CC BY
291
УДК 664.76
Доцент A.B. Журавлев, соискатель A.B. Бородкина,
(Воронеж, гос. ун-т инж. технол.) кафедра машин и аппаратов
пищевых производств, тел. (473)255-38-96
E-mail: [email protected]
начальник отдела И.М. Черноусов
(Управление ОАО «Сбербанк России») тел. 8-908-132-31-43
E-mail: [email protected]
Associate Professor A.V. Zhuravlev, competitor A.V. Borodkina,
(Voronezh state university of engineering technologies) chair of cars
and devices of food productions, tel. (473)255-38-96
E-mail: [email protected]
Head of Department I.M. Chernousov
(Management of JSC Sberbank of Russia) tel. 8-908-132-31-43
E-mail: [email protected]
Ресурсосберегающая линия безотходной переработки семян амаранта
Resource-saving line of waste-free processing of seeds of an amaranth
Реферат. Амарант признан организацией ЮНЕСКО продовольственной культурой XXI века. В последнее время в России возрос интерес к амаранту как продовольственной культуре. Семена зернового амаранта по характеристикам и свойствам сходны с зерном злаков, однако поскольку он не принадлежит к семейству злаковых, его называют псевдозлаком. Семена амаранта содержат в среднем 15... 17 % белка, 5...8 % масла и 3,7...5,7 % клетчатки, что выше, чем у большинства зерновых культур. Из-за значительного содержания лизина, которого в белке амаранта в два раза больше, чем у пшеницы, и в три раза больше, чем у кукурузы и сорго, качество белка амаранта считается очень высоким. Как известно, лизин является ценной незаменимой аминокислотой, так как в животных тканях он не может синтезироваться, и человек и животные получают его только из растений. Если оценить идеальный белок в 100 баллов, то молочный белок казеин будет иметь 72 балла, соевый - 68, пшеницы - 58, кукурузы - 44, а амаранта - 75 баллов. Хранится зерно с относительной влажностью 35 % насыпью при температуре в помещении 10... 12 °С не дольше 24 ч. При более продолжительном хранении начинаются необратимые физиологические и химические изменения в зерне амаранта, и оно становится негодным для получения масла. Факторами, лимитирующими широкое использование амаранта в сельском хозяйстве, являются отсутствие технологий и оборудования для полной комплексной переработки. Для решения данной проблемы предлагается способ безотходной комплексной переработки семян амаранта и технологическая линия для его осуществления с возможностью получения широкого ассортимента готовой продукции: амарантовое масло в чистом виде, растительное масло, обогащенное амарантовым маслом, обезжиренный амарантовый шрот с высоким содержанием белка.
© Журавлев A.B., Бородкина A.B., Черноусов И.М., 2015
Summary. The amaranth is recognized by the UNESCO organization a food crop of the XXI century. Recently interest in an amaranth, as to a food crop increased in Russia. Seeds of a grain amaranth according to characteristics and properties are similar to grain of cereals, however, as it doesn't belong to family of cereals, it call a pseudo-cereal. Seeds of an amaranth contain on average 15 ... 17 % of protein, 5 ... 8 % of oil and 3,7 ... 5,7 % of cellulose that above, than at the majority of grain crops Because of the considerable content of amino acid of a lysine which in protein of an amaranth is twice more, than at wheat, and three times more, than at corn and a sorghum, and even it is comparable by quantity to soy and cow's milk, quality of protein of an amaranth is considered very high. It is known that the lysine is valuable irreplaceable amino acid as in animal fabrics it can't be synthesized, both the person and animals receive it only from plants. If to estimate ideal protein in 100 points, milk protein casein will have 72 points, soy - 68, wheat - 58, corn - 44 and an amaranth of 75 points. To be stored grain with relative humidity of 35 % an embankment at a temperature in 10 ... 12 °C not more long than 24 h. At more long storage irreversible physiological and chemical changes in amaranth grain begin, and it to become unusable for further processing, for the purpose of oil extraction. The factors limiting wide use of an amaranth in a national economy of Russia are absence of technologies and the equipment for full complex processing. For the solution of this problem, authors of the present article, offer a way of waste-free complex processing of seeds of an amaranth and the technological line for its implementation with possibility of receiving the wide range of finished goods: amarantovy oil in pure form, the vegetable oil enriched with amarantovy oil, the fatfree amarantovy meal, with high protein content, differing in high quality.
