устройство для получения белково-липидной эмульсии из масличных семян

Формула изобретения

1. Устройство для получения белково-липидной эмульсии из масличных семян, содержащее измельчитель, фильтр, емкость, привод, крышку и отверстие для отвода белково-липидной эмульсии, отличающееся тем, что фильтр выполнен в виде вращающейся воронки, выступающей над емкостью, соединен с осью привода через центральное отверстие в основании и делит устройство на камеру сбора белково-липидной эмульсии с отверстием для отвода белково-липидной эмульсии в боковой поверхности емкости и рабочую камеру, с размещенными в ней трубой подачи сырья, мешалкой и измельчителем, состоящим из двух дисков с шероховатой или профилированной поверхностью, расположенных один над другим с зазором, сужающимся от центра к периферии, и вращающегося ножа, при этом нож соединен с осью привода, нижний диск жестко соединен с основанием фильтра, а верхний диск жестко соединен с трубой подачи сырья, опущенной через центральное отверстие в крышке в рабочую камеру, внутри трубы подачи сырья расположена мешалка, соосно соединенная с приводом, причем верхний край фильтра находится на уровне отверстия для отвода твердого остатка, а крышка закреплена на емкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство выполнено с изменяемым зазором между дисками.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство выполнено с карманом между стенкой емкости и крышкой в месте их соединения и верхним краем фильтра в виде площадки с бортом, отогнутым вниз под углом не более 90° и опущенным в карман, не касаясь его, при этом угол между основанием кармана и стенкой емкости не более 90°.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мешалка выполнена в виде стержня изогнутой формы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для получения белково-липидной эмульсии из масличных семян и может применяться в пищевой промышленности, например, для получения белково-липидных эмульсий из ядра кедрового ореха.

Известные устройства для получения белково-липидных эмульсий из масличных семян содержат в своем составе конструктивные элементы для осуществления основных операций, таких как смешение сырья и растворителя, измельчение сырья, растворение растворимых в растворе компонентов сырья, отделение жидкого продукта от твердого остатка. К числу подобных устройств относится, например, установка для производства соевого молока [1].

Характерной особенностью устройств получения белково-липидных эмульсий из масличных семян, обусловленной требованием повышения эффективности процесса, является интенсивное перемешивание; совмещение процессов растворения и измельчения; осуществление процессов перемешивания, измельчения, растворения, образования суспензии и разделения жидкой и твердой фаз в одном аппарате. Наиболее часто применяемым средством решения этой задачи является использование устройств, осуществляющих перемешивание, измельчение, растворение и образование суспензии в одном аппарате, которые обычно выполняются в виде емкости, внутри которой установлены вращающиеся ножи, или аппарата роторного типа с измельчающими элементами.

К числу подобных устройств относится, например, устройство для приготовления соевого молока [3]. Последнее устройство по своим конструктивным признакам наиболее полно соответствует предлагаемому изобретению и принято за прототип.

Устройство-прототип содержит корпус, электродвигатель с приводом, емкость, измельчитель, обогреватель, фильтр, крышку и клапан понижения давления. Емкость закреплена в корпусе. В нижней части корпуса, изолированной от емкости, расположен двигатель. Внутри емкости находится измельчитель, соединенный с осью привода и выполненный в виде ножа. Фильтр расположен параллельно основанию емкости и имеет возможность перемещаться вдоль стен емкости. Над фильтром расположена крышка, стенки которой опираются на фильтр, образуя с ним воздушную камеру. Крышка имеет клапан понижения давления. К днищу емкости с внешней стороны подведен обогреватель.

Работа устройства-прототипа осуществляется в периодическом режиме, имеющем три фазы: загрузку сырья; смешение, измельчение, растворение, образование суспензии и отделение жидкого продукта от твердого остатка; выгрузку конечных продуктов. В емкость загружают семена сои и питьевую воду при отключенных двигателе и обогревателе и снятых крышке и фильтре. Затем последовательно вставляют фильтр и крышку, при этом уровень жидкости, загружаемой в емкость, ниже уровня расположения фильтра в емкости, и приводят в действие двигатель и обогреватель. Вращение оси привода передается измельчителю. Вращающиеся ножи осуществляют перемешивание и измельчение соевых семян. Одновременно происходит нагревание измельченной смеси, растворение белково-липидного комплекса и образование гомогенной суспензии из раствора и нерастворимого остатка соевых семян. В процессе нагревания измельченной смеси образуются водяные пары, которые, поднимаясь вверх, проходят через фильтр и накапливаются в воздушной камере. Избыток водяных паров выталкивает воздух из воздушной камеры, открывая клапан в крышке. В этот момент отключают обогреватель и двигатель. Водяные пары охлаждаются и конденсируются. В воздушной камере понижается давление и клапан закрывается. Атмосферное давление придавливает крышку и фильтр к измельченным семенам. За счет разности давления в воздушной камере и емкости с суспензией жидкая фаза продавливается через поры фильтра в воздушную камеру и происходит разделение твердой и жидкой фаз суспензии. Жидкая фаза - соевое молоко через отверстие в крышке для клапана выводится из аппарата. Твердый остаток измельченных бобов - окара после снятия крышки и фильтра выгружается из емкости.

