Безотходная технология переработки остатков хлопчатника

Заключение

Таким образом, пищевые растения Забайкалья благодаря своим полезным свойствам могут находить применение в производстве мясных и рыбных продуктов. Результаты исследования биохимического состава местных растений являются ключевым моментом для разработки научно обоснованных способов переработки растительного сырья в целях направленного использования его как в пищевой технологии, так и в будущем в микробной биотехнологии.

Библиографический список

1. Намзалов Б.Б. Байкальский фитогеографический узел как новейший центр эндемизма Внутренней Азии // Сибирский экологический журнал. — № 4. — 2009. — С. 563-571.

2. Анцупова Т.П. Оценка биологической активности растений Забайкалья. — Улан-Удэ, 1985.

3. Асеева Т.А., Найдакова Ц.А. Пищевые растения в тибетской медицине. — Новосибирск, 1991.

4. Chandler B.V. Fruit juice review // Food Australia — № 43 (4). — 1991. — Р. 143-145.

5. Батуева С.Д. Разработка валеологиче-

ского мясопродукта с использованием рецептов тибетской медицины: дис. канд.

техн. наук. — Улан-Удэ, 1996.

6. Соколов С.Я., Замотаев И.П. Справочник по лекарственным растениям (фитотерапия). — М., 1990.

7. Ковалева Н.Г. Лечение растениями. — М., 1971.

8. Спаржа и купена с точки зрения их микроэлементного состава / Л.П. Ильина, С.Д. Мункуева, Т.П. Анцупова, Л.С. Дыр-чикова // Хранение и переработка сель-хозсырья. — 2004. — № 7. — С. 35-36.

9. Мадагаев Ф.А., Анцупова Т.П., Мункуева (Батуева) С.Д., Ильина Л.П., Сан-жин Б.Б. Перспективы разработки лечебнопрофилактического мясопродукта с использованием спаржи // Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов: тр. I Междунар. конф. — М., 1997.

10. Шабров А.В., Дадали В.А., Макаров В.Г. Биохимические основы действия микрокомпонентов пищи. — М., 2003.

11. Мадагаев Ф.А., Мункуева С.Д. (Батуева), Забалуева Ю.Ю. Биологически активная пищевая добавка для производства сырокопченых колбас // Патент № 2186506 от 10.08.2002.

12. Мадагаев Ф.А., Мункуева С.Д. (Батуева), Забалуева Ю.Ю. Влияние водноспиртовых настоев лекарственных растений на качество мясного фарша // Мясная индустрия. — 2000. — № 5. — С. 38-39.

13. Мункуева С.Д. (Батуева), Мадага-ев Ф.А., Анцупова Т.П., Ильина Л.П. Влияние экстрактов растений на мышечную и жировую ткань // Пища. Экология. Человек: тез. докл. конф. — М.: МГАПБ, 1999.

14. Мадагаев Ф.А., Мункуева С.Д. (Батуева), Габанова Г.В., Константинова С.А. Влияние экстрактов из спаржи на качество пресервов из омуля / // Сб. науч. трудов ВСГТУ. — Улан-Удэ, 2000. — Вып. 7. — С. 149-151.

УДК 536.2Д6.:637.133.:66Д

О. Рахматов, К.К. Нуриев, А.М. Юсупов

БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОСТАТКОВ ХЛОПЧАТНИКА

Ключевые слова: хлопок-сырец, стебли, коробочка, створка, топливо, этиловый спирт, фурановые соединения, пищевой

пектин, переработка, остатки хлопчатника, биологическое удобрение, хлопковый жом, корм.

Введение

Представитель семейства мальвовых — хлопчатник широко распространен во многих жарких и субтропических странах культивируется для технических целей. Это растение выращивается в более чем 160 странах и является сырьём для получения свыше 1200 различных технических веществ и продуктов: высококачественное волокно, пи-

щевое масло, белковый изолят, протеиновая мука, госсипол, ацетат, хозяйственное мыло, шелуха, шрот, жмых, глицерин, древесно-стружечные плиты и многое другое.

