Интенсификация процесса тепловой обработки косточковых маслосодержащих материалов с использованием нетрадиционных методов подвода энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

БУХАРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

УДК 664.665.043

5А 520713 - "Машины и агрегаты пищевой промышленности"

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание академической степени магистра

Интенсификация процесса тепловой обработки косточковых маслосодержащих материалов с использованием нетрадиционных методов подвода энергии

ШОДИЕВ

СУХРОБ САДИЛЛОЕВИЧ

Бухара

2010



Cодержание

Введение

1-глава. Современное состояние процесса тепловой обработки масличных семян в производстве косточкового масла

1.1 Анализ существующих способов и аппаратов для тепловой обработки масличных семян

1.2 Существующая технология производства масла из косточковых культур

1.3 Фруктовые косточки, как сырьё для производства косточкового масла

1.4 Анализ изменения физиолого-биохимических свойств косточкового ядра и качества масла при тепловой обработке

Выводы по главе 1

2-глава. Экспериментальное исследование процесса тепловой обработки лепестков ядер косточковых культур

2.1 Описание лабораторной экспериментальной установки для термообработки лепестков ядер косточковых культур

2.1.1 Методика измерения температуры и убыли влаги лепестков ядер абрикоса в процессе ИК-термообработки

2.2 Проведение экспериментов и обработка их результатов

2.2.1 Экспериментальное исследование процесса ИК-термо-обработки лепестков ядер плодовых косточек

2.2.2 Планирование экспериментов

2.2.3 Статистико-математическая модель процесса

Выводы по главе 2

3-глава. Методика инженерного расчета аппарата для тепловой обработки лепестков ядер плодовых косточек

3.1 Описание аппарата для тепловой обработки

3.2 Расчет конструктивных параметров аппарата

3.3 Тепловой расчет аппарата

3.4 Расчет ожидаемого экономического эффекта от совершенствования процесса термообработки лепестков ядер плодовых косточек на единицу продукции

Выводы по главе 3

Общие выводы

Список использованной литературы



Введение

В книге "Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодолению" Президент Республики Узбекистан И.А.Каримов подчеркивает: "У нас есть сегодня все основания заявить о том, что принятая нами модель перехода к социально ориентированной свободной рыночной экономике, базирующейся на известных пяти принципах, с каждым годом нашего продвижения вперед оправдывает свою правильность и состоятельность[1].

Реализуемая сегодня взвешенная, всесторонне продуманная политика по реформированию, либерализации и модернизации, в первую очередь экономики страны, диверсификации ее структуры создали достаточно мощный заслон, можно сказать, прочный надежный буфер, предохраняющий нас от негативных воздействий кризисов и других угроз".

Действительно в настоящее "кризисное" время предпринятые Президентом и Правительством Республики Узбекистан меры по защите экономики страны от последствий мирового финансово-экономического кризиса дают "скромные", но достаточно убедительные результаты.

Основной упор делается на наращивание и модернизацию существующих производств, организацию импортозамещающей и экспортоориентированной продукции.

В производстве переработки сельскохозяйственных продуктов наряду с другими процессами одной из основных стадий является влаготепловая обработка сырья. Особенно в производстве растительных масел, где сегодня в мире производится растительного масла около 40 млн. т, при подготовке масличных культур к прессованию или экстрагированию их подвергают длительное время влаготепловой обработке при высоких температурах.

Ежегодно в Республике Узбекистан производится в объеме более 2 млн. 940 тыс. тонн овощей, 560 тыс. тонн плодов, 650 тыс. тонн винограда. Из этой массы 4-8 % составляет их смена. Ядро их семян содержит до 40% ценного масла. Масла извлекаемое из выше указанного сырья в основном используется в фармацевтическом и парфюмерном производстве, так как оно обладает лечебными свойствами.

Известно что, процесс влаготепловой обработки зависит от диффузии и теплопроводности, а их величины обратно пропорциональны размерам измельченных частиц [2]. В настоящее время исследование ученых показало, что в процессе измельчения ядра масличных культур, разрушение клеток составляет 25-35%. При влаготепловой обработке, кроме фазовых превращений компонентов клеток (плавление липидов и денатурации белка), повышение температуры содержащегося в клетке масла и влаги вызывает усиление теплового движения их молекул, в связи с чем увеличивается внутреннее давление и за счет продолжительной влаготепловой обработки происходит деструкция оболочки клеток.

Цель переработки растительных масличных культур до настоящего времени определялась стремлением к максимальному извлечению масла путем следующих основных операций: очистка масличного сырья от посторонних примесей, отделение в случае необходимости плодовых и семенных оболочек от ядра, измельчение ядра, тепловая обработка и извлечение масла.

Два последних десятилетия характеризуются стремительным научно-техническим прогрессом в сфере производства продовольствия, обнаружением качественно новых направлений по интенсификации производства. В качестве примера можно указать сравнительно новое направление в пищевой технологии - обработку продуктов нетрадиционными методами: с помощью инфракрасного (ИК) излучения, сверхвысокочастотной (СВЧ) энергией, акустическими колебаниями и развитие биотехнологии. Развитие этих процессов обусловлено следующими причинами. Во-первых, острой общественной потребностью в увеличении объема производства продовольствия и повышении его эффективности, в нетрадиционных способах использования энергии, в экологически чистых производствах, в выпуске новых видов пищевых продуктов с новыми качествами. Во-вторых, возможностью использовать фундаментальный естественно научный задел в областях физики, физической и биологической химии и методах математического моделирования.

В настоящее время правильный анализ производства пищевых продуктов с точки зрения биотехнологии методом системного анализа позволяет вскрыть физические и физико-химические резервы механизма процесса тепломассообменного (ТМО) процесса, который является одним из ключевых звеньев в процессе переработке сельскохозяйственных сырьевых ресурсов, объяснить основные закономерности его протекания и обосновать оптимальные режимы процесса с заранее заданными свойствами.

