Совершенствование процесса получения масла из ядер орехоплодных культур

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

БУХАРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

УДК 664.665.043

5А 520713 - "Машины и агрегаты пищевой промышленности"

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание академической степени магистра

Совершенствование процесса получения масла из ядер орехоплодных культур

Одинаев

Рустам Собирович

Бухара

2009



Содержание

Введение

Глава 1. Современное состояние процесса тепловой обработки ядер орехоплодных культур для извлечения масла

1.1 Анализ существующих способов и установок для термообработки и сушки масличных ядер и семян

1.2 Технология производства масла из ядер орехоплодных культур

1.3 Характеристика арахисового масла

1.4 Изменение физиолого-биохимических свойств ядер орехоплодных культур и качества масла при тепловой обработке

Глава 2. Экспериментальное исследование процесса тепловой обработки ядер орехоплодных культур

2.1 Описание лабораторной экспериментальной установки для термообработки ядер орехоплодных культур

2.2 Методика проведения экспериментов

2.3 Проведение экспериментов и обработка результатов

Глава 3. Расчет установки для тепловой обработки ядер орехоплодных культур

3.1 Описание установки

3.2 Расчет конструктивных параметров

3.3 Тепловой расчет установки

3.4 Расчет ожидаемого экономического эффекта от совершенствования процесса получения масла из ядер арахиса на единицу продукцию

Выводы

Список используемой литературы



Введение

В книге "Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодолению" [1] Президент Республики Узбекистан И.А.Каримов подчеркивает: "У нас есть сегодня все основания заявить о том, что принятая нами модель перехода к социально ориентированной свободной рыночной экономике, базирующейся на известных пяти принципах, с каждым годом нашего продвижения вперед оправдывает свою правильность и состоятельность.

Реализуемая сегодня взвешенная, всесторонне продуманная политика по реформированию, либерализации и модернизации, в первую очередь экономики страны, диверсификации ее структуры создали достаточно мощный заслон, можно сказать, прочный надежный буфер, предохраняющий нас от негативных воздействий кризисов и других угроз".

Действительно в настоящее "кризисное" время предпринятые Президентом и Правительством Республики Узбекистан меры по защите экономики страны от последствий мирового финансово-экономического кризиса дают "скромные", но достаточно убедительные результаты.

Основной упор делается на наращивание и модернизацию существующих производств, организацию импортозамещающей и экспортоориентированной продукции.

На современном этапе развития пищевой промышленности одна из основных задач состоит в интенсификации технологических процессов при одновременном обеспечении высокого качества продукции, а также в разработке и внедрении в производство высокоэффективных безотходных технологий и оборудования, реализующего эти перспективные технологии.

Арахисовое масло широко используется в азиатской, европейской кухне и в кухне США для жарки, фритюра, заправки салатов, для приготовления соусов, для всевозможных холодных блюд. Особенно хорошо в блюдах из теста.

Имеет приятный вкус и запах. Прекрасно сохраняет свои свойства при высоких температурах. Салаты из овощей, приготовленные с использованием арахисового масла не только полезны, но и сокращают расходы масла более чем в 2 раза. Экономия масла во фритюре - почти в 4 раза.

Известно, что арахисовое масло изобрел в 1890 году диетолог, долгое время пытавшийся найти равноценную замену мясу, яйца и сыру.

На сегодняшний день в США и в странах Европы - арахисовое масло является одним из основных диетических продуктов.

В Узбекистане также началось выращивание и переработка этого ценнейшего источника растительного масла. Так ООО "Чамбиль ерёнгоги" при поддержке CHF International и Counterpart International открыло завод по переработке арахиса в Кумкурганском районе Сурхандарьинского вилоята. Основным продуктом новой компании является экологически чистое арахисовое масло - первый коммерческий продукт данного типа, произведенный в Узбекистане.

Арахисовое масло питательный продукт. Оно усиливает чувство сытости, составляет основу диет для снижения веса и особо популярно среди фотомоделей, а также для людей, которые хотели бы максимально сократить потребление мяса в своем рационе.

Арахисовое масло широко применяется в медицине.

В стандартный комплект оборудования для производства масла из ядер арахиса входят: оборудование для приема, транспортировки, хранения семян; оборудование предварительной подготовки семян к отжиму - оборудование для обрушивания семян и удаления лузги, оборудование для тепловой обработки ядер; оборудование для прессования; оборудование для фильтрования и очистки арахисового масла; оборудование для фасовки масла [2].

Процесс подготовки масличного материала к обезжириванию является одной из основных стадий технологии производства растительных масел, в значительной мере влияющей на качество, выход и себестоимость получаемой продукции. Поэтому изыскание и разработка способов совершенствования и интенсификации процесса подготовки маслосодержащих материалов к прессованию имеет актуальное значение.

В настоящее время процесс тепловой обработки в мятки ядер арахиса перед прессованием ведется в шестичанных жаровнях. Теплообработка проводится острым и глухим паром. Все это делает процесс материало- и энергоёмким, длительность процесса теплообработки приводит к пережарению маслосодержащего материала и другим негативным последствиям, существенно влияющих на выход и качество масла.

Применение нетрадиционных способов подвода энергии для осуществления термообработки ядер арахиса один из основных путей интенсификации процесса.

Важное значение имеет проникновение инфракрасных (ИК) лучей в толщу материала и продуктов. Проникновение ИК-лучей в массу материала предотвращает нагрев его открытой поверхности, существенно влияет на характер распределения температуры, влажности и давления в продукте, что в свою очередь, влияет на темп разрушения клеток, а также на выход и качество получаемого масла.

Возможность регулирования пространственного распределения лучистого потока позволяет осуществлять нагрев только обрабатываемого продукта, сводя к минимуму потери энергии на нагрев окружающей поверхности.

Разработка оптимальных режимов тепловой обработки ядер арахиса, позволяющих сократить продолжительность процесса, снизить энергозатраты и повысить качество готовой продукции, имеет важное значение для промышленного производства арахисового масла, особенно для фермерских хозяйств, выращивающих арахис.

Решению этой практической задачи посвящена настоящая работа.

