автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Энергосберегающий процесс обезвоживания суспензии кормовых дрожжей

Ш-2 3796

На правах рукописи

ЛАТЫ ПО В ИРЕК АЙРАТОВИЧ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ПРОЦЕСС ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СУСПЕНЗИИ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ

05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань -2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Герасимов Михаил Кузьмич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Полищук Владимир Юрьевич

Защита диссертации состоится «19» февраля 2010 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.080.06 при ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К.Маркса, 68 (зал заседаний учёного совета), А-330.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «15» января 2010 г.

доктор технических наук, профессор Шарифуллин Вилен Насибович

Ведущая организация

Архангельский государственный технический университет

Л

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.080.06 доктор технических наук, профессор

С.И. Поникаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы

При производстве этилового спирта из зернового сырья в качестве отходов образуется до 135 м3 барды на I ООО дал спирта.

В соответствие с Федеральным законом от 21 июля 2005 года №102 -ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции» с 2008 года все спиртовые заводы обязаны обеспечить утилизацию излишков зерновой барды методами промышленной переработки.

В связи с этим, а также в свете наметившейся в последние годы тенденции увеличения объёмов производства этилового спирта, бурного развития гидролизной промышленности и строительства заводов по производству топливного биоэтанола на основе зернового сырья возникает острая потребность в разработке эффективных способов утилизации основного побочного продукта спиртовой промышленности - послеспиртовой барды.

Существующие способы утилизации послеспиртовой барды, такие как упаривание и сушка, с последующим использованием на корм скоту, позволяют частично решать проблему избыточного количества барды на спиртовых заводах, однако наиболее рациональным способом утилизации послеспиртовой барды видится использование её в качестве сырья для производства сухих кормовых дрожжей.

Кормовые дрожжи - ценная белковая добавка к кормам для животноводства и птицеводства, которая является биологически полноценным источником белка, витаминов и аминокислот. В них содержатся ценные для животных и птиц минеральные вещества. Коэффициент усвояемости белка кормовых дрожжей составляет 0,83 - 0,95 по сравнению с 0,52 - 0,65 белка барды. Белок кормовых дрожжей по своей биологической ценности значительно превосходит белок растительного происхождения и по качеству приближается к белку рыбной муки.

Получение сухих кормовых дрожжей значительный шаг в направлении рационального использования барды, которая содержит оптимальный состав питательных веществ, необходимых для эффективного синтеза дрожжевой биомассы.

Поэтому задача по модернизации процесса производства сухих кормовых дрожжей на послеспиртовой барде, снижение энергозатрат на её производство видится в этом свете наиболее актуальной.

Анализ научной литературы и наблюдения, проведённые в производственных условиях, показали, что наиболее энергоёмкой стадией процесса производства сухих кормовых дрожжей является стадия сушки, а задача снижения энергозатрат на этой стадии является доминирующей в процессе модернизации производства сухих кормовых дрожжей.

Для выполнения этой задачи необходима разработка технологии промышленного производства сухих кормовых дрожжей с низкими показателями энергоёмкости стадии сушки кормовых дрожжей (за счёт повышения эффективности механического обезвоживания дрожжевой суспензии).

Снижение энергозатрат - значительный шаг- в направлении модернизации технологии производства сухих кормовых дрожжей и повышения уровня его рентабельности.

Цели и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является разработка технологии промышленного производства сухих кормовых дрожжей (кормового белка) с низкими показателями энергетических, эксплуатационных и амортизационных затрат.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

- анализа современного состояния теории и практики производства кормового белка - сухих кормовых дрожжей;

разработки технологической схемы производства сухих кормовых дрожжей с низкими показателями энергоёмкости сушки дрожжевой суспензии (высокими показателями эффективности механического обезвоживания дрожжевой суспензии);

разработки физической и математической модели самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

- экспериментального исследования самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

- создания экономико-математической и аппаратурно-технологической модели производства сухих кормовых дрожжей;

апробирования результатов полученных исследований в лабораторных и производственных условиях.

Научная новизна диссертационной работы

1. Разработана физическая модель самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

2. Предложено математическое описание физической модели самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

3. Разработан механизм интенсификации самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

4. Получены экспериментальные кривые кинетики сушки дрожжей, обработанных в среде осмоиндуцирующего компонента.

