Способ переработки шрота подсолнечника
METHOD FOR PROCESSING SUNFLOWER MEAL

Изобретение относится к получению высокобелкового продукта в виде крупки и муки с низким содержанием клетчатки из растительного сырья. Полученные продукты рекомендуется использовать в мясной, хлебопекарной, кондитерской и комбикормовой промышленности.
Известны способы химического получения пищевого белкового концентрата из семян подсолнечника (патент RU №2310335 С1), белкового изолята из подсолнечного шрота (патент RU №2340203, МКП A23J 3/14), белкового изолята из подсолнечного жмыха (патент RU №2483565 С2).
Недостатком данных способов является сложность и дороговизна процесса и использование ферментных препаратов.
Известен «Способ переработки экстракционного шрота из семян подсолнечника стандартного качества для кормления животных и установка для его осуществления (патент RU №2297155 С2).
Предложенный способ включает в себя переработку шрота в подготовительной, драной и вымольной системах, путем измельчения шрота ударными воздействиями мелющих тел и сжимающе-сдвиговыми воздействиями, преимущественно вальцами, с фракционированием в сепараторе, воздушно-ситового сепарирования и формирования потоков готовой продукции - муки и лузги
Известен «Способ удаления оболочек семян из шрота/жмыха подсолнечника и установка для его осуществления», (патент RU 2268629 С2).
Способ заключается в многократном измельчении шрота/жмыха, просеивании с разделением на фракции, формировании потоков готовой продукции из фракции оболочек семян и фракции с высоким содержанием протеина. При этом проводят предварительное измельчение, а затем обработку осуществляют в m≥1 ступеней, а каждая ступень состоит из n≥1 блоков измельчения и разделения на фракции. Этот способ позволяет получить муку белковую размером ≤250 мкм из шрота подсолнечника в количестве от 46% до 52% с содержанием белка от 40% до 50% на а.с.в. в зависимости от содержания белка в исходном шроте.
Однако по данному способу содержание протеина в полученной муке составляет около 45% на а.с.в., что обусловлено частичным измельчением лузги при многократном измельчении шрота/жмыха.
Известна технология, изложенная в статье «Получение высокобелковой муки из подсолнечного шрота» (Журнал «Комбикорма» №11, 2013 г. Р. Кандроков и др.).
Технология заключается в измельчении шрота на молотковой дробилке, сортировании полученного продукта с разделением на фракции, формировании сходовой фракции для дальнейшего измельчения на драных системах, формирования фракций муки и крупок, обогащения крупок на ситовеечных машинах.
Этот способ позволяет получить муку белковую из шрота подсолнечника высшего сорта (протеин 52% на а.с.в.) в количестве 13-20% от исходного сырья, муку белковую из шрота подсолнечника первого сорта (протеин 45% на а.с.в.) в количестве от 40-64% в зависимости от вида помола.
Содержание протеина в полученной муке первого сорта составляет около 45% на а.с.в., что обусловлено частичным измельчением лузги при многократном измельчении шрота и неконтролируемым измельчением шрота на молотковой дробилке.
Известен «Способ получения высокобелковых растительных продуктов, преимущественно крупки, из шрота/жмыха подсолнечника и устройство для его осуществления» (патент РФ №2602841), включающий измельчение шрота/жмыха ударными воздействиями мелющих тел и сжимающе-сдвиговыми воздействиями, преимущественно вальцами, с последующим фракционированием в сепараторе, воздушно-ситовое сепарирование и формирование потоков готовой продукции - муки и лузги, в котором после однократного измельчения шрота/жмыха ударными воздействиями мелющих тел с последующим фракционированием в сепараторе формируют поток крупной фракции не менее 50% от исходного количества шрота/жмыха, поток муки и дополнительные потоки крупки, причем число фракций крупки равно (n-1) количеству сит с ячейками различного размера в диапазоне от 160 мкм до 600 мкм в сепараторе,
поток крупной фракции подвергают не более чем трехкратным суммарным ударным воздействиям мелющих тел и сжимающе-сдвиговыми воздействиям, преимущественно вальцами, с фракционированием в сепараторах,
формируют потоки лузги, муки и (n-1) фракций крупки, последние объединяют с ранее полученными соответствующими дополнительными потоками (n-1) фракций крупки,
которые затем подвергают воздушно-ситовому сепарированию с формированием потоков готовой продукции - муки и (n-1) фракций высокобелковой крупки,
а после воздушно-ситового сепарирования относы пневмоканалов ситовеечных машин и сходы с сит направляют на дальнейшую переработку.