Ключевые слова: ресурсосбережение, технологическая линия, технология, сушка, амарант, переработка, масло, тепломассообмен.
Keywords: resource-saving, technological line, technology, drying, amaranth, processing, oil, warm mass exchange.
Амарант является ценнейшей злаковой культурой с огромным потенциалом использования в сельском хозяйстве. Практика показывает, что продукты его переработки представлены на рынке в незначительном количестве. Причина этого - отсутствие эффективных технологий и оборудования для его переработки [1].
На основании анализа существующих способов переработки семян амаранта и литературных данных нами разработан способ безотходной переработки семян амаранта и линия для его осуществления с возможностью получения высококачественного амарантового масла в чистом виде, позволяющий использовать влажные и засоренные семена амаранта в качестве исходного сырья и осуществлять выделение амарантового масла с максимальной степенью извлечения из исходных семян амаранта [2].
Амарантовое масло в основном содержит насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты и по сбалансированности наиболее близко к оливковому и облепихо-вому маслам. Амарантовое масло в значительно большем количестве, нежели остальные растительные масла, содержит сквален. Сквален является важнейшим биологически активным компонентом, выполняющим в организме роль регулятора липидного и стероидного обмена. Это масло обладает противоопухолевой и раноза-живляющей активностью [3].
В настоящее время сквален в промышленных масштабах получают из жира печени глубоководных акул. Амарантовое масло может стать возобновляемым источником ценного компонента - сквалена при условии разработки и реализации на практике высокоэффективного способа переработки семян амаранта.
Нами разработана технологическая линия безотходной переработки семян амаранта (рисунок). Она состоит: из накопительного бункера 1; очистительной установки 2, состоящей из двух сит, расположенных одно над другим, верхнее сито
с размером ячеек 1,4 мм и нижнее сито с размером ячеек 0,8 мм; сушилки 3, представляющей собой цилиндроконическую сушильную камеру 19, в нижней части которой расположен завихритель 24, снабженный в верней части патрубками подвода закручивающего потока сушильного агента 18, выполненными с возможностью отклоняться в горизонтальном и вертикальном направлениях от тангенциального положения, в нижней - питателем 14 и разгонным участком 16 для получения газовзвеси; очистительной установки 4 для очистки семян амаранта от примесей, обладающих скоростью витания, отличающейся от скорости витания семян амаранта; буферной емкости 5 для хранения высушенных очищенных семян амаранта; шне-кового пресса 6 для отделения амарантового масла; буферной емкости 7 для хранения амарантового масла; измельчителя амарантового жмыха 8; экстрактора 9; емкостей для выстойки смеси измельченного амарантового жмыха и растительного рафинированного дезодорированного масла 10; шнекового пресса 11 для отделения растительного масла, обогащенного амарантовым маслом, от обезжиренного амарантового шрота; буферных емкостей 12 и 13 для накопления растительного масла, обогащенного амарантовым маслом; и для накопления обезжиренного амарантового шрота.
Технологическая линия работает следующим образом. Исходные семена амаранта попадают в накопительный бункер 1 (рисунок) для их кратковременного хранения. Из накопительного бункера 1 семена подаются в очистительную машину 2 для очистки от примесей с геометрическими размерами, отличающимися от размера семени. Семена в очистительной машине 2 попадают на верхнее сито с размером ячеек 1,4 мм, через которые проходят и попадают на нижнее сито с размером ячеек 0,8 мм. Крупные примеси идут сходом с верхнего сита и удаляются. На нижнем сите мелкие примеси проходят через отверстия сита и удаляются, а предварительно очищенные семена амаранта направляются сходом с нижнего сита.
