Влияние технологических режимов на изменения состава свекловичного жома при его переработке на Боринском сахарном заводе

Автор: Зобова С.Н., Остриков А.Н., Фролова Л.Н., Копылов М.В., Богомолов И.С.

Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet

Рубрика: Процессы и аппараты пищевых производств

Статья в выпуске: 1 (87), 2021 года.

Бесплатный доступ

Приведено описание технологической схемы участка гранулирования на Боринском сахарном заводе, с анализом работы основных видов технологического оборудования для выявления проблемных мест производства. Установлено, что применение такого перспективного пресса, как пресс фирмы «Babbinni» позволяет получить жом с влажностью 68-76%. Для его высушивания в барабанной сушилке до влажности 11-13% расходуется 170 м3 природного газа на 1 тонну жома. Технологический процесс получения гранулированного свекловичного жома включает прессование исходного свекловичного жома с начальной влажностью 85-90% до влажности 68-76%; сушку прессованного жома теплоносителем с температурой 110-140 °С в течение 90-120 минут до конечной влажности 11-13%; очистку гранул от металломагнитных примесей; гранулирование жома (диаметр гранул 10 мм); охлаждение гранул до температуры 30-35 °С; фракционирование гранул на крупную и мелкую фракции; взвешивание и отгрузку гранулированного свекловичного жома на склад готовой продукции. Проведенный анализ влияния технологических режимов процессов прессования, сушки и гранулирования свекловичного жома на Боринском сахарном заводе показывал необходимость введения второй стадии прессования для дальнейшего снижения содержания влаги в прессованном жоме. Получение прессованного жома с более низким содержанием влаги позволит существенно сократить энергозатраты на испарение влаги в барабанной сушилке. Сокращение продолжительности процесса тепловой сушки прессованного свекловичного жома в барабанной сушилке позволит значительно повысить пищевую ценность производимого гранулированного свекловичного жома.

Еще

Технология, свекловичный жом, прессование, сушка, гранулирование, качество, рекомендации, эффективность производства

Короткий адрес: https://sciup.org/140257367

IDR: 140257367 | DOI: 10.20914/2310-1202-2021-1-71-77

Текст научной статьи Влияние технологических режимов на изменения состава свекловичного жома при его переработке на Боринском сахарном заводе

Свекловичный жом – это обессахаренная стружка, остающаяся после извлечения из нее сахарозы диффузным способом и содержащая питательные вещества. Свекловичный жом представляет собой высоложенную свекловичную стружку, содержащую около 6,0–7,5% сухих веществ, в том числе 0,2–0,4% сахара. Выход жома при работе на непрерывно действующей батарее – 70–80% по весу переработанной сахарной свеклы. С целью увеличения кормовой ценности, а также сроков хранения свекловичного жома, и возможности его транспортировки на значительные расстояния свекловичный жом подвергают сушке. Особенно эти качества необходимы при гранулировании сушеного жома – способности снизить затраты на перевозку в несколько раз.

Материалы и методы

В таблице 1 приводятся данные о примерном составе свекольного жома (в% на сухое вещество) и его кормовой ценности в сравнении с другими кормами. Как видно из приведенных данных, по питательности свекловичный жом занимает среднее место между луговым сеном и овсом: азотистых веществ. Он содержит лег-коусваиваемых безазотистых экстрактивных веществ в полтора раза больше, чем сено и почти столько же, сколько овес. Свежий свекольный жом по кормовым достоинствам ценнее силоса из подсолнечника и почти равен силосу из стеблей кукурузы. Свежий свекловичный жом используется в первую очередь для откорма коров. В сутки на голову им дают 50–60 кг, а крупным животным до 76 кг. Молочным коровам можно скармливать до 30–40 кг. Из сухих веществ свекольного жома крупный рогатый скот КРС усваивает не только белки и сахар, но и пектиновые вещества, гемицеллюлозу и клетчатку.

