Природоохранные мероприятия при переработке семян подсолнечника

2. Кондиционирование семян подсолнечника по влажности (сушка)

Необходимость кондиционирования  масличных семян по влажности (сушка) в технологии производства растительных масел встречается, по меньшей мере, дважды.

В первом случае сушка используется при подготовке семян к хранению. Свежеубранные семена неоднородны  по влажности и степени зрелости, к тому же уборка часто совпадает  с неблагоприятными погодными условиями. А сушка обеспечивает быстрое  снижение влажности маслосемян до величины, при которой обеспечивается безопасное их хранение. Это так называемая сырьевая сушка.

Во втором случае кондиционирование  семян по влажности путем тепловой их сушки имеет значение непосредственно для технологии производства растительных масел. Оптимальная для переработки влажность семян определяет технологичность ряда последующих стадий: обрушивание, отделение ядра от оболочки, измельчение ядра, жарение мезги, извлечение масла.

В связи с этим тепловую сушку можно считать исходной стадией технологического процесса переработки масличного сырья, поэтому  ее называют технологической.

Процесс сушки масличных  семян, как и других капиллярно-пористых коллоидных материалов, зависит от массообменных характеристик и структурно-механических свойств материала: гигроскопичности, величины удельной поверхности, скважистости, теплофизических свойств.

За основу классификации  методов сушки принимают способы передачи тепла высушиваемому материалу.

Основные способы сушки:

• Тепловые, разделяющиеся по способу передачи тепла:

а) конвективный – осуществляется конвекцией от нагретого сушильного агента.

б) кондуктивный – осуществляется за счет теплопередачи от нагретой

поверхности к семенной массе.

в) терморадиационный – осуществляется под действием ИК-излучения, которое вырабатывается генераторами ИК-лучей.

• Контактная (сорбционная) сушка. Суть ее заключается в передаче влаги от высушиваемой семенной массы к сорбенту, то есть к какому-то веществу с высокой гигроскопичностью (например, силикагель).
• Вакуумная сушка. Достоинство ее заключается в том, что при искусственном уменьшении давления воздуха над семенами влага из них испаряется при более низких температурах, что позволит сохранить качество семян.
• Сушка в кипящем слое. Процесс сушки интенсифицируется за счет изменения структуры слоя – перехода от плотного к разрыхленному, что значительно увеличивает активную поверхность.
• Комбинированный способ представляет собой сочетание нескольких способов, чаще сочетают вакуумную сушку с конвективной, терморадиационную с конвективной.
• Механический метод удаления влаги применяется при наличии избыточного количества поверхностной влаги, которую можно удалить с помощью центрифугирования, отжима.

Наиболее распространенным из всех рассмотренных методов является конвективный метод. В качестве сушильного агента используется воздух, нагретый в калориферах электричеством, паром; применяется также смесь воздуха с топочными газами.

По способу подачи семян  на стадию сушки различают следующие  способы сушки:

• в плотном неподвижном слое;
• плотном движущемся слое;
• частично взвешенном состоянии;
• псевдоожиженном (кипящем) слое.

Эффективность процесса сушки  зависит от исходной влажности семян,

от их начальной температуры, от толщины и структуры слоя, от температуры

и скорости сушильного агента.

Таким образом, основными  параметрами, определяющими интенсивность  процесса и сохранение качества высушиваемых семян и содержащегося в них  масла для всех методов и приемов  сушки, являются: температура сушильного агента, продолжительность процесса, температура максимального нагрева семян. Этими параметрами руководствуются при выборе режимов сушки.

Для установления оптимального технологического режима сушки необходимо, чтобы процесс был максимально  коротким и при этом сохранялось или даже улучшалось качество семян и содержащегося в них масла, улучшались технологические свойства семян.

Параметры процесса сушки  могут оказывать различное воздействие  на качество семян и масла, содержащегося в них. Это воздействие зависит от

термолабильности семян и их составных частей. Термолабильность определяется совокупным действием повышенной температуры и влаги. При определенном сочетании температуры и влаги могут создаться благоприятные условия для протекания нежелательных процессов химического и биохимического окисления, гидролиз, денатурация белков, реже их разложение. Результатом нежелательных процессов является ухудшение качества масла и белковых концентратов, уменьшение выхода того или другого.