К недостаткам данного способа относится то, что в процессе подготовки шрота к воздушно-ситовому сепарированию образуется большое количество муки. Еще одним недостатком является то, что при длительной работе из-за клейстеризации шрота на поверхности микрошероховатых вальцов образуется «шуба», препятствующая работе драных систем.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является «Способ получения шрота фракции F, содержащей, по меньшей мере, 50% протеина и 10%, или менее, сырой клетчатки (патент ЕР №2848128 А1).
Предложенный способ включает в себя первоначальное измельчение в дробилке шрота, содержащего, по меньшей мере, 30% сырого белка при влажности менее 12%, до частиц размером менее 5 мм, с последующим просеиванием полученного продукта и формированием сходовой и проходовой фракций, вымол сходовой фракции на драных системах (вальцовые станки), формирования фракций муки, лузги и крупок, обогащения крупок на ситовеечных машинах.
Этот способ позволяет получить шрот фракции F с сырым протеином 48-50% и сырой клетчаткой 8%, а также низкопротеиновую фракцию с остаточным содержанием сырого протеина 24% и клетчаткой 34% и лузгу с остаточным содержанием сырого протеина 16% и клетчаткой 41%.
Содержание сырого протеина в полученных низкопротеиновых полупродуктах составляет 16-24%, что обусловлено частичным измельчением лузги при многократном измельчении шрота и избыточным измельчением шрота при первоначальной его переработке в дробилке.
Целью заявляемого способа является усовершенствование получения белкового концентрата подсолнечникового шрота, получение крупки различных фракций крупности (от 160 до 800 мкм) и муки белковой (менее 160 мкм), при повышении эффективности технологической схемы.
Указанная цель достигается тем, что в заявленном способе, включающем предварительное измельчение шрота на дробилке с последующим фракционированием в сепараторе с получением фракций сходовой, крупок и муки, переработку сходовой фракции на драных системах, воздушно-ситовое сепарирование фракции крупок на ситовеечных машинах, окончательную переработку сходовых фракций последней драной системы и относов ситовеечных машин в вымольной системе, и формирование потоков готовой продукции - крупки, муки и лузги,
исходный шрот для предварительного измельчения на дробилке увлажняют до влажности от 7 до 14% массовых и измельчают в дробилке до размера частиц d1,
при последующем фракционировании в сепараторе формируют сходовую фракцию в количестве не менее 45% от исходного шрота с размером частиц от d1 до d2, фракцию крупок с размером частиц от d2 до d3, а также муку с размером частиц d3,
при этом размер d1 изменяют таким образом, чтобы количество фракции муки с размером частиц d3 составляло менее 12% от исходного количества шрота,
где d1 - от 5000 мкм до 8000 мкм; d2 - от 160 мкм до 800 мкм; d3 - менее 160 мкм,
сходовую фракцию подвергают не менее чем двукратной обработке на драных системах,
при этом скорость быстровращающегося вальца вальцевых станков первой драной системы составляет 5,5-6,5 м/с при дифференциале 1,5-2,5, а второй драной системы 6,0-7,0 м/с при дифференциале 1,2-2,0.
Отличием заявляемого способа от прототипа является получение готовой продукции белкового концентрата масличных культур в виде средней и мелкой крупки и дунстов в количестве до 60% от исходного сырья со средним содержанием белка 50% и сырой клетчатки 8%.
Кроме этого, по разработанному способу получена белковая мука в количестве 20% с содержанием сырого белка 43% и клетчатки 12%.
Остаточное содержание сырого протеина в лузге составляет 15%.
Такое выполнение способа получения белкового концентрата подсолнечникового шрота является новым и промышленно применимым, а выявленные отличия существенными, что может расширить ассортимент выпускаемого растительного высокобелкового сырья - белкового концентрата подсолнечникового шрота.
Задачей данного способа является получение минимального количества белковой муки при первоначальном измельчении шрота в дробилке и при дальнейшей обработке на драных системах.
Определяющими параметрами для минимизации количества муки являются влажность шрота и размер частиц перемолотого шрота после дробилки.
