Способ переработки семян амаранта с сохранением тела крахмалистого перисперма
METHOD OF PROCESSING AMARANTH SEEDS WITH PRESERVATION OF A STARCH PERISPERM BODY

Заявленное изобретение относится к масложировой промышленности, а именно к способу отделения маслосодержащих частей семян, преимущественно зародышей амаранта от крахмалистого перисперма.
Известен способ разделения семян амаранта способом, при котором семена очищают, увлажняют и отволаживают, разделяют на компоненты путем плющения ядре и шелушения оболочки по патенту RU 2533006 С1, МПК В02С 9/04, «Способ получения продуктов размола семян амаранта и технологическая линия для осуществления способа» - [1]. Способ состоит в том, что семена очищают, увлажняют и отволаживают, разделяют на компоненты путем плющения ядер и шелушат оболочки, далее отделяют зародыши семян от их ядер и сортируют размол ситами с выделением на всех этапах крупки зародышевой и отрубянистой мучки.
Недостатком известного способа [1] переработки семян амаранта состоит в том, что при данном способе полностью разрушаются составляющие семян амаранта и нет выделения неразрушенного крахмалистого перисперма, для возможности использования его как самостоятельного продукта питания, например крупы для приготовления каши и попкорна и т.д.
Известен способ переработки семян амаранта, включающий измельчение семян амаранта на дробилке молоткового типа с формирующими каналами. Полученную измельченную смесь рассеивают с получением крахмальной фракции и смеси зародышей и оболочек семян амаранта по патенту RU 2209233 С1, МПК С11В 1/00, С11В 1/06, «Способ переработки семян амаранта с извлечением масла, получением белкового и крахмального продуктов» - [2].
Недостатком известного способа [2] переработки семян амаранта состоит в том, что для разделения семян амаранта используется дробилка, технологические принципы работы которой основаны на вероятностном характере разбивания семян на фракции, при котором размер фракций не однороден и на кусках разбитых семян остаются части неотделенного зародыша. Неконтролируемое разрушение семян амаранта не позволяет получить крупные части крахмалистого перисперма, для возможности использования его как самостоятельного продукта питания - крупы для приготовления каши и попкорна.
Прототипом заявленного технического решения является способ переработки семян амаранта состоящий в разделении зародыша семян амаранта от крахмалистого перисперма. При этом способ переработки семян амаранта включающий очистку и измельчение семян дробилкой, разделение полученной смеси частиц на фракции по двум последовательным этапам: вначале первым решетом с диаметром отверстий 0,8 мм выделяют из смеси и отводят в сборник крахмальную фракцию, имеющую частицы размером более 0,8 мм; оставшуюся часть смеси вторым решетом с диаметром отверстий 0,5 мм разделяют на фракцию оболочек, имеющую частицы размером более 0,5 мм, и на фракцию зародышей, имеющую частицы размером менее 0,5 мм, и отводят разделенные фракции в отдельные сборники по патенту RU 2363724 С2, МПК С11В 1/00, С11В 1/06, С11В 1/10, «Способ переработки семян амаранта» - [3].
Недостатком известного способа [3] переработки семян амаранта состоит в том, что для разделения семян амаранта используется дробилка, технологические принципы работы которой основаны на вероятностном характере разбивания семян на фракции, при котором размер фракций не однороден и на кусках разбитых семян остаются части неотделенного зародыша.
Недостатки аналогов и прототипа ставят задачу создание способа, позволяющего с высокой эффективностью контролируемо отделять от семян амаранта части зародыша с сохранением неразрушенного крахмалистого перисперма, что позволит после отделения и сепарации продуктов разделения из отдельных отделенных частей зародышей для получать масло амаранта, а из неразрушенный крахмалистый перисперм с обрезанными зародышами использовать как самостоятельный продукт - например, как крупку для каши.