Предварительно очищенные семена амаранта поступают в сушилку 3 непрерывного действия с закрученными потоками сушильного агента, где высушиваются до относительной влажности Ш = 12 %, при которой наблюдается максимальный выход масла [4]. Сушка семян во взвешенно-закрученном слое характеризуется высокой интенсивностью процесса, низкими затратами, высоким качеством получаемого продукта, малой продолжительностью процесса [5, 6, 7].
После сушилки семена поступают на окончательную очистку от примесей в очистительную установку 4. Принцип очистки в очистительной установке 4 основан на различии скорости витания семян амаранта и примесей. Очистка происходит в два этапа: очистка от примесей, обладающих меньшей скорость витания, чем семена амаранта, и очистка от примесей, обладающих большей скорость витания, чем семена амаранта. Очищенные семена собираются в буферной емкости 5.
Из буферной емкости 5 очищенные семена поступают в шнековый пресс 6 для выделения амарантового масла в чистом виде. При прессовании получают амарантовое масло в чистом виде, которое собирается в буферной емкости 7, и амарантовый жмых, который идет на измельчение. Амарантовое масло отправляют на очистку (фильтрацию) и направляют на фасовку. Таким образом получают первый продукт - амарантовое масло в чистом виде.
Амарантовый жмых из шнекового пресса 6 поступает на измельчение в дробилку 8. Измельченный жмых заливают растительным рафинированным дезодорированным маслом (подсолнечное, хлопковое, кукурузное и т.д.), взятым в соотношении амарантовый жмых - масло 1:0,6... 1:1, и осуществляют экстракцию в экстракторе 9 оставшегося в нем амарантового масла в два этапа. На первом этапе проводят предварительную экстракцию при температуре 323...328 К. Не допускается нагревание смеси до температур свыше 328 К, так как при этом наблюдается ухудшение качественных показателей амарантового масла.
Экстрактор 9 имеет 2 зоны: зона интенсивного смешения и зона экстракции, представляющая собой горизонтальную корытообразную емкость с медленно вращающимся валом, на котором размещены перемещающие лопасти.
Из экстрактора 9 смесь амарантового жмыха и растительного рафинированного дезодорированного масла подают в буферные емкости 10 для осуществления второго этапа окончательной экстракции путем выстойки. Заполнение буферных емкостей 10 происходит последовательно, число емкостей и их объем подбирают в зависимости от производительности линии, но таким образом, чтобы выстойка смеси составляла 48 ч.
Из буферных емкостей 10 смесь амарантового жмыха и растительного дезодорированного масла поступает в шнековый пресс 11, где в процессе прессования получают два продукта: растительное масло, обогащенное амарантовым маслом, и обезжиренный амарантовый шрот с высоким содержанием белка. Растительное масло, обогащенное амарантовым маслом, из шнекового пресса 11 поступает в накопительную буферную емкость 12, откуда далее на очистку и фасовку. Обезжиренный амарантовый жмых из шнекового пресса 11 поступает в накопительную буферную емкость 13, откуда поступает на грануляцию и фасовку или сразу на фасовку.
Рисунок. Ресурсосберегающая линия безотходной переработки семян амаранта
Разработанная ресурсосберегающая линия безотходной переработки семян амаранта имеет следующие преимущества:
- использование очистительных установок позволяет получать более качественное амарантовое масло и использовать исходные семена амаранта с высокой степенью засоренности;
- использование оригинальной высокоэффективной сушильной установки с закрученным потоком сушильного агента позволяет использовать исходные семена амаранта с высокой начальной относительной влажностью в «щадящем» режиме, что позволяет получать конечные продукты с более высокими качественными показателями, и высушивать семена амаранта до относительной влажности Ш= 12 %;
- использование двухстадийного извлечения амарантового масла позволяет максимизировать степень его извлечения из семян амаранта;
- реализуется безотходная переработка семян амаранта с возможностью получения широкого ассортимента готовой продукции: амарантовое масло в чистом виде, растительное масло, обогащенное амарантовым маслом, обезжиренный амарантовый шрот с высоким содержанием белка.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тепло- и массообмен при сушке семян амаранта в аппарате со взве-шенно-закрученным слоем [Текст] / С.Т. Антипов, А.В. Журавлев, И.М. Черноусов. -Воронеж, 2011. - 222 с.
