Использование вторичных ресурсов производства картофелепродуктов в качестве сырья для производства крахмала на малотоннажных линиях

УДК 633. 491: 664.2

использование вторичных ресурсов производства картофелепродуктов в качестве сырья для производства крахмала на малотоннажных линиях*

Н.Р. АНДРЕЕВ, доктор технических наук, член-корреспондент РАН, директор

Д.Н. ЛУКИН, кандидат экономических наук, зам. директора

Л.В. КРИВЦУН, кандидат технических наук, зав. лабораторией

В.А. БЫЗОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом

Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов, ул. Некрасова, 11, Красково, Московская обл., 140051, Российская Федерация

Резюме. При существующем импорте картофельного крахмала около 40 тыс. т, его производство в России не превышает 10 тыс. т. В то же время объём производства продуктов питания из картофеля в Российской Федерации вырос со 106 тыс. т в 2009 г. до 186 тыс. т в 2013 г. На это расходуется более 1 млн т клубней, а доля отходов производства в виде некондиционных клубней, очисток и обрезков (вторичные ресурсы) достигает от 20 до 40%, что составляет в среднем более 300 тыс. т в год. При увеличении объемов производства картофелепродуктов пропорционально возрастает количество отходов и возникают проблемы с их рациональным использованием. Проведённые во ВНИИ крахмалопродуктов исследования показывают возможность использования некондиционного картофеля и отходов производства в качестве источника дополнительного сырья для изготовления крахмала. В частности, содержание сухих веществ в клубнях мелкой фракции некондиционного картофеля достигает 19%, а содержание крахмала - 14,5%. Выход извлечённого крахмала из изученного вторичного сырья варьировал от 81 до 92% от исходной его концентрации. Использовать такой ресурс позволяет технология переработки на линиях мощностью 10, 25 и 50 т/сутки, разработанных во ВНИИ крахмалопродуктов. При оснащении перерабатывающих предприятий и сортировальных пунктов такими линиями из 300 тыс. т некондиционного картофеля и вторичного сырья можно ежегодно дополнительно производить более 30 тыс. т крахмала и в значительной степени решить проблему импортозамещения этой продукции. Ключевые слова: вторичные ресурсы, картофелепродукты, крахмал, некондиционный картофель. Для цитирования: Использование вторичных ресурсов производства картофелепродуктов в качестве сырья для производства крахмала на малотоннажных линиях / Н.Р. Андреев, Д.Н. Лукин, Л.В. Кривцун, В.А. Бызов//Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №12. С. 108-110.

Анализ рынка крахмала показывает, что существующий объём переработки картофеля недостаточен и не обеспечивает потребности Российской Федерации в картофельном крахмале. При существующем среднегодовом импорте около 40 тыс. т его производство в нашей стране не превышает 10 тыс. т [1, 2].

Небольшие объёмы переработки картофеля на крахмал обусловлены несколькими факторами, среди которых можно назвать высокую себестоимость картофеля из-за низкой урожайности; большие затраты

на производство, транспортирование и хранение сырья; отсутствие государственной поддержки. Кроме того, существующее оборудование крахмальных заводов крайне устарело, а отечественные разработки не внедряли многие годы [3].

В то же время объём производства продуктов питания из картофеля в России вырос со 106 тыс. т в 2009 г. до 186 тыс. т в 2013 г., на что расходуется более 1 млн т клубней, при этом на долю некондиционной фракции, очисток и обрезков (вторичные ресурсы) приходится от 20 до 40%, или в среднем более 300 тыс. т в год [4].

Технология производства быстрозамороженного картофеля предусматривает отделение стандартных столбиков нарезанных клубней с требуемыми размерами от обрезанных отходов, доля которых не должна превышать 5-8%, а на практике составляет от 29 до 61% [5, 6].

Отходы при производстве сухого картофельного пюре в РФ могут достигать 10 тыс. т в год [7].

