CC BY
76
664.87:663.83
ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПОРОШКОВ ИЗ ОТХОДОВ ЛИКЕРОВОДОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ЭХ. ТУХБИЕВА 1, Н.З. ДУБКОВА 1, З.К. ГАЛИАКБЕРОВ 1, В.Ф. ШАРАФУТДИНОВ 2, АН. НИКОЛАЕВ 1
1 Казанский государственный технологический университет,
420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68; электронная почта: йиЪкоуа_п@гашЫег.ги 2Казанский государственный ун иверситет,
420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18
Предложен способ переработки отходов ликероводочного производства растительного происхождения в пищевые по -рошки в вибрационной вакуумной сушилке-мельнице при одновременном улавливании паров, испаряющихся с по -верхности спиртованных ягод, и получении конденсата для возврата его в производство. Определены оптимальные рабочие параметры процесса получения порошков, доказана эффективность предложенного способа.
Ключевые слова: пищевые порошки, ликероводочное производство, промышленные отходы, сушилка, мельница.
В ликероводочной промышленности из плодово-ягодного сырья образуются промышленные отходы в виде мезги, жома и выжимок, содержащие значительное количество клетчатки, сахаров, органических кислот, витаминов, минеральных веществ, катехинов, ан-тоцианов, лейкоантоцианов, флаванол-глюкозидов, а также определенное количество этилового спирта.
Наиболее целесообразным и выгодным использованием этих отходов является получение сухих порошкообразных пищевых продуктов: красителей, вкусовых добавок, включая пектиносодержащие порошкообразные добавки для детского питания.
Разработанная технология включает способ утилизации отходов ликероводочного производства в вибрационно-вакуумной сушилке-мельнице (ВВСМ) [1], позволяющий получать сухие порошкообразные продукты, при одновременном улавливании конденсата этилового спирта для возврата его в производство.
Способ [2] предполагает измельчение продукта в процессе сушки мелющими телами, загружаемыми в аппарат, что обеспечивает более интенсивный период постоянной скорости сушки отходов практически до полного их высушивания, а перемешивание всей загрузки - за счет вибрационного воздействия - способствует интенсификации теплообмена.
Совмещение стадий сушки и измельчения - перспективное направление решения проблемы интенсификации существующих порошковых технологий [3, 4]. Измельчение продукта мелющими телами постоянно обновляет поверхность испарения. Вибрационное перемешивание одновременно способствует выравниванию температуры и влажности во всем объеме загрузки и интенсификации теплообмена. Вакуумирова-ние позволяет исключить перегрев материала за счет снижения температуры испарения влаги, обеспечивая тем самым сохранение всех качеств исходного продукта. Совмещение низкотемпературной сушки в вакууме, измельчения и интенсивного перемешивания резко сокращает время процесса.
Исследования показали, что циркуляционное движение материала (загрузки) является вспомогательным, но необходимым условием сложного движения частиц в плоскости поперечного сечения аппарата,
цель которого - обновление поверхности тепло- и мас-сообмена. Отсутствие циркуляции материала даже при интенсивной вибрации, значительно замедляет процесс сушки. Поэтому важно выбрать оптимальные режимы вибрации для получения интенсивных колебаний частиц и скорости циркуляции.
Оптимальная амплитуда определена в зависимости от габаритов аппарата
п,= — = 510#3 "7-10#3, (1)
1 Б
где П1 - параметрический критерий; Б - внутренний диаметр корпу -са вибросмесителя, м; А - амплитуда колебаний, м.
Частота колебаний определяется из выражения А го2
Бг = ^-> 8" 11, (2)
ё
где Бг - критерий Фруда, характеризует напряженность вибрационного воздействия на смесь; ю - угловая частота, с-1; ё - ускорение силы тяжести.
Из других факторов, влияющих на кинетику виб -росмешения, следует отметить оптимальный коэффициент заполнения вибросмесителя (равный 0,9 по компонентам и 0,6 по смеси), при котором время получения достаточно однородной смеси значительно сокращается по сравнению со временем при других значениях коэффициента заполнения. Это объясняется тем, что при больших коэффициентах заполнения затрудняется циркуляция загрузки, а при меньших (0,2-0,4) - вообще отсутствует.
