Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Ферментные препараты представляют собой концентраты ферментов, полученные с помощью микроорганизмов, содержащие в своем составе наряду с ферментами балластные вещества. Ферментные препараты применяют в пищевых производствах как катализаторы соответствующих биохимических процессов.

В качестве продуцентов ферментов используют разнообразные источники: растения, животные ткани и микроорганизмы. Основные промышленные микроорганизмы для производства ферментных препаратов — это микроскопические грибы рода Aspergillus, Rhizopus,Penicillium и другие, а также бактерии рода Bacillus и актиномицеты. Они являются активными синтезаторами амилолитических, протеолитических, пектолитических и других ферментов.

Способностью активно продуцировать целлюлолитические ферменты обладают представители ряда несовершенных грибов родов Alternaria, Trichoderma, Fusarium и др. Важным требованием к применяемому продуценту является его способность к образованию большого количества какого-либо одного фермента при незначительном количестве других ферментов.

Микроорганизмы культивируют на средах, богатых углеводами, азотистыми и минеральными веществами, витаминами. В производстве ферментных препаратов используют синтетические и комплексные среды, являющиеся смесью синтетических сред с естественными материалами растительного, животного и микробного происхождения.

Синтетические среды готовят из различных минеральных солей и органических соединений, являющихся источником углерода – углеводов, спиртов, органических кислот. В качестве естественных материалов применяют отходы пищевых производств: отруби, мелассу, жмыхи, кукурузный экстракт, солодовые ростки, пивные дрожжи, зерно-картофельную барду и др.

Для накопления ферментов в культуральной среде необходимо обеспечить оптимальные условия для их синтеза: состав среды, температуру, значение рН, снабжение клеток кислородом воздуха. Для нужд пищевой промышленности вырабатываются амилолитические ферментные препараты Амилоризин П10х и Амилосубтилин Г10х. Препараты представляют собой тонкоизмельченные порошки бежевого или светло-серого цвета влажностью не более 13 %. Они хорошо растворимы в воде, без постороннего запаха и вкуса. В состав Амилоризина П10х входит комплекс ферментов с превалирующим действием a-амилазы. В качестве сопутствующих имеются протеолитические ферменты, мальтаза, a-эндополиглюканаза и др.

Стандартные уровни ферментативной активности промышленного ферментного препарата (ФП) Амилоризин П10х составляют, ед/г, не менее: амилолитическая способность (АС) – 2000; осахаривающая способность (ОС) – 1000; протеолитическая активность (ПА) – 30 при рН 4,7…5,4 и температуре 40…45 °С.

Амилосубтилин Г10х представляет собой очищенный ФП, образуемый Bac. subtilis. Препарат содержит a-амилазу, a-глюканазу и протеазу. АС этого препарата не менее 3000 ед/г, а ПА – не более 2 ед/г. Оптимальные для действия Амилосубтилина Г10х условия: рН 6,0…6,3; температура 50…55 °С. Бактериальная a-амилаза по сравнению с грибной обладает более высокой термостабильностью.

Протосубтилин Г10х отличается высокой протеолитической активностью. Это порошок светло-серого или светло-бежевого цвета с влажностью не более 13 %, характеризуется ПА не менее 70 ед/г.

Протеолитические ферментные препараты используют в мясной промышленности для мягчения мяса, придания ему нежного вкуса и консистенции; в молочной промышленности – для получения  гидролизатов белков молока, в пивоварении – для стабилизации пива от помутнения и др.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Применяют два способа выращивания продуцентов ферментов: поверхностный и глубинный.

Поверхностный способ предусматривает выращивание микроорганизмов на поверхности твердых, жидких, полужидких или сыпучих материалов. Этот способ создает хорошие условия для максимального контакта микроорганизмов с кислородом воздуха. Его используют в основном при выращивании мицелиальных грибов.

Глубинный способ предусматривает выращивание микроорганизмов на жидких средах. Этот способ применяют преимущественно при использовании в качестве продуцентов ферментов бактерий и других микроорганизмов, способных интенсивно развиваться в условиях недостаточного контакта клеток с кислородом. Он может быть применен и для культивирования аэробных микроорганизмов, какими являются плесневые грибы и некоторые бактерии, но для этого необходимо интенсивно аэрировать среду.

При поверхностном способе культивирования оптимальная температура для развития мицелиальных грибов 28…30 °С, бактерий 32…38 °С, относительную влажность воздушной среды на поверхности субстрата необходимо поддерживать в пределах 60…70 %. Обязательным условием этой технологии является аэрация растильной камеры.

Микроорганизмы синтезируют различные ферменты в определенной последовательности. Так, например, при использовании грибов Asp. orizae максимальное количество амилаз накапливается за 21…30 ч, образование же цитолитических ферментов начинается значительно позже и для максимального накопления этих ферментов требуется увеличить длительность культивирования до 48 ч.

Регулируя состав питательной среды, условия и длительность культивирования, можно достичь превалирующей активности одного фермента в комплексе ферментов препарата. Температура культивирования зависит от видовых особенностей микроорганизмов и колеблется в широких пределах. Для равномерного распределения клеток по объему аппарата,  улучшения их контакта с питательными веществами, обеспечения отвода от клеток продуктов их жизнедеятельности осуществляют перемешивание культуральной среды.

При получении культуры поверхностным способом ферменты из питательной среды экстрагируют водой, отделяют экстракт от твердой фазы, сгущают до концентрации сухих веществ 50 % или высушивают.

При глубинном культивировании отделяют клетки микроорганизмов от культуральной жидкости фильтрацией или центрифугированием. Фильтрат или центрифугат сгущают до концентрации сухих веществ 40 % или высушивают.

Полученные таким образом технические ферментные препараты могут использоваться в жидком виде или в виде порошка. Для очистки ферментов применяют осаждение их из водных растворов органическими растворителями такими, как метиловый, этиловый, изопропиловый спирты, ацетон; высаливание сульфатами аммония, натрия, цинка, хлоридом натрия; фракционирование. Высушивание предварительно очищенных и сконцентрированных препаратов осуществляют в распылительных сушилках или методом сублимации.

Наименование ферментных препаратов сочетает в себе сокращенное название основного фермента, активность которого в препарате преобладает, и видовое название микроорганизма-продуцента. Так, препарат, в котором превалирующим ферментом является амилаза, синтезированная мицелиальным грибом Asp. oryzae, называют амилоризином, если применялась культура Bac. subtilis – амилосубтилином.

В наименовании препарата отражаются способ культивирования микроорганизмов, степень очистки препарата и степень концентрирования ферментов. С этой целью после наименования препарата ставится индекс. Например, Амилоризин П10х или Амилосубтилин Г20х. В индексе буква П означает, что препарат получен поверхностным способом культивирования, а буква Г – глубинным. Буква х условно обозначает количество фермента в стандартной (обладающей строго определенной активностью на единицу массы), глубинной или поверхностной культурах. Цифра перед буквой х отражает степень очистки препарата.

Стадии технологического процесса. Ввиду перспективности остановимся на глубинном способе культивирования. Производство ферментных препаратов глубинным способом на жидких питательных средах можно разделить на следующие стадии:

– приготовление, стерилизация и охлаждение питательной среды;

– приготовление посевного материала и выращивание производственной культуры;

– отделение и сушка биомассы;

– фасовка отходов и отделение фильтрата;

– концентрирование и сушка концентрата;

– осаждение, сушка и стандартизация препарата;

– фасование препарата.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования, в состав которого входят циклон-разгрузитель, экстракторы, стекатель, шнек-пресс, ленточный вакуум-фильтр, смеситель, а также нагревательная колонка, выдерживатель и теплообменники.

В состав линии входит комплекс оборудования, состоящий из инокулятора и ферментатора.

Следующий комплекс оборудования представляют камерный фильтр-пресс и барабанная сушилка.

Далее следует комплекс оборудования для фасования и упаковывания ферментных препаратов, а также сепараторы.

Ведущим является комплекс оборудования, включающий вакуум-выпарные аппараты и распылительные (сублимационные) сушилки.

Завершающий комплекс оборудования линии состоит из установки непрерывного осаждения, аппарата обсушки препарата, центрифуги, барабанной вакуум-сушилки, установки для измельчения и смешивания.

Финишным комплексом оборудования являются фасовочные машины.

Машинно-аппаратурная схема линии производства ферментных препаратов глубинным способом на жидких питательных средах представлена на рис. 2.17.

Устройство и принцип действия линии. В соответствии с компонентным составом питательных сред производят их предварительную подготовку и смешивание. Например, для получения питательной среды используют свекловичный жом, который через циклон-разгрузитель 1 и циклон чистки воздуха 2 направляется на весы 3 и далее в экстрактор 4 свекловичного жома.

Полученный экстракт насосом перекачивается в стекатель 5, шнек-пресс для отжима 6 и далее в смеситель 20, куда подводят питание соли и остальные компоненты с таким расчетом, чтобы при последующем соединении этих растворов была достигнута требуемая регламентом концентрация в среде.

Солодовые ростки из бункера 8 взвешиваются на весах 10 и винтовым гибким подъемником 9 направляются в экстрактор 11 и далее в ленточный вакуум-фильтр 12, откуда промывные воды отводятся в ресивер 13, а осадок спускается в бункер 14. Над вакуум-фильтром 12 размещены барометрический конденсатор 16 и ловушка 17, а ниже установлен барометрический ящик 18. Полученный экстракт солодовых ростков из ресивера для фильтрата 15 насосом через приемник 19 закачивается в смеситель 20. Приготовленные смеси поступают в сборник питательной среды 21, а далее в стерилизатор 23, выдерживатель 24 нагрева питательной   среды до 130 °С и на охлаждение среды в темплообменники 25 и 26, откуда охлажденная питательная среда поступает в ферментатор 33, заполняя его на 70…75 %.

Рис. 2.17. Машинно-аппаратурная схема линии производства ферментных препаратов на жидких питательных средах глубинным способом

Для начала ферментации в среду вводят посевной материал. Приготовление посевного материала осуществляется в аппарате 22, откуда он направляется в ферментатор 33 с форсуночным разбрызгивателем 32. Здесь же установлены фильтры 27, 28 и 29 для очистки воздуха, а также стерилизатор пеногасителя 30 с мерником 31. Забираемый из атмосферы воздух очищается от грубой взвеси, сжимается и охлаждается.

Длительность культивирования зависит от продуцента и условий введения в процесс питательных веществ. Готовую культуральную жидкость, содержащую биомассу продуцента, твердую взвесь среды и всю сумму веществ насосом подают через теплообменник 34 для охлаждения и далее в сборник 35.

После окончания ферментации отделение биомассы от культуральной жидкости происходит в камерном фильтр-прессе 36, откуда биомасса через бункер 37 направляется на сушку и фасовку, а отделенная в сборнике 38 культуральная жидкость – на сепараторы 39, 50 и 55. После сепаратора концентрат поступает в теплообменник  51 для охлаждения.

Перед выпариванием культуральная жидкость подогревается до температуры 95…100 °С и далее поступает в вакуум-выпарной аппарат 42, а конденсат из конденсатора 41 отводится в сборник 43. После выпаривания культуральная жидкость с содержанием сухих веществ около 40 % представляет собой жидкий концентрат, который перекачивается в сборник 44. Концентрат культуральной жидкости может быть высушен в распылительной или сублимационной сушилке 45 и через циклон 46 и рукавный фильтр 47 направлен в бункер 48 высушенного препарата.

Шнековым транспортером 49 ферментный препарат транспортируется в установку непрерывного осаждения 52 этанолом, куда из мерника 53 через теплообменник для охлаждения спирта 54 подается спирт. Осажденный препарат поступает в аппарат для отсушки ферментного осадка 56, откуда после центрифугирования на центрифуге 57 препарат направляется на барабанную вакуум-сушилку 58.

Высушенный препарат собирают в бункере 59, измельчают на измельчителе 60 и направляют в бункер 61, добавляют наполнитель из бункера 62, взвешивают на весах 63 и направляют в смеситель 64. Фасование ферментных препаратов производят в фасовочных машинах 65 и 66 порциями по 17 или по 0,5 кг.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Дрожжи – одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к классу грибов сахаромицетов. Дрожжевая клетка содержит в среднем 67 % воды и 33 % сухого вещества. Сухое вещество дрожжевой клетки содержит 37…50 % белков, 35…40 % углеводов, 1,2…2,5 % сырого жира и 6…10 % зольных веществ.

Качество хлебопекарных дрожжей определяется требованиями технологии хлеба. Они должны иметь плотную консистенцию, легко ломаться, обладать серым с желтоватым оттенком цветом и характерным дрожжевым запахом, пресным вкусом, содержание влаги не более 75 %, кислотность (в пересчете на уксусную кислоту) не более 120 мг на 100 г дрожжей в день выработки и не более 360 мг спустя 12 сут. Стойкость при температуре 35 °С дрожжей, выработанных на дрожжевых заводах, не менее 60 ч, а на спиртовых – 48 ч, подъемная сила (подъем теста до 70 мм) – не более 70 мин.

Предусматривается выпуск сушеных хлебопекарных дрожжей высшего и 1 сортов в виде гранул, вермишели, крупы или порошка от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Содержание влаги в дрожжах высшего сорта – 8 %, в дрожжах 1 сорта – 10 %. Подъем теста до 70 мм для высшего сорта – 70 мин, для 1 сорта – 90 мин. Сохранность со дня выработки составляет для сушеных дрожжей не менее 12 мес для высшего сорта и 5 мес для 1 сорта.

Показатели качества дрожжей, дрожжевого молока (водной суспензии): концентрация дрожжей – не менее 450 г/л в пересчете на влажность 75 %, подъемная сила не более 75 мин, кислотность не более 120 мг на 100 г дрожжей в день выработки и не более 360 мг через 72 ч.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Дрожжевое производство основано на способности дрожжевых клеток (микроорганизмов) расти и размножаться. В основе технологии хлебопекарных дрожжей на дрожжевых заводах лежат биохимические процессы, связанные с превращением питательных веществ культуральной среды при активной аэрации в клеточное вещество дрожжей. При аэрации дрожжи окисляют сахар питательной среды до воды и диоксида углерода (аэробное дыхание). Выделившаяся при этом тепловая энергия используется дрожжами для синтеза клеточного вещества и обменных процессов. В аэробных условиях в субстрате накапливаются значительно большие биомассы, чем при анаэробном дыхании.

Состав и концентрация питательной среды для культивирования дрожжей обусловливает скорость их размножения и конечный выход продуктов. Для конструктивного и энергетического обмена дрожжей используют сахара, азотистые соединения, зольные элементы и кислород воздуха.

Хлебопекарные дрожжи культивируют на мелассных средах, разбавленных водой. Сахар такой среды легко усваивается дрожжами. Теоретический выход биомассы дрожжей с 75%-ным влагосодержанием находится в пределах 97…117 % по отношению к массе мелассы, содержащей 46 % сахара. В заводских условиях выход дрожжей составляет лишь 68…92 %.

Дрожжи используют в хлебопечении в качестве возбудителя спиртового брожения и разрыхлителей теста. Их применяют также для получения кваса, витаминов, лекарственных препаратов и питательных сред. На дрожжевых заводах вырабатывают прессованные и сушеные дрожжи, а также дрожжевое молоко. На мелассно-спиртовых заводах получают только прессованные дрожжи. Жидкие дрожжи и хлебные закваски готовят непосредственно на хлебозаводах.

На мелассно-спиртовых заводах вырабатывают 15 % хлебопекарных дрожжей от общего их выпуска. Эти дрожжи получают в качестве отходов производства при сепарации зрелой спиртовой бражки, в 1 м³ которой содержится 18…35 кг дрожжей. Выход прессованных дрожжей составляет до 3,5 кг на 1 дал спирта. Себестоимость хлебопекарных дрожжей, получаемых на спиртовых заводах, на 30 % ниже, чем на дрожжевых.

Стадии технологического процесса. Процесс получения хлебопекарных дрожжей на дрожжевых заводах складывается из следующих стадий:

– подготовка питательной среды;

– выращивание дрожжей;

– выделение дрожжей из бражки;

– формование и упаковывание дрожжей;

– сушка дрожжей (при необходимости).

Получение дрожжей из спиртовой бражки на спиртовых заводах состоит из стадий:

– выделение дрожжей из зрелой бражки сепарированием;

– промывание и концентрирование дрожжевой суспензии;

– дозревание дрожжей;

– окончательное промывание и концентрирование дрожжей;

– прессование, формование и упаковка дрожжей;

– хранение.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для обработки сырья, состоящего из аппаратов для приготовления питательных сред, сепараторов-кларификаторов для мелассы и пароконтактных установок для стерилизации.

Ведущий комплекс линии представляют дрожжерастильные аппараты, снабженные аэрационной системой для насыщения суспензии кислородом, и воздуходувные машины.

Следующий комплекс линии состоит из аппаратов для выделения дрожжей, в составе которого имеются дрожжевые сепараторы, фильтр-прессы и барабанные вакуум-фильтры.

Наиболее энергоемким комплексом оборудования линии являются сушильные установки, представленные конвейерными ленточными сушилками, установками с виброкипящим слоем, а также вакуумными и сублимационными сушилками.

Завершающий комплекс оборудования линии состоит из машин для формования и завертывания брикетов дрожжей.

На рис. 2.16 представлена машинно-аппаратурная схема линии производства хлебопекарных дрожжей.

Устройство и принцип действия линии. Меласса поступает на заводы в железнодорожных цистернах 1. Ее сливают в промежуточный сборник 2 и перекачивают шестеренным насосом 40 в сборник 3, установленный на весах 4. Меласса через промежуточный сборник 5 перетекает в мелассохранилище 6. Через промежуточный сборник 7 меласса поступает в смеситель 8, где ее разбавляют водой, подкисляют и далее насосом 20 перекачивают в стерилизатор 9. Далее меласса посту­пает на охлаждение в теплообменник 10 и на очистку в кларификатор 11. Очищенная разбавленная меласса разделяется на два потока, один из которых поступает в приточный аппарат 12 питательной среды для получения дрожжей ЧК и ЕЧК, а другой – в аппарат 13 для получения двух стадий товарных дрожжей. Из сборника 14 вода, согласно, технологическому регламенту направляется в различные аппараты (15…19, 21, 22 и др.). В цехе чистых культур дрожжей питательная среда стерилизуется в стерилизаторе 15, после чего поступает в инокуляторы чистых культур: малый 16 и большой 17.

