Пройдак Н.И., Эль-Шахат С., Лапин А.А. ТЕХНОЛОГИЯ

ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ЛИСТОСТЕБЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ С ХИМИЧЕСКОЙ
КОАГУЛЯЦИЕЙ БЕЛКОВ
Н.И. Пройдак1, С. Эль-Шахат1, А.А. Лапин2
1
Донской государственный технический университет,
Ростов-на-Дону (Россия) e-mail: [email protected]
2
Институт органической и физической химии
им. А.Е. Арбузова КНЦ РАН
Производство комбинированных и искусственных продуктов
питания, полнорационных кормов с использованием возобновляемой
продукции фотосинтеза является актуальным и перспективным
направлением. Одним из возможных путей их получения является
технология фракционирования листостебельной биомассы сеяных и
луговых трав, сорных растений, отходов растительного происхождения
АПК и др. [1–3].
К базовым процессам данной технологии относится коагуляция
растительных белков. Результаты априорной информации и
собственных исследований показали существенные преимущества
химического по сравнению с тепловым, микробиологическим,
гидромеханическим и другими способа коагуляции растительных
белков [4–6].
При проведении исследований процесса химической коагуляции
белков люцерны с одновременной консервацией сухих веществ (СВ)
использовалась математическая модель:
y1 = f1 (x1; x2; x3; x4; x5),
(1)
где y1 – функция отклика; x1 – фаза вегетации люцерны; x2 – вид
коагулянта; x3 – доза коагулянта; x4 – вид консерванта; x5 – доза
консерванта.
Искомая функция отклика y1 в виде коэффициента коагуляции
белков Кк рассчитывалась при помощи следующего соотношения:
Кк = Мпр / Мпl,
272
(2)
где Мпр и Мпl – массы протеина в протеиновой пасте и очищенном
зеленом соке.
Для определения функций отклика – коэффициентов коагуляции
Кк при различных сочетаниях варьируемых факторов х1 , х2 , х3 , х4 , х5
(табл.), использовалась матрица трехуровневого плана второго порядка
Бокса-Бенкина, содержащая 46 опытов. Результаты экспериментальных
исследований химической коагуляции белков очищенного зеленого
сока люцерны обрабатывались при помощи соотношения (2). Оценка
ошибки параллельных опытов, проведенная на основании критерия
Кохрена, подтвердила однородность дисперсии. После проверки
значимости коэффициентов регрессии при помощи критерия
Стьюдента получена математическая модель процесса химической
коагуляции очищенного зеленого сока люцерны с одновременной
консервацией СВ:
y12 = 0,808 + 0,058x2 + 0,04x3 + 0,046x4 + 0,107x5 – 0,057x1x2 –
0,022x2x4 – 0,035x2x5 – 0,041x3x4 – 0,02x12 – 0,083x32 – 0,05x42 –
0,081x52.
(3)
Проведенная при помощи F-критерия Фишера проверка
подтвердила гипотезу об адекватности математической модели (3), так
как Fрасч. = 16,1069 < Fтабл. = 19,47.
Кодированные значения и интервалы варьирования факторов
Наименование
фактора
Фаза вегетации – х1
Вид коагулянта – х2
Доза коагулянта – х3
Вид консерванта – х4
Доза консерванта – х5
Кодированные значения
-1
0
+1
Бутонизация
Начало
Цветение
цветения
Концентрат
Уксусная
Муравьиная
низкомолекислота
кислота
кулярных
кислот
(КНМК)
0,2
0,6
1,0
Хлорная
Пропионовая
Формальизвесть
кислота
дегид
0,1
0,4
0,7
Размерность
-----
%
--%
273
Для
определения
максимальных
значений
коэффициентов
∧
коагуляции белков К К проводилось исследование математической
модели (3) на оптимум путем расчета на ЭВМ их величин для каждого
из трех значений качественного фактора х2 (–1; 0; +1) при следующих
ограничениях и шагах вычислений остальных варьируемых факторов:
∧
y1 = К К → max для х2 = 1; х2 = 0; х2 = +1 :
при : х1 [–1; +1] , шаг j = 1,0;
х3 [–1; +1] , шаг j = 0,05 (0,02%);
х5 [–1; +1] , шаг j = 0,066 (0,02%).