В свете этого возникает проблема по совершенствованию процесса тепловой обработки маслосодержащих материалов (а именно, ядер плодовых косточек) на основе экспериментальных исследований с разработкой высокоэффективных установок, способствующих уменьшению потерь сырья и повышению качества готового продукта.

Таким образом, целью настоящей диссертационной работы является совершенствование процесса термообработки с применением ИК- энергоподвода, обоснование рациональных режимов термообработки маслосодержащих материалов (на примере лепестков ядер косточек абрикоса), выдача конкретных практических рекомендаций по реализации режимов термообработки и создание эффективной установки для термообработки.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи исследования:

- изучение существующей техники и технологии термообработки маслосодержащих материалов и общих био-физико-химических характеристик ядер плодовых косточек;

- экспериментальное исследование процесса термообработки и выявление характера влияния различных режимов термообработки на выход и качество косточкового масла;

- обоснование рациональных режимов термообработки лепестков ядер косточек в условиях импульсного ИК-энергоподвода;

- разработка методики инженерного расчета и выработка конкретных практических рекомендаций по аппаратурному оформлению процесса термообработки лепестков ядер косточек.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

- в результате проведения экспериментов определены параметры рационального режима ИК-термообработки лепестков ядер косточек в условиях импульсного режима облучения;

- разработан способ извлечения масла из лепестков ядер косточек с использованием импульсного ИК-облучения;

- проведен инженерный расчет установки для термообработки лепестков ядер косточек в условиях импульсной ИК-обработки.

Научной новизной работы является: исследование процесса импульсной инфракрасной термообработки на выход и качество косточкового масла и определение рациональных параметров (режимов) теплообработки.

Материалы работы опубликованы в Сборнике материалов международной научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов "Техника и технология пищевых производств" - Республика Беларусь, г.Могилев, 2010 г. и докладывались на научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов БухТИПиЛП в апреле 2010 г.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.



1-глава. Современное состояние процесса тепловой обработки масличных семян в производстве косточкового масла

В соответствии с существующей теорией, подготовка масличного сырья к обезжириванию заключалась в том, чтобы максимально разрушить клетку масличных культур в процессе измельчения, а в процессе влаготепловой обработки ослабить силы, удерживающие масло в клетке, за счет увеличения пластичности оболочки клеток увлажнением и затем произвести сушку для придания ей определенных упругих свойств, обеспечивающих условия прессования [2].

Из-за низкой степени разрушения клеточной стенки масличных растительных культур, которая служит каркасом и защитным органом структуры ядра, выдерживающего высокое давление (5-20 МПа), после влаготепловой обработки или сушки, извлекают до 60-68% масла прессованием при высоких давлениях (более 20 МПа) [2].

Измельчение ядра маслосодержащих материалов необходимо:

а) для частичного разрушения клеточной структуры;

б) для улучшения процесса тепловой обработки ядро масличных культур перед обезжириванием.

Повышение температуры содержащегося в ядрах масла и влаги вызывает усиление теплового движения их молекул, в связи с чем за счет внутреннего давления и деструкции оболочки клеток происходит разрушение клеточной структуры. При тепловом воздействии также создаются условия для заданной степени извлечения масла на шнековых прессах.

Однако известно что, процесс тепловой обработки зависит от диффузии и теплопроводности, а их величины обратно пропорциональны размерам измельченных частиц. В настоящее время исследование ученых показало, что в процессе измельчения ядра масличных культур, разрушение клеток составляет всего лишь 25-35 %.



1.1 Анализ существующих способов и аппаратов для тепловой обработки масличных семян

Тепловая обработка ядро масличных культур обеспечивает переопределение масла по формам связи с материалом в направлении увеличения свободного масла, что интенсифицирует и углубляет съём масла на последующей стадии прессования и экстрагирования.

Наиболее распространенными аппаратами для осуществления операции влаготепловой обработки мятки масличных культур являются чанные жаровни, в которых в верхнем чане проводится этап увлажнения, а во всех последующих чанах - сушка. В последнее время выявилась тенденция для отдельных этапов влаготепловой обработки применять отдельный аппарат. Так, для увлажнения используют пропарочно - увлажнительные шнеки, а для сушки - чанные жаровни. Такая специализация аппаратов вызвана спецификой отдельных этапов влаготепловой обработки и, прежде всего, дополнительным требованиям этапу увлажнения - обеспечить инактивацию ферментной системы в мятке масличных культур, что приводит к подавлению нежелательных процессов накопления в масле негидратируемых фосфатидов и свободных жирных кислот. Инактивацию осуществляют путем кратковременного подогрева мятки ядра масличных культур острым паром до температуры 80-85⁰С и увлажнением мятки ядра масличных культур до 8- 9 %.

Инактиватор. Аппарат, реализующий указанные режимы инактивации и устанавливаемый с учетом работы его с несколькими чанными жаровнями, называют групповым инактиватором (рис.1.1).

Устанавливают инактиватор под распределительным шнеком перед чанными жаровнями форпрессовых агрегатов.

Основное требование к конструкции инактиваторов - обеспечить транспортирование налипающей на рабочие органы мятки ядра масличных культур. Это обеспечивается применением спаренных шнеков 15, 17 с противоположной навивкой, вращающихся в противоположном направлении и находящихся в зацеплении. При работе таких шнеков имеется эффект самоочистки перьев шнека от налипающего материала.

Корпус группового шнекового инактиватора представляет собой спаренный желоб 25 сварной конструкции. Два шнека описанной конструкции расположены в жалобе. Каждый из шнеков покоится на двух концевых подшипниках 4, вынесенных из рабочей зоны. Валы шнеков в местах входа и выхода из рабочей зоны проходят через сальниковые уплотнения 5, 10. Для подачи острого пара в обрабатываемую мятку в корпусе (в нижней части желоба) установлены форсунки 22 с соплами 26. Врезку форсунок производят наклонно под углом 60⁰ к горизонту, что обеспечивает интенсивный контакт обрабатываемых фаз и затрудняет забивание форсунок. Форсунки устанавливают с обеих сторон желоба, и группа форсунок с каждой стороны объединена общим коллектором 23. Сопла в узком сечении имеют диаметр Ш5 мм и конический расширяющийся переход на диаметр Ш 10 мм, что обеспечивает бесперебойную работу форсунок. При работе форсунок давление пара перед ними поддерживается 0,2 - 0,25 мПа.