Обзор существующих способов энергоподвода, промышленных и опытно - экспериментальных установок для термообработки (сушки) семян масличных культур показывает, что до настоящего времени семена орехоплодных культур, а именно семена земляного ореха, достаточно глубоко не исследованы как объекты термообработки в условиях ИК- энергоподвода.

Установлено, что применение инфракрасного энергоподвода для сушки семян хлопчатника [3], термообработки мятки семян хлопчатника [4, 5] и ядер плодовых косточек [6] способствует к интенсификации процессов, улучшению качества и увеличение выхода конечного продукта (хлопкового и косточкового масла, а также хлопкового белка). Исследование процессов, протекающих в семенах при термообработке (сушке) в условиях ИК- энергоподвода, и выявление характера влияния различных факторов на выход и качество конечного продукта дадут возможность целенаправленно улучшать качество и увеличить выход арахисового масла.

Таким образом, целью настоящей диссертационной работы является совершенствование процесса термообработки с применением ИК- энергоподвода, обоснование рациональных режимов термообработки ядер арахиса, выдача конкретных практических рекомендаций по реализации режимов термообработки и создание эффективной установки для термообработки.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи исследования:

- изучение общих био-физико-химических характеристик ядер арахиса;

- экспериментальное исследование процесса термообработки и выявление характера влияния различных режимов термообработки на выход и качество масла;

- обоснование рациональных режимов термообработки ядер арахиса в условиях ИК-энергоподвода;

- разработка методики инженерного расчета и выработка конкретных практических рекомендаций по аппаратурному оформлению процесса термообработки ядер орехоплодных культур.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

- в результате проведения экспериментов определены параметры рационального режима ИК-термообработки ядер арахиса в условиях импульсного режима облучения;

- разработан способ извлечения масла из ядер арахиса и использованием импульсного ИК-облучения;

- проведен инженерный расчет установки для термообработки ядер арахиса в условиях импульсной ИК-обработки.

Научной новизной работы является: исследование процесса инфракрасной термообработки на выход и качество арахисового масла и определение рациональных параметров (режимов) обработки. Материалы работы докладывались на научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов БухТИПиЛП в апреле 2009 г.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.



Глава 1. Современное состояние процесса тепловой обработки ядер орехоплодных культур для извлечения масла

Технологический процесс тепловой обработки (сушки) масличных семян в зависимости от температуры нагрева, исходной влажности семян и продолжительности теплового воздействия, снижая влажность семян, одновременно вызывает более или менее глубокие изменения физиолого-биохимических свойств семян и качества содержащегося в них масла.

Тепловую обработку (сушку) масличных семян применяют с целью приведения их в стойкое для хранения состояние и с целью доведения их влажности до технологических требований перед обезжириванием.

1.1 Анализ существующих способов и установок для термообработки и сушки масличных ядер и семян

Одной из наиболее распространенных масличных культур являются семена подсолнечника. Сушкой семян подсолнечника занимаются давно, поэтому на примере этих семян проследим развитие конвективных способов термообработки (сушки) и сушильных установок для маслосодержащих семян.

Первоначально начинали сушить в жалюзийных сушилках шахтного типа, в которых сушильным агентом является нагретый воздух или смесь воздуха с топочными газами. Затем распространение получили пневматические сушилки типа ЛАУМП, в которых сушка семян происходит во взвешенном состоянии в трубе - сушилке.

Широко используются одно - и двух барабанные сушилки (рис.1.1), а также шахтные сушилки ДСП-32-ОТ (рис.1.2) [7,8].

В перечисленных выше типах сушилок сушильных агентом служит смесь атмосферного воздуха (90%) с продуктами сгорания газообразного, жидкого или твердого топлива (10%). Этим сушилкам присущ еще ряд недостатков: длительность обработки, приводящая к перегреву семян, что вызывает повышение кислотного числа жира; потребность в больших производственных площадях, занимаемых сушилками; значительные удельные затраты топлива и электроэнергии.

Рис.1.1. Барабанная сушилка для термообработки масличных семян.

1- барабан; 2-чугунный бандаж; 3-двухзаходный шнек; 4-приемный бункер; 5-газоход; 6-топка; 7-ролики.

Известно [9] сушилка для волокнистых материалов, преимущественно для хлопковых семян, в которой материал передвигается шнеком с перфорированными лопастями и высушивается воздухом, подаваемым через перфорированное днище камеры и внутреннюю рубашку, а воздух нагревается паром, подаваемым в наружную рубашку сушилки (рис. 1.3). Недостатком этого аппарата можно считать то, что сушильный агент - воздух - нагревается паром, что делает этот аппарат энерго - и материалоемким, поскольку требуются вспомогательное оборудование и трубопроводы для подачи пара. Кроме того, предназначение аппарата заключается не в подготовке семян к прессованию, а в снижении влажности семян до требуемых значений.

Рис.1.2. Аппарат ДСП-32-ОТ для термообработки (сушки) масличных семян.

1-бункер; 2-зона сушки; 3 и 9- короба;4 и 5 - вентиляторы; 6- приемный бункер; 7-камера; 8-зона охлаждения; 10-шахта; 11-отводящая камера; 12-топка.



Рис.1.3. Аппарат для термообработки волокнистых семян.

1-загрузочное устройство; 2-цилиндрическая камера; 3-шнек; 4-газоотводящий патрубок; 5-разгрузочное устройство; 6-перфорированное днище; 7-внутрення рубашка; 8-наружная рубашка.

В производстве косточковых масел для окончательной сушки ядер плодовых косточек перед прессованием применяются трех секционные шнековые испарители, сушка в которых осуществляется через греющие поверхности глухим паром [2]. При этом семена, находящиеся вблизи стенки, нагреваются за счет контактного теплопереноса и трения ядер о стенки паровой рубашки аппарата более интенсивно, чем семена, находящиеся в центре аппарата, т.е. тепловая энергия распределяется по слою ядер неравномерно. Процесс сушки продолжителен (18-20 мин) и семена при этом нагреваются до температуры более 80⁰С.

Давление пара в рубашках должно быть в пределах 0,3-0,4 МПа, что делает необходимым применение специального котельного оборудования для выработки пара. Кроме того, трех секционный шнековый испаритель обладает большими габаритными размерами [2].

В технологической линии производства арахисового масла перед прессованием производят влаготепловую обработку мятки семян арахиса в шестичанной жаровне (рис.1.4) [2,8].

