Способ предобработки свекольного жома
METHOD FOR PRE-TREATMENT OF BEET PULP

Изобретение относится к комбикормовой промышленности, а именно к способам комплексной переработки растительного сырья, в частности к подготовке свекольного жома к биоконверсии с целью получить высокобелковую кормовую добавку.
Цель изобретения достигается обработкой суспензии свекольного жома в водно-щелочном растворе акустическим полем с широким спектром частот при кавитационно-пороговом значении звукового давления, создаваемого гидроакустическим излучателем, обеспечивающего ускорение процессов набухания, разволокнения и гомогенизации свекольного жома при одновременном прогреве для достижения оптимальной температуры щелочного гидролиза. Предлагаемый способ позволяет уже на начальной стадии сократить длительность процесса биоконверсии свекольного жома в кормовой продукт, совместить процесс гомогенизации с процессом достижения оптимальной (90°C) температуры щелочного гидролиза, ускорить щелочной гидродролиз суспензии частиц жома, проводимый при повышенной температуре и, соответственно, сократить расход энергии, затрачиваемой на нагревание и поддержание повышенной температуры. При этом сокращается весь процесс предобработки свекольного жома в кормовой продукт, обогащенный микробным белком.
Известен способ переработки растительного сырья, в частности свекольного жома, с получением пектина (Агаев Н.М., Агаев Р.Н., Агаев Ф.Н. Патент РФ №2354140, 2009 г.), характеризующийся тем, что способ включает подготовку растительного сырья путем создания его смеси с водным раствором лимонной кислоты с pH 2,3-3,6, а также с амилолитическими ферментами, обработкой в роторном измельчителе-диспергаторе, роторно-кавитационном экстракторе и ультразвуковом реакторе. Указанная предобработка малоэффективна, поскольку предполагает последовательное воздействие на сырье в трех разных системах, каждая из которых при грамотном использовании может обеспечить аналогичный искомый результат. Кроме того, из описания цитируемого патента следует, что изобретение направлено лишь на выделение пектина, но не предполагает предобработку растительного сырья, в частности жома сахарной свеклы, с целью получения обогащенного белком кормового продукта для сельскохозяйственных животных.
Известен способ переработки свекольного жома в низкокалорийный пищевой продукт, включающий помещение свекольного жома в стабилизирующий раствор, промывку водой для удаления растворимых карбогидратов, обработку спиртовым раствором для удаления красителей и горечей, сушку и размол до консистенции муки. Продукт позволяет снизить калорийность комплекса питательных веществ на 50-75%, сложен в производстве и не может быть использован для приготовления полноценных, богатых белком кормов для сельскохозяйственных животных (Beale R.J., Bradbury A.G.W., Medcalf D.G., Romig W.R. US patent 4451489 A).
Известен способ предобработки ультразвуком сахарной свеклы, включающий очистку и мойку корнеплодов и свекольной нарезки в процессе транспортировки в водном потоке. Способ обеспечивает высококачественную очистку сырья, но не способствует обработке свекольного жома с целю его биоконверсии в кормовой продукт (Zaharis L.Е. US Patent: 20100108092 A1).
Известен способ экстрагирования пектиновых веществ из растительного сырья с использованием процесса акустической кавитации (В.М. Тыщенко, А.В. Быков, В.П. Попов Сборник материалов VI Международной научно-практической конференции: в 2 ч. «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». - Москва: МГУПП - 2008. - С. 82-86). Однако способ предназначен лишь для экстракции одного из ценных компонентов свекольного жома - пектина, но не его биотрансформации в полноценный, обогащенный белком корм.
Известно, что ультразвук способен ускорять процесс пропитки пористых веществ жидкостями (Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами, Москва, Из-во РГТУ им. Баумана, 2006, 223 С.), а следовательно, сократить длительность комбинированного процесса предподготовки древесного сырья с использованием растворов, например щелочей.
