CC BY
82технологические процессы, машины и оборудование
УДК 664.66:634
Изучение процесса пневмоклассификации гороховой муки на экспериментальной установке
Н. р. АНДрЕЕВ, член-корр. ран, д-р техн. наук; В. А. КоВАЛЁНоК, д-р техн. наук, профессор; Л. П. Носовская; Л. В. АДиКАЕВА; В. г. гольДШтЕйН, канд. техн. наук
ВНИИ крахмалопродуктов — филиал ФНЦ пищевых систем имени В. М. Горбатова, п. Красково, Московская обл.
Использование воздушного потока в качестве способа разделения частиц — одна из известных технологических операций. Пневмоклассификация муки, т. е. использование центробежных сил воздушного потока для разделения муки на фракции с более высокой массовой долей белка и более высокой массовой долей крахмала, впервые апробирована в США в середине 50-х годов прошлого века.
Однако только в течение последних 10—15 лет в связи с производством коммерческих установок для пневмоклассификации появился повышенный интерес к их применению для фракционирования гетерогенных частиц на фракции однородного размера. На практике различные гравитационные и центробежные классификаторы применяются как с вертикальными, так и с горизонтальными потоками воздуха; в зависимости от конструкции могут быть инерционными, вихревыми, роторными, с сепараторами, с псевдоожиженным слоем и др., в зависимости от технологических требований и свойств материала, подверженного пневмоклассификации [1].
Установки для пневмоклассификации нашли применение в химической, строительной и пищевой промышленности и наиболее эффективно работают для разделения размеров частиц в диапазоне 2—60 мкм. Поэтому перед пневмоклассификацией муки с размерами частиц 5—150 мкм производится ее размол, обеспечивающий хорошее разделение муки на фракции с высокой массовой долей белка и с высокой массовой долей крахмала. От качества сепарации во многом зависят потребительские свойства полученных фракций.
Высокий коммерческий потенциал имеет пневмоклассификация муки из мягкой пшеницы. Исследованиями по пневмоклассификации трех различных образцов муки из мягкой пшеницы установлена возможность получения фракций с массовой долей белка 27,2; 21,5 и 17,4% при массовой доле белка в исходных образцах муки 16,4; 12,1 и 8,2%. Эти фракции составляли 39, 46 и 32% от массы муки и 65, 82 и 69% от общего содержания белка [2]. Установлено, что средний размер частиц высокобелковой фракции пшеничной муки, полученной при пневмоклас-сификации, составляет 17 мкм, а высококрахмальной фракции — 35 мкм. В высокобелковую фракцию попадают промежуточный белок и мелкие зерна крахмала, в высококрахмальную — крупные гранулы крахмала и фрагменты эндосперма [3].
Изучена возможность производства безглютеновой пшеничной муки с использованием процесса пневмо-классификации для отделения белковой фракции [4].
Установлена возможность разделения частиц белка и крахмала тритикалевой муки методом пневмоклассификации, включающим очистку и помол зерна тритикале на вальцовых станках до крупности частиц не более 100 мкм, разделение тритикалевой муки на белковую и углеводную фракции на установке пневмоклассификации с трехкратным количеством пропусков измельченной муки через центробежно-осевой роторный пневмоклас-сификатор, причем, при втором и третьем пропускании проводили пневмоклассификацию на углеводную и бел-ково-углеводную фракции. Производительность установки при первом пропуске составляла 55—58 кг/ч и 72—74кг/ч, при втором и третьем пропуске со скоростью уноса частиц в аппарате пневмоклассификатора 1,0— 1,5 м/с и окружной скоростью ротора 70 м/с [5, 6].
