Линия для приготовления экстракта травы зверобоя, сброженного молочно-кислыми бактериями
LINE FOR PREPARATION OF HYPERICUM GRASS EXTRACT FERMENTED WITH LACTIC ACID BACTERIA

Из уровня техники известны различные способы получения экстрактов из растительного сырья, которые отличаются природой экстрагента (водой, водно-спиртовой смесью, молочной сывороткой, сжиженными газами), методами физического воздействия (обработка СВЧ, ультразвуком и т.д.).
Известен способ экстракции водой нафтодиантронов из зверобоя (Hypericumperforatum L.) при повышенном давлении [Mannila М., WaiCh. М. PressurizedwaterextractionofnaphtodianthronesinSt. John'swort (Hypericumperforatum L.). GreenChemistry, 2003, 5, 387-391]. Введение добавок спирта в состав экстрагента и увеличение давления до 100 бар позволяет повысить степень извлечения нафтодиантронов из растительного материала.
Известен способ экстракции биологически активных компонентов из растительных образцов субкритической водой (температура 100-374°С и давление до 218 атм), в частности, кверцетина из горца перечного и спорыша (лат. Polygonumaviculare) (А.В. Лекарь, С.Н. Борисенко, Е.В. Максименко, Р.Н. Борисенко, Е.В. Ветрова, Н.И. Борисенко, В.И. Минкин. Извлечение биофлавоноида - кверцетина из растительного сырья в среде субкритической воды. Сверкритические Флюиды: Теория и Практика. Том 3, №2, 2008, с. 33-36) и дигидрокверцетина из лиственницы древесной (О.В. Филонова, С.Н. Борисенко, Е.В. Максименко, Р.Н. Борисенко, А.В. Лекарь, Н.И. Борисенко, В.И. Минкин. Разработка методики экстракции дигидрокверцетина из древесины лиственницы в среде субкритической воды. Сверхкритические Флюиды: Теория и Практика. Том 3. №2. 2008. С. 37-42).
Общим недостатком известных способов является то, что в них не реализованы основные принципы энергосбережения, связанные с организацией замкнутых термодинамических циклов с возможностью рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов, что не создает реальных перспектив в снижении энергозатрат.
Высокие теплоэнергетические затраты, связанные с нерациональным использованием отработанных теплоносителей и отсутствием рециклов по материальным и тепловым потокам с применением теплонасосных технологий, в частности, пароэжекторного теплового насоса не позволяют рассматривать известные технологические линии как энергоэффективные.
Технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности и экологической безопасности линии переработки травы зверобоя за счет максимальной рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов, реализации замкнутых термодинамических циклов по материальным и тепловым потокам с использованием пароэжекторного теплового насоса.
Поставленная техническая задача решается тем, что в линии переработки травы зверобоя, включающей дозатор, заварочную машину с вращающимися винтовыми лопастями и водяной рубашкой для подачи конденсата пара с температурой 118-120°С, емкость для приготовления горячей воды с паровой рубашкой для подачи рабочего пара с давлением 0,20-0,22 МПа и температурой 120-125°С, емкость для охлаждения и чан для брожения с мешалкой, оснащенные водяными рубашками для подачи воды соответственно с температурой 10°С и 40°С, смеситель для получения водно-медового раствора с мешалкой, фильтр готового продукта, предусмотрена пароэжекторную холодильная установка, работающая в режиме теплового насоса, состоящая из парогенератора, эжектора, испарителя, холодоприемника, терморегулирующего вентиля, рециркуляционного насоса, в котором в качестве рабочего тела используют хладагент R718 (воду); в парогенераторе, снабженном электронагревательными элементами, получают высокопотенциальный пар и под давлением 1,0-1,1 МПа подают в сопло парового эжектора, эжектируя при этом низкопотенциальный пар из испарителя пароэжекторного теплового насоса, создавая в нем пониженное давление 0,0009-0,001 МПа и температуру воды 5-7°С; кинетическую энергию смеси высокопотенциального и низкопотенциального паров в диффузоре эжектора трансформируют в тепловую энергию рабочего пара, выходящего из эжектора с давлением 0,20-0,22 МПа и температурой 120-125°С; полученный рабочий пар подают в паровую рубашку емкости для приготовления горячей воды, которая выполняет функцию конденсатора пароэжекторного теплового насоса, а образовавшийся конденсат рабочего пара направляют в водяную рубашку заварочной машины; хладагент, циркулирующий через холодоприемник пароэжекторного теплового насоса, посредством рекуперативного теплообмена охлаждает воду до температуры 10°С, часть которой подают в водяную рубашку емкости для охлаждения экстракта, а другую часть смешивают с конденсатом из рубашки заварочной машины с последующей подачей полученной водяной смеси с температурой 40°С в смеситель для получения водно-медового раствора и в рубашку чана для брожения; причем отработанную водяную смесь из чана для брожения выводят по двум потокам, один из которых возвращают в парогенератор, а другой поток делят на две части: одну часть через терморегулирующий вентиль подают в испаритель, а другую часть вместе с отработанной водой после емкости для охлаждения экстракта возвращают в холодоприемник.
Технический результат изобретения заключается в повышении энергетической эффективности заявляемой линии, обеспечивающей снижение энергозатрат на единицу массы получаемого экстракта и повышение экологической чистоты технологии в целом за счет исключения выбросов отработанных теплоносителей в окружающую среду.
На фиг. 1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ.