Целью такой обработки является изменение физико-механических свойств мятки, уменьшение огромных поверхностных сил, удерживающих масло в мятке при обязательном соблюдении условий, обеспечивающих сохранение природных качеств масла, отживаемого на прессах из жмыхов и лепестковой структуры семян.

Обработанная в жаровне мятка превращается в мезгу. Процесс ведут в два приема при интенсивном перемешивании. Сначала мятка увлажняется острым паром до 8-9 % с одновременным нагревом при помощи этого же острого пара, затем она высушивается и удаляется из аппарата при температуре до 105⁰С.

Давление пара в рубашках должно быть 0,6 МПа, что делает также необходимым применение специального котельного оборудования для выработки пара. Жаровня обладает большими габаритными размерами и массой 12000 кг, что желает процесс жарения энерго- и материалоёмким [8].

Рис. 1.4. Шестичанная жаровня Ж-61.

1-чан; 2-монтажные люки; 3-трубная пароподводящая система; 4-ножи; 5-муфты; 6 и 11 -паровые рубашки; 7- мотор-редуктор; 8-аспирационные окна; 9-вытяжная труба; 10-нижние отверстия; 12-вал; 13-труба для отвода конденсата; 14-опора; 15- окна для выпуска мезги.

Ядро орехоплодных культур содержит углеводы, белки, жиры и другие ферменты живого семени. Поэтому в нем протекает сложный комплекс биохимических процессов, ход которых оказывает значительное влияние на качество конечных продуктов переработки сырья. Суммарное воздействие тепла и кислорода воздуха при теплообработке способствует активизации ферментной системы семена, что приводит к интенсивному протеканию нежелательных биохимических процессов - таких, как окисление масла в семенах; денатурация белков; разрушение витаминов, которые, в свою очередь, обусловливают ухудшение технологических свойств ядер и качества получаемого масла.

На основании вышеизложенного, можно заключить, что существующие способы термообработки масличных семян недостаточно эффективны для подготовки семян к обезжириванию, обладают целым рядом существенных недостатков.

В последние годы выполнено большое число исследований механизма тепло - и массообмена при обработке пищевых продуктов в поле электромагнитных волн, в том числе, в поле ИК-излучения [10, 11, 12, 13]. Так, в МТИПП изучалось применение ИК-излучения для сушки семян подсолнечника, термообработки бобов какао и жиросодержащих ядер арахиса, миндаля. В МИНХ проводились опыты по комбинированной термической обработке кунжута с использованием ИК-излучения [12, 10, 11, 13].

В результате исследований, посвященных проблеме сушки семян подсолнечника ИК - конвективным способом, авторы предложили режим радиационно-конвективной сушки, обеспечивающий нагрев семян до 70-75⁰С при температуре воздуха 70⁰С, скорости воздуха 1,6 м/с, при температуре излучателя 300⁰С и расстоянии между ИК - генераторами и продуктом 250 мм [14]. Положительность процесса при этом сокращается в 1,3 раза по сравнению с конвективной сушкой. Сделан вывод, что прерывистые режимы сушки подсолнечника целесообразны с точки зрения снижения температуры нагрева семян и уменьшения удельных затрат электроэнергии. Авторами показана перспективность использования ИК-излучения для целей сушки (термообработки) масличных семян.

Влияние процесса термообработки на качественные показатели ядер миндаля было исследовано в МТИПП [14]. По результатам исследований авторы пришли к выводу, что при термообработке ядер миндаля ИК - лучами увеличивается кислотное число миндального масла, снижается количество перекисей, что свидетельствует о повышении стойкости жира.

При комбинированном способе термообработки миндаля рекомендуется осуществлять радиационной нагрев ядер до 90-100⁰С (при снижении влажности с 6 до 3-4%) и последующую термообработку в поле ТВЧ в течение 2-2,5 мин.

Большой интерес представляют исследования, проведенные в ВНИЗКИПродмаше на экспериментальной установке для сушки и обжарки сыпучих пищевых продуктов в кипящем слое с наложением механических колебаний (рис. 1.5.) [14]. С целью выяснения эффективности воздействия ИК - лучей опыты по термообработке кунжута проводились тремя методами: термообработка ИК лучами, нагретым воздухом и комбинированная термообработка воздухом и ИК лучами. Опыты показали, что комбинированная радиационно-конвективная термообработка значительно интенсифицирует процесс по сравнению с чисто радиационным нагревом, а главное, способствует более равномерной обработке продукта.

В работе [3] исследован процесс сушки семян хлопчатника в условиях комбинированного ИК-СВЧ - конвективного энергоподвода. Определены терморадиационные, диэлектрические и другие характеристики семян хлопчатника: разработан способ и создано устройство для сушки семян хлопчатника ИК-СВЧ - конвективным способом, позволяющий сохранить качество семян.

Рис.1.5. Экспериментальная установка для сушки и обжарки сыпучих пищевых продуктов в кипящем слое с наложением механических колебаний

В работе [15] исследовано влияние режимов предварительной термообработки масличных материалов на качественные показатели их масел. Так, в работе [15], в результате проведенных исследований, предложен способ получения растительного масла с улучшенной окраской, ароматом и повышенной устойчивостью из семян кунжута, предварительно обработанных в печи с помощью ИК - лучей.

В последнее время у нас и за рубежом ведутся исследования в области биотехнологической подготовки масличного материала к извлечению масла путем разрушения клетки масличных семян при помощи воздействия различных ферментов - микроорганизмов [16,17,18]. В работе [17] одной из английских фирм предложен новый вид пектиназы, которую вводят в измельчаемые оливы. Установлено, при использовании этого фермента облегчается разрыв стенок клеток плодов, что, в свою очередь, позволяет извлекать большее количество оливкового масла, и снизить стоимость их переработки. В работе [18] рассмотрено воздействие ферментов на клетку масличных семян с целью разрушения. Показано увеличение экстрагируемости и улучшения качества масла. А в работе [16] в качестве воздействующих на клетку сырья ферментов предложены ферменты, извлекаемые из грибковых микроорганизмов, а также протеазные комплексные ферменты.