Рис. 2.16. Машинно-аппаратурная схема линии производства хлебопекарных дрожжей

Чистые культуры дрожжей выращивают последовательно на двух стадиях в дрожжерастительных аппаратах.  Дрожжи чистых культур ЧК-1 и ЕЧК-1 направляют в дрожжерастильный аппарат 18, а дрожжи чиста культур ЧК-2 и ЕЧК-2 – в аппарат 19. Естественно-чистая культура 1 дрожжевым насосом подается на концентрирование в сепаратор 24 и далее в промежуточный сборник 25. На второй стадии концентрирования для этих дрожжей используют сепаратор 26, сборник концентрата 27.

После охлаждения в теплообменнике 10 дрожжевое молоко поступает в дрожжерастильный аппарат 21 на первую стадию выращивания товарных дрожжей. Из этого аппарата дрожжевая масса со значительно большей концентрацией микроорганизмов через сепаратор 28, сборник концентрата товарных дрожжей 29 насосом подается в теплообменник-охладитель и далее в дрожжерастильный аппарат 22 на вторую стадию получения товарных дрожжей. Из аппарата 22 дрожжи поступают в отборочный аппарат 23. Сгущение товарных дрожжей идет последовательно на трех стадиях в сепараторах 30, 32 и 34. На первых двух стадиях дрожжевую массу промывают водой и направляют последовательно в сборники 31 и 33. Сгущенное дрожжевое молоко сборника 35 после охлаждения насосом перекачивается на вакуум-фильтр 36. Далее прессованные дрожжи из сборника 37 поступают на автоматизированные линии для формования и фасования. Воздух – важный технологический фактор в производстве хлебопекарных дрожжей. Очищенный на фильтре 38 воздух с помощью воздуходувной машины 39 возвращается обратно в технологический цикл (16…19, 21, 22). Отработанный воздух, содержащий СО₂ и другие примеси, выводится из аппаратов в атмосферу. Станции питательных веществ, пеногасителей, растворов антисептиков оборудованы специальными сборниками-мерниками 41…45. Из этих мерников растворы указанных веществ направляют в аппараты 16…22.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Спирт этиловый (этанол, винный спирт), выработанный из пищевых видов сырья (зерно, картофель, сахар, свеклосахарная и тростниковая меласса, сахарная свекла), ­­­­­­–­­ прозрачная бесцветная жидкость без привкуса и запаха посторонних веществ. Температура кипения безводного спирта этилового 78,35 °С при давлении 0,1 МПа, температура вспышки 13 °С. Спирт гигроскопичен, летуч, смешивается с водой в любых соотношениях и является хорошим растворителем.

В зависимости от степени очистки, характеризуемой объемной долей спирта, различают ректификационный спирт четырех сортов: 1 сорт (96,0 %), высшей очистки (96,2 %), «Экстра» (96,5 %) и «Люкс» (96,3 %).

В спирте этиловом ректификационном кроме воды содержатся в макроколичествах различные примеси (альдегиды, эфиры, высшие спирты и другие химические соединения), которые формируют у спирта свойственные ему вкус и аромат в зависимости от вида перерабатываемого сырья.

Зерно и картофель относят к крахмалосодержащему сырью, мелассу и свеклу – к сахаросодержащему. Зерно поступает на заводы с содержанием влаги 12…15 % и более. В зависимости от культуры оно содержит 45…55 % крахмала и 9…16 % белка. Картофель – сочное сырье, которое содержит 9…18 % крахмала и до 2 % белка.

Меласса – густая сиропообразная непрозрачная жидкость коричневого и темно-бурого цвета, сладкая на вкус с горьким привкусом. Массовая доля, содержащихся в ней сухих веществ, составляет не менее 75 %, в том числе не менее 43 % сахарозы. Сумма сбраживаемых веществ составляет не менее 44 %.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Спирт этиловый пищевой получают микробиологическим способом, в основе которого лежит сбраживание сахара в спирт дрожжами семейства сахаромицетов. Спирт из пищевого сырья получают непрерывным и периодическим способами. При этом 45…55 % вырабатывают из зерна, 10…15 %  – из картофеля, 2…3 % – из свеклы и 38…45 % – из мелассы.

Спирт этиловый ректификационный получают на брагоректификационных и ректификационных установках из бражек крахмалосодержащего и сахаросодержащего сырья и из спирта-сырца, полученного из тех же видов сырья.

Брагоректификационные установки бывают косвенного действия (включают бражную, эпюрационную и ректификационную колонны), косвенно-прямоточного действия (включают брагоэпюрационную, эпюрационную и ректификационную колонны) и работающие под вакуумом.

При выработке спирта ректификационного из спирта-сырца применяют ректификационные установки, состоящие из эпюрационной и ректификационной колонн.

Для повышения выхода и качества ректификационного спирта, улучшения выделения сивушного масла брагоректификационные и ректификационные установки дооснащают дополнительными колоннами: окончательной очистки спирта, сивушной или экстрактивно-ректификационной, для выделения этилового спирта из головной фракции.

Пищевая промышленность – главный потребитель этилового спирта, который используется для изготовления ликероводочных изделий, виноградных и плодово-ягодных вин, уксусов и пищевых ароматизаторов. Спирт этиловый также используют в медицинской, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности.

Стадии технологического процесса. Переработка зерна и картофеля на спирт осуществляется по однотипной технологии и состоит из следующих стадий:

– подготовка сырья к переработке;

– разваривание крахмалосодержащего сырья;

– осахаривание крахмалосодержащего сырья;

– культивирование дрожжей;

– сбраживание осахаренной массы;

– перегонка бражки;

– ректификация спирта.

Стадия разваривания крахмалосодержащего сырья паром повышенного давления может быть заменена гидроферментативной обработкой замеса с помощью бактериальной a-амилазы при температурах клейстеризации крахмала 60…90 °С.

Получение спирта из мелассы включает меньше технологических стадий:

– подготовка мелассы к сбраживанию;

– культивирование дрожжей;

– сбраживание мелассного сусла;

– извлечение спирта из бражки;

– очистка спирта.

Основное различие технологического процесса при переработке крахмало- и сахаросодержащего сырья состоит в подготовке сырья и приготовлении питательной среды (субстрата) для сбраживания дрожжами в спирт.

Технологический процесс на брагоректификационных установках дифференцирован по стадиям, которые осуществляются последовательно в отдельных колоннах:

– в бражной (перегонка бражки с получением бражного дистиллята и отводом барды в виде отхода производства);

– в эпюрационной (выделение из бражного дистиллята или спирта-сырца и концентрирование головных примесей и их отбор с фракцией головного этилового спирта – побочным продуктом производства);

– в ректификационной (концентрирование спирта и его пастеризация, а также выделение в процессе концентрирования спирта промежуточных примесей в виде сивушных фракций);

– в сивушной или экстрактивно-ректификационной (концентрирование сивушного масла и выделение его в виде товарного побочного продукта производства);

– в колонне окончательной очистки (дополнительная очистка ректификационного спирта с отводом на повторную ректификацию спиртовых фракций с примесями);

– в колонне для выделения спирта из головной фракции (выделение из головной фракции и концентрирование метанола, альдегидов и сложных эфиров).

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для мойки, очистки и измельчения крахмалосодержащего сырья, в состав которого входят картофелемойки, камнеловушки, водоотделители, барабанные камнеловушки, дробилки для измельчения картофеля и зерна, а также измельчители для тонкого измельчения зернового сырья.

В состав линии входят комплекс, состоящий из установок для тепловой обработки крахмалосодержащего сырья – смесителей предразварников, варочных аппаратов и паросепараторов, аппаратов гидродинамической обработки замеса, обеспечивающих различные схемы разваривания.

Следующим в линии является комплекс оборудования для охлаждения и осахаривания заторов, в состав которого входят аппараты с непрерывным осахариванием и вакуум-охлаждением, аппараты с двухступенчатым вакуум-охлаждением, а также аппараты с непрерывным охлаждением и осахариванием при атмосферном давлении.

Комплекс оборудования для брожения и культивирования дрожжей состоит из бродильных аппаратов и устройств для мойки, спиртоловушек и дрожжевых аппаратов.

В линии для производства спирта из мелассы комплекс оборудования состоит из рассиропников, аппаратов для размножения дрожжей и пеноловушек, а также устройств для отбора проб, измерения расходов мелассы и контроля плотности рассиропки.

Ведущий комплекс оборудования в линии предназначен для перегонки и ректификации спирта. В его составе имеются брагоректификационные и ректификационные установки, установки для получения безводного спирта, холодильники и кипятильники брагоперегонных аппаратов, вспомогательное оборудование ректификационных установок, а также оборудование для учета и хранения спирта.

На рис. 2.15 представлена машинно-аппаратурная схема линии производства спирта из крахмалосодержащего сырья с использованием механико-ферментативной обработки.

Рис. 2.15. Машинно-аппаратурная схема линии производства спирта этилового ректификационного пищевого

Устройство и принцип действия линии. Измельченное зерно после молотковой дробилки 3 поступает в смеситель 5 через лоток 2, где смешивается с теплой водой температурой 60…65 °С и a-амилазой ферментативного препарата, поступающего из расходного сборника 1. Соотношение зерна и воды, поступающих в смеситель, составляет 1 : 3, а температура замеса поддерживается на уровне 50…55 °С. Продолжительность пребывания замеса в смесителе 5 составляет 10…12 мин. В смесителе 5 происходит начальная стадия разжижения крахмала и растворения сухих веществ, а также обеспечивается нормальная текучесть массы за счет действия a-амилазы.

При переработке картофеля измельченная на молотковой дробилке 4 картофельная кашка также подается в смеситель 5, где смешивается в нем с жидким ферментным препаратом.

Из смесителя 5 зерновой замес насосом 7 подается на контактную головку 6, где подогревается из распределителя 10 паром до 70…72 °С, и далее в аппараты 8 и 13 гидродинамической и ферментативной обработки I ступени, объем которых обеспечивает выдержку в нем замеса не менее 3,5…4,0 ч. После заполнения аппарата примерно на 1/3 подключается циркуляционный контур, включающий центробежные насосы 14 и 15, обеспечивающие перемешивание массы в аппарате при ее температуре 65…70 °С. Во время гидродинамической обработки сырья происходит дальнейшее разжижение, растворение крахмала и сухих веществ зерна за счет действия a-амилазы. При переработке измельченный картофель, смешанный с a-амилазой, закачивается насосом 7 через контактную головку 6 в аппараты 8 и 13. Далее процесс осуществляется по параметрам, применяемым при переработке зерна.

Ферментативно-тепловая обработка сырья осуществляется следующим образом. Замес или картофельная кашка из аппаратов I ступени 8 и 13 с помощью дозировочных устройств 9 и 12 отводится в горизонтальный, разделенный на три отсека аппарат 11 гидродинамической и ферментативной обработки II ступени, снабженный мешалками 16. В первой секции аппарата 11 крахмалосодержащая масса выдерживается при перемешивании 15…16 мин при 65…72 °С, после чего перетекает через переливное отверстие во второй отсек, нагревается в нем острым паром из распределителя 10 до 72…75 °С и выдерживается 15…16 мин. В третьем отсеке температура массы путем подачи в нее пара поднимается до 85…95 °С.

Хорошо разжиженная и гидролизованная крахмалосодержащая масса из аппарата 11 насосом 17 закачивается через трубчатый стерилизатор 20 и регулирующий клапан 19 в паросепаратор 25, из которого отводится на осахаривание. Учитывая, что на заводах часто перерабатывается некачественное дефектное сырье, требующее более высокой температуры стерилизации, предусматривается контактная головка 18. В этом случае вторичный пар из паросепаратора 25 направляется в первый отсек аппарата 11. В процессе осахаривания стерилизованная масса в испарителе-осахаривателе 23 смешивается с глюкоамилазой, поступающей из расходного сборника 22 через дозатор 21, и выдерживается при 55 °С в течение 30…35 мин. Основное количество формалина, подавляющее развитие кислотообразующих бактерий при сбраживании, подается из сборника 24.

Сусло из испарителя-осахаривателя 23 плунжерным насосом 26 закачивается в теплообменный аппарат 27 и после охлаждения до температуры складки 18…20 °С поступает в бродильные аппараты 31 и 33, где сбраживается непрерывно-поточным способом. При этом способе приготовленные в дрожжанках 28 дрожжи поступают во взбраживатель 29, откуда подаются в головной бродильный аппарат 31. Сбраживаемое сусло из головного бродильного аппарата 31 последовательно по переточным трубам поступает в бродильные аппараты 33. Из последнего бродильного аппарата зрелая бражка насосом 38 подается на перегонку в дефлегматор ректификационной колонны 43. Насосами 30 и 32 сусло удаляется из бродильных аппаратов на случай дезинфекции. Из выделившегося при брожении диоксида углерода спирт улавливается в спиртоловушке 34.

Выделение спирта из бражки и очистка спирта-сырца (ректификация) от примесей производится в брагоректификационном вакуумном аппарате, который состоит из трех колонн: брагоэпюрационной 55, эпюрационной 48 и ректификационной 42, теплообменной аппаратуры, сборных емкостей, насосного хозяйства и системы КИПиА.

В дефлегматоре 43 бражка нагревается теплом конденсации спиртовых паров ректификационной колонны 42 до 40…50 °С. Из теплообменника бражка поступает в дефлегматор эпюрационной колонны 46, догревается в нем водно-спиртовыми парами эпюрационной колонны 48 до 50…55 °С и переходит в дополнительный подогреватель бражки 49, где ее температура за счет утилизации тепла не сконденсировавшихся в дефлегматоре-испарителе 56 водно-спиртовых паров брагоэпюрационной колонны 55 доводится до 70…75 °С. Окончательный догрев бражки до 85…90 °С осуществляется в подогревателе бражки 50.

Нагретая бражка из теплообменника 49 поступает в сепаратор 52, освобождается от диоксида углерода в конденсаторе 53 и из него дополнительным насосом 51 подается на верхнюю тарелку брагоэпюрационной колонны 55. Колонна 55 состоит из 34 тарелок, 18 из которых расположены в отгонной части колонны, 11 – в эпюрирующей и 5 (пеноулавливающие) – над эпюрирующей частью колонны. Эпюрирующая и отгонная части брагоэпюрационной колонны 55 разграничены между собой цилиндрической обечайкой с патрубком для отбора эпюрированных водно-спиртовых паров.

В эпюрирующей части колонны 55 из бражки отгоняется часть спирта с сопутствующими спирту головными и промежуточными примесями, который в виде парового потока поступает в межтрубное пространство испарителя, испаряет лютерную воду, конденсируется и поступает в коллектор бражного дистиллята 56.

Эпюрированная бражка переходит в отгонную часть брагоэпюрационной колонны 55, где из нее полностью отгоняется спирт. Барда отводится в теплообменник 58, где отдает тепло бражке и охлаждается до 70…75°С. Колонна 55 работает при давлении 150…170 кПа.

Эпюрированные водно-спиртовые пары из брагоэпюрационной колонны 55 через пеноловушку 54 поступают в кипятильник 50, обогревая при этом эпюрационную колонну. Конденсат эпюрированных паров и кипятильника 50 направляется на 10-ю или 15-ю тарелку эпюрационной колонны 48. Бражной дистиллят из коллектора 56 поступает на 20-ю и 25-ю тарелки эпюрационной колонны 48.

Эпюрационная колонна 48 содержит 39 многоколпачковых тарелок, из которых 20…25 работают в режиме выварки примесей, 6…11 – в режиме гидроселекции примесей и 8 – на концентрирование примесей. Работает колонна при давлении 50…65 кПа. Конденсат с дефлегматора 46 и избыток дистиллята из конденсатора 47 и спиртоловушки 45 возвращаются на верхнюю тарелку колонны для ее орошения флегмой. Лютерная вода в колонну 48 подается насосом 41 из сборника лютерной воды 40.

Эпюрат из эпюрационной колонны 48 поступает на 16-ю тарелку ректификационной колонны 42. Ректификационная колонна 42 состоит из 81 многоколпачковой тарелки, 16 из которых работают на отгонку спирта, 10…15 – на пастеризацию спирта и 55 – на укрепление спирта. Колонна снабжена дефлегматором 43, конденсатором 44 и спиртоловушкой 39. Не выделенные в эпюрационной колонне 48 примеси конденсируются в нижней части ректификационной колонны 42 и отводятся с 7…10-й тарелки из паровой фазы. Ректификационная колонна 42 орошается флегмой из дефлегматора и конденсаторов 44 и 39. Отбор ректификационного спирта производится с 72…75-й тарелок ректификационной колонны 42. Ректификационная колонна 42 работает при давлении 50… 70 кПа. Отбор головной фракции этилового спирта производится из дополнительного конденсатора 45 эпюрационной колонны 48, откуда фракция отводится в сборник головных фракций.

Вакуум в колоннах 55, 46 и 42 создается вакуум-насосом 35. В вакуумную систему входит барометрический конденсатор 37, где в качестве абсорбера используется 10‑тарельчатый аппарат с многоколпачковыми тарелками. Вода, поступающая на орошение в барометрический конденсатор 37, отводится в сборник барометрической воды 36.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Виноматериалы – молодое вино, полученное в результате спиртового брожения продуктов переработки винограда непосредственно на заводе первичного виноделия и используемое в качестве основного сырья для производства разнообразного ассортимента виноградных вин. Виноматериалы различают по природе спирта, содержащегося в них, цвету, концентрации экстрактивных веществ, спирта и сахара. Выпускают два основных вида виноматериалов: виноматериалы для получения столовых вин и крепленые виноматериалы.

Виноматериалы для столовых вин содержат только спирт, полученный в результате естественного брожения на чистых культурах винных дрожжей натурального виноградного сока. Объемная доля такого спирта в вине составляет 9….14 %. По массовой доле остаточного сахара эти виноматериалы подразделяются на сухие (не более 0,3 %), до 1 %, полусухие (1,0…2,5 %) и полусладкие (3…8 %). Последние предназначены для десертных вин.

Крепленые виноматериалы наряду со спиртом естественного брожения содержат добавленный спирт-ректификат. В России установлены обязательные минимальные нормы объемной доли спирта, получаемого в результате естественного брожения: для крепких вин не менее 3 %, для десертных – не менее 1,2 %.