Практическая значимость диссертационной работы

1. Разработана технология промышленного производства сухих кормовых дрожжей с низкими показателями энергетических, эксплуатационных и амортизационных затрат:

- увеличена эффективность механического обезвоживания дрожжевой суспензии;

- снижена энергоёмкость сушки суспензии кормовых дрожжей;

уменьшена величина показателей эксплуатационных и амортизационных затрат процесса производства сухих кормовых дрожжей за счёт сокращения общего числа узлов технологической линии;

2. Представлена схема производства кормового белка с высоким содержанием витаминно-минерального комплекса, предложено решение проблемы утилизации вторичного сырья сторонних производств;

3. Предложена методика расчёта основных количественных параметров процесса концентрирования суспензии кормовых дрожжей;

4. Предложено аппаратурно-технологическое оформление процесса производства сухих кормовых дрожжей.

Полученные результаты рекомендованы к использованию в производстве сухих кормовых дрожжей на предприятиях ОАО «Татспиртпром».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Физико-химическое исследование механизма самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

2. Экспериментальное исследование механизма самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

3. Физико-математическое исследование и расчёт самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки).

Апробация диссертационной работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждались:

- на ежегодных отчётных научных конференциях Казанского государственного технологического университета с 2006 по 2009 гг.;

- на ежегодных конференциях Республиканской школы студентов и аспирантов «Жить в XXI веке» с 2007 по 2008 гг., г. Казань;

VIII международной конференции молодых ученных «Пищевые технологии и биотехнологии», г. Казань, 2007 г.;

X международной конференции молодых ученных «Пищевые технологии и биотехнологии», г. Казань, 2009 г.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий, рекомендованных экспертными советами ВАК для публикаций.

Список опубликованных работ включает 4 статьи, 4 тезиса и 1 патент

РФ.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работы выполнена на 127 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 30 таблиц. Список литературы включает 81 наименование. Приложение к диссертации представлено на 6 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы, определяется цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведён анализ современного состояния и перспектив развития технологии производства сухих кормовых дрожжей в Российской Федерации. Рассмотрены основные способы выделения биомассы дрожжей из культуральной жидкости и выделены их ключевые недостатки -высокие амортизационные и эксплуатационные затраты на обслуживание установок центробежного типа, низкие показатели эффективности концентрирования дрожжевой суспензии, высокие показатели расхода энергоносителей на стадии сушки. Проанализирована структура распределения влаги в дрожжевой суспензии. Установлено, что высокая энергоемкость сушки дрожжей обусловлена в первую очередь удалением внутриклеточной влаги, доля которой достигает 75 %. Доказано, что увеличение доли свободной внеклеточной влаги в общем объёме дрожжевой суспензии должно благоприятно отразиться на эффективности механического обезвоживания и энергоёмкости стадии сушки. Определено, что увеличение доли свободной внеклеточной влаги возможно при внесении в дрожжевую суспензию осмоиндуци-рующего компонента и последующей выдержке дрожжевой суспензии в среде гипертонического раствора - осмоиндуцирующего компонента. Показано, что внесение осмоиндуцирующего компонента в дрожжевую суспензию индуцирует в системе самопроизвольный осмотический эффект перераспределения части свободной внутриклеточной влаги в межклеточное пространство и позволяет изменить процентное соотношение свободной влаги в системе в сторону увеличения её присутствия в межклеточном пространстве.

Во второй главе дано описание физической модели самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану в биологических системах.

Описание физической модели представлено в контексте гидратиой теории Робинсоиа-Стокса и теории осмотических коэффициентов Онзагера.

С физической точки зрения процесс растворения осмоиндуцирующе-го компонента в дрожжевой суспензии фактически представляет собой процесс гидратации ионов осмоиндуцирующего компонента, сопровождающийся последующей его диссоциацией и образованием в растворе - межклеточной среде дрожжевой суспензии - множества ионов, окружённых гидратны-ми оболочками - гидратированных ионов.

Поскольку биомембрана дрожжевой клетки является полунепроницаемой, компоненты рассматриваемой системы не являются изолированными друг от друга. Поэтому при растворении осмоиндуцирующего компонента в дрожжевой суспензии силы ион - дипольного взаимодействия между микрокристаллами и молекулами воды испытывают не только молекулы воды, находящиеся в межклеточном пространстве (фаза 1), но и молекулы воды, локализованные во внутриклеточном пространстве дрожжевой клетки (фаза 2).

