СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОТЕИНСОДЕРЖАЩИХ ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ
METHOD FOR COMPLEX PROCESSING OF PROTEIN-CONTAINING GREEN PLANTS

Изобретение относится к технологическим процессам переработки протеинсодержащих зеленых растений, например, таких как красный клевер, люцерна, ботва сахарной свеклы и др., и может быть использовано в пищевой, комбикормовой и других отраслях промышленности.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является технологическая схема переработки листостебельной массы трав [Инновационные технологии в пищевой промышленности: материалы IX Междунар. науч.-практ.конф., 7-8 октября 2010 г., г.Минск / ред. колл. В.Г.Гусаков и др. - Минск: РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», 2010. - С.236-239], предусматривающая измельчение и отжим листостебельной массы трав с получением жома, который высушивают в сушилке, и зеленого сока, который концентрируют в ультрафильтрационной установке, а затем сушат в сушилке с получением сухой белково-витаминной добавки.
Недостатками известного способа являются:
- ухудшение качества готового продукта, так как не предусмотрены «щадящие» температурные режимы обработки сырья;
- высокие энергозатраты и загрязнение окружающей среды вследствие того, что не используется теплота отработанных теплоносителей в контуре рециркуляции;
- дополнительные энергозатраты на процесс выпаривания сока в вакуум-аппарате;
- возможность возникновения окислительной порчи зеленого сока, так как не предусмотрен ввод антиокислителя.
Технической задачей изобретения является получение двух высококачественных готовых продуктов, а именно сухого жома и порошкообразного протеинового концентрата, снижение энергозатрат и улучшение экологичности при реализации данного способа.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений, характеризующийся тем, что предварительно измельченную массу зеленых растений отжимают в шнековом прессе с получением травяного жома и зеленого сока, затем зеленый сок направляют на фильтрование в фильтр, после которого твердую фракцию, т.е. осадок с фильтра, смешивают с травяным жомом, а очищенный зеленый сок с концентрацией сухих веществ 7…9% подогревают до температуры 50…55°С и подают в блок микрофильтрационных модулей для тонкой очистки, при этом образовавшийся осадок также смешивают с травяным жомом, а очищенный фильтрат направляют в накопительную емкость с одновременным вводом раствора антиокислителя, например, на основе 4-гидроксид-3,5-дитретбутилфенилпропионовой кислоты, такого как эхинолан-Б1, взятый в количестве 750 г/т, анок в количестве - 125 г/т, агидол кормовой в количестве - 140-200 г/т, эндокс в количестве - 100-125 г/т, рэндокс в количестве - 250-500 г/т и т.д., после чего фильтрат с антиокислителем концентрируют в блоке ультрафильтрационных модулей с керамическими мембранами до содержания сухих веществ в концентрате 25…35%, по мере необходимости блоки микрофильтрационных модулей и ультрафильтрационных модулей промывают и регенерируют, причем мойку и регенерацию микро- и ультрафильтрационных мембран проводят в CIP-станции в противотоке раствора кислоты и дезинфектора, в качестве которого может выступать раствор щелочи, используют при этом сильнощелочные препараты CALGONIT с концентрацией 0,5…2,0% и кислотное средство Divos 2 с концентрацией 0,5…1%, которые затем повторно используют в следующих циклах мойки и регенерации; полученный концентрат в распылительной сушилке высушивают атмосферным воздухом, нагретым до температуры 75…80°С, и получают порошкообразный протеиновый концентрат с влажностью 8…10%, а отработанный воздух после распылительной сушилки очищают в циклоне-очистителе от мелкодисперсной фракции, которую затем объединяют с порошкообразным протеиновым концентратом; травяной жом с влажностью 65…70% после шнекового пресса смешивают вместе с твердой фазой после фильтра и блока микрофильтрационных модулей и направляют в разрыхлитель и далее осуществляют сушку в вибросушилке перегретым паром атмосферного давления с температурой 120…130°С и скоростью 1,5…2,0 м/с в виброкипящем слое до влажности 10…12% в сухом травяном жоме; отработанный перегретый пар с температурой 103…105°С из вибросушилки направляют сначала в циклон-очиститель на очистку от мелкодисперсной фракции, которую объединяют с сухим травяным жомом, а затем очищенный отработанный перегретый пар разделяют на два потока, один из которых в количестве, равном количеству испаряемой влаги из травяного жома в вибросушилке, подают в подогреватель, где за счет теплоты конденсации осуществляют подогрев зеленого сока до температуры 50…55°С, а другой подают в пароперегреватель для его перегрева до температуры 120…130°С греющим паром, полученным в парогенераторе с температурой 145…150°С, и далее вентилятором возвращают в вибросушилку с образованием контура рециркуляции; при этом конденсат греющего пара с температурой 140…145°С после пароперегревателя отводят в калорифер, где происходит нагрев атмосферного воздуха за счет рекуперативного теплообмена через разделяющую стенку калорифера до температуры 75...80°С с последующим возвратом в парогенератор с образованием контура рециркуляции.
