CC BY
3
УДК 676.164
Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. XL, № 5. С. 439-443 РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И СОРТИРОВКИ КЕДРОВОГО ОРЕХА В. Н. Невзоров, Ж. А. Кох, И. В. Мацкевич, И. В. Голубев
Красноярский государственный аграрный университет Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 90 E-mail: jannetta-83@mail.ru
Проведены патентные исследования и разработано новое универсальное малогабаритное оборудование совмещающее выполнение рабочих операций по производству кедрового ореха в едином технологическом потоке. Определены физико-технические параметры семян кедрового ореха, предельные размеры кедрового ореха составляют: по длине: крупные от 9,1 мм и выше, средние от 7,1 до 9,0 мм, мелкие - менее 7,0 мм. Экспериментальным путем определены основные физико-геометрические параметры кедрового ореха, используемые для разработки и проектирования технологического оборудования для комплексной механизации выполнения рабочих операций.
Ключевые слова: технология, оборудование, кедровый орех, сортировка, калибровка, физико-технические параметры, физико-геометрические параметры.
Conifers of the boreal area. 2022, Vol. XL, No. 5, P. 439-443 DEVELOPMENT OF EQUIPMENT FOR CALIBRATION AND SORTING OF PINE NUTS V. N. Nevzorov, Zh. A. Ko^, I. V. Matskevich, I. V. Golubev
Krasnoyarsk State Agrarian University, 90, Mira prospekt, Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation E-mail: jannetta-83@mail.ru
Patent research has been carried out and new universal small-sized equipment combining the performance of working operations for the production of pine nuts in a single technological flow has been developed. Physical and technical parameters of pine nut seeds are defined, the limiting sizes of pine nuts are: in length: large from 9.1 mm and above, medium from 7.1 to 9.0 mm, small - less than 7.0 mm. The main physical and geometrical parameters of pine nuts used for the development and design of technological equipment for complex mechanization of work operations were determined experimentally.
Keywords: technology, equipment, pine nuts, sorting, calibration, physical and technical parameters.
ВВЕДЕНИЕ чества продуктов их переработки, приобретают важ-
Кедровые орехи в перечне освоенных дикорасту- ное научное и практическое значение [4]. щих видов имеют особое значение благодаря ценному Одна кедровая шишка содержит от 30 до 150
химическому составу и товарному потенциалу. По орешков. 100 грамм орехов (семян) удовлетворяют
оценкам специалистов, средний ежегодный биологи- суточную потребность человеческого организма
ческий урожай кедровых орехов с территории Сибири в аминокислотах (Горохов, 1950). Кедровый орехи
и Дальнего Востока составляет порядка 1 млн т, содержат витамины, а также макро и 13 микроэлемен-
в наиболее урожайные годы достигает 1,6 млн т. Бо- ты: железо, йод, магний, марганец, калий, кальций,
лее 90 % этих ресурсов сосредоточено в Западной и фосфор, медь, кремний, бор, никель, титан, натрий,
Восточной Сибири [1; 2]. серебро, алюминий, молибден [1; 2; 4].
Анализ литературных источников по заготовке и Семена кедрового ореха не содержит холестерина,
промышленной переработке кедрового ореха свиде- а содержание белка составляет 44 %, т. е. в 12 раз
тельствует, что фактическое использование их при- больше чем в курином мясе. Тем самым употребление
родных ресурсов отечественными предприятиями в пищу кедрового ореха позволяет компенсировать
в настоящее время не превышает 10-30 % [2; 3]. «белковый голод» тем, кто перешел на вегетарианское
Учитывая, что кедровые сосны произрастают пре- питание. Растительный белок кедрового ореха иде-
имущественно на территории России, а кедровое мас- ально сбалансирован и по составу близок к белкам
ло и другие продукты переработки орехов пользуются ткани человека и усваивается организмом на 99 %.
