УДК 664
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
№18,
Сельскохозяйственные науки
Васильев Алексей Сергеевич (Кандидат технических наук)
Суханов Юрий Владимирович (Кандидат технических наук)
Щукин Павел Олегович (Кандидат технических наук)
Ключевые слова: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА; ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ; ЭКСТРАКЦИЯ; EXPERIMENTAL SETUP; FUNCTIONAL FOOD INGREDIENTS; EXTRACTION.
Экспериментальная установка для экстракции функциональных пищевых ингредиентов из растительного сырья путем воздействия на него экстрагентом-растворителем разработана в рамках проекта реализуемого ПетрГУ совместно с Торговым домом «Ярмарка» (идентификатор проекта – RFMEFI57717X0264) «Исследование и разработка сквозной технологии производства функциональных пищевых продуктов для обеспечения пищевой безопасности северных территорий РФ» [1 – 3]. Она предназначена: а) для подбора параметров и режимов экстракции функциональных пищевых ингредиентов; б) для получения экспериментальных образцов экстрактов из растительного сырья для последующего их использования при производстве функциональных пищевых продуктов.
Процесс экстракции ведется из твердого сырья жидким экстрагентом (экстрагирование в системе «твердое тело – жидкость»). В качестве экстрагента могут быть использованы вода, различные водные растворы или другие жидкости. Для интенсификации процесса экстракции используются несколько типов физико-механических воздействий.
Установка позволяет разработать и проверить на практике технологию экстракции функциональных веществ из различного растительного сырья для выявления перспективных источников биологически активных веществ и нахождение оптимальных режимов процесса экстракции. В качестве твердой фазы используется предварительно подготовленное растительное сырье – крупность частиц не более 20 мм и не менее 2 мм. В качестве экстрагента может использоваться вода, добавляемая в соотношении массы исходного сырья как 1 часть твердой фазы к 10 частям экстрагента. Получаемый жидкий экстракт подвергается оценке на содержание функциональных ингредиентов в лабораторных условиях. Возможность изменения параметров экстракции позволяет подобрать оптимальные для каждого вида растительного сырья время воздействия и комбинацию интенсифицирующих экстракцию воздействий, что может использоваться для использования на промышленных экстракторах. Получаемый экстракт может использоваться в жидком виде или после операций сгущения или выпаривания как функциональный пищевой ингредиент в рецептуре функциональных пищевых продуктов.
Установка представляет неподвижную емкость с крышкой, установленные на подставке. В крышку вмонтирован подшипниковый узел, в котором вращается вал с диском. На диск установлены сетчатые стаканы с сырьем. Электродвигатель постоянного тока обеспечивает вращение диска с сетчатыми стаканами в емкости. Частота вращения двигателя меняется за счет применения электронного устройства, изменяющего потребляемую двигателем электрическую мощность. Контролируемый нагрев экстрагента в емкости обеспечивается с помощью электронагревательного прибора, управляемого терморегулирующим электронным устройством, поддерживающим температуру экстракта, заданную оператором. Разряжение в баке экстрактора обеспечивается применением водоструйного эжектора, контролируемого оператором посредством вакуумметра. Дополнительной особенностью установки является возможность работы бака не только с разряжением, но и под повышенным давлением.
Установка отличается возможностью применения комплексной интенсификации процесса экстракции, которая достигается совместным влиянием нескольких воздействий:
– вращение платформы с сетчатыми стаканами в экстрагенте, причем, конструкция позволяет не только изменять частоту вращения в широких пределах, но и позволяет комбинировать фазы вращения с фазами остановки, когда вращение с ускорением и замедление платформы будет создавать колебания потока экстрагента, омывающего исходный материал, что должно дополнительно интенсифицировать процессы массообмена;
– вращение платформы с сетчатыми стаканами на больших скоростях при слитом экстракте позволит произвести отжим рафината перед его удалением из экстрактора;
– контролируемый нагрев бака экстрактора позволяет повысить температуру процесса экстракции, что приведет к интенсификации процессов диффузии. Однако важно контролировать температуру экстракта, так как высокие температуры могут отрицательно воздействовать на целевые термолабильные ингредиенты;
– создание разряжения в баке экстрактора, позволяет дополнительно интенсифицировать процесс экстракции за счет снижения диффузионного сопротивления в пограничном слое.