В последние годы для снабжения крупных городов и промышленных центров созданы производства фасованного, мытого, очищенного вакуумированного картофеля и др. На этих предприятиях при сортировке и очистке клубней образуется до 15% некондиционного картофеля, к которому относят поврежденные и мелкие клубни [8].

Количество некондиционного картофеля для всех линий хрустящего картофеля принято равным 25% от исходного сырья, но на некоторых предприятиях, где применяют технологию глубокой очистки клубней, их количество может достигать 50%.

Больше всего отходов образуется при очистке картофеля. Например, в случае механической реализации этой операции в рамках технологии производства быстрозамороженного гарнирного картофеля оно достигает 60%, а при паровом способе - 48% [10].

Цель наших исследований - обоснование ресурсосберегающей технологии переработки вторичных ресурсов производства картофелепродуктов.

Во ВНИИ крахмалопродуктов были исследованы образцы некондиционного картофеля и твердых отходов, полученных при производстве картофелепродуктов в ОАО «Русский продукт», среди которых были клубни после механической очистки и после инспекции очищенного картофеля, а также отходы после бланширования резаного картофеля и вода после ополаскивания резаного картофеля.

После измельчения некондиционных клубней и отходов очищенного и резанного картофеля с последующим ситованием картофельной кашки и промывкой крахмальной суспензии определяли массу извлечённого крахмала по методике, принятой для крахмалопаточного производства [9].

*Статья подготовлена в рамках выполнения Программы Союзного государства «Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура».

Таблица. Содержание сухих веществ и общего крахмала в образцах некондиционного картофеля, %

Образец Сухие вещества Общий крахмал В том числе извлекаемый крахмал

Некондиционный картофель (крупные клубни) 16,75 12,25 10,88

Некондиционный картофель (мелкие клубни) 18,88 14,51 12,61

Твердая фракция отхода после механической очистки картофеля 14,33 5,30 4,9

Отход после инспекции очищенного картофеля 17,03 11,93 9,67

Отход резаного картофеля после ополаскивания 14,51 9,04 7,86

Полученные результаты (см. табл.) свидетельствуют о достаточно высоком содержании общего и извлечённого крахмала во всех исследуемых образцах. Наибольшее количество сухих веществ отмечено в клубнях мелкой фракции (до 19%), содержание крахмала в таком сырье достигало 14,5%. Выход извлечённого крахмала был достаточно высоким и варьировал от 81 до 92% от исходной его концентрации в клубнях. Содержание свободного крахмала в воде после ополаскивания резаного картофеля составило 3 г/л.

Проведённые во ВНИИК исследования показывают возможность использования некондиционных клубней в качестве сырья для переработки на крахмал. Так как стоимость картофеля полностью учитывается при выработке картофелепродуктов, отсутствие расходов на сырьё (отходы) значительно сократит себестоимость продукции.

Исходя из объёмов от 3 до 10 тыс. т в год некондиционного картофеля и вторичных ресурсов, остающихся на каждом предприятии, выпускающем картофелепродукты, требуются линии по переработке картофеля на крахмал производительностью 20-30 т/сут.

Во ВНИИК разработана техническая документация и изготовлены опытные образцы линий по переработке картофеля на сухой крахмал мощностью 10, 25 и 50 т исходного сырья в сутки на базе гидроциклонных установок [11]. Используемая в них технология предусматривает выделение крахмала непосредственно из картофельной кашки и позволяет перерабатывать некондиционный картофель и вторичные ресурсы.

В аппаратурной технологической схеме линии по переработке картофеля на крахмал с использованием гидроциклонной установки (см. рисунок) предусмотрены блоки, которые осуществляют очистку сырья от примесей, мойку и измельчение клубней, разделение картофельной кашки на крахмал (в виде крахмальной суспензии) и смесь мезги (клетчатки) с картофельным соком, промывание и высушивание крахмала.

Сравнительный анализ существующих технологий переработки картофеля на крахмал и проведенный патентный поиск показали, что технология с применением гидроциклонов на стадии разделения картофельной кашки конкурентоспособна, так как совмещение операций разделения и размывки позволяет в 4-5 раз уменьшить производственные площади под размещение равнозначного по мощности оборудования, а также на 3-4% повысить коэффициент извлечения крахмала из картофеля. Стоит особо отметить, что при этом для достижения требуемых технологических показателей резко снижается расход свежей воды - не более 0,7-1,0 м3 на 1 т картофеля.

