CC BY
165
БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 615.1
Л. Т. Ахметова, С. Ю. Гармонов, Ж. Ж. Сибгатуллин,
Р. Т. Ахметова, В. Ф. Сопин, И. В. Зеваков
ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЕРГИ ИЗ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ
С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ
Ключевые слова: извлечение, перга, сушка, скарификация.
Рассмотрены технологии извлечения перги из сотов для получения качественных продуктов с сохраненными питательными веществами и витаминами для производства лечебнопрофилактических средств и функциональных продуктов питания на основе продуктов пчеловодства. Показано, что наибольшей производительностью и результативностью отличаются технологические схемы на основе конвективного метода и с применением неразрушающих методов, например, акустической сушки.
Keywords: extraction, bee bread, drying, scarification.
Known technologies of extraction of perga from a honeycomb are observed. A number of extraction technologies which allow obtaining a high nutritional quality product with preserved vitamins for further production of medicines or alternative foodstuffs which are based on bee-keeping products are studied. It is concluded, that the highest productivity is reached by the technologies which are based on convective method and modern non-destructing methods, such as acoustic drying.
Технология извлечения перги включает в себя следующие операции: заготовку перговых сотов, их скарификацию, сушку, охлаждение, измельчение, разделение на перговые гранулы и восковое сырье.
При заготовке перговых сотов необходимо добиться полного осушения их от меда пчелами, что впоследствие предотвращает прилипание сырья к рабочим органам измельчителя, снижает количество восковых примесей в получаемой перге. Соты с очагами плесени выбраковывают.
Известны несколько технологий извлечения перги из сотов:
- размачивание в воде сота, вытряхивание перговых гранул, отцеживание воды, сушка;
- сушка и извлечение перговых гранул из сота при помощи вакуума;
- сушка, охлаждение, измельчение и отсеивание восковых частиц;
- замораживание, измельчение и отсеивание восковых частиц.
Однако, перечисленные способы имеют существенные недостатки: размачивание в воде вызывает большие потери питательных веществ, а методы извлечения перги отличаются малой производительностью, требуют больших затрат ручного труда. Поэтому эти технологии не могут быть использованы для промышленной заготовки перги [1,2].
В основе технологии [3], позволяющей полностью механизировать извлечение перги из сотов, лежат четыре основные операции: сушка, измельчение, просеивание и дезинфекция. Подготовленное сырьё подсушивают при 40°С в течение 8-10 ч, удаляют влагу и доводят её содержание до 14-15%. Для ускорения сушки поверхностный слой перги, пропитанный мёдом и препятствующий интенсивному подсыханию, скарифицируют, что значительно ускоряет процесс сушки. При вакуумной сушке за 5-7 ч при 40°С влажность перги в сотах можно снизить до 10%. Перга при этом становится более твердой, при перетирании разрушается меньше комочков, что резко снижает её потери. Подсушенное сырье охлаждают до -1°С и измельчают на сотодробилке, пропуская между валиками с расстоянием 4,9-5,0 мм, что способствует полному разрушению и отделению коконов. Измельченное сырье просеивают на машине для очистки семян при скорости потока воздуха 7,5-8 м/с, используя сито с ячейками
184
диаметром 2,6 мм. В результате восковые частицы отделяются от перги. В заключение полученную пергу дезинфицируют гамма-лучами или смесью газов из окиси этилена и бромистого метила.
Прежде чем измельчать перговые соты, их необходимо охладить до 0±2°С и выдержать 30-50 мин. После такой обработки воск становится хрупким, что способствует его разрушению. Однако важно не только разрушить восковую основу сота, но и снять с перговых гранул восковую оболочку, оставив их целыми, чтобы дольше сохранялись питательные вещества и витамины при хранении. Для такой работы более всего подходит измельчитель со штифтами цилиндрической формы. Использование предложенного способа измельчения перговых сотов и пневмосепарирования при скорости воздушного потока 7,8-8,1 м/с позволяет извлекать не менее 97% перги при содержании восковых примесей в ней не более 2% и выходе целых перговых гранул не менее 80% [4]. Указанная технология позволяет извлекать пергу из пчелиных сотов и заготовливать ее отдельно от воскового сырья.