Следовательно, можно предположить, что хаотичное тепловое движение молекул в результате взаимодействия молекул воды и ионов осмоиндуцирующего компонента, происходит во всей системе в направлении более высокой концентрации монокристаллов (более высокого химического потенциала), то есть наблюдается перераспределение влаги из внутриклеточной среды (фаза 1) в межклеточную среду (фаза 2).

Так как компоненты двухфазной системы не изолированы друг от друга то, учитывая стремление любой системы к равновесию, было бы логичным предположить, что движение молекул воды в системе должно происходить и в обратном направлении, то есть из межклеточной среды во внутриклеточную. Однако подобного явления не наблюдается в силу полупроницаемой структуры клеточной мембраны и определённой специфики форм связи влаги в дрожжевой клетке.

Гидратированные ионы, образовавшиеся в процессе ион - дипольного взаимодействия ионов осмоиндуцирующего компонента и молекул воды, являются достаточно крупными структурными образованиями и уже не могут покинуть межклеточное пространство. Таким образом, мы можем наблюдать ситуацию, когда число молекул воды, движущихся из фазы 1 в фазу 2, в значительной степени превалирует над числом молекул воды, движущихся в обратном направлении, в силу того, что часть молекул воды, локализованная в межклеточном пространстве, не может покинуть внеклеточную фазу в составе образовавшегося конгломерата иона осмоиндуцирующего компонента и воды (гидратированного иона).

При этом величина объёмного потока из фазы 2 в фазу 1 в значительной степени превалирует над величиной объемного потока в обратном направлении и в силу различной подвижности молекул воды и гидратированных ионов осмоиндуцирующего компонента.

То есть фактически мы наблюдаем эффект перераспределения части внутриклеточной влаги в межклеточное пространство (рис.1).

Внутриклеточная среда Фаза 2

-...........©

у' Ч <л1п

— —'— ©

Рис. 1 - Схема перераспределения внутриклеточной влаги в межклеточное пространство через полупроницаемую мембрану дрожжевой клетки при погружении в дрожжевую суспензию осмоиндуцирующего компонента

Межклеточная среда

1 биопопичискнп мембуаиэ

Подобный переход влаги через полупроницаемую мембрану дрожжевой клетки в межклеточное пространство будет продолжаться до тех пор, пока в межклеточном пространстве дрожжевой суспензии будут присутствовать частицы способные оказывать влияние на процесс перераспределения, то есть вплоть до полной диссоциации осмоиндуцирующего компонента и образования максимально возможного числа гидратированных ионов.

Внесение осмоиндуцирующего компонента непосредственно в дрожжевую суспензию позволяет создать условия для индуцирования в системе максимально возможного числа частиц способных оказывать влияние на процесс перераспределения, а, следовательно, обеспечить максимальную эффективность осмотического процесса. В тоже время погружение дрожжевой суспензии в готовый раствор осмоиндуцирующего компонента даёт минимальный осмотический эффект ввиду отсутствия в готовом растворе частиц способных оказывать влияние на процесс перераспределения. То есть если в первом случае процесс перераспределения влаги в биологической системе формируется за счёт совокупного эффекта концентрационного электроосмоса и капиллярного осмоса, то во втором - исключительно за счёт эффекта концентрационного электроосмоса (рис.2).

...... II

У I

——

Рис. 2 - График зависимости количества перераспределяемой влаги от концентрации гидро-карбонага натрия: I - при обработке дрожжевой суспензии в среде ОИК путем погружения дрожжевой суспензии в готовый гипертонический раствор; II -при обработке дрожжевой суспензии в среде ОИК иугйм внесения ОИК непосредственно в дрожжевую суспензию

Исследования показывают, что эффективность капиллярного осмоса, действующего наряду с эффектом концентрационного электроосмоса более значительна. Поэтому обработка дрожжевой суспензии путём непосредственного внесения осмоиндуцирующего компонента в систему (И) более целесообразна по сравнению со способом, при котором обработка дрожжевой суспензии осуществляется путём погружения суспензии в гипертонический раствор (I).

Подобный технологический приём в существенной мере позволяет повысить эффективность и скорость процесса обработки перерабатываемого продукта микробиологического синтеза даже в случае его низкой осмочувст-вительности и высокого внутриклеточного давления, поэтому рекомендуется для применения во всех технологических циклах обезвоживания микробиологических производств.

