авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова» ...»

-- [ Страница 2 ] --

С другой стороны, при высоких степенях измельчения интенсифициру ется взаимодействие используемых реактивов с рядом нецелевых компонен тов: запасными белками, жирами, углеводами. Так, при перекисной обработ ке в семенах сои неизбежно происходит окисление не только уреазы, но и некоторой части полезного белка. В свою очередь при экстрагировании ин гибиторов указанный белок также начинает растворяться и переходить во внешнюю среду, что снижает количество белка и ухудшает кормовые досто инства вырабатываемого продукта. В связи с этим актуальны исследования, направленные на установление такой степени измельчения, которая с одной стороны позволяла бы осуществлять эффективную обработку материала, а с другой – сохраняла бы его полезные свойства.

Данные исследования проводились по специально разработанной схеме опыта, в соответствии с которой из предварительно подготовленной средней пробы семенного материла были сформированы четыре навески массой 50 г, при этом семена первой навески были оставлены целыми, а степень измель чения трех других составила 0,5, 0,1 и 0,05, что соответствует степени из мельчения при грубом дроблении, а также – грубом и среднем помоле, пред почтительным в кормовой технологии. Измельченный материал подвергался воздействию раствора пероксида водорода.

Необходимо отметить, что ввиду зависимости эффективности процесса обработки семян от концентрации окислителя, для получения наиболее до стоверных результатов, влияние указанного фактора должно быть миними зировано. Данный эффект был достигнут за счет использования окисляющего раствора с наименьшей из рабочих концентраций, значение которой было определено экспериментально и составило примерно 3%. Для приготовления раствора с такой концентрацией исходную 27,5% смесь разбавили 8-кратным объемом дистиллированной воды. Кроме того, подготовленные и измельчен ные до различной крупности пробы семян обрабатывались избыточным ко личеством раствора, что позволило поддерживать его постоянную концен трацию вблизи твердой частицы и тем самым сделать скорость диффузии окислителя в семена зависимой только от площади их внешней поверхности.

Обработанное сырье высушивалось при комнатной температуре в течение суток до принятой при заготовках и поставках влажности 12%. Остаточную активность уреазы в обработанных пробах определяли по ГОСТ 13979.9– «Жмыхи и шроты. Методика выполнения измерений активности уреазы»

[57]. Результаты проведенных исследований приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Влияние степени измельчения на содержание в семенах сои активной уреазы Активность уреазы, ед. pH Степень измельчения Злато Бара Соер-4 Соер- Необработанное 2,33 2,26 2,21 2, 1 2,09 2,13 2,00 2, 0,5 1,93 2,10 1,98 2, 0,1 1,54 1,99 1,83 1, 0,05 1,46 1,95 1,76 1, По данным таблицы 6 для каждого из исследуемых сортов соевых семян построены графические зависимости, отражающие связь между содержанием активной уреазы и принятыми степенями измельчения, рисунок 9.

Из графиков видно, что падение содержания активного фермента в 1, раза наблюдается при степени измельчения зерна, равной 0,1. Это объясняет ся тем, что при высоких степенях измельчения длина капилляров внутри по ристой частицы значительно сокращается, а суммарная площадь ее внешней поверхности резко увеличивается. Таким образом, обширная площадь кон такта в совокупности с незначительным размером отдельной частицы обра батываемого материала приобретает существенное влияние на скорость про питки и, как следствие, эффективность окисления фермента уреазы.

Рисунок 9 – Содержание активной уреазы в исследуемых сортах соевых семян в зависимости от степени их измельчения Из рисунка 9 следует, что при обработке исследуемых материалов рас твором пероксида водорода во всех случаях наблюдается прямо пропорцио нальное снижение содержания активного фермента уреазы, характеризующе еся различной степенью конечной эффективности. При этом, как из-за спе цифики анализируемого режима обработки, так и в силу физико механических особенностей того или иного вида растительного сырья, задей ствованного в эксперименте, данный процесс протекает неравномерно, а раз вивается с множественными перепадами скорости, обычно соответствующи ми либо фазовому переходу в биохимических свойствах окисляемого фер мента, либо изменению исследуемого технологического параметра, т. е., в данном случае – увеличению степени измельчения. Так, для сортов Злато и Соер-5 описываемая зависимость в виду резких колебаний кривой может рассматриваться с позиции гармонического закона, тогда как для кривых, ха рактеризующих сорта Бара и Соер-4 справедливым является линейный закон по причине относительно постоянной скорости падения содержания актив ной уреазы.

На кривой, описывающей изменение ферментативной активности в се менах сои сорта Злато, присутствуют 3 перегиба, позволяющие выделить участка в пределах которых исследуемая зависимость характеризуется раз личным тангенсом угла наклона касательной, что дает возможность косвенно судить о скорости окисления фермента на каждом из индивидуальных этапов обработки. Аналогичные перегибы и области содержатся и на остальных графиках, благодаря чему, после нахождениях соответствующих градусных мер и следующих из них тангенсов, таблица 7, может быть дана оценка ин тенсивности процесса окисления.

Таблица 7 – Углы наклона касательных и их тангенсы для кривых при различных степенях измельчения Участок 1 Участок 2 Участок 3 Участок Сорт Угол, рад Угол, рад Угол, рад Угол, рад tg tg tg tg Злато 0,57 0,64 0,30 0,31 0,77 0,98 0,05 0, Бара 0,30 0,31 0,06 0,06 0,27 0,28 0,09 0, Соер-4 0,53 0,58 0,00 0,00 0,40 0,42 0,11 0, Соер-5 0,59 0,66 0,00 0,00 0,62 0,71 0,18 0, Как следует из таблицы 7, наибольшая скорость окисления уреазы по всем сортам наблюдается на 1-ом и 3-ем участках. В результате, уже на начальном этапе обработке в семенах сои сорта Злато отмечается снижение уреазной активности на 10,3%, Бара – 5,7%, Соер-4 – 9,5% и Соер-5 – 11,6%.

В промежутках между указанными областями отмечаются периоды выра женной стагнации, когда скорость нейтрализации фермента резко замедляет ся. Так, на втором участке для сорта Злато содержание активной уреазы сни жается на величину, равную 6,8% от ее начального содержания, для осталь ных же сортов данный показатель составляет всего 1,3, 0,9 и 0,8% соответ ственно. На следующем участке вновь происходит ускорение, приводящее к значительному окислению фермента: 16,7, 4,9, 6,8 и 12,6%. В дальнейшем процесс развивается по зависимости, близкой к линейной и показывает сле дующие значения по испытуемым сортам: 3,4, 1,8, 3,2 и 3,9%. В совокупно сти, на всех этапах обработки ферментативную активность в соответствую щих сортах удается снизить на 37,3, 13,7, 20,4 и 29,0%.

Таким образом, снижение активности уреазы в среднем на 25% наиболее выгодным образом достигается при измельчении семян до крупности помола 0,1–0,05 при котором размеры фрагментов составляют 2,5·10–4–5·10–4 м. Как отмечалось выше, эффективное подавление фермента в этом случае объясня ется увеличением суммарной площади поверхности семян при их дроблении.

Молекулы уреазы, находившиеся внутри семян, после проведения операции измельчения оказываются на внешних сторонах дробленки и получают воз можность взаимодействовать с окислителем. Дальнейшее измельчение семян не оказывает существенного влияния на эффективность обработки: тенден ция к снижению содержания активного фермента падает. Основная причина этого заключается в израсходовании активного вещества рабочего раствора, а также – в его замедленном проникновении в быстро набухающие мелкие зерновые фрагменты, все еще содержащие значительное количество уреазы.

Поскольку регламентируемая ГОСТами 27149–95 и 53799–2010 степень со держания данного фермента остается не достигнутой, актуальны исследова ния по дальнейшему снижению его активности.

4.2 Нахождение концентрации окисляющего раствора Аналогично выбору степени измельчения, рационально подобранная концентрация также имеет важное значение для повышения технологической эффективности процесса обработки семян сои. Согласно выражениям (2) и (3) концентрация, характеризующая количество извлекаемого или активного вещества в рабочем растворе представляет один из основных параметров, определяющих скорость течения гетерогенных реакций в ходе различных массообменных взаимодействий. Дополнительное значение указанный пара метр приобретает во время химической обработки, когда при постоянной скорости реакции от концентрации зависит не только полнота превращений целевого компонента, но и качество прочих составляющих, в той же степени подверженных химическому воздействию.

При обработке семян сои с увеличением концентрации окислителя в ра бочем растворе растет эффективность процесса нейтрализации фермента уреазы. В это же время, при излишне высокой концентрации пероксида во дорода наблюдается его взаимодействие с другими компонентами раститель ного сырья, что приводит к ухудшению его органолептических показателей.

В связи с этим особую важность приобретают исследования, направленные на поиск концентрации, с одной стороны обеспечивающей подавление уре азы, а с другой – полнее сохраняющей полезные свойства сырья.

В исследованиях по нахождению рациональной концентрации окислите ля была использована схема опыта, в соответствии с которой в рабочем рас творе для обработки измельченных семян сои использовались смеси, харак теризующиеся последовательным увеличением концентрации пероксида во дорода, начиная с ее наименьшего эффективного значения, при котором начинается снижение активности фермента уреазы – 3%. Последующие зна чения показателя концентрации составляли соответственно 6, 9 и 12%, что позволило достигнуть более интенсивного снижения активности фермента.

Результаты данных исследований приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Влияние концентрации пероксида водорода в водном растворе на содержание активной уреазы Активность уреазы, ед. pH Концентрация, % Злато Бара Соер-4 Соер- 3 1,50 1,97 1,79 1, Продолжение таблицы Активность уреазы, ед. pH Концентрация, % Злато Бара Соер-4 Соер- 6 0,88 1,31 1,03 0, 9 0,43 0,51 0,38 0, 12 0,18 0,22 0,20 0, По экспериментальным данным, представленным в таблице 8 построена графическая зависимость, отражающая связь между параметрами содержа ния активного фермента уреазы и концентрации пероксида водорода в рабо чем растворе, рисунок 10.