Одной из важнейших операций технологии извлечения является сушка, так как от нее во многом зависит качество производимого продукта. Пергу надо сушить в условиях, предотвращающих необратимые изменения в продукте и снижающих его качество. Эти изменения в большей мере связаны с денатурацией белков и инактивацией ферментов, что обусловлено нагреванием продукта в ходе сушки. Допустимой температурой нагрева считают 40°С, что примерно соответствует естественному тепловому режиму, при котором пчелы в улье заготовляют пыльцу в виде перги. При указанной температуре сушки продукт не теряет питательные вещества и витамины.
Известно несколько способов сушки обножки, каждый из которых имеет свои недостатки. Так, при сублимационной сушке, то есть в глубоком вакууме в замороженном состоянии, в перге разрушаются витамины и другие биологически активные вещества. Кондуктивный способ не обеспечивает равномерного нагрева материала из-за расположения его на разном уровне от нагретой поверхности, к тому же невозможно обеспечить хороший контакт последней с большим числом перговых сотов. В ходе сушки солнечными лучами разрушаются биологически активные вещества перги. Сушка инфракрасными лучами приводит к карамелизации сахаров и потере питательной ценности продукта.
Для промышленного использования наиболее приемлем конвективный метод, позволяющий создать мягкие условия для одновременной сушки большого числа перговых сотов.
Применяемое при этом оборудование отличается простотой устройства и невысокой стоимостью. Немаловажно и то, что при таком способе сушку можно проводить прямо в ульевых корпусах, размещенных друг над другом в несколько ярусов и образующих сушильные каналы.
Установка для конвективной сушки, включает в себя сушильный канал 2, образованный горизонтальным воздуховодом 3 и вертикально расположенными корпусами ульев 1, электрокалорифер 6 и вентилятор 4 (рис. 1).
Качество материала при обдувании сушильным агентом и интенсивность сушки определяются параметрами теплоносителя: температурой, скоростью и относительной влажностью [5]. С целью выявления оптимальных режимов при конвективной сушке перги проводились исследования, в результате которых было установлено, что при достижении влажности 14-15 % прочность гранул перги значительно возрастает и их липкость снижается практически до нуля. Это в свою очередь, приводит к получению большего количества целых гранул при измельчении сотов и предотвращает налипание перги на рабочие органы измельчителя. Температура перги в ходе сушки плавно повышается, достигая величины, близкой по значению к температуре сушильного агента.
Перга относится к материалам, сушка которых происходит в период убывающей скорости. На процесс сушки больше всего влияет температура сушильного агента, которая не должна превышать 40-42°С, поскольку от нее зависит температура нагрева перги.
Рис. 1 - Схема для конвективной сушки перговых сотов: 1 - корпуса ульев; 2 -сушильный канал; 3 - воздуховод; 4 - вентилятор; 5 - патрубок; 6 - электрокалорифер
Зависимость сушки от скорости воздуха наиболее существенно проявляется примерно до значения 1,8-2,0 м/с. Дальнейшее увеличение скорости сушильного агента практически не влияет на процесс.
При указанной температуре сушки продукт не теряет питательные вещества и витамины. Пропорционально снижению влажности перги уменьшается ее липкость. При влажности 14-15% этот показатель падает практически до нуля, а прочность становится достаточной для переработки сотов в измельчителе. Дальнейшая сушка связана с неоправданно большими затратами энергии.
Еще одним фактором, влияющим на скорость сушки, является размер объекта и форма его поверхности. Перга представляет собой гранулы, заключенные в ячейки восковых сотов. Открытая поверхность перги, через которую происходит влагоотдача в ходе сушки, пропитана медом и образует воздухонепроницаемый слой. Для интенсификации сушки его целостность нарушают методом скарификации, которая интенсифицирует процесс сушки. Для этого поверхностный слой перги процарапывают в каждой ячейке сота на глубину формирования. В результате проницаемость слоя повышается, а также образуются новые поверхности испарения в виде бороздок. Кроме того, при процарапывании перга отстает от стенок ячеек и образующиеся микрощели также способствуют ее высыханию. Наиболее эффективна скарификация в двух перпендикулярных направлениях. Время сушки по сравнению со временем обработки нескарифицированных сотов сокращается более чем на 30%; скарификация в одном направлении сокращает время сушки примерно на 16% [6].
