Практические предложения как результат теоретических и экспериментальных исследований процесса экстрагирования из сырья растительного происхождения

Иванов С.С., Никель С.А., 2014

Выполненные исследования процессов экстрагирования из ячменя, желудей и цикория жидким диоксидом углерода, а также из люпина подсырной сывороткой, определение качественных показателей экстрактов и шротов, показали, что они являются перспективными сырьевыми источниками для обогащённых и функциональных продуктов, поскольку содержат аминокис-

Так, молочно-растительный экстракт люпина содержит 17 аминокислот, в том числе незаменимые (валин, триптофан, фенилаланин и др.), витамины, микроэлементы [2].

Химический состав шротов ячменя, желудей и цикория представлен таблцах 1, 2 [3].

лоты, витамины и микроэлементы.

Т а б л и ц а 1

Химический состав шрота (г в 100 г продукта, %)

Наименование показателей, единицы измерения	Значение показателей			НД на методы испытания
	Ячмень	Желуди	Цикорий
М.д. сырого протеина, %	11,37	7,21	6,67	ГОСТ 13496.4
М.д. сырого жира %	3,93	9,21	3,28	ГОСТ13496.15
Аминокислоты, %:				МВИ М 04-38-2009
аргинин	0,253	0,297	0,0131
лизин	0,0614	0,0468	0,0394
тирозин	0,117	0,063	0,0182
фенилаланин	0,685	0,472	0,348
гистидин	0,0634	0,0627	0,136
лейцин	0,139	0,0981	0,068
изолейцин	0,067	0,0318	0,031
метионин	0,042	0,0156	0,0178
валин	0,081	0,0621	0,0519
пролин	0,314	0,146	0,138
треонин	0,078	0,057	0,043
серин	0,0751	0,0692	0,029
аланин	0,094	0,058	0,037
глицин	0,157	0,071	0,086
цистин	0,012	менее 0,01	менее 0,01
глутаминовая кислота	2,836	1,213	0,951
аспарагиновая кислота	0,962	0,827	0,383

Т а б л и ц а 2

Содержание микроэлементов в шроте

Наименование показателей, единицы измерения	Значение показателей			НД на методы испытания
	Ячмень	Желуди	Цикорий
М.д. калия, мг/кг	2,07	3,36	2,18	ПНД Ф 14.1:2:4.167-2000
М.д. кальция, %	0,84	0,97	1,27	ГОСТ 26570
М.д. фосфора, %	1,68	1,63	2,53	ГОСТ 26657
Содержание железа, мг/кг	54,33	23,41	162,57	ГОСТ 26928

Изложенное выше послужило основанием для разработки аппаратурнотехнологических схем получения экстрактов и их использования.

Результаты исследования показали, что эффективное получение СО2-экстрактов возможно из измельченного в крупку или лепесток сырья. Предпочтительным по величине выхода экстрактивных веществ является ле- пестковая форма тела вследствие более развитой поверхности контакта фаз и очень малой толщиной лепестка, которая определяет уменьшение извилистости капилляров.

Нами разработана аппаратурнотехнологическая схема получения СО 2 -экстрактов из зёрен ячменя, жёлудя и корней цикория (рисунок 1).

Рисунок 1. Аппаратурно-технологическая схема производства СО₂-экстрактов: 1-автотранспорт; 2-скребковый гидротранспортёр; 3-моечная машина; 4-фотосепаратор; 5-обдувочная машина; 6-машина для очистки от кожуры; 7-резательная машина; 8-аппарат для сушки и обжарки; 9-дробилка; 10-вальцовый станок; 11- установка для экстрагирования: 1-камера пропитки; 2, 8-камеры пониженного давления; 3, 6-циклоны; 4-экстрактор; 5-камера с паровой рубашкой; 7-контейнер с кассетой; 9-насос; 10-фильтры; 11-транспортирующий узел; 12-дистиллятор; 13-компрессор; 14-газгольдер; 15-сборные емкости; 16-конденсатор. (Позиции установки 11 набраны мелким шрифтом).

Привезённое сырье (рисунок 1) автотранспортом 1 поступает на скребковый гидротранспортёр 2, а затем в моечную машину 3. После мойки оно подаётся в фотосепаратор 4 для удаления брака и посторонних примесей. В обдувочной машине 5 удаляется поверхностная влага. Жёлуди направляются в машину для очистки от кожуры 6, а затем в резательную машину 7 и в аппарат для сушки и обжарки 8. Корни цикория, минуя машину 6, также изрезаются в машине 7, после чего сушатся и обжариваются. Зёрна ячменя направляются на сушку и обжарку непосредственно из обдувочной машины 5. После тепловой обработки сырьё измельчается в крупку в дробилке 9, а затем в лепесток на вальцовом станке 10. Затем сырьё направляется в экстракционную установку 11.

Экстракционная установка 11 работает следующим образом [4].

Измельчённое растительное сырьё загружается в сетчатые кассеты 7, которые устанавливаются в контейнеры и поступают в камеру 1.

Герметизация аппаратов 1, 2,4, 5, 8, 10, 12, 16 осуществляется за счет уплотнения фторопластовыми элементами, расположенными во всех разъёмных соединениях. В камере 1 происходит пропитка растительного сырья жидким растворителем, который подается из сборников 15. Пропитанное растворителем сырье направляется в камеру 2, где поддерживается пониженное давление. Из-за резкого изменения давления рас- творитель, находящийся в сырье, меняет агрегатное состояние, превращается в пар, вызывая разрушение структуры сырья и понижение его температуры. Пары растворителя через циклоны 3 и 6 отводятся в газгольдер 14.