На верхней крышке инактиватора 24 имеется патрубок 2 для подачи исходной мятки. Второй патрубок 1 на крышке инактиватора предназначен для удаления избытка паров из рабочей зоны инактиватора. С другого конца инактиватора по отношению к входу мятки в днище желоба имеется патрубок 7 для выпуска обработанной мятки. На шнековом валу в месте выхода материала установлены разгрузочные крыльчатки 8, а за ними - шнек с обратной навивкой 9.

Предусмотрен обогрев желоба. Для этого к наружной поверхности желоба крепятся паровые трубы 6 с патрубками для подвода пара 16 и отвода конденсата 14. Все трубы и нижняя обогреваемая часть инактиватора изолированы.

Рис 1.1. Групповой шнековый инактиватор (пропарочно - увлажнительный шнек).

Шнеки приводятся во вращение от электродвигателя 11 через редуктор 12 и муфту 13. Собственно приводится во вращение непосредственно один из шнеков, а второй приводиться синхронно вращающихся шнеков. При этом на всем пути движения мятки ядро масличных культур обрабатывается струями острого водяного пара, выходящими из форсунок с соплами, расположенными в ряд с обеих сторон желоба. Важно обеспечить равномерное пропаривание мятки в результате равномерной подачи и транспортирования мятки, а также равномерного и непрерывного поступления пара через форсунки. Количество пара можно регулировать с помощью вентиля, и в случае изменения подачи мятки в аппарат соответственно изменяют подачу пара. В целом требуемой температуры (80 - 85⁰С) и влажности (8 - 9%) мятки без увлажнения капельной влагой достигают путем строгого контроля за параметрами пара, не допуская снижения его температуры ниже 180 - 200⁰С, а также подачей материала влажностью не выше 7-8 % и нормальной температурой (25 - 30⁰С).

При работе группового инактиватора надо соблюдать следующие правила техники безопасности: не допускать работы инактиватора со снятой верхней крышкой, а также без установки ограждений вращающихся внешних частей аппарата (муфт и т.д.); изолировать поверхности паропроводов; обеспечивать своевременную зачистку аппарата (всю внутреннюю часть форсунки) от налипшего или пригоревшего материала при остановке завода на профилактический ремонт.

В настоящее время разработаны конструкции групповых инактиваторов на различную производительность (табл. 1.1).

Для реализации первого этапа жарения применяют также более простые по конструкции пропарочно - увлажнительные шнеки (рис. 1.2, 1.3). За основу принят обычный транспортный шнек, к которому подведены пар и конденсат так, что их можно подавать раздельно или в смеси. Подача пара и конденсата возможна через отверстия в трубах распределителях или через щель.

Рис. 1.2. Протироварочно - увлажнительной шнек с подачей пара и конденсатора через отверстия в трубе

Рис.1.3. Пропарочно - увлажнительный шнек к подачей пара и конденсата через щель



Таблица 1.1. Техническая характеристика инактиваторов

Показатели	Производительность, т семян в сутки
	100	200	400	600
Габаритные размеры, мм длина ширина высота масса, кг Количество форсунок, шт. Продолжительность прогрева мятки Частота вращения шнеков, об/мин Мощность электродвигателя, кВт Передаточное отношение червячного редуктора	3000 800 400 546 10 15 45 1 20,5	4150 965 540 750 16 16 46 2,8 20,49	4700 900 600 1320 30 15 61 2,8 15,5	5170 1040 780 1516 40 14 62 5,2 23,34

В производстве косточковых масел для окончательной сушки ядер плодовых косточек перед прессованием применяются трех секционные шнековые испарители (рис.1.4), сушка в которых осуществляется через греющие поверхности глухим паром [2]. При этом семена, находящиеся вблизи стенки, нагреваются за счет контактного теплопереноса и трения ядер о стенки паровой рубашки аппарата более интенсивно, чем семена, находящиеся в центре аппарата, т.е. тепловая энергия распределяется по слою ядер неравномерно. Процесс сушки продолжителен (18-20 мин) и семена при этом нагреваются до температуры более 80⁰С.

Давление пара в рубашках должно быть в пределах 0,3-0,4 МПа, что делает необходимым применение специального котельного оборудования для выработки пара. Кроме того, трех секционный шнековый испаритель обладает большими габаритными размерами [2].

Ядро косточковых культур содержит углеводы, белки, жиры и другие ферменты живого семени. Поэтому в нем протекает сложный комплекс биохимических процессов, ход которых оказывает значительное влияние на качество конечных продуктов переработки сырья. Суммарное воздействие тепла и кислорода воздуха при сушке способствует активизации ферментной системы ядра, что приводит к интенсивному протеканию нежелательных биохимических процессов - таких, как окисление масла в ядрах; ферментативный гидролиз амигдалина, разрушение витаминов, которые, в свою очередь, обусловливают ухудшение технологических свойств ядер и качества получаемого масла.

На основании вышеизложенного, можно заключить, что существующие способы термообработки масличных семян недостаточно эффективны для подготовки семян к обезжириванию, обладают целым рядом существенных недостатков: высокая температура и продолжительность термообработки, энерго- и материалоёмкость оборудования, необходимость использования водяного пара.

Рис. 1.4.Трехсекционный шнековый испаритель.

1-загрузочный патрубок; 2-транспортирующий шнек; 3-сушильная камера; 4-паровая рубашка; 5-выходной патрубок; 6-отверстиие для выхода влажного воздуха.

В последние годы выполнено большое число исследований механизма тепло- и массообмена при обработке пищевых продуктов в поле электромагнитных волн, в том числе, в поле ИК-излучения [10, 11, 12, 13].