По цвету различают белые и красные виноматериалы. Белые виноматериалы, как правило, характеризуются светло-желто-соломенным цветом, нежным вкусом, тонким ароматом без терпкости и грубости. Красные виноматериалы существенно отличаются от белых не только по цвету, но и по химическому составу, вкусу и аромату. Характерные качества красных виноматериалов обусловлены тем, что в их сложении участвуют не только вещества виноградного сока, но и вещества в основном фенольной природы, которые содержатся в кожице и семенах.

Сырьем для получения виноматериалов является виноград, достигший технической (промышленной) зрелости, необходимых для данного типа вина содержания сахара и кислотности. Виноматериалы для столовых вин производят из винограда, содержащего 17…20 % сахара и имеющего кислотность 6…8 г/дм³. Для десертных вин требуется виноматериал, полученный из винограда, содержащего не менее 25 % сахара, кислотностью – 5…7 г/дм³. Из сортов винограда, сок которых не окрашен, приготовляют белые виноматериалы. Для производства красных виноматериалов основное значение имеет подбор сортов винограда с большим технологическим запасом красящих веществ.

Основными полуфабрикатами являются мезга – дробленый виноград и сусло – виноградный сок. Виноградная мезга представляет собой грубую суспензию, состоящую из двух резко разграниченных фаз: жидкой – сусла и твердой – кожицы и семян. Семена технически зрелого винограда достаточно твердые, а кожица упругая, благодаря чему обеспечивается хорошее дренирование всей массы мезги и создаются благоприятные условия для выделения из нее сока. Его содержание в мезге достигает 80 %, и он распределен в смеси с твердыми тканями ягод – кожицей и семенами. Качество виноматериала существенно зависит от способа извлечения сока из мезги.

Особенности производства и потребления готовой продукции. С момента сбора винограда до начала его переработки допустим промежуток времени не более 4 ч, так как вытекающий из поврежденных ягод сок легко сбраживается и закисает. Поэтому производство виноматериалов является сезонным и размещается вблизи виноградников. Винзавод первичной переработки характеризуется тем, что переработка винограда на этом заводе заканчивается получением молодого вина. За 2..3 месяца до начала сезона виноделия следующего года все вина с завода удаляют.

Производство виноматериалов связано с процессами получения виноградной мезги и сусла, брожения сусла, дображивания и осветления виноматериала.

При получении виноградной мезги ягоды раздавливают для облегчения выделения сока и повышения его выхода. После дробления ягод проницаемость их тканей резко увеличивается и диффузионные процессы ускоряются. Степень измельчения ягод выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к химическому составу вина. При производстве вин сортов Кагор, Портвейн, Мадера применяют высокоэкстрактивные виноматериалы из ягод, подвергнутых механической обработке в центробежных дробилках. В производстве столовых вин, а также шампанских, хересных и др. применяют малоэкстрактивные виноматериалы, которые можно получить в валковых дробилках при мягком механическом режиме, полностью исключающем перетирание кожицы, а также раздавливание и измельчение гребней, из которых могут извлекаться нежелательные вещества, придающие вину грубость и неприятные привкусы.

При получении виноматериала для красных вин в отличие от белых обеспечивают хороший контакт сусла с мезгой для более полного извлечения из них красящих, дубильных и ароматических веществ. Они придают красному вину характерные для него цвета и вкусовую полноту. Для этого мезгу подвергают предварительной тепловой обработке при 55…60 °С до приобретения суслом требуемой окраски, после чего мезгу охлаждают и прессуют. Для получения ароматизированных вин типа Вермут используют виноматериалы со слабовыраженным ароматом.

При получении виноградного сусла первоначально сок выделяют из мезги способом стекания под действием силы тяжести. Это сусло, называемое суслом – самотеком, по химическому составу и технологическим свойствам представляет собой самую ценную фракцию. Выход самотечного сусла не превышает 55 % от массы перерабатываемого винограда. Увеличение выхода виноматериалов связано с интенсификацией процессов дробления винограда и выделения из мезги сусла. Для этого используют ударно-центробежные воздействия при дроблении винограда, а мезгу при отделении сусла подвергают сжатию (прессованию). В результате общий выход сусла достигает 80 % от массы винограда. Однако по сравнению с самотечным в прессовом сусле повышается содержание взвесей частиц оболочки и мякоти, дубильных веществ и металла, а также содержится меньше сахара. Прессовое сусло 1-го давления используют полностью или частично для получения марочных вин. Прессовое сусло 2-го и частично 1-го давления идет на ординарные и крепленые вина. Прессовое сусло 3-го давления, имеющее наиболее низкое качество, применяется в производстве крепких ординарных вин.

Виноградные выжимки поступают на специальную переработку для получения спирта и винно-кислотного сырья.

Получаемое сусло для выделения из него взвешенных частиц направляют на осветление. От полноты осветления сусла в значительной мере зависит качество будущего вина. В зависимости от назначения получаемого виноматериала и конкретных технологических условий применяют различные способы осветления сусла: отстаивание, центрифугирование, электрофлотация и др. Одно из основных технологических условий нормального осветления сусла – исключение забраживания, в результате жизнедеятельности паразитных микроорганизмов. Для предупреждения этого применяют сульфитацию, охлаждение сусла или комбинацию этих двух приемов. Желательные низкие дозировки SO₂ (50…75 мг/дм³) и охлаждение до 10…12 °С.

Соприкосновение твердых частиц винограда с отжатым соком и сока с воздухом должно быть по возможности минимальным, чтобы избежать окисления сока и обогащения его избытком экстрактивных веществ.

Брожение виноградного сусла. Спиртовое брожение – основной технологический процесс виноделия. Вещества, образующиеся в результате спиртового брожения, сообщают продукту характерные особенности, свойственные вкусу и букету вина. При производстве сухих виноматериалов исходный сок сбраживается полностью (весь сахар используется дрожжами), «насухо», и в готовом вине сахар практически отсутствует. Белые и красные сухие виноматериалы используют для производства марочных вин и шампанского, а также столовых вин.

Полусладкие виноматериалы получают в результате неполного сбраживания сока путем остановки брожения (охлаждением, оклейкой, пастеризацией) в момент, когда в бродящем сусле остается необходимое количество сахара (3…8 %).

Виноматериал для крепленых вин: Портвейн, Мадера, Херес, Мускат, Токай, Кагор и др. готовят путем неполного сбраживания виноградного сока из сортов, обладающих способностью к высокому накоплению сахара при созревании или к заваливанию и заизюмливанию при перезревании. Процесс брожения останавливают спиртованием, добавляя ректификационный спирт. При изготовлении десертных вин спиртование осуществляют на начальных стадиях брожения, когда в сусле остается еще довольно высокое количество сахаров. Введение повышенного количества спирта перед окончанием брожения приводит к получению крепкого вина. Введение спирта не только обусловливает требуемую крепость, но и способствует созданию необходимой устойчивости и характера готового вина.

Хересные виноматериалы получают по технологии белых столовых вин, затем его подспиртовывают до объемной доли спирта 15…16 %, выдерживают при температуре 16…20 °С под пленкой (солерой) специально выращенных хересных дрожжей. Хересные дрожжи потребляют питательные вещества вина, крепость вина снижается, а количество альдегидов, ацеталей и эфиров возрастает. В результате вино приобретает ярко выраженный специфический аромат и вкус. В нашей стране разработан метод непрерывного хересования.

При получении виноматериалов высокоэкстрактивных вин обычно применяют брожение сусла на мезге, при котором происходит не только сбраживания сахара, но и экстрагирования фенольных, азотистых и других веществ из кожицы и семян. Для интенсификации процессов экстрагирования брожения сусла на мезге проводят в открытых или закрытых резервуарах, в специальных аппаратах периодического и непрерывного действия при температуре 28…30 °С.

При производстве красных виноматериалов сброшенный виноматериал пропускают через экстрактор, содержащий свежую мезгу.

Дображивание и осветление виноматериала. После основного брожения виноматериал еще мутный и нестойкий. При дображивании продолжается алкогольное брожение и идет постепенное оседание дрожжевых клеток. Происходит образование кристаллов винной кислоты. При выпадении кристаллов в осадок к их поверхности прилипают твердообразные частицы взвеси. В результате этих процессов виноматериал осветляется, улучшается его вкус и повышается стойкость. Однако вышеуказанные преобразования являются лишь первой стадией созревания вина. Полученные виноматериалы еще незрелое молодое вино, которое требует дальнейшей обработки и выдержки.

Различают необработанные и обработанные виноматериалы. Обработанным называют виноматериал, приготовленный по установленным технологическим схемам, прошедшим технологическую обработку и выдержку. Виноматериал в принципе должен быть пригоден для фасования в бутылки (после отдыха и фильтрации) и реализации в качестве столового вина.

Стадии технологического процесса. Производство виноматериалов включает следующие основные стадии и операции:

– приемку, контроль качества и транспортирование винограда;

– дробление винограда и отделение гребней;

– отделение сусла-самотека и прессования сусла;

– осветление и очистку сусла;

– брожение сусла;

– брожение и осветление виноматериала;

– фасование, хранение и транспортирование виноматериалов виноматериала.

Характеристика комплексов оборудования. Начальный комплекс оборудования линии включает бункера-питатели, валковые или ударно-центробежные дробилки-гребнеотделители, сульфитодозировочные установки. Этот комплекс обеспечивает переработку винограда в стерилизованную мезгу.

Ведущий комплекс оборудования линии состоит из камерных или шнековых стекателей и прессов периодического или непрерывного действия. В стекателях под действием гравитации из мезги выделяется сусло-самотек, а прессы из остатков мезги отжимают прессовую фракцию сусла.

Каждую из полученных фракций сусла перерабатывают в сухой или крепленый виноматериал при помощи одинаковых комплексов оборудования. В такой комплекс входят сульфитодозировочные установки, отстойники, бродильные аппараты, спиртодозаторы и резервуары для хранения виноматериалов. Применяют металлические, железобетонные или деревянные резервуары вместимостью от 15 до 270 м³.

На рис. 2.14. изображена машинно-аппаратурная схема линии производства белых виноматериалов.

Рис. 2.14. Машинно-аппаратурная схема линии производства белых виноматериалов

Устройство и принцип действия линии. Виноград доставляется специальным автотранспортом 1. После точного учета количества поступившего винограда и инспекции его качества по сортовому и химическому составу виноград шнековым питателем 2 подается в дробилки-гребнеотделители 3, в которых одновременно с раздавливанием ягод винограда отделяются гребни.

Отделенные гребни, выходящие из дробилки, подают конвейером на весы, а затем на шнековый пресс для извлечения гребневого сусла.

Ягоды винограда разрушают дробилкой-гребнеотделителем валкового типа 3, работающей в режиме, исключающем сильное измельчение кожицы и гребней. Раздавленный виноград (мезгу) подают мезгонасосом 4 на стекатель 6 для выделения из нее сусла-самотека. В процессе транспортирования мезгу и сусло стерилизуют с помощью сульфитаторов 5. Сусло-самотек отбирают на стекателях, обеспечивающих быстрое отделение сусла и достаточно высокое его качество для белых столовых вин. Сусло-самотек направляют в сборники 8, а стекающую мезгу отжимают на шнековых прессах 7. Прессовые фракции сусла поступают в соответствующие сборники 8. Для получения белых столовых вин используют только сусло-самотек, отбираемое в количестве не более 60 дал из 1 т винограда. Сусло, получаемое на шнековых прессах 7, идет на приготовление ординарных крепленых виноматериалов.

Сусло-самотек и прессовое сусло осветляется в осветлителях 11 непрерывного действия. В осветлители сусло подается из сборников 8 и насосом 9 через сульфитатор 5 и специальный аппарат 10, в котором оно обрабатывается бентонитом для ускорения процесса осветления.

После введения чистой культуры дрожжей осветленное сусло-самотек подается в установку непрерывного брожения 12, представляющую собой систему резервуаров, соединенных между собой. В основу работы установки заложен принцип создания перепадов избыточного давления за счет выделения при брожении диоксида углерода, воздействующего на находящиеся внутри резервуара сусло и способствующего перетекания его из одного резервуара в другой по переливным трубам. Во время брожения поддерживают оптимальную температуру (14…18 °С) сусла, контролируют его подачу в головные резервуары бродильных аппаратов и обеспечивают его постоянный расход. Содержание остаточного сахара на выходе из последнего резервуара бродильной установки 12 для сухих столовых виноматериалов составляет 1…3 %. Такой виноматериал направляют в емкости 13 для дображивания и осветления.

После полного прекращения брожения молодое вино снимают с дрожжей (первая переливка), сульфитируют из расчета 25…30 мг/дм³ и направляют в емкости 14 для выдержки и хранения. Вторую переливку проводят обычно через 1…1,5 мес после снятия с дрожжей также с введением 25…30 г/дм³ SO₂. В процессе хранения емкости систематически доливают не реже 1 раза в неделю, чтобы в них не было газовых камер и поверхность вина не соприкасалась с воздухом.

Аналогичным образом устроен и работает комплекс оборудования для обработки прессовой фракции сусла. Но на определенной стадии незавершенного брожения это сусло спиртуется в спиртодозаторах 15. Из прессового сусла получают крепленые виноматериалы путем приостановки естественного процесса брожения при добавлении в виноматериал спирта-ректификата.

Транспортирование виноматериалов на предприятиях вторичного виноделия осуществляют в железнодорожных или автомобильных цистернах вместимостью от 7 до 28 м³ либо в деревянных бочках.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Солод – проращенное зерно злаковых культур (ячмень, рожь, рис, пшеница, овес, просо) в специально созданных и регулируемых условиях. После высушивания свежепроросшего солода при температуре 40…85 °С получается ферментативно-активный светлый солод. При более высоких температурах высушивания (выше 105 °С) образуется темный, ферментативно-неактивный солод. Солод получают в виде зерен или измельченным.

По органолептическим показателям пивоваренный солод имеет свежий огуречный запах, от светло-желтого до желтого цвета и сладковатый вкус. Светлый солод высокого качества содержит не более 4,5 % влаги с продолжительностью осахаривания 15 мин и экстрактивностью 79 % на сухие вещества. Темный карамельный (жженый) солод имеет содержание влаги не более 6 % с экстрактивностью 70 % на сухие вещества.

Ржаной солод содержит не более 8 % влаги с продолжительностью осахаривания (неферментированного) 25 мин и экстрактивностью 80 % на сухие вещества.

Кроме светлого и темного солодов в пивоваренном производстве находят применение специальные ячменные сорта солода, которые интенсифицируют технологические процессы приготовления пивного сусла, брожения и дображивания (I группа) или для улучшения цвета, вкуса и аромата пивного сусла и готового сусла (II группа).

К I группе относится высокоферментативный солод (диастатический солод, диафарин) длительного и ускоренного проращивания, а также солод для подкисления затора (протеолетический солод). Применение такого солода дает определенные преимущества, особенно при использовании несоложенного сырья. Группа II представлена красящими (карамельный и темный), цветным (жженый), ароматным (томленый или ферментированный), меланоидиновым и витаминным солодами. Эта группа обеспечивает сортовые особенности пива, улучшает его качество и стойкость.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Солодоращение – накопление в зерне максимально возможного или заданного количества ферментов (в основном гидролитических). Под действием ферментов при солодоращении часть сложных веществ зерна превращается в мальтозу, глюкозу, мальтодекстрины и высшие декстрины, лептоны, лептиды, аминокислоты и др.

Технологические особенности проращивания зерна характеризуются температурой, при которой происходит данный процесс на отдельных стадиях (18…21 °С), содержанием влаги в зерне (44…48 %), соотношением кислорода и диоксида углерода в слое зерна (в первые 2…3 дня должно быть больше единицы), а также продолжительностью проращивания (7…8 сут).

Сушка солода обеспечивает снижение его влажности с 40…50 до 3…6 % и придание солоду специфического вкуса, цвета и аромата при сохранении высокой ферментативной активности. Ферментативный гидролиз сложных углеводов и белков при сушке солода проявляется сильнее, чем при солодоращении, так как оптимальные температуры, повышающие ферментативную активность, находятся в пределах 40…70 °С. Оптимальный режим сушки солода обеспечивает высокое качество готового продукта при минимальных энергозатратах.

Солод используют при производстве пива, полисолодовых экстрактов, получаемых из смеси кукурузного, овсяного и пшеничного солодов, концентрата квасного сусла, хлебного кваса, безалкогольных напитков и этилового спирта и хлебобулочных изделий.

При производстве пива, полисолодовых экстрактов, концентрата квасного сусла и безалкогольных напитков в качестве основного сырья используют сухой солод, который служит источником ферментов, витаминов, ароматических красящих и минеральных веществ. Среди общего выпуска солода различных видов наибольшее потребление имеет выдержанный солод для производства пива.

В спиртовом производстве применяется смесь свежепроросших солодов различных злаковых культур, которая служит источником ферментов для осахаривания крахмалосодержащего сырья (пшеницы, кукурузы, картофеля и др.). Качество солода, предназначенного для производства этанола, оценивается как хорошее, среднее и удовлетворительное по следующим показателям соответственно: декстринолитическая способность (ДС) – 35; 30; 20…25 мг/(г×ч) и осахаривающая способность (ОсП) – 3,5; 2,6 и 1,75 сд/г.

В хлебопекарном производстве применяют измельченный ржаной светлый не- ферментированный и темный ферментированный солод.

Стадии технологического процесса. Приготовление солода – сложный комплекс специфических процедур, состоящий из следующих стадий:

– очистка и сортировка зерна;

– мойка, дезинфекция и замачивание ячменя;

– проращивание ячменя (свежепроросший солод для производства спирта и ферментации);

– сушка солода;

– обработка сухого солода (солод для производства хлебобулочных изделий, солодовых экстрактов и концентрата квасного сусла);

– выдержка сухого солода (выдержанный солод для производства пива).

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования, состоящего из зерноочистительных и сортирующих машин – воздушных и зерновых сепараторов, цилиндрических и дисковых триеров, магнитных сепараторов.

Следующий комплекс линии включает аппараты для мойки и замачивания ячменя. К ним относятся моечные и замочные аппараты, входящие в комплекс замочного отделения, а также установки непрерывного замачивания зерна.

Ведущий комплекс линии состоит из оборудования для солодоращения, представленного ящичными солодорастильными установками, солодовнями с передвижной грядкой, статическими солодовнями с совмещенным способом, солодорастильными барабанами и кондиционерами для пневматических солодовен.

