Қант қызылшасын өңдеу қант өндірісіндегі маңызды технологиялық процедура болып табылады. Бұл өнім бүкіл әлемде кеңінен қолданылады, бұл үлкен өндіріс көлемімен расталады – жылына кемінде 168 миллион тонна. Бразилия, Үндістан, Еуропалық Одақ, Таиланд, Қытай, АҚШ және Ресей ірі қант өндірушілерден ерекшеленеді. Жылы климатты елдер қант өндіру үшін шикізат ретінде қант қамысы, ал суық климатты елдер қант қызылшасын пайдаланады. Бұл мақалада қант қызылшасын өңдеу қалай жүргізілетінін, сондай-ақ қант өнеркәсібінің қалдықтарын пайдалану жолдарын қарастырамыз.
Қант қызылшасын өңдеу — процестің негізгі кезеңдері
Қант қызылшасынан қант алу процесі бірнеше кезеңнен тұрады:
- Қант қызылшасы егістіктен қоймаға жеткізіледі; дегенмен олардың құрамында жердің бөлшектері және басқа қоспалар бар. Осы себепті тамыр көкөністері алдымен жуылады.
- Жуғаннан кейін қызылша ұсақ коссеттерге кесіледі.
- Қызылша коссеталары диффузия арқылы қызылша шырынына айналады. Қант коссеттерден суға өтеді, ал алынған диффузиялық шырынның құрамында 12–18% қант бар. Бұл кезеңде коссеталар целлюлозаға айналады.
- Диффузиялық шырын құрамында қантты ғана емес, сонымен қатар қанттың алынуына кедергі болатын басқа да қоспаларды қамтиды. Сондықтан қантты химиялық заттар арқылы тазартады.
- Алынған сироптағы қантты 38-40% дейін арттыру үшін шырынды қоюландырады және сүзеді.
- Қант шәрбаты вакуумда қайнатылып, массекуит алынады. Массекуитте 55%-ға дейін кристалды қант және 7,5%-ға дейін су бар.
- Массекуит қант кристалдарын бөлу үшін центрифугаланады.
- Алынған қант ыстық сумен жуу арқылы «ағартылады».
- Кептіру, салқындату және орау.
Қант өнеркәсібінің қалдықтары
Қант қызылшасын өңдеу жанама өнімдердің пайда болуына әкеледі. Оларға мыналар жатады:
- целлюлоза — пайдалы заттар алынған ұсақталған қант қызылшасы;
- меласса — жағымсыз иісі бар тұтқыр қара қоңыр сұйықтық.
Целлюлоза да, сірне де жай ғана лақтырылмауы немесе егістікте қалдырылмауы керек, өйткені олар қалпына келтіруге бірнеше жыл қажет болатын экологиялық жүйенің тұтастығын бұзуы мүмкін. Сондықтан қант өнеркәсібінің қалдықтары әртүрлі тәсілдермен пайдаланылады. Мысалы, целлюлозаны ірі қара малға жем немесе биогаз және пектин алу үшін шикізат ретінде пайдалануға болады. Меласса ауылшаруашылық жануарларын азықтандыруда да қолданылады, мысалы, байланыстырушы ингредиент ретінде аралас жем өндіруде.
Пектинді экстракциямен целлюлозаны өңдеу
Целлюлозаны пайдалы қолданудың бірі – пектинді алу. Пектинді кондитер өнеркәсібі белсенді түрде тұтынады, онда ол кәмпиттер, зефир суфле, балмұздақ, мармелад және желе өнімдерін өндіруде тағамдық қоспа ретінде пайдаланылады. Медицинада пектиннің қасиеттері адам ағзасының жасушаларын зиянды заттардан, соның ішінде радиоактивті элементтерден тазартуға қатысады. Пектинді пайдалы пайдаланудың арқасында оны өндіріс қалдықтарынан алу толығымен негізделген. Қызылша целлюлозасынан (пектин мөлшері 30%-ға дейін), бұл затты өндіруге арналған шикізатқа алма (20%-ға дейін), цитрустық жемістер (14%-ға дейін), топинамбур (дейін) өңдеу қалдықтары жатады. 12% дейін, күнбағыс (24% дейін). Қант қызылшасын өңдеу пектин алу үшін перспективалы шикізат береді.
Қазіргі уақытта дәйекті үш кезеңнен тұратын пектинді алу технологиясы жетілді:
- Гидролиз көмегімен целлюлозадан пектинді алу.
