Способ переработки агаросодержащих водорослей

 

Использование: в пищевой промышленности, в частности при переработке агаросодержащих водорослей. Сущность изобретения: очищенные водоросли измельчают до размера частиц менее 100 мкм с одновременным экстрагированием красителя пресной водой, полученную суспензию разделяют на две фракции: первую у которых, содержащую раствор красителя, подвергают очистке, концентрируют и стабилизируют, а экстрагированию подвергают оставшуюся фракцию при 65 - 95^oC с выдержкой не менее 5 мин; полученный раствор агара фильтруют с последующим обезвоживанием распылительной сушкой. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к переработке агароносных водорослей, предпочтительно красных водорослей, например грацилярии, анфельции, с выработкой из последних агара.

Известен способ переработки агароносных водорослей, включающий их очистку от механических загрязнений, обесцвечивание сырья, его тепловую обработку, очистку навара от водорослевого остатка и вымораживание студня с выделением агара [1].

Недостатком этого технического решения является его сезонность; кроме того, оно может быть эффективно использовано только при отрицательных зимних температурах, а использование известного молока (щелочи) снижает экологичность способа.

Известен также способ переработки агароносных водорослей, включающий их очистку от механических загрязнений и экстрагирование геля агароида из сырья путем его тепловой обработки с последующим отделением водорослевого осадка [2].

Недостатками этого решения являются сложность и громоздкость технологических линий, обеспечивающих реализацию способа, низкая его экологичность (вследствие необходимости использования щелочи), отсутствие комплексности использования сырья из которого извлекается только агар, тогда как остальные потенциально полезные компоненты (пигменты, биомасса водорослей содержащая широкий спектр биологически активных веществ либо разрушается, либо загрязняется щелочью).

Все это снижает эффективность процесса переработки водорослей, снижает выход полезных продуктов на единицу сырья. Кроме того, известное решение характеризуется низкой производительностью, что при ограниченной продолжительности промыслового сезона по добыче водорослей требует создания больших запасов сырья, длительное хранение которого приводит к снижению качества и уменьшению содержания полезных компонентов.

Задача изобретения - повышение выхода полезных продуктов на единицу сырья.

Технический результат изобретения состоит в повышении экологичности способа за счет полного использования сырья и отсутствия использования химических реагентов.

Кроме того, предлагаемый способ может быть реализован на сравнительно компактной технологической линии, которая легко монтируется (компонуется) на плавсредствах, что позволяет сделать предприятия по переработке сырья мобильными и достаточно автономными, снизить расход энергетических ресурсов.

Задача изобретения решается тем, что способ переработки агаросодержащих водорослей включающий их очистку от механических загрязнений и экстрагирование геля агароида из сырья путем его тепловой обработки с последующим отделением водорослевого осадка, отличается тем, что очищенные водоросли измельчают до частиц менее 100 мкм с одновременным экстрагированием комплексного красителя экстрагентом, предпочтительно пресной водой, после чего сформированную таким образом суспензию разделяют на две фракции, первую из которых содержащую раствор комплексного красителя направляют на очистку с последующим выделением последнего, а из оставшейся фракции, содержащей сырые частицы водорослей крупностью свыше 3 мкм, готовят суспензию которую подвергают нагреву до температуры не меньшей 65^oC, по окончанию которого, суспензия трансформируется в раствор агароида загрязненный частицами водорослей, после отделения которых (крупностью свыше 3 мкм) раствор агара обезвоживают, например распылительной сушкой с получением пищевого агара.

Кроме того, для приготовления суспензии из сырых частиц водорослей, последние смешивают с горячей пресной водой, предпочтительно, использованной для промывки осадка выделенного из раствора агара.

Кроме того, промытый осадок выделенный из раствора агара сушат, предпочтительно в акустической сушилке.

Кроме того, при использовании воды в качестве экстрагента комплексного красителя, ее используют при температуре меньшей 20^oC.

Кроме того, термообработку суспензии проводят при температуре 80 - 95^oC, при этом термообработку суспензии осуществляют в течение не менее 5 мин.