Состав жома характеризуется следующими данными (в%): белок 0,5, зола 0,3, клетчатка 1,3, гемицеллюлоза 1,2, пектиновые вещества и барабан 2,7, сахар 0,2 (таблица 2).

Сухие вещества сырого свекловичного жома включают в свой состав: 48,0–50,0% пектиновых веществ; 22,0–25,0% целлюлозы; 21,0–23,0% гемицеллюлозы; 1,8–2,5% азотистых веществ; 0,8–1,3% золы; 0,15–0,20% сахара и 2,0% белка. Кроме того, в сыром жоме содержатся: лизин; треонин; витамин В 1 (тиамин) – 0,55 мкг; рибофлавин – 0,20 мкг; аскорбиновая кислота (витамин С в 1 кг жома 19 мг) – 5,0 мкг; пиридоксин – 0,18 мкг; пантотеновая кислота – 0,21 мкг; биотин – 0,001 мкг.

Таблица 1.

Сравнительный анализ химического состава свежего свекловичного жома, лугового сена, пшеничной соломы и овса

Table 1.

Comparative analysis of the chemical composition of fresh beet pulp, meadow hay, wheat straw and oats

Составные части Components	Жом Pulp	Сено луговое Meadow hay	Солома пшеничная Wheat straw	Овес Oats
Белок \| Protein	8,0	9,4	3,3	10,4
Зола \| Ash	4,0	7,1	5,9	3,1
Жир \| Fats	–	3,2	1,5	5,1
Клетчатка \| Cellulose	22,0	35,7	44,8	12,1
Безазотистые экстрактивные в-ва Nitrogen-free extractives	66,0	44,6	44,5	69,3
Количество кормовых ед. на 1 кг \| Number of feed units per 1 kg	0,1*	0,49	0,22	1,0
Содержание перевариваемого белка в г Digestible protein content in g	3	34	4	–
* Свежий свекловичный жом (* Fresh beet pulp)

Таблица 2.

Химический состав сырого свекловичного жома

Table 2.

The chemical composition of raw beet pulp

Наименование показателя Indicator name	Показатель Indicator
Состав, % \| Content, %
Сухие вещества \| Dry matter	6,5–12,0
Вода \| Water	88–93,5
Сырой протеин \| Crude protein	<1,3
Сырая клетчатка Crude fiber	<3,9
Безазотистые экстрактивные вещества Nitrogen-free extractives	4,3–6,5
Жир \| Fat	<0,5
Зола \| Ash	<0,3
Кормовая единица в 1 кг корма Feed unit 1 kg of feed	0,07–0,1
Обменная энергия МДж Exchange energy MJ	0,73
СВ, г \| Dry matter, g
Сырой протеин \| Crude protein	7,0
Перевариваемый протеин \| Digestible protein	4,0
Жир \| Fat	1,0
Клетчатка \| Cellulose	21,0
Безазотистые экстрактивные вещества Nitrogen-free extractives	45,8
Сахар \| Sugar	7
Кальций \| Calcium	0,5
Фосфор \| Phosphorus	0,1

Технологическая линия производства гранулированного свекловичного жома включает емкость с исходным влажным жомом 1 ; шнековый питатель 2 ; пресс 3 для отжатия влаги; ленточный транспортер 4 ; барабанную сушилку 5 с циклонами 6 ; вытяжной вентилятор 7 ; норию 8 ; магнитный сепаратор 9 ; гранулятор 10 ; противоточный охладитель 11 , просеиватель 12 ; тензовесы 13 и ленточный транспортер 14 для отгрузки в склад готовой продукции (рисунок 1).