В Центральной Азии и в частности в Узбекистане после уборки хлопка-сырца основная масса хлопковых стеблей (гузапая) вместе со створками — пустыми коробочками срезалась и использовалась в качестве дешевого топлива в сельских местностях. Из более чем 3 млн т хлопковых створок лишь часть используется на гидролизных заводах для выработки древесного этилового спирта и различных фурановых соединений.

Учеными Узбекистана разработана технология получения пищевого пектина из хлопковых створок, которые содержат до 9% пектиновых веществ [1, 2]. Учитывая большое народно-хозяйственное значение и спрос на пектин хлопковый, авторы предлагают комплексный подход к вопросу безотходной технологии переработки остатков хлопчатника с получением целевого продукта, кормов для крупного рогатого скота и биологического удобрения. В связи с поставленными задачами на основе анализа и обобщения полученных теоретических и экспериментальных данных нами разработаны рациональная аппаратурно-технологическая схема (АТС) всего производства и общие принципы действия некоторых основных машин и аппаратов.

Целью исследований является изыскание инновационных технологий, приемлемых для комплексной переработки вторичных отходов хлопчатника в рамках сохранения окружающей экологической обстановки в хлопководческих хозяйствах.

В связи со сказанным перед авторами поставлены следующие задачи:

• на основе анализа и обобщения теоретических и экспериментальных исследований создать оптимальные машины и аппараты для переработки хлопковой створки;

• создать усовершенствованную ресурсосберегающую технологию получения пищевого пектина из створок хлопчатника;

• разработать технологию получения обогащенного биокорма с использованием хлопкового жома;

• разрешить вопрос биогенерации отходов хлопчатника с получением биогумуса;

• разработать аппаратурно-технологическую схему (АТС) переработки остатков хлопчатника.

Методика исследований

Для разработки безотходной технологии переработки остатков хлопчатника и выбора рациональных машин и аппаратов для проведения массообменных процессов необходимо учесть физико-механические характеристики хлопковой створки.

В этом аспекте нами проведены исследования процесса очистки створки от балластных веществ, её набухаемости, а также влияния кине-динамической и электроим-пульсной обработки на процесс гидролиз-экстрагирования пектина из хлопковой створки.

Экспериментальная часть

Собранные с хлопковых полей посредством хлопкоуборочных комбайнов створки и частично целые коробочки с плодоножками доставляют на место временного хранения (рис. 1).

В качестве такого хранилища рекомендуется использовать серийно выпускаемое пневматическое сооружение А-18Ц1 [3].

Оно исключительно мобильное, портативное, его можно быстро устанавливать и перебазировать в течение 2-3 дней. Вместимость пневмосклада около 800 т створок при объемной их массе 130 кг/м3.

Перед закладкой сырья на хранение его максимально очищают от механического и органического сора, а также от оставшихся плодоножек на ворохоочистителе ОХС-500

1 и подвергают сушке в барабанной сушилке 2 при влажности сырья более чем 8%. Высушенную до кондиции хлопковую створку пневмотранспортом засыпают и укладывают навалом внутри пневмосооружения 3. Для предотвращения развития микроорганизмов и порчи в процессе длительного хранения в массу створки через систему специальных трубопроводов подают периодически сернистый ангидрид.

Технология извлечения пектиновых веществ из хлопковой створки основана на известных способах и проводится по аналогии получения пектина из сухого свекловичного или яблочного жомов с учетом отличительных её физико-биологических свойств

[4].

Поскольку хлопчатник в период вегетативного роста и созревания подвергается несколько раз обработке пестицидами и гербицидами хлор-органического происхождения, а также дефолиантами, то в хлопковых коробочках образуются до 8% фенольных соединений катехиновой природы. Эти вещества могут загрязнить получаемый пектин и отрицательно повлиять на его об-

щее качество. Поэтому сухую хлопковую створку промывают 3-4%-ным раствором №С1 в барабанной моечной машине 4, отцеживают на ленточном фильтре 5 от промывочного раствора. Затем набухшую створку пропускают через трехвалковый аппарат 6, подвергают на установке 7 элек-троимпульсной обработке и подают на шнеково-эрлифтный экстрактор 8 для проведения процесса гидролиз-экстрагирования пектиновых веществ раствором щавелевой кислоты.

Очистку гидролизата, его концентрирования, осаждения пектина и его сушку осуществляется по классическим известным технологиям [4].