В последние годы сотрудниками кафедры "ТМО и АПП" БухТИП и ЛП проведена научно-исследовательская работа, посвященная термообработке мятки семян хлопчатника и ядер плодовых косточек в поле ИК-излучения в диапазоне коротких волн. Доказана возможность использования данного способа при подготовке мятки хлопковых семян и ядер плодовых косточек к извлечению масла [19,4,20,22,6].

В работах [19,4,5,20,22,23] представлены результаты большого объема экспериментальных исследований. Здесь получены эмпирические зависимости изменения температуры и влажности мятки и ядер плодовых косточек, выхода прессового хлопкового масла и белка и косточкового масла, качественных показателей конечных продуктов от факторов, влияющих на ход термической обработки мятки семян хлопчатника и ядер плодовых косточек в терморадиационном поле. Рассчитаны конструктивные размеры и определены энергоемкость установки для осуществления, данного процесса. Изучена гидродинамическая структура потоков материала в аппарате термической обработки. На основе результатов проведенных исследований созданы аппараты для термической обработки мятки семян хлопчатника и ядер плодовых косточек.

Однако результаты исследований этих работ невозможно распространить на семена орехоплодных культур из-за различия морфологических, механических, физико-химических, технологических и др. характеристик, геометрической формы ядер орехоплодных культур и семян хлопчатника, хлопковой мятки.

В связи с этим можно сделать вывод о целесообразности исследования процесса термообработки ядер орехоплодных культур (на примере арахиса) в условиях ИК - энергоподвода с целью совершенствования процесса, сохранения качества и увеличения выхода арахисового масла при прессовании, а также создания высокоэффективного аппарата для термообработки ядер, реализующего предлагаемый способ.

1.2 Технология производства масла из ядер орехоплодных культур

Технология производства масла из ядер орехоплодных культур рассмотрим на примере ядер плодов арахиса (земляного ореха).

Технологическая схема производства арахисового масла состоит из следующих операций [2] (рис.1.6):

Подготовка к хранению и хранение семян арахиса. При уборке в семенах арахиса содержится до 50 % влаги. К хранению пригодны семена с влажностью не более 11 %. При большей влажности семена сушат подогретым воздухом и затем охлаждают. Сушка дымовыми газами запрещается. Заготавливаемый арахис в зависимости от качества делится на две группы: первая (базисные кондиции) и вторая (ограничительные кондиции) в соответствии с ГОСТ 17111-71.

Рис.1.6. Технологическая схема получения арахисового масла

Групповые характеристики семян арахиса приведены в табл.1.1 [2].

Таблица 1.1. Групповые характеристики семян арахиса

Показатели	Нормы
Семена арахиса первой группы
Влажность, %	11
Содержание сорной примеси, %	2
Содержание масличной примеси, %	4
Зараженность вредителями зерновых запасов	Не допускается
Семена арахиса второй группы
Влажность, %, не более	15,0
Содержание примесей (сорная и масличная, суммарно), %, не более	15,0
В том числе сорной	До 5,0
Семена клещевины	Не допускаются

Технологическая схема подготовки семян арахиса к прессованию

Семена арахиса (без кожуры) после взвешивания проходят очистку от металлопримесей, а также от органического и минерального сора. При влажности семян выше 7 % их подсушивают. После сушки семена обрушивают и из рушанки отделяют семенную пленку и зародыш. Отходы пленки и зародыша перерабатывают отдельно для получения технического масла, а ядро используется для выработки пищевого масла.

В случае переработки не семян, а плодов арахиса, последние перед очисткой проходят операцию лущения на специальных машинах. Разделенные при этом семена перерабатываются по ранее приведенной схеме.

Очистка семян

1. Семена арахиса очищают от растительного и минерального сора в сепараторах 3СМ-20, 3СМ-50 и др., а также от металлопримесей путем двукратного пропуска семян через электромагнитные сепараторы.

2. В зависимости от сорта размеры семян арахиса колеблются в следующих пределах: длина - от 10 до 20 мм, ширина - от 7,5 до 13 мм.

3. Сита в очистительных машинах подбираются, исходя из размеров семян арахиса: на подситке - сита с отверстиями диаметром от 15 до 20 мм, на основном сите - от 12 до 20 мм, на нижнем сите - 3 мм. При получении кормового жмыха нижние сита в сепараторах заменяются кровельным железом.

4. Сор, полученный сходом с подситка и основного сита, контролируется (обычно семена арахиса выбирают из него вручную).

Сушка семян

Влажность семян, не превышающая 7,0 %, обеспечивает максимальное их обрушивание при минимальном содержании сечки и масличной пыли.

При влажности более 7,0 % семена подсушивают подогретым воздухом с температурой не выше 120⁰С. Использование при получении пищевого жмыха дымовых газов категорически запрещается.

Для сушки семян могут применяться сушилки любой конструкции, а также чанные жаровни с давлением зарубашечного пара 4-5 кгс/см² (0,4-0,5 МПа).

Обрушивание семян и отделение семенной пленки и зародыша

1. После очистки и сушки семена арахиса подвергают обрушиванию и отвеиванию от семенной пленки и зародыша. Необходимость удаления семенной пленки и зародыша вызывается тем, что вещества, содержащиеся в них, придают маслу и жмыху темный цвет и горький привкус, а также отрицательно влияют на качество масла и жмыха при их хранении. Арахисный жмых, получаемый из семена после отделения пленки и зародыша, относится к категории пищевого жмыха, находящего применение в хлебопекарной, кондитерской и других отраслях промышленности.

2. Обрушивание семян арахиса производят в семенорушках, используемых при переработке семян подсолнечника, но с уменьшенной частотой вращения бичевого барабана (250-150 об/мин).

3. Отвеивание семенной пленки и зародыша производят в семеновейках М1С-50. Основная масса пленки уносится в рукавные фильтры. Зародыш собирается в четвертом или пятом разделе семеновейки. Пленку и зародыш собирают вместе в особом закроме и по мере накопления перерабатывают на кормовой жмых.

4. Условия работы семеновейки такие же, как и при переработке подсолнечных семян. Сита рассева вейки подбираются в зависимости от размеров рушанки, поступающей с семенорушек.