высоким спросом, задачи повышения эффективности Другим фактором, определяющим высокую питатель-
использования орехов, основанные на исследовании ную ценность кедрового ореха, является то, что кед-
потребительских свойств и улучшении товарного ка- ровый орех содержит практически все незаменимые
аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, витамины: А, В, С, Д, Е, Р [1].
Физико-технические свойства семян являются характерными для каждой культуры и связаны с их анатомией, морфологией, химическим составом. К физико-техническим свойствам единичных семян относятся геометрическая форма и линейные размеры, и другие свойства. Важны физико-технические параметры кедрового ореха при конструировании машин калибровки кедрового ореха, очистки кедрового ореха от скорлупы, технические параметры оборудования для прессования и фильтрации кедрового масла [5].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалом для исследований послужили семена сосны кедровой сибирской, произрастающей на территории Красноярского края в соответствии ГОСТ 31852-2012 (ISO 6756:1984) «Орехи кедровые очищенные. Технические условия» [6].
Семена сосны кедровой сибирской бескрылые, крупные, коричневого цвета, разных оттенков, имеют толстую твердую скорлупу, тонкую внутреннюю оболочку (плёнку) и белое маслянистое ядро, внутри которого находится зародыши. Форма семян сосны кедровой сибирской удлиненная. В этом случае характеристиками семян являются длина, ширина и толщина. Размер семян - признак неустойчивый, зависит от возраста дерева, условий и места его произрастания, погоды в период вызревания, места шишки в кроне и семени в шишке [5].
Предельные размеры семян сосны кедровой сибирской по длине следующие: крупные от 9,1 мм и выше, средние о 7,1 до 9,0 мм, мелкие - менее 7,0 мм. Технология заготовки семян сосны кедровой сибирской представлена на рис. 1.
Анализ серийно выпускаемого оборудования показал, что в основном реализации в практики технологической схемы, представленной на рис. 1 применяются отдельные виды оборудования в последовательности выполнения рабочих операций, это дробление кедровых шишек, различные сита для очистки кедрового ореха от дробленой массы, а также оборудование для калибровки и сортировки по геометрическим размерам ореха.
Целью исследования является проведение патентных исследований по информационным базам России и зарубежных стран для разработки нового универсального оборудования совмещающего выполнение рабочих операций по производству кедрового ореха в едином технологическом потоке, универсальном комбинированном оборудовании и на одном рабочем месте.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
По результатам выполненных патентных исследований была разработана кинематическая схема нового универсального оборудования представленного на рис. 2, на которое был получен патент РФ № 2122334 «Устройство для извлечения из шишек кедровых орехов, их очистки и сортировки» [7].
По результатам экспериментальных исследований на изготовленном опытном образце по кинематической схеме, представленной на рис. 2, показали, что оборудование металлоемко, имеет большие габаритные размеры, и длительный рабочий процесс по времени при производстве кедрового ореха. Проведенные дополнительные патентные исследования позволили разработать новую конструкцию технологического оборудования, кинематическая схема которого приведена на рис. 3, на которую был получен патент РФ № 2695870 «Устройство для калибрования семян растительного происхождения» [8].
Рис. 1. Технология заготовки семян сосны кедровой сибирской
Выполненные экспериментальные исследования, проведенные на опытном образце оборудования по получению кедрового ореха показали, что разработанная новая конструкция оборудования имеет большие преимущества по сравнению с серийно выпускаемым и по сравнению ранее разработанного оборудования по патенту РФ № 2122334. Результаты исследования в статье представлены по экспериментальным исследованиям применительно к технологическому оборудованию, изготовленному по патенту РФ № 2695870.
Анализ статистических данных по измерению длины кедрового ореха показал, что распределение соответствует следующей гистограмме, приведенной на рис. 4.
Исследования физико-технических параметров кедрового ореха производили путем замера геометрических и весовых параметров ореха. Была обследована партия ореха, состоящая из 100 штук. Результаты геометрических и весовых замеров представлены в табл. 1.