Рисунок 10 – Содержание активной уреазы в исследуемых сортах соевых семян в зависимости от концентрации раствора Как следует из рисунка 10, зависимости, описывающие дальнейшую ди намику изменения уреазной активности при обработке соевых семян раство рами с различной концентрацией окислителя остаются прямо пропорцио нальными, но, в отличие от предыдущих, носят характер, близкий к линей ному, а именно – в них отсутствуют резкие перепады скорости и застойные области, что объясняется некоторой стабилизацией процесса обработки. По этой причине, для характеристики каждого из графиков на них достаточно выделить и проанализировать меньшее количество участков, таблица 9.

Таблица 9 – Углы наклона касательных и их тангенсы для кривых при различных концентрациях окислителя в рабочем растворе Сорт Участок 1 Участок 2 Участок Угол, рад Угол, рад Угол, рад tg tg tg Злато 0,71 0,87 0,53 0,58 0,22 0, Бара 0,41 0,43 0,70 0,84 0,37 0, Соер-4 0,39 0,41 0,63 0,73 0,22 0, Соер-5 0,49 0,54 0,54 0,60 0,26 0, Из таблицы 9 видно, что всем сортам кроме сорта Злато присуща скачкообразная динамика снижения уреазной активности: с некоторым первоначальным ускорением, соответствующим обработке 3% раствором, дальнейшим ростом скорости окисления при увеличении концентрации до 6% и замедлением при 9%. Следует отметить, что с последующим ростом концентрации до значения 12% кривая выходит на асимптоту, из чего следует вывод о резком снижении эффективности обработки. Это может быть связано с тем, что использование растворов с повышенной концентрацией обусловливает существенное изменение физико-химических свойств поверхностных слоев растительных фрагментов, вследствие чего замедляется процесс их пропитки активным веществом.

Приросту скорости на начальном этапе соответствуют следующие показатели снижения ферментативной активности от ее начальных значений:

Злато – 35,6%, Бара – 12,8%, Соер-4 – 19,0%, Соер-5 – 27,3%. С увеличением концентрации окислителя активность уреазы продолжает снижаться на величины в 28,8, 29,9, 34,4 и 35,9%. На данной стадии скорость процесса обработки некоторое время остается постоянной, после чего ее среднее значение падает. Активность фермента после этого уменьшается на 17,2, 35,4, 29,4 и 19,9% по соответствующим сортам. При обработке измельченных семян раствором с наибольшей концентрацией удается достичь следующих показателей снижения активности уреазы: 10,7 – для сорта Злато, 12,8 – Бара, 8,1 – Соер-4, 10,8% – Соер-5.

Как видно из цифр, при обработке сырья растворами с концентрацией окислителя от 9 до 12% активность уреазы удается подавить на 81,2–91,9%, что составляет 0,15–0,39 pH. Поскольку в этом случае содержание активного фермента удовлетворяет требованиям ГОСТов 27149–95 и 53799–2010, данный диапазон значений можно использовать на практике. При этом, однако, следует иметь в виду, что обработка растворами с более низкой концентрацией протекает не только быстрей, но и значительно улучшает органолептические показатели соевых семян: цвет зерна приобретает более светлый тон, неприятный бобовый запах исчезает, таблица 10.

Таблица 10 – Изменение органолептических характеристик семян сои после обработки раствором с 3% концентрацией окислителя Сорт Показатель До обработки После обработки Цвет Бледно-желтый Песочный Злато Запах Рыбный Ореховый Вкус Вяжущий Нейтральный Цвет Желтый Янтарный Бара Запах Бобовый Арахисовый Вкус Слабая горечь Нейтральный Цвет Бледно-коричневый Золотистый Соер-4 Запах Землистый Сладкий Вкус Гороховый Умеренно-гороховый Продолжение таблицы Сорт Показатель До обработки После обработки Цвет Молочно-желтый Горчичный Соер-5 Запах Выраженный бобовый Отсутствует Вкус Резкий бобовый Отсутствует Отмеченное улучшение органолептических показателей объясняется окислением одорирующих веществ с их дальнейшим превращением в фосфатиды. В виду этого, окончательно к применению на практике рекомендуются растворы с концентрацией 3–6%.

4.3 Нахождение количества окисляющего раствора Как отмечалось выше, основным недостатком подготовки растительного сырья посредством химической обработки является высокий риск вступления в реакцию таких его составляющих, физико-химические свойства которых желательно сохранить в неизменном виде. Так, при обработке семян сои окисляющим раствором с повышенной концентрацией пероксида водорода помимо общего снижения активности фермента уреазы наблюдается интен сивное взаимодействие полезного белка с содержащимися в рабочей смеси реактивными формами кислорода. В результате данного взаимодействия ко нечный продукт приобретает острый неприятный запах, а его кормовые до стоинства оказываются снижены. При использовании же растворов с низким содержанием активного вещества растворимость и биологическая полноцен ность белка сохраняются на более высоком уровне, однако в этом случае не удается достигнуть эффективного снижения вредной ферментативной актив ности. В связи с этим, одно из возможных решений описанной проблемы за ключается в использовании раствора с пониженным содержанием окислите ля, но подаваемом в большем количестве. Положительным эффектом такого подхода является лучшее сохранение полезных свойств сырья.

В исследованиях, направленных на установление потребного количества низкоконцентрированного раствора использовалась специально разработан ная схема опыта, согласно которой навески семян сои изучаемых сортов мас сой 50 г, сформированные из предварительно подготовленной средней пробы соответствующего растительного материала смалывались до ранее установ ленной эффективной степени измельчения, равной 0,05 и в дальнейшем об рабатывались различными количествами раствора пероксида водорода с це лью экспериментального нахождения такого объема впитываемой жидкости, при котором бы наблюдалось наибольшее снижение активности фермента уреазы. Полученные результаты осуществленных исследований приведены в таблице 11.

Таблица 11 – Влияние количества раствора на активность уреазы Активность уреазы, ед. pH Количество раствора, мл Злато Бара Соер-4 Соер- 40 1,92 1,98 2,02 2, 80 1,22 1,35 1,29 1, 120 0,33 0,29 0,24 0, 160 0,12 0,16 0,22 0, В соответствии с данными таблицы 11 на рисунке 11 представлен гра фик зависимости ферментативной активности уреазы от количества исполь зованного низкоконцентрированного раствора. Из него видно, что характер ной отличительной особенностью графиков, описывающих зависимость ферментативной активности от количества подаваемого окислителя является колебание скорости на завершающем участке, соответствующим обработке избыточным объемом рабочей смеси. В остальном же они ведут себя подоб но раннее проанализированным кривым, т. е. имеют некоторый прирост ско рости в начале, который в дальнейшем еще более возрастает и стабилизиру ется, сохраняясь на достигнутом уровне вплоть до указанной области коле баний.

Рисунок 11 – Содержание активной уреазы в исследуемых сортах соевых семян в зависимости от количества раствора Для достижения большей точности, на рассматриваемых графиках было выделено и изучено по 4 участка, таблица 12.

Таблица 12 – Углы наклона касательных и их тангенсы для кривых при различных концентрациях окислителя в рабочем растворе Участок 1 Участок 2 Участок 3 Участок Сорт Угол, рад Угол, рад Угол, рад Угол, рад tg tg tg tg Злато 0,44 0,47 0,70 0,84 0,43 0,45 0,00 0, Бара 0,27 0,28 0,65 0,75 0,70 0,84 0,07 0, Соер-4 0,22 0,22 0,73 0,90 0,68 0,81 0,19 0, Соер-5 0,19 0,19 0,71 0,87 0,85 1,14 0,10 0, Из данных, представленных в таблице 12 следует, что для всех исследу емых сортов справедливо утверждение о достаточно высокой эффективности процесса обработки раствором, подаваемом в количестве 40 мл из расчета на массу навески измельченных семян, равную 50 г – участок 1. Степень инак тивации фермента уреазы, достигаемая в этом случае принимает значения на 17,6, 12,4, 8,6 и 11,3% меньше соответствующих начальных показателей. Ди намика процесса на участках 2 и 3 свидетельствует о том, что с увеличением объема раствора до 80 мл и, далее – до 120 мл, скорость окисления продол жает расти, что говорит о повышении эффективности обработки сначала на 30,0, 27,9, 33,0 и 38,1% от предыдущих значений, а затем – на 38,2, 46,9, 47, и 41,6%. В этой же области обработка раствором пероксида водорода пока зывает пик своей эффективности, т. к. в дальнейшем скорость процесса резко замедляется: на 4-ом участке, соответствующим обработке раствором объе мом 160 мл активность фермента падает лишь на 9,0, 5,8, 0,9 и 1,3%.

В итоге ферментативную активность в обрабатываемых сортах удается снизить на 94,8, 92,2, 90,0 и 92,2%, что соответствует значениям 0,12, 0,16, 0,22 и 0,18 pH. Поскольку данные показатели соответствуют требованиям ГОСТов 27149–95 и 53799–2010, то обработку раствором из расчета 50 г се мян на 160 мл раствора, что соответствует массовому отношению 1:3,2 мож но рекомендовать к использованию на практике [56].