Рекомендуется установка сит следующих размеров, мм:



Рассевы веек	Крупный арахис	Мелкий арахис
1-й ярус	7-8	6-7
2-й ярус	4,6-6	4,5-5
3-й ярус	2,5-3	2,5-3

Ядро из каналов аспирационной вейки направляется на измельчение. Степень отделения пленки от семена арахиса контролируют ежесменно, при этом определяют содержание пленки в ядре, идущем на вальцы. Содержание пленки в ядре не должно превышать 0,4-0,6 %.

Подготовка мятки (измельчение ядер)

Ядро арахиса поступает на измельчение при влажности не более 8,5 %. В случае повышенной влажности семян необходимо еще до очистки подсушить их на сушилках (шахтных или барабанных).

Ядро арахиса предварительно измельчают на однопарной вальцовке с рифлеными валками или на 16-бичевых семенорушках с частотой вращения барабана 550-620 об/мин. Полученную крупку подвергают вторичному измельчению на пятивальцовых станках через один или два прохода (в зависимости от влажности семена) или на плющильных вальцовках.

Не следует производить более тонкого измельчении арахиса перед жаровней форпрессов, так как получающаяся при этом мятка плохо транспортируется нориями, забивает течки, а самое главное, агрегируется в чанах жаровни после увлажнения.

Перед поступлением на жарение мятка освобождается от металлопримесей на возвратно-поступательном сите с ячейками диаметром 5 мм и на вращающемся электромагнитном сепараторе.

Подготовка мезги (жарение мятки)

1. Полученная после измельчения ядер арахиса мятка поступает в шести- или пятичанную жаровню.

2. В верхних чанах жаровен или в пропарочно-увлажнительном шнеке поступающую мятку подвергают пропарке острым паром до влажности 8,0-8,5 % при получении кормового жмыха и до влажности 9-10 % при получении пищевого жмыха. Во втором чане жаровни происходит агрегирование частиц мятки в небольшие комья, легко выделяющие масло при сжатии их рукой.

3. В последующих чанах жаровни мятку подвергают дальнейшей тепловой обработке в самопропаривающихся слоях.

4. Отвод влаги из жаровни производят с помощью естественной аспирации через вытяжные трубы, не допуская подсоса воздуха в чаны жаровни.

5. Готовая мезга, поступающая из жаровни в форпрессы ФП, должна иметь влажность 4,5-5,0 % и температуру 95-100⁰С при получении кормового жмыха; влажность 7-8 % и температуру 95-100⁰С при получении пищевого жмыха.

6. Необходимо строго следить за точностью увлажнения, так как переувлажненная мезга агрегируется в большие комья, не пересыпающиеся в жаровне из чана в чан через перепускные отверстия. Недоувлажнение мятки обусловливает повышенную масличность форпрессой и экспеллерной ракушки.

Прессование

1. Для использования всей мощности форпрессов по производительности и глубине отжима масла без ухудшения его качества необходимо и поддерживать непрерывное и равномерное поступление мезги в пресс.

2. Нормальный считается такая работа форпресса, при которой наибольшее количество масла вытекает в конце первой и второй секций зеера прессов ФП. По направлению к выходу жмыха интенсивность вытекания масла постепенно падает.

3. Жмых, выходящий из конуса форпресса, подвергают грубому измельчению резаками, установленными на конусе вала.

4. Режим и показатели работы форпресса ФП следующие:

Зазоры между зеерными колосниками, мм

I секция 2,0

II секция 1,0

III и IV секции 0,45

Нагрузка на приводной электродвигатель,

А (при напряжении 380 В) 28-34

Частота вращения шнекового вала, об/мин 24-26

Толщина жмыховой ракушки, мм 8-10

Масличность жмыха, % при фактической влажности, не выше

при выработке кормового жмыха 12

при выработке пищевого жмыха 14

Производительность пресса, т/сут семян 25-27

Содержание растворимых белков в жмыхе, %

к общему содержанию протеина, не менее 85

Первичная очистка масла

1. Масло, отжатое в форпрессах и экспеллерах, для предварительной очистки подают в горячем состоянии на вибрационное сито, снабженное плетеными ситами, имеющими 21 нитку на 1 см, или в двойную механическую гущеловушку.

2. Предварительно очищенное на вибрационном сите или в двойной механической гущеловушке горячее форпрессовое масло окончательно освобождают от взвешенных частиц в фильтр-прессах и направляют на гидратацию.

Гидратирование -- обработка жира горячей водой. Во время гидратирования белковые и слизистые вещества, которые быстрее всего приводят к порче масла, набухают, выпадают в осадок и удаляются.

1.3 Характеристика арахисового масла

На долю арахиса приходится 13% всего производства масличных семян. Это объясняется тем, что арахис является ценным не только как масличная, но и как продовольственная культура, а также арахисовое масло используется в медицинских целях.

Физико-химические свойства арахисового масла таковы: плотность при 15°С 911-929 кг/м³; показатель преломления при 20°С 1,468-1,472; температура застывания от -2,5 до + 3,0°С; кинематическая вязкость при 20° С (74-Т-89) 10~⁶ м²/с.

Химический состав: жирные кислоты; белковых веществ - 20-30%; крахмала - до 20%; сахар; витамин Е; холин; бетаин.

Жирнокислотный состав: ненасыщенные кислоты: олеиновая - 40-70%; линолевая - 15-35%; насыщенные кислоты: арахиновая, пальмитиновая, стеариновая - до 20%

Теплое, сладкое, с сильным запахом. Его аромат трудно "перекрыть" эфирными маслами. Имеет характерный цвет от светло-жёлтого до красно-бурого.

Свойства арахисового масла:

· Арахисовое масло высоко ценится, как диетический продукт. Известно, что арахисовое масло изобрел в 1890 году диетолог, долгое время пытавшийся найти равноценную замену мясу, яйцам, сыру. Пользующееся огромной популярностью в Соединенных Штатах Америки, Европейском Союзе и России арахисовое масло является одним из основных диетических продуктов. Получают из измельченной мякоти земляного ореха - арахиса, по технологии прессового отжима.

· Очень питательный продукт, усиливает чувство сытости, составляет основу диет для снижения веса и особо популярен среди фотомоделей, а также людей, которые хотели бы максимально сократить потребление мяса в своем рационе.