Технический результат изобретения заключается в получении двух высококачественных готовых продуктов, а именно сухого жома и порошкообразного протеинового концентрата, снижении энергозатрат и улучшении экологичности при реализации данного способа.
На фиг.1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ.
Схема содержит шнековый пресс 1; разрыхлитель 2; вибросушилку 3; переключатель потоков 4; пароперегреватель 5; вентилятор для перегретого пара 6; редукционный клапан 7; парогенератор 8; предохранительный клапан 9; калорифер 10; вентилятор для атмосферного воздуха 11; насос для возврата конденсата в парогенератор 12; фильтр 13; подогреватель 14; насос для подачи очищенного зеленого сока 15; блок микрофильтрационных модулей 16; накопительную емкость 17; циркуляционный насос для фильтрата 18; блок ультрафильтрационных модулей 19; распылительную сушилку 20; циклон-очиститель 21, 22; емкость для раствора кислоты 23; емкость для дезинфектора, в качестве которого может выступать раствор щелочи 24; насос 25, подающий моющие растворы и дезинфектор.
Способ комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений осуществляют следующим образом.
Предварительно измельченную массу зеленых растений отжимают в шнековом прессе 1 и получают травяной жом и зеленый сок. Причем травяной жом направляют в разрыхлитель 2. Зеленый сок направляют на фильтрование в фильтр 13 для очистки от волокнистых примесей. После фильтра 13 твердую фракцию, т.е. осадок с фильтра, смешивают с травяным жомом в разрыхлителе 2, а очищенный зеленый сок с содержанием сухих веществ 7…9% подают в подогреватель 14, где доводят его до температуры 50…55°С. Подогретый сок насосом 15 направляют в блок микрофильтрационных модулей 16 для тонкой очистки, в результате которой образовавшийся осадок подают в разрыхлитель 2, где образовавшийся осадок также смешивают с травяным жомом. За счет использования керамических мембран удаление твердой фракции с фильтрующей поверхности модулей 16 происходит за счет высокой скорости разделяемого потока. Очищенный фильтрат собирается в накопительной емкости 17, куда для увеличения сроков хранения готового продукта одновременно вводят раствор антиокислителя.
Антиокислитель используют для предотвращения окисления жиров, жирорастворимых витаминов, для замедления процесса разрушения питательных и биологически активных веществ. Используются промышленно доступные и эффективные биоантиоксиданты, например, на основе 4-гидроксид-3,5-дитретбутилфенилпропионовой кислоты, такие как эхинолан-Б1, взятый в количестве 750 г/т, анок в количестве - 125 г/т, агидол кормовой в количестве - 140-200 г/т, эндокс в количестве - 100-125 г/т, рэндокс в количестве - 250-500 г/т и т.д.