Проведенными на экспериментальной установке, включающей измельчитель муки и циклон со встроенным новым центробежным пневмоклассификатором, исследованиями получено, что для разделения мелких крахмальных и белковых частиц критическая окружная скорость вихревых камер классификатора составляла 15 м/с. Дальнейшее ее увеличение не приводит к снижению содержания крахмала в легкой фракции. При содержании в исходной тритикалевой муке 74,7% крахмала и 10% белка на установке с вихревым тонкослойным разделением диспергированной муки содержание крахмала в тяжелой (крахмалистой) фракции составило 88,6%, белка — 5,4%, в легкой (белковой) фракции величины этих показателей были равны соответственно 42 и 32,5% [7].
Исследованиями по пневмоклассификации семи сортов ячменной муки, полученной при размоле голозерного, пленчатого ячменя с высокоамилозным крахмалом и с высокой массовой долей клетчатки, установлено, что в фракции с высоким содержанием крахмала его массовая доля составила 72—79% для муки, полученной из традиционных и голозерных сортов ячменя, а для муки из высокоамилозных сортов — 72—75%. В фракциях, обогащенных протеином, его массовая доля для разных сортов составляла 14—26% [8].
Изучены варианты пневмоклассификации измельченных в муку семян амаранта (Amaranthus cruentus) на аппаратах Raymond и Alpine. Концентрация протеина в легких фракциях муки составляла 22—36%. Наилучшие результаты были получены при сочетании помола зерна на вальцевой мельнице и пневмоклассификации на аппарате Raymond: выход белковой фракции муки составил 32% с массовой долей протеина 30—36% [9].
Высокоэффективному извлечению белка из муки киноа (семейства амарантовых) способствует сочетание извлечения белка методом пневмоклассификации с последующей водной экстракцией. Применяя метод ультрафильтрации для извлечения белка из водного экстракта, удается получить белковую фракцию с массовой долей протеина около 60%. Применение пневмоклассификации муки киноа в начальной стадии процесса позволяет сократить количество воды, используемой для экстракции белка, на 98% [10]. Пневмоклассификацией муки сорго с высоким содержанием лизина удалось повысить массовую долю белка с 9,9% (в исходной муке) до 18,6—23,6% протеина в легкой фракции муки, причем ее выход составлял 15—18% к массе исходной муки [11].
В результате экспериментальных исследований процесса певмоклассификации гороховой муки на лабораторной установке массовая доля протеина составила 55% в белковой (легкой) фракции (при исходной концентрации белка в муке 22%), причем, извлечение протеина в белковую фракцию составило 29% от массы общего количества белка в муке. Установлено, что выход белка в легкой фракции может быть увеличен в результате трехстадийного измельчения перед пневмоклассификацией [12].
Концентрация белка в легкой фракции также зависит от плотности частиц, размеров гранул крахмала, массовой доли жира [13]. Процесс пневмоклассификации очень чувствителен к степени измельчения муки, гранулометрическому составу крахмала и распределению его по фракциям [12, 13], а также к разделению по фракциям прикрепленного и промежуточного белка, которое также зависит от дисперсности муки [14]. С целью получения белковых фракций с высокой массовой долей протеина исследована идентификация между морфологией бобо-
Рис. 1. схема установки для измельчения и невмоклассификации муки: 1 — диспергатор (измельчитель ПДи-360); 2 — циклон; 3 — классификатор; 4 — верхний фильтр; 5 — шлюзовый затвор; 6 — кран трехходовой; 7 — патрубок загрузки муки; 8 — патрубок выгрузки муки; 9 — нижний фильтр; 10 — электродвигатель; 11 — воздуховод
вых и их способностью к разделению на белковые и крахмальные компоненты при пневмоклассификации [13, 15].
Была исследована мука гороховая по ТУ 9293-00555104471—2014 с массовой долей протеина 20,1%, жира 1,9%, крахмала 47%. Исследования проводили с учетом требований международной организации по стандартизации ISO (ИСО): массовая доля влаги (ГОСТ 13586) — на весовом влагомере MF-50 (AND); массовая доля белка (ГОСТ 10842) — на приборе К-424 (BUCHI Labortechnik AG); массовая доля крахмала (ГОСТ 10845) — с использованием поляриметра Polartronic-N (Schmidt Haensch).
