РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕМЯН ЛЬНА-ДОЛГУНЦА В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РОССИЙСКОЙ

Разность влажностей наружной и внутренней частей оболочки коробочки приводит к образованию вначале небольших трещин, а затем к постепенному увеличению и раскрытию коробочки (рис. 16).

С раскрытием коробочки находящиеся в ней семена начинают подвергаться интенсивному действию теплоносителя, происходит сушка семян и оболочки. Таким образом, сушку коробочки льна условно можно представить состоящей из двух периодов: I период – сушка оболочки с образованием трещин, II период – одновременная сушка семян и оболочки при раскрытой коробочке.

При параболическом распределении влажности в шаре максимально допустимый градиент влагосодержания можно рассчитать по формуле:

, (62)

где R – геометрический размер шара, мм; Uц, Uп – влагосодержание в центре и на поверхности шара, г/кг.

Если в формуле принять Uц=Uс, а Uп =Uоб, то формула примет вид:

. (63)

Критерий Кирпичева вычислим по перепаду влагосодержания U на поверхности и в центре шара:

, (64)

где Wк – абсолютная влажность коробочек, %.

После обработки данных были установлены значения критериев Кирпичева для коробочек льна равные Кim= 0,13…0,31.

Процесс сушки семян льна в коробочках характеризуется изменением скорости сушки семян. Из рис. 17 видно, что скорость сушки оболочки коробочки (2) постепенно повышается по прямой, а семян (1) в коробочках – вначале незначительно растет, а затем, достигнув максимума, резко падает.

Существенным фактором, влияющим на скорость испарения, является величина удельной поверхности, через которую происходит испарение влаги. Плющение коробочек увеличивает площадь поверхности теплообмена, а это значительно ускоряет процесс их сушки.

Рис. 17. Изменение скорости сушки семян в коробочке и оболочки коробочки льна в зависимости от продолжительности сушки:

1 – скорость сушки семян в коробочке;
2 – скорость сушки оболочки коробочки

Скорость испарения влаги в зависимости от состояния и формы поверхности выражается уравнением:

, (65)

где b – коэффициент, учитывающий аэродинамические условия испарения и размеры поверхности испарения; С – разность концентраций паров влаги у поверхности массы и в окружающей ее среде, г/м2; Sн – поверхность испарения, м2.

Допуская, что увеличение поверхности (Sн) испарения в результате плющения происходит за счет появления внутренней площади испарения у половины коробочек, можно записать:

Sн=Sш+2Sк, (66)

где Sк – площадь поперечного сечения коробочки, м2.

После преобразований получим значение Sн:

. (67)

Лабораторные испытания сушки целых и предварительно плющеных коробочек показали эффективность этой операции, что видно на рис. 18.

Рис. 18. Продолжительность сушки целых (1) и плющеных (2) коробочек льна в зависимости от температуры теплоносителя при начальной влажности =85% и конечной – =15%

Применяя плющение коробочек льна, можно интенсифицировать процесс сушки на 30…40%, что сократит расход энергоресурсов, зарплаты без снижения качества семян.

Придавая серьезное значение качеству семян, Е.И. Павлов в своей работе пришел к выводу, что оптимальной для семян льна будет их влажность 10…11%. При этой их влажности они хорошо сохраняют посевные качества и меньше травмируются.

Причинами пересушки семян льна были: недостаточная квалификация оператора сушилки; отсутствие приборов оперативного контроля состояния влажности льновороха в процессе сушки.

Коллективом сотрудников ВМИ и СЗНИИЛПХ был разработан и апробирован в 3-х хозяйствах Шекснинского района Вологодской области на сушилках СКМ-1 индикатор влажности льновороха ИВЛ-01 (а.с. № 1733524, 1992).

Рис. 19. Индикатор влажности ИВЛ-01:

И – измерительный блок; Д – датчик влажности;
К – соединительный

кабель; Р – ВЧ-разъем; 1 – измерительный прибор; 2 – тумблер включения сети; 3 – лампа индикации включения сети; 4 – потенциометр установки ноля; 5 – потенциометр установки чувствительности; 6 – клемма подключения заземления

В основе работы прибора был использован диэлькометрический метод, основанный на изменении емкости измерительного конденсатора в зависимости от влажности контролируемого материала.

