17.6. Технологічна підготовка твердої сировини

Первинне подрібнення. Щоб запобігти втратам, спричине­ним сильним диспергуванням часточок матеріалу, що ускладнює відокремлення твердої фази від рідкої, а також злежуванню (ущі­льненню) диспергату, кістки, що надходять на виробництво, по­дрібнюють на дробарках до часточок розміром 25 — 50 мм, а рого­вий стрижень розпилюють на шматки до 100 мм.

У табл. 17.5 наведено дані з розподілення дробленої кістки за розмірами для двовальцьової і молоткової дробарок (рис. 17.2).

Знежирення кісток. Наявність жиру в гідрофобній сировині заважає проведенню дифузійних процесів у водному середовищі. Жир зменшує клейку здатність клею і здатність желатину до засти­гання. Тому чим менше жиру залишається у сировині, тим краще.

Першим етапом підготовки кісткової сировини є знежирення кі­сток (рис. 17.3). Кістки знежирюють здебільшого екстрагуванням жиру леткими органічними розчинниками або знежиренням у воді.

Знежирення кісток у воді проводять трьома способами: в кип­лячій воді, імпульсним і напірним.

Кістка паренка від виробництва харчового жиру надходить безпосередньо на полірування та вторинне подрібнення і подаль­ше технологічне оброблення.

Знежирення методом екстрагування. Перший етап підго­товчих операцій екстракційного методу виробництва показано на рис. 17.3.

На першому етапі підготовки кісткового фабрикату при вико­ристанні екстракційного методу знежирення передбачену для пе­реробки кістку завантажують на сортувальний стрічковий конве­єр, звільняють від сторонніх домішок перед попереднім подріб­ненням на дробарці. Попередньо подрібнена сира кістка прохо­дить через автоматичні ваги і після накопичення в бункері шне­ком подається у вакуумну сушарку періодичної дії. Випарена во­лога конденсується в поверхневих конденсаторах, охолоджується і відводиться в збірник мокрої пари.

Висушена і попередньо подрібнена кістка транспортується на додаткове подрібнення для отримання кісток оптимального розмі­ру для екстрагування (рис. 17.4), попередньо проходячи через ма­гнітний металовловлювач і вібросито.

Екстрагування жиру з кісткового шроту відбувається за проти- потоковим способом із застосуванням бензину. Після екстрагування кістковий шрот у кип’ятильному апараті звільняється від залишко­вого вмісту бензину, а паралельно у перегінному кубі відігнаний жир відокремлюється від бензину. Випарений у кип’ятильному і перегінному кубі бензин рециркулюється в систему екстракційної установки. Отриманий жир надходить на подальше очищення і

Рис. 17.4. Екстрактор:

1 — завантажувальний люк; 2 — змійовик глухої пари; 3 — водо­мірне скло; 4 — штуцер для тер­мометра; 5 — запобіжний клапан, 6 — завантажувальний люк;

7 — верхній штуцер для подаван­ня бензину; 8 — штуцер для відве­дення пари бензину; 9 — боковий люк; 10 — нижня кромка перфоро­ваного днища; 11 — нижній шту­цер для подавання розчинника; 12 — верхня кромка перфоровано­го днища; 13 — змійовик

освітлення, а екстрагований шрот — на полірування згід­но зі схемою першого етапу підготовки кісткового фабри­кату.

Знежирення у кипля­чій воді. Знежирення здій­снюють у відкритих або за­критих котлах протягом 5 - 6 год. Вода має на 10 см по­кривати кістки. Температу­ра проведення процесу ста­новить 95 - 100 °С.

Імпульсний спосіб знежирення. Цей спосіб передбачає використання гідромеханічних імпульсів, які утворюються при швид­кому обертанні сталевих бил, закріпленпх на роторі апа­рата. Сутність утворення ім­пульсів зумовлена тим, що під час руху твердого тіла в рідині поза­ду бил утворюється зона зниженого тиску, в якій швидко рухається струмінь рідини, що відривається від країв тіла. Миттєвий тиск на зразок гідравлічного удару передається на поверхню матеріалу, що обробляється, і спричинює руйнування його найменш стійких стру­ктурних елементів. Утворені імпульси зумовлюють розривання клі­тинних мембран жирових клітин і самих клітин, а жирові крапли­ни переходять у водне середовище за температур, нижчих за тем­пературу плавлення жиру.