Сопоставительный анализ совокупности признаков заявленного решения и признаков аналогов и прототипа позволяет утверждать о соответствии предлагаемого изобретения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи: признак ". .. очищенные водоросли измельчают до частиц крупностью менее 100 мкм" обеспечивает возможность эффективного безреагентного (т.е. без использования химических реактивов) извлечения пигментов, позволяющего сохранить (не разрушить) остальные компоненты сырья; признак ". . . с одновременным экстрагированием комплексного красителя экстрагентом" обеспечивает извлечение пигментов, составляющих комплексный краситель, до их разрушения при последующей термообработке; признак "... предпочтительно пресной водой", упрощает технологию работы поскольку на всех этапах используется одно и то же вещество либо как экстрагент комплексного красителя, либо как экстрагент агароида (отличается только рабочая температура в этих процессах); признаки ". .. суспензию ..., разделяют на две фракции..." обеспечивают разделение промежуточного продукта на две группы, первая из которых (здесь же признак характеризующий эту группу "... содержащую раствор комплексного красителя") направляется на выработку пигмента, а вторая группа (см. здесь же признак характеризующий эту группу - "... из оставшейся фракции, содержащей сырые частицы водорослей крупностью свыше 3 мкм" - направляется на выработку агара; признак ". . . готовят суспензию"... конкретизирует промеочную операцию которой подвергается вторая группа промежуточных продуктов перед ее термообработкой и обеспечивает подвижность сырья потребную для его пропускания через нагревательный аппарат; признак "... подвергают нагреву до температуры не меньшей 65^oC" ограничивает рабочий диапазон температур минимально достаточный для выделения геля агара; признак "... частицы водорослей крупностью свыше 3 мкм отделяют, как осадок" конкретизирует операции совершаемые с раствором агара после термообработки; признак "... раствор агара обезвоживают, например, распылительной сушкой" конкретизирует заключительную операцию по производству агара; признаки п. 2 формулы конкретизируют требования к жидкости используемой для приготовления суспензии из сырых частиц водорослей и снижают потери агара с растительными осадками отделяемыми из раствора агара;
признак п. 3 формулы обеспечивает сохранность основной массы биологически активных веществ в осадке остающемся после отделения раствора агара (исключает их термическое разложение при сушке);
признак ". . . при температуре менее 20^oC" конкретизирует температурный режим процесса экстрагирования пигмента при котором исключаются разложение пигмента и расход энергии на специальный подогрев воды (температурные параметры экстрагента соответствуют температуре водопроводной воды);
признаки пп. 5 и 6 формулы выделяют наиболее рациональные параметры процесса термообработки, по условиям сохранения биологически активных веществ.

На чертеже изображена схема процесса переработки.

Предлагаемый способ реализуется по технологической линии включающей последовательно размещенные моечную машину 1, транспортер 2, машину грубого измельчения 3, машину тонкого измельчения 4 (гомогенизатор), фильтр грубой очистки 5 (ФГО), фильтр тонкой очистки 6 (ФТО).

Далее линия содержит группу аппаратов по производству комплексного красителя и группу аппаратов по производству агара. Первая группа аппаратов включает аппараты для очистки и концентрирования раствора пигмента, например ультрафильтр 7, и в зависимости от принятой формы поставки продукта (пигмента) либо емкости 8 для хранения концентрированного раствора пигмента, либо аппараты для обезвоживания раствора - сушилка 9 и т.п. Эта группа аппаратов подключена к "фильтратному" выходу ФТО 6.

Вторая группа аппаратов включает смесители 10 - 12 (соответственно первой, второй и третьей ступеней).

Варочный аппарат 13, фильтры 14 - 16 (соответственно первой, второй и третьей ступеней), сушилку агара 17, сушилку растительного осадка 18 и упаковочные аппараты 19 и 20, соответственно, агара и растительного осадка. Эта группа аппаратов подключена к "осадочному" выходу фильтра тонкой очистки 6.

Моечная машина 1 представляет из себя емкость снабженную мешалками и трубопроводами 21 и 22 соответственно, для морской и пресной воды, а также осушительными трубопроводами отработанной пресной воды 23 и морской воды 24. Осушительный трубопровод 23 связан с опреснителем 25, выход которого связан с трубопроводом 22 подвода пресной воды. Трубопровод 22 связан с источником пресной воды 26 (например, водоразборной колонкой). Транспортер 2 содержит синтетическую ленту нижний горизонтальный участок которой размещен у дна емкости моечной машины, а верхний конец заканчивается в приемном бункере машины грубого измельчения 3 (например, электромясорубки или измельчительной машины типа ИРМК).