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что «способ переработки семян амаранта с сохранением тела крахмалистого перисперма» состоит в разделении зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма, при этом для разделения зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма используют обрезку зародышей режущими кромками рабочего инструмента. В качестве рабочего инструмента используют горизонтальный вращающийся диск, на верхней поверхности которого находятся режущие кромки, которые выполнены на впадинах или на выступах на внешней поверхности диска, при этом цельные семена амаранта подают на поверхность вращающегося диска с режущими кромками сверху по его центру, а обточенные семена в виде крахмалистого перисперма и отделенные зародыши принимают по периферии горизонтального вращающегося диска на сепарацию, при этом обрезку зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма режущими кромками рабочего инструмента производят в среде инертного газа. Прием обточенных семян в виде крахмалистого перисперма и их обрезанных (отделенных) зародышей по периферии горизонтального вращающегося диска, а также их сепарацию и дальнейшую транспортировку отсепарированных продуктов осуществляют при помощи газовых потоков. Сепарацию и дальнейшую транспортировку отсепарированных семян в виде крахмалистого перисперма и их обрезанных (отделенных) зародышей могут осуществлять при помощи газовых потоков инертного газа.
Вместо одного инертного газа (например, азота) может быть использована смесь инертных газов (например, азота и аргона или других) смеси инертных газов. Также, может быть применена смесь инертного газа (азота или другого инертного газа и/или их смесей) с небольшой примесью воздуха (кислорода), что неизбежно при загрузке семян амаранта на переработку.
«Обрезка» зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма может быть выражена синонимами слова «обрезка»: обточка, обдирка, шлифовка, очистка, лущение. Однако она предполагает то, что тело крахмалистого перисперма семян амаранта остается цельным, преимущественно близкой к шарообразной форме, а обрезанные зародыши семян амаранта, отсепарированные в дальнейшем от их крахмалистого перисперма поступают на дальнейшую переработку, в частности для холодного отжима масла. Технологический принцип работы заявленного способа «с обрезкой зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма» основан на контролируемом характере разделения семян на фракции, при котором размер фракций преимущественно однороден, что позволят производить более эффективную дальнейшую переработку и использование полученных фракций.
Технический результат заключается в повышении эффективности переработки семян амаранта путем контролируемого отделения обрезанием (обточкой) от семян амаранта частей зародыша с сохранением неразрушенного крахмалистого перисперма. Исходя из достигаемого технического результата, также повышается эффективность отделения и сепарации продуктов разделения. Это позволит более эффективно из отдельных отделенных частей зародышей получать масло амаранта, а из неразрушенный крахмалистый перисперм с обрезанными зародышами использовать как самостоятельный продукт - например, как крупку для каши.
Ограничительные признаки формулы заявленного изобретения: «способ переработки семян амаранта с сохранением тела крахмалистого перисперма состоит в разделении зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма» являются общими для аналогов, прототипа, а также заявленного способа - технологического процесса и определяют направления его совершенствования, а именно повышение эффективности процесса разделения и как следствие эффективность дальнейшего полезного продуктов разделения зерновки (цельных семян) амаранта.
Отличительный признак независимого пункта формулы «для разделения зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма используют обрезку зародышей режущими кромками рабочего инструмента» позволяет существенно повысить эффективность переработки зерновки семян амаранта. Так разработанная в ОАО «Авангард» технология по заявленному способу позволяет выполнить разделение семян амаранта (зародыш / крахмалистый перисперм) в пропорциях 20% на 80%, что превышает достигнутый мировой уровень.
Отличительный признак: «для обрезки (обточки, отделения) зародышей семян амаранта режущими кромками рабочего инструмента, в качестве рабочего инструмента используют горизонтальный вращающийся диск, на верхней поверхности которого находятся режущие кромки, при этом цельные семена амаранта подают на поверхность вращающегося диска с режущими кромками сверху по его центру, а обточенные семена в виде крахмалистого перисперма и отделенные зародыши принимают по периферии горизонтального вращающегося диска на сепарацию» позволяет раскрыть конкретную возможность реализации заявленного способа, в соответствии с требованиями критерия «промышленная применимость» для изобретения, что позволяет эффективно производить переработку зерновки семян амаранта.