В третьей главе сформулирована программа экспериментальных исследований и рассмотрена методика проведения лабораторных опытов, приведено описание основных средств измерения, сырья и материалов. Изложены цели и результаты экспериментальных исследований процесса механического обезвоживания дрожжевой суспензии, а также представлена кинетика их сушки.

Определены рекомендуемые режимы подготовки дрожжевой суспензии к процессу сушки: продолжительность центрифугирования (5 мин); интенсивность центрифугирования - величина фактора разделения (2000); продолжительность выдержки дрожжевой суспензии в среде осмоиндуцирующего компонента (5 мин).

Установлена зависимость содержания влаги в исследуемом образце кормовых дрожжей от количества вносимого в дрожжевую суспензию осмоиндуцирующего компонента - концентрации осмоиндуцирующего компонента в дрожжевой суспензии (рис.3).

Рис. 3 - Зависимость содержания влаги в исследуемом образце кормовых дрожжей от концентрации осмоиндуцирующего компонента: а) хлорида натрия; б) сахарозы; в) смеси хлорида и гидрокарбоната натрия (1:1); г) гидрокарбоната нагрия

20 с,%

С увеличением концентрации осмоиндуцирующего компонента в дрожжевой суспензии влажность исследуемого образца кормовых дрожжей

снижается. Наиболее интенсивная динамика снижения влажности исследуемого образца кормовых дрожжей наблюдается в случае предварительной обработки дрожжевой суспензии в среде 30 % раствора гидрокарбонзта натрия. Эффективность концентрирования дрожжевой суспензии при этом возрастает в 3,3 раза.

Наименьшая концентрация осмоиндуцирующего компонента в дрожжевой суспензии составляет 10 %. Подобная концентрация обусловлена высокой осмофилыгостью дрожжевых клеток, внутриклеточное давление которых превышает значения эквивалентные 10 - 20 % раствору сахарозы или 3*106 Па.

Наибольшая концентрация осмоиндуцирующего компонента в дрожжевой суспензии находится в точке, соответствующей пределу растворимости осмоиндуцирующего компонента (или точке насыщения раствора), и для каждого из компонентов строго индивидуальна.

Определена кинетика сушки кормовых дрожжей, обработанных в

Рис. 4 - Изменение влажности необработанных дрожжей (а) и дрожжей, выдержанных в среде 10 % (б), 20 % (в), 30 % (г) раствора гидрокарбоната натрия, в процессе механического обезвоживания (стадия I) и сушки (стадия II) с течением времени

С увеличением продолжительности сушки содержание влаги в исследуемом образце кормовых дрожжей снижается. Наиболее интенсивная динамика снижения влажности исследуемого образца кормовых дрожжей наблюдается в случае предварительной обработки дрожжевой суспензии в среде 30 % раствора гидрокарбоната натрия. Энергоёмкость процесса сушки кормовых дрожжей при этом уменьшается в 4,4 (8,2) раза.

В четвёртой главе представлена математическая модель самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану дрожжевой клетки. Математическая модель направлена на определение основных количественных параметров процесса перераспределения влаги из внутриклеточной среды дрожжевой клетки в межклеточное пространство.

1. Определена скорость процесса перераспределения влаги и его продолжительность.

среде осмоиндуцирующего компонента (рис.4).

и — к | С | с 2

(1)

*1=1_!_1 (2) т (а+ Ь) а*Ъ

т = 1_1_1п(£2£Х£±6) (3)

(а+ 6) а*Ъ

2. Определено количество перераспределяемой влаги.

Т ■ ОИК

Ьв I , х„

-* 1п —---Г4)

ОИК „он к ^

ьо 9 хк

3. Установлен состав внеклеточной влаги.

ОИК ОИК _ х"

ехр —

<рЬр (5)

X И0

4. Определена совокупная площадь мембран дрожжевых клеток, локализованных в дрожжевой суспензии.

оик

С Ь.__схот

г ОИК сх" , .

рТ= ь" _— {6)

0{(роик

Для проверки адекватности математической модели реальному процессу проведён сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований - I и результатов, полученных расчётным путём - II (рис.5).

Рис. 5 - Значения констант перераспределения влаги (количества перераспределяемой влаги), полученные экспериментальным (I) и расчётным (II) путём

а 10 .>о зо 'Ю

С

Ввиду достаточно высокой сходимости результатов полученных экспериментальным и расчётным путём сделан вывод об адекватности разработанной математической модели реальному процессу осмотического перераспределения влаги.