Рекомендуемая максимальная температура прогрева семян 65...70 ºС.

Тепловая сушка вызывает определенные изменения физиолого-биохимических свойств семян и качества содержащегося в них масла.

При тепловой сушке создаются  благоприятные условия для взаимодействия реакционноспособных веществ и образования новых соединений. Например, аминокислоты вступают во взаимодействие с сахарами с образованием меланоидинов. Эти вещества ответственны за изменение цвета, вкуса, аромата семян и масла. Подобные соединения (при температуре более 80 ºС)образуются и по реакции с фосфолипидами (меланофосфолипиды). Они также придают темный цвет семенам и маслу.

С увеличением температуры  прогрева семян в масляной части  растворяются некоторые вещества нелипидного характера. В результате выход сырого жира возрастает, но питательная ценность масла снижается.

Под влиянием высоких температур возможно разрушение витаминов, находящихся в зародыше и других частях семени.

При прогреве в семенах  может увеличиться содержание полициклических  ароматических углеводородов (ПАУ). Некоторые из них являются канцерогенами, например, 3,4 – бензпирен. Они могут попадать в семенную массу из внешней среды (атмосферы, почвы), синтезироваться самим растением или поступать с сушильным агентом в случае неполного сгорания топлива.

На предприятии «Лабинский МЭЗ» ООО «МЭЗ Юг-Руси» для сушки семян подсолнечника применяют сушилки шахтного типа.

Схема работы сушилки шахтного типа изображена на рис. 2. Высушиваемые семена из бункера 1 проходят через  сушильную шахту 2 где расположены короба, подводящие и выводящие из шахты газовоздушную смесь. Семена под действием своей массы опускаются между коробами, нагреваются смесью воздуха и дымовых газов. При этом влага из семян испаряется, а высушенные семена охлаждаются в охладительной камере 4, где через семенную массу подают холодный атмосферный воздух. Высушенные семена поступают в приемный бункер 5. Сушка может проводиться по одно- и двухступенчатому режиму. На первой ступени в верхней части 2 семена сушат при низких температурах дымовыми газами, смешанными с атмосферным воздухом. На второй ступени осуществляют окончательное досушивание, которое происходит в нижней части 3 дымовыми газами при повышенных температурах, что экономически более выгодно.

Режим сушки: толщина слоя – 250 мм, температура сушильного  
агента – 180 ºС, продолжительность сушки – 40...60 мин, температура прогрева семян – 65...70 ºС.

Недостатки сушилки: неравномерный  прогрев семенной массы, плохой воздухообмен, очень быстро увлажняется сушильный агент, самый низкий влагосъем, самое длительное время сушки. Семена приходится либо пропускать через шахту несколько раз, либо наращивать высоту шахты, либо увеличивать количество секций.

 

Рис.2. Шахтная сушилка

1 – бункер; 2 – сушильная  шахта; 3 – нижняя часть сушильной  шахты; 4 –охладительная камера; 5 –  приемный бункер.

3. Подготовительные операции при переработке семян подсолнечника

Семена масличных культур, если их рассматривать с точки  зрения технологии переработки, состоят  из ядра и оболочки, между которыми имеется воздушная прослойка  разной толщины. У большинства семян  имеется только семенная оболочка, у некоторых культур (подсолнечник) есть и семенная и плодовая оболочки, соответственно и две воздушные  прослойки.

Состав и питательная  ценность ядра и оболочки различны. Ядро содержит такие ценные группы веществ, как липиды и протеины. В  оболочке содержится значительное количество безазотистых веществ и клетчатки, липидов всего не более 2 %. К тому же в липидах оболочки содержится много свободных жирных кислот, восков, воскоподобных веществ. В процессе извлечения масла они могут переходить в продукт и тем самым ухудшать его качество. В связи с этим оболочку необходимо удалять. Количество оболочки значительно влияет на качественные характеристики масла.

Повышение лузжистости влияет и на товарный вид масел: вкус, запах, цвет, прозрачность.

Увеличение содержания оболочки в перерабатываемом ядре ухудшает и  качество шрота в результате обогащения его клетчаткой и безазотистоэкстрактивными веществами.