· Применяют при лечении гнойных и труднозаживающих ран. Очень эффективен этот продукт при лечении геморрагических диатезов у детей, при которых снижается свертываемость крови, возникают многочисленные кровоизлияния под кожей и др. Благоприятствует профилактике нормального функционирования нервной ткани, сердца, печени, арахисовое масло считается одним из самых эффективных желчегонных средств. Полезно при утомляемости, бессоннице; улучшает память, внимание и слух. Справедливости ради нужно отметить: в арахисе меньше жира, чем в других орехах.

· Арахисовое масло и всем известное оливковое масло подобны по своим характеристикам, но имеет более выраженные кулинарные свойства. Оно очень экономично при жарке блюд оно не дымит и не выгорает. Салаты из овощей, приготовленные с использованием этого масла не только полезны, но и сокращают расходы более чем в два раза.

· Прекрасно питает кожу, не оставляя ощущения жирности. Дарит радостное настроение своим запахом и цветом. Хорошая основа для массажа.

· Хорошо подходит к жареным креветкам, рыбе, кусочкам ананаса, поджаренным на гриле, а также к ванильному мороженому.

· Богато витаминами группы A, D, E, B₁, B₂, PP, фолиевой кислоты, микроэлементами (железом, кобальтом, цинком, калием, магнием, кальцием, йодом, фосфором). Абсолютно лишено холестерина.

Шроты из семян масличных культур, в том числе и арахиса, также представляют собой обильный источник витаминов группы В, в том числе и витамина В₂.

1.4 Изменение физиолого-биохимических свойств ядер орехоплодных культур и качества масла при тепловой обработке

Арахис (Arachis L.), земляной орех (переводное, не народное назв.) -- родовое название растений из семейства мотыльковых (Papilionaceae). Название "арахис" происходит, вероятно, от греч. -- паук, по сходству сетчатого рисунка плодов с пауком.

Семена арахиса или земляного ореха [24] (рис.1.7) удлиненной или несколько округлой формы, иногда цилиндрические, покрытые тонкой семенной оболочкой, желтоватой или ярко-красной. Содержание семенной оболочки составляет 3-4 % от массы семян.

а б

Рис.1.7. Семена (а) и ядра (б) арахиса (земляного ореха).

Культура арахиса известна с давних времен. Арахис происходит из Южной Америки и возделывается во всех странах тропического и субтропического поясов земного шара. Семена арахиса были найдены при раскопках в 1875 г. перуанских гробниц в Анконе, относимых археологами к XII-XV вв. На территории России он появился в 1792 г. в Одессе. С 1898 г. посевы арахиса стали распространяться на Украине. Затем арахис проник в Закавказье и Центральную Азию. В настоящее время в странах СНГ арахис возделывают в Закавказье, Центральной Азии, Краснодарском крае и на юге Украины.

Из семян арахиса получают пищевое масло, применяемое в качестве салатного или непосредственно в пищу, арахисный пальмитин используют в производстве маргарина. Арахисовое масло богато фосфолипидами.

Семя (ядро) арахиса используют в виде добавок в кондитерские и хлебобулочные изделия, для получения арахисового "молока" и арахисового "сливочного масла".

Богаты семена арахиса витаминами, особенно группы В. Вследствие этого кроме получения пищевого масла значительную часть семян арахиса используют или непосредственно в пищу, или употребляют для приготовления разнообразных пищевых продуктов.

Оболочку бобов и семян используют на корм скоту и в химической промышленности. Жмыхи и шроты используют в производстве пищеконцентратов и пищевых белков.

В соответствии с действующим ГОСТ 17111-71 заготавливаемые бобы арахиса делят на типы и подтипы в зависимости от величины боба, количества в нем семян и массы 1000 бобов [24] (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Характеристика основных типов арахиса

Наименование	Количество семян в бобе, шт.	Абсолютная масса, г	Примерный перечень сортов, характеризующих типы и подтипы
типа	подтипа
I. Длинно-плодный	-	3 и более	Не менее 1200	ВНИИМК 433, Ташкентский 112, Украинская Валенсия
II. Коротко-плодный	1 - Крупно-плодный 2 - Мелкоплод-ный	Менее 3, Менее 3	Не менее 1000 Менее 1000	Перзуван 46/2, Искра, Желудь, Краснодарский 1708 (Адыг), Ташкентский 32, Зенит

В каждом типе допускается по ГОСТу не более 15% примеси бобов арахиса другого типа.

В соответствии с влажностью бобов арахиса устанавливают следующие состояния семян:

§ сухое - при влажности бобов до 8% включительно,

§ средней сухости - от 8 до 11% включительно,

§ влажное - от 11 до 13% включительно,

§ сырое - при влажности бобов арахиса свыше 13%.

По засоренности бобов арахиса устанавливают следующие группы по состоянию:

§ чистое - при содержании сорной примеси до 1,0% включительно,

§ средней чистоты - при содержании сорной примеси свыше 1,0 до 3,0% и масличной примеси свыше 2,0 до 6,0%,

§ сорное - при содержании сорной примеси свыше 3,0% и масличной свыше 6,0%.

Заготовленный арахис (бобы) должен быть без признаков самосогревания, нормального вкуса, соломенно-желтого цвета, без затхлого, плесенного или иного постороннего запаха.

Базисные и ограничительные нормы приведены ниже [24].

Арахис (бобы), поставляемый для промышленной переработки в кондитерской и масложировой промышленности и в торговую сеть, должен отвечать требованиям ГОСТ 17111-71 (табл. 1.3).

Таблица 1.3 . Требования к семенам арахиса для переработки и торговой сети

Показатели	Нормы
	для торговой сети	для кондитерской промышленности	для маслодобывающих заводов
Влажность, %, не более	10,0	11,0	15,0
Содержание сорной примеси, %, не более	1,0	3,0	5,0
минеральной и органической	0,5	0,5	-
семян дикорастущих и культурных растений		Не допускается
Содержание масличной примеси, %	2,0	6,0	10,0
Содержание семян клещевины		Не допускается
Зараженность вредителями	Не допускается	Не допускается, кроме зараженности клещом не выше II степени	Не допускается, кроме зараженности клещом

Ниже [24] (табл.1.4) приведена характеристика двух селекционных сортов арахиса (по Б. А. Воронюк, 1957).

