Išradimas yra susijęs su aliejaus ir riebalų pramone. Metodas numato paruošimą, ekstrahavimą atskiriant atitinkamą ekstraktą, kiekvieno ištraukimo etapo procese naudojant periodinį lašinimą ir padidinimą iki pradinės vertės atskiriant atitinkamą ekstraktą. Prieš ekstrahavimą žaliava garinama kartu distiliuojant eterinius aliejus ir terpenus, tada ekstrahuojama vandeniniu 70 % etilo alkoholiu, o po to ekstrahavimo masė atskiriama į skystąją fazę ir kietą dumblą verdant ekstrahentą. Kietoji fazė plaunama ekstrahentu, ekstrakcijos masė verdant atskiriama į skystąją fazę ir kietą dumblą, po to ekstrahuojamas ekstraktas. Kietas dumblas ekstrahuojamas 20 % etanolio – 80 % nepolinio alifatinio angliavandenilio mišiniu, po to ekstrahavimo masė atskiriama į skystąją fazę ir kietą dumblą verdant. Kietas dumblas plaunamas ekstrahavimo priemone, ekstrakcijos masė verdant atskiriama į skystąją fazę ir kietąjį dumblą, po to ekstrahuojamas ekstraktas. Gauti produktai nukreipiami į tikslinių produktų pasirinkimą. POVEIKIS: išradimas leidžia padidinti regeneruojamų gaminių asortimentą supaprastinant technologinį procesą. 4 w.p. skristi.
Išradimas yra susijęs su kompleksinio augalinių medžiagų apdorojimo sritimi, kai išskiriami vietiniai komponentai: eteriniai aliejai, bioflavonoidai, aktyvios natūralios maistinės rūgštys, vitaminai, mikro ir makroelementai ir kt., kurie gali būti naudojami kaip biologiškai aktyvūs maisto priedai ir farmacinės kompozicijos, turinčios platų biologinį aktyvumą.
Augalinė žaliava yra natūralus biopolimeras, susidedantis iš vandenyje netirpių angliavandenių (celiuliozės, hemiceliuliozės) ir lignino, turintis vandenyje tirpių cukrų, krakmolo, pektinų, druskų ir kitų komponentų, taip pat ekstraktinių medžiagų – eterinių aliejų, terpenų, augalinių polifenolių. , steroliai , lignanai, taninai, lipidai, riebalų rūgštys, azoto turintys junginiai.
Kompleksiškai apdorojant augalines žaliavas, iš jo gaunama:
Eteriniai aliejai, terpenai, naudojami parfumerijos, medicinos, maisto ir konservų pramonėje (Sokolnikov N.P., Kondratitsky A.P., Eterinių aliejų gamybos technologija, M., 1958);
Vitaminai, naudojami maisto priedų gamyboje, farmacijos pramonėje;
Polifenoliai – naudojami kaip antioksidantai organinėje sintezėje, technologijose, Žemdirbystė, maisto priedų, žaliavų veterinarinėje medicinoje, farmacijos pramonėje gamyba;
Organiniai junginiai – oligosacharidai, naudojami kaip rišiklis tablečių, dažų, emulsiklių, biologiškai aktyvių medžiagų gamyboje, kaip klijai;
Techniniai produktai - natūralios netirpus medienos biopolimeras, turintis lignino ir celiuliozės, naudojamas kaip žaliava mikroceliuliozės gamybai, techninė celiuliozė, galvijų pašarų komponentai, sorbentai, akmens anglių medžiagos, suodžiai, kurie naudojami kaip sorbentas grunto, vandens valymui, technologinės nuotekos, naftos, naftos produktų surinkimui, korundo gamybai, metalų lydymui, pigmentiniams užpildams ir kt. (Kholkin Yu.I., Hidrolizės gamybos technologija. M.: Lesnaya promyshlennost, 1989).
Esami gero derlingumo ir aukšto grynumo augalinių medžiagų perdirbimo metodai siūlo jau ekstrahavimo stadijoje paruošti koncentruotos vaistinės medžiagos komponentus arba juos derinti su atitinkamo ekstrakto atskyrimu, o tai suteikia galimybę. gauti du ar daugiau ekstraktų arba jų mišinio kaip tikslinių produktų ( EN 2045917 C1, 1995-10-20) ir jų naudojimas atskira forma arba kompozicija, pagaminta skystu pavidalu, tablečių, tablečių, kapsulių, granulių pavidalu. Norint visiškai išgauti ir išvengti ekstrahuojamų medžiagų praradimo iš augalinių objektų, naudojamas daugkartinis ekstrahavimas.
Techniškai užduotį galima atlikti ekstrahuojant vakuuminio impulso režimu, kai atleidžiamas slėgis, kad ekstrahentas užvirtų, laikant vakuume, atkuriant pradinį atmosferos slėgį ir mišinį kaitinant iki pradinės temperatūros, o ekstraktą atskiriant po 5 val. slėgio kitimo ciklai. Tai leidžia pašildyti žaliavą iki tokios temperatūros, kuri nesukelia medžiagos denatūravimo, atlikti įkaitintos ir degazuotos žaliavos drėkinimą ir impregnavimą kaitintu tirpikliu vakuuminio impulso režimu ( EN 2163827 C2, 2001 10 03).
Šio metodo trūkumas – darbas vakuume ir žemas žaliavų panaudojimo greitis, nes superkritinėmis sąlygomis išgaunama tik riebaluose tirpi dalis, o visos vandenyje tirpios medžiagos lieka kietame dumble, kuris toliau neapdorojamas, o didelis žaliavų malimas neužtikrina visiško karotinoidų ir tokoferolių ekstrahavimo, nes mažesnės nei 0,3 mm žaliavos yra linkusios prilipti, o tai apsunkina ekstrahavimo procesą (EA Shaftan et al. Rosa L. ekstrakto naudojimas kosmetiniais tikslais.Augalų ištekliai, 1976. T. XIV, t. 2, p. 208-211).