Наиболее значимым комплексом оборудования линии является оборудование для сушки солода. К нему относятся сушилки периодического (горизонтальные и вертикальные) и непрерывного (шахтные и карусельные) действий с топочными устройствами и калориферами.

Завершающий комплекс оборудования линии обеспечивает обработку сухого солода и содержит росткоотбойные, солодополировочные и машины для измельчения солода.

На рис. 2.13 показана машинно-аппаратурная схема линии производства солода.

Устройство и принцип действия линии. По принятой в производстве схеме поступивший на предприятие ячмень направляется на хранение в бункер 1, оттуда с помощью переключателей потока 2 подается в промежуточный бункер 3. Из него после взвешивания на весах 4 ячмень первично очищается в воздушно-ситовом сепараторе 5. Предварительно очищенное зерно взвешивается на весах 6 и направляется в силос 7, где сохраняется до момента вторичной переработки. При необходимости проветривания ячмень из силоса 7 направляется снова в бункер 1.

Рис. 2.13. Машинно-аппаратурная схема линии производства солода

Вторичная очистка ячменя предусматривает воздушно-ситовую сепарацию в машине 8, отделение ферропримесей в магнитном сепараторе 9, отбор куколя и овсюга в триерах 10 и 11 и разделение ячменя по крупности в ситовой машине 12. Фракции ячменя I и II сортов собираются в бункерах 13, а фракция III сорта направляется на корм скоту. На выходе из бункеров 13 установлены распределители потока 14.

Очищенный и отсортированный ячмень в определенном количестве дозатором 15 засыпается в замочный чан 16, где отмывается от загрязнений и при необходимости обрабатывается дезинфицирующими средствами. В чан 16 подаются вода и воздух, обеспечивающий перемешивание зерна.

Легкое зерно и мелкие примеси (сплав) во время мойки всплывают на поверхность и удаляются вместе с моечной водой. Вымытое зерно перекачивается в замочный чан 17, где его влажность повышается до 41…42 %. После окончания замачивания зерно с водой перекачивается в солодорастильный аппарат 18 для проращивания в течение 6…8 сут. В нем зерно продувается воздухом с относительной влажностью 96…98 % и температурой 12 °С. При необходимости зерно орошается водой температурой 12 °С. Температура зерна при этом должна быть 14…18 °С.

Из солодорастильного аппарата 18 продукт питателем 19 загружается в камеру подвяливания 20, а затем в вертикальные сетчатые каналы сушилки 21. Сушилка имеет до четырех зон, благодаря чему теплый воздух несколько раз проходит сквозь слой солода. Температура воздуха 40…85 °С, продолжительность сушки 24…36 ч в зависимости от конструкции сушилки.

Сухой горячий солод из сушилки 21 очищается от ростков в росткоотбойной машине 22. Ростки собираются в бункере 23. Сухой солод без ростков направляется в силос 24 на отлежку в целях повышения влажности оболочки и ее эластичности. Он очищается от загрязнений, полируется в полировочной машине 25 и направляется на склад готового солода. Часть свежепроросшего солода, минуя сушилку, направляется в обжарочный барабан 26 для приготовления карамельного солода.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Кроме кофе для приготовления кофейных напитков используют следующие виды сырья: цикорий сушеный, ячмень продовольственный и кормовой, рожь продовольственная, овес продовольственный и кормовой, соя, желуди дубовые сушеные и каштаны, орехи арахис, буковые и кедровые, шиповник, ванилин, корица, яблоки, груши сушеные и др.

Кофепродукты делят на четыре основные группы: кофе натуральный жареный, кофе натуральный растворимый, кофейные напитки нерастворимые, кофейные напитки растворимые.

Кофе жареный представляет собой продукт, полученный обжариванием кофейных зерен. Такая обжарка перед применением кофе в пищу оправдывает себя, так как в свежеобжаренном кофе полнее выражен аромат. Аромат кофе обусловлен комплексом эфирных масел и других летучих соединений, образующихся во время обжаривания.

Основным сырьем для производства кофе являются в основном два вида, получивших наибольшее распространение: Аравийский (С. Arabica) и Робуста (Canephora). Они представляют собой зерна средние по размеру, неоднородные по величине и окраске, несколько удлиненные и слегка вздутые, плоской и округлой формы. Их цвет может быть различен: от светло-желтого с зеленоватым оттенком до синевато-зеленого с серым оттенком.

Растворимый кофе представляет собой продукт, полученный из кофейных зерен в результате их обжаривания, дробления, экстрагирования водой и сушки полученного экстракта.

Особенности производства и потребления готового продукта. Кофе натуральный жареный и растворимый получают по непрерывной поточной технологической схеме. Одной из важнейших технологических операций при производстве жареного натурального кофе является обжарка, от режима проведения которой зависят качественные показатели готовой продукции, являющиеся результатом биохимических, физических и коллоидно-химических изменений.

Важными технологическими операциями при производстве растворимого натурального кофе являются экстракция и сушка экстракта, от режима проведения которых зависят качественные показатели готовой продукции.

Стадии технологического процесса. Производство жареного натурального кофе состоит из следующих основных операций:

– приемка, очистка и сепарирование сырья;

– обжаривание зерен;

– размол зерен (при изготовлении молотого кофе);

– просеивание обжаренного полуфабриката;

– смешивание компонентов;

– упаковывание.

Производство растворимого натурального кофе состоит из следующих основных операций:

– приемка, очистка и сепарирование сырья;

– обжаривание зерен;

– гранулирование обжаренных зерен кофе;

– экстрагирование водорастворимых веществ;

– сушка экстракта;

– упаковывание и маркирование.

Характеристика комплексов оборудования. Начальные стадии технологического процесса производства кофепродуктов выполняются с помощью комплексов оборудования для хранения, транспортирования и подготовки к производству кофе.

Для хранения сырого кофе используют бункеры. На небольших предприятиях для транспортирования зерен кофе применяют погрузчики, нории, цепные и винтовые конвейеры. На крупных предприятиях используют системы пневматического транспорта крупы.

Подготовку сырья осуществляют с помощью просеивателей, сепараторов, магнитных уловителей и вспомогательного оборудования.

Ведущий комплекс линии состоит из обжарочных аппаратов, испарительных чаш, грануляторов и просеивателей.

Завершающий комплекс оборудования линии включает смесительно-дозировочные станции для дозирования и смешивания рецептурных компонентов, фасовочные машины и оборудование экспедиций и складов готовой продукции.

Кофе жареный вырабатывают по технологической схеме, представленной на рис. 2.12,а.

Устройство и принцип действия линии. Каждый вид кофе-сырья отдельно засыпают из мешков в бункер, подают ковшом элеватором на автоматические весы, взвешивают и нагнетают пневмотранспортером низкого давления в вибрационный сепаратор 1, отделяющий примеси путем аспирации, просеивания и пропуска через магнитные уловители. Легкие примеси (пыль) отбираются вентилятором и осаждаются в съемных бочках циклонов. Сепаратор 1 снабжен штампованными металлическими ситами с отверстиями следующих размеров (в мм): ловушка с овальными ячейками 9´16 или 13´16, сортировочное (проходное с ромбическими ячейками) 10´17, сходовое проволочное сито с квадратными ячейками 2´6 или 1,5´20.

Сырой кофе из сепаратора поступает в систему пневмоконвейера высокого давления и транспортируется потоком очищенного воздуха через распределитель в четырех- или шестисекционный бункер 2. Загрузка секций бункера фиксируется датчиком.

Рис. 2.12,а. Машинно-аппаратурная схема линии производства жареного кофе

Перед подачей в сепаратор следующего вида кофе предыдущий вид должен быть полностью загружен в соответствующую секцию. По окончании работы сепаратора убираются отходы из приемников и очищаются магниты.

Очищенные зерна кофе обжаривают в обжарочном барабане 3 и охлаждают в охладительных чашах 4.

Обжаривание каждого вида кофе, а также цикория производят раздельно. Режимы обжаривания кофе и цикория приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Режимы обжаривания кофе и цикория

Обжарка кофе является пирогенным процессом (пиролизом), при котором органические вещества нагреваются до высоких температур без доступа воздуха. В кофейных зернах происходят значительные химические изменения. Зерна увеличиваются в объеме, масса их уменьшается в результате испарения влаги и разложения сахаров, клетчатки и других органических веществ зерен. Сахар, карамелизуясь, образует карамелен – вещество, придающее зернам кофе коричневую окраску. От степени обжаривания зависит количественное накопление карамелена, а следовательно, и интенсивность окраски зерен.

Клетчатка в результате высокой температуры подвергается сухой перегонке с образованием уксусной и других органических кислот и ацетона.

Разложению подвергаются и пентозаны, содержание их в кофе достигает 6…7 %. Разлагаясь, они образуют фурфурол и фурфуроловый спирт.

Жир кофе, состоящий в основном из олеиновой кислоты, которого содержится в зернах 10…13 %, при обжаривании изменяется мало; количество его несколько уменьшается из-за частичного разложения с образованием акролеина.

Белковые вещества кофе, которых содержится  9…11 %, под действием высокой температуры обжаривания также претерпевают изменения, образуя аммиак, амины, пиррол и т. п. Все вещества, выделяющиеся из сложных органических соединений кофейных зерен, под воздействием высокой температуры вступают между собой в реакции, образуя новые соединения, которые и обусловливают аромат ценного кофе. Этот комплекс соединений носит общее название кафеоль.

Равномерное обжаривание сырья является важным фактором получения продукта с хорошим вкусом, цветом и ароматом. Режимы обжаривания регулируют, и оптимальную степень обжаренного полуфабриката устанавливают по достижению обжаренным кофе рН 4,0…5,6, цикорием – 4,6…4,8.

Незадолго до окончания обжаривания кофе увлажняют до 4 %, для чего внутри барабана специальным устройством распыляется вода. Количество воды для увлажнения кофе составляет 8…10 % от массы загружаемого сырья.

Увлажнение кофе после обжаривания непосредственно в обжарочном барабане, осуществляемое также автоматически по заданной программе, преследует цель – повысить влажность продукта для более быстрого охлаждения, предотвращения сгорания мелкой фракции и уменьшения пылевидной фракции при последующем размоле.

Охлажденные зерна кофе собирают в бункере 5 по секциям в зависимости от сорта и вида.

Зерна кофе в целом виде фасуют в пакеты или жестяные банки на машинах 6. Для изготовления молотого кофе обжаренные зерна размалывают на грануляторе 7 по видам кофе или в виде смесей, дозированных по рецептурам.

Гранулятор 7 состоит из пяти валков, три из которых предварительно измельчают кофе, а два доводят частицы продукта до требуемых размеров.

Поступающий в производство сушеный цикорий инспектируют и обжаривают в обжарочных аппаратах 8, охлаждая в охлаждающих барабанах этих же аппаратов, затем инспектируют на ленточном конвейере 9, размалывают на вальцовом станке 10 и просеивают на рассеве 11. Продукты помола кофе и цикория смешивают в соотношении 4 : 1 в смесителе 12. Смесь фасуется на машине 13. Если выпускают кофе без цикория, его после гранулятора сразу направляют на фасовочную машину 13. Фасованный в пачки или банки кофе упаковывают в ящики на машине 14.

Машинно-аппаратурная схема линии производства растворимого кофе представлена на рис. 2.12,б.

Устройство и принцип действия линии. Каждая партия сырых зерен кофе взвешивается на автоматических весах порциями по 20 кг и пневмотранспортером 1 низкого давления подается в вибрационный сепаратор 2, отделяющий посторонние примеси путем аспирации, просеивания и пропусканием через магнитные уловители, при этом кофе обрабатывают отдельно по видам и сортам. Затем зерна пневмотранспортом 3 высокого давления через циклон-разгрузитель 4 направляют в четырех- и шестисекционный бункер 5 для хранения различных видов и сортов кофе. Оттуда зерна кофе поступают на весы 6, которые могут отвешивать кофе, поступающий из разных секций бункера, и далее – в обжарочный барабан 7.

Продолжительность обжаривания одной порции кофе (240…300 кг) составляет 13…18 мин при температуре 180…215 °С в аппарате типа «Пробат». Обжаренный кофе увлажняют непосредственно в обжарочном барабане, доводя влажность до 5…7 %, чтобы избежать образования мелких частиц при размоле. Для этого к концу обжаривания в барабан в течение 50 с подают 20 л воды и закрывают выход дымовым газом. Это уменьшает дезодорацию кофе и снижает потери ароматических веществ. Кислотность обжаренного кофе должна составлять 5,2…5,4 рН, а содержание экстрактивных веществ для кофе I сорта не менее 25 %, для кофе II сорта – 27,5 %. Затем обжаренный кофе охлаждают в охладительной чаше 8 и через камнеотборник 9 и весы 10 пневмотранспортером высокого давления 11 направляют с разгрузкой в циклоне-осадителе 12 в бункер 13, предназначенный для хранения жареного кофе. Отсюда обжаренные зерна поступают на гранулятор 14, где их дробят, превращая в крупку.

Рис. 2.12,б. Машинно-аппаратурная схема линии производства растворимого кофе

Важное значение имеет размер гранул измельченных зерен. Известно, что скорость процесса экстракции обратно пропорциональна размеру частиц, она уменьшается при их увеличении, поэтому выгодно иметь как можно более мелкие частицы продукта, подвергаемого экстракции. Но значительное уменьшение размера частиц приводит к ухудшению смачиваемости и условий фильтрации экстракта. Оптимальный размер частиц измельченных зерен зависит от типа экстракционного оборудования. При работе на экстракционных батареях фирмы «Ниро Атомайзер» принят размер гранул 1…2 мм.

Крупку (гранулированный кофе) ковшовым элеватором 15 загружают в бункер 16, а оттуда вибротранспортером 17 через передвижные  весы 18 в экстракторы экстракционной батареи 19, где с целью получения экстракта кофе обрабатывают горячей водой, предварительно умягченной на установке 20, которая состоит из ионизирующего бака и сатуратора. Для очистки воду обрабатывают поваренной солью. Жесткость воды после обработки солью не должна быть более 0,35 мг-экв/л. Экстракционная установка 19 представляет собой агрегат, состоящий из шести экстракторов со съемными трубчатыми фильтрами, имеющими отверстия диаметром 1,0…1,5 мм, шести промежуточных теплообменников со змеевиками, в которых проходит экстракт, обогреваемый снаружи паром, одного водонагревателя для нагрева воды, поступающей в батареи. Полный цикл экстракции длится 7…8 ч. За это время через каждый экстрактор проходит 3500…4000 л воды. В экстракторы закладывают по 165 кг гранулированного кофе. Соотношение кофе и воды в экстракторе таким образом составляет 1 : 20…1 : 25, что является оптимальным. Температура и давление экстракции указаны в табл. 2.5.

Экстракт из батареи отбирают с содержанием 27…28 % сухих веществ. Полученный экстракт через пластинчатые фильтр 21 и охладитель 22 перекачивают в смесительный бак 23, где смешивают с порошком растворимого кофе, доводя содержание сухих веществ в продукте до 30 %. Из бака насосом 24 перекачивают экстракт кофе в сборник-весы 25, а оттуда насосом 26 в танк-накопитель 27.

Далее экстракт профильтровывают через фильтр 28 и питательным насосом 29 высокого давления через ресивер 30 подают в сушильную башню 31. Кофейный экстракт сушат на распылительной сушилке с форсуночным распылением продукта. Распыляемый в виде мельчайших капелек экстракт встречается с потоком горячего воздуха, подаваемого вверх вентилятором, и мгновенно высыхает. Температура воздуха на входе в сушильную башню 230…280 °С, на выходе из сушильной башни – не более 105…115 °С.

Полученный сухой экстракт кофе из сушильной башни выгружают на вибросито 32 и с него через виброохладитель 33 – в контейнер 34. Контейнеры взвешивают на весах 35. Контейнеры с порошком растворимого кофе подъемником подают к загрузочному бункеру 36 фасовочной машины 37. Готовый продукт фасуется по 100 или 50 г в жестяные банки. Для закатывания донышек у банок используют машину 38.

Таблица 2.5. Режим экстракции растворимого кофе

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Растительные масла – сложные смеси органических веществ – липидов, выделяемых из тканей растений (оливки, подсолнечник, соя, рапс и др.). По своему составу липиды делятся на две группы: простые и сложные. Основными компонентами простых липидов являются жиры, составляющие до 95…97 % липидов. В состав жиров входят в основном триглицериды – вязкие жидкости или твердые вещества с низкой (до 40 °С) температурой плавления, без цвета и запаха, легче воды (при 15 °С плотность 900…980 кг/м³), нелетучие. Они хорошо растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде. Жиры содержат также насыщенные и ненасыщенные кислоты и воски. Важными компонентами сложных липидов являются фосфолипиды.

Растительные жиры и масла являются обязательными компонентами пищи, источником энергетического и пластического материала для человека, поставщиком необходимых для него веществ, которые участвуют в регулировании обмена веществ, кровяного давления, выделении из организма избыточного количества холестерина и др. Наиболее важными компонентами жиров являются полиненасыщенные кислоты – линолевая и линоленовая. Они не синтезируются в организме человека и получили название незаменимых или эссенциальных кислот. Длительное ограничение в питании незаменимых жирных кислот приводит к физиологическим отклонениям: нарушается деятельность центральной нервной системы, снижается иммунитет организма, сокращается продолжительность жизни. Но избыточное потребление жиров также нежелательно, оно приводит к ожирению и сердечно-сосудистым заболеваниям.

В России выпускают следующие виды растительных масел: рафинированное (дезодорированное и недезодорированное), гидратированное (высший, I и II сорта), нерафинированное (высший, I и II сорта). В торговую сеть и на предприятия общественного питания необходимо направлять только рафинированное дезодорированное масло, которое упаковывают в стеклянные или пластмассовые бутылки.

Согласно стандарту в готовом масле определяют физико-химические показатели допустимого содержания вредных веществ, количества влаги, значений кислотного и йодного чисел и др., а также органолептические показатели: прозрачность, запах и вкус.

Рекомендуемое содержание жиров в рационе человека составляет в среднем 100…108 г в сутки, в том числе непосредственно в виде жиров 50…52 г. Оптимальный химический состав пищи по жирам обеспечивается при использовании в рационе 1/3 растительных и 2/3 животных жиров.