х4 [–1; +1] , шаг j = 1,0;
При помощи модели (3) для каждого вида коагулянта получены
следующие
оптимальные
значения
остальных
факторов,
обеспечивающих максимальную величину коэффициента коагуляции
∧
белков К К :
– при использовании КНМК (х2 = –1) коэффициента
∧
коагуляции белков К к max равен 0,861 при х1 = 1,0, х3 = 0,1 (0,64%), х4
= 1,0, х5 = 0,65(0,595%); - при использовании уксусной кислоты (х2 = 0)
∧
К к max = 0,85 при х1 = 0, х3 = 0,3 (0,72%), х4 = = 0, х5 = 0,65 (0,595%);
∧
при использовании муравьиной кислоты (x2 = +1) К к max = 0,943 при x1 =
-1,0, хз = –0,25 (0,5%), х4 = 0, х5 = 0,452 (0,5356%).
Проведенная в опытно-хозяйственных условиях химическая
коагуляция очищенного зеленого сока люцерны в режимах,
соответствующих расчетным оптимальным значениям варьируемых
факторов, подтвердила результаты экспериментальных исследований.
На основании полученных результатов Проблемной НИЛ ДГТУ
совместно
с
ВНИИКормов
и
ВНИИКОМЖ
разработана
ресурсосберегающая
технология
комплексной
переработки
растительного сырья в продукцию кормового назначения [1].
Технология заключается в дезинтеграции и фракционировании
листостебельной биомассы сеяных трав путем их механического
обезвоживания на растительный жом и зеленый сок. На следующем
этапе в очищенный от растительных примесей зеленый сок в
рекомендуемом соотношении вводятся химические вещества,
выполняющие коагулирующую и консервирующую функции. Затем
смесь очищенного зеленого сока с коагулянтом и консервантом
подается в гидроизолированное заглубленное хранилище, в котором
она расслаивается на протеиновую пасту и депротеинизированный
коричневый сок. В дальнейшем коричневый сок перекачивается в
274
другое гидроизолированное хранилище. В результате такой
переработки зеленого сока в одном из хранилищ постепенно
накапливается протеиновая паста для длительного хранения, в другом –
коричневый сок для оперативного использования. При необходимости
коричневый сок может перерабатываться молекулярной фильтрацией –
способом обратного осмоса с получением сконцентрированного и
отфильтрованного продуктов.
Результаты многолетней зоотехнической оценки использования
протеиновой пасты, растительного жома и коричневого сока в АПК
подтвердили экономическую эффективность данной технологии.
Благодарим Министерство образования Российской Федерации за
выделение средств по гранту ТОО-6.9-1041, которые были
использованны для проведения настоящих исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Пройдак Н.И. Ресурсосберегающая технология комплексной переработки
листостебельной биомассы сеяных трав // Растительный белок: новые
перспективы / Под ред. Е.Е. Браудо. М., 2000. С. 112–166.
Пройдак Н.И., Далев П., Наприенко Н.А. Комплексная переработка ботвы
сахарной свеклы // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их
использования: Труды IV Междунар. симпозиума, Пущино, 20–24 июня.
М., 2001. Т. 3. С. 588–590.
Kim S.H., Proydak N., Shin B.S. Treatment of Chinece Cabbage Juice // Inter.
Conf. on Agr. Mach. Eng. ICAME/SIEMSTA. 2000. Proc. Seoul, Korea, 2000.
P. 291–300.
Proydak N.I., Kireeva V.V. Hydromechanic Process for Production of
Chloroplastic and Cytoplasmic Protein Fractions from Green Alfalfa Juice //
Leaf Processing and Fractionation: Proc. of the Fourth Inter. Conf. on Leaf
Protein Research. Sydney, 1993. P. 115–120.
Proуdak N. Advanced Engineering in Processing of Leafstalk Biomass of Sown
Grases // Intern. Conf. on Agr. Mach. Eng. Proc., Vol. III. Seoul, Korea. 1996.
P. 711–714.
Ohshima M., Proydak N., Nishino N. Effect of Addition of Lactic Asid Bacteria
or Previously Fermented Juice of the Yield and the Nutritive Value of Alfalfa
Protein Concentrate Coagulated by Anaerobic Fermentation // J. Animal Science
and Technology. Japan. 1997. №9. P. 820–826.
275