Technine esme artimiausias siūlomam ir žaliavų panaudojimo sudėtingumui yra susmulkintų erškėtuogių ekstrahavimo vandeniu ir nepoliarinėmis suskystintomis dujomis apdorojimo būdas. Slėgis ekstrahavimo mišinyje periodiškai mažinamas iki vertės, užtikrinančios ekstrahento virimą, ir padidinamas iki pradinės vertės. Tai sumažina technologinio ciklo trukmę, kai išleidžiamas tikslinių produktų kompleksas, įskaitant natūralių medžiagų išgavimą iš sunaikintų žaliavų ( EN 2251918, A23L 1/212, 2005). POVEIKIS: išradimas leidžia sukurti optimaliai efektyvias sąlygas gauti ekstraktus su maksimaliu veikliųjų medžiagų, ypač vitamino C, kiekiu.
Šio metodo trūkumas yra anglies dioksido, kuris yra superkritinės būsenos, naudojimas, dėl kurio reikia išdžiovinti žaliavas ir dėl to prarandama dalis biologiškai aktyvių medžiagų. Kitas šio žaliavų apdorojimo būdo trūkumas yra tai, kad naudojama supaprastinta izoliavimo technologija neužtikrina visiško ekstrakto išgavimo pasibaigus etapui, o atliekų šalinimas sukuria tam tikrų techninių ir ekonominių sunkumų, kai pramoninis perdirbimas augalai. Be to, siūloma technologija nenumato perdirbimo ir reagentų grąžinimo į ciklą proceso ir atitinkamai padidina tikslinių produktų kainą.
Išradimo techninis tikslas – sukurti kompleksinės technologijos metodą augalinių medžiagų apdirbimui naudojant įvairias augalų dalis, įvairaus laipsnio drėgmę, didinant ekstrahuojamų produktų asortimentą, tuo pačiu supaprastinant procesą, sumažinant ekstrahavimo difuzijos atsparumą. , taip pat energijos sąnaudų mažinimas, atliekant ekstrakciją kintamos sudėties ekstraktantu, skystos ekstrakcijos masės visiškas atskyrimas nuo išgautos žaliavos, kai atleidžiamas slėgis ir dėl to didėja žaliavų panaudojimo greitis.
Užduotis išspręsta dėl to, kad:
Ruošiant žaliavas, išgaunami augalų vaisiai, lapai, ūgliai, stiebo ir šaknų dalys naudojami prieš tai nedžiovinus ir nesumalant vaisių, o augalų stiebo ir šaknų dalių šlifavimas atliekamas iki 10-30-50 mm dydžio. kurių tūrinis tankis 0,25-0,4 t / m 3;
Taikant kompleksinį augalinių žaliavų perdirbimo metodą, įvedamas žaliavų garinimo etapas, tuo pačiu metu distiliuojant eterinius aliejus ir po to juos visiškai absorbuojant nepoliniais angliavandeniliais ir vėliau išskiriant tikslinį produktą;
Ekstrahuojama periodiškai sumažinant slėgį ekstrahavimo mišinyje iki tokio lygio, kad būtų užtikrintas ekstrahento virimas, kartu vykstantys kavitacijos procesai, kurių metu kiekviena nesumaišytos medžiagos sluoksnio dalelė intensyviai ir daug kartų plaunama ekstrahentu ir padidinus slėgį iki pradinės vertės (dažniausiai 5-6 ciklai). Visa tai lemia staigų šilumos ir masės perdavimo padidėjimą ir atitinkamai ekstrahavimo proceso intensyvėjimą. Slėgis padidinamas iki pradinės vertės, iš iš dalies destruktūrizuotų žaliavų išgaunamos natūralios medžiagos, o tai užtikrina biologinių žaliavų gavybos gylio padidėjimą dėl ląstelinės struktūros sunaikinimo ekstrahavimo proceso metu ir lydi mažėjimo. jo atsparumas difuzijai ir atitinkamai fazių kontaktinio paviršiaus vystymasis su ekstraktantu, kurio sudėtyje yra vandens, alkoholio ir alifatinės serijos nepolinio angliavandenilio emulsijos, kurios virimo temperatūra ne aukštesnė kaip 90 °C. ekstrahavimo masės atskyrimo į ekstraktą ir kietąją fazę sąlygos, atitinkamai pagal jų masių santykį (5,0-10,0): (0,5-1), o masę - žaliavų ir nepolinio angliavandenilio santykį, kuris yra dalis. emulsijos, yra nuo 1,0:5 iki 1,0:10 ir nustatomas pagal žaliavų tūrinį tankį;
Atlikus periodinio slėgio mažinimo ciklus iki vertės, užtikrinančios ekstrahento užvirimą, aušinimą ir tolesnį tirpiklio garų kondensaciją, ekstrahavimo masė dėl susidariusio perteklinio slėgio ekstrahuojantį tirpalą išskiriama į skystąją fazę ir kietą dumblą;
Kietoji fazė, gauta atskyrus ekstrahavimo masę, plaunama ekstrahentu, ekstrahavimo masė atskiriama į skystąją fazę ir kietą dumblą verdant ir vėliau ekstrahuojant ekstraktą;
Panašiai ekstrahavimo procesas atliekamas su 20% etilo alkoholio ir 80% nepolinio alifatinės serijos angliavandenilio mišiniu (heksanas, petrolio eteris ir kt.);
Eterinių aliejų ir terpenų frakcija nukreipiama į tikslinių produktų atranką;
Ištraukos siunčiamos atskirti. Vandenyje tirpūs vitaminai, oligosacharidai ir bioflavonoidai yra išskiriami iš vandens-alkoholio fazės, o vandens-angliavandenilio-alkoholio ekstraktas skirstomas į stratifikuotą: vandeninę ir angliavandenilių fazę iš aliejų, sterolių, lipidų, riebalų rūgščių, dervų ir bioflavonoidų. , kurie pašalinami iš proceso kaip tikslinis produktas , po to atskiriami aliejai, steroliai, lipidai, riebalų rūgštys ir dervos iš angliavandenilių fazės, iš vandeninės fazės, kurioje yra vandenyje tirpių vitaminų, oligosacharidų ir bioflavonoidų, o po to toliau gryninamas bioflavonoidai frakcinės kristalizacijos būdu.