Для проведения исследований по пневмоклассифи-кации гороховой муки использовали разработанную и изготовленную во ВНИИ крахмалопродуктов установку (рис. 1) [7], включающую двухкамерный диспергатор (измельчитель ПДИ 360) и центробежный классификатор [17]. В основе технологии, используемой в работе экспериментальной установки, лежит процесс диспергирования муки, который проводят на измельчающей машине дисмембраторного типа — диспергаторе — для отделения от зерен крахмала связанных с ними компонентов. Измельчающая машина и циклон объединены трубопроводами в одну установку, что позволяет многократно проводить обработку порции муки. Принципиально новым является решение по вихревому тонкослойному разделению воздушно-мучной смеси в межлопаточных каналах центробежного классификатора.
На формирование поля скоростей существенное влияние оказывает конструкция аппарата, поэтому на экспериментальной установке было изучено влияние времени обработки, окружных скоростей ротора измельчающей машины (диспергатора) (м/с) и классификатора (м/с) на следующие показатели: выход «легкой» (белковой) и «тяжелой» (крахмальной) фракций в процентах к исходной массе муки и массовую долю крахмала и белка в каждой фракции.
Обработку экспериментальных данных проводили с использованием программ Statistica 12.5 и Mathema-tica 11.1.
Изменение концентрации белка в легкой (белковой фракции) в зависимости от параметров установки показано на рис. 2—4.
Из полученной на рис. 2 зависимости можно предположить, что повышение окружной скорости вращения диспергатора приводит к уменьшению массовой доли белка в исследуемом продукте. Увеличение окружной скорости классификатора с 13 до 16 м/с приводит к снижению массовой доли белка, а при повышении окружной скорости с 16 до 18 м/с наблюдается увеличение этого показателя. Такой результат может быть объяснен измельчением зерен крахмала, увеличившим его массовую долю в белковой фракции, что наблюдается при увеличении окружной скорости диспергатора и классификатора. Возрастание массовой доли белка при повышении окружной скорости вращения классификатора с 16 до 18 м/с можно объяснить высвобождением прикрепленного белка за счет увеличения столкновений частиц
ы, %
61
60 > 59 ^ 58
90
VI, м/с
vs, м/с
18
Рис. 2. Зависимость массовой доли белка в легкой фракции Ы от окружной скорости вращения диспергатора vi и классификатора уд. Продолжительность обработки муки
/ = 4 мин
59,5 59
Ы, % 58,5 1 58 57,5
t, мин
Ы, %
61 60 59 58
t, мин
vs, м/с
18
90
Рис. 4. Зависимость массовой доли белка в легкой фракции Ы сВ муки, от продолжительности обработки t и частоты вращения диспергатора у1 окружная скорость вращения классификатора уд = 15,3м/с
муки с измельчающими частями установки. Максимальная массовая доля белка в легкой фракции муки получена при окружных скоростях вращения диспергатора 60 м/с и классификатора 13 м/с.
Продолжительность пребывания муки в диспергаторе отрицательно сказывается на показателе массовой доли белка в легкой фракции (рис. 3). Незначительное увеличение этого показателя в зависимости от продолжительности измельчения муки наблюдается при окружной скорости вращения классификатора 18 м/с, но лучшие результаты получены при окружной скорости вращения 13 м/с при минимальной продолжительности пребывания муки в инверторе.
Увеличение окружной скорости вращения диспергато-ра и продолжительности пребывания муки в зоне измельчения отрицательно сказываются на показателе массовой доли белка в легкой фракции (рис. 4). Например, повышение окружной скорости вращения диспергатора с 60 до 90 м/с и продолжительности пребывания муки в диспергаторе с 1 до 5 мин приводит к уменьшению массовой доли белка в легкой фракции муки на 2%.
