Способ комплексной переработки травы зверобоя и технологическая линия для его осуществления
METHOD FOR THE COMPLEX PROCESSING OF ST. JOHN'S WORT AND A TECHNOLOGICAL LINE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способам получения растительных экстрактов с высоким выходом экстрактивных веществ, с последующим высушиванием полученного травяного жома, который может использоваться в комбикормовой промышленности, а сам экстракт при производстве мучных кулинарных, хлебобулочных и других изделий.
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 получения сухого экстракта (патент РФ 2192272) с применением в качестве адсорбента сухих измельченных морских водорослей ламинарии сахаристой (Laminaria saccharina) и фукуса пузырчатого (Fucus vesiculosus). Недостатком способа является продолжительная сушка - до 24 часов.
Известны способы получения сухого экстракта (патенты РФ 2067452, 2116797, 2173557), в которых экстракцию проводят ацетоном, этиловым спиртом, водно-спиртовой смесью. К недостаткам известных способов следует отнести применение органических пожароопасных жидкостей, которые требуют соблюдения строгих мер безопасности и повышают стоимость готового экстракта, а также невозможность использования полученных экстрактов в пищевой промышленности в связи с наличием спиртов, фенолов, эфиров и других растворителей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения сухого растительного экстракта зверобоя продырявленного (Патент РФ 2541134, A61K 36/38, B01D 11/02, опубл. 20.06.2014), включающий в себя измельчение растительного сырья, экстракцию водой, фильтрацию экстракта, упаривание его в роторном вакуумном испарителе и сушку остатка до постоянного веса в сушильном шкафу при определенных условиях.
Однако способ реализован на лабораторном оборудовании и для его промышленного применения необходима поточная линия, в которой технологический цикл получения экстракта и сухого остатка предусматривает распределение энергетических потоков для осуществления энергоемких процессов с минимальными затратами на единицу массы получаемых целевых продуктов; 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 и предотвращения негативного экологического воздействия на окружающую среду.
Технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности и экологической безопасности способа комплексной переработки травы зверобоя и технологической линии для его осуществления, обеспечивающей приготовление экстракта травы зверобоя с последующей сушкой полученного жома при максимальной рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов.
Поставленная техническая задача решается тем, что способ для комплексной переработки травы зверобоя предусматривает мойку травы зверобоя теплой водой с температурой 35-40°С, которую затем направляют на фильтрование, подогревают и возвращают на мойку с образованием контура рециркуляции; а чистую траву зверобоя измельчают и вместе с горячей водой с температурой 90-95°С в соотношении 1:20 подают на экстрагирование при температуре 85-90°С, при этом полученный экстракт биологически активных веществ используют в дальнейшей переработке, а полученный травяной жом отжимают до влажности 60-65%, разрыхляют и сушат в виброкипящем слое перегретым паром при давлении 0,02-0,03 МПа и температуре 80-90°С до влажности 9-11%, причем отработанный перегретый пар после сушки с температурой 65-75°С делят на два потока, один из которых перегревают до температуры 80-90°С посредством рекуперативного теплообмена с греющим паром с температурой 100-105°С, и далее возвращают на сушку с образованием контура рециркуляции, а другой поток в количестве испаряемой влаги из травяного жома направляют сначала на очистку от мелкодисперсной фракции, а затем конденсируют; при этом теплоту конденсации используют для подогрева воды до температуры 45-50°С, которую используют для рекуперативного теплообмена с водой, подаваемой на мойку травы зверобоя с заданным температурным режимом; полученный конденсат отработанного перегретого пара после сушки травяного жома с температурой 60-70°С объединяют с конденсатом, образовавшимся после подготовки теплой воды для мойки травы зверобоя и генерируют посредством преобразования электрической энергии в тепловую с получением греющего пара с температурой 100-105°С, который делят на два потока, один из которых направляют на равномерное распределения температуры в процессе водной экстракции по всему объему измельченной травы зверобоя с отводом образовавшегося конденсата греющего пара с температурой 95-100°С на получение теплой воды, используемой для мойки травы зверобоя, а другой поток греющего пара направляют на перегрев отработанного перегретого пара после сушки до температуры 80-90°С за счет теплоты конденсации, при этом образовавшийся конденсат греющего пара в виде горячей воды с температурой 90-95°С подают вместе с измельченной травой зверобоя на экстрагирование; технологическая линия для осуществления комплексной переработки травы зверобоя содержит моечную машину, измельчитель, экстрактор, шнековый пресс, разрыхлитель, вибрационную сушилку, пароперегреватель, парогенератор, два параллельно установленных и попеременно работающих фильтра в режиме разделения с отводом фильтрата и выводом осадка и в режиме противоточной регенерации водой для восстановления пропускной способности фильтрующих перегородок, фильтр-циклон, конденсатор, теплообменник, вентилятор, насосы и разделители потоков; при этом за счет электроэнергии в парогенераторе образуются греющий пар с температурой 100-105°С, одну часть которого используют в паровой рубашке экстрактора для поддержания температурного режима 85-90°С, а другую в пароперегревателе, где за счет теплоты конденсации осуществляют нагрев отработанного перегретого пара после вибрационной сушилки от температуры 65-75°С до 80-90°С в контуре рециркуляции; образовавшийся конденсат греющего пара после экстрактора с температурой 95-100°С подают в теплообменник для нагрева воды до температуры 35-40°С, которую используют в моечной машине для мойки травы зверобоя, а образовавшийся конденсат греющего пара после пароперегревателя с температурой 90-95°С направляют в экстрактор вместе с измельченной травой зверобоя; часть отработанного перегретого пара после вибрационной сушилки в количестве равном испаряемой влаги из травяного жома с температурой 65-75°С подают в фильтр-циклон для очистки и далее в конденсатор для нагрева воды до температуры 45-50°С, используемой в водяной рубашке моечной машины для поддержания температурного режима в ней 35-40°С.
