СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОДСОЛНЕЧНОГО ИЛИ РАПСОВОГО ШРОТА (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR PROCESSING OF SUNFLOWER OR RAPE EXTRACTION CAKE (VERSIONS)

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к получению из производственного подсолнечного или рапсового шрота методом экстракции концентрата подсолнечного или рапсового белка (КПБ и КРБ), низкобелковых волокон (НБВ) и сахаридного сиропа (СС), используемых в следующих областях хозяйства:
- КПБ и КРБ - пищевая промышленность (белковые добавки), корма для животных, птицы и рыбы;
- НБВ - энергетика (сжигание), с/х (подстилка для скота);
- СС - пищевая промышленность (кондитерская промышленность, производство напитков); корма для животных, производство кормовых дрожжей, производство аминокислот.
В качестве сырья для переработки шрота по заявленной технологии используется шрот с содержанием белка 35-40% (по массе) и с остаточным содержанием жира не более 2%. Более высокое содержание жира может повлечь как изменение качества белкового концентрата (повышение содержания жира, появление «мыльного» вкуса), так и сокращение срока службы некоторых элементов (мембран) применяемого оборудования. Возможно использование шрота с меньшим относительным содержанием белка, однако при этом необходимо учитывать, что выход КПБ будет пропорционально ниже, а выход НБВ - выше.
Известен (патент RU №2340203, МПК A23J 3/14, A23J 1/14, опубликовано 10.12.2007) способ получения пищевого белкового изолята из подсолнечного шрота, включающий экстракцию белка из шрота (водным раствором хлористого натрия), отделение нерастворимого осадка фильтрованием для получения экстракта, извлечение белка, разделение центрифугированием твердой и жидкой фаз и сушку твердого остатка.
Известен двухстадийный способ получения белкового изолята из производственного подсолнечного шрота (Щербаков В.Г., Горшкова Л.М., Коваленко Н.П., Рубина Л.В., Кузниченко В.Н., Раковский П.П. О качественных показателях пищевого белка подсолнечника. - Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 1976. - №1. - С.154).
В известном способе белок из подсолнечного шрота экстрагируется в несколько стадий (сначала водным раствором хлористого натрия, а затем гидроксидом натрия), что дает большие потери белка в процессе использования нескольких экстрагентов в связи с многоступенчатостью процесса и требует использования большого количества технологических растворов. Кроме того, полученный белок обладает высоким содержанием фенольных соединений, затемняющих его цвет, а повышенное содержание хлора существенно ограничивает применение стандартного изготовленного из нержавеющей стали промышленного оборудования по причине активной коррозии нержавеющей стали при высоких концентрациях свободного хлора.
Общим недостатком вышеуказанных известных способов является изменение структуры белка в результате его извлечения из экстракта путем осаждения при обработке реагентом кислотного типа (водный раствор янтарной кислоты). Кроме того, следует заметить, что как для подсолнечника, так и для рапса способ получения белкового изолята посредством осаждения белка при изменении pH среды путем добавлении кислоты работает только на уровне лаборатории - частички осажденного подсолнечного белка настолько мелки, что осадить их при помощи промышленной декантерной центрифуги невозможно.
Задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента экономичных (оптимальных) технологий производства КПБ/КРБ, НБВ, СС высокого качества из побочных продуктов маслоэкстракционного производства.
Единый технический результат изобретения заключается в реализации указанного способа переработки подсолнечного и рапсового шрота с целью получения подсолнечного или рапсового белка (КПБ и КРБ), низкобелковых волокон (НБВ) и сахаридного сиропа (СС).