Рис. 3. Зависимость массовой доли белка в легкой фракции Ы от продолжительности обработки муки t и окружной скорости вращения классификатора уд. окружная скорость вращения диспергатора А = 78 м/с
Обработка экспериментальных данных с использованием программ Statistica 12.5 и МаШетайса 11.1 позволила получить уравнение:
Ы = 160,75 - 4,31? - 11,49УД + 0,268 ? У - ш - 0,0036 viу + 0,335уд2,
где Ы — массовая доля белка в легкой фракции, % сухих веществ (СВ) муки; ? — продолжительность обработки муки, мин; уд — окружная скорость вращения классификатора, м/с; vi — окружная скорость вращения диспергатора, м/с.
Зависимости массовой доли белка в тяжелой фракции от изменяемых параметров работы экспериментальной установки показаны на рис. 5-7.
Из полученных результатов следует, что увеличение окружной скорости вращения классификатора повышает массовую долю белка в тяжелой фракции муки. Снижение массовой доли белка наблюдается при увеличении окружной скорости диспергатора с 60 до 90 м/с.
При окружной скорости классификатора 13 м/с и повышении окружной скорости диспергатора наблюдается значительное увеличение массовой доли белка, которое достигает максимума при окружной скорости диспер-гатора 90 м/с. Следовательно, увеличение окружной скорости классификатора и диспергатора создают неблагоприятный режим для пневмоклассификации.
По результатам опытов, приведенным на рис. 6, можно утверждать, что массовая доля белка в тяжелой фракции не существенно зависит от окружной скорости вращения классификатора при постоянной окружной скорости дис-пергатора. При возрастании окружной скорости вращения классификатора с 13 до 18 м/с увеличение массовой доли белка не превышает 1%. Продолжительность измельчения муки с 1 до 5 мин позволяет снизить этот показатель на 3-4%, однако увеличение продолжительности измельчения продукта приводит к увеличению массовой доли крахмала и уменьшению массовой доли белка в легкой фракции (см. рис. 3, 4). Увеличение окружной скорости диспергато-ра приводит к росту массовой доли белка в тяжелой фракции муки при продолжительности измельчения 4-5 мин.
bt, %
<
20 "f 18 I 16 \ 14
90
vi, м/с
vs, м/с
мл 18
Рис. 5. Зависимость массовой доли белка в тяжелой фракции Ы от окружной скорости вращения диспергатора vi и классификатора vs. Продолжительность обработки 1 = 4 мин
21 20
bt, %
19 18
17 v. 0
t, мин
vs, м/с
18
Рис. 6. Зависимость массовой доли белка в тяжелой фракции Ы от продолжительности обработки t и окружной скорости вращения классификатора vs. Окружная скорость вращения диспергатош \\ = 78м/с
bt, %
22 20 18 16 0
t, мин
vi, м/с
90
Рис. 7. Зависимость массовой доли белка в тяжелой фракции Ы от продолжительности обработки t и окружной скорости вращения диспергатора VI Окружная скорость вращения классификатора vs = 15,3м/с
При измельчении муки в течение 1 мин массовая доля белка в тяжелой фракции муки снижается на 4% (рис. 7).
Обработка экспериментальных данных позволила получить уравнение зависимости массовой доли белка в тяжелой фракции от исследуемых параметров:
bt=-80,2 - 6,77t + 1,267vi + 0,0777 t •vi + + 7,576 га - 0,0954vi-vs.
(2)
В результате проведенных исследований установлены зависимости выхода легкой и тяжелой фракций муки от исследуемых параметров. Окружная скорость вращения классификатора незначительно сказывается на увеличении выхода тяжелой фракции при пневмоклассификации. С возрастанием окружной скорости вращения диспергатора выход тяжелой фракции уменьшается.
Возрастание окружной скорости вращения диспергатора приводит к резкому падению выхода тяжелой фракции и достигает минимума при vi = 78 м/с. Дальнейшее увеличение окружной скорости вращения диспергатора приводит к увеличению массы тяжелой фракции, но наибольший выход ее достигается при окружных скоростях вращения диспергатора 60 м/с и классификатора 13 м/с.