Отличительный признак: «обрезку (обточку, отделение) зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма режущими кромками рабочего инструмента производят в среде инертного газа» позволяет повысить эффективность переработки зерновки семян амаранта, так как при этом обработка семян амаранта производится в бескислородной среде, что не дает готовому продукту окисляться и исключает прогорклость крупы и особенно получаемого из зародышей масла амаранта. Одним из основных преимуществ зерна амаранта перед другими традиционными культурами является высокое содержание легкоусвояемого белка (16…20%) со сбалансированным соотношением аминокислот и масла (6…8%) с высокой концентрацией ненасыщенных жирных кислот содержащего биологически активные компоненты: жирорастворимые витамины, фитостеролы, антиоксиданты, сквален. В виду того, что отделенные зародыши при обработке получаются в виде пыли, частички которой имеют (по сравнению с зерновкой семян амаранта) существенно большую поверхность соприкосновения с окружающей газовой средой, то обработка в воздушной среде приведет к очень быстрому насыщению зародышей кислородом, и как следствие к снижению качества получаемых продуктов разделения.
Отличительный признак: «прием обточенных семян в виде крахмалистого перисперма и их обрезанных (отделенных) зародышей по периферии горизонтального вращающегося диска, а также их сепарацию и дальнейшую транспортировку отсепарированных продуктов осуществляют при помощи газовых потоков» позволяет дополнительно раскрыть вышеизложенный отличительный признак по последующей высокоэффективной сепарации и транспортировки продуктов разделения зерновки семян амаранта на дальнейшую обработку.
Отличительный признак: «сепарацию и дальнейшую транспортировку отсепарированных семян в виде крахмалистого перисперма и их обрезанных (отделенных) зародышей могут осуществлять при помощи газовых потоков инертного газа» позволяет повысить эффективность переработки зерновки семян амаранта так ка она осуществляется в бескислородной среде, что не дает готовому продукту окисляться и исключает прогорклость крупы и масла амаранта.
На фигурах представлены поясняющие заявленный способ материалы, а именно:
На фиг. 1 схематично изображен (вращающийся) горизонтальный диск с нанесенными на его верхнюю поверхность радиальными режущими кромками и зерновки семян амаранта.
На фиг. 2 - чертеж устройства для реализации заявленного способа (вид с вырезом).
На фиг. 3 - фотография устройства для реализации заявленного способа.
На фиг. 4 а) и 4 б) - схематичный вид поперечного и продольного разрезов одной зерновки (семени) амаранта.
На фиг. 5 - увеличенная фотография цельных семян амаранта (необработанная зерновка семян амаранта, сорт «Воронежский»),
На фиг. 6 - увеличенная фотография крупы из крахмалистого перисперма зерновки семян амаранта (обрезанных (обточенных) в ОАО «Авангард» по заявленному способу от зародышей цельных семян - зерновки амаранта).
На фигурах обозначены: 1 - диск (горизонтальный вращающийся), с возможностью вращения в горизонтальной плоскости с вертикальной осью вращения; 2 - режущие кромки диска (1), которые могут быть выполнены как на выступах, так и на впадинах (канавках) на верхней поверхности диска (1); 3 - семена амаранта, которые при вращении диска (1) поступают (в тоже время обрезаются от зародышей) от центра диска (1) к его периферии; 4 - корпус устройства для реализации заявленного способа; 5 - приемный патрубок корпуса (4) устройства для цельных семян амаранта; 6 - парубок корпуса (4) устройства для выдачи неразрушенного крахмалистого перисперма обрезанных (обточенных) цельных семян амаранта (3); 7 - патрубок устройства (4 для выдачи обрезанных (обточенных) зародышей из цельных семян 3 амаранта; 8 - патрубок корпуса 4 устройства для подачи в него инертного газа (или смеси инертных газов и/или инертного газа с воздухом), необходимого для организации обрезки зародышей от крахмалистого перисперма семян амаранта режущими кромками рабочего инструмента от их зародышей в газовой среде (например, инертного газа), а также для дальнейшей сепарации и доставки продуктов разделения соответственно в патрубки (7) и (6); 9 - семенная оболочка зерновки семян амаранта; 10 - крахмалистый перисперм зерновки семян амаранта; 11 - семядоля; 12 - прокамбий; 13 - корешок зародыша; 14 - кончик корня; 15 - эндосперм; 16 - сосудистый пучок.
