Устройство разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма
DEVICE FOR SEPARATING AMARANTH SEED EMBRYOS FROM STARCHY PERISPERM

Заявленное изобретение относится к масложировой промышленности, а именно к устройствам отделения маслосодержащих частей семян, преимущественно зародышей амаранта от крахмалистого перисперма.
Известен способ переработки семян амаранта состоящий в разделении зародыша семян амаранта от крахмалистого перисперма. При этом способ переработки семян амаранта включающий очистку и измельчение семян дробилкой, разделение полученной смеси частиц на фракции по двум последовательным этапам: вначале первым решетом с диаметром отверстий 0,8 мм выделяют из смеси и отводят в сборник крахмальную фракцию, имеющую частицы размером более 0,8 мм; оставшуюся часть смеси вторым решетом с диаметром отверстий 0,5 мм разделяют на фракцию оболочек, имеющую частицы размером более 0,5 мм, и на фракцию зародышей, имеющую частицы размером менее 0,5 мм, и отводят разделенные фракции в отдельные сборники по патенту RU 2363724 С2, МПК С11В 1/00, С11В 1/06, С11В 1/10, «Способ переработки семян амаранта» - [1].
Недостатком известного способа [1] переработки семян амаранта, а также устройств для его реализации состоит в том, что для разделения семян амаранта используется дробилка, технологические принципы работы которой основаны на вероятностном характере разбивания семян на фракции, при котором размер фракций не однороден и на кусках разбитых семян остаются части неотделенного зародыша.
Прототипом заявленного устройства является устройство разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма для реализации способа по патенту на изобретение РФ: RU 2694971 С1 от 18.07.2019, МПК С11В 1/04 - [2].
Устройство разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма по способу [2] содержит расположенный в корпусе горизонтальный вращающийся диск (далее диск), на верхней поверхности которого находятся режущие кромки (для обрезки зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма), которые выполнены на впадинах или на выступах внешней поверхности горизонтального вращающегося диска (причем режущие кромки горизонтального вращающегося диска выполнены радиальными, как приведено на фиг. 1 и фиг. 2 прототипа [2]). Корпус снабжен патрубками: подачи цельных семян амаранта, выдачи неразрушенного крахмалистого перисмерма семян амаранта, выдачи обрезанных зародышей семян амаранта, подачи инертного газа. Подача необработанных семян (зерен) амаранта организована сверху на центр горизонтального вращающегося диска с режущими кромками, а прием обточенных семян (зерен) в виде крахмалистого перисперма и отделенных зародышей организована с периферии горизонтального вращающегося диска. Разделение семян амаранта и дальнейшая сепарация продуктов разделения организована в газовых потоках инертного газа. Прием обточенных семян в виде крахмалистого перисперма и их обрезанных зародышей по периферии горизонтального вращающегося диска, а также их сепарацию и дальнейшую транспортировку отсепарированных продуктов осуществляется при помощи газовых потоков.
Недостатком устройства разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма по способу [2], что было выявлено экспериментальным путем, является выполнение на верхней поверхности диска радиальных режущих кромок. Радиальное выполнение режущих кромок для обрезки зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма имеет два недостатка:
- во первых нет задержки семян (зерен) на верхней поверхности диска, и они не успеваю пройти разделение;
- во вторых происходит «забивание» режущих кромок жирными пылевыми остатками зародышей амаранта.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышения эффективности разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма. Технический результат достигается путем более длительной обработки (разделения) семян амаранта на режущих кромках диска и уменьшение (исключение) забивания режущих кромок жирными пылевыми остатками зародышей амаранта путем выполнения режущих кромок спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска.
При обработке (разделении) семян амаранта на спиралеобразных режущих кромках с изгибом, направленным в сторону вращения диска на семена (зерна) амаранта дополнительно к окружным воздействиям прилагаются усилия направленные к центру диска, что замедляет радиальные скорости семян (зерен) и большую длительность их обработки при заданной скорости вращения диска. При этом процесс срезания спиралеобразными режущими кромками зародышей амаранта с его семян (зерен) происходит по касательной, и при этом сами семена (зерна) скользят по спиралеобразными режущими кромкам и тем самим очищают последние от жирных пылевых остатков зародышей амаранта.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что устройство разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма содержит корпус, внутри которого установлен горизонтальный вращающийся диск с режущими кромками в виде впадин или выступов, выполненных на его верхней поверхности, корпус снабжен патрубками: - подачи цельных семян амаранта, - выдачи неразрушенного крахмалистого перисмерма семян амаранта, - выдачи обрезанных зародышей семян амаранта, - подачи инертного газа. Подача необработанных цельных семян амаранта организована сверху на центр горизонтального вращающегося диска с режущими кромками, прием обточенных семян в виде крахмалистого перисперма и отделенных зародышей организована с периферии горизонтального вращающегося диска. Разделение семян амаранта и дальнейшая сепарация продуктов разделения организована в газовых потоках инертного газа. При этом расположенные на верхней поверхности горизонтального вращающийся диска режущие кромки выполнены спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска.
