Смещение протеина

Значительные ресурсы и экономичное использование растительных протеинов и крахмала из бобовых

Благодаря новой совместной разработке фирм «F.H. SCHULE Mühlenbau GmbH», «HOSOKAWA Alpine AG» и «AMANDUS Kahl GmbH & Co. KG» можно экономично производить высококачественные растительные концентраты протеина и крахмала. Растительные протеины получаются из быстро возобновляемого, дешевого, содержащего крахмал сырья бобовых.

Значение протеина для пищевой и комбикормовой промышленности из года в год возрастает. Рост потребности объясняется истощением естественных ресурсов, ростом числа населения, а также изменением привычек питания.

1. Общая информация по сдвигу протеина:

Бобовые, такие как, например, горох и бобы, расщепляются на сильно обогащенные фракции крахмала и протеина.

Фракция протеина:

До сих пор в секторе комбикормов применялись в основном  животные протеины. Но цены на них драматически поднимаются. Только в 2007 году было увеличение цен на рыбную муку выше, чем на 25%. Здесь также нужно рассматривать аспект запасов рыбных ресурсов, которые во всем мире истощаются.  Поэтому любая альтернатива животным протеинам рассматривается как шанс для будущего.

Состав комбикорма:

(Рис. 1)

Значение ресурсов протеинов подтверждает также пример рыбной промышленности, с ее увеличивающимся числом рыборазводных ферм, что отражает общую тенденцию распространения промышленного содержания животных. Снабжение комбикормов протеином происходит в основном за счет рыбной муки из естественных рыбных ресурсов. Баланс показывает, что для получения 1 кг рыбы на рыбных фермах требуется 5 кг рыбы из естественных ресурсов! (Powell K. (2003), Nature 426, 378-379).

Протеиновый концентрат служит не только для использования в различных рецептурах комбикормов для промышленности по выращивания рыбы, птицы, для стартерных кормов, но и представляет особый интерес в области  пищевой промышленности для увеличения питательной ценности пищи.

Фракция крахмала:

При разделении продукта на фракции концентрат крахмала дает ряд других ценных компонентов. Наряду с использованием в качестве добавки с минимальным содержанием балластных веществ при откорме животных, свойства крахмала с относительно высоким содержанием  амилозы, например, у гороха, находят интересную область применения в пищевой промышленности. Особенно надо подчеркнуть кондитерскую промышленность.  Не всегда здесь необходим высококачественный крахмал с крахмальных заводов. Оптимальное применение крахмального концентрата в бумажной промышленности и в производстве биологически расщепляемых искусственных материалов.

Кроме этого важной областью использования крахмального концентрата является производство биоэтанола. За счет уменьшения содержания клетчатки и, следовательно, уменьшения поглощения воды, эта фракция представляет эффективный сырьевой компонент. Размер частиц дает более быструю и более интенсивную ферментацию, что позволяет увеличить выход чистого спирта на 32% (по сравнению с пшеницей).

2. Точный метод смещения протеина фирм «Schule», «Hosokawa» и «Kahl»

Только благодаря совместным исследованиям и разработкам фирм «F.H. SCHULE Mühlenbau», «HOSOKAWA Alpine» и «AMANDUS Kahl» можно было свести все проблематичные этапы процессы к осуществлению оптимального точного метода. Необходимая степень шелушения точно регулируется в процессе шелушения по методу «Schule». Этот процесс обеспечивает в 4 раза более долгий срок службы шелушильных рабочих инструментов по сравнению с имеющимися на рынке альтернативными шелушильными машинами.  Для этого десятикратно увеличивается количество измельчающих устройств  для тончайшего помола. Для гранулирования трех фракций: протеина, крахмала и шелухи способ дозирования и гранулирования был оптимизирован.

Этот точный метод обеспечил плавное протекание всего процесса.

Результаты точного метода:

 

Горох
(Pisum sativum)

Бобы
(Vicia faba)

Протеиновый концентрат

 

 

Количество/выход продукта

до 35%

до 40%

Содержание протеина (тонкая фракция)

до 55%

до 65%

Концентрат крахмала:

Количество/выход продукта

до 65%

до 60%

Содержание протеина (тонкая фракция)

до 75%

до 70%

a. Процесс очистки и сортировки фирмы«SCHULE»:

Смещение протеина начинается с очистки, сортировки и шелушения продуктов.