Большой интерес представляют исследования, проведенные в ВНИЗКИПродмаше на экспериментальной установке для сушки и обжарки сыпучих пищевых продуктов в кипящем слое с наложением механических колебаний (рис. 1.8.) [14]. С целью выяснения эффективности воздействия ИК - лучей опыты по термообработке кунжута проводились тремя методами: термообработка ИК лучами, нагретым воздухом и комбинированная термообработка воздухом и ИК лучами. Опыты показали, что комбинированная радиационно-конвективная термообработка значительно интенсифицирует процесс по сравнению с чисто радиационным нагревом, а главное, способствует более равномерной обработке продукта.

В работе [3] исследован процесс сушки семян хлопчатника в условиях комбинированного ИК-СВЧ - конвективного энергоподвода. Определены терморадиационные, диэлектрические и другие характеристики семян хлопчатника: разработан способ и создано устройство для сушки семян хлопчатника ИК-СВЧ - конвективным способом, позволяющий сохранить качество семян.

Рис.1.5. Экспериментальная установка для сушки и обжарки сыпучих пищевых продуктов в кипящем слое с наложением механических колебаний

В последнее время у нас и за рубежом ведутся исследования в области биотехнологической подготовки масличного материала к извлечению масла путем разрушения клетки масличных семян при помощи воздействия различных ферментов - микроорганизмов [16,17,18]. В работе [17] одной из английских фирм предложен новый вид пектиназы, которую вводят в измельчаемые оливы. Установлено, при использовании этого фермента облегчается разрыв стенок клеток плодов, что, в свою очередь, позволяет извлекать большее количество оливкового масла, и снизить стоимость их переработки. В работе [18] рассмотрено воздействие ферментов на клетку масличных семян с целью разрушения. Показано увеличение экстрагируемости и улучшения качества масла. А в работе [16] в качестве воздействующих на клетку сырья ферментов предложены ферменты, извлекаемые из грибковых микроорганизмов, а также протеазные комплексные ферменты.

В последние годы сотрудниками кафедры "ТМО и АПП" Бух ТИП и ЛП проведена научно-исследовательская работа, посвященная термообработке мятки семян хлопчатника и ядер плодовых косточек в поле ИК-излучения в диапазоне коротких волн. Доказана возможность использования данного способа при подготовке мятки хлопковых семян и ядер плодовых косточек к извлечению масла [19,4,20,22,6].

В работах [19,4,5,20,22,23] представлены результаты большого объема экспериментальных исследований. Здесь получены эмпирические зависимости изменения температуры и влажности мятки и ядер плодовых косточек, выхода прессового хлопкового масла, белка и косточкового масла, качественных показателей конечных продуктов от факторов, влияющих на ход термической обработки мятки семян хлопчатника и ядер плодовых косточек в терморадиационном поле. Рассчитаны конструктивные размеры и определены энергоемкость установки для осуществления, данного процесса. Изучена гидродинамическая структура потоков материала в аппарате термической обработки. На основе результатов проведенных исследований созданы аппараты для термической обработки мятки семян хлопчатника и ядер плодовых косточек.

Однако из результатов этих исследований для нашего случая используем только теплофизические, терморадиационные и оптические характеристики ядер плодовых косточек, когда как режим тепловой обработки и другие характеристики необходимо исследовать и получать, так как для нашего случая мы используем измельченные лепестки ядер плодовых косточек.

1.2 Существующая технология производства масла из косточковых культур

Фруктовые косточки (абрикосовые, алычовые, вишневые, персиковые и др.) получают в качестве отходов на плодоконсервных и плодосушильных предприятиях.

Одной из особенностей косточкового сырья является то, что поступающие на маслозаводы партии фруктовых косточек, как правило, представляют собой смеси косточек различных видов (слива, алыча, абрикос). В большинстве случаев поступающие партии резко отличаются друг от друга по качеству, в зависимости от способа выделения косточек при переработке плодов. Так, косточки, остающиеся от сульфитирования, или же вареные, содержат масло с повышенным кислотным числом (до 20 мг КОН), что объясняется усилением гидролитических процессов как при выделении косточек из мякоти плода, так и при последующем временном складировании и транспортировке на маслозаводы. "Здоровые" косточки содержат масло с малой кислотностью.

Для получения низкокислотного масла необходимо хранить и перерабатывать здоровые косточки отдельными партиями, не допуская их смешивания с сульфитированными косточками.

Кроме неоднородности по качеству, различные косточки (слива, абрикос и т.д.) резко отличаются друг от друга по размерам, что вместе с высокой твердостью косточковой скорлупы, содержание жира в которой составляет всего лишь 0,3 - 0,5 %.

Переработка обрушенных косточек (т.е. фактически ядра) дает высокие выходы масла, увеличивает производительность основного оборудования, снижает его износ и позволяет наиболее рационально использовать в промышленности, как обезжиренные жмыхи, так и скорлупу.

Производственная схема переработки фруктовых косточек включает следующие основные технологические этапы [2] (рис.1.6):

Рис.1.6. Технологическая схема производства косточкового масла

Очистка от сорных примесей и предварительная рассортировка косточек

В плодовых косточках содержатся в качестве сорных примесей тряпки, бумага, обломки дерева, минеральный сор и другие загрязнения, которые следует удалить из косточек перед их дальнейшей переработкой.

Кроме того, смесь различных фруктовых косточек (абрикоса, персика, вишни и т.д.) необходимо рассортировать, во первых с целью получения косточек по возможности одного вида (что обусловливается требованиями фармацевтической промышленности на определенный вид масла - сливовое, персиковое и др.), а во - вторых, для получения более однородных фракций по размерам, что должно обеспечить лучший эффект дробления косточек и выделение ядра с минимальным содержанием частиц скорлупы.

Указанная операция очистки от сора и предварительной рассортировки осуществляется в сепараторах, для чего в них устанавливают трехъярусные сита с соответствующим диаметром отверстий.

