автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Повышение эффективности экстрагирования ценных компонентов из цикория

^ 0&

" ' ГОСУДАРСТШ-ПНЫ!"! КОМИТЕТ РОССИЙСКОМ ФЕДЕРАЦИИ , Ч'Д 110 ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПИШЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи

<

ЛОМАЧИНСКИЙ Вячеслав Алексеевич

УДК 663.941.061

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗЦИКОРИЯ

Специальность: 05.18.12. — Процессы, машины и агрегаты

пищевой промышленности

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук в виде научного доклада

МОСКВА 1993

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте консервной и овощссушильной промышленности.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Лысянский

В.М.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук Гребешок С.М.;старший научный сотрудник, кандидат технических наук Завьялов Ю.Ф.

Ведущая организация: Научно-производственное объединение "Мир".

/7 лл А?

Защита диссертации состоится " ' " 1993 г. в часов

на заседании Специализированного совета К 063. 51.07 Московской государственной академии пищевых производств по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11.

Отзывы на диссертацию ( п двух экземплярах ), заверенные печатью учреждения, просим направлять в адрес Ученого Совета академии.

Диссертация в виде научного доклада 1993 г.

ада разослана " ^"

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

И.М.Савина

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и цель работы. Экстрагирование ценных компонентов из растительного сырья относится к важнейшим процессам, повышение эффективности которых часто оказывает определяющее влияние на технико-экономические показатели ряда производств перерабатывающих отраслей пищевой промышленности. Такое положение в полной мере характерно для производств, осуществляющих выпуск более 50 наименований кофейных напитков. В России,около 30 из них вырабатывают с использованием цикория - заменителя кофе,, не"содержащего возбуждающих веществ типа кофеина / 1,4,11,12,21 /. Быстрорастворимый и сухой цикорий относятся к натуральным продуктам, содержащим после концентрирования углеводы, аминокислоты, минеральные вещества, эфирные масла и другие ценные компоненты, необходимые, например, при организации рационального питания. Объем заготовок и переработки корнеплодов цикория возрастает и оценивается в настоящее время на уровне 90 тыс. т. год.

Свойства цикория, как объекта экстрагирования, механизм этого процесса до выполнения данной работы систематически не изучались, что определило невысокие технологические показатели при переработке цикория / 11 /. Например, выход ценных веществ при осуществлении технологии, принятой в зарубежных странах (Чехия, Словакия, Польша и др.), находится на уровне 60-7021, а продолжительность процесса весьма значительна (до 6 ч). Переработка цикория по Датской технологии при повышенной температуре приводит к термическому разложению ценных веществ. Несовершенно используемое для переработки цикория оборудование.

В связи с изложенным, основной целью данной работы определена реализация комплексного исследования, посвященного научному обоснованию рациональных технологических приемов и параметров режимов эк-

страгирования, позволяющих интенсифицировать и увеличить выход ценных вещестБ из цикория, обеспечить высокое качество продукта, а также найти рациональные технические решения для эффективного обеспечения аппаратурного оформления процесса.

Исследования и разработки проводили в соответствии с координационными планами Госкомитета СССР по науке и технике, Минпищепрома СССР, Миншюдоовощхоза СССР и Госкомитета СССР по продовольствию и закупкам в период с 1978 по 1991 год.

. Вышесказанное определяет актуальность исследований, содержание которых обобщено в данном докладе, выполненных лично автором при его непосредственном участии или научном руководстве.

Для достижения ц<?ли работы решались следующие задачи: исследовать свойства цикория., как объекта водной экстракции (диффузия веществ в объеме частиц, набухание и др.);

определить особенности кинетики экстрагирования веществ из цикория при различных параметрах и условиях процесса (температура, концентрация веществ, внешние механические воздействия);

на основе обобщения новых данных о свойствах цикория и особенностях кинетики экстрагирования разработать методику, расчета процесса;

разработать и реализовать в промышленных условиях технологические рекомендации и технические решения, обеспечивающие повышение эффективности экстрагирования ценных веществ из цикория.

Научная новизна исследований. Исследованы свойства цикория, как объекта экстракции, состав извлекаемых веществ / 3, 6,11,13 /. Получена новая информация об изменении размера и набухаемости его частиц. Определены коэффициенты диффузии компонентов в объеме частиц в зависимости от их концентрации и температуры, от усилий промежуточного отжига. Показано влияние растворения веществ, сопровождающего водную экстракцию на внутренний перенос многокомпонентных

к

- о -

растворов в объеме частиц. Изучена кинетика экстракции компонентов при изменении основных параметров режима, размеров частиц, отношения массовых расходов фаз / 15,17,18,20,22,23 /.

На базе интервального метода расчета экстрагирования, новых сведений о.свойствах цикория и кинетике процесса разработана методика анализа и расчета массопереноса, позволяющая определять рациональные условия и параметры технологических процессов, варианты конструкций экстракторов / 14,16,22,23 /.