Установка для скарификации перговых сотов (рис. 2) включает в себя металлическую раму 4, на которой закреплены две подшипниковые опоры 5. В последних установлен винтовой вал 3 скарификатора, вращающийся от привода. Вал оснащен левой и правой нарезкой, на нем установлены рычаги 2 скарификатора, прикрепляемые к наружным поверхностям основных пластин 1, на внутренней поверхности которых расположены иглы 8. Иглы проходят через отверстие перфорированной пластины 9, предназначенной для их очистки. Противоположные ряды игл левой и правой пластины смещены друг относительно друга в горизонтальной плоскости. На раме также установлены в крайних положениях концевые выключатели 6 и 7, на которые воздействует рычаг скарификатора.
Подготовленный перговый сот вручную
устанавливают между
пластинами 9, где он
удерживается на
вертикальных стойках, после чего включают привод. Через вал он
поступательно перемещает рычаги, которые сближают пластины 1 с иглами.
Проходя через отверстие
пластин, иглы прокалывают поверхностный слой гранул перги (глубину их
внедрения регулируют перемещением выключателя 7). Дойдя до своего крайнего положения, рычаг воздействует на выключатель 7, тот
попадает на сигнал, и привод переключается на реверсивный режим. В этом режиме привод через вал сообщает поступательное движение рычагам с пластинами 1 в противоположном направлении, и они расходятся. Частицы воска и перги, прилипшие к иглам в момент скарификации счищаются при прохождении через отверстие пластин. Возвращаясь в исходное положение, рычаг воздействует на выключатель 6, привод останавливается. Обработанный перговый сот извлекают.
Установка разрушает поверхностный слой всех перговых гранул в соте, не допуская их излишней деформации, и обеспечивает самоочистку игл от перговых и восковых частиц. Наиболее целесообразно использовать диаметр игл 1,2 мм, глубина внедрения не должна превышать 2 мм. Тогда срок сушки сокращается на 30-40 %, снижаются и затраты энергии.
Одна из промышленных технологий извлечения перги состоит в следующем: поверхностный слой перговых гранул 1 (рис. 3) разрушают на скарификаторе 2. Далее соты сушат конвективным способом. Вентилятор 3 засасывает воздух, проходя через электронагреватель 4, нагревается до 42° С и попадает в ульевые корпуса 5 с рамками. Из них он, омывая соты, выбрасывается наружу, унося с собой влагу. Пергу сушат до влажности 14-15 %.
Рис. 2 - Установка для скарификации перговых сотов: 1 - пластины, 2 - рычаги, 3 - винтовой вал
скарификатора, 4 - металлическая рама, 5 -
подшипниковые опоры, 6, 7 - выключатели, 8 - иглы, 9 - перфорированная пластина
Рис. 3 - Технология извлечения перги из сотов: 1 - поверхностный слой перговых гранул, 2 - скарификатор, 3 - вентилятор, 4 - электронагреватель, 5- ульевые корпуса, 6- рамки, 7 - воскоперговая масса, 8 - камера холодильного оборудования, 9 - измельчитель, 10-дозатор, 11- емкость, 12- аспирационный канал, 13- циклон, 14-вентилятор, 15-пылесборник
Высушенную воскоперговую массу 7 отделяют от рамок 6 и помещают в камеру 8 холодильного оборудования, где выдерживают при температуре 0-2 °С не менее 50-60 мин. Затем ставшую хрупкой массу измельчают на измельчителе 9 и через дозатор 10 подают на пневмосепарирование в аспирационный канал 12. Из него перговые гранулы выпадают в емкость 11, восковое сырье выносится в циклон 13, а пылевидные частицы вентилятором 14 -в пылесборник 15.
Сушильная установка состоит из электрокалорифера, расположенного на раме. С верхней частью рамы, на которую ставят двенадцатирамочные корпуса, электрокалорифер соединен тентом. Под корпуса укладывают мелкую металлическую сетку, чтобы исключить попадание восковой крошки на тепловые элементы электрокалорифера. Это обеспечивает пожарную безопасность. Для поддержания необходимой температуры на корпусе электрокалорифера установлен измеритель-регулятор.
Перед началом сушки проверяют работу установки и задают соответствующий температурный режим. Затем в каждый из трех ульевых корпусов устанавливают по 10-12 перговых рамок, предварительно стряхнув с них крошки. Далее корпуса размещают один над другим на раме установки.