Указанный технический результат для первого варианта заявленного способа достигается за счет того, что способ переработки подсолнечного или рапсового шрота характеризуется:
выделением белка и углеводов из шрота путем введения в суспензию, приготовленную из смеси шрота с водой в соотношении 1:5-10, водного раствора щелочи 5-20% концентрации до установления показателя кислотности суспензии в интервале 8,5-9,5 pH с последующей выдержкой суспензии в течение 45-60 мин при температуре 45-55°C;
предварительной очисткой экстракта, где суспензия подается на декандер с получением экстракта и твердой фазы (кек, НБВ) для последующих сушки и гранулирования;
окончательной очисткой экстракта в высокоскоростном сепараторе с получением очищенного экстракта и твердой фазы (шлам) для последующих сушки и гранулирования;
предварительным извлечением белка ультрафильтрацией очищенного экстракта и окончательной концентрацией белка путем выпаривания из него влаги при низких температурах с последующей подачей белка на сушку с получением концентрата подсолнечного или рапсового белка (КПБ/КРБ);
предварительным извлечением прошедших через УФ мембранную установку углеводов на обратноосмотической фильтрационной установке с образованием сахаридного раствора и окончательной концентрацией углеводов путем выпаривания влаги с получением сахаридного сиропа (СС).
Указанный технический результат для второго варианта заявленного способа достигается за счет того, что способ переработки подсолнечного или рапсового шрота характеризуется:
выделением белка и углеводов из шрота путем введения в суспензию, приготовленную из смеси шрота с водой в соотношении 1:5-10, водного раствора щелочи 5-20% концентрации до установления показателя кислотности суспензии в интервале 8,5-9,5 pH с последующей выдержкой суспензии в течение 45-60 мин при температуре 45-55°C;
предварительной очисткой экстракта, где суспензия подается на первый декандер с получением твердой фазы (кек, НБВ), и экстракта, который смешивается с водой и подается на второй декандер с получением твердой фазы и экстракта;
окончательной очисткой экстракта, который получают смешиванием экстракта после прохождения первого декантера и экстракта, полученного после второго декантера, в высокоскоростном сепараторе с получением твердой фазы (шлам) и очищенного экстракта, при этом полученный шлам смешивают с твердой фазой (кек, НБВ) после второго декантера для последующей сушки и гранулирования;
предварительным извлечением белка ультрафильтрацией очищенного экстракта и окончательной концентрацией белка путем выпаривания из него влаги при низких температурах с последующей подачей белка на сушку с получением концентрата подсолнечного или рапсового белка (КПБ/КРБ);
предварительным извлечением прошедших через УФ мембранную установку углеводов на обратноосмотической фильтрационной установке с образованием сахаридного раствора и окончательной концентрацией углеводов путем выпаривания влаги с получением сахаридного сиропа (СС).
Перед экстракцией для интенсификации процесса производят очищение шрота путем удаления из него с помощью металлодетектора и/или вибрационных сит посторонних примесей.
Увеличение количества воды на одну часть шрота при приготовлении суспензии определяется возрастанием, с одной стороны, выхода белка и сахаров, а с другой - расходов на эксплуатацию и инвестиции на оборудование. Поэтому на практике оптимальным является соотношение шрота к воде 1:5-10.
В качестве водного раствора щелочи возможно использование, например, NaOH (каустик, гидроксид натрия) или КОН. Предпочтительный выбор NaOH или КОН обусловлен тем, что данные щелочи а) являются сильными (при требуемом меньшем количестве щелочи продукт чище), б) производятся промышленно, в) относительно недороги. Количественный показатель верхней границы указанного диапазона концентрации экстрагента позволяет избежать повреждения (денатурации) белка при настройке pH (кислотности) суспензии, при низких же показателях концентрации требуется большая емкость для приготовления раствора. Оптимальным является раствор экстрагента концентрацией 10-15%.
Рекомендуемое время выдержки суспензии в указанном диапазоне температур после добавления в нее экстрагента составляет 45-60 мин (экстракция стабильно повышается до времени выдержки 30-40 мин, потом растет очень медленно). При данных условиях большинство белков и углеводов выделяется в раствор. Выше указанных правых значений интервалов кислотности и температуры начинается денатурация белка.