Практическая ценность и реализация результатов. Полученные данные и результаты позволили разработать и осуществить в производственных условиях с положительным эффектом новую технологию экстрагирования ценных компонентов из цикория, а также создать аппаратуру (горизонтально-секционные экстракторы), обеспечивающие реализацию этой технологии / 2,5,9,10,12,24-35 /.

Полученные научные данные и созданная на их основе нормативно-техническая документация используются проектными и конструкторскими организациями при проектировании предприятияй для производства из цикория высококачественных экстрактов и продуктов на их осноЕе.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на И. Всесоюзном совещании по ферментам и микроорганизмам (Минск, 1978), на секции пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии НТС Минпищепрома СССР, на Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофизических методов обработки пищевых продуктов" (Москва, 1985), на Всесоюзной научной конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (Харьков, 1985), на 45-й и 46-й научных конференциях Киевского технологического института пищевой промышленности (Киев, 1979 и 1980). -

Публикации. По результатам обобщенных в научном докладе исследований опубликовано 35 научных работ, в т. ч. 11 авторских свиде-

- б -

тельств на изобретения.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2.1. Методика исследований При выполнении экспериментов использовали частицы цикория (имеющие форму параллелипипеда), предварительно подвергнутые тепло-еой сушке и обжарке. Содержание Еодорастворимых веществ 70-85Х, влаги 4-6%. Наибольшие размеры исходных частиц 2,2x1,0x1,3 см, наименьшие - 1,2x0,6x1,1 см. -

Коэффициент поглощения частицами влаги Ка (отношение массы поглощенной влаги к начальной массе частиц) определяли взвешиванием. Пофракционное разделение полидисперсных частиц осуществляли • ситовым методом. Находили эквивалентные радиусы: для каждой С -ой фракции - . , для совокупности всех частиц - /? . Причем

э. I

' э

£ ~ объеы частицы С -ой фракции; на основе

ин$ормации^Г массовой доле каждой фракции рассчитывали

^ =_^-- , /Ъ - число фракций.

К. г %

Для измерения концентрации отдельных химических компонентов, экстрагируемых из цикория, использовали методы атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС), газо-жидкостной хромотографии (ГЖК) и'УФьспек-троскопии.

При реализации интервального метода / 14,22 / интервалы изменения концентрации компонентов во взаимодействующих фазах выбирались из условия, чтобы при заданном уровне погрешности определения коэффициентов диффузии5%) на каждом из них можно было при-, нять их средние значения, а также значения коэффициентов массоотда-чи и отношений массовых расходов фаз ^ постоянными.

При выполнении исследований определяли три различных коэффици-

ента диффузии {¿¿) , . ). - истинный коэффициент диффузии, характеризующий молекулярный перенос веществ в объеме частиц без учета дополнительного выделения компонентов при их растворении в эк-страгенте, ке. м/с; - общий коэффициент диффузии, характеризующий перенос в объеме частиц при наличии растворения компонентов в объеме частиц сырья, кв. м/с;

- приведенный (эффективный) коэффициент диффузии, учитывающий дополнительное извлечение веществ за счет отжима, кв. м/с / 22 /.

Как показано в / 14,22 / для реализации интервального метода за основу может быть принято соотношение, определяющее симплекс

концентраций ^, , полученное при решении задачи нестационарного б

массопереноса для граничных условий третьего рода:

.....2..

6-щ

- еоср

п \ $ <)

( I )

Здесь ^¡¿^ — ^р.-- диффузионный критерий Био.^/-^--

1 " ¿Ь ..........' ' ' 1 <

диффузионный критерий Фурье '(безразмерное время), Т' - текущее время; корни характеристического уравнения (табулированы);

Д'-*/ - для прямотока, ^ - для противотока; при осущест-

влении экстрагирования в большом объеме принимали ^

При расчете сЭ о^ определялся по результатам измерения ве-

£" v» '

личины избыточной концентрации а для каждого С -го интервала

по соотношению:

Ъ + ( 2 ,

. - - Ъ-> ' '

Здесь (2 ~ избыточная концентрация, С ~ концентрация

сухих экстрагируемых веществ в жидкой фазе, распределенной е объеме

/

частиц сырья, г/л; мг/л; С ~ концентрация сухих экстрагируемых

Ееществ в экстрагенте, г/л. мг/л; £ и , соответственно, из--

т¿ 7<ч /

быточные концентрации в конце и в начале ¿-го интервала; ¿у Се' - изменение концентрации в экстрагенте на интервале; л С- " то;ке в объеме частицы.