При обработке смеси косточек в сепараторах достигается не только очистка от сора, но также и разделение косточковой смеси на фракции: основную рабочую (преимущественно косточки абрикоса), крупную (косточки персика) и мелкую (косточки сливы, алычи, мелкого абрикоса). Крупный сор, сходящий с подситка, и мелкий сор, проходящий через нижнее сито, отделяются от основной фракции косточек, которая идёт сходом со среднего сита. Идущие сходом с верхнего сита крупные косточки (персик) и с нижнего сита мелкие косточки (слива, алыча, вишня) накапливаются в соответствующих бункерах, раздельно взвешиваются и возвращаются на раздельное хранение в склад сырья, а по накоплении больших партий, в свою очередь, перерабатываются также раздельно. Основную (среднюю) фракцию (абрикос) подвергают затем калибровке на еще более узкие по размерам фракции. масличный косточковый ядро термообработка

Для очистки косточек от сора и их рассортировки в сепараторах устанавливают трехъярусные сита с диаметрами отверстий, мм:

Подситок…………….. 30

Верхнее сито…… 18 - 20

Среднее сито……. 12 - 13

Нижнее сито………. ….. 6

Калибровка косточек

Правильная калибровка рабочей фракции играет основную роль в дальнейших технологических процессах. Чем точнее пройдет калибровка косточек, чем уже фракции, тем лучше пойдет последующий процесс дробления, тем меньше в дробление будет сечки и недоруша. Калибровка косточек также производится в сепараторах, оборудованных трехъярусными ситами.

В зависимости от степени крупности калибруемых косточек в сепараторах устанавливают сита со следующими диаметрами отверстий, мм:

	Для крупно косточкового сырья (персиковые, крупные абрикосовые косточки)	Для средне косточкового сырья (абрикосовые, сливовые и другие косточки)
Верхнее сито . . . . . . . Среднее сито . . . . . . Нижнее сито . . . . . . .	30 - 35 15 - 20 10 - 12	16 - 18 14 - 16 5 - 10

Откалиброванные косточки раздельно по фракциям направляются на дробильные вальцы.

Дробление косточек

При дроблении косточек необходимо получить материал с минимальным содержанием сечки и недоруша. Эффект операции дробления косточек определяется их физическими свойствами и механической прочностью.

Ядро в свежеполученной косточке, имеющей значительную влажность, очень плотно примыкает к стенкам скорлупы, поэтому дробление косточки с повышенным содержанием влаги, во первых, приводит к неизбежному нежелательному измельчению самого ядра и образованию большого количества сечки, а во - вторых, требует больших усилий для разрушения скорлупы.

При сушке косточки до воздушно - сухого состояния (примерно до влажности 11 - 12 %) её ядро уменьшается в размерах в значительно большей степени, чем скорлупа; В результате этого между ядром и скорлупой образуется воздушный зазор, величина которого в среднем составляет толщины косточки. Наличие этого зазора позволяет при дроблении косточек отрегулировать дробильные валки таким образом, чтобы при разрушении скорлупы ядро косточки оставалось целым, подвергаясь самому незначительному сжатию. Практически в каждом случае величина зазора между валками не должна превышать толщины подлежащей дроблению косточки, так как при зазоре, составляющем приблизительно 80 % от толщины косточки, скорлупа только деформируется, но не разрушается.

При установке зазора между дробящими валками следует ориентироваться на получение дроблёнки с минимальным содержанием сечки, так как недоруш возвращают на повторное дробление, а повышенный процент сечки ведет к увеличению выноса ядра в скорлупу и к осложнению сушки ядра, прошедшего гидросортировку по причине образования нетеплопроводного слоя на обогреваемых поверхностях. С этой целью для каждой фракции косточек, идущей с калибровки, устанавливают отдельный дробильный станок.

Дробление косточек производится на парных рифленных вальцовых станках, валки которых делают 36 об/мин. При правильно отрегулированных зазорах между валками содержание сечки в рушанке не превышает в этом случае 4 - 5 %.

Сортировка дробленки в сепараторах с выделением недоруша и сечки

Разделение дробленки на недоруш, сечку и основную фракцию осуществляют в сепараторе. Производительность сепаратора должна соответствовать суммарной производительности дробильных (для каждой фракции косточек) вальцовок, включая вальцы для дробления недоруша, материал с которых подается также в сепаратор.

Для сортировки всей массы дробленки каждый из двух ярусов сит сепараторов (рассев) разделен вдоль на две части; таким путем образуются как бы четыре самостоятельных раздела, для приема дробленки от каждого дробильного станка; из крупной, средней, мелкой фракций косточек и дробленки, полученной со станка для дробления недоруша. Соответственно крупности сортируемой дробленки диаметр отверстий сит каждого из указанных четырех разделов разный.

Диаметры отверстий сит разделов, мм:

	Верхнее сито	Нижнее сито
Первого (для рушанки крупной фракции и рушанки и недоруша) Второго (для рушанки крупной фракции и рушанки из недоруша) Третьего ( для рушанки средней фракции) … Четвертого (для рушанки мелкой фракции)…	15 14 12 10	3 3 3 3

Дополнительно под ситами каждого раздела установлены сита с меньшим диаметром отверстий - для отделения основной фракции дробленки (ядра и его мелких частиц) от сечки.

Сходом с указанных верхних сит идет недоруш и направляется на контрольный однопарный дробильный станок, дроблёнка с которого возвращается в сепаратор. Сход с трехмиллиметровых сит (основная масса дроблёнки) поступает в гидросортировочный аппарат для отделения скорлупы от ядра; сечку (проход через нижнее сито) подают непосредственно в выделенное из дроблёнки и высушенное ядро перед подачей его на прессование.

Отделение ядра от скорлупы в гидросортировочном аппарате

Отделение ядра от скорлупы из общей массы дроблёнки осуществляют так называемым "мокрым" способом в его статическом варианте.

