Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Школа биомедицины

Кафедра биотехнологии продуктов из животного сырья и функционального питания

КУРСОВАЯ РАБОТА

ТЕМА: Аппаратно-технологическая схема производства арахидоновой кислоты из рыбьего жира лососевых рыб

                                                           Студент С 7503 Пб гр. Барбарийская О. А.

                                                           Руководитель: к.т.н. доцент Макарова Е.В.

                                                Курсовая работа допущена к защите:

                                                 _______________________________

                                                  «____»___________________  20__г.

                                                           Курсовая работа защищена   

                                                           с оценкой:_ ___________________               

                                                 «____»___________________  20__г.

Владивосток 2012г.

Дальневосточный федеральный университет

Школа биомедицины

           Кафедра биотехнологии продуктов из животного сырья и функционального питания

ЗАДАНИЕ

На курсовую работу студента 5 курса

1. Тема курсовой работы: Аппаратно-технологическая схема производства арахидоновой кислоты из рыбьего жира лососевых рыб

2. Цель и общее направление работы: ознакомление с аппаратно-технологической схемой  и методом получения арахидоновой кислоты.

3. Содержание работы.

1 Характеристика основных свойств пищевого сырья для производства арахидоновой кислоты………………………………..……….……….…….7

2 Теоретические подходы к обоснованию параметров обработки на основных этапах производства арахидоновой кислоты…..…………….…………..…13

3 Ассортимент вырабатываемой продукции,  требования к ее качеству…….19

4 Основные процессы, протекающие при производстве и хранении……...…21

5 Технологическая схема производства арахидоновой кислоты...…..…..31

6 Характеристика оборудования линии…………………………………..……34

7 Современные подходы к совершенствованию способов переработки….…48

8 Проблемы  утилизации отходов…………………………………………..…..50

5. Сроки выполнения курсовой работы:

      Начало работы ________________________________________________

      Конец работы _________________________________________________

      Срок представления работы на кафедру ___________________________

Руководитель курсовой работы________________________________________

Студент ___________________________________________________________

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка 49 листов, 1 схема, 2 таблицы, 8 рисунков, 15 библиографических источников,  6 интернет ресурсов.

АРАХИДОНОВАЯ КИСЛОТА, ПРОИЗВОДНЫЕ, РЫБИЙ ЖИР, ТЕХНОЛОГИЯ, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРОИЗВОДСТВО, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, ОБРАБОТКА,  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

Объект разработки курсового проекта – аппаратно-технологическая схема производства арахидоновой кислоты, ее состав и применение.

В работе представлено химико-технологическое обоснование, дана характеристика сырьевой базы, произведён подбор оборудования, рассмотрено применение продукта, его состав, свойства основные процессы, протекающие при производстве и хранении. Произведены расчеты процесса экстракции как одной из важнейших операций производства.

Рассмотрены инновационные течения в рыбной отрасли, проблемы утилизации отходов.

Содержание

Введение………………………………………………………….………..………5

1 Характеристика основных свойств пищевого сырья для производства арахидоновой кислоты…………………………………..……….………….….7

2 Теоретические подходы к обоснованию параметров обработки на основных этапах производства арахидоновой кислоты……………….…………..…13

3 Ассортимент вырабатываемой продукции,  требования к ее качеству….....19

4 Основные процессы, протекающие при производстве и хранении……...…21

5 Технологическая схема производства арахидоновой кислоты……….…..31

6 Характеристика оборудования линии……………………………………..…34

7 Современные подходы к совершенствованию способов переработки…….48

8 Проблемы  утилизации отходов………………………………………..……..50

Заключение………………………………………………………………...……..52

Список использованных источников………………………….…………..……53

Введение

Арахидоновая кислота, витамин F, CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH — Омега-6-ненасыщенная жирная кислота.  Человеческий организм может самостоятельно синтезировать её. Арахидоновая кислота — бесцветная маслянистая жидкость, легко окисляется кислородом воздуха.

Арахидоновая кислота - (эйкозатетраеновая кислота;5,8,11,14-эйкозатетpаеновая) - полиненасыщенная жирная кислота, входит в состав мембранных фосфолипидов тромбоцитов и эндотелиальных клеток. Высвобождается из фосфолипидов под действием фосфолипазы А2 и фосфолипазы С, активируемых коллагеном, тромбином, АДФ и другими биологически активными веществами. Свободная арахидоновая кислота быстро метаболизируется, превращаясь в высокоактивные соединения - простагландины и тромбоксаны.

В 90-е годы были получены данные, позволяющие рассматривать арахидоновую кислоту и ее продукты в качестве еще одной системы вторичных посредников. Во многих случаях показано, что арахидоновая кислота и ее производные могут взаимодействовать с другими системами передачи информации в клетке, модулируя их сигналы.