рассчитывали по результатам экспериментов на лабораторной установке, диффузионная камера которой помешалась в термостатируег мый нагреватель. Поддержание на постоянном уровне величины ^ обеспечивалось возвратом в камеру конденсата паров экстрагента (воды) из конденсатора. Для сведения к минимуму внешнего диффузионного сопротивления камера подвергалась встряхиванию' при помощи вибратора. Кинетика экстрагирования в лабораторных условиях изучалась на специальной установке, основным элементом которой была обогреваемая камера с мешалкой. Специальная система рециркуляции и фильтрования экстрагента обеспечивали необходимую точность определения составляющих материального баланса при взаимодействии фаз.

Требование повышенной точности измерения концентрации в каждой фазе при изучении экстрагирования многокомпонентных веществ из цикория (нвбухающего капиллярно-пористого коллоидного тела) обусловлено изменением во времени соотношения массовых расходов фаз, а также практически неизученным ранее влиянием растворения на массо-перенос в объеме частиц.

За начало отсчета при изучении массообмена между фазами предложено принимать концентрацию, представляющую собой, отношение массы растворимых Ееществ в твердой частице к среднему количеству влаги, проникающей в нее е течение первого временного интервала процесса, длительность которого условно составляет 5 минут (1-5% от общей длительности экстрагирования).

Растворение Ееществ влияет на изменение их концентрации в обеих фазах и происходит одновременно с диффузионным переносом. При этом возможно возрастание во Бремени концентрации одного или нес-

кольких компонентов в жидкой фазе, находящейся в объеме частиц.

Для получения Ееличины общего коэффициента диффузии ( '25 ) симплекс концентрации:

— /

^ — ( 3 )

Индексы С , /. — ^ соответствуют концу и началу интервала. По величине при^З-^<="=> , определяя экспериментальной /2 согласно решению ( 1 ) методом итераций (на ЭВМ) для каждого интервала находили величину ро - и, соответственно, при известном

* . с

ИСКОМЫЙ о£>- .

При известных для С -го интервала сЭ. . С/ , Д .а так-

6 Ус' э. I

же экспериментальных кривых изменения концентрации экстрагируемых веществ'во времени (кривых экстракции) на основе соотношения ( 1 ) с учетом степени набухания частиц методом интераций определялись ВС .и в. ■ Для получения данных о времени пребывания частиц в ■аппарате использовали "меченные" частицы / 19,23/. Подробно особенности методики расчета с£) , оЭ , , ^ описаны в / 22 /.

При изучении экстрагирования с промежуточным отжимом, кроме лабораторного, использовали промышленное оборудование, например, экстрактор ЭГЛ-1600/9, показанный на рис. 2.

2. 2. Свойства цикория, как объекта экстрагирования

Цикорий - двухлетнее травянистое растение из семейства сложноцветных. Из сортов, возделываемых в настоящее время, наиболее широкое распространение получили завезенные из-за рубежа сорта Силёзский, Магдебургекий, Вильморин. Исполинский, а также сорт Гав-рилов-Ямский отечественной селекции. Этот сорт по урожайности (в среднем 300 ц/га) существенно превышает другие сорта.

В среднем свежие корнеплоды цикория содержат 25-27% сухих веществ. Количество сухих веществ играет Еажную роль при разработке, технологических схем переработки цикория и влияет на выход и качество готовой продукции.

На долю углеводов приходится 75-807. водорастворимых сухих веществ, причем значительную часть составляет инулин, который практически определяет основную пищевую ценность цикория.

В свежем цикории должно содержаться не менее 60X инулина (в пересчете на сухое вещество). Это главный критерий оценки качества цикория на международном рынке.

Выполненный нами анализ УФ-спектров еодного экстракта цикория показал наличие в нем различных соединений и полос поглощения в областях с максимумом 390, 280 и 210 нм (рис. 1). Получена хроматог-рамма силиловых зфиров после упаривания экстракта в вакууме. Она

Рис. 1. УФ-спектр экстракта цикория (а) и хроматограмма сили-

ловых углеводоЕ цикория (б)

1 - фруктоза; 2 -оС -глюкоза; 3-^3 -глюкоза; 4 - внутренний стандарт дебутилфталат; 5 - сахароза.

свидетельствует о переходе в экстракт ряда Сахаров, из которых ин-дентифицированы фруктоза, глюкоза и сахароза.

Для более полной характеристики свойств цикория и расчетов массопереноса необходима информация о набухании его частиц и об изменении их размера при взаимодействии с экстрагентом, что определило необходимость выполнения специальных экспериментов. Экстрак-тивность исследуемых проб сырья составляла около 83% (на абсолютно сухую массу), влажность 6%.. Получены новые данные о Ееличине коэффициента набухаемости

/с

, изменяющейся во времени и зависящей от температуры экстрагента и размера частиц. Показано, что чем меньше размер частиц, тем больше . Например, при температуре 80 ° С за 40 мин набухания для.крупных частиц он составлял 2,1, для мелких -2,5.