Для повышения выхода экстракта на этапе очистки его от взвешенных частиц может быть использована дополнительная декантерная центрифуга, куда направляют смешанную с водой твердую фазу после первой декантерной центрифуги. При этом твердая фаза после второй декантерной центрифуги, как и после первой, направляется на сушку и гранулирование, а на высокоскоростной сепаратор подается смесь экстрактов после первой и второй декантерных центрифуг. Перед подачей твердой фазы после второй декантерной центрифуги на сушку и гранулирование к ней подмешивают твердую фазу с высокоскоростного сепаратора.
Сушку твердой фазы осуществляют, как правило, на дисковой сушилке, а для гранулирования используют экструдер.
На этапе очистки экстракта от взвешенных частиц возможно применение и иного, нежели декантерная центрифуга, центробежного оборудования, например саморазгружающихся высокоскоростных сепараторов. Однако декантеры дешевле и надежнее. Количество применяемых декантеров зависит от их производительности и типа.
Предлагаемая двухэтапная последовательная очистка экстракта с помощью декантерной центрифуги, а затем высокоскоростного сепаратора является наиболее технологичной и экономичной, так как она обеспечивает:
- переработку большого количества взвесей на входе в декантер,
- высокую чистоту экстракта на выходе из сепаратора,
- относительно низкие инвестиции.
Поры используемой для извлечения растворенного в экстракте белка УФ мембраны должны быть подобраны таким образом, чтобы пропускать воду и растворенные углеводороды и не пропускать молекулы белка. В результате белок концентрируется над поверхностью мембраны, а вода и растворенные углеводы проходят через мембрану. Возможные типы используемых УФ мембран: серии GR01-99РР или GR01-99PE производства Alfa Laval Nakskov A/S.
Концентрацию белка и сахаридов производят, как правило, на вакуумно-выпарной установке. Для упаковки сухого КПБ после распылительной сушки целесообразно использовать полуавтоматическую упаковочную линию. Для увеличения размера частиц сухой концентрат белка после распылительной сушки может быть агломерирован с «кипящим слоем».
Одновременно с извлечением растворенных в экстракте углеводов на OO фильтрационной установке (мембрана) осуществляется регенерация воды. Поры ОО фильтрационной установки подобраны таким образом, что пропускают только воду, а растворенные углеводы и другие сухие вещества концентрируются над поверхностью мембраны, образуя сахаридный раствор. Сахариды, предварительно сконцентрированные на ОО фильтрационной установке, подвергают ферментной обработке. Очищенная же вода, прошедшая через ОО мембрану, возвращается на производство. Объем регенерированной воды может составлять до 80% от общего потребления воды для технологических целей.
В качестве доказательств осуществления заявленного способа приводится поэтапное описание заявленного способа с указанием оптимальных показателей используемого сырья, компонентов и режимов, а также оборудования, которое может быть при этом использовано.
ПОДАЧА И ОЧИЩЕНИЕ ШРОТА
Шрот загружается при помощи автоматических погрузчиков в приемный бункер, откуда подается винтовыми конвейерами REM STC500 в экстракционные емкости. Перед подачей шрота в экстракционные емкости происходит удаление из него посторонних примесей (камней, дерева, металлов). Удаление металла производится при помощи автоматического модели Cassel Shark BD, а удаление неметаллических примесей - при помощи вибрационных сит модели FMC Link-Belt CS.
