линия по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья

Формула изобретения

Линия по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья, содержащая многокомпонентный дозатор, экструдер, емкость для стабилизации жировой смеси, аппарат для нанесения стабилизированного растительного масла с форсунками, отличающаяся тем, что дополнительно установлено устройство для предварительной термической обработки исходного сырья, выполненное в виде вертикального шнекового транспортера, на наружном корпусе которого изготовлено секционированное устройство для тангенциального подвода пара, экструдер снабжен секцией измельчения, масло-отделительной секцией и узлом динамического формования, после экструдера продукт поступает в аппарат для нанесения жировитаминных добавок и подсушки, снабженный форсунками и ультразвуковыми излучателями, из него продукт с нанесенными на поверхность жировитаминными добавками поступает на фасовку и упаковку, отделенное в процессе экструзии растительное масло поступает в фильтр-пресс, и затем на фасовку и упаковку, а отходы растительного масла из фильтр-пресса поступают в мешалку, где смешиваются с витаминами и стабилизаторами и направляются в аппарат для нанесения жировитаминных добавок и подсушки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке маслосодержащего и зернобобового сырья и может быть использовано в линиях производства растительного масла, экструдатов и комбикормов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является линия производства полнорационных экструдированных комбикормов [пат. № 2328171, МПК⁷ A23N 17/00. Линия производства полнорационных экструдированных комбикормов. Остриков А.Н., Василенко В.Н. Заявка № 2006145128/13. Заявл. 18.12.2006. Опубл. 10.07.2008, БИ № 19], включающая многокомпонентный дозатор, экструдер, экструдер с дополнительной маслоотделяющей насадкой, жмыхоломач, пресс-гранулятор, емкость для стабилизации жировой смеси, аппарат с форсунками для нанесения стабилизированного растительного масла, дражировочный барабан.

Недостатком известной линии является большое количество промежуточных операций, и как следствие, большое количество оборудования, ограничение перерабатываемого продукта по количеству жира, а также узкий ассортимент выпускаемой продукции.

Технической задачей изобретения является увеличение технологических возможностей линии по производству экструдированных продуктов функционального назначения, а также расширение ассортимента производимых экструдатов повышенного качества, т.е. получение готового продукта, обогащенного жирами и витаминами, адаптированного для различных групп населения, устранение брака и сокращение потерь сырья, подбор наиболее рациональных режимов для переработки нестандартной продукции без ухудшения ее качества.

Поставленная задача достигается тем, что в линии по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья, содержащей многокомпонентный дозатор, экструдер, емкость для стабилизации жировой смеси, аппарат для нанесения стабилизированного растительного масла с форсунками, новым является то, что дополнительно установлено устройство для предварительной термической обработки исходного сырья, выполненное в виде вертикального шнекового транспортера, на наружном корпусе которого изготовлено секционированное устройство для тангенциального подвода пара, экструдер снабжен секцией измельчения, маслоотделительной секцией и узлом динамического формования, после экструдера продукт поступает в аппарат для нанесения жировитаминных добавок и подсушки, снабженный форсунками и ультразвуковыми излучателями, из него продукт с нанесенными на поверхность жировитаминными добавками поступает на фасовку и упаковку, отделенное в процессе экструзии растительное масло поступает в фильтр-пресс и затем на фасовку и упаковку, а отходы растительного масла из фильтр-пресса поступают в мешалку, где смешиваются с витаминами и стабилизаторами и направляются в аппарат для нанесения жировитаминных добавок и подсушки.

На фиг.1 изображен общий вид линии по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья, на фиг.2 - объемное изображение линии по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья.