Арахидоновой кислоте приписывается важная роль в регуляции лиганд-рецепторных взаимодействий, активности ионных каналов и активности регуляторных ферментов ( гуанилатциклазы, протеинкиназы C ) в качестве внутриклеточного мессенджера. Возможно, что, по крайней мере, некоторые из перечисленных проявлений активности арахидоновой кислоты опосредуются через взаимодействие с клеточными связывающими жирные кислоты белками. Существует два основных пути метаболизма арахидоновой кислоты - циклоксигеназный и липоксигеназный. Циклоксигеназный путь метаболизма арахидоновой кислоты приводит к образованию простагландинов и тромбоксана A2, липоксигеназный - к образованию лейкотриенов. В тучных клетках легких синтезируются как простагландины, так и лейкотриены, в базофилах - только лейкотриены. Основной фермент липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты в базофилах и тучных клетках - 5-липоксигеназа. 12-липоксигеназа и 15-липоксигеназа играют меньшую роль. Однако образующиеся в незначительном количестве 12-гидропероксиэйкозотетраеновая кислота и 15-гидропероксиэйкозотетраеновая кислота играют важную роль в воспалении.

В составе липидов арахидоновая кислота присутствует в мозге, печени и молочном жире млекопитающих. В фосфолиридах надпочечников арахидоновая кислота составляет около 20 % от суммы жирных кислот. При гидрировании арахидоновая кислота образует арахиновая кислота, встречающуюся в маслах бобовых растений, в частности —арахиса. Метаболиты АК являются эндогенными лигандами каннабиноидных рецепторов (1992 - 95 гг.). Наиболее важными среди них являются продукт неокислительного метаболизма арахидоновой кислоты - арахидонилэтаноламид (анандамид) и 2- арахидонилглицерин, 2-АГ Оба соединения выполняют функции нейромодулятора и нейромедиатора и служат "эндогенными каннабиоидами".

Цель работы состоит в  разработке перспективных спосоьбов выделения арахидоновой кислоты из рыбьего жира [12].

1 Характеристика основных свойств пищевого сырья для производства арахидоновой кислоты

              В мире насчитывается около 22 тыс. видов рыбы. Они объединены в 550 семейств, из которых промысловое значение имеют 1,5 тыс. видов (в России - около 1 тыс.)

              На предприятиях общественного питания используется до 60% всей выловленной рыбы.

              В зависимости от вида скелета рыбы делятся на: хрящевые (акула) и костные (настоящие костистые - сельдевые, тресковые и др. и хрящекостные - осетровые).

              По образу жизни рыбы делятся на морские, пресноводные, полупроходные (обитают в опресненных участках морей, а для нереста и зимовки уходят в верховья рек - лещ, сазан, судак, сом) и проходные (живут в морях, а для нереста заходят в реки - осетровые, лососевые).

              Технологическая классификация подразделяет рыбу на живую (должна соответствовать длине и массе), охлажденную (температура в толще тушки у позвоночника - от минус 1 до +50С),  мороженую (температура от минус 60С и ниже), вяленую, копченую, маринованную, а также полуфабрикаты, выпускаемые предприятиями рыбоперерабатывающей отрасли.

              Размерно-упаковочная классификация рыб предусматривает деление рыбы по длине (сом, судак и др.) или по массе (осетр, карп прудовый и др.) на крупную, среднюю и мелкую, а также по видам и способам упаковки.

              Некоторые рыбы (скумбрия, амур) и так называемая “мелочь” по длине и массе не подразделяют. Мелочь не подразделяют и по наименованиям рыб, а проводят ее деление на три группы.

              По жирности рыбу делят на три, иногда четыре группы: тощая (до 2% жира), среднежирная (до 8% жира), жирная (8-15% жира). Если в рыбе содержится более 15% жира, ее относят к высокожирным сортам.

              Наиболее распространенными являются следующие виды рыб:

              - окуневые - окунь, судак, морской окунь, ерш, берш (дают хорошие клейкие бульоны, в кулинарии ценятся за вкусное нежирное мясо, имеют незначительное количество мелких костей);

              - лососевые - семга, кета, горбуша, лосось, нельма, сиг, белорыбица, форель (имеют жирное нежное мясо, отсутствуют межмышечные кости);

              - осетровые - осетр, севрюга, белуга, шип, калуга, стерлядь, бестер (наиболее ценная рыба с плотным мясом, содержащим жировые прослойки; при кулинарной обработке дают наименьшее количество отходов);

              - тресковые - треска, налим, пикша, навага, сайда, серебристый хек (мясо тощее, без мелких костей);

              - карповые - лещ, карп, сазан, карась, линь, вобла, рыбец, тарань, маринка, толстолобик, амур (отличаются  плотно прилегающей чешуей, наличием большого количества мелких костей, средним содержанием жира);

              - сельдевые - сельди, салака, килька, сардины, тюлька (чаще всего поступают на предприятия в соленом виде);

              - камбаловые - камбала, палтус, стрелозубый палтус (отличаются плоской формой тела и неприятным запахом).