В результате обработки собранного аналитического материала были определены основные физико-геометрические параметры кедрового ореха, используемые для разработки и проектирования технологического оборудования для комплексной механизации выполнения рабочих операций. Результаты обработки собранного аналитического материала приведены в табл. 2.
3
Рис. 2. Кинематическая схема нового универсального оборудования для извлечения из шишек кедровых орехов, их очистки и сортировки:
1 - опора; 2 - привод; 3 - бункер сырья; 4 - подающий шнек; 5 - сито очистки от примесей; 6 - барабан отделения мелкой фракции; 7 - барабан отделения средней фракции; 8 - барабан отделения крупной фракции; 9 - емкости сбора продуктов калибрования
Рис. 3. Кинематическая схема устройства для калибрования семян кедрового ореха:
1 - опора; 2 - привод; 3 - приводной вал; 4 - бункер сырья; 5 - барабан сбора мелкой фракции; 6 - барабан сбора средней фракции; 7 - барабан сбора крупной фракции; 8 - лоток схода крупной фракции; 9 - лоток схода средней фракции; 10 - лоток схода мелкой фракции
Г
40%
52%
Крупные 9.1 мм и выше I Средние 7,1- 9,0 мм Мелкие <7.0 мм
Рис. 4. Анализ статистических данных длины кедрового ореха
Таблица 1
Результаты геометрических и весовых замеров
№ опыта Длина ореха, мм Ширина ореха, мм Масса ореха, г Длина зерна, мм Ширина зерна, мм Масса зерна, г Масса скорлупы, г
1 10,20 4,60 0,188 9,20 3,20 0,079 0,109
2 9,10 7,30 0,241 8,30 4,70 0,104 0,137
3 9,30 6,70 0,320 7,20 4,30 0,154 0,166
100 8,10 5,40 0,169 6,30 3,70 0,073 0,096
Таблица 2
Результаты обработки аналитических материалов
Показатель Значение
В среднем Min Max
Масса 100 орешек, г 0,243 0,164 0,385
Масса 100 ядер, г 0,106 0,068 0,182
Масса скорлупы, г 0,135 0,034 0,196
Ширина ореха, мм 5,99 4,30 7,40
Ширина ядра, мм 3,92 2,80 4,90
Длина ореха, мм 9,19 6,20 13,20
Длина ядра, мм 7,79 5,90 12,10
Результаты обработки аналитического материала приведенного в табл. 2 показали, что средняя масса 100 орехов равна 0,243 г. при Мтт = 0,164 г., а Мтах = 0,385 г. Средняя масса 100 кедровых ядер равна 0,106 г при Мтт = 0,068 г, а Мтах = 0,182 г. Средняя масса скорлупы 100 орехов равна 0,135 г при Мтт = 0,034 г, а Мтах = 0,196 г. Средняя ширина ореха равна 5,99 мм при Штт = 4,30 мм, а Мтах = 7,40 мм. Средняя ширина ядра 3,92 мм при Штт = 2,80 мм, а Штах = 4,90 мм. Средняя длина ореха 9,19 мм при Дт1П = 6,20 мм, а Дтах = 13,20 мм. Средняя длина ядра 7,79 мм при Дт1П = 5,90 мм, а Дтах = 12,10 мм. Семена кедрового ореха имеют большой разброс по всем геометрическим параметрам. При проектировании новых машин и оборудования необходимо учитывать выполненные исследования и закладывать в технологию переработки калибрования кедрового ореха.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведены патентные исследования и разработано новое универсальное малогабаритное оборудование совмещающее выполнение рабочих операций по производству кедрового ореха в едином технологическом потоке. Выполнены экспериментальные исследования на опытном образце оборудования по получению калиброванного кедрового ореха. Результаты эксперимента показали, что разработанная новая конструкция оборудования по патенту РФ № 2695870 имеет большие преимущества по сравнению с серийно выпускаемым и ранее разработанным оборудования по патенту РФ № 2122334. Проведены исследования физико-технических параметров семян кедрового ореха, результаты которых позволили установить следующие предельные размеры семян сосны кедровой сибирской по длине: крупные от 9,1 мм и выше, средние от 7,1 до 9,0 мм, мелкие - менее 7,0 мм. Определены основные физико-геометрические параметры кедро-
вого ореха, используемые для разработки и проектирования технологического оборудования для комплексной механизации выполнения рабочих операций и установлено что средняя масса 100 орехов равна 0,243 г, средняя масса 100 кедровых ядер равна 0,106 г, средняя масса скорлупы 100 орехов равна 0,135 г, средняя ширина ореха равна 5,99 мм, средняя ширина ядра 3,92 мм, средняя длина ореха 9,19 мм, средняя длина ядра 7,79 мм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Васильев A.A., Будаев Ю.С., Азаров Б.М. Пищевая ценность ореха кедра сибирского и направления его использования в кондитерской и хлебопекарной промышленности. Биохим. Улан-Удэ, 1995. С. 48-50.