Для экспериментальных исследований кинетики сушки отходов ликероводочного производства использовали мезгу трех видов - рябины черноплодной, красноплодной и можжевеловую. Исследовали кинетику атмосферной и вакуумной сушки в сушильных шкафах, вакуумной сушки при одновременном вибрационном перемешивании и вакуумной сушки с сопутствующим измельчением в ВВСМ.
Лабораторная ВВСМ (рис. 1) состоит из колеблю -щегося органа, вибратора и привода
Корпус ВВСМ 1 имеет форму горизонтального цилиндра, установленного на восьми упругих опорах 3.
Рис. 1
Внутри трубы, расположенной по центральной оси корпуса, проходит вал вибратора 2. На концах вала закреплены диски с дебалансами 12. Вращение вала осуществляется от электродвигателя 10 посредством привода с гибкой муфтой 4. Корпус вибросушилки снабжен рубашкой для подачи в нее теплоносителя. Для поддержания необходимого температурного режима применен термостат ТС-16А 5, который соединен с рубашкой смесителя гибкими резиновыми шлангами с живым сечением 5 мм. Регулировка температуры теплоносителя осуществляется контактным термометром 13. Контроль температурного режима осуществляется в трех точках установки: в камере смесителя, на входе воды в рубашку смесителя и на выходе из нее при помощи 3-точечного потенциометра КСП-4 6.
Для создания вакуума в камере ВВ СМ использован вакуум-насос НВР-3Д 7. Степень разрежения 100 мм рт. ст. контролируется по вакуумметру 8, а для сброса вакуума применяют специальный кран 11. В вакуумную линию включен конденсатор 9 для улова испаряющихся с поверхности продукта паров воды и определенного количества спирта. Амплитуда вибрации кор-
пуса устанавливается при помощи дебалансов за счет поворота сменного дебаланса относительно центральной шайбы. Частота колебаний корпуса определяется числом оборотов вала.
На основании экспериментальных данных построены кривые скорости сушки мезги при атмосферном давлении и при вакууме (рис. 2, соответственно а и б: кривая 1 - рябина черноплодная, 2 - рябина обыкновенная , 3 - ягода можжевеловая) и в ВВСМ (рис. 3: кривая 1 - вакуумная сушка, 2 - вибровакуумная сушка, 3 - вибровакуумная сушка с измельчением).
Полученные графики показывают, что в условиях вакуума процесс сушки идет значительно быстрее, хотя температура в обеих сушилках одинаковая - (80 ± 2)°С.
Для всех трех видов мезги процесс идет по-разному, различается и их первоначальная влажность. Это связано с различными структурными свойствами высушиваемых материалов.
Вакуумная сушка материалов в ВВСМ без вибрации позволяет определить степень влияния объема загрузки (коэффициента массовости) на скорость сушки по сравнению с сушкой в вакуумном шкафу в один слой без соприкосновения частиц. Последняя проходит в 1,7 раза быстрее первой. Применение вибрации в процессе сушки способствует улучшению теплообмена между греющей поверхностью и загрузкой за счет интенсивного перемешивания последней и перераспределения нагретых частиц в объеме загрузки.
Таким образом, в процессе вибрационной сушки увеличивается первый период постоянной скорости сушки по сравнению с контактной сушкой, при которой первый период ограничивается удалением только поверхностной влаги частиц до образования верхнего высушенного слоя. При вибрационном воздействии скорость сушки возрастает в 1,6 раза по сравнению с сушкой в ВВСМ без вибрации, что соответствует разности скоростей при сушке в обычном и вакуумном сушильном шкафу.