Kietas dumblas, likęs po ekstrahavimo etilo alkoholio ir nepolinio alifatinio angliavandenilio mišiniu, pašalinamas iš ekstrahanto pėdsakų ir gaunamas mineralinis kompleksas, turintis mikro ir makroelementų, kuris naudojamas kaip pašarų priedas gyvulių pašaruose.
Absorbcijos ir ekstrahavimo etapuose naudojami tirpikliai yra perdirbami, degazuojami iš oro, laikomi ir laikomi „kvėpuojant azotu“, grąžinami į ciklą po regeneracijos naudojant kondensatorius.
Kaip nepolinis angliavandenilis, kurio virimo temperatūra ne aukštesnė kaip 90 °C, kuris yra ekstrahento dalis, naudojami nepolinių angliavandenilių mišiniai, gaunami iš tiesioginio distiliavimo benzino, kurio virimo temperatūra ne aukštesnė kaip 90 °C. C, anksčiau išgrynintas iš polimerinių priemaišų dervų filtravimo būdu, taip pat n-heksanas, nefras ir kt.
Metodas atliekamas taip: technologiniam procesui atlikti vaisiai, lapai, ūgliai, augalų stiebo ir šaknų dalys naudojami atskirai arba mišinio pavidalu, nedžiovinant ir nesumalant vaisių, todėl galima gauti atskiri komponentai ir (arba) jų kompozicijos, o augalų stiebo ir šaknų dalys sumalamos šėrimo agregato malūne iki pašarų bunkerio iki technologinių skiedrų dydžio, kurių tūrinis tankis 0,25-0,4 t/m 3 ir paduodamas į emaliuotą reaktorių-ekstraktorių, turintį garo šildymo gaubtą.
Naudojamas reaktorius-ekstraktorius tinkliniu netikru dugnu, o ant ištraukiklio tinklinio netikro dugno radialiai klojami vamzdžiai su 1,5×2,0 mm skylutėmis garams tiekti į reaktorių ir ištraukti skystąją fazę.
Reaktorius pašildomas iki 110-120°C temperatūros. Garai tiekiami per apatinį reaktoriaus antgalį, kad sudrėkintų žaliavą ir normalizuotų žaliavos drėgmę, kaitinama žaliava iki 105°C, garais distiliuojami eteriniai aliejai ir terpenai. Distiliatas nukreipiamas į tikslinių produktų atranką, kurie atskiriami žinomais metodais.
Į reaktorių iš tiekimo bloko įvedamas vandeninis 70 % etanolio tirpalas. Tikslinga išlaikyti kietųjų ir skystųjų fazių masių santykį proporcijomis: M susmulkintos žaliavos: M aq. Dėl didesnio tirpiklio ir ekstrahuojamų medžiagų santykio gaunami mažai koncentruoti ekstraktai.
Įleidimo ir išleidimo vožtuvai uždaromi, o reakcijos masė ekstraktoriuje kaitinama, į ją leidžiant garą, kad reaktoriuje būtų pasiektas 0,5 MPa slėgis ir 125°C temperatūra. Pastovus slėgis reaktoriuje viso ekstrahavimo proceso metu palaikomas papildomai tiekiant garą per radialiai nutiestus netikro ekstraktoriaus dugno vamzdžius.
Po 10 minučių praleidžiant garą ir pasiekus 0,5 MPa slėgį, atidaromas rutulinis vožtuvas, kuris prijungiamas prie šilumokaičio vamzdis vamzdyje. Palaikius 10 minučių, kad ekstraktas iš šilumokaičio būtų grąžintas į ekstraktorių, vožtuvas uždaromas ir tiekiami garai, kad būtų pasiektas 0,5 MPa slėgis. Ši operacija atliekama 5-6 kartus. Minkštieji augalinių žaliavų audiniai (vaisiai, ūgliai, lapai) sunaikinami veikiant mechanocheminiam smūgio bangos poveikiui, susidariusiam tokiomis sąlygomis. fazių perėjimas„skysti-garai“ ir vykstantis ekstraktanto virimas. Stiebuose ir šaknies dalyje ekstraktas išspaudžiamas per augalų sieto ląstelių sieneles, o ekstrahavimas pagreitėja dėl tirpiklio virimo sukeliamų kavitacijos procesų, kuriuos lydi intensyvus maišymas ir atitinkamai mažėja difuzijos laikas.
Norint greitai pašalinti ekstraktą, pasiekus 0,5 MPa slėgį, vandenyje tirpių vitaminų, oligosacharidų, flavonoidų vandeninis-alkoholinis ekstraktas išspaudžiamas per tinklinį netikrą ekstraktoriaus dugną su sukrautais vamzdžiais su 1,5 × 2,0 mm skylėmis. Atskyrus gautą ekstrahavimo masę, kietoji fazė plaunama ekstrahentu santykiu: M susmulkintos žaliavos: M vandeninis etanolis =1:0,25-0,5, tūrio modulis 10:1-2. Ekstrahavimo masė dėl susidarančio perteklinio slėgio išskiriama į skystąją fazę ir kietą dumblą, verdant ekstraktorių ir išspaudžiant. Norint visiškai ištraukti ekstraktą iš dumblo, ši operacija atliekama 2-3 kartus. Sujungtas vandens ir alkoholio ekstraktas siunčiamas į reaktorių ekstrahentui distiliuoti. Vakuuminiame distiliavimo aparate distiliavus 70 % etilo alkoholio, gaunamas tikslinis produktas – aktyvių natūralių maistinių rūgščių, vitaminų, oligosacharidų, flavonoidų vandeninis tirpalas, kuris naudojamas kaip koncentruota vaistinė medžiaga arba žinomais atskiriama į atskirus komponentus. metodus. Distiliuotas 70 % etanolio tirpalas yra perdirbamas į procesą per ekstraktoriaus tiekimo įrenginį.
Alkoholinis n-heksano ekstraktorius (20% etilo alkoholio - 80% n-heksano tirpalas) įvedamas į reaktorių, įkaitintą iki 105-110°C temperatūros, turintį dumblą, ištraukus polinę frakciją iš tiekimo įrenginio. . Kietosios ir skystosios fazės masių santykį patartina išlaikyti tokias proporcijas: M susmulkintos žaliavos: M heksanas-etanolis =1-4, tūrio modulis 1:1.