Устройство-прототип осуществляет операции смешения, измельчения, растворения, образования суспензии и отделение жидкой фазы от твердого остатка в одном аппарате. Однако устройство имеет недостатки: периодический режим работы устройства; недостаточно интенсивное перемешивание, осуществляемое только за счет вращающихся ножей; грубое измельчение семян сои, что обуславливает длительность процессов растворения и извлечения белково-липидного комплекса из каналов пор семян. Для ускорения этих процессов измельченную смесь нагревают в обогревателе, что приводит к лишним затратам энергии и усложнению конструкции.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение экономичности устройства для получения белково-липидных эмульсий из масличных семян.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известном устройстве для приготовления соевого молока, содержащем измельчитель, фильтр, емкость, привод, крышку и отверстие для отвода жидкого продукта согласно данному предложению, фильтр выполнен в виде вращающейся воронки, выступающей над емкостью, соединен с осью привода через центральное отверстие в основании и делит устройство на камеру сбора белково-липидной эмульсии с отверстием для отвода белково-липидной эмульсии в боковой поверхности емкости и рабочую камеру с размещенными в ней трубой подачи сырья, мешалкой и измельчителем, состоящим из двух дисков с шероховатой или профилированной поверхностью, расположенных один над другим с зазором, сужающимся от центра к периферии, и вращающегося ножа, при этом нож соединен с осью привода, нижний диск жестко соединен с основанием фильтра, а верхний диск жестко соединен с трубой подачи сырья, опущенной через центральное отверстие в крышке в рабочую камеру, внутри трубы подачи сырья расположена мешалка, соосно соединенная с приводом, причем край фильтра находится на уровне отверстия для отвода твердого остатка, а крышка закреплена на емкости.

Благодаря введению новой совокупности признаков обеспечивается непрерывность процесса получения белково-липидной эмульсии из масличных семян, ускоряется технологический процесс, уменьшаются затраты энергии на осуществление основных операций процесса. Тем самым повышается экономичность устройства, а также его производительность.

В частном случае реализации предлагаемого изобретения устройство выполнено с изменяемым зазором между дисками, что позволяет добиваться необходимой степени измельчения сырья, имеющего различные геометрические размеры и физико-химический состав. Тем самым создаются оптимальные условия измельчения, растворения и фильтрации, обеспечивающие непрерывность процесса с максимальным извлечением белково-липидного комплекса.

Еще в одном частном случае реализации предлагаемого изобретения для интенсификации операции перемешивания и предотвращения затора сырья мешалка выполнена в виде стержня изогнутой формы.

Еще в одном частном случае реализации предлагаемого изобретения для повышения надежности предотвращения попадания твердого остатка в белково-липидную эмульсию устройство выполнено с карманом между стенками емкости и крышки в месте их соединения и верхним краем фильтра в виде площадки с бортом, отогнутым вниз под углом не более 90° и опущенным в карман, не касаясь его, при этом угол между основанием кармана и стенкой емкости не более 90°.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где показано устройство в общем случае.

Устройство для получения белково-липидных эмульсий из масличных семян содержит емкость 1, разделенную вращающимся фильтром 2 на две камеры: верхнюю 3 рабочую и нижнюю 4 для белково-липидной эмульсии. Фильтр 2 имеет форму воронки с боковой фильтрующей поверхностью, верхний край которой не имеет пор и выступает над стенкой емкости, не касаясь ее. Внутри фильтра расположен измельчитель 5. Измельчитель 5 состоит из вращающегося ножа и двух дисков, при этом нож расположен в центре сужающегося от центра к периферии зазора, образованного внутренними поверхностями дисков. Нижний диск закреплен на основании фильтра 2. Верхний диск закреплен на конце трубы подачи сырья 8, соединенной с центральным отверстием в крышке 9, противоположным концом. Внутри трубы подачи сырья 8 расположена мешалка 7, соосно соединенная с приводом.

