СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГОРЧИЧНОГО ЖМЫХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК A23K1/14 

Группа изобретений относится к пищевой промышленности и может быть использована при утилизации отходов горчично-маслобойного производства для получения высокопротеиновой кормовой добавки, обезвреженной и обогащенной ионами натрия и аскорбиновой кислотой.

Известен способ утилизации отходов горчично-маслобойного производства, включающий увлажнение отходов водой, перемешивание, подогрев, выдерживание увлажненных отходов для удаления паров воды с эфирными горчичными маслами, получение сухого продукта (см. описание к патенту Российской Федерации №2099972, A23L 1/225, опубл. 27.12.1997).

В известном способе водную суспензию готовят при соотношении отходов и воды 1:6+1:10 с подогревом до 45-50°C в течение не менее 15 мин. Последующую обработку острым паром ведут в течение 40-45 минут, полученный продукт подают на распылительную сушилку для сушки при 105-120°C в течение 4 секунд.

Известный способ предусматривает приготовление водной суспензии с использованием большого объема воды. Энергетических затрат требует нагрев водной суспензии до температуры 45-50°C и последующая обработка острым паром в течение 40 минут. Такая обработка необходима для того, чтобы удалить опасные антипитательные вещества, содержащие эфирные горчичные масла. При продувке паром продукт должен быть нагрет через стенку аппарата до температуры от 100°C и выше, так как в этом случае начинается испарение воды, с парами которой уносятся эфирные горчичные масла. Длительность стадии обработки острым паром свидетельствует о длительности всего процесса в целом и также сказывается на его затратах. После улавливания образовавшихся легколетучих антипитательных веществ оставшийся объем необходимо высушить для получения кормовой добавки, что неэкономично из-за использования при приготовлении водной суспензии большого количества воды. Распылительная сушка суспензий отличается высокой энергоемкостью и традиционно применяется при сушке дорогостоящих пищевых продуктов.

Кроме того, возможно наличие нитрилов и их производных в конечном продукте. Экстракция и промывка твердых побочных продуктов горчично-маслобойного производства приводит к потере водорастворимой части белка, высокая температура острого пара приводит к денатурации белковой части, тем самым обедняя кормовую ценность твердого остатка.

Известен способ утилизации отходов горчично-маслобойного производства, принятый в качестве прототипа, включающий увлажнение отходов водой, перемешивание, подогрев, выдерживание увлажненных отходов для удаления паров воды с эфирными горчичными маслами (см. описание к патенту РФ №2360432, МПК A23K 1/00, опубл. 10.07.2009).

К недостаткам известного способа относится его энергоемкость из-за использования двух аппаратов с очень мощными электродвигателями. Кроме того, в зависимости от pH увлажненных отходов процесс в известном способе может пойти по пути образования нитрилов и их производных, имеющих высокую токсичность, вместо аллилизотиоцианата (АИТЦ).

Задачей и техническим результатом предлагаемого способа является увеличение степени очистки кормового продукта от эфирных горчичных масел, повышение пищевой ценности получаемой кормовой добавки и снижение энерго- и временных затрат.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки горчичного жмыха, включающем увлажнение жмыха водой при перемешивании, подогрев, выдерживание увлажненного жмыха для удаления паров воды с эфирными горчичными маслами и последующую сушку под вакуумом, имеются отличия, а именно жмых предварительно измельчают до размера 0,6-0,8 мм, увлажнение производят методом распыления подогретым до температуры 65-70°C водным раствором, водным раствором, содержащим аскорбиновую кислоту и поваренную соль, при соотношении вода : (аскорбиновая кислота и поваренная соль), равном 400:1, при этом соотношение аскорбиновой кислоты к поваренной соли равно 1:4, при весовом соотношении жмыха к воде, равном 2,7:1, выдерживание увлажненного жмыха осуществляют в течение 30-35 минут при избыточном давлении 1,2 атм и дополнительно проводят обработку ультразвуком в течение 5-10 минут одновременно с увлажнением и сушкой под вакуумом.

