую обработку набухшей створки (рис. 3).
При обработке на нем происходят разрыв и деформация клетчатой мембранной структуры сырья, что увеличивает диффузионный переход пектина в экстрагент.
Рабочие параметры аппарата:
Dв = 400 мм — диаметр валков;
fш = 6 мм — шаг нарезки кольцевых рифлей;
п1 п2 124 112 ,
— = — =------=-= 1,1 — фрикция вал-
п2 п3 112 102
ков.
Использование вальцовочного аппарата увеличивает выход целевого продукта на 5-7% и не требует измельчительных мельниц для исходного сырья, что было характерно для классического способа получения пектина из других видов сухого сырья — свекловичного, яблочного и цитрусовых выжимок.
Другим интенсифицирующим фактором для экстрагирования хлопковой створки является обработка её электроимпульсными разрядами, под воздействием которых происходят ударная волна, электрокавитация и повышение температуры.
На рисунке 4 представлена принципиальная схема установки для электроимпульсной обработки набухшей хлопковой створки. В результате электроимпульсной обработки цитоплазма и клеточные мембраны разрываются на части, и ткань приобретает капиллярно-пористую структуру.
В обобщенном виде степень разрушения набухшей растительной клетки хлопковой створки при электроимпульсной обработке выражается в виде критериальной функции и носит экспоненциальный характер.
Створка
Рис. 3. Трехвалковый аппарат для кине-динамической обработки хлопковой створки
Рис. 4. Принципиальная схема установки для электроимпульсной обработки,
набухшей хлопковой створки
N = г (X, w, E, c, п, т, а), где X — степень набухаемости створки;
w — концентрация промывной рабочей жидкости ( 3%-ный раствор NaCl);
E — напряженность электрического поля,
кВ;
c — емкость накопительного конденсатора генератора (ГИН);
п — число единичных разрядов; т — длительность воздействия, с; а — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств створки (определяемой по опытным данным).
Экспериментальными приёмами на опытной установке доказано, что при X = const и w^ = 3% наибольшее влияние на степень разрушения растительной ткани створки оказывают E, c, n (рис. 4). Формализовано это влияние выражается в следующем виде:
cF2 n
N = NH exp (-—— Пг) + Nm 2K j
cF 2 n 1 - exp(-------Пг)
2K
где ^ах — значение максимальной степени разрушения растительной ткани, обеспечивающей максимальный выход пектина;
N — изначальный выход пектина;
К, — коэффициент, характеризующий свойства набухший хлопковой створки;
Г)г — КПД генератора импульсного напряжения (ГИН).
Экспериментальные исследования показали, что наиболее сильное влияние на выход пектина наблюдается при напряжении разряда до 13 кВ и числе электрических разрядов 8-12.
Наряду с изменением диффузионных свойств при электроимпульсной обработке хлопковой створки наблюдается снижение в нем содержания свободной формы госси-пола — канцерогенного вещества. Тем самым повышается кормовое достоинство хлопкового жома — отхода пектинового производства, являющегося сырьем для приготовления корма крупному рогатому скоту.
Для приготовления корма проэкстрагиро-ванный хлопковый жом и шламовые остатки перемешивают с бардой спиртового производства и сбраживают посредством биодобавок. Готовый биокорм отправляют на
корм скоту в жидком виде или на приготовление гранулированного сухого корма.
Органический сор и механический отсев после ворохоочистителя ОХС — 500 идут на производство биогумуса. Для этого в определенных пропорциях их перемешивают с землей, закладывают в гидроизолированные приямки и засеивают дождевыми червями (калифорнийский), периодически душируя холодной водой. Черви, питаясь органикой, превращают компост в биогумус. По истечении процесса биогниения биогумус откапывают, пропускают через виброгрохот и отправляют отделенных червей для последующего использования.
Выводы
Резюмируя сказанное, можно конкретизировать следующее:
• разработана рациональная технологическая схема получения пектинового экстракта из хлопковой створки;
• разработана барабанная моечная машина для створки с учетом её физикоструктурных характеристик;
• предложена машина для кине-дина-мической обработки набухшей створки;
• исследовано влияние электроимпульс-ной обработки створки на выход пектиновых веществ;
• разработана принципиальная постадий-ная блок — схема производства пектина из хлопковой створки, биокорма для КРС и биогомуса для агромелирации.
Библиографический список
1. А.с. СССР № 1681511, СО8 В 37/06,
08.01.90. Способ получения пектина / А.М. Юсупов и др.
2. А.с. СССР № 1824701, А23 L1/0524,
29.04.91. Способ получения пектина / А.М. Юсупов и др.
3. Ермолов В.В. Воздухоопорные здания и сооружения. — М.: Стройиздат, 1980.
4. Донченко Л.В. Разработка и интенсификация процессов получения пектина из свекловичного и других видов сырья: авто-реф. дис. ... д.т.н. — Киев, 1990. — 48 с.
5. Василенко П.М. Теория движения час-
тиц по шероховатой поверхности сельскохозяйственных машин. — Киев, 1960. —
283 с.
+ + +