Данные о зависимости усредненной величины Кп от времени Т^ при т^ = 70 °С аппроксимированы соотношением

К- . (4)

л о^обЗ + ^оо^Т

Коэффициент корреляции (к. к.) составил 0,99; средняя квадратичная погрешность (3 = 0,145; К = 0,57-2,18; ^ = 5-240 мин.

Наиболее интенсивное (более 50%) увеличение размера частиц установлено' за первые 20 мин экстрагирования. Для оценки /£ предлагается эмпирическое соотношение, полученное при изменении от 0,842 до 0,99 см и в пределах = 5-240.мин при к. к. = 0,99;

(Э = 0,0704:

Къ = 0) 389 ~ О ¿З^Т . ( 5 )

Опытные данные об изменениис2) ис2> ео времени при = 70 °С

аппроксимированы зависимостями:

с£> = с2)0 ехр (- ■/, 6£>~ УОЛт) ;

в хр -С 9- УОгт) .

Здесь ¿В и оЭ, соответствуют = 10 мин; =(4,0-0,55) х

х10~Я кв. м/с; = (1,5-0,02)х10-7 кв. м/с; пределы изменения ИГ = = 10-240 мин.; к. К. = 0,9-0,92; = 0,188-0,229.

Эти зависимости позволяют количественно определять влияние на диффузионный перенос растворения извлекаемых веществ, выполнять интервальный расчет массопереноса при экстрагировании. Установлено снижение с55> и о& с уменьшением

Согласно фундаментальным положениям теории внутреннего массопереноса в объеме капиллярно-пористых тел общий коэффициент диффузии с^Ь возрастает при увеличении температуры. Обработка опытных данных, полученных при = 55,60,65,70,75,80 °С позволила получить новую зависимость для оценки влияния на величину усредненного

С® : _ ~

с>Ь-=о2) езср\

Cb-fS-'fó-e.ó-'/otyT (?)

где. оё>о соответствует ^ = 10 мин; с>Э =(0,07-6,0)х10~^ , кв. М/с; 10-150 мин; К. к. =0,98; (5^ = 0,2491.

Общей особенностью зависимостей коэффициентов диффузии от является их наибольшее значение в начале экстрагирования и последующее уменьшение (в 5-ЛО раз).

Для определения величины^ (или ) при различных С могут бьггь использованы полученные нами сведения о кинетике изучаемого процесса, об изменении С во времени.

2. 3. Особенности массопереноса при экстрагировании Вышеприведенные данные о свойствах цикория позволяют на осно-

ве аналитической теории о свойствах цикория расчетно оценить кинетические характеристики экстрагирования (например, )> распределение веществ в объеме частиц. Однако сложность формулировки задачи, обусловленная ее нелинейностью и изменением краевых условий, не позволяют рассчитывать на достаточно высокую надежность результатов. Поэтому нами принят вариант исследований, базирующийся на получении отсутствующей ранее информации о кинетике массоперено-са экспериментальным путем и на последующем осуществлении масштабного- перехода от лабораторных к натурным условиям реализации процесса.

Характерной особенностью поглощения частицами цикория влаги (экстрагента) является его высокая интенсивность в начале процесса (за первые 10 мин поглощается около 45% влаги от максимально поглощаемого количества) и резкое последующее замедление.

В течение первых 20 мин. наблюдалась интенсивная экстракция глюкозы и сахарозы, затем для сахарозы процесс практически прекращался, экстракция глюкозы несколько замедлялась, но продолжалась до конца экстрагирования (4 часа).

Анализ интенсивности экстракции натрия, калия, кальция, магния, железа показал, что основное количество Ыа и Са извлекается из частиц цикория в течение первого часа процесса, Ре в течение двух часов, а К и Мё переходят из твердых частиц в экстрагент в течение четырех часов, однако, в первые два часа этот процесс более интенсивен. Водорастворимые азотосодержащие соединения наиболее интенсивно переходят в экстрагент в течение первых 40 минут.

Полученные при 60 °С опытные данные о переходе водорастворимых компонентов в экстрагент аппроксимированы соотношениями, определяющими концентрацию компонента в экстрагенте в зависисмости от време-/ / / ни глюкозы (С ), сахарозы ( £7 ), азотистых соединений (С ),

/ ГЛ / Сех ^

калия (С ), магния ( £ ):

С = О , при С = 0,4-1,5 г/л; 0,2-0,4 ч; ( 8 )

Г/1 ' ! г Л

К. К. = 0,94; © = 0,0721.

С > "Ри С = 0,2-0,4 г/л; 0,2-4,0 Ч; ( 9 )

О* ' сох

К. к. = 0,95; (э = 0,0514.

/ Л- ,

С =-Г7--гг, > при С = 30-210 мг/л; Т = ( 10 )

■ к. к. =0,99; (/= 0,0924.

' о,33 ,

С^НЗд^Т > ПРИ Ск = 625-1630 мг/л; Т= 0,2-0,4 ч; ( 11 )

к. к. = 0,97; = 0,084.