Предлагаемый способ позволяет получить сыпучий продукт, обогащенный ионами натрия и аскорбиновой кислотой, удалить из горчичного жмыха изотиоцианаты, вредные для животных, и сохранить аминокислотный состав жмыха в нативном состоянии без их денатурации, а также предотвратить образование нитрилов и их производных, имеющих высокую токсичность, за счет увлажнения водным раствором, содержащим поваренную соль и аскорбиновую кислоту, обеспечивающими смещение pH в сторону щелочной среды;

- активизировать процессы увлажнения и сушки за счет подачи воды в мелкодисперсном состоянии и использования ультразвука с мощность не менее 600 ВА на стадии увлажнения и сушки, способствующего большему проникновению воды при процессе смачивания и более полному гидролизу при меньшем количестве воды и меньшем количестве времени;

- снизить энергетические и временные затраты при сушке за счет снижения количества воды до 25%;

- снизить себестоимость за счет использования вместо двух одного аппарата-гидролизера.

Способ реализуют следующим образом.

Подогретый до 50°C, измельченный жмых до 0,6-0,8 мм увлажняют подогретым до температуры 65-70°C водным раствором.

Предварительно приготовленный водный раствор содержит аскорбиновую кислоту и поваренную соль, взятые в соотношении вода : (аскорбиновая кислота и поваренная соль), равном 400:1, при весовом соотношении жмых к воде, равном 2,7:1, и при соотношении аскорбиновой кислоты к поваренной соли, равном 1:4.

Одновременно с подачей воды производят перемешивание и обработку ультразвуком с мощностью 600 ВА (интенсивность колебаний не менее 140 дБ) в течение 10-15 минут.

Затем обработку ультразвуком прекращают и в течение 30-35 минут идет гидролиз при избыточном давлении 1,2 атм.

После окончания гидролиза давление сбрасывают, включают вакуум и одновременно включают ультразвук.

Процесс сушки под вакуумом продолжается 15 минут. По окончании сушки вакуум отключают и высушенный обезвреженный жмых выгружают для дальнейшей фасовки в потребительскую тару.

Для осуществления способа предлагается устройство, связанное со способом единым изобретательским замыслом.

Известно устройство для переработки горчичного жмыха, принятое в качестве прототипа, содержащее корпус с рубашкой для обогрева, перемешивающее устройство с лопастными мешалками, загрузочное приспособление для ввода основного компонента и разгрузочное приспособление для вывода готового продукта, систему подвода увлажняющей жидкости в виде одной форсунки, систему вакуумирования (см. описание к патенту Российской Федерации на полезную модель №111026, МПК B01J 8/10, опубл. 10.12.2011 г.), при этом устройство имеет вертикальную компоновку.

Наличие одной форсунки для распыления жидкости в известном устройстве не обеспечивает смачивание при атмосферном давлении толстого слоя гидролизуемого жмыха, что является недостатком известного устройства.

После проведения гидролиза увлажненная масса (суспензия) должна передаваться в следующий аппарат на отпарку, что ведет к потерям летучего и вредного АИТЦ в атмосферу, а также увеличивает себестоимость.

В вертикальном аппарате перемешивающее устройство при очень вязкой увлажненной массе неэффективно. Процесс гидролиза может пройти не полностью, что приведет к большому остаточному количеству нитрилов в конечном продукте.

Неэффективна система обогрева реактора с помощью змеевика.

Технической задачей предлагаемого устройства является увеличение степени очистки от эфирных горчичных масел, повышение пищевой ценности получаемой кормовой добавки и снижение энерго- и временных затрат.