Отделенную воскоперговую массу охлаждают в бытовых морозильных камерах. При этом учитывают, что с понижением температуры внутри камеры до -5 °С срок охлаждения следует сократить до 30 мин.
Измельчитель 9, дозатор 10 и пневмосепарирующие узлы 12-15 скомпонованы в агрегат для извлечения перги. Он состоит из рамы, на которой закреплен измельчитель. Над ним находятся загрузочный бункер, аспирационный канал, циклон и пульт управления. Аспирационный канал, циклон и пылеуловитель соединены воздушным каналом, по которому проходит воздух под действием вентилятора.
Работает агрегат следующим образом. Приводы измельчителя и вентилятора включают на пульте. Затем засыпают в загрузочный бункер куски перговых сотов, где они измельчаются штифтами. После этого гранулы попадают в аспирационный канал. Под действием воздушного потока частицы воска и перги, скорость витания которых меньше скорости воздушного потока, устремляются в циклон, а гранулы перги под действием силы тяжести выпадают в специальную емкость. Воздух, засасываемый вентилятором, выходит через пылеуловитель, в котором оседают мелкие частицы воска.
Предложен способ извлечения перговых гранул [7], который отличается повышенной производительностью, экономичностью, экологичностью установки, способствует повышению качества получаемого продукта с сохранением его биологических свойств. Установка для извлечения перговых гранул содержит дробилку для измельчения пчелиных сот с пергой, швырялку, которая закидывает измельчённые пчелиные соты с пергой по направляющей на узел воздушного сепарирования, где происходит отделение перговых гранул от восковой шелухи по разности удельного веса. Воздушный поток для сепарирования обеспечивается горизонтально расположенным на циклоне вентилятором. В циклоне осаждается пролетевшая перговая крошка и, реже, крупная восковая крошка. Дробилка представляет собой наклонно расположенный цилиндр, внутри которого вращается вал с посаженными на него пальцами. На нижнем торце дробилки расположена решетка. Швырялка состоит из посаженного на приводной вал диска с лопатками. Сепаратор содержит в своей конструкции определенный ряд лопаток и отверстий для создания необходимого разделительного потока. На рис.4 представлена схема установки для извлечения перговых гранул.
Установка содержит дробилку для измельчения перговых сот 1, куда сырьё поступает из бункера 2, а после измельчения попадает в дисковую швырялку 3 и через направляющую 4 подается на узел воздушного сепарирования, который содержит сепаратор 5, течку 6 для выхода перговых гранул, горизонтально расположенный вентилятор 7, находящийся всасываемой частью на поверхности циклона 8, где осаждается пролетевшая перговая крошка.
На выхлопном патрубке вентилятора 7 расположено разгрузочное устройство 9 для выхода восковой шелухи, к которому крепится мешкотара. Все части установки, соприкасающиеся с перговыми гранулами, выполняются из пищевой нержавеющей стали. Устройства, из которых состоит вся установка, крепятся на одной раме 10.
Работает установка следующим образом. В бункер 2 загружают кусочки пчелиных сот с пергой разных размеров, откуда они попадают в дробилку 1, где измельчается вращающимися пальцами. При этом происходит отделение перговых гранул от воска, которое продолжается при прохождении сырья сквозь решетку, расположенную на торцевой части дробилки. Из дробилки перговые гранулы с восковой шелухой попадают в дисковую швырялку 3, где они вращающимися лопатками забрасываются в направляющую 4. Измельчённое сырьё под действием импульса, переданного швырялкой 3 и потока воздуха, созданного вентилятором 7, попадает в сепаратор 5, где происходит окончательное отделение перговых гранул и восковой шелухи за счет разности удельного веса. Перговые гранулы через течку 6 направляются на дальнейшую переработку, а восковая шелуха, захватываемая воздушным потоком вентилятора 7, через разгрузочное устройство 9 поступает в съемную мешкотару. Перговые крошки, образовавшиеся при измельчении, захватываются воздушным потоком и осаждаются в циклоне 8. Все отходы пригодны для применения в пчеловодческом хозяйстве.
Рис. 4 - Схема установки для извлечения перговых гранул: 1 - дробилка; 2- бункер; 3-швырялка; 4 - направляющая; 5 - сепаратор; 6 - течка; 7 - вентилятор; 8 - циклон; 9-разгрузочное устройство; 10 - рама
Производительность такой установки - около 60 кг перговых гранул в час. Данная технология позволяет существенно повысить производительность труда и качество получаемого продукта.