Линия по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья (фиг.1, 2) содержит бункеры для хранения масличного сырья 1, 2 (подсолнечник, paпс, сорго и т.д.) и бункер для хранения зернобобового сырья 3 (пшеница, люпин, чечевица и т.д.), с установленными в их нижней части роторными дозаторами 4, весы 5 и 6, устройство 7 для предварительной термической обработки исходного сырья, экструдер 12, емкость для стабилизации жировитаминной смеси 20, аппарат для нанесения жировитаминных добавок и подсушки (сушилка-дражиратор) 17 с форсунками 18 и ультразвуковыми излучателями 19, фасовочно-упаковочные автоматы 21 и 27, валковую дробилку 22 и просеиватель 23.

Устройство 7 для предварительной термической обработки исходного сырья представляет собой вертикальный шнековый транспортер 8, на наружном корпусе которого изготовлено секционированное устройство 9 для тангенциального подвода паровоздушной смеси. Причем внутренняя часть корпуса вертикального шнекового транспортера 8, соединенная с секционированным устройством 9, выполнена решетчатой для прохода паровоздушной смеси внутрь корпуса и ее непосредственного контакта с продуктом.

Экструдер 12 представляет собой трехсекционный аппарат. В первой секции 13 экструдера 12 происходит измельчение продукта. Во второй секции 14 экструдера 12 происходит отжим масла, которое направляется в фильтр 24 и затем с помощью насоса 25 поступает на упаковку, а отходы фильтрации насосом 26 подаются в емкость для стабилизации жировитаминной смеси 20. В третьей секции 15 экструдера 12 происходит непосредственное экструдирование смеси жмыха и зернобобового сырья. На выходе из экструдера 12 установлена динамическая матрица с вращающимся дорном 16.

Емкость для стабилизации жировитаминной смеси 20 оснащена вращающейся закрытой турбинной мешалкой, которая имеет форму колеса с криволинейными лопатками, укрепленного на вертикальном валу. При этом в емкости 20 создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. Наряду с радиальным потоком возникает тангенциальное (круговое) течение смеси стабилизатора и витаминов и образование воронки. В этом случае в емкости 20 устанавливают отражательные перегородки. Этим обеспечивается интенсивное перемешивание во всем объеме емкости 20. Мощность, потребляемая турбинной мешалкой, работающей в емкости с отражательными перегородками, при турбулентном режиме перемешивания практически не зависит от вязкости среды. Поэтому мешалки этого типа могут применяться для смесей, вязкость которых во время перемешивания изменяется. Закрытые турбинные мешалки создают более четко выраженный радиальный поток.

Аппарат для нанесения жировитаминных добавок и подсушки (сушилка-дражиратор) 17 выполнен двухсекционным. В первой секции аппарата (сушилки-дражиратора) 17 установлены форсунки 18 и ультразвуковые излучатели 19, способствующие эффективной диффузии жировитаминной смеси с поверхности вглубь экструдированных палочек. Во второй секции аппарата (сушилки-дражиратора) 17 происходит подсушка обрабатываемого продукта паровоздушной смесью.

Линия по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья содержит также калорифер 10, вентилятор 11 и фильтр 28, предназначенный для очистки отработанной паровоздушной смеси от мельчайших частиц жмыха зернобобовых зерен.

Предлагаемая линия по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья работает следующим образом (фиг.1, 2).

Исходное масличное сырье (например, рапс) из бункера 1 и масличное сырье (например, подсолнечник) из бункера 2 с помощью дозаторов 4 дозируются в зависимости от сорта масла и направляются на весы 5.