Способ переработки семян (3) амаранта с сохранением тела крахмалистого перисперма (10) состоит в том, что для разделения крахмалистого перисперма (10) семян (3) амаранта от их зародышей (13) используют обрезку зародышей (13), а более точно корешков зародышей (13) (составляющих более 90% объема зародышей) режущими кромками (2) рабочего инструмента, в качестве которого выступает горизонтальный (вращающийся) диск (1) с вертикальной осью вращения. По известной терминологии цельные необработанные семена (3) амаранта могут также называться зерновкой амаранта, что одно и то же. Данное утверждение подтверждается Диссертацией и авторефератом на тему «Разработка технологии разделения зерна амаранта на анатомические части и получения из них нативных продуктов». Тема диссертации и автореферата по ВАК 05.18.01, кандидат технических наук Смирнов Станислав Олегович, disserCat - научная электронная библиотека (http://www.dissercat.com/content/razrabotka-tekhnologii-razdeleniya-zerna-amaranta-na-anatomicheskie-chasti-i-polucheniya-iz-) - [4]. В состав срезаемых зародышей (13), также входят семенная оболочка (9) зерновки семян амаранта, семядоля (11), прокамбий (12), кончик корня (14), эндосперм (15), сосудистый пучок (16). При этом обрезку крахмалистого перисперма (10) семян (3) амаранта от их зародышей (13) кромками (2) рабочего инструмента производят (могут производить) в корпусе (4) устройства для реализации заявленного способа, как в воздушной среде, так и в среде инертного газа. При реализации заявленного способа цельные семена (3) амаранта подают на поверхность вращающегося диска (1) с режущими кромками (2) сверху по его центру. При этом семена амаранта (3) под действием центробежной силы передвигаются к краю диска (1). В процессе движения семян (3) амаранта к краю диска (1), они обтачиваются режущими кромками (2). Обточенные семена в виде крахмалистого перисперма (10) и отделенные зародыши (3) в виде пыли принимают по периферии вращающегося диска (1) на сепарацию.
Устройство для реализации заявленного способа содержит корпус (4), в котором установлен горизонтальный (вращающийся) диск (1) с вертикальной осью вращения, на его режущих кромках (2), которые могут быть выполнены как на выступах, так и на впадинах (канавках) на верхней поверхности диска (1). Вверху над корпусом (4) установлен приемный патрубок (5) для семян (3) амаранта (зерновки амаранта) устройства. Корпус устройства (4) для реализации заявленного способа также содержит парубок (6) для выдачи неразрушенного крахмалистого перисперма обрезанных (обточенных) цельных семян амаранта, патрубок (7) устройства выдачи обрезанных (обточенных) зародышей (13) из цельных семян (3) амаранта, а также патрубок (8) для подачи в него воздуха ли инертного газа.
Для увеличения производительности устройства для реализации заявленного способа на пути движения семян амаранта (3) по диску (1) могут быть организованы препятствия различной конфигурации (на фигурах 1, 2 и 3 не показаны), которые влияют как на траекторию движения семян (3) по диску (1) так и на позиционирование семян (3) по отношению режущим кромкам (2) и силу прижатия семян (3) к диску (1) и соответственно к его режущим кромкам (2). Вышеуказанные препятствия различной конфигурации (на фигурах 1, 2 и 3 не показаны) и расстояния их размещения в горизонтальному вращающемуся диску (1) с режущими кромками (2), а также изменение скорости вращения горизонтального вращающегося диска (1), при реализации заявленного способа «с обрезкой зародышей семян (3) амаранта (13) от их крахмалистого перисперма (10)» позволят контролируемо разделять семена на фракции. При этом размер фракций разделения будут преимущественно одинаковыми (однородными), что исключает вероятностный характер разбивания (разделения) семян (3) амаранта на фракции, при котором размер фракций не однороден и на кусках разбитых семян (3) будут оставаться части неотделенных зародышей (13).