ЭКСТРАКЦИЯ БЕЛКА И УГЛЕВОДОВ
В экстракционных емкостях типа ALEV25 шрот перемешиваются с теплой водой в пропорции: одна доля шрота на 6 долей воды для образования суспензии. Суспензия поддерживается во взвешенном состоянии при помощи лопастных мешалок, установленных в экстракционных емкостях. В суспензию добавляется 10% водный раствор NaOH до установления показателя кислотности суспензии 9,5 pH, при этом температура экстракции поддерживается в диапазоне 45-55°C. Используемый 10% раствор NaOH получают в результате разбавления исходного широкораспространенного промышленного продукта - 45% NaOH.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА ЭКСТРАКТА
Из экстракционных емкостей суспензия перекачивается на декантерную центрифугу (декантер) Alfa Laval NX438B-31G. На декантерной центрифуге растворенные белки и углеводы отделяются от нерастворенных веществ (клетчатка, зола, нерастворенные белки и углеводы) за счет действия центробежных сил. Твердая фаза (кек, НБВ) после декантерной центрифуги смешивается с водой и подается на вторую декантерную центрифугу для максимального выделения растворенных веществ. Кек после второй декантерной центрифуги направляется на сушку и гранулирование. Экстракт после первой декантерной центрифуги смешивается с экстрактом после второй декантерной центрифуги и подается центробежным насосом на стадию окончательной очистки экстракта.
ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА ЭКСТРАКТА
Окончательное отделение нерастворенных веществ из экстракта производится на саморазгружающемся высокоскоростном сепараторе Alfa Laval Clara601S за счет действия центробежных сил. Твердая фаза с сепаратора (шлам) подмешивается к кеку после второй декантерной центрифуги перед подачей на сушку, а очищенный экстракт подается центробежным насосом Alfa Laval LKH-25 на стадию предварительной концентрации белка.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ БЕЛКА
Предварительная концентрация (извлечение) растворенного в экстракте белка производится на ультрафильтрационной (УФ) мембранной установке Alfa Laval UF system 10SEQ.
ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ БЕЛКА
Окончательная концентрация белка производится на вакуумно-выпарной установке ConVap2000, где происходит выпаривание влаги из продукта при низких температурах (для предотвращения коагуляции белка).
СУШКА И УПАКОВКА КПБ
Концентрированный белок подается на распылительную сушку для получения сухого КПБ, который затем упаковывается в 50-килограммовые мешки на полуавтоматической упаковочной линии.
СУШКА, ГРАНУЛЯЦИЯ И УПАКОВКА НБВ
Смесь кека после второго декантера с шламом подается на роторную сушилку BSM3000 для высушивания в потоке горячего воздуха, после чего подается на экструдер OGM 90 для получения гранул и затем упаковывается.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ САХАРИДОВ И РЕГЕНЕРАЦИЯ ВОДЫ
Растворенные углеводы (сахариды), прошедшие через УФ мембранную установку (сахариды), подаются на обратноосмотическую (OO) фильтрационную установку Alfa Laval RO system 20SEQ, где производится предварительная концентрация растворенных углеводов и регенерация воды.
ФЕРМЕНТНАЯ ОБРАБОТКА САХАРИДОВ
В случае применения в кормах животных сахариды, предварительно сконцентрированные на OO фильтрационной установке, подвергаются ферментной обработке для конвертации в моносахариды.
ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ И УПАКОВКА САХАРИДОВ
Окончательная концентрация сахаридов производится на вакуумно-выпарной установке Alfa Laval AlfaVap3000, где происходит выпаривание влаги из продукта (сахаридов) при низких температурах (во избежание карамелизации). Полученный после концентрации сахарный сироп упаковывается в полуасептические мешки.
Безразборная мойка (СИП) основного оборудования должна производиться два раза в сутки после 10 часов работы. Общая продолжительность каждого процесса СИП - 1.0-1.5 часа при мойке разных объектов параллельными линиями СИП. Для лучшей очистки поверхности мембран рекомендуется применять добавки химически активных веществ (ферментов).
Оптимальная температура экстракции составляет 45-55°C. Для нагрева процессной воды до указанной температуры предусматривается станция нагрева воды. Также предусмотрено оборудование для подачи воды в экстракционные емкости. Покупатель должен предусмотреть станцию водоподготовки для доведения химического состава воды до уровня питьевой воды по ГОСТ 2874-82.