2. Ефремов А.А. Перспективы малотоннажной переработки кедровых орехов в продукты пищевого и технического назначения. Москва, 2009. С. 83-86.
3. Лизунова В.В.Кедровые орехи как промышленное масличное сырье. Москва, 2008. 23 с.
4. Невзоров В.Н. Техника и технология заготовки кедрового ореха. Красноярск, 1996. 38 с.
5. Трепаков М. Р. Исследование физико-механических свойств орехов кедра сибирского и совершенствование способов их переработки : автореф. дис. канд. техн. наук. Москва, 1998. 25 с.
6. ГОСТ 31852-2012. Орехи кедровые очищенные. Москва : Издательство стандартов, 2014.
7. Пат. 2122334 Российская Федерация Устройство для извлечения из шишек кедровых орехов, их очистки и сортировки / В.Н. Невзоров, И.В. Голубев, Е.И. Максимов ; заявл. 22.05.1997, опубл. 27.11.1998. 5 с.
8. Пат. 2695870 Российская Федерация Устройство для калибрования семян растительного происхождения / В.Н. Невзоров, Д.С. Безъязыков, И.В. Мацкевич, М.А. Янова; заявл. 24.10.2018, опубл. 29.07.2019. 9 с.
REFERENCES
1. Vasiliev A.A., Budaev Y.S., Azarov B.M. Nutritional value of Siberian pine nut and directions of its use in confectionery and bakery industry. Biochem. Ulan-Ude, 1995. P. 48-50.
2. Efremov A.A. Prospects of low-tonnage processing of pine nuts in the products of food and technical purpose. Moscow, 2009. C. 83-86.
3. Lizunova V.V. Pine nuts as an industrial oil-bearing raw material. Moscow, 2008. 23 p.
4. Nevzorov V.N. Technique and technology of pine nut harvesting. Krasnoyarsk, 1996. 38 p.
5. Trepakov M.R. Research of physical and mechanical properties of Siberian pine nuts and improvement of methods of their processing: Ph. 25 c.
6. GOST 31852-2012. Peeled pine nuts. Moscow : Publishing house of standards, 2014.
7. Pat. 2122334 Russian Federation Device for extraction of pine nuts from cones, their cleaning and sorting / V.N. Nevzorov, I.V. Golubev, E.I. Maksimov ; application. 22.05.1997, publ. 27.11.1998. 5 p.
8. Pat. 2695870 Russian Federation Device for calibration of seeds of plant origin / V.N. Nevzorov, D.S. Bez'yazikov, I.V. Matskevich, M.A. Yanova; application. 24.10.2018, publ. 29.07.2019. 9 p.
© Невзоров В. Н., Кох Ж. А., Мацкевич И. В., Голубев И. В., 2022
Поступила в редакцию 10.06.2022 Принята к печати 01.09.2022