Конструктивно он оформлен в виде двух блоков: датчика влажности (Д) и измерительного блока (И).

При вводе фрезы с датчиком в высыхающий слой льновороха и включении измерительного блока, находящегося в кабине оператора, на табло появляется одно из состояний льновороха: «влажное», «норма», «сухое». При показании прибора «норма» производится выем нижнего слоя льновороха до тех пор, пока прибор не будет показывать состояние льновороха «влажное».

Анализ влажности семян колхоза «Заря» Шекснинского района Вологодской области за период 1987–1990 гг. показал, что семена пересушивались на 4,84…6,83%. За три года семена в этом хояйстве имели среднюю влажность 7,28%. Впервые в 1990 году были получены семена влажностью 9,56%, при задании заказчика – 9…12%, что позволило благодаря использованию ИВЛ-01 снизить пересушку семян на 2,28%; сократить продолжительность работы пункта на 160 часов, снизить расход топлива на 4,8 т, электроэнергии – на 15300 кВт·ч.

В пятом разделе «Разработка технологии производства льняного масла на пищевые и технические цели в условиях малых предприятий» дано обоснование сырьевой зоны производства масла, усовершенствована конструкция шнекового пресса ПШМ-250, определены основные технологические параметры производства масла.

Основу сырьевой зоны составляют льноводческие хозяйства, которые могут производить не только тресту, но и семена, ранее остававшиеся в поле, перерабатывать отходы, получающиеся при послеуборочной обработке семян в льносеменоводческих хозяйствах льносемстанциями.

В настоящее время крупные масложировые комбинаты страны льняное масло не производят. Появившиеся в последние годы малые предприятия
(г. Кашин Тверской области, Нижний Новгород, Ярославль и др.) не обеспечивают население своих регионов этим полезным продуктом. Поэтому создание предприятий по производству льняного масла на современной технической основе является весьма актуальным.

Среди различных типов прессов в настоящее время наиболее распространенными являются шнековые прессы. Нами взят за основу переоборудованный пресс ПШМ-250.

С целью производства льняного масла на пищевые и технические цели в конструкцию пресса ПШМ-250 были внесены следующие изменения: уменьшена частота вращения шнека до 18…76 мин–1 путем установки редуктора и сменных шестерен; уменьшен угол выхода жмыха путем проточки регулировочной и нагревательной шайб; дополнительно установлено измельчающее устройство, обеспечивающее резку «льняной трубы» на кусочки размером 31520 мм (рис. 20).

Рис. 20. Схема отжима масла и измельчения жмыха:

1 – вал; 2 – бункер семян; 3 – задвижка; 4 – шнек подающий; 5 – шайба переходная; 6 – зеерная головка; 7 – прессующие шнеки; 8 – нагревательная шайба; 9 – конусная шайба; 10 – регулирующая шайба; 11 – «труба жмыха»; 12 – измельчитель жмыха; 13 – кусочек жмыха; 14 – сборник масла; 15 – болт

Количество (Qм) и качество (Км) льняного масла зависит от ряда факторов исходного материала, т.е. семян.

К количественным факторам исходного материала отнесли: фактическую урожайность семян (Уфс), которая зависит от количества стеблей (Кст) на 1 га, головчатости стеблей (Рг), фазы зрелости семян (Фз), коэффициента выхода годных семян (Кгс) из коробочки, коэффициента потерь (Кпс) семян, фактического коэффициента выхода масла (Кфм) из семян.

К качественным показателям исходного материала отнесли: фазу зрелости (Фз), чистоту семян (Чс), наличие вредных примесей (Спр), температуру нагрева масла (tм) в технологическом процессе производства.

Влияние перечисленных факторов на количество и качество льняного масла изображено на рис. 21.

Рис. 21. Блок-схема модели определения количества и качества льняного масла от исходного материала

Качество растительных масел в соответствии с требованиями ГОСТа определяется следующими показателями: цветностью, прозрачностью, кислотным, йодным числами, содержанием влаги, плотностью.