Po 10 minučių, norint sudrėkinti žaliavą ekstraktantu ir pasiekti 0,5 MPa slėgį, kurį palaiko papildomas garo padavimas į reaktoriaus gaubtą, atidaromas rutulinis vožtuvas, skirtas prijungti prie "vamzdžio vamzdyje" tipo šilumokaičio. Palaikius 10 min., kad iš šilumokaičio būtų grąžintas ekstraktorius, vožtuvas uždaromas ir į apvalkalą paduodami garai, kad būtų pasiektas 0,5 MPa slėgis. Ši operacija atliekama 5-6 kartus. Ekstraktui pašalinti, pasiekus 0,5 MPa slėgį, išspaudžiamas riebaluose tirpaus lipidų-karotinoidų komplekso vandeninis n-heksano-alkoholio ekstraktas emulsijos pavidalu, susidariusia dėl žaliavoje likusio vandens iš kietas dumblas, kuriame yra lignino ir celiuliozės. Atskyrus gautą ekstrahavimo masę, kietoji fazė plaunama ekstrahentu santykiu: M susmulkintos žaliavos: M heksanas-etanolis =1:0,5-1, tūrinis modulis 10:1-2. Ekstrahavimo masė dėl susidariusio perteklinio slėgio išskiriama į skystąją fazę ir kietą dumblą, ekstrahuojantį ir išspaudžiant, ir siunčiama į atranką. Norint visiškai išgauti ekstraktą iš kieto dumblo, ši operacija atliekama 2-3 kartus. Kombinuotas vandens-n-heksano-alkoholio ekstraktas yra nukreiptas į tikslinių produktų atranką. Tikslinis produktas yra riebaluose tirpaus lipidų ir karotinoidų komplekso ekstraktas, kuris naudojamas koncentruotos vaistinės medžiagos pavidalu arba žinomais būdais atskiriamas į atskirus komponentus. Distiliuota vandens-n-heksano emulsija nusėda, o n-heksanas yra perdirbamas į procesą per ekstraktoriaus tiekimo įrenginį.
Kietas dumblas, likęs po ekstrahavimo alkoholiu-n-heksanu, pašalinamas nuo ekstrahento pėdsakų, o tirpiklio pėdsakai iš panaudotų miltų distiliuojami jį veikiant perkaitintais vandens garais ir šildant miltus išleidimo zonoje. . Išskirtas produktas džiovinamas, gaunamas mikro ir makroelementų turintis mineralinis kompleksas, kuris naudojamas kaip pašarų priedas gyvulių pašaruose.
Taigi siūlomas kompleksinio perdirbimo viename technologiniame procese būdas leidžia efektyviau panaudoti augalines medžiagas ją kompleksiškai apdorojant, siekiant gauti vertingiausius biologiškai aktyvius maisto komponentus. Įvedus garuose eterinių aliejų, terpenų distiliavimo etapą, laipsnišką ekstrakciją naudojant skirtingo poliškumo tirpiklius, pasiekiamas kompleksinis augalinių medžiagų apdorojimas ir galimybė išplėsti biologiškai aktyvių priedų asortimentą, išgauti ekstraktas iš kieto dumblo dėl perteklinio slėgio leidžia pasiekti išsamų ekstrakto atskyrimą.
Siūlomas metodas leidžia naudoti įvairaus drėgmės laipsnio žaliavas ir padidinti jų panaudojimo koeficientą dėl pilnesnio ekstrakto atskyrimo bei perdirbimo atskirai arba vaisių, lapų, ūglių, stiebo ir stiebo mišinio pavidalu. šaknų dalys Įvairios rūšys augalai leidžia gauti atskirus komponentus ir (arba) jų kompozicijas ir taip padidinti išgaunamų produktų asortimentą, tuo pačiu sumažinant energijos sąnaudas gaminant produktus, supaprastinant proceso technologiją, o tai leidžia racionaliai naudoti augalinių medžiagų žaliavos.
REIKALAVIMAS
1. Augalinių žaliavų kompleksinio apdorojimo būdas, numatantis paruošimą, ekstrahavimą su atitinkamo ekstrakto atskyrimu, naudojant kiekvienos ekstrahavimo stadijos procese periodinį slėgio kritimą iki vertės, užtikrinančios ekstrahento virimą ir padidinimas iki pradinės vertės atskiriant atitinkamą ekstraktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad prieš ekstrahavimo etapą žaliava garinama, tuo pačiu metu distiliuojant eterinius aliejus ir terpenus, tada ekstrahuojama vandeniniu 70 % etilo alkoholiu, o po to atskiriamas ekstrahavimo masę į skystąją fazę ir kietąjį dumblą verdant ekstrahentą dėl susidariusio perteklinio slėgio, kietoji fazė plaunama ekstrahentu, ekstrahavimo masė atskiriama į skystąją fazę ir kietąjį dumblą verdant ir vėliau ekstrahuojant ekstraktą, tada kietas dumblas ekstrahuojamas 20 % etilo alkoholio ir 80 % nepolinio alifatinės serijos angliavandenilio mišiniu, po to ekstrahavimo masė atskiriama į skystąją ir kietąją fazę kietą dumblą užvirinant ekstrahentą dėl susidariusio perteklinio slėgio, kietas dumblas nuplaunamas ekstrahentu, ekstrakcijos masė verdant atskiriama į skystąją fazę ir kietąjį dumblą, vėliau ekstrahuojant ekstraktą, o po to – esminio aliejai ir ekstraktai nukreipiami į tikslinių produktų išskyrimą, o kietas dumblas, likęs po ekstrahavimo etilo alkoholio mišinio - alifatinės serijos nepolinio angliavandenilio, kaitinant pašalinamas nuo ekstrahento pėdsakų ir gaunamas mineralinis kompleksas. kurių sudėtyje yra mikro ir makroelementų, kurie naudojami kaip pašarų priedas gyvūnų pašaruose.
2. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad kaip augalinės medžiagos naudojami augalų vaisiai, lapai, ūgliai, stiebo ir šaknų dalys.
3. Būdas pagal 2 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad ekstrahuojami augalų vaisiai, lapai, ūgliai, stiebo ir šaknų dalys yra naudojami be išankstinio vaisių džiovinimo ir sumalimo.
