CC BY
52
УДК 664.85: 641. 524.6.
И. Б. Ефремов, А. Н. Николаев, Б. А. Ефремов ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРАКТОВ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ЛИКЁРОВОДОЧНОЙ ОТРАСЛИ
Ключевые слова: экстракция, оборудование , пульсация, спирт, плоды, деформация, оптимизация.
Рассмотрена инновационная технология пульсационного процесса экстракции растительного сырья. Технологическая линия укомплектована экстрактором , который реализует процесс периодического сжатия клетчатки, что повышает эффективность массопередачи. Установка в производстве винтового пресса и вакуумного фильтра уменьшает потери сырья.
Keywords: extraction, equipment, pulsation, alcohol, fruit, deformation, optimization.
Are considered innovation technology the pulsation extraction process of vegetative raw material. The device design realizes process compression of cellulose and raises efficient of mass transfer. A set up in production the vacuum filter cup down loss of material
Важнейшей задачей переработки растительного сырья в производстве ликёроводочных изделий является извлечение экстрактивных веществ полностью и без изменения их полезных свойств. В этой отрасли используется более сорока видов плодов и трав [1]. Для приготовления ликёроводочных изделий применяют их экстракты и настои. На большинстве заводов технологический процесс экстрагирования осуществляется в перколяторах за счёт молекулярной диффузии веществ в растворитель. Длительность процесса экстрагирования по этому способу составляет 16 суток и более.
В качестве растворителей в производстве используют спирт этиловый и его водные растворы различной концентрации, относящиеся к категории смешанных растворителей. Исследованиями М.С. Цвета [2] и другими учёными установлено, что смесь растворителей обладает повышенной селективностью, а присутствие этанола увеличивает скорость диффузии. Ускорение экстракции веществ из плодово - ягодного сырья происходит за счёт того, что спирт, обезвоживая протоплазму клеток, приводит к плазмолизу и к потере клеткой полупроницаемости стенок, облегчая тем самым диффузию растворимых веществ. Экстракция растворителями, как физический способ переработки, в ликероводочном производстве применяется для высушенного, свежего и замороженного видов сырья.
Из плодов экстрагируются кислоты: яблочная, лимонная, муравьиная, щавелевая, бензойная, салициловая, янтарная, аскорбиновая, винная. Эти кислоты придают напитку приятный вкус, а лимонная кислота участвует в процессе получения
инвертного сахара из сахарозы, добавляемой в напиток. Из сахаров в плодах содержатся глюкоза, фруктоза, а также имеющие сладковатый вкус шестиатомные спирты манит, сорбит, инозит. Потери сырья при использовании указанного способа экстракции составляют более 6%, поэтому в рецептуре на напитки присутствуют химическая лимонная кислота и сахарный сироп.
На некоторых заводах ликероводочной промышленности стали применять экстрагирование
плодово - ягодного сырья и трав пульсационным способом. В пульсационных экстракторах процесс диффузии ускоряется за счёт возвратно -поступательного движения сырья и растворителя [3]. Наиболее перспективной технологией является способ получения экстрактов из неподвижного слоя гранулированного природного сырья (плодов и измельчённых трав) пульсирующим потоком растворителя [4]. Способ реализуется в пульсационном аппарате. Способ и аппарат позволяют, помимо ускорения диффузии, используя упругую деформацию клетчатки растительного сырья, повысить эффективность процесса экстракции.
Была исследована деформация клетчатки плодово-ягодного сырья под действием пульсирующего движения растворителя. Давление и частота воздействия импульсами изменялись в пределах, не разрушающих клетчатку плодов.
Исследования проводились методами планирования эксперимента. Были определены максимальные значения упругой деформации (е) клетчатки плодов, значения давления пульсаций (р), время (!) роста амплитуды давления до заданной величины. Эти параметры были использованы в промышленном технологическом процессе экстракции. Параметры и результаты процесса экстракции слоя плодово-ягодного сырья пульсирующим потоком представлены в таблице 1. Для сравнения в таблице даны концентрации извлечённых веществ из сырья С - по инновационной технологии и по технологии с применением перколятора - С0. Расчёты коэффициентов диффузии фруктовых кислот в этиловый спирт свидетельствуют о том, что диффузия их протекает эффективнее чем в смешанный растворитель (вода + спирт) [5]. Это обстоятельство позволило осуществить процесс пульсационной экстракции, в первую очередь, чистым спиртом, а затем, добавив воду, водно -спиртовой смесью для извлечения сахаросодержащих веществ.