На первой стадии происходит измельчение шрота на молотковой или вальцовой дробилке, для которых подобраны оптимальные скорость вращения ротора / вальцов и размер ячеек сит (от 5 мм до 8 мм). В зависимости от размера сит дробилки шрот измельчается до размера частиц d1, где d1 - от 5000 мкм до 8000 мкм.
Максимальный размер ячеек сит 8 мм обусловлен следующим. Наиболее часто встречается гранулированный шрот различных культур с диаметром гранулы до 8 мм и длиной до 50 мм. Если рабочий размер решетки молотковой дробилки будет превышать 8 мм, то вместо дробления происходит частичное разламывание гранул, что негативно отражается на последующей переработке измельченного шрота в драных системах.
Кроме того, при получении измельченных частиц шрота от 5000 мкм до 8000 мкм, отмечается минимальное количество муки с размером частиц менее 160 мкм, что позволяет увеличить выход крупок и дунстов для последующего обогащения.
При использовании измельченных частиц шрота размером от 3000 до 5000 мкм количество муки в 5,0 раз больше, а производительность дробилки примерно в 4 раза меньше, чем при использовании частиц больших размеров.
Влажность шрота также влияет на выход крупок и муки.
Фактически, влажность шрота зависит от условий хранения и составляет 7-10% массовых. Максимальная влажность допускается до 12% массовых в соответствии с ГОСТ для тестированных шротов.
Чем выше влажность шрота, тем меньше муки образуется при дроблении.
Целесообразно перед измельчением на дробилке увеличение влажности шрота путем увлажнения с дальнейшим отволаживанием, но не более, чем до 14% массовых. Дальнейшее увлажнение приводит к клейстеризации частиц шрота на поверхности вальцов при дальнейшей переработке.
Пересушенный шрот с влажностью менее 7% легко измельчается и превращается в муку, что не желательно.
При последующем фракционировании в сепараторе (мельничном рассеве) измельченного в дробилке шрота получают сходовую фракцию, фракции крупок и муку.
Критерием определения выбора крупности d1 измельченного в дробилке шрота являются следующие два условия:
- сходовая фракция с размером частиц от d1 до d2 составляет не менее 45% от исходного шрота;
- мука с размером частиц d3 составляет менее 12% от исходного количества шрота,
где d1 - от 5000 мкм до 8000 мкм; d2 - от 160 мкм до 800 мкм; d3 -менее 160 мкм.
Выбор такого диапазона фракционирования (160-800) мкм позволяет извлечь максимальное количество крупок и дунстов для последующего обогащения на ситовеечных машинах и получить различные крупки: крупную - от 800 мкм до 560 мкм; среднюю - от 560 мкм до 450 мкм; мелкую - 450 мкм - 310 мкм и дунет - от 310 мкм до 160 мкм.
Из муки с размером частиц менее 160 мкм практически невозможно выделить раздельно ядро и лузгу воздушно ситовым сепарированием на ситовеечных машинах. Поэтому данную фракцию нецелесообразно обогащать на ситовеечных машинах
Сходовая фракция после фракционировании в сепараторе представляет собой следующий продукт анизотропного состава: квазисферические частицы ядра подсолнечника; частицы лузги с отношением поперечного размера к продольному от 1:2 до 1:5; и сростки лузги и ядра произвольной геометрии.
Цель дальнейшей переработки состоит в следующем: избежать переизмельчения частиц ядер подсолнечника и лузги, одновременно с этим сдвиговыми напряжениями, возникающими в паре вальцов, обеспечить разделение сростков ядра и лузги.
Такое возможно осуществить в вальцовых станках драных систем мельничного оборудования.
Полученная сходовая фракция с размером частиц от d1 до d2 направляется на вымол в драных системах, где происходит последовательное многократное измельчение частиц в вальцовых станках и сепарация в мельничных рассевах.
Сростки ядра и лузги, попадая в межвальцовый зазор пары вальцов, вращающихся с разной скоростью, подвергаются сдвиговым напряжениям, разделяются на ядро и лузгу, а также частично разрушаются.
Сходовую фракцию подвергают не менее чем двукратной обработке на драных системах, что позволяет выделить максимальное количество крупок и избежать переизмельчения продукта.
Существенным параметром, определяющим эффективность работы пары вальцов, является скорость быстровращающегося вальца и дифференциал - отношение скоростей быстровращающегося и медленновращающегося вальцов.