Технической задачей настоящего изобретения является предобработка свекольного жома для последующего процесса получения высокобелкового корма. Изобретение реализуется, и задача решается следующим образом:
- сырье (свекольный жом) подвергают в водно-щелочном растворе действию акустического поля с широким спектром частот при кавитационно-пороговом значении звукового давления, создаваемого гидроакустическим излучателем, обеспечивающего ускорение процессов набухания, разволокнения и гомогенизации свекольного жома. Концентрация сухих веществ в суспензии ~ 5%, содержание щелочи, обеспечивающее поддержание pH 12,0÷42,5;
- одновременно суспензию нагревают как за счет поглощения ультразвуковой энергии, так и тепловой энергии нагревателя;
- через 30 мин после начала акустического воздействия или по достижению 60°C акустическое воздействие отключают и ведут дальнейший нагрев до температуры 90°C, оптимальной для щелочного гидролиза.
- окончание процесса гидролиза контролируют по изменению величины pH и считают процесс практически завершенным при достижении pH 7,0÷7,5.
При прогреве суспензии известными способами для достижения оптимальной температуры щелочного гидролиза и одновременном акустическом воздействии, энергия которого, в конечном итоге, трансформируется в тепловую, экономится энергия на нагревание, ускоряется процесс предподготовки, в частности, и биотрансформации свекольного жома в белковый корм, в целом. Кроме того, за счет снижения диффузионных ограничений при кавитации (Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. Москва, Из-во РГТУ им. Баумана, 2006, 223 С.), ускоряется процесс гидролиза и, следовательно, сокращается длительность всего процесса биотрансформации.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по существу и результату (прототип) является способ предобработки древесного сырья, в частности его отходов, для последующего получения из них сахаров (полисахаридов и др. Давидов Е.Р., Каныгин П.С., Фракин О.А., Черемнов И.В. Патент РФ №2405832, 2008), включающий грубый размол сухого древесного сырья, экстракцию из него смолистых веществ, тонкий размол и его механоактивацию.
Заявленное изобретение отличается от прототипа тем, что предобработку свекольного жома ведут в жидкой фазе акустическим воздействием, частично совмещая процессы измельчение сырья, гомогенизации, щелочного гидролиза и нагревания, приводящих к ускорению процесса предподготовки сырья, экономии энергии и времени.
Изобретение поясняется примерами, не носящими ограничивающего характера.
Пример 1
Гранулированный свекольный жом с содержанием сухих веществ 24% суспендировали, перемешивая в течение 30 минут в воде в соотношении 1:5, для получения в суспензии содержания сухих веществ 5%. В приготовленную суспензию вносили 18%-ный раствор КОН в количестве, обеспечивающем pH суспензии 12,0-12,5. Полученную суспензию нагревали в течение 40 минут до 90°C и выдерживали при этой температуре не менее 2 часов, обеспечивая условия для протекания щелочного гидролиза, в результате чего pH среды снижался до pH 7,0-7,5. Весь процесс от начала и до завершения гидролиза занимал в среднем 3 часа 20 минут.
Пример 2
Гранулированный свекольный жом с содержанием сухих веществ 24% суспендировали в растворе КОН при pH 12,0-12,5 в соотношении 1:5 при воздействии в течение 15 минут акустическим полем с широким спектром частот, при кавитационно-пороговом значении звукового давления, создаваемого гидроакустическим излучателем. Одновременно суспензию подвергали нагреванию известными способами. После отключения акустического поля нагревание продолжали до 90°C и выдерживали при данной температуре до снижения pH среды до pH 7,0-7,5. Ожидаемый результат достигался через ~ 70 минут после начала обработки, т.е. длительность процесса предобработки в результате реализации изобретения сократился в примерно 3 раза (см. пример 1).
Изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение, предназначенное для предобработки свекольного жома с целью его гидролиза и дальнейшей биоконверсии в кормовой продукт, обладает заявленными свойствами, и совокупность отличительных признаков описываемого способа обеспечивает достижение указанного технического результата.
В результате проведенного анализа уровня техники предобработки свекольного жома, аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку подобрана совокупность воздействий, обеспечивающих ускорение предобработки свекольного жома без дополнительных затрат энергии. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, нет препятствий его практического осуществления с использованием современных технических средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".