В результате такой организации процесса концентрация экстрактивных веществ в экстракте существенно возросла, а длительность процесса
сократилась. Схема процесса экстрагирования пульсирующим потоком растворителя слоя растительного сырья с упругой клетчаткой показана на рис. 1. Производство экстрактов имеет несколько участков, укомплектованных нестандартным оборудованием [6]: заготовительный - станком резки пучков трав 3 [7]; транспортный - элеватором 2; участок подготовки импульса давления -пульсатором 4 [8] и ресивером 5 сжатого воздуха; экстракционный-пульсационным аппаратом 1; отжима отработанного сырья - шнеком 6; фильтрации - фильтром вакуумным 7; хранения и дозирования воды и спирта мерниками 9,10.
Таблица 1 - Параметры и результаты пульсационного процесса экстрагирования
Сырьё
пропит. е Р t С С0 Т
раствор.
% кПа сек г/ 100мг сут
1. Рябина
чернопл. 23,2 7,7 41 17 8,8 3,5
сушёная 22,7 7,3 33 7,9 5,8 5,0
свежая.
2. Рябина 20 7,3 33 13,7 12 5,3
Красная 19 7,1 4 7,5 6.6 5,3
сушеная
свежая
3. Шипов- 3,9 7,3 33 10,4 7,6 3.2
ник сухой
4. Сморо- 28,4 6,3 29 6,4 2,9 6,4
дина черн.
свежая
5 Клюква 19 7,2 41 9,4 3,0 6,6
Процесс получения экстрактов из плодово -ягодного сырья по инновационной пульсационной технологии сокращает время технологического процесса с 16 суток до 3 - 7, в зависимости от сорта плодов, способствует увеличению концентрации экстрагируемых веществ в экстракте, из некоторых видов сырья, на 40%. Достигнутое сокращение потерь сырья и энергии позволяет считать технологию энергосберегающей. Предлагаемая последовательность применения экстрагентов не требует специального оборудования для приготовления сортировки. Технология и основные аппараты линии прошли длительные испытания на спиртоводочном и ликероводочных заводах Башкортостана и республики Татарстан
Литература
1. И.Б.Ефремов, В.Ф.Шарфутдинов, Н.А.Николаев, Б.А.Ефремов .ХИПС, 5 .2011.23 - 26.
2. П.М.Мальцев, М.В.Зазирная. Технология безалкогольных и слабоалкогольных напитков Пищевая промышленность, Москва, 1971, 355с.
3. Патент РФ 2225242, (2004)
4. И.Б.Ефремов, В.Ф.Шарафутдинов, А.Н.Николаев, Б.А.Ефремов, Лейсан К. Ахметшина, Лилия К.Ахметшина Вестн. Казанского технологического унта. 14.19.11.148-153.(2011)
5. Р.Рид, Т.Шервуд, Свойства газов и жидкостей. Химия, Ленинград ,1971, 703 с.
6. И.Б.Ефремов, М.Г.Кузнецов, А. Н.Николаев, М.К.Герасимов Атлас нестандартного технологического оборудования винодельческих и ликёро-водочных предприятий. КГТУ. Казань. 2009. 91с.
7. И.Б. Ефремов, М.Р. Вахитов, Ю.А. Хакимова, А.В. Толмачёва, Б.А.Ефремов Вестн. Казанского Технологического ун - та. 17, 5. 176 - 179(2014)
8. Авт. Свид. СССР №1303876 (1984)
Рис. 1 - Схема технологического процесса экстрагирования пульсирующим потоком слоя растительного сырья с упругой клетчаткой
© И. Б. Ефремов - магистрант каф. оборудования пищевых производств КНИТУ, OPP- [email protected]; А. Н. Николаев -д.т.н., проф., зав. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ; Б. А. Ефремов- к.т.н. , доцент той же кафедры.
© I. B. Yefremov- magistrate of the department Equipment for food production KNRTU, OPP - SRV@ rambler.ru; A. N. Nikolaev -d.t.n., professor, chief of the department Equipment for food production KNRTU; B. A. Yefremov - c.t.n., docent of the department Equipment for food production KNRTU.