Выпускной лоток машины грубого измельчения 3 связан с машиной тонкого измельчения (гомогенизатором) 4. Целесообразно иметь в линии не менее двух параллельно установленных гомогенизаторов 4, что обеспечивает непрерывность работы линии. Конструктивно, гомогенизаторы представляют собой емкость (связанную трубопроводом 27 с источником пресной воды 26) внутри которой размещен дисковой измельчитель-гомогенизатор, при этом на сливных патрубках 28 гомогенизаторов 4 размещен фильтр грубой очистки 5, обеспечивающий задержку частиц крупностью свыше 100 мкм. Осадочный выход фильтра 5 связан, например, посредством трубопровода, с приемным окном гомогенизатора 4, а его фильтратный выход связан со входом фильтра тонкой очистки 6 (конструктивно фильтр 5, фильтр 6 и фильтры 14 - 16 аналогичны и отличаются только параметрами фильтрующих элементов). При этом целесообразно в качестве фильтров линии использовались ультразвуковые фильтры.

Фильтратный выход (выход тонкой фракции) фильтра тонкой очистки 6 является начальным элементом линии по выработке комплексного красителя и подключен ко входу ультрафильтра 7, представляющего собой корпус содержащий волоконные мембраны (либо непосредственно, либо через центрифугу).

Выход ультрафильтра 7 связан либо с емкостью 8 (предназначенной для хранения концентрированного раствора комплексного красителя), либо с сушилкой 9, например вакуумного типа, выход которой связан с упаковочными машинами 29, обеспечивающими затаривание сухого красителя и его упаковку. В зависимости от конкретных условий в линии по выработке пигмента могут быть смонтированы либо только емкость 8, либо только сушилка 9, либо и тот и другой аппараты вместе.

"Осадочный" выход фильтра тонкой очистки 6 связан со смесителем 10 (конструктивно, смесители 10 и смесители 11 и 12 аналогичны и представляют из себя емкости снабженные механическими или ультразвуковыми мешалками). Выход смесителя 10 связан со входом первого нагревательного аппарата 13, представляющего собой теплообменник, трубное пространство которого выполнено в виде змеевика и предназначено для размещения суспензии подлежащей термообработке, вход которого связан с выходом смесителя 10, а выход со входом фильтра 14, обеспечивающего разделение раствора агара и растительных (водорослевых) включений. Затрубное пространство нагревательного аппарата 13 связано с источником горячей воды 31. Фильтратный выход фильтра 14, через который выходит раствор агара, содержащий тонкие (менее 3 мкм) частицы водорослей, связан с сушилкой агара 17, предпочтительно ультразвуковой, на выходе которой смонтированы упаковочные машины 19. "Осадочный" выход фильтра 14 связан со смесителем 11, выход которого связан со вторым нагревательным аппаратом 30, ко входу которого подключен промывочный каскад из последовательно установленных в цепочку фильтра 15, смесителя 12, фильтра 16. "Фильтратные" выходы фильтров 15 и 16, предназначенные для выпуска промывных вод (горячих вод, использованных для отмывки растительного осадка отделенного от агара) связаны со смесителем 10. "Осадочный" выход фильтра 16 связан с сушилкой, предпочтительно акустической, на выходе которой установлена упаковочная машина 20.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сырье, например анфельция, промывается морской водой для отделения механических примесей, ила и др. в моечной машине 1, затем эта вода сливается по трубопроводу 24 и заменяется пресной. Пресная вода после мойки водорослей поступает в опреснитель 25 и снова включается в производственный цикл. Моечных машин должно быть 2 - 3 для обеспечения непрерывности подачи сырья на обработку. Промытая анфельция подается транспортером на грубое измельчение до размеров 0,5 - 1 см. Грубоизмельченная анфельция подается в аппарат тонкого измельчения 4, куда подается вода (холодная с температурой менее 20^oC), как растворитель красителя в соотношении (Ж:Т) 1:2, 1:1. Такая высокая концентрация водоросли необходима для увеличения концентрации пигмента в суспензии. Низкая температура воды позволяет исключить затраты на ее подогрев и исключает возможность термического разрушения красителя. Полученная на аппарате тонкого измельчения суспензия содержит частицы анфельции размером от 100 мкм и менее. Полученная суспензия направляется на ультразвуковой фильтр грубой очистки 5 отделяющий в осадке, частицы с размером более 100 мкм. С грубого фильтра осадок возвращается на повторное измельчение в аппарат 4. Раствор с частицами менее 100 мкм поступает на тонкий фильтр 6, где отделяются частицы размером более 3 мкм. Осадок с частицами более 3 мкм разбавляется водой в смесителе 10 и подается на тепловую обработку (по крайней мере часть объема пресной горячей воды используемой для разбавления осадка замещается промывочными водами получаемыми при промывке осадка, выделяемого из раствора агароида на фильтрах 15 и 16). Раствор с частицами менее 3 мкм подается на центрифугу или непосредственно на ультрафильтр для отделения механических примесей от раствора комплексного красителя красного цвета.

