CC BY
36
УДК 639.3.043.2-02
Н.Н. ШУМСКАЯ, А.В. ВИСЛОБОКОВА, С.А. УВАНОВ
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРУШЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ НА ВНУТРИКЛЕТОЧНОМ УРОВНЕ
Предложена новая ресурсосберегающая технология измельчения растительных кормов, которая позволяет разрушить клеточную структуру зеленых растений за счет резкого падения давления в рабочей камере установки. Энергоемкость процесса измельчения значительно снижается, поскольку энергия затрачивается только на нагнетание давления.
Ключевые слова: зеленая масса, клеточная структура, энергоемкость, измельчение, нанотехнология.
Введение. Основными направлениями реализации потенциала энергосбережения в перерабатывающих отраслях АПК могут быть совершенствование технологий производства, повышение качества сырья и применение менее энергоемкого производственного оборудования, улучшение технологии использования топлива и энергии.
Постановка задачи. Цель - создание высокопроизводительных энерго- и ресурсосберегающих технологий переработки сельскохозяйственного сырья, позволяющих максимально высвобождать биологически полезные вещества из исходного сырья при минимальных энергетических затратах. Решение задачи. Развитие молекулярных нанотехнологий дает возможность тщательно изучить процессы, протекающие внутри клеток организма в растительной продукции. Есть основания полагать, что точное знание того, как функционируют клетки в сельскохозяйственных растениях, позволит создать наномашины, ликвидирующие негативные изменения, происходящие в клетках и тканях при их переработке (измельчение, дробление, перетирание).
Рис.1. Строение стебля рапса в поперечном сечении (х125): 1 - кутикула; 2 - эпидермис; 3 - эндосперма; 4 - перицикл; 5 - хлоренхима; 6 - флоэма; 7 - камбий; 8 - передающий пучок; 9 - ксилема;10 - паренхима
Одной из основных трудностей при анализе деформаций столь сложной композитной структуры, которую представляет растительный материал, является недостаточная изученность количественных и качественных характеристик растительных материалов и их микроструктур (рис.1).
Растительная клетка несет характерные черты универсальной структурной единицы живого мира. В полностью сформировавшейся клетке растения различают оболочку и протопласт, состоящий у клеток зеленого рапса из комплекса живых органелл, метаболитов и клеточного сока. Клеточная оболочка, обусловливающая форму клеток и текстуру тканей, выполняет опорную и защитную функции. В общем случае оболочка состоит из первичной и вторичной стенок. Между оболочками смежных клеток размещены микрофибриллы клетчатки, формирующие фрагмопласт или срединную пластинку.
Дезинтеграция зеленых растений на клеточном уровне высоко востребована в технологии влажного фракционирования. Данная технология позволяет получить белок, близкий по аминокислотному составу к животному, непосредственно из зеленых растений. Технологией влажного фракционирования предусматривается разделение биомассы зеленых растений на две фракции: «жидкую» и «твердую» - механическое обезвоживание. «Жидкая» фракция (зеленый сок) служит материалом для получения белкового концентрата, а твердая (жом) высушивается и закладывается в сенаж либо отправляется на изготовление травяной муки.
Для обеспечения качественного механического обезвоживания необходимо «подготовить» зеленую массу к прессованию. Разрушение клеточной сокосодержащей структуры позволяет максимально отделить зеленый сок от волокнистой фракции.
В научно-исследовательской лаборатории ДГГУ разработаны энергосберегающая технология и экспериментальная установка ЭУ-1 для измельчения растительной массы кормов на внутриклеточном уровне резким изменением давления (рис. 2).