4.4 Нахождение вязкости обрабатываемой суспензии Особенность предлагаемых технологии и оборудования заключается в совмещении ультразвуковой обработки с перемешиванием и умеренным нагревом. Использование первого обусловлено тем, что ультразвук является мощным фактором интенсификации массообменных процессов, имеющих место между твердой и жидкой фазами. С этой же целью температуру обра батываемой среды обычно стремятся несколько повысить, для чего техноло гическое оборудование оснащают нагревательными элементами. Необходи мость же в перемешивании диктуется тем, что в виду равномерности обра ботки водно-соевая суспензия должна постоянно поддерживаться во взве шенном состоянии. Исходя из этого, а также принимая во внимание, что ра бота акустических излучателей наиболее эффективна в средах с пониженной вязкостью, представляется целесообразным оценить данный параметр для водно-соевой суспензии при ее обработке в политермальном режиме при различных частотах вращения измерительного сосуда. В итоге это дает воз можность выделить такие режимные показатели процесса, которые с одной стороны обеспечат равномерность обработки, а с другой – будут способство вать эффективному развитию ультразвуковой кавитации и, как следствие – массообмену, что в комплексе позволит стабилизировать качественные пока затели вырабатываемого продукта.

Вследствие того, что в исследованных нами работах отсутствуют дан ные зависимости вязкости от частоты перемешивания и температуры обраба тываемой суспензии, нами была разработана схема опыта, заключающаяся в том, что зерно, измельченное до крупности 150–160 мкм, с влажностью 7% смешивали с водой из расчета 450 мл жидкости на 120 г муки. Полученную суспензию исследовали на ротационном вискозиметре. Испытания проводи ли в два этапа: 1) при постоянной температуре, но меняющейся частоте вра щения измерительного сосуда;

2) при растущей температуре, но постоянной частоте вращения измерительного сосуда.

Необходимо отметить, что в данных исследованиях массовая доля жид кости в водно-соевой суспензии была увеличена с 2,4 до 3,75 массовых ча стей. Это связано с тем, что хотя массовое соотношение 1:2,4, установленное ранее в опытах по оценке потребного количества окисляющего раствора ра ционально с позиции обработки пероксидом водорода, однако не позволяет эффективно поддерживать суспензию во взвешенном состоянии, что требу ется при ультразвуковой обработке. Экспериментальными исследованиями установлено, что минимальная масса необходимой для этого жидкости должна примерно в 3,75 раз превосходить массу растительного материала, поэтому, в качестве окончательного массового соотношения твердой и жид кой фаз при переработке семян сои следует считать отношение 1:3,75.

Первая часть испытаний проводилась при комнатной температуре, со ставляющей 20°C и последовательном увеличении частоты вращения изме рительного сосуда до 10, 20, 40, 60, 80, 100 и 120 мин –1. Последующие испы тания проводились при частоте вращения сосуда 10 мин–1 и постепенном по вышении температуры от 20 до 90°C. Результаты исследований приведены в таблицах 13 и 14.

Таблица 13 – Вязкость суспензии при различных частотах вращения измерительного сосуда Частота, мин–1 10 20 40 60 80 100 Вязкость, Па·с 70,58 97,05 132,35 158,82 176,47 211,76 229, Таблица 14 – Вязкость суспензии при различных температурах Температура,°C 20 30 40 50 60 70 80 Вязкость, Па·с 114,7 110,2 101,5 105,9 123,5 130,6 127,9 127, По данным таблиц 13 и 14 построены графики, отражающие значение показателя вязкости исследуемой водно-соевой суспензии при различных ча стотах вращения измерительного сосуда и температурах, рисунки 12, 13.

Рисунок 12 – График зависимости вязкости водно-соевой суспензии от частоты вращения измерительного сосуда Из рисунка 12 следует, что с увеличением частоты вращения измери тельного сосуда от 10 до 120 мин–1 вязкость обрабатываемой суспензии воз растает прямо пропорционально от 70,58 до 229,41 Па·с. Это связано с тем, что с ускорением перемешивания также происходит увеличение скорости движения и расстояния между молекулами воды, представляющей жидкую фазу исследуемой полимерной системы. В результате имеет место законо мерное снижение сил молекулярного притяжения, являющегося основной причиной внутреннего трения в жидкостях.

Описываемая зависимость подчиняется линейному закону, в соответ ствии с которым изменяется достаточно равномерно, имея незначительные отклонения в скорости при частотах вращения 60 и 90 мин–1. Поскольку при частоте вращения 10 мин–1 обрабатываемая суспензия характеризуется наименьшим значением вязкости, равным 70,58 Па·с и при этом остается в стабильном взвешенном состоянии, то именно эту частоту перемешивания можно рекомендовать для практического использования.

В свою очередь, из рисунка 13 следует, что по мере роста температуры от 20 до 90°C, вязкость обрабатываемой суспензии изменяется в пределах от 101 до 131 Па·с. При этом, наименьшее значение вязкости соответствует зна чению температуры, равному 43°C, а наибольшее – 70°C.

Рисунок 13 – График зависимости вязкости водно-соевой суспензии от температуры Первоначальное снижение вязкости на величину 14 Па·с с ростом тем пературы от 20 до 43°C объясняется аналогичными причинами, ранее ука занными для опыта с измерением вязкости в зависимости от частоты пере мешивания суспензии, однако в настоящем случае данный эффект достигает ся за счет сообщения полимерной системе дополнительного тепла. Какое либо влияние на вязкость суспензии со стороны твердой фазы при этом ис ключено, т. к. изменение биохимических свойств измельченных семян, обычно обусловливающее подобное воздействие начинается при более высо ких температурах и, как следует из графика, начинается при дальнейшем нагреве от 43 до 70°C, чему сопутствует резкий прирост вязкости на величи ну, равную 30 Па·с. Достигнув среднего значения в 127 Па·с, кривая с после дующими незначительными отклонениями продолжает оставаться вблизи данного значения, не проявляя ярко выраженной зависимости от продолжа ющегося до 90°C роста температуры.

В целом, из полученных данных следует, что водно-соевой суспензия характеризуется относительно низкой вязкостью, изменяющейся незначи тельно при различных скоростях перемешивания и температурных режимах.

Это позволяет сделать вывод о том, что полимерная система на основе воды и измельченных семян сои представляет удобный для переработки в поле ин тенсивных ультразвуковых волн продукт. С этой точки зрения рассматривае мая суспензия выгодно отличается от суспензий, приготовленных на основе злаков и в которых сила внутреннего трения за счет клейстеризации крахма ла может изменятся в пределах, превосходящих установленный в данном ис следовании в 5–10 раз.

На основе проведенных исследований для использования на практике рекомендуются следующие значения технологических характеристик про цесса переработки семян сои: массовое соотношение воды и измельченного растительного сырья в суспензии – 1:3,75;

частота вращения мешалки – мин–1;

температура обрабатываемой среды – 43°C.

4.5 Исследование динамики экстрагирования ингибиторов В соответствии с теоретическим обоснованием и данными литературных источников, экстрагирование ингибиторов из семян сои с помощью воды может рассматриваться как альтернативный, по сравнению с высокотемпера турной обработкой, способ повышения кормовой ценности последних. Эф фективность рассматриваемого способа следует из того, что принятая в прак тике переработки сои общая степень нейтрализации ингибиторов протеоли тических ферментов примерно соответствует количеству ингибиторов, мо гущих быть удаленными из семенного материала с помощью операции экс трагирования и составляет примерно 80–90%. В свою очередь, перспектив ность и основное преимущество предлагаемого способа перед тепловой об работкой заключается в лучшем сохранении высоких кормовых достоинств соевого белка.

Так же, как при обработке сои пероксидом водорода с целью снижения уреазной активности, эффективность экстрагирования ингибиторов зависит от степени измельчения семян, концентрации извлекаемого вещества в экс трагенте и количества самого экстрагента. Кроме того, приобретает значение время, в течение которого осуществляется операция. Основная сложность при этом – выбрать такую длительность обработки, при которой экстрагиру ется максимальное количество ингибитора.

Согласно использованной для изучения динамики экстрагирования ин гибиторов схеме опыта, в качестве объектов исследования были приняты об разцы семян сои, измельченные до крупности среднего помола. Полученный растительный материал подвергался замачиванию в течение 1, 4, 6 и 8 часов.

Размол семян осуществлялся из соображений повышения эффективности процесса экстрагирования подобно тому, как это было сделано для случая с обработкой раствором пероксида водорода. Принятые временные промежут ки соответствуют: первый – предварительному замачиванию сырья перед прохождением термической обработки, последний – времени, в течение ко торого семена поглощают максимальное количество влаги с предельным увеличением своих линейных размеров. Результаты исследований приведены в таблице 15.

Таблица 15 – Влияние длительности экстрагирования на активность ингибитора трипсина Активность ингибитора трипсина, мг/г Время замачивания, ч Злато Бара Соер-4 Соер- Необработанное 21,1 51,2 45,6 61, 1 9,7 16,3 16,4 34, 4 5,0 13,3 13,2 13, 6 3,1 4,6 7,2 9, 8 2,7 3,0 6,8 9, По данным таблицы 15 построены графики, рисунок 14.

Рисунок 14 – Активность ингибитора в исследуемых сортах соевых семян в зависимости от времени обработки Из графиков видно, что динамика снижения активности ингибиторов протеолитических ферментов для сортов Бара и Соер-4 достаточно сложна и характеризуется многократными изменениями скорости экстрагирования. В это же время, зависимости, соответствующие процессу обработки семян сор тов Злато и Соер-5 относительно просты и протекают с большей степенью равномерности.

В целом, различное поведение данных кривых объясняется не только индивидуальными особенностями в строении растительной ткани исследуе мых сортов, но также их биохимическим составом, представленным ингиби торами различной степени растворимости и, следовательно, скорости диффу зии во внешнюю среду. Данные по анализу интенсивности обработки для ис пытуемых видов сырья обобщены в таблице 16.

Результаты обработки экспериментальных данных показывают, что на начальном этапе замачивания измельченных семян в воде интенсивность экс трагирования ингибиторов из них сильно разнится. Это косвенно подтвер ждает факт различной концентрации извлекаемого вещества в перерабатыва емом сырье и говорит о неприменимости единого подхода к определению суммарного времени подготовки семян сои нескольких сортов.