/ I

Г > "Ри С = 20-40 2" = 0,2-0,3 ч; ( 12 )

К. К. = 0,99; 0 = 0,06281. ^

Полученная информация о диффузионных свойствах, о кинетике набухания частиц и экстрагирования использована при разработке и апробировании методики масштабного перехода при выполнении исследований на экстракторах: секционном лабораторном ЭГЛ-350/8, опытном ЭГЛ-600/8, опытно-промышленном ЭГЛ-1600/9, а также на диффузионной батарее.

При известных для каждой секции аппаратов коэффициенте диффузии, среднем диаметре частиц и симплексе концентраций методом итераций на основе соотношения ( 1 ) определяли коэффциент массотдачи / 14,22 /. Подтверждена эффективность организации противоточного движения фаз. Эксперименты совпровождались измерениями концентрации экстрагируемых веществ в каждой фазе, их массовых расходов, а также времени пребывания частиц в аппарате.

Результаты определения по экспериментальным данным, их

анализ позволил уточнить метод расчета массообмена в экстракторах,

алгоритм которого разработан и реализован на ЭВМ при их анализе и определении рациональных конструктивных решений.

Учтено влияние гидродинамических условий в реальных аппаратах, доказано несовершенство этих услйвий в диффузионных батареях.

Экспериментально установлена возможность интенсификации процесса массообмена при совмещении экстрагирования и промежуточного отжима растительного сырья / 16,18,19,23 /. Такой технологический прием позволяет увеличить интенсивность внутреннего и внешнего мас-

сопереноса, осуществлять "выдавливание" части жидкой фазы из час-

№

тиц, изменять их структуру. Расчетная величина с2) может на порядок превышать величину . Эти результаты позволили обосновать целесообразность создания и применения в пищевой промышленности ряда эффективных аппаратов новой конструкции.

Отбор и анализ проб, определение их состава и размеров частиц по секциям работающих экстракторов потвердили основные результаты, полученные в лабораторных условиях.

Характерной особенностью массопереноса для первой секции является осуществление наиболее интенсивных пропитки частиц экстра-гентом, растворения веществ в их объеме и массоотдачи с поверхности частиц веществ, распределенных в поверхностных слоях. По мере набухания частиц возрастает эффективность их отжима, что особенно существенно для трех-четырех последних секций (здесь происходит снижение о£) и с© ). Влияние отжима,' сопровождающегося увеличением , оказывается позитивным для экстрактора в целом.

При экспериментах на опытном экстракторе ЭГЛ-600/8 его производительность (5 (по сырью) изменялась в пределах 7,5-14 кг/ч, Ср = 6-8,4, усилие при отжиме от 0 до 5x10^ Н , температура теплоносителя (воды) - от 60 до 75 ° С. Диаметр корпуса о&к = 0,6 м, длина =2,9 м, число секций//= 8. Частота вращения вала

/2. = 0,4-2,4 об/мин. Соответственно, при отсутствии отжима оказа-

лось, что В= Ю-20, ^ = 2х1СГ5 - 2x10 ^ м/с, с£> = 5Х10"8 - 3x10 кв. м/с; при наличии отжима 95-125, ^/3

9x10 6x10 "^м/с, с£)* = бхЮ-8 - 7х10-7 кв. м/с. Эти данные иллюстрируют интенсифицирующее влияние отжима. Анализ величин, характеризующих кинетику экстракции по секциям, показал, что значение должно быть около 6. .

Результаты, получе'ннные при работе на опытном экстракторе, позволили уточнить методику расчета аналогичных аппаратов, найти новые конструктивные решения, использованные при создании более совершенного экстрактора ЭГЛ-1600/9.

Рис. 2. Схема непрерывнодействующего промышленного экстрактора

ЭГЛ-1600/9 с промежуточным отжимом При работе экстрактора исходное сырье подается питателем в первую по ходу материала секцию. Здесь под действием вращающихся ковшей со спиральными перегородками и скребков осуществляется интенсивный контакт твердой и жидкой фаз в режиме погружения. Часть материала захватывается перегрузочным ковшом и поднимается в кольцевом дренажно-отжимном канале выше уровня жидкости. На этой стадии перегрузки происходит дренаж свободной жидкости в контактную сек-

цию. Затем ковш перемещает твердую фазу в отжимную камеру, где спе-'циальной отжимной пластиной из нее удаляется часть жидкой фазы, находящейся в порах и между частицами. Преодолевая сопротивление подпружиненной отжимной пластины, материал сбрасывается в перегрузочное окно и далее в следующую секцию. Цикл повторяется и, таким образом, материал попадает в последнюю девятую секцию, где через бункер и шнековый транспортер удаляется из аппарата.