Принцип этого способа основан на существенной разнице в плотностях скорлупы и ядра фруктовых косточек.

Для "мокрого" разделения подбирает жидкость определенной плотности с тем, чтобы один из компонентов разделяемой смеси в этой жидкости тонул, а другой всплывал. Для разделения дроблёнки фруктовых косточек на ядро и скорлупу в качестве такой жидкости обычно применяют водные растворы поваренной соли соответствующих концентраций, в зависимости от качества и свойств дроблёнки.

Разделение дроблёнки на ядро скорлупу производят в специальном гидросортировочном аппарате с применением водных растворов соли. Для абрикосовой дроблёнки плотность солевого раствора составляет .

Солевой раствор готовится в специальном баке с мешалкой и подается насосом в напорные баки, откуда и наступает в гидросортировочный аппарат.

В гидросортировочном аппарате при указанной выше плотности солевого раствора ядро всплывает и выводится из аппарата через верхный отвод, а скорлупа тонет, накапливаясь в нижней конусной части аппарата, откуда она выводится на дальнейшую сушку и переработку.

Показатели, характеризующие качество полученного ядра, %, не более:

Засоренность ядра скорлупой (лузжистость)……4,0

Вынос ядра в скорлупу ……… ………… …… … 0,15

Желательно, чтобы в процессе гидросортировки обрабатываемый материал находился в контакте с рассолом по возможности самое короткое время во избежание большого увеличения влажности ядра и скорлупы, что ведет к удлинению процесса их технологической сушки.

Отделение влаги от ядра в центрифугах и сушка

в шнековом испарителе

Выделенное в гидросортировочном аппарате ядро содержит на своей поверхности большое количество свободной влаги.

Чтобы предотвратить в дальнейших технологических процессах ферментативный распад глюкозида амигдалина, усиливающийся во влажном материале при нагревании, необходимо удалить из ядра лишнюю влагу. Удаление поверхностной влаги до влажности ядра не более 14,0 % осуществляют в центрифугах. Затем тепловую обработку ядер проводят в трех секционных шнековых испарителях, сушка в которых осуществляется через греющие поверхности глухим паром, до влажности ядер 7-8 %.

Прессование ядра в шнековых прессах

Необходимость получение масел из не измельченного ядра плодовых косточек холодным прессованием вызывается высокими требованиями к маслу с точки зрения фармацевтической промышленности, где практически используется основное количество масла; это объясняется тем, что в масле горячего прессования (при всей идентичности его качества с маслом холодного прессования) содержится до 0,0005% синильной кислоты в то время как в масле холодного прессования синильная кислота практически не обнаруживается (зафиксированы в отдельных случаях следы).

Максимальный выход при прессовании ядра достигается только при многократном прессовании, при этом масличность жмыха окончательного прессования колеблется в пределах 8 - 9 %.

Для холодного прессования косточкового сырья рекомендуется устанавливать непрерывно действующие шнековый пресс, поскольку их конструктивные особенности и эксплуатационные свойства позволяют без особых затруднений регулировать режимы прессования в соответствии с требованием.

В высушенное после гидросортировки ядро подается масличная пыль (проход через трехмиллиметровое сито) с сепаратора, сортирующего дроблёнку косточки. За время транспортирования к прессу смесь высушенного ядра и масличной пыли охлаждается и без подогрева подается в пресс.

Так как ферментативный гидролиз амигдалина в ядре с влажностью 6- 6,5 % начинается при температуре 65 - 70⁰С, а также учитывая, что в процессе прессования в шнековых прессах в результате трения обрабатываемый материал значительно разогревается, следует тщательно следить за вентиляционной системой прессового цеха во избежание попадания паров синильной кислоты, образующейся при распаде амигдалина, в помещении цеха.

Очистка прессового масла от механических примесей

Масло холодного прессования очищается от крупных частиц ядра в двойной механической гущеловушке с помощью вибрационного сита.

Очищенное от крупных частиц масло собирается в промежуточную емкость и подается центробежным насосом в фильтр - пресс, где из него удаляются более тонко диспергированные механические примеси. Отфильтрованное масло передают в рафинационный цех.

Амигдалин извлекают при переработке жмыхов холодного прессования с целью получения горько миндальной воды и горько миндального масла. Этим одновременно достигается также обезвреживание жмыха, что дает возможность использовать для кормовых целей.

Остающаяся скорлупа может быть использована для получения технической мук, предназначаемой для специальных целей, а также для выработки активированного угля.

1.3 Фруктовые косточки, как сырьё для производства косточкового масла

Абрикос (ботаническое название рода Armeniaca Mill) наиболее широко представлен в СНГ двумя видами - абрикос обыкновенный и абрикос маньчжурский. К первому относятся все культурные сорта абрикоса южных районов страны, а также дикие и одичалые формы. Последние в Средней Азии известны под названием урюк, а на Северном Кавказе - жердели [30].

Плод-костянка состоит из кожицы, толстой мякоти и косточки. Выход косточки из плодов до 7,7%. Ядро составляет 20-33% от массы косточки. Ядро абрикоса может быть горькое и сладкое. В горьком содержится до 8,8% амигдалина.

Свежее абрикосовое масло почти бесцветное, имеет приятный вкус и запах, напоминающий горький миндаль. Основной составной частью масла является триолеин. Масло находит применение в фармакопее, парфюмерии и пищевой промышленности [30].

Косточка абрикоса

Ядро косточки целое

Ядро дробленное

Ядро абрикосовой косточки содержит: витамин А, минералы, белки - 14,0%, жиры - 37 %, жирные кислоты: Palmitic - 3 -7%, Palmitoliec - 1% макс. Stearic - 2% макс, Oleic - 55-65 %, Linoleic - 25-35%, Linolenic - 1% макс, углеводы - 56,3%

Персик (ботаническое название рода Persica Mill) дает выход косточки из плодов 8-14%. Косточка персика очень твердая и состоит из толстостенной скорлупы, ядра и покрывающей его пленки. Ядро составляет всего 10-15% от массы косточки. Содержание масла в ядре 35-46% .