4. Būdas pagal 2 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad augalų stiebo ir šaknų dalys susmulkinamos iki 10-30-50 mm dydžio ir 0,25-0,4 t/m3 tūrio tankio.
5. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad kietosios ir skystosios fazės masių santykis ekstrahuojant vandeniniu etilo alkoholio ir etilo alkoholio - alifatinės serijos nepolinio angliavandenilio tirpalu žaliavos atžvilgiu yra 1: 4, atitinkamai tūrio modulis yra 1:1.
Biokonversija šiuo metu yra perspektyviausias augalų ir augalinių atliekų panaudojimo būdas. Biokonversijos technologijos esmė tokia: žaliavos (atliekos), kuriose yra kompleksinių polisacharidų – pektino, celiuliozės, hemiceliuliozės ir kt., yra veikiamos kompleksiniais fermentų preparatais, kurių sudėtyje yra pektinazės, hemiceliulazės ir celiuliozės. Fermentai yra išgrynintas ekstraląstelinis baltymas ir geba giliai sunaikinti ląstelių sieneles bei atskirus struktūrinius polisacharidus, t.y. kompleksiniai polisacharidai skaidomi į paprastus, po to jų pagrindu konstruojami lengvai virškinami pašariniai baltymai.
Šios atliekos gali būti naudojamos kaip pradinės žaliavos:
1. Žemės ūkio augalų augalinės sudedamosios dalys: javų ir pramoninių kultūrų stiebai, saulėgrąžų krepšeliai ir stiebai, sėmenų uogos, kukurūzų burbuolės, bulvių minkštimas, ankštiniai augalai, šienainio ir siloso atliekos, vynuogių atliekos, arbatos plantacijos, tabako stiebai.
2. Grūdų perdirbimo pramonės atliekos: sėlenos, atliekos valant ir rūšiuojant grūdų masę (grūdų atliekos), grūdų piktžolė, pažeisti grūdai, silpni ir sudygę grūdai, laukinių augalų sėklos, nekokybiški grūdai.
3. Konservavimo, vyno gamybos atliekos ir vaisių atliekos: odelės, sėklų lizdai, brokuoti vaisiai, servetėlės ir išspaudos, vynuogių atliekos, cukinijų atliekos, nupjauti vaisių galai, iškeptas cukrus, sugedusios cukinijos, žaliųjų žirnelių atliekos (viršūnėlės, sparneliai). , grūdų barstymas, skaldyti grūdai, lapų gabaliukai, varčia), kopūstų, burokėlių, morkų, bulvių atliekos.
4. Cukraus pramonės atliekos: runkelių minkštimas, melasa, rafinuota melasa, filtrų pyragas, runkelių skeveldros, burokėlių uodegos.
5. Alaus ir alkoholio pramonės atliekos: miežių lydinys (silpni miežių grūdeliai, pelai, šiaudai ir kt. priemaišos), poliravimo atliekos, susmulkinto lukšto dalelės, endospermas, skaldyti grūdai, salyklo dulkės, panaudoti grūdai, melasa, krakmolingi maisto produktai(bulvės ir įvairių rūšių grūdai), poalkoholinis gėrimas, košė.
6. Arbatos pramonės atliekos: arbatos dulkės, basutės, plaukeliai, lapkočiai.
7. Eterinių aliejų pramonės atliekos: žolinių ir gėlių žaliavų atliekos.
8. Alyvos atliekos – riebalų pramonė: saulėgrąžų lukštai, medvilnės lukštai.
9. Konditerijos ir pieno pramonės atliekos.
Taigi bet kokia augalinė medžiaga ir jos dariniai, kaip lignoceliuliozės šaltinis, yra prieinami mikrobiologiniam biokonversijai į angliavandenių-baltymų pašarus ir pašarų priedus.
Kartu su kondicionuotų augalų ir grūdų komponentų apdorojimu technologija leidžia atkurti ir daugkartiškai padidinti ankstesnes pašarų savybes patogenine mikroflora užkrėstų, vabzdžių sugadintų ar dėl netinkamo laikymo iš dalies suirusių žaliavų.
Pasibaigus biokonversijos procesui, gaunamas galutinis produktas yra pašarų priedas – angliavandenių-baltymų koncentratas (UPC), kuris įgyja 1,8-2,4 karto pranašesnes pašarines savybes už geros kokybės pašarinius grūdus, taip pat turi nemažai būtinų ir reikalingų. savybių, kurių nėra, turi tradicinių grūdų žaliavų.
Alternatyvia mikrobiologinės biokonversijos technologija gaunamo galutinio produkto ypatybė yra ta, kad iš esmės žaliavos UBC pašarų priedo gamybai apdorojamos aplinkoje, panašioje į pradinės stemplės dalies mikroflorą, t.y. pirmasis virškinimo etapas – „maisto ruošimas virškinimui“ prasideda už stemplės. Todėl tokių pašarų virškinimo procesas tiesiogiai gyvūnų, paukščių ir žuvų stemplėje pasižymi aukštu biologinių procesų lygiu ir pašarų virškinamumu, taip pat sumažėjusiomis organizmo fermentinėmis ir energijos sąnaudomis visame virškinimo etape.
Taip gautas pašarų priedas – UBC, išsiskiria aukšta maistine verte (baltymai 22...26%), lengvesniu virškinamumu, biologiniu aktyvumu, taip pat fermentine, vitaminine ir mineraline verte.
Pašarų priedas UBK naudojamas kaip pagrindinis komponentas kombinuotųjų pašarų gamyboje santykiu 1:1, kaip priedas prie stambiųjų daržovių pašarų, gaminant paprastus pašarinius mišinius su grūstais pašariniais grūdais, sėlenomis, grūdų atliekomis ir kt. , su įvesties sparta iki 25 ... 65 % .
Vidutinė gamybos savikaina 1 kg. aukštos kokybės pašarai pagal nagrinėjamą technologiją neviršija 1 rublio, o pagal pašarinę vertę 1,8-2,4 karto viršija pašarinių grūdų rodiklius.