Выход тяжелой фракции гороховой муки представлен формулой
vt = 958,8 + 18,74t - 23,153vi + 0,1749 t •vi + (3) + 0,1424 vi2 - 2,209t -vs + 0,239vs2.
При проведении исследований найдено, что окружная скорость вращения классификатора и продолжительность пребывания продукта в диспергаторе незначительно влияют на выход легкой фракции гороховой муки. Максимальный выход легкой фракции достигается при окружной скорости диспергатора 80 м/с. Отклонения от этого показателя в большую или меньшую сторону приводят к уменьшению выхода легкой фракции муки.
Выход легкой фракции гороховой муки представлен уравнением
vl=-786,1 - 16,38 t+21,173 vi - 0,168 t •vi - (4) - 0,13 vi2 + 2,027t -vs - 0,2156vs2.
На основании полученных результатов установлено, что максимальная массовая доля белка в легкой фракции достигается при окружных скоростях: диспергатора vi 60 м/с и классификатора 13 м/с при минимальном времени измельчения гороховой муки в диспергаторе (не более 1 мин). Такие режимы позволяют получать концентрат белка гороховой муки с массовой долей: белка 60-64%, крахмала 5,8-11,7% при входе легкой (белковой) фракции 8,5-9,5% и тяжелой (крахмальной) фракции 90,5-91,5% с массовой долей: крахмала 68,5-70,1%, белка 16,7-17,1%.
В результате экспериментального разделения гороховой муки на легкую (белковую) и тяжелую (крахмальную) фракцию на установке для измельчения и пневмоклассификации муки, созданной во ВНИИ крахмалопродуктов, определено влияние окружных скоростей диспергатора и классификатора и продолжительности измельчения муки на массовую долю белка в легкой фракции и массовую долю крахмала в тяжелой фракции, а также влияние этих параметров на выход каждой фракции муки. Установлены и научно обоснованы технологические параметры по разделению гороховой муки на белковую и крахмальную фракции на экспериментальной установке, позволяющие получать массовые доли белка и крахмала в фракциях муки выше показателей, приведенных в литературном обзоре.
Литература
1. Shapiro, M. Air classification of solid particles: a review / M. Shapiro, V Galperin // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. — 2005. — Vbl. 44. — Iss. 2. — IP 279-285.
2. Wu, Y. V. Protein Concentrate from air classification ofhigh-protein soft wheat flours / Y V Wu, A. C. Stringfellov // Food Science. — 1979. — Vol. 44. — Iss. 2. — P 453-455.
3. Jones, C. R. The separation of flour into fractions of different protein contents by means of air classification / C. R. Jones, P Halton, D. J. Stevens // Biotechnology and Bioengineering. — 1959. — Vol. 1. — Iss. 1. — P 77-98.
4. Gómez M. Changing flour functionality through physical treatments for the production of gluten-free baking goods / M. Gómez, M. M. Martínez // Journal of Cereal Science. — 2015. — Vol. 67. — Iss. 7. — P 67-74.
5. Патент 2560593 РФ. Способ концентрации частиц белка и крахмала тритикалевой муки методом пневмоклассификации / С. О. Смирнов, С. А. Урубков; заявитель и патентообладатель ФГБНУ НИИХП. Заявл. 11.04.2014; опубл. 20.08.2015.
6. Урубков, С. А «Сухой» способ концентрации белковых и углеводных фракций из зерна с сохранением их нативных свойств. Тенденции развития производства и потребления / С. А. Урубков, С. О. Смирнов // Труды Междунар. научно-практ. конф. «Глубокая переработка зерна для производства крахмала, его модификаций и сахаристых продуктов», 25-26 сентября, 2013 г — М.: ООО «НИПКЦ Восход-А», 2013. — С. 259-266.
7. Андреев, Н. Р. Разделение зерновой муки на крахмалистую и белковую фракции пневмоклассификацией / Н. Р Андреев [и др.] // Достижения науки и техники АПК. — 2015. — Т 29. — № 11. — С. 108-111.