В патрубок (8) может также подаваться смесь инертных газов и/или инертного газа с воздухом. Газовый поток (который в корпусе устройства разделяется на два потока) необходим для организации обрезки зародышей (13) от крахмалистого перисперма (10) семян (3) амаранта режущими кромками (2) вращающимся диском (1) в газовой среде (например, инертного газа), а также для дальнейшей сепарации и доставки продуктов разделения соответственно в патрубки (7) и (6). Прием обточенных семян в виде крахмалистого перисперма (10) и обрезанных (отделенных) их зародышей (13) по периферии вращающегося диска (1), а также их сепарацию и дальнейшую транспортировку отсепарированных продуктов (10) и пыли зародышей (состоящей из корешков зародышей (13), семенных оболочек (9), семядолей (11), прокамбия (12), кончиков корней (14), эндосперма (15), сосудистых пучков (16)) осуществляют при помощи газовых потоков, формируемых внутри устройства для реализации заявленного способа.
Таким образом, практическая реализация заявленного «Способа переработки семян амаранта с сохранением тела крахмалистого перисперма» заключается в обрезке (обточке) элементов зародыша, находящихся на поверхности семян амаранта режущими кромками вращающегося диска.
Из патентной литературу широко известны способы и устройства для их реализации по шлифовке и обрезания верхнего слоя семян, зерен и т.д,. в том числе и при помощи горизонтально вращающегося диска, например «Дисковое устройство для шлифования семян сахарной свеклы» по патенту на полезную модель RU 162270 U1 от 10.06.2016, МПК А01С 1/00 - [5]. Однако данные технические решения не предназначены для обработки семян амаранта, и непосредственно в своем известном применении не могут быть использованы для разделения семян амаранта на зародыши и крахмалистый перисперм. Кроме того, из патентной литературы также неизвестна и переработка семян амаранта в среде инертных газов.
Достоинствами заявленного способа является то, что с его использованием, возможно, выполнить высокоэффективные устройства по переработки семян амаранта, в которых от семян амаранта контролируемо отделяют части его зародыша содержащие масло, а тело крахмалистого перисперма остается целым, что позволяет, во-первых увеличить процент содержания масла в отделенной от крахмалистого перисперма массе, а во-вторых позволяет получить высококачественный продукт в виде крупки из целиком сохраненного крахмалистого перисперма.
Экономический эффект достигается тем, что устройства по переработке семян амаранта реализующие заявленный способ позволят существенно увеличить процент выхода масла амаранта, а также получить дополнительный продукт питания крупку из крахмалистого перисперма максимально возможного размера.
Литература
1. Патент RU 2533006 С1 от 20.11.2014, МПК В02С 9/04 (2006.01).
2. Патент RU 2209233 С1 от 27.07.2003, МПК С11В 1/00 (2000.01), С11В 1/06 (2000.01).
3. Патент RU 2363724 С2 от 10.08.2009, МПК С11В 1/00 (2006.01), С11В 1/06 (2006.01), C11B 1/10 (2006.01) - прототип.
4. http://www.dissercat.com/content/razxabotka-tekhnologii-razdeleniya-zerna-amaranta-na-anatomicheskie-chasti-i-polucheniya-iz-. Диссертация и автореферат на тему «Разработка технологии разделения зерна амаранта на анатомические части и получения из них нативных продуктов». Тема диссертации и автореферата по ВАК 05.18.01, кандидат технических наук Смирнов Станислав Олегович, disserCat - научная электронная библиотека.
5. Патент RU 162270 U1 от 10.06.2016, А01С 1/00 (2006.01).