Таблица 1.4. Характеристика двух селекционных сортов арахиса

Показатели	Крупноплодный	ВНИИМК 433
Масса бобов 100 растений при влажности 11%, кг Лузжистость бобов, % Абсолютная масса, г бобов семян	1,92 28,0 1978 748	1,22 26,4 1326 416
Показатели	Базисные нормы	Ограничительные нормы
Влажность, %	11,0	15,0
Содержание примесей: (%) сорной	2,0	5,0
масличной	4,0	10,0
Зараженность вредителями зерновых запасов	не допускается	не допускается, кроме зараженности клещом
Содержание семян клещевины	не допускается

Химический состав семян арахиса сорта Адыг (ядро) (в %) представлен в табл. 1.5. [24].

Табл. 1.5. Химический состав семян арахиса сорта Адыг (ядро)

№ п/п	Наименование	Показатели, %
1 2 3 4	Азот в семенах в шроте Белок в семенах в шроте Липиды в семенах Вода	4,0 9,3 24,9 57,9 56,1 3,5

Клетки и структурные элементы клеток тканей орехоплодных культур. Ткани, из которых состоят масличные плоды и семена, слагаются из сотен клеток, являющихся основными функциональными единицами высших растений. Между клетками разных по специализации тканей прослеживается существенное различие. Это различие позволяет, пользуясь морфологическими признаками, устанавливать принадлежность ткани и ее специализацию, а иногда и вид растения.

Наиболее крупными являются клетки семян арахиса и клещевины, самыми мелкими - клетки хлопчатника и льна. Специализация основной ткани обусловливает развитие в них внутриклеточных структур, обеспечивающих синтез запасных веществ клетки. В то же время отдельно взятые клетки, различаясь по форме, величине и химическому составу в зависимости от физиологических функций ткани, вида масличного растения и возраста, сохраняют единый для растительной клетки план строения.

В табл. 1.6 приведены средние размеры клеток маслосодержащих тканей семян арахиса [24].

Таблица 1.6. Размеры клеток маслосодержащих тканей семян арахиса (в мкм).

Масличная культура	Маслосодержащие ткани	По В. А. Нассонову (1940)	По В. М. Яковлевой (1959)
		длина	ширина	длина	ширина
Арахис	Семядоли	78,5	47,7	68,8	47,6

В технологической линии производства масла из ядер орехоплодных культур (арахиса) особое место занимает процесс тепловой обработки ядер к обезжириванию. Этот процесс следует последним перед непосредственным добыванием масла. Выход и качество масла в основном зависят от температурного режима, продолжительности и других условий процесса.

Тепловая обработка воздействует на один из основных показателей качества масла - его кислотное число.

Основную массу липидов семян и плодов составляют запасные липиды, выполняющие в клетках энергетическую функцию. Это легко извлекаемые из тканей семян "свободные" липиды. У масличных растений, плоды и семена которых находят применение в качестве промышленного масличного сырья, запасные липиды представлены триацилглицеринами (триглицеридами) и составляют до 95-97% получаемых растительных масел.

В обрабатываемых семенах арахиса протекают процессы окисления олеиновой кислоты с образованием перекисей, оксикислот и затем- низкомолекулярных кислот, и они идут тем более интенсивно, чем выше температура нагревания ядер. Низкотемпературная термообработка способствует гидролизу триациглицеринов с образованием ди - и моноациглицеринов и свободных жирных кислот. Высокие температуры нагревания семян сопровождаются связыванием триациглицеринов и свободных жирных кислот.

При термообработке ИК - лучами содержание жира в семенах арахиса уменьшается, при этом - чем выше температура нагрева ядер, тем больше потери сухого вещества. С ростом температуры ядер кислотное и перекисное числа арахисового масла в ходе термообработки возрастают.

Поэтому тепловая обработка должна вестись при оптимальных температурах - с тем, чтобы свести к минимуму гидролитические процессы и в тоже время не допустить окислительного распада и связывания липидов, неизбежных при высоких температурах [24].

Как известно, [24] главным белком, связанным с липидами, ядер арахиса является глобулин - арахин (составляет 97 % от общего количества белков. По мере усиления перекисного окисления связь липидов с арахином усиливается. Скорость и степень денатурации белков при нагревании зависят от температуры нагревания, продолжительности теплового воздействия и влажности белка. Денатурация белков тем интенсивнее, чем выше температура, продолжительность нагревания и влажность белка.

В клетках и тканях ядер арахиса обнаружены минеральные элементы, которые играют значительную роль в процессах их жизнедеятельности. Содержание отдельных минеральных элементов в семенах арахиса колеблется в широких пределах (табл. 1.7) [24].

Таблица 1.7. Минеральный состав семян арахиса (в мг/100 г)

Элементы	Содержание	Элементы	Содержание
Алюминий	10	Медь	0,70-30
Барий	8,0-30	Фтор	0,14
Бор	2,6-50	Иод	0,020
Кальций	20-85	Железо	1,3-11
Хлор	0,50-10	Свинец	0-50
Кобальт	0,030	Марганец	0,20-50
Молибден	0,80-3,0	Стронций	0.80-5,0
Никель	3,0-8,0	Сера	190-260
Фосфор	250-660	Титан	70-80
Калий	540-890	Олово	0,5-0
Кремний	80	Ванадий	10-50
Натрий	1,0-50	Цинк	1,7-80

Основная роль минеральных элементов заключается в повышении активности различных ферментов при протекании биохимических процессов внутри клетки.

Углеводы, в зависимости от выполняемых функций, подразделяются на запасные (крахмал 0,9-6,7%), структурные (целлюлоза 2%) и защитные.

В зрелых масличных семенах, как правило, содержится незначительное количество крахмала. Исключением являются только арахис и кедровый орех. масличный орехоплодный семя термообработка

Целлюлоза, или клетчатка, - нерастворимый в воде полисахарид, широко распространенный в природе. Он составляет главную массу стенок клеток растений.

Гемицеллюлоза - высокомолекулярный полисахарид, нерастворимый в воде, но растворимый в щелочах.

Углеводный состав семян арахиса (в %) приведен в табл.1.8.[24].