- Алынған сығындыдан пектиннің тұнбасы.
- Пектинді кептіру және тазарту.
Қолданылатын технологиялардың тиімділігі шикізаттан алынатын қант мөлшерін анықтайтын қант қызылшасын өңдеу жағдайындағы сияқты, қолданылатын технологиялар мен жабдықтар қызылша массасынан алынатын пектин мөлшерін анықтайды. Бірақ қант өнеркәсібі қалдықтарының бірдей көлемінен пайдалы өнімнің максималды мөлшерін алу міндеті әрқашан қалады.
Қызылша целлюлозасын өңдеуде құйынды қабат құрылғыларын қолдану перспективалары
Құйынды қабат құрылғысы
Біздің компанияның тәжірибесі шикізатты өңдеуге дейін алдын ала дайындау арқылы жүзеге асырылатынын көрсетеді құйынды қабат құрылғысы жақсы нәтижелерге әкеледі. Бұл гипотезаны Е. Михеева және т.б. [2017] қызылша целлюлозасынан пектин алу жағдайы үшін.
Құйын қабатының құрылғысы дегеніміз не және ол қалай жұмыс істейді? Дизайн тұрғысынан құйынды қабат құрылғысы магнитті емес материалдан жасалған жұмыс камерасы орналастырылған айналмалы электромагниттік өрісті құруға арналған индукторды құрайды. Бұл камераға ине тәрізді ферромагниттік бөлшектер салынады. Индуктор орамасына кернеу берілгенде ферромагниттік бөлшектер электромагниттік өріс арқылы қозғалысқа келтіріледі; дегенмен қозғалыс траекториялары күрделі болып қалады, өйткені бөлшектер үнемі бір-бірімен, жұмыс камерасының қабырғаларымен және біздің жағдайда қызылша целлюлозасымен бейнеленген өңделген заттың бөлшектерімен соқтығысады. Жұмыс камерасында өңделген затқа қолайлы әсер ететін бірнеше факторлар мен құбылыстар пайда болады. Оларға электромагниттік өріс әсері, ферромагниттік бөлшектердің пульпамен тікелей жанасуы, акустикалық тербеліс және т.б. жатады. Бұл өнімді өте қарқынды жылдамдықпен бір уақытта араластыруға және ұнтақтауға әкеледі. Көптеген жағдайларда оң нәтижеге жету үшін секундтар немесе ондаған секундтар жеткілікті болады, ал басқа ұнтақтағыштар мен белсендіргіштерде ұқсас процестер ондаған минутқа немесе толық сағатқа созылады.
Қызылша целлюлозасынан пектин алу тәжірибесінің нәтижелері
Тәжірибе шеңберінде ылғалдылығы 11,08% түйіршіктелген қызылша массасын қолдандық. Бұл целлюлоза құйынды қабат құрылғысының жұмыс камерасына орналастырылды және 15 секунд бойы өңделеді. Алдын ала өңдеуден кейін қызылша целлюлозасы «қышқылды гидролиз – сүзу – ерітіндіні концентрлеу – бөлу және кептіру» схемасы бойынша пектинді алу үшін шикізат ретінде пайдаланылды. Дәл осындай схема құйынды қабат құрылғысында алдын ала өңделмеген целлюлоза үшін қолданылды.
Алынған нәтижелер қаралып отырған жағдайға арналған ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабатының құрылғысында түйіршіктелген қызылша целлюлозасын алдын ала өңдеу пектиннің шығымдылығын 28,5%-ға арттырғанын көрсетті, бұл өте жақсы нәтиже.
Қант қызылшасын өңдеу және құйынды қабат құрылғысы
Эксперименттік нәтижелер қант қызылшасынан сироп алуда қант өнімділігін 10-20%-ға арттыру үшін құйынды қабат құрылғысын қолдануға болатын басқа гипотезаны ұсынуға мүмкіндік береді. Бұл әсерге өсімдік жасушаларының толық ыдырауы және одан да тиімді экстракция процесі арқылы қол жеткізуге болады.
Егер сіз қант қызылшасын өңдеуге немесе қызылша целлюлозасынан пектин алу үшін құйынды қабат құрылғыларын қолдану мүмкіндігіне қызығушылық танытсаңыз, сондай-ақ эксперименттер жүргізуге қызығушылық танытсаңыз, веб-сайттың сәйкес бөлімінде бар кейбір байланыс мәліметтерін пайдаланып бізге хабарласыңыз.