Предварительно нагретый до заданной температуры экстрагент подается в последнюю секцию и перетекает к первой. Переточные отверстия межсекционных перегородок очищаются резиновыми вращающимися скребками.

Заданная температура в секциях поддерживается системой регулирования подачи пара в рубашку экстрактора. Производительность по сырью определяется скоростью вращения питателя, а количество зкс-трагента контролируется расходомером и регулируется запорной арматурой. При исследованиях этого аппарата: = 150 кг/ч, ~ б,

¿2). = 1-,6 м, = 5,4 м, д/ = 9,/г_= 0,25-1,5 об/мин. Такой

^ К.

аппарат сдан в эксплуатацию в 1982 г. на БогучароЕском экспериментальном заводе. На основании измерений и расчетов установлено некоторое снижение интенсивности массообмена, что явилось следствием изменения гидродинамических условий процесса. Однако повышенная производительность ЭГЛ-1600/9 (по сравнению с производительностью ЭГЛ-600/8), высокая степень извлечения ценных, компонентов позволяют характеризовать экстрактор как один из наиболее эффективных (по существующим информационным источникам).

Установлено, что отжим в аппаратах непрерывного действия наиболее целесообразно обеспечивать применением специально профилированных лопастей с регулируемой ориентацией, наклонных спиральных перегородок.

2. 4. Реализация результатов исследований в промышленности

Полученные при выполнении исследований результаты положены в основу разработки промышленной технологии производства растворимых кофейных напитков из чистого цикория, а также на основе цикория, . ячменя, ржи, семян винограда и натурального кофе / 2,22,25,29 /.

После инспекции сушеный цикорий / 4 / направляли на обжаривание при температуре 140-160 °С в течение 35-40 минут. В конце обжаривания продукт увлажняли и, минуя дробление, направляли на экстракцию. Влажность цикория при этом была 5-7%, р// в пределах 4,3 -4,5. Концентрирование экстракта проводили по общепринятой

технологии, а его сушку (при концентрации сухих Ееществ 25% и дина-

-2

мической вязкости (2-3)х10 Па-с),-с использованием распылительных сушилок / 5,6 /.

Для выбора эффективных упаковки и условий хранения растворимых кофепродуктов были проведены специальные исследования сохранности их качества при использовании новых отечественных комбинированных пленочных материалов / 7,9,10 /.

Полученные результаты и разработанный метод расчета экстрагирования использовали при создании ряда оборудования / 26,28,29,30, 31,34 /.

Конструктивные особенности модификаций непрерывнодействующего экстрактора рассмотрены в / 16,23 /.

Реализация созданных технологии и аппаратов позволяет производить растворимые кофейные напитки на основе цикория, исследования пищевой и биологической ценности которых показали, что они являются важным источником легкоусвояемых углеводов, аминокислот, макро- и микроэлементов / 1,3,8,13 /.

Использование новых экстракторов не ограничивается производс-

теом растворимого цикория и продуктов на его основе. Промышленные проверки доказали эффективность созданного оборудования также для переработки еыжимок, получения соков и настоев ароматических трав. Важно подчеркнуть, что степень извлечения экстрактивных веществ в аппаратах типа ЭГЛ существенно выше по сравнению с другими методами и находится в пределах 87-97%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполненных исследований:

разработана и реализована методика определения ранее не изученных диффузионных и других свойств цикория, как объекта экстрагирования, в т. ч. при осуществлении отжима и варьировании параметрами режима экстрагирования;

получены новые опытные данные в области кинетики экстрагирования многокомпонентных веществ из частиц цикория;

доказана эффективность промежуточного отжима раствороЕ из растительного сырья при экстрагировании;

при использовании полученной информации созданы и внедрены в производство новые технологии экстрагирования ценных компонентов из цикория и получения кофейных напитков, а также ряд промышленных экстракторов, разработанных на уровне изобретений.

Разработка научно-технической документации на базе полученных при выполнении исследований данных, позволила осуществить по новым технологиям промышленное производство высококачественных кофейных напитков на основе цикория, а также ячменя, ржи, семян винограда ) натурального кофе, создать ряд промышленных экстракторов.

Применение новых технологий и оборудования создает условия для получения из цикория и другого растительного сырья в промышленных условиях продукции высокой пищевой ценности, при этом капитальные

затраты на организацию производства по сравнению с использованием традиционных технологий и оборудования снижаются в 1,5-2 раза, срок окупаемости комплекта оборудования - около 1 года.

Создание описанного выше экстрактора ЭГЛ-1600/9 (Еогучаровский экспериментальный завод, 1982 г.) и его использование в линии по производству растворимого пастообразного цикория позволили обеспечить выпуск новой продукции. Прибыль от ее реализации составила 371 руб на 1 т (цены 1982 г.). Годовой выпуск продукции составил в денежном выражении 639 тыс. руб. Срок окупаемости капитальных вложений - 8,4 месяца.