Опытным путем определено, что скорость быстровращающегося вальца вальцовых станков первой драной системы составляет 5,5-6,5 м/с при дифференциале 1,5-2,5, а второй драной системы 6,0-7,0 м/с при дифференциале 1,2-2,0. Заданный диапазон скоростей и дифференциалов позволяет осуществить бережное разделение сростков ядра и лузги и избежать переизмельчения частиц ядер подсолнечника и лузги для подсолнечного шрота.
После того, как шрот подсолнечника прошел предварительное измельчение на дробилке с последующим фракционированием и выделением крупок, а сходовая фракция подвергнется обработке на драных системах с выделением фракции крупок, последние поступают на воздушно ситовое сепарирование на ситовеечных машинах с получением проходовой фракции -высокобелкового концентрата подсолнечникового шрота.
Окончательную переработку сходовых фракций последней драггой системы и относов ситовеечных машин осуществляют в вымольной системе, с формированием потоков готовой продукции - крупки, муки и лузги
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1.
Исходный шрот подсолнечника подается в молотковую дробилку со скоростью вращения рабочих органов 60 м/с.
Гранулометрический состав дробленого продукта определялся па лабораторном рассеве.
Зависимость технологических параметров от размера отверстий сит па молотковой дробилке представлена в Таблице 1.
Из представленной таблицы следует, что минимальное количество 5% муки (проход 160 мкм) получено при использовании сита с 8 мм отверстиями в молотковой дробилке.
При использовании сита с 3 мм отверстиями в молотковой дробилке количество муки в 5,0 раз больше, а производительность дробилки примерно в 4 раза меньше при использовании 8 мм сита.
Пример 2.
Исходный шрот подсолнечника различной влажности подается в молотковую дробилку со скоростью вращения рабочих органов 60 м/с. Размер отверстий сит на молотковой дробилке составляет 5 мм.
Гранулометрический состав дробленого продукта определялся на лабораторном рассеве.
Зависимость технологических параметров от влажности шрота представлена в Таблице 2.
Пересушенный шрот с влажностью менее 7% легко измельчается, но содержание муки более 12%, что не желательно.
Увеличение влажности шрота до 14% массовых снижает содержание муки до 9%. Дальнейшее увлажнение приводит к клейстеризации частиц шрота на поверхности вальцов при дальнейшей переработке.
Пример 3.
Исходный шрот подсолнечника влажностью 9% подается в молотковую дробилку со скоростью вращения рабочих органов 60 м/с.
Размер отверстий сит на молотковой дробилке 6 мм.
В результате фракционирования получают сходовую фракцию с размером частиц в зависимости от ячеек сита в молотковой дробилке от 5000 - 8000 мкм до 160 мкм, и проходовую фракцию (мука) с размером частиц менее 160 мкм.
Затем сходовую фракцию дважды пропускают через вальцовый станок с изменяющимся межвальцовым зазором от 0,2 мм до 0,1 мм, последовательно отсеивая дунет, мелкую и среднюю крупку и муку после каждого пропуска.
Скорость быстровращающегося вальца первой драной системы составляет 6,1 м/с при дифференциале 2,0; а второй драной системы - 6,5 м/с при дифференциале 1,5.
Гранулометрический состав продуктов в зависимости от этапа
Затем крупку фракции 160-800 мкм пропускают через ситовеечную машину.
Относы и сходы ситовеечной машины, сходовую фракцию последней драной системы пять раз пропускают через вальцовые станки размольной системы с межвальцовым зазором 0,1 мм с получением муки и лузги.
В итоге получено:
- концентрат подсолнечного шрота в виде средней и мелкой крупки и дунстов в количестве 60% от исходного сырья со средним содержанием белка 50% на а.с.в. и сырой клетчатки 8%;
- белковая мука в количестве 20%>с содержанием сырого белка 43% и клетчатки 12%;
- лузга, остаточное содержание сырого протеина составляет 15%. Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает
критериям патентоспособности «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость», т.к. в результате использования разработанного способа можно получить несколько различных продуктов, в т.ч. 2-3 типоразмера высокобелковой крупки различной фракции, муку белковую, лузгу, при этом, что не мало важно, можно использовать серийно выпускаемое технологическое оборудование как отечественного, так и импортного производства.