Таблица 16 – Углы наклона касательных и их тангенсы для кривых при различной продолжительности влажной обработки Участок 1 Участок 2 Участок 3 Участок Сорт Угол, рад Угол, рад Угол, рад Угол, рад tg tg tg tg Злато – 0,41 0,43 0,14 0,14 0,00 0, Бара 0,95 1,40 0,07 0,07 0,34 0,35 0,10 0, Соер-4 0,87 1,18 0,02 0,02 0,31 0,32 0,05 0, Соер-5 – 0,75 0,93 0,05 0,05 0,03 0, В среднем эффективность обработки на первом этапе достаточно высока и характеризуется следующими показателями снижения ингибиторной ак тивности по исследуемым образцам: Злато – 54%, Бара – 68%, Соер-4 – 64%, Соер-5 – 43%.

С увеличением продолжительности замачивания для всех сор тов общим является значительное – до нескольких десятков раз – падение скорости экстрагирования, что в ряде случаев объясняется естественным за вершением процесса в силу полноты извлечения целевого компонента и в ря де – фазовым переходом в динамике массообмена, связанным с постепенным вступлением в реакцию менее растворимых форм ингибитора [19]. На данной стадии удается достичь следующих значений снижения активности блокато ров пищеварительных ферментов для соответствующих сортов: 22,3, 5,9, 7, и 35,1%. В дальнейшем по сортам Злато и Соер-5 больше не наблюдается ро ста интенсивности выхода ингибиторов, зато сорта Бара и Соер-4 вновь уве личивают отдачу экстрагируемого вещества, хотя медленнее, чем в начале.

Снижение ингибиторной активности в данном случае описывается следую щим цифрами: 9,0, 17,0, 13,2 и 5,9%. На завершающем этапе растворимая фа за из сортов Бара и Соер-4 извлекается примерно на 3,0 и 0,8%.

В итоге среднее значение экстрагированных ингибиторов в течение часа составляет 57%, в течение 4-х часов – 18%, 6-и часов – 11%, 8-и часов – 2%. Принимая во внимание, что достаточная степень удаления ингибиторов составляет 80–90%, рациональной продолжительностью обработки следует считать временной интервал от 4 до 6 часов. Обработка семян в течение большего времени нецелесообразна, так как в результате длительного зама чивания эффективность экстрагирования ингибиторов падает на 1/3 по срав нению с рекомендуемой продолжительностью технологической операции [60].

4.6 Исследование динамики экстрагирования ингибиторов под воздействием ультразвука Физико-химическая обработка растительного сырья, в основе которой ле жит использование воды и реактивных форм кислорода характеризуется без опасностью и достаточно высокой технико-экономической эффективностью.

Благодаря этому данный тип обработки может быть рекомендован к широкому применению в сфере кормопроизводства. Однако, практическая реализация раз работанного способа затруднена в силу его значительной продолжительности по времени из-за чего снижается выработка кормов и падает рентабельность произ водства. Таким образом, для успешного внедрения низкотемпературной перера ботки необходимы исследования по ее интенсификации.

С учетом того, что скорость химического взаимодействия постоянна [7], уменьшить продолжительность жидкостной обработки растительного сырья возможно за счет ускорения процессов массообмена (набухание зерна, экстраги рование растворимых ингибиторов), предваряющих и сопутствующих непосред ственной реакции ингибиторов и ферментов с соответствующими им реагентами.

В этом случае ускорение обработки может осуществляться при избыточном дав лении в рабочей камере, умеренном нагреве, в поле центробежных сил или ин тенсивных акустических волн ультразвукового диапазона. Одним из наиболее эффективных средств развития и интенсификации процесса является ультразвук, так как обусловливает не только активные акустические течения, но и режимы развитой кавитации. При этом удается повысить скорость массообменных про цессов, а также механически нарушить структуру относительно массивных мо лекул ингибиторов, в результате чего они частично теряют свою биологическую активность. Исходя из этого, нами в данном разделе решались следующие зада чи:

установление рациональных характеристик ультразвукового излучения в целях ускорения водного экстрагирования растворимых ингибиторов трип сина;

оценить денатурирующее действие акустического излучения ультразвуко вого диапазона при взаимодействии с макромолекулами белков ингибито ров.

С целью решения поставленных задач была разработана частная опытная схема, позволяющая дать оценку ингибиторной активности в семенах сои иссле дуемых сортов, обрабатываемых ультразвуком. В соответствии с ней, зерно из мельчалось, погружалось в воду и обрабатывалось ультразвуком с различными частотами в течение 10, 20, 30, 40 и 50 минут. Обработка осуществлялась на установке УЗУ 4-1,6-О, рисунок 15.

Рисунок 15 – Ультразвуковая установка УЗУ 4-1,6-О Данная установка комплектуется акустическими преобразователями маг нитострикционного типа модели ПМС1-1,6/22.

Мощность используемых излучателей составляет 1,6 кВт, при частоте излу чения 18 и 20 кГц и плотности акустической кавитации 4 Вт/см2. Результаты ис следований приведены в таблцах 17 и 18.

Таблица 17 – Активность ингибитора в семенах сои при различной длительности обработки ультразвуком с частотой 18 кГц Активность ингибитора, мг/г Время обработки, мин Злато Бара Соер-4 Соер- 10 17,1 37,4 36,0 47, 20 12,0 26,8 20,1 33, 30 3,8 7,7 5,0 7, 40 2,0 6,1 4,1 6, 50 1,5 5,1 3,2 5, Таблица 18 – Активность ингибитора в семенах сои при различной длительности обработки ультразвуком с частотой 20 кГц Активность ингибитора, мг/г Время обработки, мин Злато Бара Соер-4 Соер- 10 14,3 30,2 27,8 36, 20 4,0 10,24 8,2 11, 30 2,3 4,0 4,6 5, 40 1,9 4,0 3,6 4, 50 1,4 3,5 3,6 3, По данным таблиц построены соответствующие графические зависимости, отражающие значение показателя активности ингибитора в исследуемых семенах сои при различных длительностях и частотах ультразвуковой обработки, рисунки 16, 17.

Рисунок 16 – Активность ингибитора в исследуемых сортах соевых семян в зависимости от времени обработки ультразвуком с f = 18 кГц Рисунок 17 – Активность ингибитора в исследуемых сортах соевых семян в зависимости от времени обработки ультразвуком с f = 20 кГц Как следует из рисунка 16, семенам сорта Злато и Соер-4 присуща наиболее простая динамика ингибиторной диффузии. В случае же с осталь ными сортами, интенсивная влажная обработка измельченных семян в поле акустических ультразвуковых волн с частотой 18 кГц протекает подобно обычному замачиванию с характерной неравномерностью, однако, в отличие от него – в разы быстрее. Это подтверждает сделанное раннее на основе тео ретических исследований заключение о комплексном интенсифицирующем действии как самих ультразвуковых волн, так и продуцируемой ими в жид кой среде режимов развитой кавитации и акустических течений. Исходя из этого, с целью корректного сравнения приростов скоростей диффузии инги битора на различных этапах рассматриваемой обработки с таковой, но без применения ультразвука, первичные данные, полученные с помощью графи ков были умножены на поправочный коэффициент k = 8, соответствующий экспериментально установленному сокращению времени обработки. Резуль таты проделанного математического анализа приведены в таблице 19.

Таблица 19 – Углы наклона касательных и их тангенсы для кривых при различном времени ультразвуковой обработки (f = 18 кГц) Сорт Участок 1 Участок 2 Участок 3 Участок Угол, рад Угол, рад Угол, рад Угол, рад tg tg tg tg Злато – 1,36 1,37 2,72 2,83 0,33 0, Бара 4,50 5,04 3,50 3,74 5,27 6,20 0,70 0, Соер-4 3,07 3,22 5,43 6,45 2,62 2,71 0,61 0, Соер-5 4,60 5,19 3,72 4,02 6,87 9,27 1,08 1, По данным таблицы 19 видно, что аналогично обработке без ультразву ка, в начальной фазе интенсивного экстрагирования под действием акустиче ских волн наблюдается резкое ускорение выхода растворимого вещества.

Однако, в дальнейшем, данная тенденция оказывается справедливой не для всех сортов, а только для таких, которые характеризуются пониженным ис ходным содержанием антифермента: Злато и Соер-4. Так же, вследствие ста бильного течения реакции, это говорит о большей степени видовой однород ности ингибиторов, содержащихся в семенах данных сортов. Для остальных же сортов данный этап водной обработки сопровождается фазовым перехо дом, природа которого была объяснена раннее. Эффективность обработки в поле ультразвука описывается следующими показателями снижения ингиби торной активности: 19,0, 27,0, 21,1, 23,0% для соответствующих сортов на первом этапе и 24,2, 20,7, 34,9, 21,9% – на втором. Через 20–30 минут обра ботки скорость выхода извлекаемого вещества из семян сортов Злато и Соер 4 значительно замедляется, в то время как для сортов Бара и Соер-5 данный показатель вновь растет. Эффективность экстрагирования на этой стадии со ответствует снижению активности антиферментов на 38,9, 37,3, 33,1 и 43,1%.

На завершающем этапе падение скорости растворения и диффузии ингиби торов принимает постоянный характер и по прошествии 30–40 минут позво ляет снизить их активность на 8,53, 3,13, 1,97, 2,12, а затем – на 2,37, 1,95, 2, и 0,98%. В итоге средний показатель снижения ингибиторной активности со ставляет примерно 90%, что позволяет говорить о достаточной эффективно сти экстрагирования в поле ультразвуковых волн с частотой 18 кГц.