На СлаЕутском цикоросушильном заводе в 1991.г. проведены промышленные испытания линии по производству пастообразного цикория с использованием непрерывно-действующего экстрактора. Годовая расчетная эффективность линии - 193,4 тыс.руб (цены 1990 г.).

От применения одного секционного лопастного экстрактора в перерабатывающих отраслях АПК- вместо диффузионных батарей за счет роста производительности, снижения издержек, расходов на амортизацию и зарплату, расходов топливно-энергетических ресурсов годогая эффективность составляет около 370 тыс. руб (цены 1988 г.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В РАБОТАХ

1. Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. , Худоминская Р. Е Растворимые кофейные напитки //Коне, и овощесуш. пром-ть. - 1977. -N3. -С. 23-26.

2. Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. Применение амилолитических и мацерирующих ферментных препаратов в производстве растворимых кофейных напиткоЕ //Гезисы докл. Второго Всес. сое. по ферментам микроорганизмов. -Минск, 1978. - Часть 2. - С. 116.

3. Нахмедов Ф. Г., Ломачинский В. А., ЦереЕИТОВ О. Б. Исследование

минерального состава быстрорастворимых кофейных напитков - заменителей натурального растворимого кофе //Вопросы питания. - 1978. -N3. - С. 80-82.

4. Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. , КоЕальчук 3. А. Опыт промышленного производства растворимых налтков //Коне, и овощесуш. пром-ть. - 1978. -N5. - С. 18-21.

5. Ломачинский В. А. Процесс сушки экстрактов растворимых кофейных напитков //ЦНИИТЗИпищепром, НТРС, Коне, овощесуш. и пише-конц. пром-ть. - 1978. -N12. - С. 1-7.

6. Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. , Космодемьянский Ю. В. , Голиков

Е. П. Получение агломерированных порошков растворимых кофейных напитков //Коне, и овощесуш. пром-ть. - 1979. -N2. - С. 18-20.

7. Ломачинский В. А. , Большакова Т. И. Влияние упаковки и условий хранений на качество растворимых кофейных напитков //Коне, и овощесуш. пром-ть. - 1979. - N11. - С. 19-21.

8. Ломачинский В. А., Нахмедов Ф. Г. , Андреева Е. В. Минеральный состав растворимых кофейных напитков //Коне, и овощесуш. пром-ть. -1980. -N2. - С. 28-30.

9. Нахмедов Ф. Г. , Ломачинский В. А. , Додонов А. М. и др. Влияние отечественных полимерных упаковок на сохранность качества растворимых кофепродуктов //ЦНИИТЗИпищепром, НТРС, консервная промышленность. - 1981. -N1. - С. 22-28.

10. Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. , Додонов А. М. , БелькоЕа О. Г. , Волитова Г. А. , Дубова Р. Ю. Применение отечественных полимерных пленочных материалов для упаковки кофепродуктов //Коне, и овощесуш. пром-ть. - 1981. -N4. - С. 31-34.

11. Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. Цикорий и продукты его переработки //ЦНИИТЗИпищепром, пищевая пром-ть, серия 4. - 1981. - Вып. 5. - 55 с.

12. Ломачинский В. А. Технология за производство на инстант-напитки

на основата на цикория и други заместители на кафето //Консервна промышленост. - 1981. -N11. - С. 19-23.

13. Нахмедов Ф. Г. , Ломачинский В. А., Козлова Г. Г. Аминокислотный. состаЕ растворимых кофейных напитков //Вопросы питания. - 1982.

- N1. - С. 66-68.

14. Лысянский В. М. , Миссии 0. Н. СавЕова О. В. , Ющенко Н. М. , Василик И. К , Ломачинский В. А. Расчет отдельной ступени процесса массо-и теплообмена //Изв. ВУЗов, пищевая технология. - 1982. -N6. -

. С. 83-86.

15. Ломачинский К А. Исследование кинетики экстрагирования цикория //Коне, и овощесуш. пром-ть. - 1983. -N10. - С. 37-40.

16. Ломачинский В. А., Лысянский В. М. , Ковырзенков Е. В. Экстрактор непрерывного действия для цикория //Коне, и овосуш. пром-ть. -1983. - N11. - С. 31-32.

17. Ломачинский В. А. , Рыбалова Э. М. , Нахмедов Ф. Г. Динамическая вязкость экстрактов кофейных напитков //Коне, и овощесуш. пром-ть. - 1984. -N2. - С. 37-38.

18. Берес В. В. , Лысянский В. М. , Гриншпун В. Я. , Ломачинский В. А. Влияние прессования на процесс экстрагирования полезных веществ из отходов растительного сырья //Пятая Есес. научн. -техн. конф. "Электрофиз. методы обработки пиш. прод-ов". - М. , 1985. - С. 382.

