CC BY
113
Технологии производства белковых продуктов
от компании «Альфа Лаваль»
М.Л. Минкин
Известно, что белки составляют основу всякой живой клетки. Роль белков в жизнедеятельности организма исключительно велика и многообразна. Именно белки являются специфическим атрибутом живой материи, обеспечивающим высокую степень ее организации, специфичности и пластичности. С белками связано осуществление основных проявлений жизни - способности к росту и размножению, пищеварению, раздражимости, сократимости, мышлению. Неудивительно, что технологии получения белков вызывают живой интерес во всем мире. Компания «Альфа Лаваль» сегодня может предложить высокоэффективное оборудование и передовые технологии для производства пищевых и кормовых белков из рыбы и морепродуктов.
В основе технологий производства белка лежат процессы аккуратного нагрева и последующего извлечения (сепарирования) белка методом центробежного разделения, сохранения качества и ценности белка. Ниже рассмотрим данные процессы более подробно.
Нагрев сырья проводится для достижения двух целей: выделения жира и коагуляции белка. Как только эти цели достигнуты, дальнейший нагрев будет лишь приводить к снижению качества получаемых продуктов. Процесс нагрева реализуется в теплообменных аппаратах - варочных котлах. Однако бе-локсодержащее сырье из-за своих низких теплофизических свойств трудно
б
Рис. 1. Варочный котел «Контерм»: продольный (а) и поперечный (б) разрезы
подвергается тепловой обработке. При использовании некоторых видов теплообменников возникают проблемы с их забиванием или появлением нагара на стенках. Только быстрый, минимально необходимый и кратковременный нагрев служит основным фактором достижения высокого качества белка и жира.
Для проведения процессов нагрева и варки рыбной массы оптимально использовать варочный котел «Контерм» производства компании «Альфа Лаваль». Благодаря своей конструкции он в 5-6 раз эффективнее традиционных варочных котлов. Так, высокий коэффициент теплопередачи и полное использование поверхности теплообмена позволяют осуществлять нагрев измельченного сырья с 5 до 95°С не более чем за 100 с, в то время как при применении традиционного котла для вытопки жира на это требуется от 15 до 20 мин. В результате обеспечивается наилучшее сохранение витаминов и аминокислот в белках. Кроме того, требуется намного меньше площади в сравнении со стандартным варочным котлом эквивалентной производительности. Тем самым аппарат «Контерм» может высвободить много дорогостоящей площади для их лучшего применения. Это особенно ценно, если производство базируется непосредственно на морских рыболовецких судах.
«Контерм» представляет собой теплообменник с очищаемой поверхностью, состоящий из двух концентрических цилиндров. Поток сырья поступает во внутренний цилиндр. Он снабжен ротором с закрепленными на нем коаксиальными ножами из нержавеющей стали, которые закалены и отполированы для защиты от истирания и коррозии. Под действием центробежной силы эти ножи прижимаются к стенке цилиндра. Поверхность цилиндра непрерывно очищается ножами, что предотвращает загрязнение поверхности теплообмена (рис.1). В то же время ножи обеспечивают механическое перемешивание массы, создавая тем самым турбулентность в потоке продукта за счет завихрений потока.
Стенка внутреннего цилиндра служит поверхностью теплообмена между
паром и сырьем. Эта стенка очень тонкая и хорошо отполирована для достижения максимально возможного коэффициента теплопередачи. Цилиндр обычно изготовляют из нержавеющей стали, хотя может также использоваться хромированный никель для еще большего повышения коэффициента теплопередачи.
Установка «Контерм» спроектирована в расчете на непрерывную работу. Однако в случае непредвиденного перерыва в подаче сырья производится рециркуляция белкового бульона, так что в варочном котле никогда не происходит застаивания. Это исключает опасность засорения и пригорания на поверхностях теплообмена.
Производительность установки можно увеличивать за счет последова-
Рис. 2. Последовательный ряд аппаратов «Контерм»
тельного соединения нескольких варочных котлов (рис. 2). Тогда нагревание происходит ступенчато в последовательно расположенных аппаратах.
Быстрый и кратковременный нагрев сводит к минимуму вероятность ухудшения свойств белка. Поскольку аппараты «Контерм» изготовляются в гигиеническом исполнении, их можно успешно применять для производства концентрата белка, предназначенного в пищу людям.
Технологический цикл производства белка помимо нагрева включает процессы сепарирования твердых веществ (остатков сырья) и жидкостей (белковый бульон и жир), которые осуществляются на декантерах и тарельчатых сепараторах, иначе говоря, на центрифугах. Компания «Альфа Лаваль» обладает более чем столетним опытом производства подобной техники.