Затем полученная на весах 5 смесь направляется в устройство 7 для предварительной гидротермической обработки исходного сырья. Одновременно включается привод вертикального шнекового транспортера 8 и в секционированное устройство 9 подводится заданное количество паровоздушной смеси из калорифера 10 с помощью вентилятора 11. Перемешиваемый продукт контактирует с паровоздушной смесью, из который частично при соприкосновении конденсируется пар на поверхности частиц масличной смеси, в результате чего происходит их быстрый прогрев. При этом достигается выполнение двух задач. Во-первых, за счет сконденсировавшейся влаги продукт доводится до наиболее оптимальной влажности (например, 20 25%), т.к. именно такая влажность обеспечивает наилучший режим при последующем прессовании. Во-вторых, за счет теплоты, подводимой паровоздушной смесью, происходит частичная декстринизация крахмала и денатурация белков. Таким образом, продукт, поступающий в экструдер 12, проходит начальную стадию гидротермической обработки, создавая рациональные условия для протекания процесса экструзии (уменьшается величина давления экструдата в предматричной зоне, продолжительность его пребывания в экструдере, снижается температура обработки, повышается содержание термолабильных питательных компонентов в готовом продукте и др.).

Из устройства 7 подогретая смесь поступает в первую секцию 13 экструдера 12, в которой происходит измельчение. В результате чего сырье подвергается значительным механическим воздействиям. Под действием напряжения сжатия частицы деформируются по всему объему. При этом внутреннее напряжение постепенно повышается и по достижении внутреннего напряжения выше предела прочности сжатия приводит к разрушению биополимеров и клеточных структур частиц продукта. Далее смесь поступает во вторую секцию 14 экструдера 12. Там при помощи сжимаемых сил, создаваемых вращением шнека экструдера 12, из продукта отделяется масло, которое затем поступает в фильтр 24, в котором проходит три последовательные ступени фильтрации для достижения требуемых качественных параметров: основная фильтрация (удаляет примеси из масла), контрольная фильтрация (предохраняет фильтрат от проскоков мути при сбоях) и полировочная фильтрация (удаляет самые мелкие частицы примесей). Полученное масло с помощью насоса 25 поступает в фасовочно-упаковочный автомат 27 и разливается в бутылки. Отходы фильтрации с помощью насоса 26 направляются в емкость для стабилизации жировитаминной смеси 20. Необходимость отжатия жиросодержащих компонентов из различного зернового сырья (соя, рапс, сорго и т.д.) и последующего их нанесения на поверхность экструдированных гранул обусловлено тем, что для нормального протекания процесса экструзии содержание жиросодержащих компонентов в исходном зерновом сырье не должно превышать 5,8 6,0% [Остриков, А.Н. Коэкструзионные продукты: новые подходы и перспективы [Текст] / А.Н.Остриков, В.Н.Василенко, И.Ю.Соколов. - М.: ДеЛи принт, 2009. - 232 с.]. В противном случае резко снижается эффект диссипации, т.е. не происходит преобразование механической энергии в тепловую за счет сил трения, и зерновое сырье не подвергается вспучиванию.

Исходные компоненты (различное зернобобовое сырье заданного фракционного состава с начальной влажностью 12 14%), хранящиеся в бункере 3, роторными дозаторами 4, которые установлены в нижней части загрузочных бункеров, поступает на весы 6.

После взвешивания продукт направляется в дробилку 22, где происходит его измельчение. После дробления измельченное зернобобовое сырье направляется в просеиватель 23 для выравнивания гранулометрического состава до 0,3 0,6 мм, т.к. использование чрезмерно измельченного сырья с размером частиц до 0,3 мм, (например, 0,2 мм) приводит к неустойчивому процессу экструзии, забиванию продуктом выходного отверстия. В результате экструзии сырья с размером частиц более 0,6 мм (например, 0,8 мм) вспучивание продукта осуществляется неравномерно, продукт обладает неравномерной по сечению пористостью, и он направляется в валковую дробилку 22 для повторного измельчения.

После отжима жмых поступает в третью зону 15 экструдера 12, в которую одновременно поступает измельченное зернобобовое сырье, где происходит их смешивание. В зоне смешивания продукт перемещается и перемешивается лопастями шнека с целью получения однородной смеси. Далее в зоне гомогенизации происходит уплотнение и измельчение продукта, что вызывает образование расплава экструдата. В зоне гомогенизации продукт окончательно переходит из твердой фазы в вязкопластичную в результате преобразования механической энергии вращения шнека экструдера 12 в тепловую энергию за счет внутреннего трения (автогенный режим работы экструдера).