Сырьем для производства растительных масел служат в основном семена масличных культур, а также мякоть плодов некоторых растений. По содержанию масла семена подразделяют на три группы: высокомасличные (свыше 30 % – подсолнечник, арахис, рапс), среднемасличные (20…30 % – хлопчатник, лен) и низкомасличные (до 20 % – соя). В России основной масличной культурой является подсолнечник. В производство поступают семена подсолнечника с масличностью 40…50 %, влажностью 6…8 %, содержанием сорных примесей не более 3 %.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Переработка семян подсолнечника в растительное масло предусматривает реализацию процессов обрушивания и измельчения семян, гидротермической обработке мятки, извлечения и рафинации масла.

О б р у ш и в а н и е   с е м я н   п о д с о л н е ч н и к а. Запасы масла в тканях масличных семян распределены неравномерно: главная часть сосредоточена в ядре семян – в зародыше и эндосперме. Плодовая и семенная оболочки содержат относительно небольшое количество масла, имеющего другой (худший по пищевой ценности) химический состав. В связи с этим оболочки отделяют от основных маслосодержащих тканей путем разрушения покровных тканей семян – обрушивания и последующего разделения полученной смеси – рушанки на ядро и лузгу.

Важнейшее требование к операции обрушивания – разрушение оболочки не должно сопровождаться измельчением ядра. Качество рушанки характеризуется содержанием в ней нежелательных фракций – целых и частично разрушенных семян, так называемые целяк и недоруш, раздробленного ядра (сечки) и масличной пыли. Наличие таких фракций увеличивает засоренность (лузжистость) ядра, повышает потери частиц ядра с отделяемой лузгой.

Разделение рушанки на ядро и лузгу основано на различии в их размерах и аэродинамических свойствах. Поэтому сначала получают фракции рушанки, содержащие частицы ядра и лузги одинакового размера, а затем в потоке воздуха рушанку разделяют на ядро и лузгу. Качество операции разделения рушанки оценивают по величине остаточного содержания лузги в готовом ядре и потерями масла с отделяемой лузгой.

И з м е л ь ч е н и е   с е м я н. Масло содержится во внутриклеточной структуре ядра семян, которые для выделения масла необходимо разрушить. Требуемая степень измельчения достигается путем воздействия на обрабатываемый материал механических усилий, производящих раздавливающее, раскалывающее, истирающее и ударные действия. Обычно измельчение достигается сочетанием нескольких видов указанных усилий.

Полученный после измельчения полуфабрикат называется мяткой и отличается очень большой удельной поверхностью, так как помимо разрушения клеточных оболочек при измельчении нарушается также внутриклеточная структура маслосодержащей части клетки, значительная доля масла высвобождается и сразу же адсорбируется на поверхности частиц мятки.

Хорошо измельченная мятка должна состоять из однородных по размеру частиц, проходящих через сито с отверстиями 1 мм, не должна содержать целых, неразрушенных клеток, и в то же время содержание очень мелких (мучнистых) частиц в ней должно быть невелико. Конечным результатом операции измельчения является перевод масла, заключенного в клетках семян, в форму, доступную для дальнейших технологических воздействий.

Г и д р о т е р м и ч е с к а я   о б р а б о т к а   м я т к и. Масло, адсорбированное в виде тонких пленок на поверхности частиц мятки, удерживается значительными поверхностными силами. Эти силы можно существенно ослабить при увлажнении и последующей тепловой обработке мятки.

Интенсивное кратковременное нагревание мятки с одновременным увлажнением способствует равномерному распределению влаги в мятке и частичной инактивации гидролитических и окислительных ферментов семян, ухудшающих качество масла. Затем мятку нагревают и высушивают. В результате такой обработки мятка превращается в мезгу, подготовленную к отжиму масла.

И з в л е ч е н и е   м а с л а. В практике производства растительных масел существуют два принципиально различных способа извлечения масла из растительного маслосодержащего сырья: механический отжим масла – прессование и растворение масла в легколетучих органических растворителях – экстракция. Эти два способа производства растительных масел используются либо самостоятельно, либо в сочетании одного с другим.

В настоящее время для извлечения масла сначала используют способ прессования, при котором получают ¾ всего масла, а затем – экстракционный способ, с помощью которого извлекают остальное масло.

Масло отжимается в шнековых прессах различных конструкций. Давление, развиваемое шнековым прессом, достигает 30 МПа, степень уплотнения (сжатия) мезги 2,8…4,4 раза. При этом частицы мезги сближаются, масло отжимается, а прессуемый материал уплотняется в монолитную массу-жмых.

Прессовым способом невозможно добиться полного обезжиривания мезги, так как на поверхности частиц жмыха, выходящего из пресса, всегда остаются тонкие слои масла, удерживаемые поверхностными слоями, во много раз превышающими давление, развиваемое современными прессами. Даже на прессах, работающих с максимальным съемом масла и развивающих высокое давление, получают жмых масличностью 4…7 %.

Экстрагирование – извлечение масла из жмыха, производимое с помощью растворителей. В качестве растворителей для экстрагирования растительных масел применяют экстракционный бензин и нефрас с температурой кипения в пределах 63…75 °С. Масло, которое находится на поверхности вскрытых клеток, при омывании бензином легко растворяется в нем. Значительное количество масла находится внутри невскрытых клеток или внутри замкнутых полостей (капсюль). Извлечение этого масла требует проникновения растворителя внутрь клетки и капсюль и выхода растворителя в окружающую среду. Процесс этот происходит за счет молекулярной и конвективной диффузии.

В результате экстракции получают раствор масла в растворителе, называемый мисцеллой, и обезжиренный материал – шрот.

Для удаления из мисцеллы механических примесей ее фильтруют. После этого она состоит из легкокипящего растворителя и практически нелетучего масла. В масложировой промышленности операцию отгонки растворителя называют дистилляцией. При относительно невысоких концентрациях масла в мисцелле процесс удаления растворителя вначале сводится к обычному процессу выпаривания. По мере повышения концентрации масла температура кипения мисцеллы очень быстро возрастает. В связи с этим для снижения температуры отгонки и ускорения процесса применяют отгонку растворителя под вакуумом, а также с водяным паром.

Р а ф и н а ц и я   м а с л а. Рафинацией называют процесс очистки масла от нежелательных групп липидов и примесей. Вследствие разнообразия физических и химических свойств липидов, входящих в состав природных масел и жиров, современная рафинация представляет собой комплексный процесс, включающий последовательную цепь технологических операций, отличающихся по характеру химических и физических воздействий на удаляемые группы липидов.

Объем и последовательность операций при рафинации зависят от вида и назначения масла. Гидратация применяется для удаления из масла с помощью воды группы веществ с гидрофильными свойствами (фосфолипиды, слизистые и белковые вещества), которые при хранении масла выпадают в осадок. Нейтрализация масла щелочью позволяет очистить его от свободных жирных кислот, способных к омылению. Охлаждение масла необходимо для вымораживания восков и отделения их кристаллов. Дезодорация масел представляет собой дистилляционный процесс удаления летучих веществ, определяющих запах и вкус масла, а также чужеродных соединений, ядохимикатов и токсичных продуктов.

При выполнении всех перечисленных операций происходят изменения химического состава и физического состояния нежелательных веществ, в результате которых они превращаются в твердые частицы и взвеси. Их можно удалить из масла различными физическими методами механической рафинацией: фильтрацией, отстаиванием и центрифугированием.

Обязательное условие применяемых технологических операций – это сохранение, имеющей пищевую ценность, триацилглицериновой части масла в нативном состоянии.

Полная рафинация необходима при получении салатного масла, поступающего для непосредственного употребления в пищу, для масел и жиров, используемых при производстве маргарина, кондитерских, кулинарных жиров и майонеза.

Шрот, полученный в результате экстракционной обработки жмыха, также очищают от растворителя методом отгонки и используют в качестве корма для животных. Из шрота по специальной технологии можно извлекать пищевой белок.

При гидратации подсолнечного масла высшего и I сорта получают пищевой фосфатидный концентрат, содержащий 40…70 % поверхностно-активного вещества – лецитина и используемый в качестве эмульгатора, а при гидратации масла II сорта производят кормовой фосфатидный концентрат.

Соапсток, образующийся при щелочной нейтрализации масла, применяется в производстве мыла.

Стадии технологического процесса. Производство растительного масла из семян подсолнечника состоит из следующих стадий и основных операций:

– приемка семян и очистка их от примесей;

– обрушивание семян, разделение ядра и лузги;

– измельчения семян и гидротермическая обработка мятки;

– прессование мезги и очистка прессового масла;

– структурирование жмыха и экстрагирование из него масла;

– дистилляция мисцеллы;

– рафинация масла: гидратация, нейтрализация, дезодорация, охлаждение, механическая очистка примесей;

– отгонка растворителя из шрота;

– упаковывание готового масла в потребительскую и транспортную тару.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для очистки семян, состоящего из весов, силосов, сепараторов, магнитных уловителей, расходных бункеров, норий и конвейеров.

Следующий комплекс оборудования для получения ядра семян, в состав которого входят центробежные рушильные машины, семеновейки, аспирационные системы, рассев, нории и конвейера.

Ведущий комплекс оборудования линии предназначен для получения прессового масла, включающий вальцовые мельницы, инактиватор, маслоотжимной пресс, фильтры и насосы, а также оборудование для измельчения форпрессового жмыха и окончательного отжима из него масла.

В состав комплекса оборудования для получения экстракционного масла входят дробилка и плющильный станок для форпрессового жмыха, экстрактор, фильтры для мисцеллы, подогреватели и дистилляторы, холодильник для масла, конвейеры, насосы и емкости, оборудование для отгонки растворителя из шрота, а также оборудование для очистки растворителя.

Комплекс оборудования для полной рафинации масла содержит гидрататор, нейтрализатор, отбельный и сушильный аппараты, фильтры, дезодоратор, насосы и сборники.

В завершающий комплекс линии входят дозирующие устройства, машины для фасования масла и упаковывания продукции в транспортную тару.

Машинно-аппаратурная схема линии производства растительного масла из семян подсолнечника представлена на рис. 2.11.

Устройство и принцип действия линии. Семена подсолнечника, поступающие в производство, освобождаются от ферромагнитных примесей на магнитном сепараторе, взвешиваются, затем винтовым конвейером 1 подаются на воздушно-ситовой сепаратор 2 для очистки от минерального и органического сора (рис. 2.11, а).

Крупный сор, идущий сходом с верхнего (сортировочного) сита, винтовым конвейером 5 выводится из производства. Мелкий сор, идущий через нижнее (подсевное) сито и выходящий из циклонов 3 аспирационной системы сепараторов, снабженных вентиляторами 4, также винтовым конвейером 5 выводится из производства. Содержание масличных примесей в отходящем соре не более 3 %.

Очищенные на ситах от крупного и мелкого сора семена поступают на вибролоток пневмосепарирующего канала сепаратора 2. При проходе воздуха через поток семян легкие примеси выделяются из массы семян и выносятся воздухом через пневмосепарирующий канал и воздуховоды в осадочное устройство – горизонтальные циклоны. Они предназначены для предварительной очистки воздушного потока от примесей, выделенных из семян подсолнечника в пневмосепарирующем канале сепаратора. Из горизонтальных циклонов легкие примеси через противоподсосный канал поступают на винтовой конвейер 5.

Воздух, выходящий из горизонтальных циклонов, дополнительно очищается в циклонах 3, выделенные примеси из которых также выводятся винтовым конвейером 5.

Очищенные семена подсолнечника из пневмосепарирующего канала скребковым конвейером 6, норией 7, винтовым конвейером 9 подаются на обрушивание в центробежные рушильные машины (рушки) 10. Перед поступлением семян в рушки на самотеке из нории 7 в конвейер 9 установлен магнитный сепаратор (железоотделитель) 8 для удаления металлопримесей.

Семена, получив ускорение на центробежном вращающемся диске, попадают в радиальные направляющие каналы рушки, футерованные вкладышами из износостойкой керамики, откуда выбрасываются на кольцевую деку, ударяются о нее острым или тупым концом семени (т.е. получают удар по наиболее слабому направлению – вдоль длинной оси семени, что в основном и обеспечивает лучший эффект обрушивания). При ударе о деку наибольшая часть семян обрушивается и в виде рушанки поступает в цилиндрическое сито, расположенное внутри циклона рушки. При движении рушанки, вниз по ситу, происходит отделение части масличной пыли из рушанки, которая выводится из рушки винтовым конвейером 14 на винтовой конвейер ядра 22, где смешивается с ядром.

Обрушенные в рушках семена подсолнечника (рушанка) состоят из целых ядер, их крупных частиц, сечки, масличной пыли, целых семян, недоруша, различного размера лузги и сора (растительного и минерального). Рушанка с содержанием целяка и недоруша до 25 %, масличной пыли до 10 %, сечки до 12 % самотеком поступает в семеновейки 16 с помощью скребкового конвейера 15.

Основное назначение семеновеек заключается в отделении необходимого количества лузги из рушанки при минимальной потере масла с лузгой. Одновременно в семеновейках удаляется и часть оставшегося сора.

В семеновейках происходит разделение на фракции обрушенных семян подсолнечника. Рушанка, пройдя через рассев семеновейки, разделяется на шесть фракций, из которых пять, поступает на вейку, а шестая выводится из машины, минуя вейку. Каждая из пяти фракций продукта, поступившего на вейку, попадает в предназначенную для нее камеру, где происходит провеивание продукта потоком воздуха и отделение лузги от ядра по разности аэродинамических характеристик.

Ядро с лузжистостью не более 12 % из второго-пятого разделов семеновеек 16 винтовыми конвейерами 22, 48 подается в бункеры для ядра над вальцовыми станками и затем в вальцовые станки 49 для измельчения. Перед поступлением ядра в вальцовые станки на самотеке из конвейера 22 в конвейер 48 установлен железоотделитель 47 для удаления металлопримесей.

При измельчении ядра подсолнечных семян преследуют основную цель – добиться полного разрушения клеточной структуры ядра, что способствует более полному извлечению масла как прессованным, так и экстракционным способами. Оптимальная влажность ядра, при которой происходит максимальное разрушение клеточной структуры, лежит в пределах 5,5…6,0 %. Повышение влажности ядра по сравнению с указанной ухудшает качество измельчения (помола).

Ядро, попадая в проходы между размольными валками вальцового станка, за счет разности окружных скоростей валков, наличия рифлений на их поверхностях, а также разной величины зазора между валками измельчается, т.е. превращается в мятку.

Мятка (проход через 1 мм сито не менее 60 %) влажностью 5…6 % после вальцовых станков винтовым конвейером 50 подается на прессование.

Недоруш с первых разделов рабочих семеновеек 16 винтовым конвейером 21, а также недоруш с первых разделов семеновейки для недоруша 35 винтовым конвейером 36 подается для контроля норией 23, винтовым конвейером 24 в семеновейки 25, где происходит отделение из него лузги.

Из семеновеек 25 недоруш винтовым конвейером 27, норией 28, винтовым конвейром 29 подается на повторное обрушивание на центробежную рушку недоруша 30. Часть масличной пыли, выделенной из рушанки в центробежной рушке, выводится из нее винтовым конвейером 33 в винтовой конвейер ядра 22, где происходит смешение масличной пыли с ядром.

а) Рис. 2.11. Машинно-аппаратурная схема линии производства растительного масла из семян подсолнечника

Рушанка самотеком поступает в семеновейки для недоруша 35 с помощью скребкового конвейера 34, разделение в них на фракции происходит также, как в рабочей семеновейке 16. Ядро винтовыми конвейерами 22, 48 подается в бункеры для ядра над вальцовыми станками и затем в вальцовые станки 49. Недоруш из семеновеек 35 соединяется с недорушем из рабочих семеновеек 16 и с помощью нории 23 и винтового конвейера 24 поступает на контроль в семеновейки 25 для отделения лузги. Перевей из семеновеек 35 соединяется с перевеем из рабочих семеновеек 16 и винтовым конвейером 19, норией 38, винтовым конвейером 39 подается в семеновейку 40 для контроля перевея с целью отделения лузги. Ядро из нее поступает в винтовой конвейер ядра 22 над вальцовыми станками.

б) Рис. 2.11. (Продолжение)

Лузга с масличностью не более 0,8 % выше ботанической из рабочих семеновеек 16, семеновеек для контроля недоруша 25 и перевея 40, семеновеек для недоруша 35 винтовым конвейером 20, норией 42, винтовым конвейером 43 направляется на рассевы для контроля лузги 44, где происходит отделение масличной пыли от лузги. Лузга винтовым конвейером 45 подается в пневмотранспорт лузги и выводится из производства.

Масличная пыль из рассевов 44 винтовым конвейером 46 подается на смешение с мяткой в винтовой конвейер 50.

Аспирация рабочих семеновеек 10 и 30 осуществляется при помощи вентиляторов 12 и 32. Масличная пыль осаждается в циклонах 11 и 31, а затем винтовым конвейером 13 подается в винтовой конвейер мятки 50.

Масличная пыль от аспирации рабочих семеновеек 16 осаждается в циклонах 17 и подается винтовым конвейером 18 также в винтовой конвейер мятки 50.

Масличная пыль от аспирации рабочих семеновеек 16, семеновеек для контроля недоруша 25 и перевея 40 и семеновеек для недоруша 35 осаждается в циклонах 17, 26, 41, 37 и подается винтовым конвейером 18 на смешение с мяткой также в винтовой конвейер мятки 50.

Получение прессового масла на линии осуществляется следующим образом. Мятка поступает в шнековый инактиватор 51, где подвергается интенсивному нагреву острым паром до температуры 80…85 °С и увлажнению смесью водяного пара и конденсата до 8…9 % через форсунки непосредственно в поток мятки. Перемещаемая шнековыми валками мятка через выпускной патрубок поступает в верхний чан жаровни 52.

С помощью ножевых мешалок материал постепенно перемешивается и перемещается из чана в чан, подвергаясь дополнительной влаго-тепловой обработке. Влажность мятки доводится до 7…9 %, температура до 100…105 °С. Испаряющаяся при этом влага удаляется из чанов через вертикальный коллектор с помощью вентилятора. Подготовленная в жаровнях мезга питателем подается в отжимные прессы (форпрессы) 53, где происходит предварительный отжим масла. Отжимаемое масло, содержащее в себе твердые частицы прессуемого материала, которые выносятся потоком через зеерные щели, поступает в поддон станины и далее маслосборным шнеком 64 и норией 65 направляется на очистку.