В основе работы центрифуг лежит идея отстойника, в котором твердые частицы под действием силы тяжести постепенно оседают на дно. Однако такая схема сепарации представляет со-
а
J jj-,-л-.f
бой чрезвычайно медленный процесс. Современные производства нуждаются в более скоростных и управляемых процессах. Вследствие этого получила развитие идея, которая обеспечивает непрерывное механическое отделение твердых частиц от жидкости. Центрифуга представляет собой отстойник, основание которого вращается вокруг центральной оси. При быстром вращении этой установки сила тяжести заменяется управляемой центробежной силой, которая может составлять 3000д для декантеров и до 10000д для сепараторов. Отделение твердых частиц от жидкости с использованием центробежной силы можно проводить с большей эффективностью и точностью, и, соответственно, таким процессом легко управлять. В зависимости от конструкции центрифуги могут быть также и трехфазными, т. е. разделять две жидкости и осадок. Примеры центрифуг приведены на рис. 3.
Сепарация на декантере происходит в горизонтальном цилиндрическом барабане, оснащенном винтовым шнеком (рис. 4). Продукт непрерывно подается в барабан через стационарную входную трубу и плавно разгоняется во впускном роторе. Центробежные силы вызывают быстрое осаждение твердых частиц на стенках барабана. Шнек вращается в том же направлении, что и барабан, но с другой скоростью, перемещая твердые частицы в направлении конической части барабана. Таким образом, в непрерывном процессе с одной стороны установки выходит жидкость, а с другой - твердые частицы.
Тарельчатые сепараторы предназначены для непрерывного разделения твёрдых веществ и жидкости или двух жидкостей под действием центробежной силы. При этом легкая фаза образует ряд внутренних концентрических слоев (равномерно распределяется в межтарельчатом пространстве сепаратора), а твердые вещества собираются
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
на периферии вращающегося барабана сепаратора (рис. 5). Использование специального пакета тарелок сепаратора позволяет увеличить поверхность осаждения, что способствует резкому увеличению скорости протекания процесса. Выгрузка тяжелой фазы осуще-
щее время 62 % французских семей регулярно используют в пищу сурими, а в последние годы общий объем потребления во Франции этого низкокалорийного, богатого белками продукта переработки рыбы с низким содержанием жира составил более 50 тыс. т.
Стенка барабана Рис. 4. Схема сепарации на декантере
ствляется непрерывно, периодически или вручную и зависит от марки сепаратора и количества твердых веществ.
Применение центрифуг от «Альфа Лаваль» дает следующие преимущества по сравнению с традиционными методами сепарации: не имеющие себе равных стандарты гигиены, что увеличивает ценность конечного продукта; сокращение потребления электроэнергии, что снижает эксплуатационные расходы; лучший контроль, что увеличивает эффективность и рентабельность производственного процесса.
Помимо высокоэффективного сепа-рационного оборудования, компания «Альфа Лаваль» предлагает комплектные решения, т. е. все необходимое оборудование, технологии и «ноу-хау». Последние в основном связаны с методами перевода белка, находящегося в сырье, в состояние, пригодное для сепарирования.
Теперь, понимая работу оборудования, можно перейти к рассмотрению некоторых технологий от компании «Альфа Лаваль» для производства пищевых и кормовых белков.
Рыбные пищевые белки - сурими
Комплектная технологическая линия под названием «Альфа Плюс» разработана для непрерывного производства сурими. Это способ консервирования рыбы с получением продукта, называемого сегодня сурими, или «промытое мясо рыбы», который представляет собой концентрированные нерастворимые в воде рыбные белки - плотную белую массу, лишенную специфического рыбного вкуса и запаха. В Европе в 80-х годах XX века этот продукт приобрел особую популярность. Так, в настоя-
KüHWW дня мд I" • ;
вдргы* eeuKcit
■HL?H=I ptiiö ПрОДОТЙ
Рис. 6. Схема линии по производству сурими: 1 - смесительная емкость 1; 2 - очиститель; 3 - смесительная емкость 2; 4 - декантер; 5 - смеситель; 6 - экструдер
Линия «Альфа Плюс» позволяет производить сурими из рубленого рыбного сырья с предварительным удалением костей или без удаления, как филейных частей, так и потрохов. Потери белка на стадиях промывки и обезвоживания минимальны в связи с тем,
Сразу после этапа варки рыбная разжиженная масса подается на декантер. Здесь рыбная масса разделяется на твердую белковую и жидкую фазы, т. е. смесь клеевой воды и рыбьего жира. Последующее разделение жидкой фазы на компоненты осуществляется на сепараторе.
Из сепаратора выходит осветленный рыбий жир, т. е. свободный от влаги и мелкой фракции. Таким образом, рыбий жир извлекается сразу же после варки, спустя лишь минуты после подачи рыбного сырья в установку. Такая исключительно кратковременная обработка в значительной степени способствует высокому качеству рыбьего жира, особенно низкому содержанию серы. Клеевая вода с выхода сепаратора обычно подвергается сгущению в выпарной установке.
Твердая фаза из декантера вместе с концентратом клеевой воды подается на сушилку. Как и при варке, процесс сушки также должен проводиться аккуратно, с минимальным воздействием тепла. Этого можно добиться, используя воздушную или вакуумную сушилку.