Известна технологическая линия по переработке перги с акустической сушилкой [8]. В акустическую сушилку в тележках загружаются перговые соты, включается источник низкочастотных акустических потоков воздуха. Выдерживается заданный режим сушки (несколько часов). Увлажненный воздух из сушилки удаляется вентилятором. Частота колебаний составляет около 25 Гц, что является верхней границей инфразвука. Инфразвук распространяется в камере с незначительным поглощением. Гармоничные волны равной частоты и амплитуды, бегущие навстречу друг другу от источника и отраженные от стенок камеры, образуют стоячие волны, действие которых на процесс сушки более эффективно. При
189
этом извлекается около 98% перги, содержащих менее 5% восковых примесей (донышки ячеек). Наличие целых гранул перги в готовом продукте достигает 87% от общей массы [8].
Предложенный способ акустической сушки [9] позволяет повысить производительность и снизить стоимость акустической сушилки. Акустическая сушилка содержит сушильную камеру со звукоизоляционными стенками, загрузочно-разгрузочное устройство, источник акустических колебаний и устройство подачи нагретого воздуха в сушильную камеру. Источник акустических колебаний выполнен в виде гофрированной мембраны, кинематически связанной с регулируемым приводом, где мембрана снабжена акустической насадкой. Источник акустических колебаний снабжен обратным клапаном, а мембрана выполнена в виде сильфона. Выходная труба калорифера расположена коаксиально с трубой источника акустических колебаний и установлена соосно с камерой сушки в её торце. Одновременное воздействие горячим воздухом и акустическими колебаниями повышенной интенсивности от одного источника позволяет повысить производительность сушки, и делает её более простой в изготовлении и более дешевой по сравнению, например, с использованием генератора Гартмана.
Таким образом, в работе рассмотрены и проанализированы различные технологии извлечения перги из сотов. Наибольшей производительностью и результативностью отличаются технологические схемы на основе конвективного метода и с применением современных неразрушающих методов, например, акустической сушки. Эти технологические приемы позволяют максимально сохранить питательные вещества и витамины в перге, что позволяет использовать ее для производства лечебно-профилактических средств и альтернативных продуктов питания на основе продуктов пчеловодства.
Литература
1. Державина, Н.А. Целительный мед и продукты пчеловодства / Н.А. Державина. - М.: Сталкер, 2000.
- 48 с.
2. Малая механизация на любительских пасеках - И.: Агропромиздат, 1991.- 87 с.
3. Лебедев, В.И. Перга и ее заготовка на пасеке / В.И. Лебедев // Пчеловодство. - 2005. - №6. -С. 27-28.
4. Чудаков, В. Г. Технология продуктов пчеловодства / В. Г. Чудаков. - М.: Колос, 1979. - 160 с.
5. Некрашевич, В. Ф. Извлечение перги из сотов / В. Ф. Некрашевич, Д. Е. Каширин, С. В. Винокуров // Пчеловодство. - 2002. - № 5. - С. 23-23.
6. Некрашевич, В. Ф. Механизированное извлечение перги / В. Ф. Некрашевич, А. В. Ларин, Т. В. Торженова // Пчеловодство. - 2008. - № 8. - С. 50-51.
7. Свидетельство на полезную модель № 10090. Установка для извлечения перговых гранул.
8. Харченко, Н.А. Пчеловодство: учебное пособие для вузов / Н.А. Харченко, В.Е. Рындин. - М.: АСТ, 2003. - 368 с.
9. Ахметова, Л.Т. Применение акустического воздействия для сушки биологически активных препаратов // Л.Т. Ахметова и др. //Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т.14, № 15. - С. 165-168.
© Л. Т. Ахметова - канд. хим. наук, докторант каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ; С. Ю. Гармонов - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, [email protected]; Ж. Ж. Сибгатуллин - канд. мед. наук, дир. ЗАО «Республиканский научнопроизводственный центр «Семруг»; Р. Т. Ахметова - д-р техн. наук, проф. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ; В. Ф. Сопин - д-р хим. наук, проф., зав. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ; И. В. Зеваков - асп. той же кафедры.