Оболочка, будучи легче, чем  ядро, уменьшает процент использования полезного объема производственного оборудования, что снижает его производительность. Так, при увеличении лузжистости с 3 до 8 % производительность форпрессового и экстракционного цехов уменьшается примерно на 10 %.

Значительное содержание плотной оболочки в ядре препятствует его хорошему измельчению. С увеличением количества лузги возрастают потери масла. Лузга обладает пористой структурой, поэтому легко поглощает масло на всех стадиях, с трудом отдает его в процессе прессования и даже экстракции, в результате часть масла остается в жмыхе и шроте.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что необходимо максимально отделять оболочку от ядра.

У подсолнечника семенная оболочка с одной стороны семечка  срощена с ядром, с другой стороны – с плодовой оболочкой. Поэтому при обрушивании она разрывается, часть оболочки остается на ядре.

В результате операции обрушивания  образуется сложная смесь: ядро, лузга, частички ядра (сечка), масличная пыль, необрушенные семена (целяк), не полностью обрушенные семена (недоруш). Вся смесь называется рушанка.

Количественные соотношения  между этими компонентами различны, зависят от вида перерабатываемых семян, их размера, влажности, условий подготовки к переработке, типа применяемого для обрушивания оборудования и др.

После обрушивания смесь  фракционируют, отделяя ядра, оболочку, целые семена и недоруш. Недоруш и целые семена направляют на повторное обрушивание, ядра – на измельчение. Оболочка чаще всего не перерабатывается, масличная пыль обычно теряется.

При выборе метода обрушивания  учитывают физико-механические свойства семян, в основном механические свойства оболочек: прочность, упругость, пластичность.

Под прочностью оболочки понимается величина нагрузки, при которой происходит ее разрушение. Упругость и пластичность оболочек характеризуются соотношением между упругой и пластической деформациями. Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки, а пластическая остается.

У подсолнечника и в какой-то степени у сои оболочка хрупкая, кроме того, у подсолнечника она волокнистая, легко раскалывается вдоль волокон.

Для обрушивания этих культур  применяют действие удара, которое  используют в бичевых или центробежных семенорушках.

Для обрушивания семян  подсолнечника и сои широко применяют  бичевые семенорушки МНР и  центробежные обрушивающие машины  
А1-МРЦ.

Обрушиваемые семена непрерывным  равномерным потоком подаются на предохранительную решетку 3. Здесь  они распределяются тонким слоем  по всей ее площади и проходят сквозь отверстия в решетке. Примеси  более крупные, чем семена, отделяются. Затем семена через распределительное  устройство 2 поступают в радиально  направляющие каналы 6 на рабочих дисках 4 вместе со всасываемым воздухом. Из радиальных каналов семена выбрасываются на кольцевую деку 5. При этом происходит обрушивание семян за счет однократного направленного удара вдоль большой оси семянки.

Рис.3. Центробежная обрушивающая машина РЗ-МОС

1 – корпус; 2 – распределительное  устройство; 3 – предохранительная  решетка; 4 – рабочие диски; 5 –  кольцевая дека; 6 – радиально  направляющие каналы; 7 – вал ротора; 9,10 – течки; 11 – патрубки; 12 – циклон;  
13 – цилиндрическое сито циклона;

 

Вал ротора 7 приводится во вращение от электродвигателя, частота вращения ротора 2100…2400 мин^-1.

Рушанка по патрубкам 11 из корпуса 1 поступает на цилиндрическое сито 13 циклона 12, где происходит отделение от масличной пыли, которая затем по течке 9 выводится и присоединяется к готовому ядру, свободному от лузги. Рушанка по течке 10 поступает в аспирационную вейку.

Преимуществом центробежной обрушивающей машины является ориентирование семян длинной осью в момент удара  о деку. При таком ударе всю нагрузку воспринимает лузга, и ядро почти не дробится, в то время как при ударе плашмя вместе с лузгой сильно дробится и ядро, и потери масла с отходящей лузгой резко увеличиваются.

Сравнительные промышленные испытания семенорушек МНР и  РЗ-МОС при переработке семян подсолнечника показали преимущества центробежной семенорушки: ее производительность была в четыре раза выше при меньших потерях масла в лузге.

Цель сепарирования рушанки заключается в максимальном отделении лузги от ядра при минимальных потерях масла.