Такая технология позволяет производить крахмальную суспензию и побочные продукты (смесь мезги и картофельного сока) в пригодном для утилизации виде непосредственно из картофельной кашки.

Утилизацию побочных продуктов картофеле-крахмального производства можно осуществлять в различных вариантах. Например, образующаяся смесь мезги с картофельным соком пригодна для использования на корм скоту. При необходимости

рисунок. Линия для переработки картофеля на крахмал: 1 - мойка-камнеловушка; 2 - мойка; 3 - картофелетерка; 4 -сборник-накопитель; 5 - самоочищающийся фильтр; 6 - гидроциклонная установка; 7 - песковый гидроциклон; 8 - сито дуговое; 9 - сборник мезги; 10 - сборник крахмальной суспензии; 11 - центробежная сушилка; 12 - просеиватель крахмала.

ее можно разделить на центрифуге, после чего реализовать мезгу в качестве корма, а картофельный сок использовать для удобрительных поливов. Питательность 1 кг сухих веществ мезги и 1 кг сухих веществ картофельного сока равноценна 1,1 кормовой единицы [12].

Кроме того, во ВНИИ крахмалопродуктов совместно с ВНПО «Прогресс» установлена высокая удобрительная ценность сточных вод картофелеперерабатывающих производств и разработаны рекомендации по их применению. Определено, что картофельный сок содержит 1100-2000 мг/л калия, 50-350 мг/л кальция, 50-350 мг/л фосфора (Р205), 816-2580 мг/л азота общего. Рекомендуемая норма удобрительного полива для зерновых культур - до 300 м3/га, для кукурузы, подсолнечника и многолетних трав - до 500 м3/га. Общий агромелиоративный потенциал картофельного сока при норме его полива 500 м3/га составляет 3200 кг [13].

выводы. Внедрение линий малой мощности по переработке картофеля дает возможность задействовать резервы сырья в виде некондиционного картофеля и вторичных ресурсов картофелеперерабатывающих предприятий и сортировальных пунктов в объёме 300 тыс. т в год, что позволит дополнительно производить более 30 тыс. т крахмала и в значительной степени решить проблему импортозамещения такой продукции.

Использование предлагаемой технологии переработки картофеля на крахмал с применением гидроциклонных установок решает проблемы утилизации вторичных ресурсов при производстве картофеле-продуктов и открывает возможности для получения дополнительного дохода от реализации крахмала с низкой себестоимостью, так как затраты на сырье в этом случае полностью учитываются при выработке картофелепродуктов.

Литература.

1. О разработках ВНИИ крахмалопродуктов в области переработки картофеля и инулинсодержащего сырья / Н.Г. Гулюк, Н.Д. Лукин, В.А. Дегтярёв, А.А. Плотников // Инновационное развитие производства картофеля и топинамбура, создание новых продуктов здорового питания, лекарств на основе инулина, кормовых смесей и энергетических (топливных) добавок на 2009-2012 гг: науч.-практ. конф. Молодечно, 2009.

2. Литвяк В.В., Москва В.В. Характеристика предприятий картофельно-крахмальной отрасли Республики Беларусь // Картофелеводство: Сб. науч. тр. РУП «Науч.-практ. центр НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству. Минск,

2008. Т.15. С. 288-299.

3. Андреев Н.Р., Лукин Д.Н. Производство крахмала и крахмалопродуктов для импортозамещения // Пищевая промышленность. 2014. № 12. С. 34-36.

4. Гусев В.В., Кнауэр Н.В. Стимулирование развития картофелепродуктового подкомплекса Российской Федерации на основе активизации инновационных процессов //Вопросы экономики и права. 2012. №8. С.59-63.

5. Картофель сушеный. Технические условия. ГОСТ 28432-90. М.: Издательство стандартов. 1990. 7 с.