Рисунок 1. Технологическая линия производства гранулированного свекловичного жома на Боринском сахарном заводе: 1 – емкость с исходным влажным жомом; 2 – шнековый питатель; 3 – пресс для отжатия влаги; 4 – ленточный транспортер; 5 – барабанная сушилка; 6 – циклоны; 7 – вытяжной вентилятор; 8 – нория; 9 – магнитный сепаратор; 10 – гранулятор; 11 – охладитель; 12 – просеиватель; 13 – тензовесы; 14 – ленточный транспортер

Figure 1. Technological line for the production of granulated beet pulp at the Borinsky sugar plant: 1 – container with the original wet pulp; 2 – screw feeder; 3 – press for squeezing out moisture; 4 – belt conveyor; 5 – drum dryer; 6 – cyclones; 7 – exhaust fan; 8 – noria; 9 – magnetic separator; 10 – granulator; 11 – cooler; 12 – sifter; 13 – strain gauge balance; 14 – belt conveyor

Технологический процесс получения гранулированного свекловичного жома включает следующие операции:

─ прессование исходного свекловичного жома с начальной влажностью 85–90% в прессе 3 для отжатия влаги до влажности 68–76%;

─ сушка отжатого жома с влажностью 68–76% теплоносителем (смесь воздуха с продуктами сгорания природного газа) с температурой 110–140 °С в барабанной сушилке 5 в течение 90–120 минут до конечной влажности 11–13%;

─ очистка гранул от металломагнитных примесей на магнитном сепараторе 9 ;

─ гранулирование жома (диаметр гранул 10 мм) на грануляторе 10 ;

─ охлаждение гранул в противоточном охладителе 11 до температуры, не превышающей температуру окружающей среды более, чем на 10–15 °С, т. е. до температуры не выше 30– 35 °С;

─ фракционирование гранул на крупную и мелкую фракции с размером гранул менее 10 мм в просеивателе 12 с размером ячеек 28×10 мм с возвратом последней на повторное гранулирование;

─ – взвешивание на тензовесах 13 и отгрузка ленточным транспортером 14 гранулированного свекловичного жома на склад готовой продукции.

Основным недостатком свежего жома как кормового средства является большое содержание в нем воды (около 90%). Основными потребителями свежего жома являются расположенные близ сахарного завода скотооткормочные пункты. Свежий жом трудно транспортировать, особенно в зимнее время, когда он смерзается и его трудно разгружать. С целью улучшения транспортабельности свекловичный жом перед отпуском потребителям предварительно прессуют на прессе. При отжатии на прессе фирмы «Babbini» из свежего свекловичного жома удаляется около 14–22% воды, а содержание сухих веществ повышается до 24–32% [5, 7].

Предлагаемая технологическая линия производства гранулированного свекловичного жома работает следующим образом. Шнековый питатель 2 обеспечивает непрерывную, регулируемую и равномерную подачу свекловичного жома в пресс 3 для отжатия влаги [1–4, 6, 17, 19]. Технологические режимы для процессов отжима, сушения и грануляции жома приведены в таблице 3.

Вначале исходный свекловичный жом с начальной влажностью 85–90% из емкости 1 с помощью шнекового питателя 2 направляется в пресс 3 для отжатия влаги (пресс фирмы «Babbini»), в котором свекловичный жом отжимается до влажности 68–76%.

Таблица 3. Технологический режим для процессов отжима, сушения и грануляции жома

Table 3.