Сложность при тонком помоле представляет высокомолекулярная фракция оболочки семени, предназначенная от природы для защиты эндоспермы (ткань внутри семени). Поэтому расход энергии на измельчение  оболочки семени, состоящей из целлюлозы, лигнина и пектина, существенно выше затрат на измельчение остальных компонентов эндоспермы.  

Производительность процесса снижается на 50%, если только в процесс не подается уже шелушенное сырье: горох или бобы.

После очистки продукта на машине для очистки фирмы «SCHULE» важно провести эффективную классификацию. Она осуществляется на основе физических свойств зерен. При обработке гороха важно использовать одинаковый по цвету горох (желтый или зеленый). Сырье состоит преимущественно из прибл. 50% желтого и 50% зеленого гороха. В соответствии с физическими свойствами оно отсортировывается на желтую и зеленую фракции. (Рис. 2)

Сортировка продукта по цвету важна по различным причинам. Во-первых, свойства измельчения желтого и зеленого гороха – различаются. Во-вторых, это влияет на цвет готовых концентратов:

Желтый горох:

Золотисто-кремовый протеин

Белый крахмал

Зеленый горох:

Белый протеин

Зеленоватый крахмал

b. Процесс шелушения фирмы «SCHULE»:

Коническая шелушильная машина»Verticone» VPC фирмы «SCHULE», выполнена по  новому концепту контролируемого шелушения зерна, которое имеет линейную регулировку.

Особые свойства шелушильной машины обеспечивают отделение эндоспермы и оболочки со значительно меньшим процентом доли мелкой фракции, чем у других систем, за счет чего повышается выход фракций.  

Характеристика машины «Verticone» (Рис. 3):

  • производительность до 15 т/ч
  • приводная мощность до 90 кВт
  • совместима с системой программируемого управления (SPS)

Через шнек на входе продукт поступает в камеру шелушения. Эта камера состоит из конического ситового кожуха и абразивных конических шелушильных дисков или шелушильного ротора, в котором находятся воздушные каналы. Маленький диаметр шелушильного ротора находится под загрузочным шнеком, большой диаметр – над выгрузкой.

Под камерой шелушения на выходе находится разгрузочное кольцо, удерживающее продукт в камере.

Эта машина обеспечивает за счет регулировки зазора между шелушильным ротором и ситовым кожухом оптимальное приспосабливание к самым различным размерам продукта, а также регулировку степени шелушения, например, за счет варьирования противодавления  разгрузочного кольца. Прочими возможности влияния на степень шелушения являются изменение часовой производительности и регулировка устройства задержки во времени.

Благодаря этому процессу обеспечивается полное удаление оболочки семян.

c. Мельница-сепаратор фирмы «Hosokawa Alpine»:

Материал непрерывно дозируется на измельчитель-сепаратор. Горизонтально вращающийся измельчающий диск ускоряет продукт по отношению   к статичной, по окружности расположенной поверхности измельчающего органа. Радиально выступающий вокруг  измельчающего диска технологический воздух направляет материал непосредственно после удара из зоны помола в интегрированный пневмосепаратор. Частота вращения пневмосепаратора предотвращает выход из измельчителя частиц, размер которых превышает первичный размер зерен. Они снова возвращаются в зону измельчения.  Частицы, размер которых меньше первичного размера зерен,  отводятся технологическим газом через маховик пневмосепаратора в расположенный далее фильтр (Рис. 4 + 5).

Возврат в зону измельчения повторяется до тех пор, пока весь продукт не будет измельчен до желаемого размера частиц. Подача и отвод  поддерживаются в балансе с помощью автоматического управления.  Это исключает переполнение мельницы (Рис. 6).