Также как и в способе-прототипе [2], в заявленном устройстве вместо одного инертного газа (например, азота) может быть использована смесь инертных газов (например, азота и аргона или других) смеси инертных газов. Также, может быть применена смесь инертного газа (азота или другого инертного газа и/или их смесей) с небольшой примесью воздуха (кислорода), что неизбежно при загрузке семян амаранта на переработку.
Термин «обрезка» зародышей семян амаранта от их крахмалистого перисперма может быть выражена синонимами слова «обрезка»: обточка, обдирка, шлифовка, очистка, лущение. Однако она предполагает то, что тело крахмалистого перисперма семян амаранта остается цельным, преимущественно близкой к шарообразной форме, а обрезанные зародыши семян амаранта, отсепарированные в дальнейшем от их крахмалистого перисперма поступают на дальнейшую переработку, в частности для холодного отжима масла. Принцип работы заявленного устройства разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма основан на контролируемом характере разделения семян на фракции, при котором размер фракций преимущественно однороден, что позволят производить более эффективную дальнейшую переработку и использование полученных фракций.
Это позволит более эффективно из отдельных отделенных частей зародышей получать масло амаранта, а из неразрушенный крахмалистый перисперм с обрезанными зародышами использовать как самостоятельный продукт - например, как крупку для каши.
Ограничительные признаки формулы заявленного изобретения: «Устройство разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма содержит корпус, внутри которого установлен горизонтальный вращающийся диск с режущими кромками в виде впадин или выступов, выполненных на его верхней поверхности, корпус снабжен патрубками: - подачи цельных семян амаранта, - выдачи неразрушенного крахмалистого перисмерма семян амаранта, - выдачи обрезанных зародышей семян амаранта, - подачи инертного газа, при этом подача необработанных цельных семян амаранта организована сверху на центр горизонтального вращающегося диска с режущими кромками, прием обточенных семян в виде крахмалистого перисперма и отделенных зародышей организована с периферии горизонтального вращающегося диска, а разделение семян амаранта и дальнейшая сепарация продуктов разделения организована в газовых потоках инертного газа» являются общими для устройства реализующего способ - прототип [2], а также заявленного усовершенствованного устройства, которое позволяет повысить эффективность процесса разделения семян амаранта, и как следствие эффективность дальнейшего полезного использования продуктов разделения зерновки (цельных семян) амаранта.
Отличительный признак формулы изобретения «расположенные на верхней поверхности горизонтального вращающийся диска режущие кромки выполнены спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска» позволяет существенно повысить эффективность переработки зерновки семян амаранта. Разработанное в ОАО «Авангард» устройство для реализации технология по способу [2] позволяет выполнить разделение семян амаранта (зародыш / крахмалистый перисперм) в пропорциях 20% на 80%, что превышает достигнутый мировой уровень. Заявленное устройство дополнительно позволяет увеличить эффективность обработки более длительной обработкой каждого подаваемого семян амаранта на режущих кромках со спиралеобразными с изгибами, направленными в сторону вращения диска. При этом спиралеобразными режущие кромки имеют существенно большую длину, чем радиальные режущие кромки. Дополнительно эффективность обработки увеличивается за счет уменьшения к минимуму, то есть исключением процесса забивания (загрязнения) режущих кромок (выполненных спиралеобразными с изгибами, направленными в сторону вращения диска) жирными пылевыми остатками зародышей амаранта. Эффективность заявленного устройства повышается за счет того, что обрабатываемые семена амаранта более длительно обрезаются спиралеобразными режущими кромками и фактически скользят по спиралеобразных режущих кромках попутно их очищая.
Преимуществом семян амаранта перед другими традиционными культурами является высокое содержание легкоусвояемого белка (16…20%) со сбалансированным соотношением аминокислот и масла (6…8%) с высокой концентрацией ненасыщенных жирных кислот содержащего биологически активные компоненты: жирорастворимые витамины, фитостеролы, антиоксиданты, сквален. В виду того, что отделенные зародыши при обработке получаются в виде пыли, частички которой имеют (по сравнению с зерновкой семян амаранта) существенно большую поверхность соприкосновения с окружающей газовой средой, то обработка в воздушной среде приведет к очень быстрому насыщению зародышей кислородом, и как следствие к снижению качества получаемых продуктов разделения. Поэтому, как и в прототипе, разделение семян амаранта и дальнейшая сепарация продуктов разделения организована в газовых потоках инертного газа.