В пятой главе представлена технико-экономическая модель производства сухих кормовых дрожжей.

В России цеха сухих кормовых дрожжей работают на 14 спиртовых и гидролизных заводах. На них внедрены две технологические схемы.

Некоторая часть цехов работает по технологии, разработанной ВНИИПБТ, которая подразумевает производство сухих кормовых дрожжей на цельной барде с полным высушиванием дрожжевой суспензии в установках распылительного типа (I), другая ориентируется на технологию, предполагающую предварительное механическое обезвоживание дрожжевой субстанции до стадии сушки (И). Обе технологические схемы являются крайне энергоёмкими и низко рентабельными, как в силу использования энергоемких установок распылительного типа, так и низкой эффективности устройств механического обезвоживания (рис. 6). При этом первая технологическая схема характеризуется высокой себестоимостью и низкой пищевой ценностью получаемого кормового продукта (в силу потребления большого количества тепловой и электрической энергии на сушку), а вторая - высокими показателями эксплуатационных и амортизационных затрат (в силу использования дорогостоящих и сложных в эксплуатации центробежных установок).

Разработанная в рамках научно-исследовательской работы технологическая схема концентрирования дрожжевой суспензии позволяет в существенной мере снизить зависимость процесса производства сухих кормовых дрожжей от энергетических (топливных) ресурсов.

Предлагаемая схема производства сухих кормовых дрожжей предполагает внедрение дополнительной стадии обработки дрожжевой суспензии в среде осмоиндуцирующего компонента до стадии механического обезвоживания (рис. 6).

[ на очистку

но упаковку

I

Рис. 6 - Технологическая схема производства сухих кормовых дрожжей (узел концентрирования):

I - с использованием сушильных установок (1 - дрожжегене-ратор; 2, 4 - насосы; 3 - буферная емкость с мешалкой; 5 -распылительная сушилка; 6 -гранулятор);

II - с использованием сепараторов и сушильных установок (1 -дрожжегенератор; 2, 4, 6, 9. 12-насосы; 5 - флотатор; 7 - сепаратор I группы; 8, 11 - сборники концентрированных дрожжей; 10 - сепаратор II группы; 13 -распылительная сушилка; 14 -гранулятор);

III - с использованием ОИК, сепараторов и сушильных установок (1 - дрожжегенератор; 2, 5, 8 - насосы; 3 - буферная емкость с мешалкой; 4 - дозатор осмоиндуцирующего компонента; б - сепаратор; 7 - сборник концентрированных дрожжей; 8 -ленточная сушилка)

Фипьтрвт

Обработка дрожжевой суспензии в среде осмоиндуцирующего компонента, осуществляемая путём непосредственного погружения осмоиндуцирующего компонента в дрожжевую суспензию, позволяет обеспечить технологически приемлемое перераспределение влаги, локализованной внутри дрожжевой клетки (внутриклеточная влага), в межклеточное пространство (внеклеточная влага), где она становиться доступной для удаления её энергонезависимым механическим способом.

В результате реализации стадии обработки дрожжевой суспензии в среде осмоиндуцирующего компонента и перераспределения части внутриклеточной влаги в межклеточное пространство существенно возрастает эффективность механического обезвоживания, что позволяет подавать обезвоженную дрожжевую массу на сушку с более низкой начальной влажностью -по сравнению с существующими технологиями (рис.3).

Дрбжжевая суспензия, обработанная в срсде осмоиндуцпрующего компонента, отдаёт больше влаги (по сравнению с существующими сегодня технологическими схемами производства сухих кормовых дрожжей) на стадии ресурсонезависимого механического обезвоживания, что позволяет снизить затраты энергии (топлива) на удаление влаги на стадии сушки дрожжевой биомассы.

Обработанная в среде осмоиндуцирующего компонента дрожжевая суспензия в процессе тепловой обработки быстрее достигает требуемых технологических показателей содержания влаги по сравнению с необработанными дрожжами, что позволяет сократить продолжительность и энергоёмкость стадии сушки (рис.4).

Удельные показатели расхода энергоресурсов на стадии сушки при производстве сухих кормовых дрожжей по различным технологиям представлены в табл. 1.