В установке исходный материал располагается в сетчатых стаканах, что снижает выход в экстракт взвешенных частиц, а значит, полученный экстракт будет содержать меньше механических примесей и легче очищаться. Для контроля параметров экстракции применяется набор датчиков и контрольно-измерительная арматура. В установке применяются материалы, допускаемые для использования в пищевой промышленности.
К внешним условиям эксплуатации установки предъявляются следующие требования: закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов; температура окружающего воздуха +10 до +30 оС; верхний предел относительной влажности воздуха – не более 70 % при + 35оС и более низких температурах без конденсации влаги; водопровод и канализация для подключения водоструйного эжектора при работе с вакуумметрическим давлением; высота над уровнем моря не более 2000 м; возможность подключения к защитному заземлению.
Части и поверхности установки, контактирующие с сырьем и пищевыми продуктами, изготовлены из материалов, допускаемых в пищевой промышленности. Покрытия установки обеспечивают необходимую коррозионную стойкость, надежную работу и декоративный вид разрабатываемого устройства при эксплуатации и хранении. Внешние электрические соединители (разъемы) имеют конструкцию, позволяющую определить те части разъемов, которые подлежат соединению между собой. Все элементы управления смонтированы на видном месте. Рабочее место оператора соответствует требованиям ГОСТ 12.2.049, а конструкция органов управления – требованиям ГОСТ 12.2.049.
Разработанная установка позволяем производить все заявленные в техническом задании функции, включая: подбор рациональных параметров экстрагирования для каждого сорта растительного сырья; выявление степени влияния каждого параметра экстрагирования на скорость экстракции и качество получаемого экстракта; экстрагирование – получение экспериментальных образцов экстрактов из растительного сырья; подбор экстрагента.
При выполнении заявленных функций установка позволяет производить регулировку и контроль параметров: частота вращения двигателя, температура экстрагента, контроль давления (избыточное и отрицательное), время экстрагирования.
Надежность разработанного экспериментального устройства соответствует надежности разрабатываемого технологического процесса производства экспериментальных экстрактов функциональных пищевых ингредиентов и обеспечивать достижение заданных показателей качества намечаемой к выпуску продукции.
Установка отвечает санитарно-гигиеническим требованиям к применяемым материалам и покрытиям. В разработанной установке учтены требования по эксплуатационной и электробезопасности.
Отличительной особенностью разработанной установки является комбинация воздействий для интенсификации процессов экстракции: вращение диска с сетчатыми стаканами в экстрагенте, отжим рафината, контролируемый нагрев емкости экстрактора, создание разряжения в баке экстрактора.
Запорная арматура экстрактора позволяет: производить слив жидкости из ёмкости, производить заправку ёмкости экстрагентом, соединять ёмкость с источником вакуума, подключать уровень жидкости, соединять ёмкость с атмосферой при сливе экстракта и заправке экстрагентом.
Контрольно-измерительная арматура экстрактора позволяет производить визуальное наблюдение за термометром стрелочным, манометром избыточного давления, вакуумметром, указателем уровня жидкости в ёмкости.
Список литературы
- Engineering innovations in equipment for extraction of plant raw material / Sukhanov Y. V., Vasiliev A. S., Shegelman I. R., Shchukin P. O. // Astra Salvensis. – 2018. – Т. 6. – С. 1047-1054.
- Particularities of Ensuring Food Security in the Conditions of the North of Russia / I. R. Shegelman, A. S. Vasiliev, P. O. Shchukin // Astra Salvensis. – 2018. – Т. 6. – Рр. – 941-949.
- The Analysis of Experience of Advanced Countries in Solving Food Security Problems / I. R. Shegelman, A. S. Vasiliev, P. O. Shchukin // Astra Salvensis. – 2018. – Т 6. – Рр. 899-907.