На фигурах представлены графические материалы, а именно:
На фиг. 1 представлен эскиз заявленного устройства разделения зародышей семян амаранта от крахмалистого перисперма (вид с вырезом).
На фиг. 2 схематично изображен (вращающийся) горизонтальный диск с нанесенными на его верхнюю поверхность радиальными режущими кромками и зерновки семян амаранта.
На фиг. 3 - фотография заявленного устройства.
На фиг. 4а) и 4б) - схематичный вид поперечного и продольного разрезов одной зерновки (семени) амаранта.
На фиг. 5 - фотография диска заявленного устройства с режущими кромками (в виде впадин), выполненных спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска.
На фигурах обозначены: 1 - диск (горизонтальный вращающийся), с возможностью вращения в горизонтальной плоскости с вертикальной осью вращения; 2 - режущие кромки диска (1), выполненные спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска, режущие кромки могут быть выполнены как на выступах, так и на впадинах (канавках) на верхней поверхности диска (1); 3 - семена амаранта, которые при вращении диска (1) поступают (в тоже время обрезаются от зародышей) от центра диска (1) к его периферии; 4 - корпус устройства для реализации заявленного способа; 5 - патрубок подачи цельных семян амаранта в корпус (4); 6 - парубок корпуса (4) устройства для выдачи неразрушенного крахмалистого перисперма обрезанных (обточенных) цельных семян амаранта (3); 7 - патрубок устройства (4 для выдачи обрезанных (обточенных) зародышей из цельных семян 3 амаранта; 8 - патрубок корпуса 4 устройства для подачи в него инертного газа (или смеси инертных газов и/или инертного газа с воздухом), необходимого для организации обрезки зародышей от крахмалистого перисперма семян амаранта режущими кромками рабочего инструмента от их зародышей в газовой среде (например, инертного газа), а также для дальнейшей сепарации и доставки продуктов разделения соответственно в патрубки (7) и (6); 9 - семенная оболочка зерновки семян амаранта; 10 - крахмалистый перисперм зерновки семян амаранта; 11 - семядоля; 12 - прокамбий; 13 - корешок зародыша; 14 - кончик корня; 15 - эндосперм; 16 - сосудистый пучок.
Устройство содержит корпус (4), в котором установлен горизонтальный (вращающийся) диск (1) с вертикальной осью вращения. Диск (1) установлен на вертикальном валу в подшипниковом узле и имеем внешний управляемых по скорости вращения электрический привод (на фигурах графических материалов не показаны). Режущие кромки (2) диск (1) могут быть выполнены как на выступах, так и на впадинах (канавках) на верхней поверхности диска (1). Режущие кромки (2), горизонтального (вращающегося) диска (1) выполнены спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска. Вверху над корпусом (4) устройства установлен патрубок подачи цельных семян амаранта (5) - (приемный патрубок) для цельных семян (3) амаранта (зерновки амаранта). Корпус устройства (4) также содержит парубок (6) для выдачи неразрушенного крахмалистого перисперма обрезанных (обточенных) цельных семян амаранта, патрубок (7) - выдачи обрезанных (обточенных) зародышей (13) из цельных семян (3) амаранта, а также патрубок (8) для подачи в него воздуха ли инертного газа.