Гораздо в большей степени интенсифицируется процесс сушки под вакуумом с одновременным вибрационным измельчением - за счет постоянного увеличе-
о
0,5 1 1,5
Влагосодержание пробы, г влаги/г СВ
§ 25
%
га
О 20
■а
а .. § 15
ю
о
е
у
о
9^
її о
1
1
2/ / ‘і 3 Л
1
о
0,5 1 1,5
Влагосодержание пробы, г влаги/г СВ
6
Рис. 2
Я я 35
Я
a 30
и
Із 25
5 20
и
'о 15
т—Н
я 10
й
о
&
3
Л
>
/ \
/ 1
/
0,5 1 1,5 2
Влагосодержание мезги, г влаги/г СВ
Рис. 3
2,5
ния поверхности испарения влаги и еще большего увеличения первого периода сушки по сравнению с сушкой без мелющих тел. В результате скорость сушки увеличивается в 4,8 раза по сравнению с сушкой в ВВСМ без вибрации.
Включение в вакуумную линию конденсатора в процессе сушки мезги в ВВСМ позволяет получить конденсат в виде водно-спиртового раствора.
Определение содержания этилового спирта в полученном конденсате было проведено дихроматно-йодо-метрическим методом, который основан на окислении спирта дихроматом калия до уксусной кислоты. Основное преимущество метода заключается в том, что им можно достаточно точно определять спирт в небольших объемах жидкости. Метод дает хорошо воспроизводимые результаты при анализе водно-спиртовых продуктов с содержанием спирта от 0,5 до 25%. Точность метода значительно повышается за счет йодометрического определения избытка дихромата калия, составляющего не менее 2-3 мл по количеству спирта.
Поэтому продукты с содержанием спирта от 5 до 15% разбавляют в 10 раз, а более концентрированные растворы - в 20 раз, 1-процентные растворы анализируют без разбавления. Определение проводят при температуре 18-20°С.
Вследствие высокой концентрации титрованного раствора дихромата калия измерение его в ходе опыта должно быть очень точным, так как ошибка в 0,1 мл дает отклонение в крепости ±0,2 об.%.
В полученном нами конденсате содержалось 3,65 об.% этилового спирта. Конденсат представлял собой прозрачный водно-спиртовой раствор, который не требовал дополнительной очистки на фильтрах, поэтому его можно использовать для заливки растительного сырья без дополнительных затрат, регулируя крепость раствора. Это позволяет снизить расходы на приобретение этилового спирта и воды.
Для разработанного способа определены технологические режимы безотходной переработки отходов ликероводочных предприятий с частичным возвратом в производство этилового спирта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. 2064477 РФ. Способ получения порошков из расти -тельного сырья / З.К. Галиакберов, Н.А. Николаев, Н.З. Галиакберо -ва // БИ. - 1996. - № 21.
2. ПМ 14649 ЯИ. Вибрационная сушилка-мельница / Н.З. Дубкова, З.К. Г алиакберов, Н.А. Николаев, Г.И. Иванова // БИПМ. -2000. - № 22.
3. Галиакберов З.К., Николаев Н.АГалиакберова Н.З.
Получение сухих порошков из растительного сырья // Пищевая пром-сть. - 1995. - № 5. - С. 32.
4. Дубкова Н.ЗГалиакберов З.К., Николаев Н.А. Исследование кинетики сушки при получении порошков из растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - № 2. -С. 30-33.
Поступила 26.01.10 г.
TECHNOLOGY OF FOOD POWDERS FROM WASTE ALCOHOLIC BEVERAGE PRODUCTION
E.KH. TUKHBIEVA 1, N.Z. DUBKOVA 1, Z.K. GALIAKBEROV 1, V.F. SHARAFUTDINOV 2, A.N. NIKOLAEV 1
1 Kazan State Technological University,
68, K Marx st., Kazan, 420015; e-mail: [email protected]
2 Kazan State University,
18, Kremlevskaya st., Kazan, 420008
The way of the conversion of phytogenous wastes of alcoholic beverage production in food powder in vibratory vacuum dryer-mill under simultaneous catching of evaporating steams from surfaces of alcohol berries and reception of the condensate for return it in production was offered. Optimum operating parameters of the powders receipt process is determined and efficiency of the offered method is proved.
Key words: food powder, alcoholic beverage production, industrial wastes, dryer, mill.