Табл.1.8. Углеводный состав семян арахиса

№ п/п	Наименование	Значения (в %)
1 2 3 4 5 6	Редуцирующие сахара Дисахариды (сахароза) Крахмал Пентозаны Целлюлоза Пектиновая кислота - арабан	0,06-0,30 1,5-7,0 0,9-6,7 2,2-2,8 2,0 4,0

В семенах арахиса обнаружены многие витамины и биологически активные вещества: биотин - 0,34-1,10 мг/кг, холин - 1650-1740, фолиевая кислота - 2,8, инозитол--1800, никотиновая кислота - 88-200, пантотеновая кислота 25- 35 мг/кг.

Витамины и биологически активные вещества, находящиеся в зародыше и в других частях ядер, под действием высоких температур разрушаются.

Отсюда можно сделать вывод о том, что глубина биохимических процессов в семенах орехоплодных культур при тепловом воздействии зависит от начальной влажности материала, температуры и продолжительности процесса. Как было указано выше, с увеличением температуры термообработки нежелательные процессы усиливаются (окисление масла в семенах, денатурация белков, связывание липидов с арахином, разрушение витаминов). Все это в совокупности своей приводит к ухудшению технологических свойств ядер, снижению качества получаемого масла (повышение кислотного числа, изменение цвета, горьковатый вкус, неприятный запах). Поэтому термообработку ядер орехоплодных культур нужно вести интенсивно и при таком температурном режиме, при котором семена нагревались бы не выше 80⁰С.



Глава 2. Экспериментальное исследование процесса тепловой обработки ядер орехоплодных культур

2.1 Описание лабораторной экспериментальной установки для термообработки ядер орехоплодных культур

Исследование процесса ИК-термообработки ядер арахиса проведено на экспериментальной установке, общий вид которой представлен на рис. 2.1. Установка состоит из рабочей камеры, пульта управления с контрольно - измерительными приборами, аппаратурной управления и сигнализации.

Внутри рабочей камеры 1 в верхней ее части расположены ИК излучатели 2. В качестве ИК - излучателей использованы кварцевые галогенные лампы типа КГТ 220-1000. Крепление ламп выполнено таким образом, что имеется возможность изменять расстояние между ними. Над ИК - излучателей расположен экран 3, который можно перемещать по вертикали. Напряжение в нити накаливания ИК - ламп изменяется в пределах 0-250 В с помощью регулятора напряжения РНО-250-10 7. Режим работы излучателей контролируется измерительными приборами 9.

Внутренние поверхности рабочей камеры выполнены из полированного алюминия, обладающего высоким коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра.

Измерение и автоматическая регистрация температуры в ядре арахиса и среды рабочей камеры в ходе ИК-термообработки осуществляется электронными самопищущими потенциометрами 4 типа КСП-4 с первичными измерительными преобразователями в виде термопар. Чувствительные элементы и провода термопар защищены экранами и термостойкими защитами оболочками из асбестовой ткани от непосредственно падающего ИК - излучения.

Сетчатый подик 6 устанавливается на винтовых опорах, укрепленных на каркасе. Последний жестко связан с чашей весов 8 марки ВЛКТ-500М, предназначенных для измерения убыли массы высушиваемого материала.

Смотровое окно предусмотрено для визуального наблюдения за протеканием процесса. В целях соблюдения норм техники безопасности заземления всех контрольно - измерительных устройств, предусмотрена блокировка, срабатывающая при открывании дверцы, рабочей камеры происходит автоматическое отключение всей установки.

Таким образом, экспериментальная установка оснащена всей необходимой контрольно - измерительной и регулирующей аппаратурой. Это позволяет при экспериментальных исследованиях процесса термообработки ядер арахиса получать полную картину внутреннего и внешнего тепло - и массопереноса.

Рис.2.1. Лабораторная ИК-установка для исследования процесса термообработки ядер арахиса

Рис. 2.2. Лабораторная ИК-установка (фото).

2.2 Методика проведения экспериментов

Методика определения влажности ядер арахиса

Настоящая методика распространяется на семена масличных культур, используемые в качестве сырья для маслодобывающей промышленности [25].

Под влажностью масличных семян понимают процентное содержание влаги в семенах.

Отбор средних образцов масличных семян и выделение навесок для анализа производят по ГОСТ 10852-64.

Для определения влажности семян применяются следующие аппаратура и реактивы.

Сушильный электрический шкаф марки СЭШ. Эксикатор по ГОСТ 6371-73. Бюксы металлические. Чашки фарфоровые. Банки стеклянные с притертыми пробками. Совочки. Шпатели. Пинцеты. Лезвия бритвенные для разрезания семян. Тигельные щипцы. Весы технические. Кальций хлористый технический по ГОСТ 450-77 или кислота серная по ГОСТ 4204-77 плотностью 1,835г/см³.

Основным методом определения влажности является высушивание навесок семян в сушильном электрическом шкафу СЭШ.

Допускается производить определения влажности масличных семян и в других сушильных электрических шкафах с закрытым обогревом.

Образцы зерна, имеющие температуру ниже комнатной, следует выдерживать в закрытой банке до тех пор, пока температура зерна не достигнет комнатной.

Определение влажности семян арахиса, клещевины и сои производят высушиванием семян, предварительно разрезанных на части толщиной около 2 мм семена всех остальных культур высушивают целыми.

Высушивание в электрическом сушильном шкафу СЭШ-3М. Сушильный шкаф и охладитель работают от сети переменного тока напряжением 220 В. До загрузки бюкс шкаф должен быть разогрет до заданной температуры. Включение шкафа производят следующим образом: вилку соединительного шнура включают в сеть, затем переводят рукоятку левого выключателя в крайнее нижнее положение и тотчас нажимают кнопку, придерживая ее 1-2 с до запуска электродвигателя. Чтобы ускорить разогрев, подключают дополнительный нагреватель, для чего рукоятку второго выключателя переводят в крайнее нижнее положение.

Передвижной контактный термометр устанавливают на нужную температуру, вращая магнитную скобу на верхней части термометра и наблюдая за положением овальной гайки по верхней шкале термометра. После установки укрепляют магнитную скобу винтами. По достижении заданной температуры в сушильную камеру помещают бюксы с навесками и ведут высушивание.

...