Работа заявленного устройства разделения зародышей семян (3) амаранта от их крахмалистого перисперма (10) состоит в том, что для разделения крахмалистого перисперма семян (3) амаранта от их зародышей (13) используют обрезку зародышей (13), а более точно корешков зародышей (13) (составляющих более 90% объема зародышей) режущими кромками (2) рабочего инструмента, в качестве которого выступает горизонтальный (вращающийся) диск (1) с вертикальной осью вращения. По известной терминологии цельные необработанные семена (3) амаранта могут также называться зерновкой амаранта, что одно и то же. Данное утверждение подтверждается Диссертацией и авторефератом на тему «Разработка технологии разделения зерна амаранта на анатомические части и получения из них нативных продуктов». Тема диссертации и автореферата по ВАК 05.18.01, кандидат технических наук Смирнов Станислав Олегович, disserCat - научная электронная библиотека (http://www.dissercat.com/content/razrabotka-tekhnologii-razdeleniya-zema-amaranta-na-anatomicheskie-chasti-i-polucheniya-iz-) - [3]. В состав срезаемых зародышей (13), также входят семенная оболочка (9) зерновки семян амаранта, семядоля (11), прокамбий (12), кончик корня (14), эндосперм (15), сосудистый пучок (16). При этом обрезка крахмалистого перисперма (10) семян (3) амаранта от их зародышей (13) кромками (2) рабочего инструмента производится в корпусе (4) заявленного устройства в среде инертного газа. Цельные семена (3) амаранта попадают сверху по центру на поверхность вращающегося диска (1) с режущими кромками (2), выполненными спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диск. При этом семена амаранта (3) под действием центробежной силы передвигаются к краю диска (1). В процессе движения семян (3) амаранта к краю диска (1), они обтачиваются режущими кромками (2). При этом, семена амаранта (3), из-за выполнения режущих кромок диска (1) спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска, обрезаются более длительное время, что повышает эффективность разделения (обрезания). При этом, обрабатываемые семена амаранта (3) более длительно обрезаются спиралеобразными режущими кромками, которые при вращении частично возвращают семена амаранта к центру диска (1). При обработке (разделении) семена амаранта (3) фактически скользят по спиралеобразных режущих кромках попутно их очищая, чем предотвращают «забивку» (засорение) жирными пылевыми остатками зародышей амаранта. Обточенные семена в виде крахмалистого перисперма (10) и отделенные зародыши (3) в виде пыли принимают по периферии вращающегося диска (1) на сепарацию.
Изменение скорости вращения горизонтального вращающегося диска (1), «с обрезкой зародышей семян (3) амаранта от их крахмалистого перисперма (10)» позволят контролируемо разделять семена на фракции. При этом размер фракций разделения будут преимущественно одинаковыми (однородными), что исключает вероятностный характер разбивания (разделения) семян (3) амаранта на фракции, при котором размер фракций не однороден и на кусках разбитых семян (3) будут оставаться части неотделенных зародышей (13).
Практическая работа заявленного устройства заключается в обрезке (обточке) элементов зародыша, находящихся на поверхности семян амаранта режущими кромками вращающегося диска.
Из патентной литературу широко известны способы и устройства для их реализации по шлифовке и обрезания верхнего слоя семян, зерен и т.д,. в том числе и при помощи горизонтально вращающегося диска, например «Дисковое устройство для шлифования семян сахарной свеклы» по патенту на полезную модель RU 162270 U1 от 10.06.2016, МПК А01С 1/00 - [4]. Однако данные технические решения не предназначены для обработки семян амаранта, и непосредственно в своем известном применении не могут быть использованы для разделения семян амаранта на зародыши и крахмалистый перисперм.
Отличительный признак: «расположенные на верхней поверхности горизонтального вращающийся диска режущие кромки выполнены спиралеобразными с изгибом, направленным в сторону вращения диска» позволяет раскрыть конкретную возможность усовершенствования устройства, позволяющим повысить эффективность устройства в целом. При этом, заявленное техническое решение позволяет создать высокоэффективное устройство по переработки семян амаранта, в которых от семян амаранта контролируемо отделяют части его зародыша содержащие масло, а тело крахмалистого перисперма остается целым, что позволяет, во-первых увеличить процент содержания масла в отделенной от крахмалистого перисперма массе, а во-вторых позволяет получить высококачественный продукт в виде крупки из целиком сохраненного крахмалистого перисперма.
Также достигается дополнительный экономический эффект тем, что заявленное техническое решение позволяет существенно увеличить эффективность работы устройства, и следовательно повысить качество обработки семян амаранта, а также исключить простои устройства, необходимые ранее для очистки режущих кромок горизонтального вращающегося диска.
Литература
1. Патент RU 2363724 С2 от 10.08.2009, МПК С11В 1/00, С11В 1/06, C11B 1/10, Способ переработки семян амаранта.
2. Патент RU 2694971 С1 от 18.07.2019, МПК С11В 1/04, Способ переработки семян амаранта с сохранением тела крахмалистого перисперма - прототип.
3. http://www.dissercat.com/content/razrabotka-teklmologii-razdeleniya-zerna-amaranta-na-anatomicheskie-chasti-i-polucheniya-iz-. Диссертация и автореферат на тему «Разработка технологии разделения зерна амаранта на анатомические части и получения из них нативных продуктов». Тема диссертации и автореферата по ВАК 05.18.01, кандидат технических наук Смирнов Станислав Олегович, disserCat - научная электронная библиотека.
4. Патент RU 162270 U1 от 10.06.2016, А01С 1/00, Дисковое устройство для шлифования семян сахарной свеклы.