У гідромеханічних машинах (рис. 17.5) для видалення жиру ім­пульсним методом переробляється переважно тверда жировмісна сировина. Значення імпульсів визначається кутовою швидкістю і масою бил, що обертаються, а кількість імпульсів — кількістю бил і обертів за одиницю часу. Для знежирення кісток потрібно близько

2000 імпульсів за секунду, чого досягають в апаратах з кількістю бил понад 50 при кількості обертів до 3000 за хвилину. Середня швидкість досягає 60 — 70 м/с. Тривалість впливу гідромеханічних імпульсів на матеріал залежить від розміру часточок і розмірів отворів решітки, через яку жир з водою виводиться з апарата.

Кількість води, що подається до апарата, має бути в 3 — 4 рази більшою за кількість сировини, бо інакше виникають ускладнення з розвантаженням робочої зони апарата.

Перевагами імпульсного методу видалення жиру є можливість забезпечення безперервно-потокової організації виробництва і ви­далення жиру за низьких температур, що позитивно впливає на якість жиру, який виробляють з кісток, як сировини для виробни­цтва клею. Ступінь знежирення кісток становить 83 — 93 % (з ура­хуванням промивання кісток від жиру).

До недоліків методу належать складність відокремлення жиру від водно-жирової маси і значне забруднення її білками і залиш­ками кісток. Невеликі шматки знежиреної кістки збільшують втрати при виварюванні з неї желатину і клею на стадії мацерації та лужної і кислотної нейтралізації.

Метод динамічного напору. Цей метод ґрунтується на вико­ристанні відривної сили при динамічному впливі води, що руха­ється відносно сировини з визначеною швидкістю, та інерційних сил, які виникають у результаті зміни швидкості руху сировини. Оптимальні розміри кісток для знежирення 25 мм. Значення від­ривного зусилля дорівнює геометричній сумі сил динамічного на­пору та інерцій.

Інтенсивність знежирення кісток зростатиме зі збільшенням швидкості руху води відносно сировини і частоти припинення ру­ху сировини (кісток). Швидкості знежирення сприяє підвищення температури води до 65 — 80 °С завдяки послабленню зв’язку жир — кістка. Метод можна реалізувати, використовуючи проти- хід струменів води чи емульсії на сировину із залишковим вмістом жиру (виварену кістку). Це дає змогу підвищити концентрацію жирової емульсії у воді і збільшує відсоток знежирення кісток. Подальше видалення жиру з емульсії проводять з використанням сепарування. Порівнянну характеристику методів знежирення наведено в табл. 17.6.

Полірування кісток. Полірування — це видалення залишків м’якушевих тканин з поверхні знежирених шматочків кісток уна­слідок їх взаємного тертя та по поверхні барабана для полірування.

Кістки полірують у відцентрових барабанах безперервної і пері­одичної дії. Тривалість полірування в таких барабанах близько 2 — 3 год. Коефіцієнт завантаження 0,6 — 0,7 від об’єму барабана безпе­рервної дії. Продуктивність і втрата електроенергії у барабанах безперервної дії менша, ніж у періодичної, хоча якість полірування гірша. Коефіцієнт завантаження барабанів періодичної дії 0,8 — 0,9.

Частота обертання барабанів для полірування становить 30 — 35 хв^-1 за мокрого способу полірування з подаванням гарячої води протиходово і 10 — 15 хв^-1 при поліруванні сухим способом сухої кістки, отриманої після висушування знежиреної кістки методом гідродинамічного напору. В процесі полірування дрібна кістка проходить крізь отвори у решітчастій стінці барабана, утворюючи відходи, що містять азотисті речовини, які використовують як мі­неральні добрива.

Сухе полірування спричинює запилення приміщень, в яких розміщені полірувальні барабани, і потребує встановлення пило­вловлювачів для запобігання вибуху і забезпечення належних умов праці обслуговуючого персоналу.