В зоне дозирования продукт выдавливается шнеком из корпуса и попадает в конический кольцевой зазор между наружной поверхностью дорна 16 и внутренней поверхностью формующей головки, где подвергается интенсивному воздействию вращающегося дорна 16. В зазоре между конусом и дорном 16 расплав подвергается интенсивной термомеханической деструкции. При этом происходит разрыв цепи белковых молекул на более мелкие составляющие (полипептиды в пептиды, а пептиды в белки).

Под действием таких факторов, как давление и температура, белки подвергаются денатурации, которая представляет собой внутримолекулярное явление, характеризующееся физической перегруппировкой внутренних связей. При этом происходит нарушение упорядоченности внутреннего строения молекулы, количественно определяемое изменением физико-химических свойств белков (растворимости, способности к гидратации, вязкости растворов, устойчивости к действию ферментов, биологической активности и др. (Остриков А.Н. Коэкструзионные продукты: новые подходы и перспективы [Текст] / А.Н.Остриков, В.Н.Василенко, И.Ю.Соколов. - М.: ДеЛи принт, 2009. - 232 с.).

В процессе термомеханической деструкции белоксодержащих веществ в зазоре между наружной поверхностью дорна 16 и внутренней поверхностью формующей головки глобулярная структура белковой молекулы преобразуется в фибриллярную. При этом развертываются пептидные цепи и освобождаются функциональные группы, доступные ферментам и молекулам воды. В процессе экструдирования крахмалсодержащего сырья на белки одновременно действует целый комплекс факторов, вызывающий их денатурацию: механические напряжения сдвига и сжатия, теплота. При термомеханическом воздействии происходит изменение физико-химических свойств белков: термомеханическая обработка белков повышает их пищевую ценность и улучшает сохраняемость, так как происходит частичная инактивация ферментов, ухудшающих вкус и понижающих качество продукта при хранении.

За счет резкого сброса давления и взрывного испарения влаги на выходе из экструдера текстурат вспучивается, увеличиваясь в объеме.

Полученный экструдат поступает в аппарат для нанесения жировитаминных добавок и подсушки (сушилку-дражиратор) 17 на ленточный транспортер. В верхней части корпуса установлены форсунки 18 и ультразвуковые излучатели 19. Одновременно с этим включается привод мешалки в емкости 20, в которой происходит интенсивное перемешивание витаминов, стабилизаторов и отходов фильтрации. Получаемая смесь подогревается паровоздушной смесью, поступающей в паровую рубашку из устройства 7 до температуры 60°С. Затем подогретая жировитаминная смесь с помощью форсунок 18 распыливается на поверхность текстурата в аппарате для нанесения жировитаминных добавок и подсушки (сушилке-дражираторе) 17. На распыленный жировитаминный комплекс происходит воздействие ультразвуковых излучателей 19, которое способствуют интенсивному проникновению жировитаминного комплекса внутрь текстурата. Обработанный текстурат поступает во вторую секцию сушилки-дражиратора 17, где происходит его подсушка паровоздушной смесью (t=50°С), подаваемой из паровой рубашки емкости 20. Отработанная паровоздушная смесь поступает в фильтр 28, после чего направляется в калорифер 10 и цикл повторяется.

Полученные на выходе из аппарата для нанесения жировитаминных добавок и подсушки (сушилки-дражиратора) 17 текстураты направляются в фасовочно-упаковочный автомат 21.

Таким образом, использование изобретения позволит:

- повысить технологические возможности линии по переработке маслосодержащего и зернобобового сырья;

- сократить количество машин и аппаратов в технологической линии и, как следствие, снизить себестоимость продукции без потери качества готового продукта;

- подобрать наиболее рациональные режимы для переработки нестандартной продукции без ухудшения ее качества.