Из накопительной емкости 17 фильтрат циркуляционным насосом 18 нагнетается в блок ультрафильтрационных модулей 19 с керамическими мембранами, после которых фильтрат возвращают в накопительную емкость 17 и далее в блок ультрафильтрационных модулей 19 с образованием контура рециркуляции до тех пор, пока не будет достигнуто содержание сухих веществ 25…35% в концентрате.
Мойку и регенерацию микро- и ультрафильтрационных мембран в установках 16 и 19 проводят при помощи CIP-станции, состоящей из емкости 23 для раствора кислоты, емкости 24 для дезинфектора, в качестве которого может выступать раствор щелочи и подающего насоса 25. Мойку и регенерацию мембран осуществляют в противотоке. Отработанные растворы собирают в емкостях 23 и 24 и используют повторно в следующих циклах мойки и регенерации. Наиболее быстрый и эффективный результат достигается при использовании сильнощелочных препаратов CALGONIT с концентрацией 0,5…2,0% и кислотного средства Divos 2 с концентрацией 0,5…1% для удаления налета с мембран. Благодаря специально подобранному составу и большому содержанию поверхностно-активных веществ и хелатов достигаются прекрасные чистящие свойства и высокая экономичность в применении.
Образующийся в модулях 19 пермеат используют в технологических целях, а полученный концентрат подают в распылительную сушилку 20 для сушки атмосферным воздухом, нагретым до температуры 75…80°С.
На выходе из распылительной сушилки 20 получают порошкообразный протеиновый концентрат с влажностью 8…10%. Использование распылительной сушилки позволяет сократить продолжительность процесса сушки, которая составляет от 15 до 30 с. При этом температура частиц продукта в сушильной камере практически равна температуре испарения чистой влаги. Это связано с тем, что частицы имеют насыщенную поверхность. Сушка проходит практически мгновенно. В сочетании с невысокой температурой диспергируемых частиц продукта это позволяет получить высококачественный порошкообразный продукт. Такой метод сушки не вызывает денатурацию белков, окисления и потерь витаминов.
Отработанный воздух после распылительной сушилки 20 направляют на очистку в циклон-очиститель 21 от мелкодисперсной фракции, которую затем объединяют с порошкообразным протеиновым концентратом.
После шнекового пресса 1 травяной жом с влажностью 65…70% вместе с твердой фазой после фильтра 13 и блока микрофильтрационных модулей 16 направляют в разрыхлитель 2. Далее травянной жом подают в вибросушилку 3, где осуществляют его сушку перегретым паром атмосферного давления с температурой 120…130°С и скоростью 1,5…2,0 м/с в виброкипящем слое до влажности 10…12% в сухом травяном жоме.
Отработанный перегретый пар с температурой 103…105°С из вибросушилки 3 направляют сначала в циклон-очиститель 22 на очистку от мелкодисперсной фракции, которую объединяют с сухим травяным жомом, а затем очищенный отработанный перегретый пар переключателем потоков 4 разделяют на два потока. Один из потоков в количестве, равном количеству испаряемой влаги из травяного жома в вибросушилке 3, подают в подогреватель 14, где за счет теплоты конденсации осуществляют подогрев зеленого сока до температуры 50…55°С.
Другой поток направляют в пароперегреватель 5 для его перегрева до температуры 120…130°С греющим паром, полученным в парогенераторе 8 с температурой 145…150°С, и далее вентилятором 6 возвращают в вибросушилку 3 с образованием контура рециркуляции. Парогенератор 8 оснащен предохранительным клапаном 9 для предотвращения аварийных ситуаций и редукционным клапаном 7 для регулирования температуры греющего пара на выходе из парогенератора 8.
Образовавшийся конденсат греющего пара с температурой 140…145°С после пароперегревателя 5 отводят в калорифер 10, где происходит нагрев атмосферного воздуха за счет рекуперативного теплообмена через разделяющую стенку калорифера до температуры 75…80°С с последующим возвратом при помощи насоса 12 в парогенератор 8 с образованием контура рециркуляции. Подачу атмосферного воздуха в калорифер осуществляют с помощью вентилятора 11.