Калібрування і повторне подрібнення кісток. Для досяг­нення однорідності сировини при виварюванні клею і желатину, яке забезпечує однорідні параметри виходу концентрованого бу­льйону і регламентує час подальшого упарювання, наприкінці першого етапу проводять калібрування і повторне подрібнення кісток. На другому етапі підготовки твердої сировини використо­вують обводнення.

Обводнення кісток. У процесі виварювання желатину і клею відбувається гідротермічний розпад колагену і вихід продуктів розпаду в бульйон. Швидкість розпаду колагену залежить від міц­ності зв’язків, що утримують поліпептидні ланцюги в структурі колагену. Міцність зв’язків найбільша в зневодненому колагені, а в повністю обводненому ці зв’язки найменш міцні. Тому в деяких випадках сировину обводнюють, що забезпечує збільшення виходу та якості желатину і клею.

При зволоженні зневодненого колагену до 15 — 20 % сухих ре­човин відбуваються гідратація полярних груп і при зміщенні рН від ізоелектричної точки — іонізація і подальша гідратація струк­тури колагену. Подальше зволоження до 65 — 75 % призводить до насичення матеріалу адсорбованою вологою.

Залежно від рН середовища колаген може поглинати 200 — 250 % вологи до своєї маси. За цих умов послаблюються пептидні зв’язки і збільшується здатність колагену до гідролізу при розва­рюванні. Зміщення рН середовища в кислий або лужний бік від ізоелектричної точки посилює ефект іонізації бокових ланцюгів і, отже, здатність колагену до гідратації. Тверду сировину обводню­ють у слабкокислому або слабколужному середовищі.

Обводнення у воді має переваги, оскільки не потребує нейтра­лізації хімічних реагентів і дає змогу проводити процес у тому са­мому обладнанні, в якому виварюються клей і желатин. Показник рН водопровідної води дещо вищий від ізоелектричної точки кола­гену, хоча й не дає можливості набути максимального обводнення. Тривалість обводнення кісток після калібрування становить 12 — 24 год і залежить від температури середовища. Проте підвищення температури обводнення в нейтральному середовищі може при­звести до загнивання. Тому процес ведуть за низьких температур, використовуючи проточну воду водопровідної мережі.

Обводнення в кислому середовищі проводять при використанні слабких кислот або слабких лугів і солей сильних кислот за тем­ператури не вище ніж 15 °С. Для обводнення використовують вод­ний розчин сульфат-ангідриду з концентрацією 0,25 — 0,5 %. Слаб­ка сульфатна кислота за таких концентрацій не зумовлює деміне- ралізацію кісток і має антисептичні й відбілювальні властивості.

Проте частина сульфат-ангідриду взаємодіє з фосфатом каль­цію і виводить кальцій у розчин.

За температури понад 15 °С інгредієнти взаємодіють з утво­ренням нерозчинних фосфатів і сульфітів кальцію, які осаджу­ються на поверхні матеріалу і заважають процесу обводнення.

Процес проводять у чанах з використанням 2 — 3 рази нової пор­ції, насиченої сірчанокислим газом води. Процес насичення відбу­вається протягом 6 — 10 год, після чого розчин зливається. Загальна тривалість процесу становить 24 — 48 год. Останнім часом для обро­блення використовують 8 — 10%-й розчин сульфатної кислоти з до­даванням цинкового пилу або гідросульфату цинку, який має від- білювальний ефект. Процес триває 24 год. Після закінчення проце­су обводнення кістку промивають до зникнення залишків сульфат­ної кислоти, індикатором на яку є проба з розчином перманганату калію, який за наявності кислоти знебарвлюється. Кістку промива­ють проточною водою або в мийних барабанах, що дає змогу додат­ково очистити її від залишків м’якушевих тканин.

Обводнення в лужному середовищі проводять з використанням 1%-ї суспензії оксиду магнію або розчину дисульфату натрію. Три­валість обводнення становить 24 год при 2 — 3 змінах рідини, сту­пінь обводнення вищий, ніж з використанням водопровідної води.

Мацерація кісток. Мацерацією називають оброблення кісток сильними кислотами з метою їх демінералізації. Кістку для вироб­ництва желатину мацерують слабким розчином хлоридної кисло­ти, під впливом якої відбувається повна демінералізація кісток унаслідок розчинення фосфорнокислих і вуглекислих солей каль­цію, які є мінеральною основою кісток.