Свежее персиковое масло прозрачное, светло-желтое до золотисто-желтого цвета, имеет вкус и запах, напоминающие горький миндаль.

Основной составной частью масла является триолин. Использование персикового масла аналогично абрикосовому [30].

Из слив (ботаническое название рода Prunus Mill) промышленное значение имеют несколько видов: чернослив, ренклод, мирабель, садовая слива, терн и алыча.

Косточки слив в зависимости от вида и сорта различны по форме и величине. Выход косточек из плодов колеблется от 5 (чернослив) до 12% (мирабель). Косточка состоит из скорлупы, пленки и ядра. В среднем культурные сорта слив содержат 12% ядра от массы косточек, а дикие-20-30%. В ядре содержится около 1,8% амигдалина.

Жирные кислоты масла состоят главным образом из олеиновой кислоты с небольшим количеством линолевой. Главная составная часть масла - триолеин.

Свежее сливовое масло имеет цвет от золотисто-желтого до коричневого и обладает запахом и вкусом горького миндаля. Масло употребляется в медицине, парфюмерии, косметике, идет в пищу [30].

Миндаль (ботаническое название рода Amygdalus communis L.) известен в виде орехов горького и сладкого миндаля (ГОСТ 16830-71). Сладкий миндаль используют главным образом непосредственно для кондитерских целей и пищевого потребления. Горький миндаль применяют почти исключительно для получения масла.

Косточка миндаля удлиненно-плоской формы, состоит из твердой скорлупы и заключающегося в ней семени (иногда двух), покрытого семенной кожурой. Ядро состоит из семядолей белого цвета, маслянистых, ломких, плотно прилегающих одна к другой.

Табл.1.3. Технологические характеристики плодовых косточек [30].

Показатели	Абрикосовые	Персиковые	Сливовые	Миндальные
Размеры, мм
Длина	18-27	20-31	10-13	23-44
Ширина	16-22	17-25	7-13	13-25
Толщина	11-15	12-17	5-9	8-15
Содержание ядра в косточке, %	20-33	10-15	12	До 30
Содержание липидов в ядре, %	35-40	35-46	До 30	35-46
Содержание амигдалина, %	До 8,8	1,8-3,6	1,8	До 3,5

Табл.1.4. Физико-химические характеристики масел плодовых косточек

Показатели	Абрикосовое	Миндальное	Персиковое	Сливовое
Плотность при 15°С, кг/м3 Показатель преломления при 20°С Температура застывания, °С	915-921 1,470- 1,476 12 -22	914-921 1,468-1,471 10-21	918-925 1,471- 1,473 20-23	915-920 1,470- 1,472 5-8

Клетки и структурные элементы клеток тканей косточковых культур. Ткани, из которых состоят масличные плоды и семена, слагаются из сотен клеток, являющихся основными функциональными единицами высших растений. Между клетками разных по специализации тканей прослеживается существенное различие. Это различие позволяет, пользуясь морфологическими признаками, устанавливать принадлежность ткани и ее специализацию, а иногда и вид растения [30].

Специализация основной ткани обусловливает развитие в них внутриклеточных структур, обеспечивающих синтез запасных веществ клетки. В то же время отдельно взятые клетки, различаясь по форме, величине и химическому составу в зависимости от физиологических функций ткани, вида масличного растения и возраста, сохраняют единый для растительной клетки план строения.

Специфической особенностью растительной клетки является наличие у нее оболочки, не способной пропускать твердые частицы. Твердая оболочка клетки, приобретенная растениями еще на очень ранних ступенях эволюции, обеспечивала необходимую защиту внутриклеточного содержимого, но обусловила также специфику питания растения - из окружающей среды в клетку питательные вещества могут попасть только в растворенном состоянии.

Под оболочкой клетки расположена цитоплазма, в нее погружены ядро клетки и многочисленные органоиды различного строения и функций (рис. 1.10). При наблюдении в оптический микроскоп цитоплазма растущих растительных клеток, например при созревании или прорастании семян, представляет собой прозрачную полужидкую массу зернистого строения, в которой видны отдельные органоиды. Ядро в молодой клетке располагается в центре, а у взрослой - вблизи клеточной стенки.

Исследование клетки с помощью электронного микроскопа показало большую сложность ее строения и разнообразие органоидов цитоплазмы. Современные методы позволили выявить и изучить тонкое строение оболочки клетки, ее основных органоидов: митохондрий, хлоропластов, пластид, рибосом, а также системы мембран и некоторых других. В цитоплазме растительных клеток обнаружены эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть), выделительная система - аппарат Гольджи и др.

Метод извлечения масла механическом способом заключается в том, что измельчение сырья необходимо для частичного разрушения клеточной структуры, а также для улучшения процесса дальнейшей его влаготепловой обработки.

Однако, после измельчения, максимальный проход через 1 мм сита составляет 60%, тогда как для хлопковой мятки размеры растительной клетки масличных культур по данным [30], составляют 33,5 х 17,5 мкм, сои 75, 0 х 24,4 мкм, подсолнечника 45,5 х 30,00 мкм. В связи с этим при влажности ядра 9- 10% вальцованием не обеспечивается максимальное разрушение клеточной структуры, а длительная влаго - тепловая обработка ухудшает качество масла и других компонентов ядра.

Рис. 1.7. Строение растительной клетки (схема) [30]:

1 - ядрышко, 2- ядро, 3- ядерная оболочка, 4 - поры, 5 - митохондрии, 6 - пластиды, 7 - диктиосомы, 8 - вакуоли, 9 - клеточная оболочка, 10 - плазмодесмы.