Kaip ir tradiciniuose pašaruose, naudojant alternatyvią „Biocomplex“ technologiją gauti produktai atitinka priimtus mitybos standartus ir reikiamo vitaminų bei mikroelementų rinkinio kiekį, yra veterinariškai saugūs, sertifikuoti ir nekenksmingi aplinkai. Priklausomai nuo žaliavos tipo ir reikalavimų gatavų gaminių, visas mikrobiologinio apdorojimo procesas gali vykti nuo vieno iki trijų etapų, o viso gamybos ciklo trukmė gali svyruoti nuo 4 iki 6 dienų. Ilgėjant proceso trukmei, mažėja finansinės žaliavų perdirbimo sąnaudos, didėja galutinio produkto zootechniniai rodikliai.
Technologija numato įmonės veiklą ištisus metus, žemus daugumos darbuotojų kvalifikacijos reikalavimus ir mažas energijos sąnaudas.
Technologija yra draugiška aplinkai, neturi nuotekų ir išmetamųjų teršalų.
Atliekų perdirbimo gamybinio komplekso sukūrimas pagal alternatyvią mikrobiologinio biokonversijos į pašarus technologiją gali būti įgyvendinamas tiek individualioms problemoms spręsti, tiek daugiafunkciniais tikslais.
Be to, CJSC Biocomplex atlieka esamų ir sustabdytų gamybinių patalpų gaivinimą, modernizavimą ar perprofiliavimą gyvūnų pašarų ir pašarų priedų gamybai. Pavyzdžiui, moduliniai ūkių kompleksai gali būti surenkami remiantis esamomis gamybinėmis patalpomis, kolūkių pašarų cechų įranga, pašarų gamyklomis ir kitomis maisto bei grūdų perdirbimo pramonės šakomis ir kt.
Pagrindinis technologinės grandinės elementas yra bioreaktorius, kuriame vykdomas atliekų mikrobiologinio biokonversijos į pašarus procesas. Reaktoriai yra universalūs ir leidžia dirbti su bet kokia žaliava bei gauti įvairių pašarų priedų.
Augalinių atliekų mikrobiologinio perdirbimo į pašarus gamybos komplekso technologinė schema parodyta 5 pav.
Ryžiai. 5.: Augalinių atliekų mikrobiologinio perdirbimo į pašarus technologinė schema: 1 - birių ir šlapių žaliavų priėmimas; 2 - skystų žaliavų priėmimas; 3 - dozavimo dėžės; 4 - maišytuvas; 5 - bioreaktorius; 6 - kompresorius; 7 - garo generatorius; 8 - džiovintuvas; 9 - smulkintuvas; 10 - siuntimas maišuose
Į bioreaktorių kraunamas šlapias (55%) įvairių atliekų mišinys. Nuo žaliavų pakrovimo momento mikrobiologinės biokonversijos procesas bioreaktoriuje vyksta per 4-6 dienas (priklausomai nuo norimų galutinio produkto zootechninių parametrų). Rezultatas yra šlapio pašaro priedas – angliavandenių-baltymų koncentratas (UBC). Tada jis išdžiovinamas iki 8–10% drėgnumo ir susmulkinamas. Susmulkinus koncentratą galima naudoti gyvulių pašarų gamybai, kur UBC naudojamas kaip pagrindinis komponentas (65 - 25%, priklausomai nuo pašaro receptūros ir paskirties).
Kombinuotieji pašarai, gauti CJSC „Biocomplex“ technologija UBK pašarų priedo pagrindu, turi visiškai unikalius kokybės rodiklius:
Kombinuotieji pašarai pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu, o jų virškinimui būdingas labiau suspaustas virškinimo procesas ir aukštas biologinių procesų lygis. Taigi šėrimo produktyvumas ir augančių gyvūnų, paukščių ir žuvų efektyvumas naudojant UBC pagrindu pagamintus pašarus yra 15-20% didesnis nei šeriant panašiais pašarais, paruoštais pagal tradicinę technologiją. Be to, kombinuotieji pašarai turi gydomąjį ir profilaktinį bei stimuliuojantį poveikį imuninei, kraujodaros sistemoms ir žarnyno traktui, taip pat padeda pašalinti iš organizmo kenksmingas medžiagas (sunkiųjų metalų druskas, radionuklidus ir kt.).
Skirtingai nuo klasikinės aukštos temperatūros granuliavimo technologijos, pašarai, pagaminti naudojant Biocomplex technologiją, granuliuojami žemoje temperatūroje, nenaudojant garų. Tai pašalina baltymų skaidymą ir užtikrina vitaminų saugumą pašaruose net ir ilgai laikant.
Kombinuotieji pašarai šeriami pagal tradicines zootechnines normas ir taisykles, yra visiškai saugūs naudoti, nesukelia alerginių simptomų ir kitų šalutinių poveikių ar kontraindikacijų.
Įdomus yra trąšų gavimo būdas iš gyvulininkystės, paukštininkystės ir augalininkystės organinių atliekų. Metodas apima: mėšlo, paukščių išmatų ir susmulkintų augalų atliekų sumaišymą į vienalytę biomasę; biomasės atskyrimas į skystas ir kietas frakcijas skysčiui savaime nutekėjus iš biomasės ir surenkant į rezervuarą; atskira skystų ir kietų frakcijų dezinfekcija bioterminės fermentacijos būdu. Skysta frakcija dezinfekuojama anaerobinės fermentacijos būdu kolektoriuje 35-40°C temperatūroje 2-3 paras. Kietoji frakcija dezinfekuojama aerobinės fermentacijos būdu atvirose apykaklėse 65-70°C temperatūroje. Metodo trūkumai: padidėjęs darbo zonos dujų užterštumas toksiškais dujiniais fermentacijos produktais, ypač fosfinais, vandenilio sulfidu, merkaptanais, amoniaku; darbo zonos užteršimas karščiui atspariais patogeniniais mikroorganizmais. Yra žinoma, kad karščiui atsparūs mikroorganizmai nežūva net aukštesnėje nei 100°C temperatūroje.