У процесі мацерації відбувається додаткове кислотне набухан­ня колагену без порушення його структури. Процес відбувається за типом реакції

з утворенням розчинних солей, що виводяться з розчином.

У разі недостатнього або нерівномірного подавання кислоти може пройти і побічна реакція

Утворений дикальцію фосфат погано розчиняється у воді й за­лишається у кістках. Тому під час мацерації потрібно постійно відводити мацераційну рідину (мацераційний луг), яка містить монокальцію фосфат, і безперервно подавати хлоридну кислоту.

Оптимальними умовами проведення процесу є постійний вміст 5%-ї хлоридної кислоти температурою від 15 до 25 °С. Збільшення або зменшення концентраційного відсотка хлоридної кислоти при­зводить до збільшення втрат желатину. Тривалість процесу маце­рації залежить від сортності та калібру кісток, температури й процесу використання барботування.

Мацерація кісток молодих тварин, а також губчастої частини кісток проходить швидше. Процес мацерації кістки розміром 1 мм відбувається в 5 разів швидше, ніж кісток розміром 8мм.

Мацерація вважається закінченою, якщо кістки просвічуються, легко ріжуться ножем, пружні при згинанні. Вихід мацерованої кістки (осеїну) в середньому становить 50 — 70 % до маси кісток. Осеїн містить: вологи 70 — 75 %, колагену 20,0 — 26,5, мінеральних речовин 1 — 2, жиру 1 — 4, сторонніх домішок 2 — 3 %.

Технологічну схему другого етапу підготовки кісткової сирови­ни подано на рис. 17.6.

Технологічна ріди­на (мацераційний луг) містить 4 % фосфат- ангідриду, її відвозять у цех фосфатидного концентрату.

Із мацераційного лугу коагулюють ди- гідрофосфат кальцію вапняним молоком.

Дигідрофосфат каль­цію за кілька етапів промивають водою. Пі­сля закінчення проми­вання дигідрофосфат кальцію насосом пере­качують на вакуум- ротаційний фільтр (рис. 17.7) і після зневоднення стрічковим кон­веєром на подрібнювач та в ємкість для тарування в мішки. У го­товому фабрикаті міститься до 30 % Р2О5, що є цінним компонен­том для виробництва мінеральних добрив.

Для мацерації використовують мацераційні батареї, які скла­даються з кількох чанів. Батарея працює за принципом протихо- ду. Кислота подається з напірного бака до чана, в якому міститься найбільш демінералізована кістка. Під гідростатичним тиском розчин перетікає в наступний чан з меншим ступенем демінералі- зації і так далі.

Циркуляція розчину в чанах зумовлює збільшення концентра­ції мацераційного лугу за вмістом в ньому кальцію.

Якщо надходить недостатня кількість кислоти, то в останньому чи передостанньому чанах може утворюватися фосфат дикальцію, що потребує збільшення потоку кислоти.

Відпрацьований розчин циркулює у водонапірний чан, в який вводиться нова порція хлоридної кислоти і води.

Середня густина розчину на вході у перший чан близько 1,03, в останньому чані — 1,1.

Цикл мацерації в батареях становить від 5 до 10 діб. У батаре­ях розміщується від 4 до 8 чанів.

Після закінчення мацерацій кістку прямо в чанах 2 — 3 рази промивають водою з сорокахвилинним витримуванням осеїну у воді. Закінчення промивання визначають за нейтральною реакці­єю з метилоранжем (безбарвний колір).

Такий спосіб промивання дає змогу зменшити кількість заван­тажувальних та розвантажувальних операцій. Проте у результаті такого промивання маємо дещо гіршу якість кістки, ніж при про­миванні в промивних барабанах. До хлоридної кислоти, яку вико­ристовують для мацерації, висувають жорсткі технічні вимоги. Вона має містити не більш як 0,5 % сульфатної кислоти і 0,001 % заліза, які можуть спричинити утворення нерозчинних солей і гідроксиду заліза, що подовжує процес мацерації.