Растительное сырье подается в экстрактор 4, где осуществляется контакт сырья с растворителем. Растворитель насосом 9 подается в экстрактор 4 из сборника 15. Получаемая мисцелла отводится через фильтры 10 в дистиллятор 12. Газообразный растворитель из дистиллятора направляют в конденсатор 16. Готовый продукт (экстракт) периодически отбирается из нижней части дистиллятора 12.

Проэкстрагированный материал (шрот) из экстрактора 4 через разделительный цилиндр перемещается в камеру с паровой рубашкой 5, где происходит отгонка остатков растворителя. После выхода контейнеров из камеры пониженного давления 8 происходит разгрузка шрота.

Предложенное техническое решение является универсальным, поскольку возможно эффективно реализовать процессы извлечения целевых компонентов, протекающие в телах растительного происхождения простейших геометрических форм. К таким формам относятся неограниченная пластина, неограниченный цилиндр, шар и др.

Аппаратурное оформление получения молочно-растительного экстракта люпина отличается от изложенного выше тем, что в ка- честве экстрагента используется подсырная сыворотка, а извлечение целевого компонента осуществляется в вибрационном экстракторе, одно из достоинств которого – существенное сокращение времени экстрагирования. Вследствие этого аппаратурно-технологическая схема для получения молочно-растительного экстракта в этой работе не приводится.

Рассмотрим аппаратурное оформление технологии йогурта, обогащённого аминокислотами, микроэлементами и витаминами, которые содержатся в молочно-растительном экстракте.

А.Й. Тамим и Р.К. Робинсон отмечают [5], что среди кисломолочных продуктов только йогурт распространился по всему миру вследствие приятного аромата и вкуса, идеального сочетания с фруктами, репутации как здоровой пищи.

молочная композиция из вибрационного экстрактора

упаковочный автомат

Рисунок 2. Аппаратурно-технологическая схема производства йогурта: 1 - ёмкость для нормальзации молока; 2 - сепаратор-молокоочиститель; 3 - гомогенизатор; 4 - пастеризационно-охладительная установка; 5 - ёмкость для заквашивания и сквашивания смеси; 6 - кожухотрубчатый теплообменник; 7 - сборник для молочнорастительного экстракта; 8 - холодильник.

Аппаратурно-технологическая схема (рисунок 2) составлена в соответствии с отечественной технологией йогурта и дополнена оборудованием для подачи в продукт молочнорастительного экстракта. Нормализация молока проводится в ёмкости 1, далее молочная смесь очищается в сепараторе-молокоочистителе 2 при температуре 43±2^оС и гомогенизируется (позиция 3) при нормированном давлении и температуре 45-48 ^оС. Молочная смесь пастеризуется при температуре 85-87 °С с выдержкой 10-15 мин или при 92±2°С с выдержкой 2-8 мин с последующим охлаждением до температуры 40-42 ^°С в пастеризационно-охладительной установке 4. После термообработки и охлаждения смесь поступает в ёмкость 5 на заквашивание с последующим сквашиванием в течение 3-4 ч при t = 40-42 ^оС до образования сгустка. В этой же ёмкости сгусток перемешивается и охлаждается ледяной водой в течение 30-60 мин. Непрерывное перемешивание продолжается до образования однородной консистенции продукта, после чего последний перемешивается периодически до охлаждения сгустка до заданной температуры. В частично (25-30 °С) или полностью (6 °С) охлаждённый сгусток вносят плодово-ягодные наполнители. Охлаждённый (позиция 8) молочно-растительный экстракт также подаётся в ёмкость 5.

Предварительно он поступает из экстрактора (не показан) в сборнике 7, затем перекачивается носом в кожухотрубчатый теплообменник 6. В теплообменнике молочнорастительный экстракт движется во внут-ритрубном пространстве, а пар в межтрубном. Пастеризуется экстракт кратковременно при температуре 72 °С. В результате разрушаются все патогенные микроорганизмы, а вкус и сывороточные белки экстракта не изменяются.

После тщательного перемешивания йогурта в ёмкости 5 его подают на фасовочноупаковочный автомат. При выборе кожухотрубчатого теплообменника исходим из следующих предпосылок [1]:

• 1.    Кожухотрубчатые теплообменники предназначены для быстрой пастеризации молока в потоке. Поскольку молочно-растительный экстракт максимально приближен по химическому составу, физическо-химическим свойствам, массовой доле сухих веществ и другим показателям к цельному молоку, то в нашем случае оправдано пастеризовать экстракт в выбранном рекуперативном теплообменнике.

• 2.    Возможно получение высоких значений коэффициентов теплопередачи при оптимальных скоростях теплоносителей, а также когда коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны стенки не является лимитирующим, термическое сопротивление стенки и вероятность отложений накипи и загрязнений малы.

• 3.    В теплообменнике возможно создать чистый противоток, аппарат имеет простое устройство и доступен для периодической чистки.

Предложенная схема может быть также использована при производстве других кисломолочных продуктов.

Таким образом, разработанные авторами аппаратурно-технологические схемы вносят определённый вклад в решение комплексной переработки вторичного сырья растительного происхождения, которая является экономически и экологически целесообразной.