Табл.1.5. Размеры клеток маслосодержащих тканей масличных семян

Масличные культуры	Маслосодержа-щие ткани	Размеры клеток в мкм
		по В.А. Нассонову	по В.М. Яковлевой
		длина	ширина	длина	ширина
Арахис	Семядоли	78,5	47,7	68,8	47,6
Клещевина	Эндосперм	58,4	40,4	-	-
Кориандр	-	-	-	30,7	21,5
Лен	Семядоли	29,1	13,1	33,7	30,0
Подсолнечник	-	53,3	21,1	49,5	22,6
Рапс	-	-	-	31,9	22,7
Соя	Семядоли и эндосперм	68,4	23,56	75,0	24,4
Хлопчатник	Семядоли	27,7	16,9	33,5	17,7

Табл.1.6. Стенки клеток маслосодержащих тканей ядра семян

Масличные культуры	Маслосодержащие ткани	Толщина клеточных оболочек в мкм
		по В.А. Нассонову	по В.М. Яковлевой
Арахис	Семядоли	-	0,9
Клещевина	Эндосперм	0,4	-
Кориандр	-	-	1,3
Лен	Семядоли	0,4	0,4
-	Эндосперм	1,2	1,3
Подсолнечник	Семядоли	0,5	0,8
Рапс	-	-	0,8
Соя	Семядоли и эндосперм	1,3	0,7
Хлопчатник	Семядоли	0,3	0,4

1.4 Анализ изменения физиолого-биохимических свойств косточкового ядра и качества масла при тепловой обработке

В технологической линии производства косточкового масла особое место занимает процесс сушки ядер. Этот процесс следует последним перед непосредственным добыванием масла. Выход и качество масла в основном зависят от температурного режима, продолжительности процесса и др. условий сушки.

Тепловая сушка воздействует на один из основных показателей качества масла - его кислотное число.

В высушиваемых косточковых ядра протекают процессы окисления олеиновой кислоты с образованием перекисей, оксикислот и затем низкомолекулярных кислот, и они идут тем более интенсивно, чем выше температура нагревания ядер. Низкотемпературная термообработка способствует гидролизу триациглицеринов с образованием ди- и моноациглицеринов и свободных жирных кислот. Поэтому тепловая обработка должна вестись при оптимальных температурах - с тем, чтобы свести к минимуму гидролитические процессы и в тоже время не допустить окислительного распада и связывания липидов, неизбежных при высоких температурах [4].

Как известно [31] большую часть белка ядер плодовых косточек составляет глобулины (до 90%). Скорость и степень денатурации белков при нагревании белков зависят от температуры нагревания, продолжительности теплового воздействия и влажности белка. Денатурация белков тем интенсивнее, чем выше температура, продолжительность нагревания и влажность белка.

В клетках и тканях ядер косточковых культур обнаружены минеральные элементы, которые играют значительную роль в процессах их жизнедеятельности. Содержание отдельных элементов в ядрах косточек зависит от вида растения [4].

Основная роль минеральных элементов заключается в повышении активности различных ферментов при протекании биохимических процессов внутри клетки.

Углеводы, в зависимости от выполняемых функций, подразделяются на запасные (крахмал), структурные (целлюлоза) и защитные. В зрелых ядрах косточковых содержится незначительное количество крахмала.

Витамины, находящиеся в зародыше и в др. частях ядер плодовых косточек, под действием высоких температур разрушаются.

Отличительной чертой всех косточковых является наличие в их ядре глюкозида амигдалина C₁₉H₂₇O₁₁CN, который в присутствии воды под воздействием фермента распадается на бензальдегидциангидрин глюкозу и воду [30]:

C₁₉H₂₇O₁₁CN + 3H₂O = C₆H₅CHOHCN + 2C₆H₁₂O₆ + H₂O

амигдалин бензальдегид глюкоза

циангидрин

Далее бензальдегидциангидрин распадается на бензальдегид и цианистый водород (синильную кислоту):

C₆H₅CHOHCN > C₆H₅CHO + HCN

бензальдегид синильная кислота

При повышении температуры указанные процессы усиливаются. Ферментативный гидролиз амигдалина зависит от влажности и температуры ядра, а также от продолжительности термообработки.

Как было указано выше, глубина биохимических процессов в ядрах плодовых косточек, происходящих при тепловом воздействии, во многом зависит от температуры и продолжительности термообработки, чем дольше время сушки и выше температура ядер, тем интенсивнее происходят нежелательные биохимические процессы в ядре (окисление масла в ядрах, денатурация белков, гидролиз амигдалина, разрушение витаминов). Все это в совокупности своей приводит к ухудшению технологических свойств ядер, снижению качества и целебных свойств получаемого масла (повышению кислотного числа, изменение цвета, горьковатый вкус, резкий запах). Поэтому термообработку масличного сырья нужно вести при температурном режиме, в котором материал не нагревался выше 75-80^ОС, и для дальнейшей экстракции ядра измельчаем на лепестки на вальцовых станках перед ИК-термообработкой.



Выводы по главе 1

Как было указано выше, глубина биохимических процессов в ядрах плодовых косточек, происходящих при тепловом воздействии, во многом зависит от температуры и продолжительности термообработки, чем дольше время сушки и выше температура ядер, тем интенсивнее происходят нежелательные биохимические процессы в ядре, приводящие к уменьшению выхода и ухудшению качества получаемого масла. Значит, температура ядра и продолжительность сушки являются критериями для выбора параметров облучения - продолжительности облучения и выдержки без облучения или отлёжки, плотности лучистого потока.

Материал толщиной 8 - 10 мм подвергаются сушке с помощью инфракрасных излучателей. Сушка производится в прерывистом режиме облучения.

При сушке ядер плодовых косточек ИК - энергоподводом проницаемость лучистой энергии изменяет характер протекания процесса: энергия излучения, проникая в глубь ядра, интенсифицирует процесс переноса влаги из центральных слоев к поверхностям ядра, что приводит к значительному сокращению времени сушки.

За счет поглощения ИК - лучей происходит плавление липидов, частичное разрушение клеточной структуры ядра, удерживающей липидные гранулы, и масло переходит в относительно свободное состояние, благодаря чему улучшаются условия извлечения масла из лепестков ядер плодовых косточек методом экстрагирования.