В отличие от обработки при частоте ультразвука 18 кГц, процесс экстра гирования в поле акустических волн с частотой 20 кГц протекает не только быстрее, но и с большею степенью равномерности. Это говорит о том, что с повышением частоты акустического излучения, сила ударных волн, возни кающих при сокращении кавитационных полостей достигает величин, доста точных для разрыва молекулярных связей. Последнее, в свою очередь, обу словливает не только повышенную растворимость, но и некоторую денату рацию молекул ингибитора. Действительно, приняв форму условной белко вой молекулы круглой, а ее размер – равным размеру коллоидной частицы с радиусом 10–9 м, можно рассчитать, что с давлением в ударной волне 164·106 Па, развиваемым при частоте 18 кГц, на молекулу действует сила, равная по модулю 257,48·10–12 Н. Таким образом, уже на данном этапе моле кула подвержена воздействию, по силе сравнимым с силой удерживающих ее связей: 450·10–12 Н для связи C–C, 577·10–12 Н – для связи C–O, 977·10–12 Н – для C=C и 379·10–12 Н – для S–S. С дальнейшим увеличением частоты давле ние в ударной волне пропорционально возрастает, что и определяет высокую эффективность и стабильность обработки. Таким образом, поскольку на ис следуемых зависимостях отсутствуют множественные перепады скоростей, для них осуществлен анализ только по 3 основным областям, результаты ко торого с учетом поправочного коэффициента k = 8 приведены в таблице 20.

Таблица 20 – Углы наклона касательных и их тангенсы для кривых при различном времени ультразвуковой обработки (f = 20 кГц) Сорт Участок 1 Участок 2 Участок Угол, рад Угол, рад Угол, рад tg tg tg Злато 3,13 3,30 0,59 0,60 0,32 0, Бара 5,93 7,32 0,27 0,27 0,20 0, Соер-4 5,66 6,84 0,26 0,26 0,34 0, Соер-5 2,69 2,80 0,21 0,21 0,37 0, Как следует из таблицы 20, динамика процесса экстрагирования для всех испытуемых сортов схожа: в начале следует резкий прирост скорости, про должающийся примерно 20 минут, а затем – кардинальный спад с последу ющим незначительным колебанием. При этом для сортов Злато и Бара это колебание соответствует окончательному замедлению, а для сортов Соер-4 и Соер-5 – несущественному ускорению. Рост эффективности ультразвуковой обработки по ее скорости на первичном этапе при 20 кГц по сравнению с об работкой при 18 кГц выражается следующими цифрами: 2,4 раза для сорта Злато, 1,45, 2,12 и 0,54 раза для сортов Бара, Соер-4 и Соер-5. В пересчете на величины, сопоставимые с показателем снижения ингибиторной активности данные значения составляют: 32,2, 41,0, 39,0 и 40,0% для соответствующих сортов на первичном этапе обработки, 48,8, 39,0, 43,0, 41,1% – через 20 ми нут после ее начала, 8,1, 12,2, 7,9, 10,0% – через полчаса и – в среднем – 2,1, 0,5, 1,1 и 1,5% – на завершающем этапе, когда качественные свойства семян стабилизируются и в дальнейшем остаются неизменными.

Таким образом, из сравнения полученных данных следует, что при частоте ультразвука 18 кГц и времени обработки 30–40 мин, полнота удаления белкового ингибитора составляет 86–90%. С ростом частоты акустического излучения до кГц время обработки снижается в 3–4 раза, а степень извлечения ингибитора со ставляет 80–90%. Дальнейшее увеличение частоты акустического излучения не имеет существенного влияния на динамику извлечения ингибитора в связи с установлением в жидкости относительно постоянного кавитационного режима.

Из анализа данных таблиц 10 и 13, следует, что применение ультразвуковых волн позволяет сократить время влажной обработки в 6–8 раз. Достигаемая при этом степень экстрагирования ингибиторов позволяет рекомендовать приведен ные временные интервалы для практического использования. При этом следует иметь в виду, что семена сои с низким изначальным содержанием антифермен тов, обрабатывать свыше 30 мин нецелесообразно. Неэффективность дальней шей обработки таких сортов связана с тем, что остаточная протеолитическая ак тивность в них приходится на долю соединений, нерастворимых в воде.

Для оценки влияния акустического излучения ультразвукового диапазона на форму и структуру белковых молекул, из необработанных семян были сформи рованы навески массой 50 г откуда после измельчения и обезжиривания было осуществлено экстрагирование ингибиторов. Полученные экстракты обрабаты вались ультразвуком с частотой излучения 20 кГц в течение 30 мин. Результаты опытов приведены в таблице 21.

Таблица 21 – Активность ингибитора трипсина в соевых экстрактах, обработанных ультразвуком с частотой 20 кГц в течение 20 мин, мг/г Злато Бара Соер-4 Соер- 18,3 45,5 41,9 53, Исследования позволили установить, что при обработке ультразвуком наблюдается частичный спад биологической активности веществ антипитатель ной направленности, средний показатель которой по использованным сортам со кратился на 11,2%. Полученный результат объясняется одновременным действи ем физико-химических, механических и температурных явлений, сопровождаю щих распространение акустических ультразвуковых волн в жидкости. Мгновен ное повышение температуры и давления, имеющее место при схлопывании кави тационных пустот, а также возникающие при этом сферические ударные волны, разрушают межмолекулярные связи, обусловливая тем самым частичную дена турацию белков [23]. Основываясь на полученных данных, можно заключить, что параметры обработки (частота и мощность ультразвукового излучения, про должительность облучения) и ингибиторная активность непосредственно связа ны друг с другом.

Таким образом, акустическое излучение ультразвукового диапазона не только способствует повышению эффективности влажной обработки, позволяя уменьшить затрачиваемое на нее время в 5–6 раз, но также может рассматривать ся в качестве фактора, вызывающего денатурацию белков. Применение ультра звука для подготовки растительного сырья в итоге позволяет отказаться от ис пользования высокотемпературной обработки [57]. Сведения по определению ферментативной и ингибиторной активности, а также химического состава при ведены в приложении 1.

4.7 Расчет производительности оборудования Для нахождения массы зерна в зоне обработки необходимо знать объем рабочей камеры оборудования и плотность озвучиваемой суспензии. При из вестных величинах rmax и определим объем рабочей зоны оборудования Vрз:

(35) где – диаметр рабочей зоны, м;

– высота рабочей зоны, м.

Плотность обрабатываемой суспензии с определена путем сложения плотностей ее твердой и жидкой фаз. При этом учитывалось, что с целью по вышения эффективности ультразвуковой обработки измельченное зерно и вода смешаны в пропорции 1:3,75:

(36) где – средние линейные размеры зерновки, м (,,,, );

– средняя масса зерновки, кг ( ;

– плотность воды, кг/м3.

На основании формул (52), (53) и с учетом приведенного пропорцио нального соотношения запишем выражение для нахождения массы зерна об рабатываемом за 1 цикл:

(37) где – масса зерна в зоне обработки ( Эффективность ультразвуковой обработки суспензии с пониженной вяз костью возрастает в 3–4 раза, что приводит к уменьшению продолжительно сти рабочего цикла и росту производительности технологических операций.

Проведенный расчет позволяет интерпретировать полученные зависимости в объем и режимные показатели для различной производительности техноло гического процесса, могущего осуществляться в соответствии со схемой, по казанной на рисунке 18.

Рисунок 18 – Технологическая схема получения комбикорма на основе измельченных семян сои Представленная технологическая линия по выработке высокобелкового комбикорма на основе семян сои включает следующее оборудование: бунке ры исходного сырья 1;

блок магнитных сепараторов 2;

блок дробилок 3;

предлагаемое устройство для интенсивной обработки измельченных семян сои в поле акустических ультразвуковых волн 4;

насос 5;

смесительная ем кость 6;

питающая емкость с пероксидом водорода 7;

питающая емкость с водой 8;

бункер накопления и отгрузки осажденного ингибитора 9;

барабан ная сушилка 10;

промежуточный бункер 11;

фильтр-отстойник 12;

накопи тельная емкость 13;

блок дозаторов 14;

шнековый смеситель 15;

пресс гранулятор 16;

охлаждающая колонка 17;

бункер накопления и отгрузки комбикорма 18.

Технологический процесс по рассматриваемой схеме протекает следу ющим образом: в бункеры 1 осуществляется загрузка исходных компонентов комбикорма которые после отделения металлических примесей на магнит ных сепараторах 2 подаются на линию дробилок 3, где происходит их из мельчение. В дальнейшем очищенные и измельченные семена сои направля ются в устройство ультразвуковой обработки 4. Туда же с помощью насоса и соединенной с ним водопроводом питающей емкости 6 осуществляется по дача рабочей смеси, компоненты которой – пероксид водорода и вода пред варительно закачиваются в соответствующие емкости 7 и 8. В процессе уль тразвуковой обработки происходит интенсивное увлажнение семян, обуслов ленное этим экстрагирование водорастворимых ингибиторов, а также – ак тивное окисление фермента уреазы за счет воздействия пероксидом водоро да. Насыщенный растворенным белком раствор отводится из рабочей обла сти устройства и накапливается в емкости 13, откуда в последствии направ ляется в фильтр-отстойник 12. В фильтре отстойнике отработанная смесь разделяется на жидкую и твердую фазы, первая из которых может быть по вторно использована в технологическом процессе, а вторая – после сбора в бункере 11 следует на сушку в барабанной сушилке 10 и, в дальнейшем – по ступает на отгрузку в бункер 9.

Прочие компоненты вырабатываемого комбикорма проходят зону уль тразвуковой обработки транзитом, сразу следуя в блок промежуточных нако пительных бункеров, откуда затем подаются на линию дозирования 14 и, в последствии – в шнековый смеситель 15. Готовая кормовая смесь вновь скапливается в промежуточном бункере, дозируется и направляется в зону гранулирования 16. Полученные кормовые гранулы высушиваются, охла ждаются в охладительной колонке 17 и подаются в бункер 18, откуда перио дически осуществляется их отгрузка.