В итоге мука, полученная из свежей рыбы по такому технологическому процессу, является продуктом исключительной биологической ценности и легко усваивается. Увеличение усвояемости на 1 %, например с 90 до 91 %, на первый взгляд незначительно. Но на практике это означает, что рыбные отходы снижаются на 5-10 %.
Способность к разбуханию, т. е. во-допоглощающая способность, также очень высокая, что указывает на то, что белок в значительной степени сохраняет функциональные свойства. Показатель цветосвязующей способности, который имеет отношение к содержанию лизина, также очень высок.
Полученный рыбий жир исключительно высокого качества, с содержанием свободных жирных кислот до 0,5 % и серы в пределах от 1 до 5 ррт, обладает нейтральным вкусом и ароматом. Низкий уровень содержания серы упрощает рафинирование и гидрогенизацию жира, что обеспечивает экономическую выгоду для заводов по рафинированию масел.
Опыт и ноу-хау от компании «Альфа Лаваль» помогают превращать сырье и отходы рыбного производства в новые, прекрасно усвояемые белковые продукты. Это открывает новые возможности в бизнесе и подсказывает дальнейшие пути развития производства.
Компания «Альфа Лаваль» - надежный партнер и специалист в сфере технологических решений производства ценного белка.
Рис. 7. Схема линии по производству муки и жира: 1 -измельчитель; 2 - насос; 3 - нагреватель «Контерм»; 4 -промежуточный бак; 5 - декантер; 6 - сушилка; 7 - циклон; 8 - сепаратор
что в линии используются декантеры, разработанные специально для процессов получения сурими. Комплексное решение линии, сочетающее оптимальный декантер и контроль процесса производства, позволяет достичь выхода высококачественного сурими из исходного рыбного фарша на уровне 70 %. Схема технологической линии приведена на рис. 6.
Для изолирования рыбных белков после размола рыбного сырья фарш предварительно смешивается с водой в смесительной емкости. Процесс промывки происходит непрерывно, при этом соотношение фарш/вода поддерживается автоматически на заданном уровне. Такая подготовка фарша в дальнейшем гарантирует эффективное отделение белка из таких компонентов, как кости, кожа, внутренности и другие примеси. Для белой рыбы фарш подается насосом на декантер для обезвоживания фарша. Для темной рыбы или рыбы с высоким содержанием жира предусмотрена вторая стадия промывки перед подачей фарша на декантерное разделение.
Все декантеры, применяемые для производства сурими, комплектуются уникальной системой, позволяющей контролировать качество твердой фазы. Влажность твердой фазы гарантируется на уровне не выше 82%. Обезвоженный фарш после декантера насосом подается в систему - смеситель, где происходит добавление сахара, сорбитола и полифосфатов для предотвращения денатурации белка в процессе замораживания. Смеситель снабжен охлаждающей рубашкой для поддержания температуры на возможно более низком уровне, что гарантирует высокое качество и высокий выход рыбного белка. На последней стадии сурими попадает в экструдер для формирования форменных блоков и далее замораживается.
Линия «Альфа Плюс» может быть модифицирована для производства промытого рыбного фарша из тех сортов рыб, которые не используются для производства сурими. Фарш отмывается в смесителе для удаления крови и запаха и далее подается на сепарацию для удаления примесей. Очищенный фарш непрерывно подается на декантер для обезвоживания. Система контроля позволяет точно поддерживать влажность фарша на уровне 80-82 %. После декантера фарш готов к упаковке и замораживанию.
Технологическая линия «Альфа Плюс» позволяет делать производство эффективным и гибким. С одинаковым успехом и эффективностью можно перерабатывать различное сырье - как жирные сорта рыб, так и с низким содержанием жира. Весь производственный цикл получения сурими занимает 15 мин, в сравнении с традиционными технологиями с применением ротационных сит и прессов, длительность которых составляет 2 ч.
Рыбные кормовые белки - мука и жир
Технологическая линия под названием «Кондек» разработана для получения высококачественной рыбной муки и жира и совмещает в виде одного комплекта технологию, «ноу-хау» и оборудование компании «Альфа Ла-валь». Получаемая из свежей рыбы или морепродуктов, например криля, мука имеет более высокую истинную питательную ценность по сравнению с любой другой рыбной мукой, имеющейся на рынке. Схема линии представлена на рис. 7.
Сырье - свежевыловленная рыба или рыбные остатки после извлечения филейных частей подаются в измельчитель, обеспечивающий гарантированную равномерность твердых частиц и открытие жировых клеток. Измельченная масса далее насосом подается на варку - в установку «Контерм» для быстрого нагрева и 100-секундной выдержки при температуре, обеспечивающей эффективное выделение жира и коагуляцию белка, но сохраняющей все питательные свойства будущих продуктов. Разжиженная нагретая масса поступает в промежуточный бак, обеспечивающий равномерность подачи сырья на этапе сепарирования.
В случае если сырьем служат морепродукты, не имеющие жесткой внутренней структуры, например криль, то технологический этап измельчения отсутствует. Криль напрямую подается в варочный котел.