Из перечисленных показателей наиболее важными, характеризующими качественные изменения растительных масел будут йодное и кислотные числа.

Нашими исследованиями установлено, что на пищевые цели годны семена в фазе желтой спелости, когда содержание жира достигает наивысшего и постоянного значения для данной культуры региона.

Тогда указанную зависимость можно представить в следующем виде:

Км= f(Чс, Спр, tм). (68)

Семена льна на пищевые цели по чистоте должны соответствовать I и II классу. В регионе нет опасных дикорастущих культур, влияющих на пищевые качества масла, поэтому окончательно на качества масла будет сказываться температура масла в процессе его производства:

Км=f(tм). (69)

Должны учитываться также технические факторы количества и качества масла: содержание жира в семенах (Сж), количество пропусков через пресс(Кпр), величина развиваемого давления (Дг) в зеерной головке пресса, способ получения масла (Спм) («холодный», «горячий»), качество фильтрации (Кф). Указанные зависимости можно представить в общем виде:

Qт.м=f(Сж, Кпр, Дг, Спм, Кф). (70)

Содержание жира в семенах льна-долгунца в фазе полной спелости по нашим исследованиям постоянное (Сж=31…32%), давление прессуемой массы (Дг) в процессе также постоянно при выбранном способе («горячий», «холодный»). Тогда качество масла при выбранном способе производства зависит от качества фильтрации. Эту зависимость в общем виде можно представить:

Км=f(Кф). (71)

Производство пищевого льняного масла может быть осуществлено по двум технологическим схемам: «холодным или «горячим» способами.

При производстве льняного масла «горячим» способом семена льна помещаются в жарочный шкаф для доведения влажности семян до 7…8% с целью большего выхода масла. Нагрев семян не должен превышать 60…65°С, время прогрева в шкафу 15…20 мин. Семена должны периодически перемешиваться. Готовность семян определяется появлением на них маслянистого блеска.

Переоборудованный пресс ПШМ-250А при переходе на «горячий» режим работы для прогрева зеерной головки должен поработать 10…15 мин на семенах льна. Только после ее прогрева можно выйти на номинальный режим работы, регулируя производительность пресса и остаток жира в жмыхе с помощью регулировочной гайки.

Выбрав режим работы переоборудованного пресса, нужно постоянно с помощью термометра следить за температурой масла в щелях зеерной головки (на уровне оси шнека), которая не должна превышать 60…65°С.

При «холодном» способе производство льняного масла на пищевые цели осуществляется без поджарки семян, температура нагрева масла снижается до 50…55°С. Масло, изготовленное «холодным» способом, сохраняет все питательные вещества, но период хранения его сокращается.

В результате исследований были получены следующие результаты: коэффициент выхода масла из семян льна-долгунца составляет 0,177…0,21 при «холодном» способе и 0,22…0,27 при «горячем» способе; коэффициент выхода жмыха равен 0,68…0,7 при «холодном» способе и 0,65…0,68 при «горячем» способе; выход фосфатидов составляет 0,03…0,3.

Были определены качественные показатели произведенного масла по следующим признакам: прозрачности, цветному и кислотному числам. Полученные данные представлены в табл. 2.

Таблица 2

Физико-химические свойства масла

№ образца	Величина зазора, мм	Средняя температура, °С	Плотность, г/см3		Прозрач-ность	Цветное число	Кислотное число, мг/г
			после выработки	после отстаивания
1	20	97	0,9273	0,9263	17	45,5	0,5
2	21	82	0,9277	0,9269	17,5	52,5	0,6
3	22	80	0,9304	0,9273	15	45,0	0,6
4	23,5	60	0,9296	0,9290	12	31	0,46
5	24	88	0,9338	0,9257	23	84	0,5

Из данных табл. 2 видно, что при величине зазора 23,5 мм между торцом зеерной головки и регулировочной гайки и температуре 60°С коллоидно-дисперсные системы масла имеют более высокую агрегативную устойчивость, чем при других перечисленных температурах.