Для первичной очистки форпрессовое масло поступает в виброклассификатор 66, откуда предварительно очищенное от крупных взвешенных частиц направляется в маслосборник 67 и затем насосом 68 через напорный коллектор 69 подается на фильтр 70. Первые, еще мутные, порции фильтрованного масла и оставшееся в фильтрате масло после очистки его фильтровальных поверхностей направляют в емкость 74, откуда насосом 73 вновь подают в напорный коллектор 69.

При выработке нерафинированного прессового масла продукт из фильтра 70 подается на охлаждение и последующее фасование. Для получения рафинированного масла из фильтра 70 продукт направляют на гидратацию.

Фильтрованный осадок и осадок из виброклассификатора поступают в накопитель-дозатор 71, из которого его непрерывно и равномерно перекачивают насосом 72 в экстрактор или жаровню 61.

Технология обработки форпрессового жмыха зависит от вида выпускаемого масла. Если линия предназначена для выпуска прессового масла, то форпрессовый жмых с пониженным содержанием масла, после грубого измельчения резаками, установленными на валу отжимного пресса, направляется винтовым конвейером 54 и норией 55 для дальнейшего измельчения. Толщина жмыховой ракушки должна быть 7…8 мм, масличность жмыха не более 18 %.

Жмых измельчают на дисковых 56 и вальцовых 57 мельницах. Измельченный форпрессовый жмых по степени измельчения должен быть однородным с содержанием прохода через сито 1 мм не менее 80 %.

Измельченный форпрессовый жмых шнековым конвейером 58, норией 59 и распределительным шнековым конвейером 60 подается в маслоотжимные агрегаты окончательного прессования. В их состав входят жаровни 61 и отжимные прессы 62. Масло из прессов 62 направляется в маслосборный винтовой конвейер 64 на первичную очистку.

Толщина жмыховой ракушки, выходящей из пресса, должна быть 5…7 мм, масличность жмыха – не выше 7 %. Из прессов 62 жмых винтовым конвейером 63 подают в склад.

Машинно-аппаратурная схема комплексов оборудования для получения экстракционного рафинированного масла, входящих в состав линии, изображена на рис. 2.11, б.

Форпрессовый жмых элеватором 75 и винтовым конвейером 76 подается на молотковую дробилку 77. Полученная крупка винтовым конвейером транспортируется на плющильный вальцевый станок 78 и выходит из него в виде лепестков. Толщина лепестка 0,3…0,4 мм, проход через сито 1 мм не более 4 %, влажность 8…9 %. Подготовленный жмых в виде лепестков скребковым конвейером 79 направляется в загрузочную колонну экстрактора 80.

В экстракторе 80 жмых обезжиривается растворителем (бензином), поступающим в экстракционную колонну. Экстрагирование проходит по принципу противотока, т.е. чистый растворитель, нагретый до 55…65 °С, поступает на наиболее обезжиренный материал, а концентрированная мисцелла – на свежезагруженное сырье. Соотношение экстрагируемого материала и растворителя 1,0 : 1,1.

Пройдя экстракционную колонну растворитель опускается книзу, переходит в горизонтальный шнек и поступает в нижнюю часть загрузочной колонны. Поднимаясь вверх, растворитель (бензин) все более насыщается маслом и образует мисцеллу, которая и выходит из экстрактора. Концентрация мисцеллы 20…25 % масла.

Мисцелла из экстрактора 80 сливается в сборник нефильтрованной мисцеллы 81, откуда насосом 82 подается на дисковый фильтр 83. Давление на фильтре не выше 0,2 МПа, температура 50…60 °С, содержание механических примесей до фильтра – 0,4 %, после фильтра – не более 0,02 %. Из него мисцелла поступает в сборник фильтрованной мисцеллы 84.

Шлам из фильтра (осадок) возвращается в нижнюю часть загрузочной колонны экстрактора.

Дистилляция осуществляется в три стадии:

I ступень при температуре 60…85 °С и атмосферном давлении доводит концентрацию масла в мисцелле до 55…60 %;

II ступень при 90…100 °С и атмосферном давлении концентрация масла в мисцелле до 90…95 %;

III ступень при 95…110 °С и разрежении (вакуум) 0,04…0,06 МПа получают масло без растворителя.

Отфильтрованная мисцелла из сборника 84 нагнетается насосом через подогреватель 85 в предварительный дистиллятор I ступени 86. Частично упаренная мисцелла насосом 87 подается на II ступень дистилляции 88, откуда высококонцентрированная мисцелла через подогреватель откачивается насосом на III ступень дистилляции в дистиллятор 89 для окончательной отгонки растворителя. Все три дистиллятора обогреваются паровыми рубашками, в дистиллятор 89 также подается острый пар.

Полученное экстракционное масло из дистиллятора 89 непрерывно откачивается насосом через холодильник, охлаждается до 50…60 °С и поступает в сборник 90. Из него масло насосом 91 подают на гидрогенизацию.

Обезжиренный материал (шрот), содержащий не более 0,8…1,2 % масла, пройдя загрузочную колонну, горизонтальный шнек и экстракционную колонну выгружается из экстрактора 80 через отверстие в верхней части колонны в чанный испарителя (тостер) 92. Перепуск шрота из чана в чан происходит автоматически с помощью перепускных клапанов. В каждом чане шрот нагревается и подвергается обработке острым паром, что обеспечивает эффективную отгонку растворителя. Из нижнего чана тостера 92 шрот, окончательно очищенный от растворителя, направляется в элеватор (склад).

Растворитель (бензин) из резервуара оборотного растворителя 100 подается в экстрактор 80 насосом через водоосадитель 101 и подогреватель 102. Пары растворителя из экстрактора 80 поступают в конденсатор 103. Пары растворителя из дистилляторов 86, 88, 89 поступают соответственно на конденсаторы 104, 105, 106.

Пары растворителя и воды с примесью шротовой пыли из чанного испарителя 92 поступают в мокрую шротоловушку 93, где очищаются распыленной через форсунки горячей водой. Очищенные пары поступают в конденсатор 94. Промывные воды и шлам из мокрой шротоловушки направляются в испаритель отходящей воды 95 для отгонки из них растворителя, пары которого поступают в конденсатор 96.

Бензоводный конденсат из конденсаторов 103, 104, 105, 106, 94, 96, 107, пройдя охладитель конденсата 97, поступает в водоотделитель 98, где происходит разделение бензина и воды. Бензин сливается в рабочий бак 99 и далее в резервуар оборотного растворителя 100. Вода сливается в бензоловушку и далее в канализацию.

Улавливание паров растворителя из паровоздушной смеси осуществляется в масляноабсорбционной установке. Паровоздушная смесь из конденсаторов 103, 104, 105, 106, 94, 96 поступает в конденсатор 107 и далее в абсорбер 108. В верхнюю часть абсорбера 108 насосом 111 дозируются из сборника 110 минеральное масло, предварительно охлажденное в охладителе 109. Паровоздушная смесь, поднимаясь вверх в абсорбере 108, орошается стекающим минеральным маслом, насыщая его растворителем. Очищенный от растворителя воздух через огнепреградитель выбрасывается в атмосферу. Обензиненное минеральное масло (насыщенное растворителем) из абсорбера 108 насосом 116, предварительно подогретое в теплообменниках 114 и 115, подается в десорбер 112, где проходит интенсивная отгонка растворителя из минерального масла. Обезжиренное минеральное масло (освобожденное от растворителя) из десорбера 112 насосом 113 через теплообменник 115 возвращается в сборник 110.

Рафинация подсолнечного масла на описываемой линии выполняется следующим образом. Сырое прессовое и рафинированное масло подается в гидрататор 118, одновременно из сборника 117 в гидрататор поступает горячая вода. Для проведения гидратации растительное масло обрабатывают небольшим количеством умягченной воды (конденсатом). Количество конденсата для гидратации определяют для однородной партии масла в лабораторных условиях пробной гидратацией.

Гидрататор снабжен рубашкой, необходимой для поддержания оптимальной температуры масла 45…50 °С. В гидрататоре при медленном вращении мешалки происходит коагуляция и формирование хлопьев увлажненных фосфатидов. После заполнения гидрататора и образования хорошо сформированных хлопьев фосфатидов останавливают мешалку и отстаивают масло в течение 1…2 ч. Отстоявшееся масло откачивают по шарнирной трубе в сборник для гидратированного масла 122. Из сборника масло может быть направлено с помощью насоса в вакуум-сушильный аппарат 123 на сушку либо на щелочную рафинацию в нейтрализатор 125.

Гидратационый осадок из гидрататора 118 поступает в сборник 119, откуда насосом 120 подается в горизонтальный ротационно-пленочный аппарат 121 на сушку для получения фосфатидного концентрата.

В вакуум-сушильном аппарате 123 происходит обезвоживание жиров под вакуумом. В аппарате поддерживается остаточное давление 20…40 мм рт. ст. с помощью пароэжекторного вакуум-насоса. Влага, содержащаяся в масле, попадая в зону пониженного давления, интенсивно испаряется и в виде пара отсасывается пароэжекторным вакуум-насосом. Температура масла в аппарате 85…90 °С. Высушенное гидратированное масло направляется на отгрузку потребителю. Масло с повышенным содержанием влаги насосом 124 возвращают в аппарат 123.

Гидратированное масло из сборника 122, направленное на щелочную рафинацию, насосом подается в нейтрализатор 125, где происходит удаление из масла свободных жирных кислот. Масло в аппарате подогревается с помощью паровой рубашки до температуры 45…50 °С при перемешивании мешалкой. В аппарат подается раствор щелочи из сборника 126 и водно-солевой раствор из сборника 127 и происходит дальнейшее перемешивание в течение 20…30 мин. Затем повышают температуру масла до 55…60 °С, перемешивание продолжают до образования хорошо оседающих хлопьев соапстока, который отделяют путем отстаивания. Продолжительность отстаивания до 6 ч. Образовавшиеся в результате нейтрализации свободных жирных кислот мыльные пленки, осаждаясь, попадают в водно-солевой раствор, мыло растворяется, а увлеченный нейтральный жир освобождается. Соапсток жирностью 35 % отводится в специальный бак. Остаточное содержание мыла в масле не более 0,01 %. Масло из аппарата поступает на промывку, сушку и отбелку в аппарат вакуум-промывной отбеливающий 128. Промывка в аппарате осуществляется горячим конденсатом. Промывка ведется при атмосферном давлении и температуре 75…85 °С до полного удаления мыла. На каждую промывку расходуется 8…10 % воды от массы масла. После промывки масло подвергают сушке, для этого включают мешалку и в аппарате создается вакуум. Сушку ведут при температуре, не превышающей 95 °С, и остаточном давлении 110…160 мм рт. ст. Соблюдение режима сушки гарантирует остаточную влажность порядка 0,2 %.

По окончании сушки перекрывают кран на вакуумной линии, останавливают вакуум-насос, ликвидируют вакуум и, не прекращая перемешивание, перекачивают масло на фильтрацию в фильтр-пресс 129. Водно-жировая эмульсия отводится в жироловушку.

Рафинированное масло из фильтр-пресса 129 поступает в сборник рафинированного масла 130, откуда насосом подается в дезодоратор 131. В нем создается вакуум пароэжекторным вакуум-насосом. Рафинированное масло нагревают в дезодораторе до 100 °С, после чего, не прекращая дальнейшего нагрева, подают в масло через барботер необходимое количество острого (перегретого) пара (до 250 кг/ч), имеющего температуру 325…375 °С. Подъем температуры масла до 180 °С должен продолжаться не более 30 мин. При периодической дезодорации температура процесса не ниже 210 °С. Остаточное давление в аппарате при работе с эжекционной установкой должно быть не более 0,66 кПа.

Для улучшения качества непосредственно в масло в дезодоратор вводят лимонную кислоту в виде 30 % раствора. Продолжительность дезодорации в среднем от 1,5 до 3 ч. Контроль за качеством масла осуществляется органолептически. Если дезодорат не имеет вкуса и запаха, дезодорацию прекращают. По окончании дезодорации масло охлаждают в дезодораторе до 100 °С, после чего дезодорированное масло поступает в охладитель 132, в котором предварительно создан вакуум, где масло охлаждается до 25…30 °С. При этом образуются и удаляются кристаллы восков. Охлажденное дезодорированное масло насосом подается на фильтрацию на фильтр-пресс 133, откуда направляется в сборник 134.

Готовое масло после взвешивания на весах 135 подается в машину 136 для фасования в бутылки, которые затем упаковывают в транспортную тару в машине 137.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Замороженные овощи, плоды и ягоды – консервированные продукты на основе обезвоживания их тканей путем превращения содержащейся в них влаги в лед.

Для замораживания используют сырье только высокого качества, отсортированное по размерам, вымытое с удаленными дефектными экземплярами. Некоторые виды сырья для инактивирования ферментов перед замораживанием бланшируют.

Сырье замораживают россыпью или в таре в морозильных камерах или в скороморозильных аппаратах в потоке холодного воздуха. Замороженные продукты хранят при температуре -18 °С и относительной влажности воздуха не мене 95 %.

Выпуск быстрозамороженных овощей и смесей из них включает следующий ассортимент изделий: картофель резаный, капуста белокочанная резаная, капуста цветная соцветиями, морковь резаная, свекла резаная, перец сладкий очищенный, томаты резаные, горошек зеленый и др.

Выпуск быстрозамороженных плодов может быть в целом и резаном виде, с косточкой и без нее, а также соответствовать трем товарным сортам – высшему, первому и столовому по трем группам: плоды семечковые, косточковые и ягоды. Замороженные плоды и ягоды могут быть использованы в пищу как в монокультуры, в виде различных компотов, а также служить исходным сырьем для производства джемов, повидла, варенья, желе, мармеладов, различных начинок и фруктового пюре для мороженого.

К основным ягодным культурам, пригодным к замораживанию, относятся: земляника, клубника, клюква, брусника, малина, крыжовник, смородина, рябина, ежевика, облепиха и др. Высокое качество в замороженном виде сохраняет виноград, плоды вишни, сливы, персиков, абрикосов, яблок и др.

Овощи, плоды и ягоды, предназначенные для переработки замораживанием, должны соответствовать определенным требованиям: они должны быть зрелыми, иметь соответственную окраску, быть чистыми, одного сорта, не пораженными болезнями и вредителями, без постороннего запаха, привкуса и механических повреждений.

Особенности производства и потребления готовой продукции. В зависимости от характера воздействия на перерабатываемое сырье применяют два основных способа:

– при первом способе перед замораживанием проводится инактивации ферментов сырья путем тепловой обработки или добавления консервирующих веществ;

– при втором способе замораживают натуральное сырье без предварительной обработки.

Для инактивации ферментов овощей применяется главным образом бланширование, при котором из материала удаляется  большая часть воздуха и наступает гибель большинства микроорганизмов. Бланширование проводится при температуре около 90…95 °С в течение 2…8 мин путем использования нагретой воды, пара или пароводяной смеси.

Из очищенного и вымытого картофеля вырабатывают различные замороженные продукты: обжаренные брусочки, бланшированный картофель, картофельное пюре, соломку, ломтики и др. Кочанную капусту после мойки шинкуют, фасуют в бумажную или полиэтиленовую упаковку и замораживают в плиточных морозильных аппаратах в виде блоков-плит толщиной 5…6 см. Огурцы, нарезанные кубиками или кружочками, сразу же замораживают во взвешенном состоянии и упаковывают. Очищенный и промытый водой лук замораживают в псевдокипящем слое нарезанным или целыми головками.

Овощи, плоды и ягоды замораживаются при температуре холодного воздуха ‑35…-40 °С, доводя температуру продукта до -18 °С. При этом вымерзает около 90 % влаги, содержащейся в сырье.

Лед образуется при температуре от -2 до -6 °С, а в некоторых видах овощей – от ‑1 до -3 °С. Чем быстрее происходит процесс замораживания, тем больше образуется кристаллов, меньше их размеры и выше качество продукта.

Скорость замораживания оказывает решающее влияние на консистенцию плодов, а скорость размораживания – на потери сока. Установлено, что потери массы замороженной обычным способом земляники за счет вытекания сока при размораживании в течение 1,5 ч составили 30 %, а земляники, замороженной с помощью азота, всего 6…8 %. Смородину и ежевику замораживают в 40…50 %-ном сахарном растворе или в смеси с сахаром-песком в соотношениях от 9 : 1 до 4 : 1. Такие продукты обладают более высоким качеством, но для их фасования требуется водонепроницаемая упаковка.

Для приготовления пюре из свежих ягод получают протертую массу и смешивают с сахаром-песком до содержания сухих веществ 25…30 %. Пюре упаковывают только в водонепроницаемую тару, поскольку при хранении у замороженного пюре при -18 °С часто происходит выделение концентрированного сиропа.

Плоды вишни, черешни и сливы замораживают во флюидизированных или ленточных аппаратах, а затем сортируют по размеру в барабанных машинах. Замороженная вишня без косточек используется для приготовления коктейлей, мучных и кондитерских изделий. Иногда такие плоды после упаковки в тару заливают 30…60 %-ным сахарным раствором с добавлением лимонной кислоты и используют для приготовления компотов.

Стадии технологического процесса. Процесс производства замороженных овощей, плодов и ягод охватывает следующие стадии:

– инспекция, сортирование, очистка и мойка овощей и плодов;

– измельчение и бланширование (при необходимости);

– замораживание продукции;

– упаковывание в потребительскую и транспортную тару.

Характеристика комплексов оборудования. Линия производства замороженных овощей, плодов и ягод начинается с комплекса оборудования для подготовки сырья, в который входят сортировочные машины (струнные, вальцовые и др.), машины для очистки и измельчения сырья, замочные чаны, моечные машины и ополаскиватели сырья чистой питьевой водой.

Оборудование для бланширования овощей и плодов делится на две группы: бланширователи непрерывного действия (паровые, водяные или комбинированные) и котлы-дупликаторы.

Ведущим является комплекс оборудования для замораживания овощей, плодов и ягод в туннельных или плиточных морозильных аппаратах.

Завершающий комплекс включает оборудование для фасования замороженных продуктов в полиэтиленовые мешки.

На рис. 2.10. показана машинно-аппаратурная схема линии производства замороженных овощей, фруктов и ягод.