Принципиальная постадийная блок-схема производства пектина из створок хлопчатника представлена на рисунке 2.

Результаты и их обсуждение

Исследования процессов получения пектиновых экстрактов из хлопковой коробочки показали, что для повышения эффективности функционирования предлагаемой технологической системы необходимо разработать более совершенные машины и аппараты с учетом специфики перерабатываемого сырья.

В этом аспекте нами предлагается барабанная моечная машина (4) лопастноперевалочного типа, действие которой базируется на использовании эффекта перемешивания сырья с водой (раствором №С1) и одновременного перемещения промытой створки вдоль аппарата (рис. 1).

При расчете параметров моечной машины были учтены кинетические закономерности процесса «мойка — набухание».

В первом приближении работу моечной машины можно сравнить с работой винтового конвейера и при этом её производительность можно выразить в следующем виде:

Q = 60ПD2Ыусрв ,

где D — диаметр перфорированного барабана, м;

f — шаг расположения перемешивающих органов (лопастей), м;

п — частота вращения барабана, об/мин.;

у — объемный вес набухшего сырья, кг/м3;

ф — 0,3-0,4 — коэффициент наполнения барабана (опытный);

в — 0,6-0,8 — коэффициент, учитывающий обратный дрейф сырья (опытный);

2 — 0,25-0,30 — коэффициент, учитывающий уменьшение площади перемешивающих органов (опытный).

При заданном значении производительности, приняв D, f и у постоянным, можно записать Q = г (п).

Критическую скорость вращения барабана, исходя из условия отрыва набухших комков материала от поверхности лопастей, можно определить по теории движения частиц по криволинейной вращающейся поверхности [5].

При этом получаем:

п

кр.б.

30

п

g sin

R cos <рт

где а — угол отрыва частиц сырья;

фТ — угол трения материала (сырья).

Рис. 1. Рациональная технологическая схема получения пектинового экстракта

из хлопковой коробочки

Горячий

воздух

w=8%

Раствор

№СІ

Пі, П2, Пз

Dб ,

Эл. ток

Е=г

Раствор щав. к-ты

(с- О

Спирт р-ф, НСІ

Рис. 2. Принципиальная постадийная блок-схема производства пектина из створок хлопчатника

Задаваясь соотношением длины барабана к его диаметру L : D = 5 .„6 и зная время пребывания створки в барабане (время набухания) т = 25-30 мин., определили, что для спроектированного пилотного образца моечной машины эта скорость составила 24-26 об/мин.

Мойка хлопковой створки в барабанной моечной машине обеспечивает качественное удаление полифенолов и предварительное набухание структуры створки, как предопределяющий фактор для интенсификации процесса гидролиз-экстрагирования.

Известно, что при экстрагировании основное сопротивление для проникновения экстрагента в растительную клетку создают

цитоплазма и мембраны, внутри которых расположены молекулы пектиносодержащих веществ. Поэтому одним из эффективных способов разрушения квазистационар-ной структуры растительной клетки являются кине-динамическое и электрофизические методы воздействия на сырьё, способные существенно интенсифицировать процесс гидролиз-экстрагирования в системе «твердое тело — жидкость».

В связи с нашими предпосылками был предложен и разработан трехвалковый вальцовочный аппарат с рифлеными поверхностями валков, обеспечивающий кине-динамическую обработку набухшей створки (рис. 3).

При обработке на нем происходят разрыв и деформация клетчатой мембранной структуры сырья, что увеличивает диффузионный переход пектина в экстрагент.

Рабочие параметры аппарата:

Dв = 400 мм — диаметр валков;

fш = 6 мм — шаг нарезки кольцевых рифлей;

п1 п2 124 112 ,

— = — =------=-= 1,1 — фрикция вал-

п2 п3 112 102

ков.

Использование вальцовочного аппарата увеличивает выход целевого продукта на 5-7% и не требует измельчительных мельниц для исходного сырья, что было характерно для классического способа получения пектина из других видов сухого сырья — свекловичного, яблочного и цитрусовых выжимок.

Другим интенсифицирующим фактором для экстрагирования хлопковой створки является обработка её электроимпульсными разрядами, под воздействием которых происходят ударная волна, электрокавитация и повышение температуры.