Табл. 1 - Удельные показатели расхода энергоресурсов на стадии сушки при производстве сухих кормовых дрожжей по различным технологиям

№ Топлива и энергии Единицы измерения Расход, на тонну СКД

Технология с использованием сушильных установок Технология с использованием сепараторов и сушильных установок Технология с использованием ОИК, сепараторов и сушильных установок

1 Условное топливо тут 1,397 0,748 0,169

2 Теплоэнергия Гкал 9,406 5,034 1,136

3 Электроэнергия тыс. кВт 4,057 2,171 0,490

4 Уголь каменный тонн 1,819 0,974 0,220

5 Сланцы горючие тонн 4,659 2,493 0,563

6 Торф топливный тонн 4,110 2,200 0,496

7 Газ природный тыс. м3 1,211 0,648 0,146

8 Мазут топочный тонн 1,020 0,546 0,123

Рис. 7 - Удельные показатели расхода энергоресурсов на стадии сушки при производстве сухих кормовых дрожжей по различным технологиям: I - с использованием сушильных установок; 11-е использованием сепараторов и сушильных установок; III - с использованием ОИ1С, сепараторов и сушильных установок

/ II in

— йЦ 1

:

\ . . .V...............

\ %

-1 !

Таким образом, реализация запатентованной з рамках научно-исследовательской работы технологической схемы производства сухих кормовых дрожжей (III) позволяет сократить энергоёмкость процесса сушки дрожжевой суспензии в 4,4 (8,2) раза (рис.7).

При производстве сухих кормовых дрожжей по технологии, предусматривающей предварительное механическое обезвоживание дрожжевой суспензии, влажность дрожжей, предназначенных для сушки, не должна превышать 70 - 75 %. Для достижения подобной влажности перерабатываемого продукта в настоящее время в производстве применяют двух- или трёхступенчатое центрифугирование. При этом достижение требуемой влажности кормовых дрожжей за один цикл центрифугирования (за счёт увеличения интенсивности и продолжительности центрифугирования) невозможно без снижения выхода синтезируемого продукта и потери его качества.

Запатентованная в рамках данной диссертационной работы схема производства сухих кормовых дрожжей позволяет достичь требуемых показателей влажности за один цикл центрифугирования (за счёт повышения эффективности механического обезвоживания) и снизить величину амортизационных и эксплуатационных отчислений на обслуживание установок центробежного типа в 2 - 3 раза.

При производстве сухих кормовых дрожжей во избежание потерь выделенной из суспензии биомассы дрожжевых клеток и гибели, сопутствующих им бактерий (асептической обработки), зачастую проводят стадию плазмолиза.

Представленная в рамках данной диссертационной работы схема производства сухих кормовых дрожжей позволяет отказаться от необходимости реализации стадии плазмолиза (плазмолизаторов) за счёт проведения данной технологической операции параллельно с обработкой дрожжевой суспензии в среде осмоиндуцирующего компонента.

Недостатком традиционных схем производства кормовых дрожжей с использованием установок распылительного типа является необходимость интенсивной обработки дрожжевой суспензии в процессе сушки (ввиду высокой влажности дрожжей, поступающих на сушку), что негативно сказывается на биологической ценности получаемого кормового продукта.

Запатентованная в рамках данной диссертационной работы схема производства сухих кормовых дрожжей с использованием осмоиндуцирую-щих компонентов позволяет получить продукт с высокой пищевой ценностью благодаря снижению продолжительности и интенсивности сушки дрожжевой суспензии (снижению влажности дрожжей, поступающих на сушку).

Известно, что при производстве сахара образуется большое количество мелассы - вторичного продукта сахарного производства, содержащего в своём составе до 50 - 55 % углеводов, преимущественно сахарозы, глюкозы и фруктозы. Поэтому меласса в форме гидролизата может быть широко ис-

пользована в качестве осмоиндуцирующего компонента при производстве сухих кормовых дрожжей.

Разработанная в рамках данной научно-исследовательской работы схема переработки дрожжевой суспензии применима не только в производстве сухих кормовых дрожжей, но и может быть вполне успешно использована во множестве других микробиологических производств, ставящих своей целью снижение влажности в перерабатываемом продукте.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана технология промышленного производства сухих кормовых дрожжей (кормового белка) с низкими показателями энергетических, эксплуатационных и амортизационных затрат:

- эффективность механического обезвоживания дрожжевой суспензии увеличена в 3,3 раза - за счёт предварительной обработки дрожжевой суспензии в среде осмоиндуцирующего компонента (перераспределения части влаги, локализованной внутри дрожжевой клетки в межклеточное пространство):