Устройство и принцип действия линии. Производства замороженных овощей и фруктов начинается с высыпания сырья из деревянных лотков в приемный бункер элеватора 1. При этом из сырья ручным способом удаляются посторонние предметы (ветки, камушки, земля и т. п.). Элеватором 1 качественные плоды поднимаются до приемного бункера машины 2 для удаления плодоножек. Плоды, которые поступили в бункер, проходят между вращающимися роликами, которые захватывают плодоножки и листья и вытаскивают их этих плодов. Очищенные плоды продолжают двигаться по наклонной площадке и попадают в выходную воронку, а плодоножки с водой попадают в отдельную емкость, размещенную под машиной.

В зависимости от качества и количества плодов с плодоножками регулируется угол наклона рабочей площадки. Для обслуживания и регулирования на определенный вид продукции предназначена платформа 3.

Мойка плодов осуществляется с помощью моечной машины-барботера 4. Плоды из машины 2 попадают в приемную ванну моечной машины 4, которая заполнена водой и имеет двойное дно с маленькими отверстиями, в котором размещена трубная система, через которую подводится сжатый воздух. При барботировании воздуха через воду осуществляется интенсивная мойка плодоовощей. Количество подводимого воздуха регулируется клапанами в зависимости от сорта и качества сырья.

После мойки плоды удаляются из ванной отдельным элеватором, над которым размещены распыливающие устройства для ополаскивания сырья. Скорость ленты элеватора регулируется в зависимости от производительности.

Рис. 2.10. Машинно-аппаратурная схема линии производства замороженных овощей, фруктов и ягод

При входе в туннель 7 непосредственно над транспортерной лентой размещен вибрационный питатель плодов, который равномерно их распределяет по ширине транспортерной ленты морозильного туннеля. Скорость движения ленты регулируется в зависимости от сорта плодов и остается постоянной в течение всего времени замораживания одного сорта.На инспекционном конвейере 5 производится окончательная инспекция и удаление бракованных плодов перед их поступлением в морозильный туннель 7. Элеватор 6 служит для подъема сырья до вибрационного питателя, размещенного на входе морозильного туннеля. Заморозка плодов производится в морозильном туннеле непрерывного действия 7 сначала в зоне предварительного замораживания во флюидизированном слое, а затем в зоне окончательного замораживания при температуре холодного воздуха в туннеле – 32 °С.

При выходе из морозильного туннеля 7 размещен бункер с двумя выходами: один подключен прямо на фасовочную машину 9, а другой предусмотрен для подачи продукции в короба. Элеватором 8 замороженная продукция поднимается в приемный бункер машины 9 для фасования в пакеты.

Рабочий стол 10 служит для приема этих пакетов и их укладки в картонные короба для складирования в охлаждаемые камеры. Если фасовочная машина 9 не используется, то после морозильного туннеля 7 продукцию укладывают в тележки или картонные ящики и взвешивают, после чего складируют в холодильные камеры.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Томатный сок получают из зрелых томатов в виде однородной массы, содержащей мякоть, и консервируют его натуральным с добавлением 0,6…1,0 % поваренной соли. Томатные соки имеют низкую кислотность и рН 5,5…6,5, что создает благоприятные условия для развития микроорганизмов, в том числе спорообразующих. По этой причине соки стерилизуют при температуре 120 °С в течение 20…30 мин. Для смягчения режимов стерилизации соки подкисляют до рН 3,7…4,0 органическими пищевыми кислотами или смешивают с соками из более кислых плодов и овощей. Томатный сок выпускают натуральным или концентрированным.

Консервированный томатный сок должен обладать приятным натуральным вкусом и запахом, иметь красивый красный или оранжево-красный цвет. Содержание сухих веществ в соке должно быть не менее 4,5 % по рефрактометру. Для предупреждения разрушения витаминов в томатном соке содержание солей тяжелых металлов не должно превышать 5 мг меди и 100 мг олова в 1 л сока (содержание свинца не допускается).

По внешнему виду томатный сок должен иметь однородный с наличием взвешенных тонко измельченных частиц мякоти. Вкус сока зависит от соотношения сахаров и кислот. Общее количество сахаров (глюкозы и фруктозы) составляет 2,1…3,7 %. В соке содержится 1,4…4,4 мг/100 г ликопина и 0,06…0,32 мг/100 г каротина. Оптимальная консистенция обеспечивается при содержании в соке 6…7 % мякоти. Содержание витамина С в соке составляет 10,2…23,0 мг/100 г, причем в процессе хранения потери витамина могут достигать 50 %. В состав минеральных веществ входят калий, кальций, натрий, магний, железо и др. В ароматических веществах томатов определено 36 компонентов: ацетальдегид, этанол, пропанол и др., в том числе ненасыщенные соединения, измененные содержания которых отрицательно влияют на вкус сока.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Для производства томатного сока используют томаты вполне здоровые, интенсивно окрашенные (желательно ручного сбора). Отсортированные томаты измельчают, семена отделяют и промывают, сушат и используют как посевной материал.

Дробленые томаты протирают через сита с целью удаления грубых включений: плодоножек, зеленых частей плодов и возможных примесей. Протертую массу нагревают с целью инактивирования окислительных и пектолитических ферментов, а также уничтожения микроорганизмов и облегчения протирания. Необходимая температура нагревания 75±5 °С должна быть достигнута по возможности быстро, чтобы прекратить деятельность пектолитических ферментов.

Если нагревание сока проводится медленно, томатная масса некоторое время находится при температуре 50…60 °С, что приводит к разрушению растворимого пектина. Сок из медленно нагретых томатов имеет низкую вязкость и склонен к расслаиванию. Быстрое инактивирование пектолитических ферментов достигается путем инжекции пара в томатную массу. Вязкость сока при этом может сохраняться на уровне 95 % первоначальной, но возможно разбавление сока конденсатом.

Томатный сок фасуют в стеклянные или жестяные банки, а также в бумажные пакеты. После эксгаустирования стеклянные банки с соком герметично укупоривают и направляют на стерилизацию или пастеризацию.

Концентрированный томатный сок содержит 40 % растворимых сухих веществ, 21,5 % сахара, органических кислот 3,85 %, каротина 2,23 мг/100 г, витамина С 96,8 мг/100 г. При употреблении его разводят до плотности натурального и употребляют как напиток.

Стадии технологического процесса. Консервирование томатного сока можно разделить на следующие стадии:

– очистка, мойка и сортировка сырья;

– дробление (измельчение) томатов;

– нагревание и экстракция томатной массы;

– центрифугирование и протирка томатопродуктов;

– фасование, стерилизация (пастеризация) сока.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для очистки, мойки и сортировки сырья, в состав которого входят вентиляторные моечные машины, конвейеры и гидролотки.

В состав линии входит комплекс оборудования для дробления (измельчения) томатов, состоящий из дробилок, емкостей и насосов.

Ведущим является комплекс оборудования, включающий вакуум-подогреватели с вакуум-бачками и шнековые прессы со сборниками.

Следующий комплекс оборудования представляют центрифуги или протирочные машины.

Завершающий комплекс оборудования линии состоит из фасовочно-укупорочных машин, стерилизаторов и пастеризаторов.

Машинно-аппаратурная схема линии производства томатного сока представлена на рис. 2.9.

Устройство и принцип действия линии. Линия консервирования томатного сока состоит из двух последовательно расположенных вентиляторных моечных машин, роликового инспекционного транспортера, гидролотка, дробилки, сборника дробленой массы, насоса, двух сдвоенных вакуум-подогревателей, пресса, сборника экстрагированного сока, сдвоенного вакуум-подогревателя экстрагированного сока,

Рис. 2.9. Машинно-аппаратурная схема линии производства томатного сока

Двукратная мойка в вентиляторных моечных машинах 1 обеспечивает полное удаление загрязнений. При перемещении томатов на конвейере 2 сырье за счет вращения роликов переворачивается, что позволяет качественно осуществлять его сортировку и инспекцию. Гидролоток 3 под конвейером предназначен для удаления отходов.сборника подогретого сока, жидкостного наполнителя, закаточной машины, оборудования для стерилизации готовой продукции.

Проинспектированное сырье ополаскивается водой на наклонном участке конвейера, после чего измельчается в дробилке 4. Дробленая масса собирается в емкость 11, откуда перекачивается насосом 7 в сдвоенный вакуум-подогреватель 12 с вакуум-бачком 10, где нагревается до температуры 60…65 °С для облегчения отжима сока в шнековом прессе 13. Линия оснащена резервным шнеком для обеспечения безостановочной работы.

Шнеки расположены на эстакаде, поэтому отжатый сок самотеком поступает в сборник 8 под эстакадой. Сборник оборудован поплавковым сигнализатором уровня. Сок из сборника 8 перекачивается насосом 7 в  вакуум-бачок 10, а затем в сдвоенный вакуум-подогреватель 9, где нагревается до температуры 85…90 °С, а из подогревателя – в сборник 5. При температуре ниже установленной сок снова направляется насосом 7 на повторный подогрев в вакуум-подогреватель 9.

При упаковывании в тару вместимостью 0,25…0,5 л сок к фасовочной машине 14 поступает из сборника 5. При горячем розливе в бутылки сок из сборника 5 подается насосом в теплообменник 6 для нагрева до температуры 97…98 °С. Если линия была остановлена и сок в сборнике 5 остыл, его снова перекачивают в вакуум-подогреватель 9. Сок циркулирует в системе до тех пор, пока температура его достигнет 85 °С.

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Сахар – относится к важнейшим компонентам пищевого рациона – углеводам. Последние подразделяются на моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза), на перевариваемые полисахариды (крахмал, глюкоген) и неперевариваемые полисахариды (пищевые волокна). Моносахариды и дисахариды имеют сладкий вкус и поэтому их называют сахарами. Дисахариды и неперевариваемые полисахариды расщепляются в организме человека с образованием глюкозы и фруктозы. Сахароза легко и полностью усваивается в организме человека, способствует быстрому восстановлению затраченной энергии.

При переработки сахарной свеклы для пищевых целей вырабатывают белый сахар-песок, содержащий не менее 99,75 % сахарозы (в пересчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 0,8 условных единиц. Для промышленной переработки также производят белый с желтым оттенком сахар-песок, содержащий не менее 99,55 % сахарозы  (в перерасчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 1,5 условных единиц. Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов от 0,2 до 2,5 мм.

Качество сахара-песка должно соответствовать требованиям стандарта по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.

Сахар-песок имеет особую ценность благодаря быстроте и легкости его усвояемости и тем самым служит незаменимым источником калорий для людей умственного  и физического труда.

Исходным сырьем в отечественной сахарной промышленности является сахарная свекла, корнеплод которой выкапывают и отгружают на переработку. Заготовляемая свекла должна соответствовать требованиям стандарта по показателям физического состояния и нормированного содержания корнеплодов с определенными дефектами (подвяленные, цветущие, поврежденные и др.). Технологические качества сахарной свеклы также зависят от технической спелости свеклы во время уборки, общей загрязненности и важнейших химических показателей – содержания сахарозы и чистоты свекловичного сока.

Следует отметить, что у заготовителей свеклы в процессе хранения происходит ухудшение большинства показателей качества, что в свою очередь снижает эффективность протекания технологических процессов, повышает потери сахарозы, снижает выход и качество готовой продукции. Поэтому оптимальный производственный период переработки сахарной свеклы равен 100 суткам.

Основными полуфабрикатами свеклосахарного производства являются свекловичная стружка, диффузионный сок, сироп, утфель и промытый сахар-песок. Свекловичная стружка – срезы свеклы определенных размеров и формы, полученные путем изрезания корнеплодов в свеклорезках. Диффузионный сок – водный раствор сахарозы и несахаров, извлеченный из свекловичной стружки диффузионным методом. Сироп – насыщенный сахарный раствор, полученный из очищенного сока выпариванием из него воды в выпарной установке. Утфель – масса, состоящая из кристаллов сахарозы и межкристального раствора, образующаяся при уваривании сиропа и оттеков в вакуум-аппаратах. Промышленный сахар-песок – промытые горячей водой кристаллы сахарозы, отделенные от межкристального раствора (оттеков) при центрифугировании утфеля.

В результате переработки сахарной свеклы наряду с основной продукцией (сахар-песок) получают большое количество побочной продукции. При среднем выходе сахара 10…12 % свекловичное производство дает в процентах к массе переработанной свеклы: 80…83 сырого свекловичного жома, 5,0…5,5 мелассы, 10…13 фильтрационного осадка, которые являются ценными вторичными ресурсами.

Свекловичный жом представляет собой обессахаренную свекловичную стружку, оставшаяся после извлечения из нее сахарозы диффузионным методом. Он содержит 0,3 % сахарозы. Жом имеет большую кормовую ценность, однако для увеличения срока хранения требуется его обработка: высушивание или силосование. Эффективность использования жома можно повысить за счет получения из него пектина, пищевых волокон, метана, одноклеточного протеина.

Меласса представляет собой межкристальный раствор, получаемый при центрифугирования утфеля последней кристаллизации. Меласса содержит: минеральные органические вещества, в том числе углеводы; ценные аминокислоты и амиды; катионы щелочных и щелочноземельных металлов; анионы угольной, серной и фосфорной кислот. Около 50 % вырабатываемой мелассы направляется на кормовые цели.

Кроме того, меласса является ценным сырьем для производства этилового спирта, дрожжей, пищевых кислот, растворителей и др.

Фильтрационный осадок содержит углекислый газ, азотистые соединения, безазотистые соединения и минеральные вещества, ряд элементов и других соединений, полезных для питания растений и животных. Однако этот ценный отход свеклосахарного производства до настоящего времени не находит полезного практического применения, он наносит ущерб экологии природной среды при накапливании в отвалах.

Особенности производства и потребления готовой продукции. Сахарные заводы размещаются в местах выращивания сахарной свеклы. Современный свеклосахарный завод – это крупное промышленное предприятие, которое в зависимости от проектной мощности может перерабатывать от 1,5 до 6 тысяч тонн сахарной свеклы в сутки.

После распада СССР на территории России осталось 95 свеклосахарных заводов. В новых экономических условиях эти предприятия существенно сократили выработку сахара, так как объем перерабатываемой свеклы уменьшился в 2 раза. При этом возросли объемы переработки импортного тростникового сахара-сырца.

В настоящее время резко сократились площади посева и объем заготовки сахарной свеклы. Основные производственные фонды сахарных заводов имеют значительный износ.

Восстановление и дальнейшее развитие отечественного свеклосахарного комплекса зависит от решения проблем по созданию производства, конкурентоспособного на мировом рынке. При этом придется учитывать, что около 80 % конструкторско-исследовательской и машиностроительной базы осталось на Украине.

Особенности производства сахара-песка из сахарной свеклы обусловлены тем, что готовая продукция практически чистая сахароза. Такой химический состав продукции достигается тем, что почти на всех стадиях технологического процесса выполняются операции очистки исходного сырья и полуфабрикатов от загрязнений и посторонних примесей. Большинство операций связано с обеспечением чистоты наружной поверхности корнеплодов свеклы, диффузионного сока, а также кристаллов белого сахара.

Наружную поверхность корнеплодов сахарной свеклы очищают от легких (плавающих) и тяжелых (камни, песок и др.) примесей. Значительная часть примесей отделяется при транспортировании свеклы на переработку в потоке свекловодяной смеси. Загрязнения, прочно связанные с поверхностью корнеплодов, отмывают при помощи механических рабочих органов в моечных машинах.

Вода является наиболее материалоемким отходом производства. Количество воды при прямоточной схеме ее использования (без повторного и оборотного) составляет около 1800 % к массе перерабатываемой свеклы. Промышленные сточные воды требуют специальной очистки, чтобы исключить отрицательное воздействие на окружающую среду.

В связи с полной механизацией уборочных и погрузочно-разгрузочных работ значительно увеличились загрязнения свеклы землей и зеленой массой. Свекла с повышенной загрязненностью значительно увеличивает объем транспортных перевозок, расход транспортерно-моечной воды и нагрузку на очистные сооружения, снижает производительность при переработке свеклы, что в конечном счете приводит к дополнительным затратам и снижению конкурентоспособности производства.

Следует отметить, что при всех дополнительных усилиях не удается получить свеклу с необходимой для прогрессивной технологии чистотой наружной поверхности, что приводит к износу оборудования. В частности, в СССР были прекращены серийный выпуск и практическое применение дисковых свеклорезок. Среди известных типов свеклорезок именно дисковые потребляют меньше энергии и производят свекловичную стружку хорошего качества. Для надежной работы дисковых свеклорезок требуется более высокий уровень чистоты свеклы, но это не препятствует их широкому применению на передовых зарубежных сахарных заводах.

Диффузионный сок содержит примерно 16…19 % сухих веществ из них 14…17 % сахарозы и около 2 % несахаров. Все сахара в большей или меньшей степени затрудняют получение кристаллической сахарозы и увеличивают ее потери с мелассой. Одна часть несахаров при кристаллизации способна удерживать в растворе 1,2…1,5 части сахарозы. Поэтому одной из важнейших задач технологии сахарного производства является максимальное удаление несахаров из сахарных растворов.

В состав несахаров входят многочисленные вещества: органические кислоты, белки, пектины, жиры, редуцирующие вещества (продукты разложения сахарозы в водных растворах на глюкозу и фруктозу под действием ионов водорода или ферментов), красящие вещества и др. Несахара обладают широким спектром физико-химических свойств, что обусловливает различную природу реакций, приводящих к удалению их из диффузионного сока.

Последовательность основных этапов физико-химической очистки диффузионного сока следующая: предварительная дефекация, основная дефекация, I сатурация, II сатурация, отделение осадка, сульфитация.

Дефекация – процесс обработки диффузионного сока известью (известковым мелом). Целью предварительной дефекации являются коагуляция и осаждение под действием дегидратирующих свойств ионов, белков, пектиновых и других веществ коллоидной дисперсности, а также образование хорошей структуры осадка. Кроме коагуляции и осаждения белково-пектинового комплекса, на предварительной дефекации происходит реакция нейтрализации кислот и осаждения солей кальция. Главной задачей основной дефекации является разложение амидов кислот, солей аммония, редуцирующих веществ, омыление жиров, а также создание избытка извести, необходимой для получения достаточного количества осадка СаСО₃ на I сатурации.