Техническая задача решается тем, что устройство для переработки горчичного жмыха, содержащее корпус с рубашкой для обогрева, перемешивающее устройство с лопастными мешалками, загрузочное приспособление для ввода основного компонента и разгрузочное приспособление для выхода готового продукта, систему подвода увлажняющей жидкости, систему вакуумирования, имеет отличия, а именно, дополнительно содержит источник для ультразвуковой обработки, корпус выполнен в виде двух соединенных между собой горизонтально размещенных полуцилиндров, в каждом из которых установлен с возможностью регулирования скорости перемешивания вал с лопатками для перемешивания, установленных с возможностью перемещения лопаток одного вала между лопатками другого вала при вращении валов, система подвода увлажняющей жидкости выполнена виде форсунок для распыления, установленных вдоль валов, а загрузочное приспособление для ввода основного компонента и разгрузочное приспособление для выхода готового продукта выполнены в виде люков с клапанной вакуумной задвижкой. Предлагаемое устройство позволяет:

- обеспечить возможность регулирования скорости перемешивания;

- исключить застойные «мертвые зоны»;

- обеспечить равномерное распыление водного раствора для эффективного смачивания жмыха;

- обеспечить ультразвуковую обработку реакционной массы для ускорения скорости ферментативного гидролиза;

- обеспечить возможность повышения давления до 1,2 атм для увеличения скорости ферментативного гидролиза, что в совокупности приводит к увеличение степени очистки от эфирных горчичных масел, повышению пищевой ценности получаемой кормовой добавки и снижению энерго- и временных затрат.

Устройство для переработки горчичного жмыха иллюстрировано чертежами, где: на фиг. 1 схематически изображен главный вид устройства; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2.

Устройство для переработки горчичного жмыха состоит из горизонтально установленного корпуса 1 с водяной рубашкой 2 для обогрева, снабженного загрузочным люком 3 на одном конце корпуса 1, разгрузочным люком 4 на другом его конце, системой подвода водяного раствора внутрь корпуса 1 и системой вакуумирования с запорной арматурой (система вакуумирования с запорной арматурой на чертеже условно не показана). Загрузочный люк 3 и разгрузочный люк 4 снабжены клапанными вакуумными задвижками (клапанные вакуумные задвижки на чертеже условно не показаны).

Система подвода водяного раствора внутрь корпуса 1 расположена в двух люках 5 и 6. Система подвода водяного раствора внутрь корпуса 1 выполнена в виде четырех форсунок 8 по две на каждом люке 5 и 6 для равномерного распыления влаги над поверхностью смешиваемой массы.

Источник 7 для ультразвуковой обработки установлен в средней части корпуса 1 в люке 5.

Корпус 1 выполнен в виде двух соединенных между собой полуцилиндров с внутренним диаметром 1000 мм.

Внутри каждого полуцилиндра установлены валы 9 и 10 параллельно друг другу с лопатками 11 и 12 для перемешивания, установленными с возможностью вращения валов 9 и 10 навстречу друг другу.

Лопатки 11 выполнены плоскими и закреплены на валу 9 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и с поворотом относительно плоскости под углом 45°.

Лопатки 12 выполнены треугольного сечения и закреплены на валу 10 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Лопатки 11 и 12 размещены на валах 9 и 10 таким образом, что при вращении валов 9 и 10 навстречу друг другу они образуют «гребенку» с возможностью перемещения лопаток 11 вала 9 между лопатками 12 вала 10, причем вал 9 с плоскими лопатками 11 при правом вращении перемещает массу от люка 3 к люку 4, а при левом вращении в обратную сторону, вал 10 при правом и левом вращении перемещает массу только в одном направлении от люка 3 к люку 4, обеспечивая перемещение массы на дне аппарата по кругу.

Корпус 1, валы 9 и 10 и лопатки 11, 12 выполнены из нержавеющей стали.

Для обеспечения возможности вращения вала 9 и 10 навстречу друг другу один из концов вала 10 снабжен шестерней 13, а вал 9 - шестерней 14, находящихся в зацеплении, вал 10 через шестеренчатый редуктор 15 соединен с приводом 16, выполненным в виде электродвигателя с частотным преобразователем, который позволяет регулировать количество оборотов от 60 до 120 об/мин.