Technological mode for pressing, drying and granulation of bagasse

Содержание сухих веществ в жоме, % Dry matter content in pulp, %	Показатель Indicator
поступающем на пресс Ваbbini coming to the Babbini press	8,0–12,0
отжатом \| wrung out	24,0–32,0
сушеном \| dried	87,0–89,0
М.д. влаги в гранулированном жоме, % Mass fraction of moisture in granulated pulp, %	11,0–13,0
Массовая доля сахарозы в гранулированном жоме, % к м.св. Mass fraction of sucrose in granulated pulp, % to the mass of beets	5,0–7,0
Размер гранул: \| Granule size:
диаметр, мм \| diameter, mm	10,0
длина, мм \| length, mm	15–50
Количество выработанного гранулированного жома, т/ч The amount of produced granulated pulp, t/h	4,5–8,0
Температура \| Temperature, ℃
жома, поступающего в пресс pulp entering the press	50
гранул после гранулятора granules after granulator	70,0–80,0
гранул после охладителя \| pellets after cooler	20,0–25,0
сушеного жома в выгрузочной камере dried bagasse in the unloading chamber	80,0–100,0
газов в топочной камере gases in the combustion chamber	1200–1500
сушильного агента в камере смешения drying agent in the mixing chamber	500–800
отработавшего сушильного агента на выходе из установки spent drying agent at the outlet of the installation	120,0– 150,0
рН жомопрессовой воды \| рН of press water	5,5
Норма расхода дезинфектанта, г/тн св Disinfectant consumption rate, g/ton of beets	15
Норма расхода пеногасителя, г/тн св Antifoam consumption rate, g/ton of beets	15
Количество мезги в жомопрессовой воде, г/л The amount of pulp in pulp press water, g/l	3,0–4,0
Давление газа у горелок Gas pressure at burners, kРа	20
Давление воздуха у газовых горелок, Па Air pressure for gas burners, Pa	4–5
Разрежение в топочной камере, кПа Vacuum in the combustion chamber, kPa	100–250
Разрежение перед сушильным барабаном, Па Vacuum in front of the tumble dryer, Pa	100–250
Разрежение за сушильным барабаном, Па Vacuum behind the drying drum, Pa	900–1500
Температура газов на выходе из топки, °С Gas temperature at the outlet from furnace, °С	500–800

Химический состав прессованного жома (таблица 4) показывает, что В 1 кг прессованного жома содержится 0,16 кормовых единиц, что в 1,6 раза больше, чем в свежем жоме.

Таблица 4.

Химический состав прессованного жома

Table 4.

The chemical composition of the pressed bagasse

Показатель Indicator	Значение Value
Состав, % \| Content, %
Сухие вещества \| Dry matter	25,0–30,0
Вода \| Water	75,0–85,0
Сырой протеин \| Crude protein	1,7
Сырая клетчатка Crude fiber	4,8
Безазотистые экстрактивные вещества Nitrogen-free extractives	8,4–8,6
Жир \| Fat	0,3
Зола \| Ash	1,1
Кормовая единица в 1 кг корма Feed unit 1 kg of feed	0,16–0,18
Обменная энергия МДж Exchange energy MJ	1,88
СВ, г \| Dry matter, g:
Сырой протеин \| Crude protein	17,0–19,0
Перевариваемый протеин Digestible protein	12,0
Жир \| Fat	6,0–9,0
Клетчатка \| Cellulose	50,0–70,0
Безазотистые экстрактивные вещества Nitrogen-free extractives	85,0–100,0
Сахар \| Sugar	1,4–1,9
Кальций \| Calcium	1,9
Фосфор \| Phosphorus	0,2

Из пресса 3 отжатый жом с влажностью 64–69% ленточным транспортером 4 направляется в барабанную сушилку 5 , в которой жом сушится теплоносителем (смесью воздуха с продуктами сгорания природного газа) с температурой 110–140 °С в течение 90–120 минут до конечной влажности 11–13%. Для высушивания прессованного свекловичного жома в барабанной сушилке до влажности 11–13% расходуется 170 м³природного газа на 1 тонну жома. Высушенный жом выходит из барабанной сушилки 5 с температурой 50–60 °С [9, 11, 13].

Дымовые газы (продукты горения природного газа), имеющие температуру 750 °С, смешиваются с воздухом, в такой пропорции, чтобы смесь воздуха и дымовых газов имела температуру 110–140 °С. Отходящие газы с температурой 70–80 °С отсасываются из барабанной сушилки 5 вытяжным вентилятором 7 и направляются в циклоны 6 для улавливания унесенного теплоносителем частиц сушеного жома. Уловленные мелкие частицы сухого жома накапливаются в нижней части циклонов 6 , из которых направляются в гранулятор 10 , а дымовые газы с температурой 70–80 °С из циклонов 6 удаляются в атмосферу [12, 19].

Таблица 5.

Химический состав сушеного жома

Table 5.