Схема содержит дозатор 1, заварочную машину 2, емкость для приготовления горячей воды 3, емкость для охлаждения 10, чан для брожения 11, смеситель для получения водно-медового раствора 12, фильтр готового продукта 13, испаритель 4, эжектор 5, парогенератор 6, холодоприемник 7, рециркуляционный насос 8, терморегулирующий вентиль (ТРВ), насосы 14, 15, 16, 17, смеситель потоков 18, разделители потоков 19, 20, 21, 22.
Реализация способа и работа линии осуществляются следующим способом.
Предварительно измельченная до размера частиц 100 мкм трава зверобоя через дозатор 1 поступает в заварочную машину 2 куда также поступает предварительно нагретая до 85-90°С вода в соотношении 1:20. Вода нагревается в емкости с паровой рубашкой 3, в которую подается рабочий пар с давлением 0,20-0,22 МПа и температурой 120-125°С. Образовавшийся конденсат пара с температурой 118-120°С поступает в водяную рубашку заварочной машины 2.
В заварочной машине 2 в течение 24 часов осуществляется водная экстракция биологически активных веществ. По окончании экстрагирования полученный экстракт подают в емкость для охлаждения 10, в которой его охлаждают до температуры 32-34°С. По окончании охлаждения экстракт перекачивается в чан для брожения 11, в который из смесителя для получения водно-медового раствора 12 подается подогретый до 40°С раствор меда в количестве 14% к массе воды и сметана 10% жирности в количестве 0,8% к массе экстракта.
Сбраживание осуществляют при температуре 32-34°С, при этом процесс сбраживания ведут до достижения значений кислотности 24,0 град и массовой доли сухих веществ 9,7%.
По окончании процесса сбраживания полученный экстракт фильтруют через фильтр готового продукта 13 и отправляют на хранение или замес теста.
Для получения горячих и холодных потоков теплоносителей используют пароэжекторную холодильную установку, работающую в режиме теплового насоса, состоящую из парогенератора 6, эжектора 5, испарителя 4, холодоприемника 7, терморегулирующего вентиля 9, рециркуляционного насоса 8, в котором в качестве рабочего тела используют хладагент R718 (воду).
Высокопотенциальный пар получают в парогенераторе 6, снабженном электронагревательными элементами, и под давлением 1,0-1,1 МПа подают в сопло парового эжектора 5, эжектируя при этом низко потенциальный пар из испарителя 4 пароэжекторного теплового насоса, создавая в нем пониженное давление 0,0009-0,001 МПа и температуру воды 5-7°С.
Кинетическую энергию смеси высокопотенциального и низкопотенциального паров в диффузоре эжектора трансформируют в тепловую энергию рабочего пара, выходящего из эжектора с давлением 0,20-0,22 МПа и температурой 120-125°С.
Полученный рабочий пар подают в паровую рубашку емкости для приготовления горячей воды 3, которая выполняет функцию конденсатора пароэжекторного теплового насоса, а образовавшийся конденсат рабочего пара направляют в водяную рубашку заварочной машины 2.
Циркулирующий через холодоприемник 7 пароэжекторного теплового насоса, хладагент, посредством рекуперативного теплообмена охлаждает воду до температуры 10°С, и с помощью разделителя потоков 21 часть ее подается в водяную рубашку емкости для охлаждения экстракта 10, а вторая часть с помощью смесителя потоков 18 смешивается с конденсатом из рубашки заварочной машины, перемещаемого насосом 16 с последующей подачей полученной водяной смеси с температурой 40°С с помощью разделителя потоков 22 в смеситель для получения водно-медового раствора и в рубашку чана для брожения.
Отработанную водяную смесь из чана для брожения насосом 17 выводят разделителем потоков 19 по двум потокам, один из которых возвращают в парогенератор, а другой поток делят делителем потоков 20 на две части: одну часть через терморегулирующий вентиль насосом 15 подают в испаритель, а другую часть вместе с отработанной водой после емкости для охлаждения экстракта насосом 14 возвращают холодоприемник.
В случае снижения уровня воды в парогенераторе осуществляют подпитку для пополнения уровня воды в парогенераторе через вентиль 23.
В таблице 1 представлены примеры реализации предлагаемого изобретения при различных параметрах процесса: на левой и правой границе интервалов значений, а также в середине данных интервалов.
В настоящее время удельные энергозатраты на производство готовой продукции составляют свыше 18 кВт на тонну в зависимости от рецептуры, что свидетельствует о снижении энергозатрат по предлагаемому изобретению и, как следствие, снижении себестоимости продукта.
Проведены исследования по сбраживанию экстракта травы зверобоя в предлагаемом диапазоне изменения технологических параметров различными молочнокислыми бактериями (таблица 2), в результате которых можно сделать вывод о возможности проведения обработки экстракта любыми молочнокислыми бактериями, так как органолептические и физико-химические показатели качества получаемого продукта отличаются незначительно.
Таким образом, «Линия переработки травы зверобоя» имеет следующие преимущества по сравнению с прототипами:
- позволяет реализовать технологию с максимальной утилизацией и рекуперацией вторичных энергоносителей в замкнутых термодинамических циклах по материальным и тепловым потокам;
- обеспечивает подготовку теплоносителей разного температурного потенциала с применением пароэжекторного теплового насоса;
- снижает удельные энергозатраты на 10..15%;
- повышает надежность эксплуатации оборудования
- максимально снижает выброс отработанных теплоносителей в окружающую атмосферу и повышает экологическую безопасность.