4.8 Математическое моделирование процессов физико-химической обработки зерна сои Как следует из материала предыдущих разделов, результатом проведен ного комплекса теоретических и практических исследований стали достигну тые при различных технологических режимах показатели эффективности как отдельных фаз предлагаемой обработки, так и их совместного действия в от ношении ферментативной и ингибиторной активности в перерабатываемом сырье. Для последующей успешной реализации полученных эксперимен тальных данных в целях практической подготовки к скармливанию семян сои, химические и биологические свойства которых могут широко варьиро ваться даже в пределах одной партии, имеющийся фактические сведения нуждаются в дальнейшей математической разработке, по итогам которой у технолога в реальных производственных условиях появится возможность выбора такого режима обработки, который будет наилучшим образом удо влетворять достижению заданных качественных показателей вырабатывае мого продукта. Для этого, на основании имеющихся описаний, в рассмотрен ных массообменных и химических процессах необходимо найти и аналити чески описать общие закономерности, которые до определенной степени позволят прогнозировать тот или иной результат даже при условиях обработ ки, отличных от лабораторных.


В настоящее время среди множества методов математического модели рования в силу своей простоты и универсальности одним из предпочтитель ных является статистический прием, основанный на подборе величин наименьших квадратов [5, 46, 53, 82, 89, 146, 152, 173, 183]. Суть данного ме тода заключается в сглаживании динамически изменяющихся рядов экспе риментальных значений с целью установления корреляционной зависимости между ними. Графически это выражается в построении какой-либо из эле ментарных (прямая, парабола, экспоненциальная, квадратичная и т.д.), ап проксимирующих функций, объединяющей ключевые признаки нескольких экспериментальных кривых. Моделируемая функция при этом подбирается так, чтобы среднеквадратическое отклонение значений выстраиваемой по ней кривой в исследуемых пунктах было наименьшим из возможных. Полу ченная в результате аппроксимирующая функция может служить практиче ской основой для мероприятий, направленных на выбор рациональных ре жимов работы системы.

Таким образом, основываясь на физике процесса, для полученных кривых построены аппроксимирующие функции, коэффициенты которых подобраны по исходным данным методом наименьших квадратов [160]. Как видно из графиков, незначительное изменение определяющего фактора столь же мало отражается на изменении определяемого фактора. Следовательно, в начальной точке аппрок симированная кривая будет иметь нулевую производную. С увеличением определяющего фактора кривая асимптотически приближается к 0, т. е. пере ходит к кривой Гаусса с центром в точке 0 и описывается экспоненциальной зависимостью с помощью двух коэффициентов, первый из которых (коэффи циент a) определяет максимальное значение функции в ее центре, а второй (коэффициент b) – затухание функции при ее удалении от центра. Основыва ясь на этом, математическая модель может быть представлена в двух видах:

(38) (39) В модели (38) касательная в точке x = 0 наклонная, а в модели (39) – го ризонтальная. В обоих случаях коэффициент a характеризует начальное со держание уреазы или ингибиторов ферментов, а коэффициент b – снижение активности данных соединений по мере изменения определяющего фактора.

Перед вычислением a и b с помощью МНК нормируем эксперименталь ные данные по наибольшим значениям. Затем, решая задачу в линейном ви де, найдем натуральный логарифм от обеих частей уравнения. Введем пере менные z = ln(y) и t = x (или t = x2) и получим уравнение:

(40) Сумма квадратов отклонений n исходных значений таблицы от значе ний, сглаженных в соответствии с уравнением (40) имеет вид:

(41) Коэффициенты a и b подобраны так, чтобы сумма квадратов отклонений была минимальной:

(42) (43) (44) Делением полученных выражений на n, определены средние значения (статистические моменты 1-го порядка):

(45) Полученная система двух уравнений с неизвестными a и b при ее реше нии методом исключений имеет вид:

(46) Описанную последовательность действий по нахождению сначала ко эффициентов a и b а, затем – координат базовых точек, необходимых для по строения моделей осуществим в программной среде Microsoft Excel 2013. С этой целью меняющиеся значения исследуемого технологического параметра запишем в виде столбца по мере их роста. Справа от каждого из значений столбец за столбцом введем соответствующие ему показатели ферментатив ной или ингибиторной активности по всем сортам. Введенные показатели необходимо нормировать, что в процессе расчета искомых коэффициентов позволит снизить долю погрешности. Для осуществления нормирования в пределах отдельной колонки экспериментальных данных находится наибольшее значение, на которое делятся все остальные. Аналогичным обра зом данная операция повторяется для всех оставшихся колонок.

Переменной t в нашем случае соответствуют значения степени измель чения, концентрации, количества раствора и т. д. Поочередно возведем их во вторую и четвертую степени, как это предусматривается МНК. Значения в четвертой степени логарифмируем по основанию e, получив тем самым пе ременную z. Перемножением полученных логарифмов с переменной t найдем значения недостающих произведений tz и ttz. Для каждого из полученных значений определяем математическое ожидание, с помощью которого по формуле (46) найдем коэффициенты a и b. Далее, по выражениям (38) и (39) устанавливаем значения координат искомых точек моделей.

Полученные значения искомых коэффициентов a и b для 12 моделируе мых кривых, а также искомые координаты основных точек приведены в таб лицах 22 и 23 соответственно. Последовательности математических дей ствий, выполненных для построения каждой из моделей описаны в приложе нии 2.

Таблица 22 – Коэффициенты моделируемых кривых t = x Изменяемый параметр t=x a = –0,20 a = –0, Степень измельчения b = –0,17 b = –0, a = –0, a = 0, Концентрация раствора, % b = 0,21 b = 0, a = –0, a = 0, Количество раствора, мл b = 0,01 b = 0, a = –0,32 a = –0, Время обработки, ч b = 0,25 b = 0, Продолжение таблицы t = x Изменяемый параметр t=x Время ультразвуковой обработки при a = –0, a = 0, 18 кГц, мин b = 0,05 b = 0, Время ультразвуковой обработки при a = –0,17 a = –0, 20 кГц, мин b = 0,05 b = 0, Таблица 23 – Расчетные координаты точек моделируемых зависимостей Зависимость Расчетные координаты основных точек Модель 1 Модель Степень 1) 0,00;

0,93;

2) 1,00;

0,92;

1) 0,00;

0,90;

2) 1,00;

0,90;

измельчения 3) 2,00;

0,90;

4) 10,00;

0,81;

3) 2,00;

0,90;

4) 10,00;

0,85;

5) 20,00;

0,72. 5) 20,00;

0,72.

1) 0,00;

1,25;

2) 3,00;

0,66;

1) 0,00;

0,88;

2) 3,00;

0,75;

Концентрация 3) 6,00;

0,34;

4) 9,00;

0,18;

3) 6,00;

0,47;

4) 9,00;

0,21;

раствора 5) 12,00;

0,09. 5) 12,00;

0,07.

1) 0,00;

1,42;

2) 40,00;

0,68;

1) 0,00;

0,96;

2) 40,00;

0,80;

Количество 3) 80,00;

0,33;

4) 120,00;

0,16;

3) 80,00;

0,47;

4) 120,00;

0,19;

раствора 5) 160,00;

0,07. 5) 160,00;

0,05.

1) 0,00;

0,72;

2) 1,00;

0,56;

1) 0,00;

0,54;

2) 1,00;

0,52;

Обработка без 3) 4,00;

0,26;

4) 6,00;

0,15;

3) 4,00;

0,34;

4) 6,00;

0,19;

ультразвука 5) 8,00;

0,09. 5) 8,00;

0,08.

Обработка с 1) 0,00;

1,15;

2) 10,00;

0,65;

1) 0,00;

0,72;

2) 10,00;

0,64;

ультразвуком, 3) 20,00;

0,36;

4) 30,00;

0,20;

3) 20,00;

0,47;

4) 30,00;

0,28;

18 кГц 5) 40,00;

0,11;

6) 50,00;

0,06. 5) 40,00;

0,13;

6) 50,00;

0,05.

Обработка с 1) 0,00;

0,84;

2) 10,00;

0,47;

1) 0,00;

0,48;

2) 10,00;

0,44;

ультразвуком, 3) 20,00;

0,26;

4) 30,00;

0,14;

3) 20,00;

0,33;

4) 30,00;

0,20;

20 кГц 5) 40,00;

0,08;

6) 50,00;

0,04. 5) 40,00;

0,10;

6) 50,00;

0,04.

По установленным значениям координат построим моделируемые кривые, рисунки 19, 20.

а) б) в) Рисунок 19 – Активность фермента уреазы в зависимости от параметров перекисной обработки а) б) в) Рисунок 20 – Активность ингибитора протеолитических ферментов в зависимости от параметров водно-ультразвуковой обработки В соответствии с поставленной задачей, модели, построенные по норми рованным значениям, дают общее представление о характере снижения фер ментативной и ингибиторной активности при различных режимах обработки [4]. Дифференциальный анализ полученных моделей позволяет определить следующие показатели скорости процесса обработки, таблица 24.

Таблица 24 – Скорости процесса обработки по экспериментальным и моделируемым зависимостям Угол, Средний tg по Эксперимент Модель tg рад эксперименту 1 0,40 0, Степень измельчения 0, 2 0,39 0, 1 0,35 0, Концентрация раствора 0, 2 0,31 0, 1 0,44 0, Количество раствора 0, 2 0,32 0, Угол, Средний tg по Эксперимент Модель tg рад эксперименту Замачивание без 1 0,37 0, 0, ультразвука 2 0,34 0, Замачивание с 1 0,42 0, 0, ультразвуком, 18 кГц 2 0,27 0, Замачивание с 1 0,32 0, 0, ультразвуком, 20 кГц 2 0,23 0, Как следует из данных таблицы, показатели скорости, вытекающие из анализа построенных моделей с достаточной точностью отражают реальный ход исследуемых процессов. Модели обоих типов характеризуются примерно одинаковой степенью приближения к своим прототипам, колеблющейся в диапазоне от 0, что соответствует совпадению с исходным графиком, до 0,38.