На фиг. 1 представлена схема линии, реализующая предлагаемый способ.
Схема содержит моечную машину 1, измельчитель 2, экстрактор 3, шнековый пресс 4, разрыхлитель 5, вибрационную сушилку 6, пароперегреватель 7, парогенератор 8, фильтры 9, фильтр-циклон 10, конденсатор 11, теплообменник 12, вентилятор 13, насосы 14, 15, 16, 17, 18, разделители потока 19, 20, 21, вентиль для подпитки воды 22 и предохранительный клапан 23.
Реализация способа и работа линии осуществляются следующим способом.
Траву зверобоя загружают в моечную машину 1, где осуществляется ее мойка теплой водой с температурой 35-40°С, которую затем направляют для фильтрования на один из фильтров 9 до снижения его пропускной способности, после чего с помощью разделителя потоков 19 воду направляют на второй фильтр 9, а первый очищают от частиц травы и других загрязнений. Таким образом обеспечивается непрерывная очитка воды после мойки травы зверобоя.
Чистая вода после обоих фильтров с помощью насоса 14 направляется в теплообменник 12, где подогревается до температуры 35-40°С и вновь отправляется в моечную машину 1 на мойку травы зверобоя с образованием контура рециркуляции. В случае снижения уровня воды в системе, осуществляют ее пополнение через вентиль для подпитки воды 22.
Чистую траву зверобоя измельчают в измельчителе 2 и осуществляют процесс экстрагирования биологически активных веществ водой с температурой 90-95°С в экстракторе 3 в соотношении 1:20.
В результате экстрагирования травы зверобоя получают экстракт биологически активных веществ, который можно использовать в пищевой промышленности при производстве безалкогольных напитков, мучных кулинарных и хлебобулочных изделий. Жом травы зверобоя отжимают в шнековом прессе 4 до влажности 60-65% сухих веществ, при этом жидкую часть соединяют с экстрактом, а отжатую траву разрыхляют разрыхлителем 5 и отправляют на сушку.
Сушку отжатой травы осуществляют в вибрационной сушилке 6 перегретым паром при давлении 0,02-0,03 МПа и температуре 80-90°С до влажности 9-11%.
Отработанный перегретый пар после сушки с температурой 65-75°С через разделитель 21 отводят по двум потокам, один из которых перегревают в пароперегревателе 7 до температуры 80-90°С греющим паром с температурой 100-105°С и возвращают вентилятором 13 на сушку с образованием контура рециркуляции, а другой поток отработанного перегретого пара после сушилки в количестве испаряемой из травяного жома влаги сначала направляют в фильтр-циклон 10 для очистки от мелкодисперсной фракции, а затем конденсируют в конденсаторе 11. Теплоту конденсации используют для подогрев воды до температуры 45-50°С и насосом 17 подают в водяную рубашку моечной машины 1 для стабилизации температурного режима процесса мойки травы зверобоя с возвратом воды в конденсатор 11 в режиме замкнутого цикла.
Конденсат отработанного перегретого пара с температурой 60-70°С насосом 16 подают из конденсатора 11 в парогенератор 8 для получения греющего пара с температурой 100-105°С за счет электроэнергии.
Греющий пар разделителем потоков 20 делят на два потока, один из которых направляют в паровую рубашку экстрактора 3 на равномерное распределения температуры процесса водной экстракции по всему объему измельченной травы зверобоя. Образовавшийся при этом конденсат греющего пара с температурой 95-100°С подают насосом 18 в теплообменник 12 для получения теплой воды, используемой для мойки травы зверобоя. Другой поток греющего пара направляют в пароперегреватель 7 на перегрев отработанного перегретого пара после сушилки 6 до температуры 80-90°С за счет теплоты конденсации, при этом образовавшийся конденсат греющего пара в виде горячей воды с температурой 90-95°С насосом 15 подают вместе с измельченной травой зверобоя в экстрактор 3.
В случае технологических и аварийных сбоев в работе парогенератора 8, связанных с возможным увеличением давления насыщенного водяного пара в его рабочем объеме, предусмотрен предохранительный клапан 23.
Таким образом, предлагаемый способ комплексной переработки травы зверобоя и технологическая линия для его осуществления имеют следующие преимущества по сравнению с прототипами:
- позволяют снизить удельные энергозатраты на 10-15% за счет максимальной утилизации и рекуперации вторичных энергоносителей в замкнутых термодинамических циклах по материальным и тепловым потокам;
- позволяют получить экстракт биологически активных веществ травы зверобоя и сухой жом травы зверобоя, вследствие комплексной переработки растительного сырья для различных нужд пищевой промышленности;
- максимально повысить экологическую безопасность за счет исключения выброса отработанных теплоносителей в окружающую атмосферу.