8. Anderson, A M. Air Classification of Barley Flours / A. M. Anders-son, R. Andersson, P Aman // Cereal Chemistry. — 2000. — Vol. 77. — Iss. 4. — P. 463-467.
9. Sánchez-Marroquín, A Milling procedures and air classification of amaranth flours / A. Sánchez-Marroquín, S. Maya, M. V Domingo // Archivos latinoamericanos de nutricion impact factor. — 1985. — Vol. 35. — Iss. 4. — P 620-630.
10. Ruiz, G. A. A Hybrid Dry and Aqueous Fractionation Method to Obtain Protein-Rich Fractions from Quinoa (Chenopodium quinoa Willd) / G. A. Ruiz [et al] // Food and Bioprocess Technology — 2016. — Vol. 9. — Iss. 9. — P 1502-1510.
11. Wu, Y. V. Protein сoncentrate from air classification of flour and horny endosperm from high-lysine sorghum / Y V Wu, A. C. String-fellow // Journal of Food Science. — 1981. — Vol. 46. — P 304-305.
12. Wright, David J. Air classification of pea flour — analytical studies / David J. Wright [et al] // Journal of the Science of Food and Agriculture. — 1984. — Vol. 35. — P. 531-542.
13. Pelgrom, P. J.M. Method Development to Increase Protein Enrichment During Dry Fractionation of Starch-Rich Legumes / P J. M. Pelgrom, R. M. Boom, M. A. I. Schutyser // Food and Bioprocess Technology. — 2015. — Vol. 8. — Iss. 7. — P 1495-1502.
14. Maarou, Ch. Fractionation ofpea our with pilot scale sieving. Physical and chemical characteristics / Ch. Maarou [et al] // Animal Feed Science and Technology. — 2000. — Vol. 85. — P 61-78.
15. Schutyser, M.A.I. Dry fractionation for sustainable production of functional legume / M. A. I. Schutyser // Trends in Food Science & Technology. — 2015. — Vol. 45. — P 327-335.
16. Патент 117428 РФ. Устройство для тонкого измельчения
References
1. Shapiro http://wwwsciencedirect.com/science/article/pii/ S0255270104000984 — COR1 M., Galperin V. Air classification of solid particles: a review. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 2005, vol. 44, issue 2, pp. 279—285.
2. Wu Y V., Stiingfellov A. C. Protein Concentrate from air classification of high-protein soft wheat flours. Food Science, 1979, vol. 44, issue 2, pp. 453-455.
3. Jones C. R., Halton P., Stevens D. J. The separation of flour into fractions of different protein contents by means of air classification. Biotechnology and Bioengineering, 1959, vol. 1, issue 1, pp. 77-98.
4. Gómez M., Martínez M. M. Changing flour functionality through physical treatments for the production of gluten-free baking goods. Journal of Cereal Science, 2015, vol. 67, issue 7, pp. 67-74.
5. Smirnov S. O., Urubkov S. A. Patent 2560593 RF. Sposob kontsen-tratsii chastits belka i krakhmala tritikalevoi muki metodom pnevmoklassifikatsii [Method for concentration of protein and starch particles of tritical flour by pneumoclassification]. Patent RF No. 2560593; 20.08.2015.
6. Urubkov S. A., Smirnov S. O. [«Dry» way of concentration of protein and carbohydrate fractions from grain with preservation of their native properties. Trends in the development of production and consumption]. Trudy Mezhdunar. nauchno-prakt. konf. «Glubokaya pererabotka zerna dlya proizvodstva krakhmala, ego modifkatsii i sakharistykh produktov», 25—26sentyabrya, 2013g. [Proc. of the Intern. scientific and practical work. conf. «Deep processing of grain for the production of starch, its modifications and sugary products», September 25-26, 2013]. Moscow, NIPPC Voskhod-A, 2013, pp. 259-266. (In Russ.)
7. Andreev N. R. et al. [Separation of grain flour into starchy and protein fraction by pneumoclassification]. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK, 2015, vol. 29, no. 11, pp. 108-111. (In Russ.)