Материал, выходящий из мельницы, представляет собой два основных компонента эндоспермы (крахмал и протеин) в расщепленной форме. Частички протеина  < 15мкм собираются на частичках крахмала. Зерна крахмала не заключены более в матрицу эндоспермы. Они не повреждены и свободно находятся в виде первичных зерен тониной помола от 25 до 35 мкм. Определяющим фактором для последующих операций по переработке является различная насыпная плотность протеина и крахмала.

d. Высокопроизводительная мельница-сепаратор фирмы «Hosokawa Alpine»:

В высокопроизводительном измельчителе-сепараторе достигается оптимальное диспергирование измельчаемого материала. Исполнение колеса сепаратора обеспечивает четкое разделение продукта на тонкую и грубую фракции. Благодаря разделению потока технологического газа на центральный и кольцевой воздух, грубый продукт, перед тем как покинуть корпус сепаратора, интенсивно промывается (Рис. 7).

Тем самым обеспечиваются чистый грубый продукт и максимальная доля крахмалa. За счет смещения протеина в тонкой фракции пропорционально увеличивается  доля крахмала в грубой фракции. Диаграмма демонстрирует взаимосвязь между протеином и крахмалом в тонком и грубом продукте.  Увеличение доли крахмала в грубом продукте принудительно вызывает уменьшение доли протеина в тонкой фракции.

Обычно выход тонкой фракции составляет прибл. от 30 до 35%. Как представлено на диаграмме, при этом получают значения протеина в тонкой фракции прибл. от  53 до 55%. При такой предпосылке фракция грубого продукта содержит долю крахмала прибл. от 67 до 73%. (Рис. 8)

e. Пресс-гранулятор фирмы «Amandus Kahl»:

Прессы-грануляторы «Amandus Kahl» многие десятилетия с успехом используются для компактирования органических продуктов с различным размером частиц, влажностью и насыпной плотностью.

Продукты продавливаются бегунками через матрицу и формуются в бесконечные жгуты, обрезаемые ножами на желаемую длину частиц.

Прессы-грануляторы « Kahl» позволяют переработку самых различных продуктов относительно структуры, насыпной плотности, связывающей способности и размера частиц. Порошкообразные, волокнистые, крупнокусковые и пастообразные продукты могут перерабатываться в равномерные гранулы различных размеров (Рис. 9).

Установки гранулирования « Kahl» используются в технологии смещения протеина для компактирования и придачи формы трем фракциям: концентратам крахмала и протеина, а также оболочке семян. Благодаря этому обеспечивается удобное хранение и транспортировка продуктов.

Будущее комбикормовой и пищевой промышленности

Описанный способ существенно расширяет ресурсы растительных протеинов. Потребителям предоставляются новые возможности по закупкам, технологии и дистрибьюторской политики новых продуктов.

Разделение сырья на их составляющие: клетчатку, протеин и крахмал, позволяют выполнять требования рынка по наличию специальных продуктов во многих областях. Гибко и точно согласованные продукты повышают ценность перерабатываемого сырья при переработке для комбикормовой и пищевой промышленности.

Преимущества для производителей комбикормов многочисленны и почти безграничны:

  • Оптимизированные концентраты протеина и крахмала
  • Возможность применения для моногастрических животных
  • Расширение ресурсов сырья и экономия на закупке сырья
  • Возможность замены в рецептурах животных протеинов на протеины из растительного сырья
  • Незначительный микробиологический риск
  • Высокая прибыль при использоРезультаты точного метода:вании в пищевой промышленности
  • Высокая доля лизина делает протеиновый концентрат ценным с физиологической точки зрения сырьем
  • Отсутствие генных манипуляций, экологическое выращивание
  • Оболочка семян богата гемицеллюлозой, приобретающей все большее значение с физиологической точки зрения (болезни цивилизации)

Широкое использование в промышленности:

  • Концентрат крахмала находит применение в процессе производства крахмала. Сравнимую долю крахмала > 70% предлагают только генетически модифицированные крахмалосодержащие растения!
  • Замещение мочевино-формальдегидного смоляного клея (основа: мочевина и формальдегид) в картонажно-бумажном производстве, а также в производстве стружечных плит
  • Применение для производства биологически расщепляемых пластмасс для дальнейшего изготовления пленок и упаковок
  • В качестве сырья для спиртовой промышленности. Высокое качество сырья позволяет выпускать высококачественные конечные продукты.