Пример реализации способа.
Способ реализован в производственных условиях на линии производительностью по исходной массе зеленых растений 1 т/ч. Для реализации способа комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений использован красный клевер.
Предварительно измельченную массу красного клевера отжимают в шнековом прессе и получают травяной жом и зеленый сок. Травяной жом направляют в разрыхлитель, а зеленый сок направляют на фильтрование в фильтр для очистки от волокнистых примесей.
После фильтра твердую фракцию, т.е. осадок с фильтра, смешивают с травяным жомом в разрыхлителе, а очищенный зеленый сок с содержанием сухих веществ 8% подают в подогреватель, где доводят его до температуры 55°С. Подогретый сок насосом направляют в блок микрофильтрационных модулей для тонкой очистки, в результате которой образовавшийся осадок подают в разрыхлитель, где образовавшийся осадок также смешивают с травяным жомом. Очищенный фильтрат собирается в накопительной емкости, куда для увеличения сроков хранения готового продукта одновременно вводят раствор антиокислителя, такого как анок, в количестве 125 г/т.
Из накопительной емкости фильтрат циркуляционным насосом нагнетается в блок ультрафильтрационных модулей с керамическими мембранами, после которых фильтрат возвращают в накопительную емкость и далее в блок ультрафильтрационных модулей с образованием контура рециркуляции до тех пор, пока не будет достигнуто содержание сухих веществ 30% в концентрате.
Мойку и регенерацию микро- и ультрафильтрационных мембран в установках проводят при помощи CIP-станции. Мойку и регенерацию мембран осуществляют в противотоке с помощью щелочного моющего средства CALGONIT SP 943 в концентрации 1% и кислотного средства Divos 2 с концентрацией 0,5%. Отработанные растворы собирают в емкостях для раствора кислоты и для раствора щелочи или дезинфектора и используют повторно в следующих циклах мойки и регенерации.
Образующийся в блоке ультрафильрационных модулей пермеат используют в технологических целях, а полученный концентрат подают в распылительную сушилку для сушки атмосферным воздухом, нагретым до температуры 75°С. На выходе из распылительной сушилки получают порошкообразный протеиновый концентрат с влажностью 9%.
Отработанный воздух после распылительной сушилки направляют на очистку в циклон-очиститель от мелкодисперсной фракции, которую объединяют с порошкообразным протеиновым концентратом.
После шнекового пресса травяной жом с влажностью 70% вместе с твердой фазой после фильтра и блока микрофильтрационных модулей направляют в разрыхлитель. Далее травянной жом подают в вибросушилку, где осуществляют его сушку перегретым паром атмосферного давления с температурой 120°С и скоростью 1,8 м/с в виброкипящем слое до влажности 10% в сухом травяном жоме.
Отработанный перегретый пар с температурой 103°С из вибросушилки направляют сначала в циклон-очиститель на очистку от мелкодисперсной фракции, которую объединяют с сухим травяным жомом, а затем очищенный отработанный перегретый пар переключателем потоков разделяют на два потока. Один из потоков в количестве, равном количеству испаряемой влаги из травяного жома в вибросушилке, подают в подогреватель, где за счет теплоты конденсации осуществляют подогрев зеленого сока до температуры 55°С.
Другой поток направляют в пароперегреватель для его перегрева до температуры 120°С греющим паром, полученным в парогенераторе с температурой 145°С, и далее вентилятором возвращают в вибросушилку с образованием контура рециркуляции. Парогенератор оснащен предохранительным клапаном для предотвращения аварийных ситуаций и редукционным клапаном для регулирования температуры греющего пара на выходе из парогенератора.