Сатурация – процесс обработки дефекованного сока сатурационным газом, содержащим диоксид углерода (СО₂). В результате чего образуются кристаллы карбоната кальция, на поверхности которых в свою очередь адсорбируются частицы несахаров. После I сатурации осадок карбоната кальция с адсорбированными несахарами и коагулятом отделяют отстаиванием или фильтрованием и выводят в отходы. Затем в сок добавляют известь и проводят II дефекацию. На II сатурации в результате химических реакций на поверхности образующегося осадка СaCO₃ осаждаются соли кальция и другие несахара. После этого снова от сока отделяется сатурационный осадок.

Сульфитация – процесс обработки сока или сиропа сернистым газом или сернистой кислотой. Сульфитация проводится с целью снижения вязкости сахаросодержащих растворов и понижения их окрашенности. Сульфитированный сироп фильтруют для отделения осадка.

Количество несахаров в исходном сырье существенно влияет на эффективность процесса очистки сока: чем их больше, тем труднее добиться требуемой чистоты, т.е. массовой доли сахарозы в пересчете на сухие вещества. Соотношение между количествами сахарозы и несахаров в свекле зависит от ее технологических свойств. В частности, цветущие корнеплоды имеют пониженное (на 2…3 %) содержание сахарозы и повышенное количество редуцирующих веществ. Чистота свекловичного сока в подвяленных корнеплодах ниже на 4…12 %, чем у нормальной свеклы. Из корнеплодов с сильными механическими повреждениями при гидроподаче на переработку вымывается в транспортерно-моечную воду до 0,16…0,30 % сахарозы. При наличии зеленой массы на корнеплодах снижается чистота диффузионного сока на 1,7…2,6 %. Естественно, что при хранении перечисленных дефектных корнеплодов ухудшение показателей их качества происходит более интенсивно, чем у нормальной свеклы. Таким образом, заготовка и переработка свеклы ухудшенного качества приводит к потерям сахара и, в конечном счете, снижает конкурентоспособность свеклосахарного производства.

Сахароза хорошо растворяется в воде, при повышении температуры ее растворимость возрастает. В растворах сахароза является сильным дегидратором. Она легко образует пересыщенные растворы, кристаллизация в которых начинается только при наличии центров кристаллизации. Скорость этого процесса зависит от температуры, вязкости раствора и коэффициента пересыщения.

Кристаллизация позволяет из многокомпонентной смеси веществ, которой является сироп, получить практически чистую сахарозу.

Технологическая схема предусматривает столько ступеней кристаллизации, чтобы суммарный эффект кристаллизации (разность чистоты исходного сиропа с клеровкой и мелассы) составлял 30…33 %. Обычно заводы работают по схемам с двумя или тремя кристаллизациями, при этом товарный продукт получают только на первой степени. Двухкристаллизационная схема проще и экономнее трехкристаллизационной, но при ее эксплуатации не всегда достигается достаточно полное обессахаривание мелассы и получение сахара-песка высокого качества.

Товарный сахар-песок высушивается до нормативной влажности 0,04 % при бестарном хранении и 0,14 % при упаковывании в мешки и пакеты.

Хранение сахара на свеклосахарных заводах усложняется тем, что вся продукция вырабатывается в течение нескольких месяцев, после чего ее приходится хранить продолжительное время. Для эффективного использования емкости сахарного склада мешки с сахаром укладывают в штабеля. Для штабелирования мешков применяются различные передвижные подъемники. Обычно под мешки подкладывают деревянные решетки, поддерживающие их на высоте около 100 мм от пола и обеспечивающие хорошую вентиляцию воздуха под ними. Для правильного хранения сахара в складе нужно обеспечить соответствующий температурный и влажностный режим.

Силоса бестарного хранения сахара должны иметь конструкцию, исключающую возможность образования влаги на их внутренних поверхностях. Такой склад должен быть оборудован системой кондиционирования, а также ас­пирации, обеспечивающей очистку отсасываемого воздуха до взрывобезопасной концентрации сахарной пыли.

Для доставки потребителям неупакованного сахара используют вагоны специальной конструкции (хоппера).

Стадии технологического процесса. Производство сахара-песка из сахарной свеклы можно разделить на следующие стадии и основные операции:

– транспортирование и предварительная очистка свеклы;

– мойка свеклы;

– изрезывание свеклы в свекловичную стружку;

– извлечение сока из свекловичной стружки;

– физико-химическая очистка диффузионного сока;

– выпаривание сока и очистка сиропа;

– уваривание утфеля, кристаллизация сахарозы и отделение утфеля (центрифугирование);

– сушка, охлаждение, сортирование и упаковка сахара-песка.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для транспортирования и очистки наружной поверхности свеклы, в состав которого входят системы гидротранспортеров, свеклонасос, ботвосоломоловушки, камнеловушки, водоотделитель, свекломойка и магнитный сепаратор, а также оборудование для отбора хвостиков свеклы.

Следующий комплекс оборудования предназначен для получения и обработки свекловичной стружки, включающий весы, свеклорезку, диффузионный аппарат, мезголовушки и оборудование для отжима влаги от свекловичного жома.

В третий комплекс оборудования для физико-химической обработки диффузионного сока и отделения осадков входят аппараты для дефекации и сатурации сока, подогреватели, дозаторы известкового молока, отстойники, сульфитаторы и фильтры.

Четвертый комплекс оборудования предназначен для выпаривания диффузионного сока и очистки сиропа, содержащий в своем составе четырехкорпусную выпарную установку с концентратором, сульфитатор сиропа и фильтр сиропа.

Ведущим является комплекс оборудования для уваривания сиропа, кристаллизации сахара, отделения утфеля и промывки кристаллов сахара. Основным оборудованием этого комплекса является вакуум-аппараты утфеля, утфелемешалки, утфелераспределители, центрифуги, аффинационная мешалка, сборники оттёков утфелей и мелассы, а также вибротранспортер для промытого сахара-песка.

Завершающий комплекс оборудования для получения товарного сахара-песка включает элеватор, сушильно-охладительную установку, сортировочную установку для сахара, приемные бункеры сахара-песка, а также циклоны сухой и влажной очистки воздуха от сахарной пыли и мешалку для растворения сахарной пыли и комков сахара-песка.

Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из кондиционной сахарной свеклы показана на рис. 2.8.

Устройство и принцип действия линии. Свекла из склада краткосрочного хранения (бурачной) 1 в виде свекловодяной смеси в соотношении 1 : 6…1 : 7 подается в главный гидротранспортер, состоящий из нижнего и верхнего участков. Нижний гидротранспортер 2 заглублен в земле с уклоном в сторону свеклоподъемной станции. На входе в главный гидротранспортер для предотвращения заторов уста­новлены наклонная и горизонтальная решетки 3. В конце гидротранспортера установлен регулятор потока – пульсирующий шибер 4.

Из нижнего участка гидротранспортера свекловодяная смесь перекачива­ется свеклонасосом 5 в верхний гидротранспортер 6, размещенный на высоте более 20 м. Дальнейшее перемещение ее для выполнении различных технологических операций происходит за счет силы тяжести. При движению по металлическому гидравлическому транспортеру корнеплоды подвергаются очистке попеременно в ботвосоломоловушках и камнеловушках. Лег­кие примеси улавливаются в ботвосоломоловушках 7 и 9, а тяжелые в камнело­вушках 8 и 10.

Далее свекловодяная смесь проходит через дисковый водоотделитель 11, где корнеплоды освобождаются от транспортерно-моечной воды, обломков свеклы, песка и мелких свободных примесей и подаются в свекломойку 12 для отмывания от земли и других прилипших примесей. Количество примесей составляет при ручной уборке 1…3 % к массе свеклы, а при механизированной уборке комбайнами 8…10 % и более.

Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загряз­ненности, конструкции машины и в среднем составляет 60… 100 % к массе свеклы. Из мойки корнеплоды поступают на свеклоополаскиватель 13, где производится окончательный смыв грязи с поверхности свеклы и очистка ее от посторонних примесей. Из свеклоополаскивателя кор­неплоды поступают на второй водоотделитель 14, где от них отделяют моеч­ную воду и ополаскивают хлорированной водой, подаваемой через форсунки, и направляют на элеватор 15.

В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики светлы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1…3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечная вода с обломками свеклы из водоотделителей подается в ротационный хвостикоулавливатель 16. Отде­ленные в улавливателе обломки свеклы, солома и ботва поступают в классифи­катор хвостиков 17. Здесь обломки свеклы отделяются от соломы и ботвы и на­правляются на свеклоополаскиватель 18, а из него подаются насосом на элева­тор и перерабатываются вместе со свеклой. Растительные примеси сбрасыва­ются на конвейер 19.

Отмытая свекла поднимается элеватором 15 на контрольный конвейер 20 с электромагнитным сепаратором 21 для улавливания ферромагнитных при­месей и поступает на автоматические весы 22, расположенные над свеклорезками. Взвешенная на автоматических весах свекла выгружается в бункер-накопитель 23.

Свекла из бункера-накопителя подается в свеклорезку 24 для получения свекловичной стружки. Для хорошего экстрагирования свекловичного сока из стружки она должна быть гладкой, упругой и без мезги. Хорошая свекловичная стружка представляет собой длинные и тонкие полоски свеклы желобчатого, прямоугольного или ромбовидного сечения толщиной 0,5…1 мм.

Свекловичная стружка конвейером 25, на котором установлены автоматические ленточные весы 26, направляется в непрерывно-действующий диффузионный аппарат 27. В качестве питательной воды используются сульфитированные аммиачные конденсаты или барометрическая вода из сборника 29, а также очищенная жомопрессовая вода из сборника 28.

В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20…25 % сухих веществ, из них содержание сахарозы колеблется от 14 % до 18 %.

Сахароза, растворенная в клеточном соке, может быть извлечена из клеток только после денатурации (свертывания) протоплазмы с ее полупроницаемой оболочкой. Поэтому для нормального протекания диффузионного процесса свекловичную стружку предварительно нагревают до температуры 70…80 °С.

Сахар извлекается из клеток ткани корнеплода противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть аппарата 17 и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся на­встречу экстрагенту высолаживающую горячую воду. Из конца хвостовой части аппарата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный саха­ром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. В сок попадает 1,5…3 г/л мезги, которую отделяют в мезголовушке 32, затем подают в сборник 33.

Выгружаемый из диффузионного аппарата жом поступает в шнек-водоотделитель 30 и подается в отжимной пресс 31, затем – на сушку и бункерирование. В среднем количество жома, удаляемого из аппарата 27, составляет 80 % к массе свеклы.

Диффузионный сок подается из сборника 33 на физико-химическую очистку, которая состоит из ряда последовательных стадий. Предварительная дефекация осуществляется в аппарате 34, куда кроме сока подается известковое молоко и суспензия сока II сатурации для формирования осадка несахаров. Из преддефекатора сок поступает на первую ступень основной дефе­кации в аппарат 35, где смешивается с известковым молоком для проведения реакции разложения несахаров. Известковое молоко в количестве, соответст­вующем расходу поступающего сока, подается из мешалки известкового моло­ка 36 дозаторами 37.

После первой ступени основной дефекации сок поступает в сборник 38 и насосом подается в подогреватель 39, где нагревается до 85…90 °С и направляется в дефекатор 40 на вторую (горячую) ступень основной дефекации. В переливную коробку дефекатора добавляется известковое молоко для повышения фильтрационных свойств осадка сока I сатурации. Из дефека­тора 40 сок поступает в циркуляционный сборник 41, где смешивается с 5…7-кратным количеством рециркуляционного сока I сатурации, в аппарате 42 подвергается I сатурации и самотеком поступает в сборник сока I сатурации 43. Далее, пройдя подогреватель 44, сок перекачивается насосом в напорный сборник 45, расположенный над листовыми фильтрами 46.

Сгущенная суспензия из фильтров 46 через мешалку 48 и напорный сбор­ник 49 подается в вакуум-фильтры 50. Фильтрат отводится из вакуум-фильтров через вакуум-сборник 51 в сборник фильтрованного сока I сатурации 47. Обра­зующийся фильтрационный осадок поступает в мешалку 52, а из нее направляется на поля фильтрации.

Фильтрованный сок I сатурации, нагретый в подогревателе 53 до темпе­ратуры 92…95 °C, подается насосом в дефекатор 54 на дефекацию перед II сату­рацией. Во всасывающий трубопровод насоса вводится известковое молоко. Из дефекатора сок самотеком поступает в аппарат 55 на II сатурацию, обрабатыва­ется там диоксидом углерода и направляется в сборник 56, откуда насосом пе­рекачивается в напорный сборник 57, расположенный над листовыми фильтратами 58.

Рис. 2.8. Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы

Сгущенная суспензия из фильтров 58 подается в мешалку 59, откуда перекачивается на преддефекацию. Фильтрат из листовых фильтров поступает в сборник 60. После фильтров сок II сатурации сульфитируется диоксидом серы в сульфитаторе 61 и собирается в сборнике 62, откуда насосом подается для кон­трольной фильтрации на фильтр 63. Фильтрованный сок II сатурации собирается в сборнике 64.

Сгущение сока ведут в два этапа: сначала его сгущают на выпарной установке до содержания сухих веществ 65 % (при этом сахароза еще не кристаллизуется), а затем после дополнительной очистки вязкий сироп на вакуум-аппарате сгущают до содержания сухих веществ 92,5…93,5 % и получают утфель.

На первом этапе сок направляется насосом через три группы подогревателей 65 в корпус 66 выпарной установки. Она предназначена для последовательного сгущения сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих ве­ществ в продукте увеличивается с 14… 16 % в первом корпусе до 65…70 % (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса.

Из I корпуса сок проходит последовательно II корпус 68, III корпус 69, IV корпус 70 и концентратор 71, сгущаясь до определенной плотности. Выпарен­ная из сока часть воды в I корпусе образует вторичный пар, который использу­ется для обогрева последующего корпуса и т.д. Образующийся в выпарных ап­паратах конденсат отводится через конденсатные колонки 67 в сборники кон­денсата.

Из выпарной установки полученный сироп поступает в сборник 72, отку­да насосом подается в сульфитатор 73. В сульфитатор также подается клеровка (раствор сахара II кристаллизации и сахара-аффинада). Сульфитированный си­роп с клеровкой направляется в сборник 74. Затем смесь подогревается в по­догревателях 75 и направляется в напорный сборник 76, откуда подается для фильтрации в фильтр 77 и поступает в сборник 78. Фильтрованная смесь насосом направляется в сборник 79 перед вакуум-аппаратами.

Из сборника 79 смесь поступает в вакуум-аппарат 80 и уваривается до со­держания сухих веществ 92,5 %. Таким образом, сироп уваривается до пересыщения, после введения сахарной пудры сахароза выделяется в виде кристаллов и образуется утфель I кристаллизации. Он содержит около 7,5 % воды и 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Утфель I кристаллизации (утфель I) спускают в приемную утфелемешалку 81. Из нее утфель поступает через утфелераспределитель 82 в центрифуги 83, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристального раствора. Этот раствор называется первым оттёком. Чистота первого оттека 75… 85 %, что значительно ниже чистоты утфеля.

Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают неболь­шим количеством горячей воды – пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттёк более высокой чистоты – второй оттёк. Первый оттёк направляют в сборник 84, второй – в сборник 85.

Из центрифуги 83 промытый сахар-песок влажностью 0,8…1 % выгружают на вибротранспортер 86, элеватором 87 поднимают в сушильно-охладительную установку 88,и высушивают горячим воздухом температурой 105…110 °С до влажности 0,14 %.

Готовый сахар-песок содержит комки и ферромагнитные примеси. Последние удаляют с помощью электромагнитного сепаратора, подвешенного над ленточным конвейером 89. В сортировочной установке 90 отделяют комки, а сахар-песок по размеру кристаллов разделяют на фракции и подают в бункера 91, расположенные в упаковочном помещении.

Воздух, отсасываемый вентилятором из сушильно-охладительной уста­новки, очищается от сахарной пыли в циклоне сухой очистки 92 и в циклоне влажной очистки 93. Уловленная сахарная пудра и комки сахара-песка растворяются соком II сатурации в мешалке 94, и далее раствор поступает в клеровочную мешалку 104.

Первый и второй оттёки, полученные при центрифугировании утфеля I, перекачивают соответственно в сборники перед вакуум-аппаратами 95 и 96. Утфель II кристаллизации (утфель II) уваривают из второго и первого оттёков утфеля I в вакуум-аппаратах 97 до содержания сухих веществ 93 %, в том числе около 50 % кристаллического сахара. Утфель II спускают в приемную утфелемешалку 98 и опрыскивают горячей водой. Через утфелераспределитель 99 утфель направляют в центрифуги 100, где он центрифугируется с отбором двух оттёков, которые направляют в сборники 101 и 102. Из центри­фуг сахар II кристаллизации шнеком 103 подается в клеровочную мешалку 104, где он растворяется (клеруется) в фильтрованном соке II сатурации. Затем кле­ровку направляют на сульфитацию совместно с сиропом.

Для уваривания утфеля III кристаллизации (утфель) в вакуум-аппаратах 108 последовательно забирают второй и первый оттёки утфеля II кристаллизации из сборников 105 и 106 и аффинационный оттёк из сборника 107. Содержание сухих веществ в утфеле III доводят до 93,5…94 %. Через прием­ную утфелемешалку 109 его спускают в кристаллизационную установку 110, где проводят дополнительную кристаллизацию сахара при искусственном охлаждении утфеля. В последней утфелемешалке кристаллизационной установки утфель для снятия избыточного пересыщения межкристального раствора нагре­вают на 5…10 °С и через утфелераспределитель 111 подают в центрифуги 112, где его центрифугируют без промывания сахара водой с отбором одного оттёка мелассы в сборник 113. Мелассу из сборника направляют через напорный сборник 114 на весы 115, взвешивают и перекачивают в емкости на хранение.

Сахар III кристаллизации смешивают в аффинаторе 116 с первым оттёком утфеля I кристаллизации, получая аффинационный утфель с содержанием су­хих веществ 89…90 %. Аффинационный утфель центрифугируют на центрифугах 117 отдельно от утфеля II кристаллизации. Сахар-аффинад промывают горячей водой, отбирая два оттёка вместе, и направляют их в сборник 118, откуда пере­качивают в сборник 107 для уваривания утфеля III кристаллизации. Сахар-аффинад подают шнеком 103 в клеровочную мешалку 104 и растворяют фильт­рованным соком II сатурации вместе с сахаром II кристаллизации.