На рисунке 4 представлена принципиальная схема установки для электроимпульсной обработки набухшей хлопковой створки. В результате электроимпульсной обработки цитоплазма и клеточные мембраны разрываются на части, и ткань приобретает капиллярно-пористую структуру.

В обобщенном виде степень разрушения набухшей растительной клетки хлопковой створки при электроимпульсной обработке выражается в виде критериальной функции и носит экспоненциальный характер.

Створка

Рис. 3. Трехвалковый аппарат для кине-динамической обработки хлопковой створки

Рис. 4. Принципиальная схема установки для электроимпульсной обработки,

набухшей хлопковой створки

N = г (X, w, E, c, п, т, а), где X — степень набухаемости створки;

w — концентрация промывной рабочей жидкости ( 3%-ный раствор NaCl);

E — напряженность электрического поля,

кВ;

c — емкость накопительного конденсатора генератора (ГИН);

п — число единичных разрядов; т — длительность воздействия, с; а — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств створки (определяемой по опытным данным).

Экспериментальными приёмами на опытной установке доказано, что при X = const и w^ = 3% наибольшее влияние на степень разрушения растительной ткани створки оказывают E, c, n (рис. 4). Формализовано это влияние выражается в следующем виде:

cF2 n

N = NH exp (-—— Пг) + Nm 2K j

cF 2 n 1 - exp

2K

где ^ах — значение максимальной степени разрушения растительной ткани, обеспечивающей максимальный выход пектина;

N — изначальный выход пектина;

К, — коэффициент, характеризующий свойства набухший хлопковой створки;

Г)г — КПД генератора импульсного напряжения (ГИН).

Экспериментальные исследования показали, что наиболее сильное влияние на выход пектина наблюдается при напряжении разряда до 13 кВ и числе электрических разрядов 8-12.

Наряду с изменением диффузионных свойств при электроимпульсной обработке хлопковой створки наблюдается снижение в нем содержания свободной формы госси-пола — канцерогенного вещества. Тем самым повышается кормовое достоинство хлопкового жома — отхода пектинового производства, являющегося сырьем для приготовления корма крупному рогатому скоту.

Для приготовления корма проэкстрагиро-ванный хлопковый жом и шламовые остатки перемешивают с бардой спиртового производства и сбраживают посредством биодобавок. Готовый биокорм отправляют на

корм скоту в жидком виде или на приготовление гранулированного сухого корма.

Органический сор и механический отсев после ворохоочистителя ОХС — 500 идут на производство биогумуса. Для этого в определенных пропорциях их перемешивают с землей, закладывают в гидроизолированные приямки и засеивают дождевыми червями (калифорнийский), периодически душируя холодной водой. Черви, питаясь органикой, превращают компост в биогумус. По истечении процесса биогниения биогумус откапывают, пропускают через виброгрохот и отправляют отделенных червей для последующего использования.

Выводы

Резюмируя сказанное, можно конкретизировать следующее:

• разработана рациональная технологическая схема получения пектинового экстракта из хлопковой створки;

• разработана барабанная моечная машина для створки с учетом её физикоструктурных характеристик;

• предложена машина для кине-дина-мической обработки набухшей створки;

• исследовано влияние электроимпульс-ной обработки створки на выход пектиновых веществ;

• разработана принципиальная постадий-ная блок — схема производства пектина из хлопковой створки, биокорма для КРС и биогомуса для агромелирации.

Библиографический список

1. А.с. СССР № 1681511, СО8 В 37/06,

08.01.90. Способ получения пектина / А.М. Юсупов и др.

2. А.с. СССР № 1824701, А23 L1/0524,

29.04.91. Способ получения пектина / А.М. Юсупов и др.

3. Ермолов В.В. Воздухоопорные здания и сооружения. — М.: Стройиздат, 1980.

4. Донченко Л.В. Разработка и интенсификация процессов получения пектина из свекловичного и других видов сырья: авто-реф. дис. ... д.т.н. — Киев, 1990. — 48 с.

5. Василенко П.М. Теория движения час-

тиц по шероховатой поверхности сельскохозяйственных машин. — Киев, 1960. —

283 с.

+ + +