Образовавшийся конденсат греющего пара с температурой 140°С после пароперегревателя отводят в калорифер, где происходит нагрев атмосферного воздуха за счет рекуперативного теплообмена через разделяющую стенку калорифера до температуры 75°С с последующим возвратом при помощи насоса в парогенератор с образованием контура рециркуляции. Подачу атмосферного воздуха в калорифер и далее в распылительную сушилку осуществляют с помощью вентилятора.
Полученные готовые продукты анализируют. Данные анализа представлены в таблице 1.
Таблица 1
Показатель
Предлагаемый способ
Сухой жом
Порошкообразный протеиновый концентрат
1
2
Содержание, %
Сухого вещества
90
91
Сырого протеина
19
25
Продолжение таблицы
1
2
Сырой клетчатки
20
3
Обменная энергия, МДж/кг сухого вещества
Для птицы
6,4
14
Для КРС
10
13,2
Для свиней
9,6
15
Энергетический баланс
Расход электроэнергиик исходной массе сырья, кВт·ч/т
2,25
Расход пара к исходной массе сырья, т/т
0,566
Для определения эффективности применения полученных продуктов сухого жома и порошкообразного протеинового концентрата были сформированы группы птицы (контрольная и опытная) (таблица 2). Цыплята-бройлеры контрольной и опытной групп содержались в одном типовом помещении. Птицы обеих групп получали основной рацион, представленный полноценным комбикормом ПК-5 (с 1 по 4 неделю) и ПК-6 (5 неделя и старше). Дополнительно цыплятам-бройлерам опытной группы в основной рацион добавляли полученные продукты (сухой жом и порошкообразный протеиновый концентрат). Сохранность, динамика живой массы, среднесуточные приросты за период выращивания цыплят-бройлеров представлены в таблице 2.
Таблица 2
Показатели
Контрольная группа
Опытная группа
1
2
3
Динамика живой массы по
7 сутки
146,2
153,4
14 сутки
328,3
352,3
21 сутки
657,8
675,7
1
2
3
28 сутки
1204,6
1284,2
39 сутки
2103,2
2312,7
Сохранность, %
95,3
98,7
Среднесуточный прирост, г
53,9
59,3
Затраты корма на 1 голову, г
3710
3710
Конверсия корма
1,9
1,7
Из таблицы 2 видно, что скармливание сухого жома и порошкообразного протеинового концентрата обеспечило увеличение среднесуточных приростов живой массы на 9,1% по сравнению с контрольной группой. Сохранность птицы в опытной группе на 3,5% превысила этот показатель в контрольной группе. Это указывает на то, что цыплята-бройлеры из опытной группы отличались более высокой жизнеспособностью.
Если изменить технологические параметры и режимы сушки в сторону уменьшения или увеличения, это приведет к снижению качества готовых продуктов и повышению энергозатрат на их получение.
Если взять, например, антиокислитель анок в количестве менее 100 г/т, это может привести к окислительной порче продукта, следовательно, к образованию и накоплению токсических продуктов перекисных соединений, которые снижают питательную ценность корма, вызывают заболевания; увлечение вводимого антиокислителя более 150 г/т экономически не выгодно, может неблагоприятно сказаться на животных, привести к падежу скота.
Предлагаемый способ комплексной переработки протеинсодержащих зеленых растений по сравнению с известным способом позволяет:
- получить два высококачественных готовых продукта (сухой жом и порошкообразный протеиновый концентрат) за счет сохранения в них полезных веществ при сушке в «щадящих» температурных режимах;
- снизить энергозатраты и загрязнение окружающей среды за счет использования контуров рециркуляции по отработанному перегретому пару и конденсату греющего пара;
- исключить дополнительные затраты энергии на вакуум-выпарной аппарат вследствие того, что концентрирование сока осуществляется в менее энергоемких микро- и ультрафильтрационных модулях;
- избежать окислительной порчи зеленого сока за счет ввода антиокислителя в накопительную емкость.