а) б)
Рис. 2. Схема (а) установки (б) для измельчения растительного сырья: 1 - компрессор; 2 - подогреватель воздуха; 3 - подводящие трубы; 4 - корпус; 5 - компрессионная камера; 6 - декомпрессионная камера; 7 - затвор; 8 - перепускное устройство; 9 - регрессивный циклон; 10 - спиральные полки; 11 - загрузочное устройство; 12 - отводящий желоб; 13 - ёмкость; 14 - выгрузное устройство; 15 - зеерная камера пресса; 16 - шнек; 17 -затворное устройство
Устройство ЭУ-1 состоит из емкости с внутренней перегородкой и с герметичным перепускным устройством, делящей емкость на две сообщающиеся между собой камеры. Верхняя компрессионная камера имеет герметичное загрузочное устройство, соединенное с компрессионной камерой и с источником сжатого воздуха. Декомпрессионная камера выполнена в виде регрессивного винтового циклона.
На рис.2,а изображена схема экспериментальной установки ЭУ-1 для измельчения растительного сырья. Установка ЭУ-1 (рис.2,б) работает следующим образом. Исходный продукт загружается через загрузочную горловину 11 в компрессионную камеру 5. После наполнения камера герметизируется затвором 7 и перепускного устройства 8. Зеленая масса подвергается обработке теплым воздухом в течение 2-3 мин под давлением 2-8 атм. После выдержки при заданных параметрах резко открывают перепускное устройство 8, при этом происходит разрушение (взрыв) на внутриклеточном уровне и растительная масса сжатым воздухом выносится в декомпрессионную камеру 6, где дополнительно подвергается истиранию и измельчению при трении о стенки камеры и спиральные каналы 9, обеспечивая улучшение качества измельчения и выделения зеленого сока. Измельченный продукт отводится в шнековый пресс.
Выводы. Данная установка позволяет в комплексе со шнековым прессом снизить энергоемкость процесса измельчения на 20...25% и повысить степень отжима сока на 16.20% по сравнению с ножевыми измельчителями.
Библиографический список
1. Артемов И.В. Интенсификация производств энергетических кормов на основе использования рапса. / И. В.Артемов // Кормопроизводство. - 2007.- С. 22
2. Сыроватка В.И. Исследование рабочих органов измельчителей зеленой массы. / В.И.Сыроватка //Техника в сельском хозяйстве. - 2008. -С. 43-45.
3. Фомин В.И. Технология и оборудование для влажного фракционирования зелёных кормов: учеб. пособие. / В.И.Фомин, Г.И.Проценко. /РИСХМ. - Ростов-н/Д, 1983. - 63 с.
4. Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений. / В.Х.Тутаюк. -М.: Высшая школа, 1972.
5. ЭсауК. Анатомия растений. / К.Эсау. - М.: Мир, 1969.
Материал поступил в редакцию 06.07.09.
N.N.SCHUMSKAYA, A.V. VISLOBOKOVA, S.A. UVANOV
TECHNOLOGY OF THE DESTRUCTION VEGETABLE RAW MATERIALS AT ENDOCELLULAR LEVEL
In the given work the technology of crushing of vegetative forages is offered new Energievorrat. She allows to destroy cellular structure of green plants at the expense of sharp pressure drop in the working chamber of installation. Power consumption of process of crushing considerably decreases, as energy is spent only for pressure forcing.
ШУМСКАЯ Наталья Николаевна, доцент кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ДГТУ, кандидат технических наук (1985). Окончила РИСХМ (1976).
Научная деятельность - технология разрушения растительного сырья на внутриклеточном уровне.
Опубликовано 30 научных статей.
ВИСЛОБОКОВА АННА ВЛАДИМИРОВНА, студентка кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ДГТУ.
Научные интересы связаны с механическим обезвоживанием зеленых растений; технологией разрушения растительного сырья на внутриклеточном уровне.
Опубликовано 2 научные работы.
УВАНОВ Сергей Александрович (р. 1987), студент кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ДГТУ.
Научные интересы связаны с технологией разрушения растительного сырья на внутриклеточном уровне.
Опубликовано 2 научные работы.
sergej-uvanov@yandex. ru