Ruošiant trąšas iš gyvulininkystės, paukštininkystės ir augalininkystės organinių atliekų, mėšlas ir paukščių išmatos sumaišomos su susmulkintomis augalų atliekomis į vienalytę biomasę. Gauta biomasė atskyrimo būdu išskiriama į skystą ir kietą frakcijas, skystoji frakcija nukenksminama ir detoksikuojama apdorojant elektrolizatoriuje netirpiais elektrodais, o po apdorojimo aerobinės ir/ar anaerobinės fermentacijos būdu pasėjama mikroorganizmų padermių. Kietoji frakcija dezinfekuojama ir detoksikuojama ozono ir oro mišiniu bei ultravioletine spinduliuote. Po išankstinio apdorojimo skystoji frakcija pridedama prie kietosios frakcijos. Sudrėkinta biomasė sukraunama į būgną, pasėjama aerobinės ir/ar anaerobinės mikrofloros atmainomis, sumaišoma ir, kaitinant šiltu oru, joje suaktyvinami fermentiniai procesai. Biomasėje suaktyvėjus fermentiniam procesui, ji iškraunama į krūvas.
Siūlomas trąšų ruošimo iš organinių atliekų metodas pasižymi šiais skiriamaisiais bruožais, palyginti su literatūroje aprašytais metodais:
Pirmasis yra tai, kad biomasės atskyrimas į frakcijas atliekamas atskyrimo būdu, o tai žymiai pagreitina biomasės atskyrimo į kietąsias ir skystąsias frakcijas procesą ir taip sumažina dujų kiekį darbo zonoje, išskiriant toksiškus produktus. pradinės biomasės anaerobinė fermentacija;
Antrasis - dezinfekcija kartu su skystos frakcijos detoksikacija atliekama elektrolizatoriuje su netirpiais elektrodais;
Veikiant tarpelektrodinei iškrovai ir tarpiniams elektrolizės produktams: vandeniliui, deguoniui, hidroksilo grupėms, sunaikinamas apsauginis mikroorganizmų apvalkalas, negrįžtamai sunaikinami fermentai, baltymų sistemos ir DNR. Patogeninės mikrofloros slopinimo efektyvumas ląstelės darbinėje srityje yra iki 99,9%.
Mėšlo ir paukščių išmatų anaerobinės fermentacijos (natūralaus skilimo) vandenyje tirpių produktų detoksikacija (neutralizacija): fosfinas (РН3), fosfinai (R-РН2), vandenilio sulfidas (Н2S), merkaptanai (R-SH), amoniakas (NH3) ), atsiranda šių produktų oksidacijos procese ląstelės anodo erdvėje ir eina į atitinkamai fosforo, sieros, azoto rūgščių ir jų darinių susidarymą pagal lygtis:
R-PH2 > R-H2PO4;
kur R yra alkilas, arilas, heterilas.
Oksidacijos metu susidariusios rūgštys neutralizuojamos skystos frakcijos bazėmis, ypač amoniaku, susidaro netoksiška terpė, rūgštinės, bazinės druskos, kurios yra mineraliniame komponente. organinių trąšų.
Trečia – prieš bioterminę fermentinę dezinfekciją kieta frakcija apdorojama ozono-oro mišiniu ir ultravioletiniais spinduliais, siekiant ją dezinfekuoti ir detoksikuoti.
Kaip ir skystoji frakcija, kietoji frakcija, kurioje yra mėšlo ir paukščių išmatų, yra koncentruotas patogenų ir dujinių toksinių medžiagų šaltinis. Ozono naudojimas kietosios frakcijos dezinfekcijai ir detoksikacijai nustatomas pagal tokį tikslingumą. Viena vertus, ozonas yra galingiausias ir aplinkai nekenksmingiausias oksidatorius po fluoro. Baktericidinis ir antivirusinis ozono poveikis apima visų tipų patogeninę mikroflorą. Ozono antimikrobinių, fungicidinių, sporicidinių savybių veiksmingumas, esant tiesioginiam kontaktui ir optimaliai koncentracijai, yra 99,99%.
Tiesioginės bakterijų ir virusų žūties priežastys veikiant ozonui yra vietiniai mikroorganizmų plazminės membranos pažeidimai ir jų tarpląstelinio kiekio pokyčiai: baltymų oksidacija, ląstelių mechanizmų sutrikimas.
Kita vertus, ozonas, kaip energetinis cheminių junginių oksidatorius, atitinkamai oksiduoja toksiškus natūralaus skilimo produktus: fosfiną, fosfinus, vandenilio sulfidą, merkaptanus, amoniaką atitinkamai į fosforo, sieros, sieros, azoto rūgštis ir jų darinius. šios lygtys:
3PH3 + 4O3 > 3H3PO4;
3R-PH2 + 4O3 > 3R-H2PO4;
3H2S + 4O3 > 3H2SO4;
H2S + O3 > H2SO3;
R-SH + O3 > R-SO3H;
3R-SH + 4O3 > 3R-HSO4;
NH 3 + O 3 > HNO 3 + H 2 O
Kiekybiškai tik amoniakas yra šiek tiek oksiduotas dėl didelio redokso potencialo.
Oksidacijos metu susidariusios rūgštys suteikia netoksiškas amonio druskas su amoniako pertekliumi.
Kadangi ozono dezinfekavimo efektyvumą lemia tiesioginis ozono kontaktas su objektu, ypač su biomasės dalelių paviršiumi, siekiant padidinti biomasės dezinfekcijos laipsnį, dezinfekavimo įtaisas numato papildomą jo apdorojimą ultravioletiniais spinduliais. .
Didžiausią baktericidinį poveikį turi 205-310 nm bangos ilgio ultravioletiniai spinduliai. Jautresni UV spinduliuotei (UVR) yra virusai ir bakterijos jų vegetatyvinėje formoje (lazdelės, kokosai). Grybai ir pirmuonys yra mažiau jautrūs. Atspariausios yra bakterijų ir grybų sporinės formos.