Устройство для переработки горчичного жмыха работает следующим образом.

Подогретый измельченный жмых через загрузочный люк 3 подают в предварительно прогретый водяной рубашкой 2 корпус 1 при включенном приводе 16, обеспечивающем вращение валов 9 и 10 с лопатками 11, 12 соответственно. После загрузки жмыха загрузочный люк 3 закрывают и через форсунки подают подогретый до температуры 70°C водный раствор, взятый в соотношении жмыха к воде, равном 2,7:1.

Водный раствор предварительно готовят, добавляя в воду аскорбиновую кислоту и поваренную соль в соотношении вода : (аскорбиновая кислота и поваренная соль) 400:1, при соотношении аскорбиновой кислоты к поваренной соли, равном 1:4.

Одновременно с подачей воды через форсунки 8 производят перемешивание лопатками 11 и 12 содержимого и обработку устройством 7 ультразвуком 600 ВА (интенсивность колебаний не менее 140 дБ) в течение 5-10 минут во время смачивания жмыха.

Затем обработку ультразвуком прекращают и содержимое корпуса 1 выдерживают в течение 30-35 минут, где идет гидролиз при избыточном давлении 1,2 атм.

После окончания гидролиза давление сбрасывают, включают вакуум и одновременно включают источник 7 ультразвуковой обработки.

Процесс сушки под вакуумом продолжается 15 минут. Уносимая пароэфирная смесь, содержащая эфирные горчичные масла, опасные для здоровья и жизни животных, направляется в систему улавливания, включающую механический фильтр и холодильник (система улавливания на чертеже условно не показана).

По окончании сушки вакуум отключают, включают реверс вала 10, открывают выгружной люк 4 и высушенный обезвреженный жмых выгружают лопатками 11 в промежуточный бункер для дальнейшей фасовки в потребительскую тару (промежуточный бункер на чертеже условно не показан).

Пример

Подогретый до 50°C измельченный жмых до 0,6-0,8 мм в количестве 800 кг подают в корпус 1, предварительно прогретый водяной рубашкой 2 до температуры 50°C.

Загрузку корпуса 1 жмыхом осуществляют в течение 1-3 минут.

После загрузки жмыха загрузочный люк 3 закрывают и через форсунки 5 размером капель 100 микрон в течение 10 минут подают подогретый до температуры 65-70°C водный раствор в количестве 300 л.

Предварительно готовят водный раствор, содержащий аскорбиновую кислоту в количестве 150 г и поваренную соль NaCl в количестве 600 г на 800 кг жмыха.

Одновременно с подачей воды производят перемешивание лопатками 10 содержимого и обработку устройством 7 ультразвуком с мощностью 600 ВА (интенсивность колебаний не менее 140 дБ).

Обработку ультразвуком осуществляют в течение 10-15 минут во время смачивания жмыха. Затем обработку ультразвуком прекращают и в течение 30-35 минут идет гидролиз при избыточном давлении 1,2 атм.

После окончания гидролиза давление сбрасывают, включают вакуум и одновременно включают ультразвук.

Процесс сушки под вакуумом продолжается 15 минут. Уносимая пароэфирная смесь, содержащая эфирные горчичные масла, опасные для здоровья и жизни животных, направляется в систему улавливания, включающую механический фильтр и холодильник.

По окончании сушки вакуум отключают, открывают выгружной люк 4 и высушенный обезвреженный жмых выгружают в промежуточный бункер для дальнейшей фасовки в потребительскую тару.