удельные показатели расхода энергоносителей на стадии сушки биомассы дрожжей снижены в 4,4 (8,2) раза - за счёт повышения эффективности концентрирования дрожжевой суспензии;

- удельные показатели эксплуатационных и амортизационных затрат на обслуживание установок центробежного типа снижены в 2 (3) раза - за счёт сокращения общего числа узлов технологической линии концентрирования дрожжевой суспензии;

2. Разработана физическая модель самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки) и предложено его математическое описание, представлена качественная и количественная концепция явления прямого осмоса в биологических системах;

3. Разработан механизм интенсификации самопроизвольного осмотического процесса перераспределения влаги через полупроницаемую мембрану (на примере дрожжевой клетки);

4. Предложена методика расчёта основных количественных параметров процесса концентрирования суспензии кормовых дрожжей. Установлена динамика снижения влажности и кинетика сушки кормовых дрожжей;

5. Представлена схема производства сухих кормовых дрожжей с высоким содержанием витаминно-минералыюго комплекса; предложено решение проблемы утилизации вторичного сырья сторонних производств, асептической обработки и консервации перерабатываемого продукта -дрожжевой суспензии.

6. Предложено аппаратурно-технологическое оформление процесса производства сухих кормовых дрожжей.

Все вышеизложенные изменения основных количественных параметров приведены по сравнению с применяемыми сегодня на практике технологиями производства сухих кормовых дрожжей; в качестве осмоиндуци-рующего компонента указан гидрокарбонат натрия; концентрация гидрокарбоната натрия в дрожжевой суспензии - 30 %.

ПУБЛИКАЦИИ

В рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК

1. Латыпов, И.А. Исследование механизма самопроизвольных осмотических процессов массопереноса в системах биологического происхождения / И.А. Латыпов, М.К. Герасимов // Вестник Казанского технологического университета. - 2008. - №3. - С. 60-67.

2. Латыпов, И.А. Исследование основных факторов формирования величины осмотического давления в системах биологического происхождения / И.А. Латыпов, М.К. Герасимов // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - №1. - С. 85-91.

3. Латыпов, И.А. Математическое моделирование самопроизвольных осмотических процессов массопереноса в биологических системах / И.А. Латыпов, М.К. Герасимов // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - №5. - С. 333-338.

4. Латыпов, И.А. Энергосберегающая технология производства сухих кормовых дрожжей / И.А. Латыпов, М.К. Герасимов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009. - №10 - С. 37-39.

Патенты

1. Патент 79018 РФ, МПК A23J1/18. Установка для концентрирования суспензии кормовых дрожжей / М.К. Герасимов, И.А. Латыпов, заявитель и патентообладатель Герасимов М.К., Латыпов И.А.; заявл. 2008.07.14; опубл. 2008.12.20.

Материалы конференций

1. Латыпов, И.А. Энергосбережение в производстве сухих кормовых дрожжей на послеспиртовой барде / И.А. Латыпов, Г.Е. Султанова, М.К. Герасимов // VIII Всероссийская конференция молодых учёных с международным участием «Пищевые технологии». Сборник тезисов докладов. -Казань: Отечество, 2007. - С. 237.

2. Латыпов И.Л. Ресурсосберегающая технология производства кормовых дрожжей / И.А. Латыпов, М.К. Герасимов // VII Республиканская школа студентов и аспирантов «Жить в XXI веке»; материалы конкурса на лучшую работу студентов и аспирантов. - Казань, Издательство Казанского государственного технологического университета, 2007. - С. 194-195.

3. Латыпов, И.А. Механизмы обезвоживания дрожжевой клетки в производстве сухих кормовых дрожжей / И.А. Латыпов, Г.Е. Султанова, М.К. Герасимов // VIII Республиканская школа студентов и аспирантов «Жить в XXI веке»: материалы конкурса на лучшую работу студентов и аспирантов. - Казань, Издательство Казанского государственного технологического университета, 2008. - С. 211-213.

4. Латыпов, И.А. Ресурсосберегающая технология концентрирования суспензии кормовых дрожжей / И.А. Латыпов, М.К. Герасимов // И.А. Латыпов, М.К. Герасимов // X Всероссийская конференция молодых учёных с международным участием «Пищевые технологии». Сборник тезисов докладов. - Казань: Отечество, 2009. - С. 272-273.

Заказ Тираж 80 экз.

Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического университета

!/'; 420015, Казань, К.Маркса,68

2009124359

2009124359