Mikroorganizmų žūtis ant paviršių, esančių tiesiai 2 m atstumu nuo UVR impulso šaltinio, po 15 minučių pasiekia 99,99%, kai dozė yra 50 mJ/cm2. Tuo pačiu metu ant paviršių, pasuktų į šaltinį 45–90 laipsnių kampu, mikrobų mirtis jau svyruoja 57,6–99,99%.
dezinfekuojantis poveikis Ultravioletinė radiacija, daugiausia dėl fotocheminių reakcijų, dėl kurių negrįžtamai pažeidžiamos DNR, RNR ir ląstelių membranos, o tai sukelia mikroorganizmų mirtį. Ultravioletiniai spinduliai sklinda tiesia linija ir daugiausia veikia nukleorūgštis, darydami mikroorganizmams mirtiną ir mutageninį poveikį. Baktericidinėmis savybėmis pasižymi tik tie spinduliai, kuriuos adsorbuoja mikroląstelės protoplazma.
Siekiant užtikrinti maksimalų kietosios frakcijos dalelių paviršiaus dezinfekcijos efektą, jos nuolat apverčiamos. Pastarasis pasiekiamas perkeliant kietąją frakciją išilgai gamybos linijos naudojant varžtą - apdorojant ozono-oro mišiniu ir vibraciniu stalu - ultravioletinio spinduliavimo atveju.
Ketvirta – po dezinfekcijos ir detoksikacijos, prieš pat klojimą į krūvas, kietoji frakcija pasėjama reikiamų fermentų padermių, sudrėkinama neutralizuota skysta frakcija ir 45-55°C temperatūroje biobūgnelyje atliekama fermentinė aktyvacija.
Taikant siūlomą trąšų ruošimo iš organinių atliekų metodą, sumažinamas toksiškų dujinių produktų ir patogeninių mikroorganizmų išmetimas į aplinką, užtikrinamos sanitarinės ir higieninės darbo sąlygos gamybos patalpose bei sudaromos sąlygos paspartinti aplinkai nekenksmingų organinių trąšų gamybą iš gyvulinių atliekų. , paukštininkystė ir augalinė medžiaga.
Siūloma techninis sprendimas gali būti naudojamas žemės ūkyje pagreitintam organinių trąšų paruošimui iš gyvulių, paukštienos ir pasėlių atliekų.
Trąšų paruošimo iš organinių atliekų metodas atliekamas naudojant įrenginį, kurį sudaro: biomasės maišytuvas 1, separatorius 2, skystos frakcijos 3 laikymo rezervuaras, elektrolizatorius 4, rezervuaras neutralizuotai skystai frakcijai 5, sėkla. cisterna 6, juostinis konvejeris kietajai frakcijai 7, smulkintuvas 8, sraigtinis įtaisas su korpusu 9, ozonatorius 10, vibracinis stalas 11, ultravioletinės lempos 12, sraigtinis konvejeris 13, purkštuvas 14, biobūgnas 15, pūstuvas 16, juostinis konvejeris - stakeris 17, poliai 18.
Į maišytuvą 1 tiekiamas mėšlas, paukščių išmatos (minkštimo pavidalu) ir susmulkintos augalinės atliekos. organinės atliekos plaušienos pavidalu sumaišomi iki vienalytės biomasės ir pumpuojami į separatorių 2, kad biomasė būtų atskirta į skystą ir kietą frakcijas. Skysta frakcija, kurioje fosforo, azoto ir kalio santykis yra 1,4:1,0:1,6, o koloidinių skendinčių dalelių kiekis ne mažesnis kaip 1%, tiekiama į vidurkinimo rezervuarą 3, po to į elektrolitinį elementą su netirpiais elektrodais. Elektrocheminis skystosios frakcijos apdorojimas atliekamas esant 2 A/dm2 elektrodų srovės tankiui, 0,5 m 2 elektrodo plotui 1 m 3 /val apdorojamo skysčio, atstumu tarp elektrodų 30 mm, skysčio apdorojimo laikas yra 5-10 minučių. Neutralizuotas skystis ir detoksikuota frakcija surenkama į konteinerį 5 ir pumpuojama į sėklų baką 6, kur pasėjama aerobinės arba anaerobinės fermentacijos mikroorganizmų štamai ir per drėkinimo įrenginį 14 grąžinama į kietą frakciją (sraigtą 13). Neutralizuoto skysčio perteklius naudojamas pasėliams laistyti.
Atskirta kieta frakcija: porėta, puri biomasė su mažu sukibimu, tiekiama iš separatoriaus 2 į juostinį konvejerį 7 ir į malūnėlį 8, o šlifavimo išėjimo parametrai 5-25 mm.
Susmulkinta biomasė tiekiama į sraigtinį įrenginį 9, kuriame atliekama kietosios frakcijos dezinfekcija ir detoksikacija pumpuojant ozono-oro mišinį iš ozonatoriaus 10 per sraigtinį įrenginį. Ozono ozono-oro mišinyje ir sieros vandenilio bei merkaptanų santykis kietosios fazės biodujų emisijose yra atitinkamai 2-4:1. Kietosios frakcijos dezinfekcijos ir detoksikacijos laipsnį reguliuoja ozono koncentracija ozono-oro mišinyje, jo siurbimo per sraigtinį įrenginį greitis ir kontakto laikas. Išeinant iš sraigtinio įtaiso 9, kieta frakcija krenta ant pasvirusio vibracinio stalo 11 su virš jo pritvirtintomis ultravioletinėmis lempomis 12, kur atliekama papildoma biomasės dezinfekcija nuo patogeninės mikrofloros. Specifikacijos ultravioletiniai spinduliai: bangos ilgio diapazonas nuo 185 iki 400 nm, spinduliuotės impulso trukmė nuo 1 μs iki 10 μs, spinduliuotės impulso galios tankis iki 120 kW/m2.
Tolesnė kietosios frakcijos dezinfekcija atliekama bioterminės fermentacijos būdu. Šiuo tikslu kieta frakcija nuo vibruojančio stalo 11 perkeliama į sraigtinį konvejerį 13. Judant konvejeryje, ji per purkštuvą 14 prisodrinta fermentacijos atmainomis iš sėklų rezervuaro 6 ir sudrėkinama skystąja frakcija bei iškraunama į biobūgnelis 15. Biobūgne sudrėkinta kietoji frakcija perkeliama ir maišoma, kaitinama iki 45-550C temperatūros šiltu oru iš pūstuvo 16, kol įsijungia fermentinis procesas. Po bioterminės fermentacijos biobūgne masė dedama į krūvas 17 brandinti 45-60 dienų.