Группа изобретений относится к кормопроизводству, а именно к способу переработки горчичного жмыха и устройству его переработки. Способ включает увлажнение жмыха водой при перемешивании, подогрев, выдерживание увлажненного жмыха для удаления паров воды с эфирными горчичными маслами и последующую сушку под вакуумом. Жмых предварительно измельчают до 0,6-0,8 мм, увлажнение производят методом распыления подогретым до температуры 65-70°C водным раствором, содержащим аскорбиновую кислоту и поваренную соль, при соотношении вода : (аскорбиновая кислота и поваренная соль), равном 400:1. При этом соотношение аскорбиновой кислоты к поваренной соли равно 1:4, при весовом соотношении жмыха к воде, равном 2,7:1. Выдерживание увлажненного жмыха осуществляют в течение 30-35 минут при избыточном давлении 1,2 атм и дополнительно проводят обработку ультразвуком в течение 5-10 минут одновременно с увлажнением и сушкой под вакуумом. Устройство для переработки горчичного жмыха содержит корпус с рубашкой для обогрева, перемешивающее устройство с лопастными мешалками, загрузочное приспособление для входа основного компонента и загрузочное приспособление для выхода готового продукта, систему подвода увлажняющей жидкости, систему вакуумирования, источник для ультразвуковой обработки. Корпус выполнен в виде двух соединенных между собой горизонтально размещенных полуцилиндров, в каждом из которых установлен с возможностью регулирования скорости перемешивания вал с лопатками для перемешивания, установленных с возможностью перемещения лопаток одного вала между лопатками другого вала при вращении валов. Система подвода увлажняющей жидкости выполнена виде форсунок для распыления, установленных вдоль валов. Загрузочное приспособление для ввода основного компонента и разгрузочное приспособление для выхода готового продукта выполнены в виде люков с клапанной вакуумной задвижкой. Использование группы изобретений позволит повысить пищевую ценность получаемой кормовой добавки, увеличить степень очистки от эфирных горчичных масел, снизить энерго- и временных затрат. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ переработки горчичного жмыха, включающий увлажнение жмыха водой при перемешивании, подогрев, выдерживание увлажненного жмыха для удаления паров воды с эфирными горчичными маслами и последующую сушку под вакуумом, отличающийся тем, что жмых предварительно измельчают до 0,6-0,8 мм, увлажнение производят методом распыления подогретым до температуры 65-70°C водным раствором, водным раствором, содержащим аскорбиновую кислоту и поваренную соль, при соотношении вода : (аскорбиновая кислота и поваренная соль), равном 400:1, при этом соотношение аскорбиновой кислоты к поваренной соли равно 1:4, при весовом соотношении жмыха к воде, равном 2,7:1, выдерживание увлажненного жмыха осуществляют в течение 30-35 минут при избыточном давлении 1,2 атм и дополнительно проводят обработку ультразвуком в течение 5-10 минут одновременно с увлажнением и сушкой под вакуумом.

2. Устройство для переработки горчичного жмыха, содержащее корпус с рубашкой для обогрева, перемешивающее устройство с лопастными мешалками, загрузочное приспособление для входа основного компонента и загрузочное приспособление для выхода готового продукта, систему подвода увлажняющей жидкости, систему вакуумирования, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит источник для ультразвуковой обработки, корпус выполнен в виде двух соединенных между собой горизонтально размещенных полуцилиндров, в каждом из которых установлен с возможностью регулирования скорости перемешивания вал с лопатками для перемешивания, установленных с возможностью перемещения лопаток одного вала между лопатками другого вала при вращении валов, система подвода увлажняющей жидкости выполнена виде форсунок для распыления, установленных вдоль валов, а загрузочное приспособление для ввода основного компонента и разгрузочное приспособление для выхода готового продукта выполнены в виде люков с клапанной вакуумной задвижкой.

3. Устройство для переработки горчичного жмыха по п. 2, отличающееся тем, что лопатки закреплены на валах в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

4. Устройство для переработки горчичного жмыха по п. 2, отличающееся тем, что лопатки одного вала выполнены треугольного сечения.

5. Устройство для переработки горчичного жмыха по п. 2, отличающееся тем, что лопатки другого вала выполнены плоскими.

6. Устройство для переработки горчичного жмыха по п. 5, отличающееся тем, что плоские лопатки закреплены с поворотом относительно плоскости под углом 45°.