Одной из важнейших характеристик построенных математических мо делей является уровень точности, с которой они описывают реальные хими ческие и массообменные реакции, возникающие в процессе предлагаемой обработки. Поскольку в основе данных моделей всегда лежит некоторое ре грессионное уравнение, то с целью характеристики его качества в области статистических исследований принято вычислять безразмерную величину, называемую коэффициентом детерминации. В итоге это даст возможность произвести оценку степени приближения той или иной моделируемой функ ции к значениям, соответствующими ее физическому прототипу. В свою оче редь, вывод указанного коэффициента базируется на определении таких ве личин, как остаточная, регрессионная и общая сумма квадратов отклонений для разностей фактических значений по осям абсцисс и ординат от соответ ствующих усредненных показателей теоретической кривой.


Таким образом, коэффициент детерминации R2 рассчитывается по сле дующему выражению:

(47) где SSрег – регрессионная или факторная сумма квадратов отклонений от тео ретических значений, рассчитанных по регрессионному уравнению;

SSобщ – общая сумма квадратов отклонений исходных значений от рассчи танных.

С остаточной суммой квадратов отклонений приведенные величины свя заны соотношением:

(48) где SSост – остаточная сумма квадратов отклонений исходных значений от теоретических.

Также, в процессе расчета коэффициента детерминации R2 необходимо помнить, что чем большее значение имеет величина SSрег (или, что также верно, чем меньше – величина SSост), тем лучше анализируемое регрессион ное уравнение аппроксимирует облако исходных точек. В большинстве рас сматриваемых случаев величина SSост достаточно мала по сравнению с значе нием SSобщ. Это позволяет сделать вывод о том, что использованные в моде лях уравнения регрессии хорошо аппроксимируют множество практически полученных значений исследуемых параметров обработки.

Для нахождения регрессионной суммы квадратов отклонений от рассчи танных значений воспользуемся полученными раннее коэффициентами a, b, а также – введенными переменными z и t. Суммируя вышесказанное, полу чим выражение:

(49) где zрег = a + b · ti.

Аналогичным образом найдем значение :

(50) С помощью выражений (47) и (48) найдем коэффициенты детерминации R2 для каждой из построенных моделирующих кривых. Результаты расчета приведены в таблице 25.

Таблица 25 – Значения сумм отклонений и коэффициентов детерминации для исследуемых аппроксимирующих функций Модель 1 Модель Зависимость R2 R SSобщ SSрег SSост SSобщ SSрег SSост Измельчение 0,32 0,19 0,13 0,60 0,32 0,22 0,10 0, Концентрация 17,62 16,65 0,97 0,94 17,62 17,25 0,36 0, Количество 23,61 21,08 2,53 0,89 23,61 21,96 1,65 0, Замачивание 16,60 11,53 5,07 0,69 16,60 11,97 4,63 0, Ул-вук, 18 кГц 19,96 15,09 4,87 0,76 19,96 15,65 4,31 0, Ул-вук, 20 кГц 15,87 11,09 4,78 0,70 15,87 12,96 2,91 0, Из данных таблицы 24 следует, что коэффициент детерминации, рассчи танный для моделируемых кривых, колеблется в пределах от 0,60 до 0,96, при этом точность модели 2, характеризующейся параллельной касательной, выше чем у модели 1, имеющей наклонную касательную, в среднем на 0,05.

Учитывая, что при выполнении статистических расчетов приемлемой счита ется такая математическая модель, коэффициент R2 для которой не ниже 0,6, то можно сказать, что построенные кривые с достаточной точностью описы вают реальный процесс обработки и могут использоваться на практике для выяснения наилучших режимов подготовки семян сои.

Среди рассмотренных наибольшая степень точности – 0,96 присуща мо дели, представляющей зависимость ферментативной активности от концен трации окислителя в рабочем растворе. Данный факт обусловлен тем, что ис ходные графики падения содержания активного фермента в обрабатываемом сырье расположены достаточно близко друг к другу, что и обусловливает их более простую и точную аппроксимацию. Аналогичный эффект наблюдается в отношении модели, дающей связь между активностью фермента и количе ством рабочего раствора – показатель точности для нее составляет 0,92. В данном случае, несмотря на то, что исходные графики еще больше прибли жены друг к другу, их аппроксимация усложняется в силу наличия специфи ческих прямолинейных областей по краям кривой, плохо поддающихся усреднению. В результате этого значение коэффициента R2 оказывается не сколько ниже, чем для предыдущей зависимости, тогда как для прочих моде лей, напротив, справедлив отход друг от друга, из-за чего расчетное значение коэффициента детерминации для них незначительно падает.

В целом, найденные значения R2 позволяют построить такие модели, ко торые полностью находятся внутри облака точек, вытекающих из экспери ментальных значений. Это свидетельствует о достаточной точности подо бранных коэффициентов и дает основания использовать полученные модели для построения соответствующих поверхностей отклика с целью установле ния на них областей рациональных факторологических значений, рисунок 21.

а) б) Рисунок 21 – Поверхности, отражающие активность ингибитора в зависимости от параметров водно-ультразвуковой обработки В свою очередь, построенные поверхности дают возможность устано вить рациональные параметры длительности и частоты ультразвуковой обра ботки необходимых для эффективного снижения ингибиторной активности в семенах сои. В общем случае данные параметры находятся в интервалах по времени 20–50 мин и частоте ультразвука 18–20 кГц, что подтверждает экс периментальные данные. При использовании полученных моделей в целях практического определения рационального режима обработки семян сои необходимо помнить, что поверхность, имеющая наклонную касательную наиболее точно описывает опытные результаты, а поверхность, характеризу ющаяся параллельной касательной, хотя и отклоняется в незначительной степени от экспериментальных данных, однако учитывает такой специфиче ский параметр, как скорость отклика системы, т. е. описывает изменения с задержкой во времени, что более соответствует поведению реальных физиче ских систем. По этой причине, как простые зависимости, так и графики по верхности следует рассматривать в комплексе, решая при этом, какая из них лучше удовлетворит тому или иному случаю производственного применения.

4.9 Анализ показателей качества семян сои К основным качественным показателям соевых семян относят содержа ние в них белка, жира, клетчатки, золы и безазотистых экстрактивных ве ществ (БЭВ). Кроме того, значительное влияние на кормовую ценность семян оказывают присутствующие в них вещества антипитательного действия:

фермент уреаза и блокаторы ферментов пищеварительного тракта. Химиче ский состав испытуемых сорто-образцов семян сои до обработки приведен в таблице 26.

Таблица 26 – Качественные показатели семян сои до обработки Название сорта Показатель качества Злато Бара Соер-4 Соер- Содержание белка, % 38,86 34,08 30,48 37, Содержание эффективного белка, % 28,83 12,73 13,47 9, Содержание жира, % 21,78 20,30 19,90 20, Содержание клетчатки, % 6,83 7,08 7,10 7, Содержание золы, % 5,05 7,10 8,23 5, Содержание БЭВ, % 23,70 29,28 32,90 26, Активность уреазы, ед. pH 2,33 2,26 2,21 2, Продолжение таблицы Название сорта Показатель качества Злато Бара Соер-4 Соер- Активность ингибитора, мг/г 21,10 51,20 45,60 61, Как видно из таблицы 26, исследуемые семена сои характеризуется вы соким содержанием белка и жира. Также в них содержится значительное ко личество активной уреазы (в 8 раз больше нормируемых ГОСТом значений) и ингибитора протеолитического фермента трипсина, снижающего кормовую эффективность белка на 26–75%.

В таблице 27 приведены качественные показатели соответствующих сорто-образцов после автоклавирования, являющегося, как отмечалось выше, одним из наиболее эффективных способов подавления вредных соединений в семенах сои. Из полученных данных следует, что после варки в течение минут при температуре 120°C и давлении 0,1 МПа активность ингибитора трипсина снижается на 80–90%, а среднее содержание уреазы составляет 0, ед. pH. Результатом инактивации ингибитора трипсина является повышение содержания эффективного белка до 93–97%.

Таблица 27 – Качественные показателей семян сои после тепловой обработки в автоклаве Название сорта Показатель качества Злато Бара Соер-4 Соер- Содержание белка, % 37,42 32,37 28,49 35, Содержание эффективного белка, % 36,45 30,00 27,03 33, Содержание жира, % 23,51 21,87 21,10 21, Содержание клетчатки, % 6,70 6,90 6,95 6, Содержание золы, % 5,24 7,08 7,53 5, Содержание БЭВ, % 25,93 27,78 31,33 26, Активность уреазы, ед. pH 0,68 0,59 0,57 0, Активность ингибитора, мг/г 2,53 7,17 5,02 4, Из таблицы 27 также следует, что тепловая обработка в некоторой сте пени приводит к потере белка: после интенсивного проваривания количество растворимого белка снижается на 1,5–2% от его начального содержания. Со держание жира напротив увеличивается на 1,20–1,77%, что происходит за счет превращения в масло содержащихся в сое фосфатидов. Под воздействи ем высокого давления и температуры начинается распад целлюлозы, влеку щий снижение содержания клетчатки.

В отличие от автоклавирования водно-перекисная обработка семян сои в поле акустических ультразвуковых волн происходит в отсутствие повышен ного давления и температуры, что создает лучшие условия для сохранения питательных свойств белка, таблица 28. Незначительные изменения в содер жании извлекаемого жира и клетчатки (1,86 и 1,80%) при этом связаны с окислением некоторой их части, а повышение содержания эффективного белка – с кардинальным снижением активности фермента уреазы и удалени ем блокаторов пищеварительных ферментов.