The chemical composition of dried pulp

Наименование показателя Indicator name	Показатель Indicator
Состав, % \| Content, %
Влага \| Moisture	13,0–14,0
Сухие вещества \| Dry matter	87,0–86,0
зола и песок \| ash and sand	5,6
азотистые вещества \| nitrogenous substances	3,6
сырая клетчатка \| crude fiber	17,6
безазотистые экстрактивные вещества nitrogen-free extractives	61,2
Сырой протеин \| Crude protein	7,9
Сырой жир \| Crude fat	0,5
Сырая зола \| Crude ash	3,7
Кормовая единица в 1 кг корма Feed unit 1 kg of feed	0,85
Аминок-ты, г/1кг \| Amino acids, g/1kg
Аминокислоты Amino acid	3,2
Лизин \| Lysine	6,1
Метионин \| Methionine	0,60
Триптофан \| Tryptophan	0,57
Аргинин \| Arginine	2,44
Гистидин \| Histidine	1,24
Треонин \| Threonine	2,91
Изолейцин \| Isoleucine	1,9
Лейцин \| Leucine	3,67
Валин \| Valine	3,28
Фенилаланин \| Phenylalanine	2,14
Аспаргиновая кислота \| Aspartic acid	4,59
Серин \| Serine	3,20
Глутаминовая кислота \| Glutamic acid	7,86
Пролин \| Proline	2,64
Глицин \| Glycine	2,81
Аланин \| Alanin	2,99
Тирозин \| Tyrosine	2,62
Мин. в-ва, г/1кг \| Mineral, g/1kg
Кальций \| Calcium	5,0
Фосфор \| Phosphorus	2,0
Калий \| Potassium	3,4
Магний \| Magnesium	2,9
Железо \| Iron	356,0
Цинк \| Zinc	15,6
Йод \| Iodine	1,7
Крахмал \| Starch	32
Витамины, мг/кг \| Vitamins, mg/kg
B1	0,4
B2	0,7
B3	1,5
B4	800
B5	1,6

Полученный сушеный жом направляется с помощью нории 8 в магнитный сепаратор 9, в котором очищается от ферромагнитных примесей, и подается в гранулятор 10, который прессует его в гранулы, размер которых зависит от размера отверстий матрицы (обычно в пределах 6, 8 и 10 мм).

Температура гранул после гранулятора 10 составляет 70–80 °С, поэтому они направляется в противоточный охладитель 11 , который обеспечивает эффективное охлаждение гранулированных гранул комбикорма при помощи окружающего воздуха. Окружающий охлажденный воздух подается вертикально в слой гранул. При этом выходная температура гранул не должна достигать температуры выше 10– 15 ºС окружающей среды.

Из противоточного охладителя 11 охлажденные гранулы комбикорма подаются в просеиватель 12 для отделения мелких частиц из гранул. Мелкая фракция возвращается в гранулятор 10 на повторное гранулирование.

Просеянные гранулы свекловичного жома подаются на тензовесы 13 для взвешивания и затем ленточным транспортером 14 отгружаются в склад готовой продукции [14– 16].

Технология производства гранулированного свекловичного жома обеспечивает улучшение технологических свойств продукта – увеличение объемной массы более чем в 1,5 раза по сравнению с рассыпным жомом, улучшение его сыпучести, что предотвращает слеживае-мость продукта и возможность хранения его в силосных емкостях. Гранулированный жом является ценным источником легко усвояемых углеводов, клетчатки и улучшает вкусовые качества комбикорма [18].

Заключение

Выполненный анализ влияния технологических режимов на изменения состава свекловичного жома при его переработке на Боринском сахарном заводе показывает:

– необходимость введения второй стадии прессования для дальнейшего снижения содержания влаги в прессованном жоме. Получение прессованного жома с более низким содержанием влаги позволит существенно сократить энергозатраты на испарение влаги в барабанной сушилке;

– сокращение продолжительности процесса тепловой сушки прессованного свекловичного жома в барабанной сушилке позволит значительно повысить пищевую ценность производимого гранулированного свекловичного жома;

– возможность повышения энергетической эффективности и эксплуатационной надежности работы участка гранулирования на Боринском сахарном заводе.