В стенке крышки 9 выполнено отверстие 10 для отвода твердого остатка и в нижней части стенки емкости 1 выполнено отверстие 11 для отвода белково-липидной эмульсии. Измельчающие поверхности дисков выполнены из шероховатого материала или профилирующего металла, остальные детали устройства выполнены из металла.

Работа предлагаемого устройства для получения белково-липидных эмульсий из масличных семян осуществляется следующим образом.

При включении устройства начинает работать привод 6. Вращение оси привода 6 передается фильтру 2, связанному с ним нижнему диску измельчителя 5, мешалке 7 и ножу измельчителя 5, расположенным в рабочей камере 3 емкости 1. Непрерывно поступающие в трубу подачи сырья 8 масличные семена и растворитель перемешиваются мешалкой 7 и поступают в зазор измельчителя 5, где вначале происходит грубое измельчение масличных семян в среде растворителя с помощью ножа. Грубоизмельченная смесь под действием центробежных сил продвигается по зазору от центра к периферии и дополнительно измельчается. По мере сужения зазора увеличивается степень измельчения масличных семян до размера частиц, при котором происходит быстрое растворение растворимых веществ и образование однородной суспензии. Через зазор суспензия поступает в фильтр 2, вращающийся со скоростью, обеспечивающей под действием центробежных сил одновременное разделение жидкой фазы и твердого остатка и автоматический вынос твердого остатка из фильтра 2 через его верхний край, а затем и из аппарата через боковое отверстие 10 в крышке 9. Жидкий продукт (белково-липидная эмульсия) из фильтра 2 вытекает через поры в камеру 4 емкости 1, а затем через боковое отверстие 11 внизу емкости 1 выводится из аппарата.

Угловая скорость, с которой вращаются привод 6 и, соответственно, соединенные с ним мешалка 7, вращающиеся элементы измельчителя 5 и фильтр 2, обеспечивает непрерывность процессов: равномерного поступления сырья в измельчитель 5; измельчения, растворения, образования суспензии; отделения жидкой фазы от твердого остатка и автоматический вынос продуктов из аппарата.

Осуществление измельчения в две стадии, сначала грубое с помощью вращающихся ножей, а затем с помощью измельчающих дисков с шероховатой или профилирующей поверхностью, позволяет достичь необходимой величины дисперсности, при которой происходит практически мгновенное растворение. Это обусловлено тем, что при измельчении путем истирания с помощью дисков происходит разрушение каналов пор масличных семян, не растворимых в растворителе, и, следовательно, увеличивается поверхность соприкосновения растворимых веществ, находящихся в каналах пор, и растворителя. Одновременно вследствие трения трущихся поверхностей происходит нагрев измельченной смеси, что также ускоряет процесс растворения и образования суспензии.

Жесткое закрепление нижнего диска измельчителя 5 на основании фильтра 2 обеспечивает синхронность их вращения и тем самым равноскоростной подвод суспензии к фильтрующей поверхности и отвод твердого остатка с нижней части фильтра 2 вверх к его краю. Это предотвращает забивку фильтра и уменьшение скорости фильтрации.

В частном случае реализации предлагаемого изобретения получение белково-липидной эмульсии из масличных семян производится при установке регулятора зазора между дисками измельчителя 5. При этом величина зазора между дисками измельчителя устанавливается перед включением устройства. В результате создаются оптимальные условия для измельчения, растворения и фильтрации с учетом структуры, химического состава и геометрических размеров масличных семян.

Еще в частном случае реализации предлагаемого изобретения получение белково-липидной эмульсии из масличных семян производится при установке мешалки 7 в виде стержня изогнутой формы. В результате достигается большая степень однородности распределения масличных семян в растворителе и предотвращается возможность затора сырья.

Еще в частном случае реализации предлагаемого изобретения получение белково-липидной эмульсии из масличных семян производится при выполнении в устройстве кармана между стенками емкости 1 и крышки 9 в месте их соединения и верхнего края воронки фильтра 2 в виде площадки с бортом, отогнутым вниз и опущенным в карман, не касаясь его. При этом борт отогнут вниз под углом не более 90° и угол между основанием кармана и стенкой емкости 1 не более 90°. В результате предотвращается попадание твердого остатка при его выходе из фильтра 2 в камеру 4 для белково-липидной эмульсии в емкости 1.

Источники информации

1. Патент РФ, кл. А 01 J 11/00, A 23 L 2/00 №2045892.

2. Патент Франции, кл. А 23 L 2/38, 1/36, А 23 С 11/10 №2596620.

3. Заявка Японии, кл. А 23 L 1/20, A 47 J 27/00, 43/04 №63-43068 (прототип).