Таблица 28 – Качественные показатели семян сои после интенсивной обработки в поле акустических ультразвуковых волн Название сорта Показатель качества Злато Бара Соер-4 Соер- Содержание белка, % 38,03 33,97 30,12 36, Содержание эффективного белка, % 37,59 32,84 27,97 32, Содержание жира, % 21,10 20,21 19,41 19, Содержание клетчатки, % 6,57 7,02 6,96 6, Содержание золы, % 5,09 7,02 8,04 5, Содержание БЭВ, % 26,98 27,84 33,64 28, Активность уреазы, ед. pH 0,33 0,29 0,24 0, Активность ингибитора, мг/г 2,70 3,00 6,80 9, Таким образом, по сравнению с тепловой, физико-химическая обработка семян сои в поле акустических ультразвуковых волн сохраняет кормовые свойства белка в более полном объеме. В это же время предложенный способ обработки не уступает варке по эффективности в отношении нейтрализации вредных веществ, снижая их активность на 80–90%, что приводит к резкому повышению эффективности соевого белка.

Заключение Перекисная обработка эффективна при измельчении семян до крупности фрагментов 2,5·10–4–5·10–4 мкм. Рациональная концентрация пероксида во дорода при этом находится в пределах 9–12%, а потребное количество рабо чего раствора на массу сырья рассчитывается из отношения 1:3,75.

Обработка суспензии с указанным массовым отношением твердой и жидкой фаз, температурой 43°C при частоте вращения мешалки 10 мин– обеспечивает вязкость среды, равную 101 Па·с, что наилучшим образом спо собствует развитию эффективных кавитационных режимов.

Замачивание измельченных семян в течение 4–6 часов обеспечивает удаление растворимых ингибиторов на 86%, что свидетельствует о достаточ ной эффективности предлагаемой технологии обработки.

Использование акустических ультразвуковых колебаний с частотой 18– 20 кГц позволяет сократить время замачивания в 5–6 раз при той же степени удаления ингибиторов.

Сорт Злато является наиболее эффективным с позиций обработки: при измельчении до указанной крупности ферментативную активность в нем уда ется подавить на 37,3%, в то время как для сорта Соер-5 данный показатель составляет 29,0%, Соер-4 – 20,4%, а для сорта Бара – лишь 13,7%. Однако, в дальнейшем, с повышением концентрации окислителя в рабочем растворе, активность фермента по всем сортам примерно выравнивается и в среднем составляет 92%. Подавая раствор с пониженной концентрацией окислителя, но в большем количестве удается достичь следующих показателей снижения содержания активного фермента: Злато – 94,8%, Бара – 93%, Соер-5 – 92,3%, Соер-4 – 90%.

При экстрагировании водой средняя степень извлечения растворимых ингибиторов составляет для сорта Злато 93%, Бара – 90,08%, Соер-4 – 93,07 и для Соер-5 – 91,1%. Полученные данные также говорят о том, что одним из наиболее технологичных среди испытанных является сорт Злато.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА Экономическое обоснование предлагаемых мероприятий на основе ре зультатов технико-экономических расчетов позволяет судить о целесообраз ности внедрения новой технологии [68, 157, 177]. Основная цель данных рас четов – нахождение величины экономического эффекта от применения в производственных условиях основных и сопутствующих результатов, полу ченных при решении поставленной технической задачи [143].

В соответствии с решаемой в диссертационной работе технологической задачей, предлагается осуществлять низкотемпературную подготовку семян, повышающей качество конечной продукции и снижающей ее себестоимость за счет отказа от традиционных средств тепловой обработки. Для этого линия комплектуется устройством для обработки семян в поле интенсивных уль тразвуковых волн. В разделе выполнены расчеты требуемых капитальных вложений, себестоимости сырья и показателей экономической эффективно сти [67]. Характеристика основных технических показателей предлагаемого оборудования приведена в таблице 29.

Таблица 29 – Техническая характеристика установки Показатель Значение Показатель Значение Частота вращения Производительность, кг/ч 150 мешалки, мин– Потребление электроэнергии, Частота излучения, Гц 4,25 кВт/ч Количество Расход воды, м3/ч 0,63 излучателей, шт.

Мощность излучателя, Вместимость установки, м3 0,21 1, кВт Длительность условного Габаритные размеры 520x520x 0, рабочего цикла, ч установки, мм В состав капитальных вложений входят расходы на приобретение обо рудования, затраты на его транспортировку и установку (20% от стоимости оборудования), а также на необходимый для этого инструмент и инвентарь (3% от указанной стоимости). Ориентируясь на рыночные цены технологиче ских ультразвуковых установок с повышенной мощностью акустического из лучения, размер капитальных вложений, требуемых на покупку, доставку и установку соответствующего технического оснащения принят равным тыс. руб.

Для расчета фактического времени работы оборудования из расчетной продолжительности работы вычтено время, затрачиваемое на простои устройства при ремонте, включая время на его наладку. Внутрисменные про стои рассчитаны исходя из норматива простоев за одну смену ( 50 мин). Та ким образом, в год с учетом рабочих, выходных и праздничных дней, а также продолжительности одной смены, равной 7 часам, фонд эффективного вре мени работы составил 242 машинно-сметы, что соответствует примерно машинно-часам. Годовой баланс рабочего времени одного сотрудника при этом составил 1327,5 ч. Исходя из действующих на предприятии часовых та рифных ставок рабочих общий тарифный фонд годовой заработной платы операторов и ремонтников принят равным 964,3 тыс. руб.

Коэффициент дополнительной заработной платы Kдзп в процентах рас считан по выражению:

(51) где Дотп – дни отпусков очередных и дополнительных;

Дуч– дни отпусков по учебе;

Дгособ– дни на выполнение государственных обязанностей;

Дэф– число эффективных дней работы.

Фонд дополнительной заработной платы ЗПдоп найден из выражения:

(52) где ЗПосн – основная заработная плата, тыс. руб.

ЗПдоп– дополнительная заработная плата, тыс. руб.

Годовой фонд заработной платы ЗПгод определен путем сложения основ ной и дополнительной заработных плат:

(53) Для принятых данных величины Кдзп, ЗПдоп, и ЗПгод составляют 20%, 192,8 и 1157,2 тыс. руб.

Исходя из общего годового расхода электричества, равного 7199,5 кВтч и воды – 1067,2 м3/год с учетом актуальных тарифов, составляющих 2,7 и 18,25 руб. соответственно, годовая себестоимость энергии и воды составит 38,9 тыс. руб. Смета расходов на содержание и эксплуатацию внедряемого оборудования с учетом раннее приведенных цифр равна 1379,9 тыс. руб. в год.

Вместе с этим, калькуляция себестоимости продукции с учетом возврат ных отходов в виде отработанной пульпы, содержащей растворенные инги биторы и могущей использоваться в фармацевтической промышленности [167] показывает, что стоимость годового выпуска составляет примерно 6672,2 тыс. руб. Таким образом, за вычетом себестоимости продукции пред приятие от продажи выработанного корма с 5% надбавкой сможет выручить 1273,7 тыс. руб. в год. Соответствующий этому доходу срок окупаемости но вого оборудования при его стоимости 1500 тыс. руб. составит 1,17 года, приложение 3.

Применительно к исследованным сортам соевых семян, основным фак тором, определяющим размер прибыли в результате реализации предложен ной технологии является количество активного ингибитора. Высокое содер жание данного вещества связано с необходимостью использования более за тратных в плане расхода энергии режимов обработки, что увеличивает себе стоимость продукции. Однако, этот же фактор позволяет получать дополни тельную прибыль в виде средств, вырученных с продажи утилизированного ингибитора. Исходя из этого, наиболее рациональными с позиции техноло гичности сортами следует считать те, которые характеризуются средним ко личеством хорошо растворимого ингибитора. В соответствии с проведенным анализом к таковым в первую очередь относится сорт Злато.

ВЫВОДЫ Анализом физико-химических и биологических свойств соевых семян 1.

установлено, что основными факторами, влияющими на эффективность их подготовки к скармливанию и качество содержащегося в них белка, являются температура, влажность и длительность обработки;

Теоретическими исследованиями установлено, что эффективность обра 2.

ботки соевых семян в интенсивном ультразвуковом поле определяется насыщенностью рабочего раствора, давлением в рабочей зоне и степе нью их измельчения, что за счет роста площади вновь образованной по верхности и сокращения длины капилляров внутри фрагментов семян позволяет уменьшить время пропитки и повысить степень нейтрализа ции антипитательных веществ (формулы 2–4).

Экспериментальными исследованиями установлены рациональные тех 3.

нологические параметры, обеспечивающие эффективную нейтрализа цию антипитательного комплекса соевых семян:

частота вращения мешалки, мин–1 – 10–20;

частота ультразвукового излучения, кГц – 18–20;

производительность установки, кг/ч – 120;

степень нейтрализации фермента уреазы при окислении, % – 92;

степень извлечения водорастворимого ингибитора, % – 86.

Разработана математическая модель физико-химической обработки сое 4.

вых семян, интерпретирующая данные экспериментальных исследова ний в виде графиков и позволяющая установить рациональные парамет ры ультразвуковой обработки с целью кардинального снижения актив ности вредных соединений в интервале 20–50 минут по времени и 18– кГц по частоте ультразвукового излучения;

В результате анализа существующих технологий и конструктивных схем 5.

оборудования для экстрактивной и химической обработки растительного сырья осуществлена разработка и производственная проверка перспек тивной технологии и схемы установки, позволяющих вести подготовку соевых семян в интенсивном поле ультразвуковых волн, что обеспечи вает нейтрализацию вредных соединений на 80–90% при среднем росте эффективности белка на 33%. При этом, срок окупаемости капитало вложений на внедрение технологии и оборудования в линию производ ства высокобелкового корма составляет 1,17 год.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ Использование семян сои для производства полнорационного 1.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.