Плотность образцов масла после отстаивания незначительно ниже. Уменьшение плотности можно объяснить осаждением твердых грубодисперсных частиц в период отстаивания. Цветное число льняного масла изменялось от 31 до 84, а кислотное число почти не изменялось.

При «горячем» способе количество остатков жира в жмыхе при 18 и
28 мин–1 снизилось до 46 г/кг, т.е. на 23%, а при 78 мин–1 снизилось до 80 г/кг, т.е. на 38,5%. Нужно отметить, что при «горячем» способе происходит нарастание скорости выделения масла из жмыха на всех выше перечисленных оборотах. Это можно объяснить большим количеством разрушенных айлероновых зерен под воздействием температуры в процессе поджарки семян.

Одним из основных факторов, влияющим на качество получаемого масла, является сравнительно высокая температура, которая возникает в шнековых прессах из-за наличия трения между прессуемым материалом, шнеком и зеерной головкой.

Учеными ВНИИЖа установлено, что ферментативный гидролиз глюкозидов и триглицеридов может протекать в льняной мятке в процессе переработки семян льна при увлажнении и медленном (15…20 мин) прогреве в жаровне до 60…70°С. В этом случае образуется синильная кислота и ее соли и свободные жирные кислоты.

При быстром нагреве мятки (1…5 мин) от 55 до 60°С не происходит гидролиз и получаются масла пищевого достоинства, жмых безопасен для кормления животных.

Поэтому определение рациональных режимов работы пресса представляет научный и практический интерес. Нами проведены исследования по изменению температуры масла в разных по длине зеерной головки зонах при различных оборотах шнека.

Исследования температуры льняного масла в зеерной головке проводились с различным числом оборотов шнека (28, 55, 70, 76, 110 мин–1) и зазором между нагревательной шайбой и регулировочной гайкой, при котором происходит наиболее полный отжим масла.

После обработки опытных данных были построены графики зависимости температуры масла от числа оборотов шнека «n» и места расположения точки измерения температуры от начала зеерной головки «l».

Р и с. 22. Зависимость температуры нагрева масла от длины зеерной головки при l = 0;
l = 50 мм; l = 100 мм; l = 150 мм.

В целом экспериментальные данные могут быть аппроксимированы уравнением вида:

t = 26,5 + (1,75 + 0,15 х)(0,36 n + 0,002 n2), (72)

где х – координата точки зеерной головки, в которой замерялась температура масла, мм, n – частота вращения шнека, мин–1.

На скорость окисления жиров влияет состав окисляемого жира, наличие кислорода, температура, присутствие катализаторов и ингибиторов процесса окисления. Нужно учитывать и способ получения жиров, т.е. особенности технологии.

Рис. 23. Зависимость температуры нагрева масла от частоты
вращения шнека при: l = 0;
l = 50 мм; l = 100 мм; l = 150 мм.

Для торможения процесса окисления жиров широко используются ингибиторы: синтетические и природные антиоксиданты, синергисты.

В работе были проведены исследования по влиянию антиоксидантов на окислительную стойкость пищевого льняного масла.

В качестве антиоксидантов была использована аскорбиновая кислота, биогенные фосфатиды и композиция АК + БФЛ, которые вносились в соотношении 0,1% к массе масла. Степень окисления масла оценивалась величиной перекисного числа, определяемого стандартным йодометрическим методом.

Результаты исследований приведены в табл. 3.

Таблица 3

Изменение перекисного числа от продолжительности хранения с применением добавок

Виды добавок	Перекисное число10–2
	свежевыработанное	через 1 месяц хранения	через 2 месяца хранения	через 3 месяца хранения	через 4 месяца хранения	через 5 месяцев хранения
1. Без добавок	2,4	5,4	5,63	13,0	12,3	11,3
2. С добавлением БФЛ	2,4	3,6	3,77	10,6	9,25	7,79
3. С добавлением АК	2,37	3,85	3,11	3,04	3,2	3,2
4. С добавлением АК+БФЛ	2,4	2,86	2,06	1,49	0,85	0,58