19. Лысянский В. М. , Еерес В. В. , Ломачинский В. А. , Гриншпун В. Я. Исследование массообмена в секционном непрерывнодействующем про-тивоточном-экстракторе при работе на отходах растительного сырья //Тезисы доклада Всес. науч. конф. "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств". - Харьков, 1985. - С. 12.

20. Ломачинский В. А. Изучение диффузионных сеойств частиц растительного сырья при экстрагировании //Пищевая и перер. пром-ть.

-1985. -N2. - С. 53-55.

21. Ломачинский В. А. Проблемы комплексного использования сырья в пищевой промышленности //Пищевая и перер. пром-ть. - 1985. - N3.

- С. 5-8.

22. Ломачинский В. А. Основные закономерности кинетики экстрагирования цикория и других видов сушеного растительного сырья и выбор методов расчета кинетических коэффициентов "процесса //АгроНИИ-ТЭИпищепром, депонир. рук. - 1988. -25 с. /ВИНИТИ - 1988. - N9. -С. 135.

23. Ломачинский В. А. , Верес В. В. , Лысянский В. М. Массообмен при работе экстрактора с промежуточным отжимом растительного сырья // Пищевая пром-ть. - 1991. - N6. - С. 38-40.

24. А. С. 649394 СССР. МКл. А 23 1/16. Способ производства заменителей кофе /Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. , Дмитриева Е. Т. и др.

- N2378406; заявл. 01.07.76. Для служебного пользования.

25. А. С. 683707 СССР. МКл А 23 1/14. Способ производства быстрорастворимых напитков - заменителей кофе /Ломачинский В. А. , Нахмедов Ф. Г. -N2583864; заявл. 22. 02. 78. Опубл. 05. 09. 79. Бюл. N33. -С. 15.

26. А. С. 829127 СССР. МКл. В 01 11/00. Горизонтальный секционный экстрактор /Гриншпун В. Я. , Лысянский В. М. , Запертов С. В. , Таид-зе Ш. В. , Гаврилин А. В. , Ломачинский В. А. , Жучков В. Н. N2808658; заявл. 14.08.79. Опубл. 15.05.81. Бюл. N18. - С. 23.

27. А. С. 955556 СССР МКл. А 23 5/24. Способ производства растворимых кофейных напитков /Нахмедов Ф. Г. , Ломачинский В. А. , Козлова Г. А. и др. - N3240993; заявл. 25.12. 80. Для служебного пользования.

28. А. С. 1176906 СССР МКл. В 01 11/02. Кольцевой экстрактор /Гриншпун В. Я , Бахромкин И. П. , Ломачинский В. А. и др. - N3727279; заявл. 17.04.84. Опубл. 07.09.85. Бюл. N33. - С. 12.

29. А. С. 1197684 СССР МКл. В 01 11/02. Горизонтальный секционный. экстрактор /Ломачинский В. А. , Протункевич Б. А. , Одиноков В. В. ,

-N3745146; заявл. 29.05.84. Опубл. 15.12.85. Бюл. N46. - С. 25.

30. А. С. 1200929 СССР Мкл. В 01 11/02. Секционный экстрактор /Гриншпун В. Я. , Ковыраенков Е. В., Лысянский В. М., Ломачинский В. А. , Бахромкин И. П. , Еерес В. В. , - N3756763; заявл. 19. 06. 84. Опубл. 28.02.87. Бюл. N8. - С. 27.

31. А. С. 1292797 СССР МКл. В 01 11/00. Способ экстрагирования раст-• воримых веществ из растительного сырья /Ломачинский В. А. , Власова Н. В. , Гриншпун В. Я. и др. 0И3756763; заявл. 19. 06. 84. Опубл. 28. 02.87. Бюл. N8. - С. 27.

32._ А. С. 1292798 СССРМКл. В 01 11/02. Кольцнвой экстрактор /Гриншпун В. Я. , Ломачинский В. А. , Лысянский ЕМ. и др. - N3909089; заявл. 04. 06.85. Опубл. 28. 02. 87. Бюл. N8. - С. 27.

33. А. С. 1303172 СССР МКл. В 01 11/02. Карусельный экстрактор /Гриншпун В. Я ., Ломачинский В. А. , Самарович Н. А. и др. -N3928645; заявл. 04. 06. 85. Опубл. 15. 04. 87.. Бюл. N14. - С. 26.

34. А. С. 1619477 СССР МКл. в 01 11/02. Секционный наклонный экстрактор /Бахромкин И. П. , Ломачинский В. А. , Борченкова Л А. -N4484972; заявл. 21. 08. 88. Для служебного пользования.

35. А. С. 1734811 СССР МКл. В 01 11/02. Секционный ковшевой'экстрактор /Ломачинский В. А. , Гриншпун В. Я., Лысянский В. М. , Борченова Л. А. , Бахромкин И. П. -N4189297; заявл. 29.12.86. Опубл. 23.05. 92. Бюл. N19.