2. Пат. 2426773, Российская Федерация, С 11 В 1/10. Способ безотходной переработки семян амаранта и технологическая линия для его осуществления [Текст] / Антипов С.Т., Журавлев А.В., Черноусов И.М.- № 2010109695; заявл. 15.03.2010; Опубл. 20.08.2011, Бюл. № 23.
3. Антипов, С.Т. Проблема сушки зерна амаранта в России [Текст] /
C.Т. Антипов, А.В. Журавлев, А.В. Прибытков, И.М. Черноусов // Вестник ВГУИТ. -2009. -№ 1. -С. 27-30.
4. Антипов, С.Т. Исследование форм связи влаги в семенах амаранта сорта Ультра методом дифференциально-термического анализа [Текст] / С.Т. Антипов, А.В. Журавлев, И.В. Кузнецова, И.М. Черноусов [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2010. - № 8. - С. 14-16.
5. Пат. 2263262, Российская Федерация, F 26 В 17/10. Вихревая сушилка [Текст] / Антипов С.Т., Журавлев А.В., Прибытков А.В.- № 2004112142; заявл. 20.04.2004; Опубл. 27.10.2005, Бюл. № 30.
6. Антипов, С. Т. Новые технические решения в технике сушки дисперсных материалов [Текст] / С.Т. Антипов, Д.А. Казарцев, А.В. Журавлев, Е.С. Бунин [и др.] // Техника машиностроения. -2009. -№ 1. -С. 55-58.
7. Комбинированные аппараты с закрученным потоком теплоносителя для сушки дисперсных материалов [Текст] / С.Т. Антипов, А.В. Журавлев, Д.А. Казарцев, А.В. Бородкина, Д.А. Нестеров // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2014. - № 2. - С. 52-59.
REFERENCES
1. Warm and a mass exchange when drying seeds of an amaranth in the device with deliberately - the twirled layer [Text] / S.T. Antipov, A.V. Zhuravlev, I.M. Cher-nousov. - Voronezh, 2011. - 222 p.
2. Stalemate. 2426773, Russian Federation, С 11 В 1/10. Away of waste-free processing of seeds of an amaranth and the technological line for its implementation [Text] / Antipov S. Т., Zhuravlev A.V., Chernousov I.M. - № 2010109695; it is declared. 15.03.2010; Opubl. 20.08.2011, Bulletin № 23.
3. Antipov, S. T. Problem of amaranth grain drying in Russia [Text] / S. T. Antipov, A.V. Zhuravlev, A.V. Pribytkov, I.M. Chernousov // VGUIT Bulletin. -2009. -№ 1. - P. 27-30.
4. Antipov, S. T. Research of forms of communication of moisture in grade amaranth seeds by the Ultra method of the differential and thermal analysis [Text] / S. T. Antipov, A.V. Zhuravlev, I.V. Kuznetsova, I.M. Chernousov and other//Storage and processing of agricultural raw materials. - 2010.- № 8.- P. 14-16.
5. Stalemate. 2263262, Russian Federation, F 26 В 17/10. Vortex dryer [Text] / Antipov S. Т., Zhuravlev A.V., Pribytkov A.V. - № 2004112142; it is declared 20.04.2004; Opubl. 27.10.2005, Bulletin № 30.
6. Antipov, S. T. New technical solutions in technology of drying of disperse materials [Text] / S. T. Antipov, D. A. Kazartsev, A.V. Zhuravlev, E.S. Bunin and other/ /Equipment of mechanical engineering. - 2009. - № 1. - P. 55-58.
7. The combined devices with the twirled heat carrier stream for drying of disperse materials [Text] / S.T. Antipov, A.V. Zhuravlev, D.A. Kazartsev, A.V. Borodkina,
D. A. Nesterov // Technologies of food and processing industry of agrarian and industrial complex - products of healthy food. - 2014. - № 2. - P. 52-59.