Раствор красного пигмента концентрируется до необходимого состояния и стабилизируется предпочтительно 10 %-ным раствором сахара. При необходимости краситель сушится в вакуумной сушилке до порошкообразного состояния, после чего расфасовывается и поступает на склад готовой продукции. Раствор красителя из емкости 8 поступает на фасовку и тоже сдается на склад. Дальнейшая переработка комплексного красителя (разделение его на красный, синий и желтый пигменты) может осуществляться непосредственно на месте, с использованием известных приемов.

Экстракция агара производится в нагревательных аппаратах 13 и 30 (хотя при цикличной организации работы эта операция может проводится и в отдельных емкостях). В процессе термообработки суспензия сырых частиц анфельции перемещается по трубному пространству нагревательного аппарата 13 со скоростью задаваемой из длины змеевика аппарата 13 и заданной продолжительности термообработки (минимальная продолжительность которой установлена экспериментальным путем в 5 мин). На выход нагревательного аппарата 13 приходит раствор агара содержащий и растительные (водорослевые частицы). Раствор агара пропускается через фильтр 14, отделяющий в осадок частицы крупностью 3 мкм. Частицы менее 0,003 остаются в агаре - это хлорофилл, остатки стенок, биологически активные вещества, витамины, которые оставаясь не разрушенными, улучшают потребительские свойства пищевого агара. Осадок с фильтра 14 разбавляют горячей водой и после смесителя 11 пропускают чрез нагревательный аппарат 30, после чего раствор вновь фильтруют с возвращением фильтра в смеситель 10, а осадок подвергают неоднократной промывке (для чего в схеме могут быть установлены дополнительные смесители и фильтры) с возвратом промывочных вод в смеситель 11. По окончании процесса отмывки осадок сушат. Сушка производится в акустической сушилке 18, что позволяет провести сушку при пониженной температуре, сохраняющей все биологически ценные компоненты, находящиеся в осадке. После сушки осадок упаковывается и отправляется потребителю (при наличии технологии извлечения из осадка каких-либо ценных веществ, осадок из тонкого фильтра поступает на линию соответствующей переработки).

Раствор агара после первой фильтрации поступает на распылительную сушилку 17, после которой фасуется машиной 19 в виде порошка. Раствор агара после второй и третьей фильтрации (в фильтрах 15 и 16) смешивается и подается в смеситель 11 для разбавления смеси идущей на термообработку из тонкого фильтра 6 после отделения красителя. Агар, поступающий на сушку, не требует дополнительной операции по желированию и промывке с целью удаления красящих веществ и грубых механических примесей, так как они выделены на предыдущих операциях. Агар, полученный таким образом, имеет приятный запах, прозрачный, с оттенком изумрудного цвета и выдерживает все нормы ГОСТа для пищевого агара (по прочности и др).

Весь процесс переработки агароносных водорослей протекает непрерывно и может быть легко автоматизирован в основных операциях.

Разработанная технология позволяет:
исключить обработку сырья химическими реагентами с повышением потребительских свойств пищевого агара, экологической чистоты и безотходности процесса переработки;
получить новые продукты, например, пищевой краситель красного, желтого и синего цвета, подкормку для животных с биологически активными веществами и т.п;
снизить себестоимость готового агара за счет сокращения потребления энергии, обслуживающего персонала, автоматизации процессов, компактности технологической линии;
использовать добытое сырье в живом виде без потерь на 100% в хороший сезон наибольшего накопления полезных веществ в водорослях;
увеличить выход агара в производственных условиях 2 - 3 раза.

Формула изобретения

1. Способ переработки агаросодержащих водорослей, предусматривающий очистку последних от механических загрязнений, экстрагирование агароида путем тепловой обработки и отделение водорослевого осадка с получением пищевого агара, отличающийся тем, что очищенные водоросли измельчают до размера частиц менее 100 мкм с одновременным экстрагированием красителя пресной водой, полученную суспензию разделяют на две фракции, первую из которых, содержащую раствор красителя, подвергают очистке, концентрируют и стабилизируют, а экстрагированию подвергают оставшуюся фракцию при 65 95^oС с выдержкой не менее 5 мин, полученный раствор агара фильтруют с последующим обезвоживанием распылительной сушкой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пресную воду для экстракции красителя используют с температурой ниже 20^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрированный краситель подвергают сушке.

РИСУНКИ

Рисунок 1