6. Храмешин A.B. Выбор технологии и оборудования при переработке картофеля. Ижевск: Изд-во ОАО ИЭМЗ «Купол», 2003. 92 с.

7. Изучение химического состава показателей безопасности отходов картофельного производства // Электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования». 2014. №3. URL: www.science-education.ru.

8. Машинные технологии и техника для производства картофеля / С.С. Туболев, С.И. Шеломенцев, К.А. Пшеченков, В.Н. Зейрук. Ароспас, 2010. 311 с.

9. Технологический контроль картофелекрахмального производства / Н.Д. Лукин, Л.В. Кривцун, В.Г. Костенко, В.А. Дегтярев. М.: РАСХН, 2008. 72 с.

10. Серпова О.С., Борченкова Л.А. Ресурсосберегающие технологии переработки картофеля. М.: Росинформагротех,

2009. 84 с.

11. Малотоннажное картофелекрахмальное производство/Н.Д. Лукин, Ю.А. Холмянский, А.А. Плотников, Л.В. Кривцун // Сборник научных трудов ВНИИК. М: ВНИИК, 2008. Вып. 12. С. 187190.

12. Лукин Н.Д., Кривцун Л.В. Основные пути снижения техногенного воздействия крахмалопаточной промышленности на окружающую среду// Пищевая промышленность. 2007. № 7. С.30-32.

13. Переработка отходов производства картофельного крахмала и картофелепродуктов / Н.Д. Лукин, Л.В. Кривцун, Ю.А. Холмянский, В.А. Дегтярев//Сборник докладов VI Международной научно-практической конференции «Совершенствование технологий и оборудования пищевых производств». Минск, 2007. Ч.2. С. 84-85.

use of secondary resources of potato products

AS RAW MATERIAL FOR STARCH PRODuCTION AT SMALL-CAPACITY LINES

N.R. Andreev, D.N. Lukin, L.V. Krivtsun, V.A. Byzov

All-Russian Research Institute for Starch Products, ul. Nekrasova, 11, Kraskovo, Moskovskaya obl., 140051, Russian Federation Summary. With current import of potato starch about 40,000 tons its production in Russia does not exceed 10,000 tons. At the same time the volume of potato food production in the Russian Federation increased from 106,000 tons in 2009 to 186,000 tons in 2013. This requires more than 1 m tons of tubers, and the fraction of waste products as nonstandard tubers, peelings, cuttings (secondary resources) is from 20 to 40%, which on the average is more than 300,000 tons annually. With increasing volumes of production of potato products the volumes of wastes grow proportionally, and the problems with their rational use emerged. The investigations, carried out in the All-Russian Research Institute of Starch Products, revealed the possibility of use of nonstandard potato and waste products as a source for additional raw material for starch. In particular, dry matter content in potato of small fraction of nonstandard potato reaches 19%, and starch content-14.5%. The output of starch from studied secondary raw material varied from 81 to 92% from its initial concentration. The processing technology at the lines with capacity of 10, 25 and 50 t/day, developed in the All-Russian Research Institute of Starch Products, enables to use such resource. With the use of such lines at reprocessors and sorting stations it is possible to additionally produce 30,000 tons of starch annually from 300,000 tons of nonstandard potato and secondary raw material. It can help to solve the problem of import substitution to a large degree.

Key words: secondary resources, potato products, starch, nonstandard potatoes.

Author Details: N.R. Andreev, D. Sc. (Tech.), director (e-mail: vniik@arrisp.ru); D.N. Lukin, Cand. Sc. (Econ.), deputy director ; L.V. Krivtsun, Cand. Sc. (Tech.), head of laboratory; V.A. Byzov, Cand. Sc. (Agr.), head of department

For citation: Andreev N.R., Lukin D.N., Krivtsun L.V., Byzov V.A. Use of Secondary Resources of Potato Products as Raw Material for Starch Production at Small-Capacity Lines. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V.29. No 12. Pp. 108-110 (In Russ.).