Список литературы Влияние технологических режимов на изменения состава свекловичного жома при его переработке на Боринском сахарном заводе

Мхитарян Г.А., Леснов А.П., Ткаченко В.М. Современные технологии переработки свекловичного жома // Сахарная свекла. 2009. № 2. С. 33-35.
Дыганова Р.Я., Зайнашева З.Р. Технология переработки свекловичного жома с использованием биоэнергетической установки // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. НЭ Баумана. 2015. Т. 221. №. 1.
Булавин С.А., Колесников А.С. Безотходная энергосберегающая технология сушки и переработки свекловичного жома // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2014. №. 4. С. 3.
Спичак В.В., Братский A.M. Современные направления использования и утилизации свекловичного жома // Сахар. 2011. №. 9. С. 60-64.
Редченко М.А. Совершенствование процесса прессования свекловичного жома и получения из него пищевых волокон. Пенза: ПензГТУ, 2020.
Колесников А.С. Перемешивающее устройство для повышения степени экстрагирования пектина из свекловичного жома // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2015. №. 4. С. 10-17.
Яковчик НС., Карабань О.А. Свекловичный жом: вкусно и питательно. 2019.
Habeeb A.A.M. et al. Using of sugar beet pulp by-product in farm animals feeding // Int. J. Sci. Res. Sci. Technol. 2017. V. 3. P. 107-120.
Турин А.Г., Басов К).В., Гнеушева В.В. Жом как ценнейший продукт сахарного производства// Russian agricultural science review. 2015. Т. 5. №. 5-1. С. 251-255.
Li М. et al. Preparation and characterization of cellulose nanofibers from de-pectinated sugar beet pulp// Carbohydrate Polymers. 2014. V. 102. P. 136-143. doi: 10.1016/j.carbpol.2013.11.021
Погарелова Ю.Н., Бондаренко Ж.В. Новые направления использования свекловичного жома в республике Беларусь // Труды БГТУ. Серия 2: Химические технологии, биотехнология, геоэкология. 2009. Т. 1. №. 4.
Мищенко Е.В., Мищенко В.Я. Экологические проблемы, возникающие при хранении свекловичного жома на сахарных заводах // Инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях. 2018. С. 139-143.
Кулишов Б. А. и др. Технические материалы на основе свекловичного жома // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. №. 23.
Мурашкина О.А. и др. О снижении энергозатрат при сушке свекловичного жома // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2019. Т. 8. №. 2. С. 160-164.
Харина М.В., Васильева Л.М., Емельянов В.М. Особенности структуры и состава свекловичного жома и перспективы его переработки // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. №. 24.
Авроров В.А. и др. О компактировании свежего свекловичного жома на вертикальном шнековом компакторе с многолепестковой уплотняющей диафрагмой // Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК. 2019. С. 983-993.
Mudoga H.L., Yucel Н, Kincal N.S. Decolorization of sugar syrups using commercial and sugar beet pulp based activated carbons //Bioresource technology. 2008. V. 99. №. 9. P. 3528-3533. doi: 10.1016/j.biortech.2007.07.058
Соболь И.В. и др. Комплексная переработка свекловичного жома с использованием методов биотехнологии// Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. №. 123.
Malekbala M.R. et al. The study of the potential capability of sugar beet pulp on the removal efficiency of two cationic dyes//Chemical Engineering Research and Design. 2012. V. 90. №. 5. P. 704-712. doi: 10.1016/j.cherd.201L09.010
Huang X., Liu Q., Yang Y., He W.Q. Effect of high pressure homogenization on sugar beet pulp: Rheological and microstructural properties // LWT. 2020. V. 125. P. 109245. doi: 10.1016/j.lwt.2020.109245

Еще

Статья научная