8. Andersson A. M., Andersson R., Aman P. Air Classification of Barley Flours. Cereal Chemistry, 2000, vol. 77, issue 4, pp. 463-467.
9. Sánchez-Marroquín A., M. V Domingo Milling procedures and air classification of amaranth flours. Archivos latinoamericanos de nutricion impact factor, 1985, vol. 35, issue 4, pp. 620-630.
10. Ruiz G. A. et al. A Hybrid Dry and Aqueous Fractionation Method to Obtain Protein-Rich Fractions from Quinoa (Chenopodium quinoa Willd). Food and Bioprocess Technology, 2016, vol. 9, issue 9, pp. 1502-1510.
11. Wu Y V., Stringfellow A. C. Protein concentrate from air classification of flour and horny endosperm from high-lysine sorghum. Journal of Food Science, 1981, vol. 46, pp. 304-305.
12. Wright David J. et al. Air classification of pea flour — analytical studie. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1984, vol. 35, pp. 531-542.
13. Pelgrom IP J. M., Boom R. M., Schutyser M. A. I. Method Development to Increase Protein Enrichment During Dry Fractionation of Starch-Rich Legumes. Food and Bioprocess Technology, 2015, vol. 8, issue 7, pp. 1495-1502.
14. Maarou Ch. et al. Fractionation of pea our with pilot scale sieving. Physical and chemical characteristics. Animal Feed Science and Technology, 2000, vol. 85, pp. 61-78.
15. Schutyser M. A. I. Dry fractionation for sustainable production of functional legume. Trends in Food Science & Technology, 2015, vol. 45, pp. 327-335.
сыпучих материалов / Ю.А. Холмянский, Н. Р. Андреев, Т Р Карпенко; заявитель и патентообладатель ФГБНУ ВНИИ крахмалопродуктов. Заявл. 20.10.2011; опубл. 27.06.2012.
17. Патент 2592933 РФ. Центробежный классификатор / Н. Р Андреев, Т Р Карпенко, Л. Д. Чистякова, А З. Поздняков; заявитель и патентообладатель ФГБНУ ВНИИ крахмалопродуктов. Заявл. 29.12.2014; опубл. 27.07.2016.
Изучение процесса пневмоклассификации гороховой муки на экспериментальной установке
Ключевые слова
белок; гороховая мука; диспергатор; классификатор; крахмал; массовая доля; пневмоклассификация; фракция муки.
Реферат
Для проведения исследований по пневмоклассификации гороховой муки использовалась разработанная и изготовленная во ВНИИ крахмалопродуктов установка, включающая двухкамерный диспергатор и центробежный классификатор. В основе технологии, используемой в работе экспериментальной установки, лежит процесс диспергирования муки, который проводят на измельчающей машине дисмембраторного типа — диспергаторе для отделения от зерен крахмала связанных с ними компонентов. Измельчающая машина и циклон объединены трубопроводами в одну установку, что позволяет многократно проводить обработку порции муки. Принципиально новым является решение по вихревому тонкослойному разделению воздушно-мучной смеси в межлопаточных каналах центробежного классификатора. На формирование поля скоростей существенное влияние оказывает конструкция аппарата, поэтому на экспериментальной установке было изучено влияние различных факторов: времени обработки, окружных скоростей ротора измельчающей машины (диспергатора) и классификатора на следующие показатели: выход «легкой» (белковой) и «тяжелой» (крахмальной) фракций в процентах к исходной массе муки и массовую долю крахмала и белка в каждой фракции. На основании полученных результатов установлено, что максимальная массовая доля белка в легкой фракции достигается при окружных скоростях диспергатора около 60 м/с и классификатора 13 м/с при минимальном времени измельчения гороховой муки в диспергаторе (не более 1 мин). Такие режимы позволяют получать концентрат белка в количестве 8,5-9,5% сухих веществ (СВ) гороховой муки с массовой долей белка 60-64%, крахмала — 5,8-11,7% и выход тяжелой (крахмальной) фракции 90,5-91,5% СВ гороховой муки с массовой долей крахмала 68,570,1 %, белка — 16,7-17,1 %. Получены математические зависимости влияния исследуемых параметров на массовую долю белка в легкой и тяжелой фракциях муки и на выход каждой фракции.
Авторы
Андреев Николай Руфеевич, член-корр. РАН, д-р техн. наук;
Ковалёнок Владимир Александрович, д-р техн. наук, профессор;
Носовская Лилия Петровна;
Адикаева Лариса Владимировна;
Гольдштейн Владимир Георгиевич, канд. техн. наук
ВНИИ крахмалопродуктов —
филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова,
140051, Московская обл., Люберецкий р-н,
п. Красково, ул. Некрасова, д. 11,
andreev@arrisp.ru; vak-49@mail.ru; 6919486@mail.ru
16. Kholmyanskii Yu. A., Andreev N. R., Karpenko T R. Ustroistvo dlya tonkogo izmel'cheniya sypuchikh materialov [Device for fine grinding of loose materials]. Patent RF No. 117428; 27.06.2012.
17. Andreev N. R., Karpenko T R., Chistyakova L. D., Pozdnya-kov A. Z. Tsentrobezhnyi klassifkator [Centrifugal classifier]. Patent RF No. 2592933; 27.07.2016.
The Study of the process of Air classification of pea Flour in a pilot plant
Key words
protein; pea flour; dispenser; classifier; starch; mass fraction; air classification; fraction flour.
abstract
To conduct research on air classification of pea flour was used that was developed and manufactured in All-Russia Research Institute for Starch Products, the installation, consisting of two-chamber dispenser and a centrifugal classifier. The technology used in the experimental setup, is the process of dispersing flour, which is carried out on grinding machine dismembrator — type disperser, for separation from the starch granules associated components. Grinding machine and cyclone combined pipelines in one setup which allows you to repeatedly perform processing of a portion of the flour. Is fundamentally new solution for thin-layer vortex separation of air and flour mixture in the interscapular channels centrifugal classifier. On the formation of the high-speed field is significantly affected by the design of the device, so the experimental setup was studied the influence of various factors: processing time, the circumferential speeds of the rotor grinding machines (dispenser) and centrifugal classifier, on the following indicators: output «light» (protein) and «heavy» (starch) fractions in percent to the initial mass of flour and mass proportion of starch and protein in each fraction. Based on these results, the maximum mass fraction of protein in the light fraction is achieved at a circumferential speed of the disperser 60 m/s and the classifier 13 m/s with a minimum of time grinding pea flour dispersant (not more than 1 min). These modes allow you to obtain a protein concentrate in the amount of 8.5-9.5% dry matter pea flour with a mass fraction of protein 60-64%, starch 5.8 to 11.7% and the yield of heavy (starch) fraction of 90.5-91.5% of dry matter pea flour with a mass fraction of starch at 68.5-70.1 % of protein of 16.7-17.1 per cent. Mathematical dependences of the influence of the parameters under study on the mass fraction of protein in the light fraction of flour, the mass fraction of starch in the heavy fraction of the flour, and the yield of each fraction,% to the mass of dry substances of the processed flour, are obtained.
authors
Andreev Nikolai Rufeevich,
Corresponding Member of RAS, Doctor of Technical Sciences;
Kovalyonok Vladimir Aleksandrovich,
Doctor of Technical Sciences, Professor;
Nosovskay Lilia Petrovna;
Adikaeva Larisa Vladimirovna;
Goldstein Vladimir Georgievich, Candidate of Technical Sciences All-Russian Research Institute of Starch Products — a branch of the Federal Scientific Center for Food Systems named after V. I. Gorbatova, 11 Nekrasov sir., Kraskovo, Luberetskiy district, Moscow region, 140051, Russia, andreev@arrisp.ru; vak-49@mail.ru; 6919486@mail.ru