              Комплексное использование составных частей рыбы способствует увеличению объема выпуска продукции, дает значительную экономию сырьевых ресурсов, расширяет ассортимент продуктов и способствует рационализации питания.

              К составным частям рябы относят: мясо, внутренние органы (икра, молоки, печень, сердце, плавательный пузырь), голову, плавники, чешую, кости. На предприятиях общественного питания используют мясо, икру и молоки. К пищевым отходам относят кожу, кости, плавники. К съедобным частям относят мясо, икру, молоки и печень некоторых рыб, а также головы осетровых, судака и т.п.

              Кожа рыб (2-8%) - содержит пигменты, коллаген и жир; является сырьем для клеевой и кожевенной промышленности.

              Чешуя (1-5%) - включает костяные пластины, которые состоят из коллагена и гуанина; является техническим сырьем.

              Кости (у осетровых хрящи) (9-15%) - делятся на позвоночные, реберные, межмышечные, а также кости головы; являются богатым источником фосфорнокислых солей кальция и белков соединительной ткани; используются для производства кормовой муки, клея, на технические нужды.

              Плавники (1,5-4,5%) делятся на брюшные, грудные (парные) и спинные, анальные, хвостовые (непарные); используются для приготовления кормовой муки, являются источником фосфорнокислых солей кальция и белковых азотистых веществ.

              Молоки и икра (в период нереста до 12%) содержат полноценные белки, жиры, витамины и минеральные элементы; используются в общественном питании и на предприятиях рыбоперерабатывающей промышленности для производства деликатесных продуктов.

              Печень (1-4%) содержит жирорастворимые витамины и витамины группы В; используется для выработки медицинских препаратов, кулинарной продукции, а также на корм животным.

              Остальные внутренние органы (сердце, почки, желудок, селезенка, кишечник - 3-6%) - содержат в своем составе азотистые вещества, ферменты и минеральные элементы; являются кормовым сырьем, а также широко используются в фармацевтической промышленности.

              Головы (до 25%) - содержат белки, жиры, соли кальция; используются для производства белковых изолятов и гидролизатов, кормовой муки и рыбьего жира.

              Мясо рыб - (45-65%) - представлено двумя парами мышц (две спинные и две брюшные), которые содержат полноценные белки, жиры, экстрактивные азотистые вещества, макро- и микроэлементы и другие вещества; мясо является основным сырьем для производства кулинарной продукции.

              Соотношение между съедобными и несъедобными частями определяется видом рыбы, ее полом. временем вылова. Отходы и потери при механической кулинарной обработке рыбы зависят от способа разделки и вида изготовляемого полуфабриката.

Жиры рыб представляют собой смесь сложных эфиров глицерина и жирных кислот. Важной отличительной особенностью жиров является преобладание в их составе ненасыщенных жирных кислот (до 84%) и наличие среди них высоконепредельных с 4 – 6 двойными связями, которые в жирах наземных животных отсутствуют.

В отличие от жиров теплокровных животных, жир рыбы имеет жидкую консистенцию со специфическим вкусом и запахом, а также легко усваивается организмом человека, характеризуется высокой пищевой ценностью,  является ценным источником не синтезируемых в организме кислот (линоленовой, линолевой и арахидоновой), которые нормализуют жировой обмен и способствуют выведению из организма холестерина.

Благодаря преобладающему содержанию в жире рыб непредельных жирных кислот, он под действием кислорода воздуха, особенно при повышенной температуре и доступе солнечного света, легко подвергается окислению с образованием перекисей, оксикислот, альдегидов, кетонов, свободных жирных кислот, что ведет к снижению качества рыбных товаров (прогоркание, появление ржавчины и др.).

Жир в теле рыб распределяется неравномерно, и это зависит от вида рыб и их физиологических особенностей. У разных рыб жир сосредоточен в различных участках тела. Преимущественно он находится в подкожном слое и около плавников (сельдь, сардина, семга), между мышечных волокон (осетр, сельдь, сом), вдоль позвоночника (камбала, палтус), в печени и вдоль боковой линии. В  жире рыб присутствуют в наибольшем количестве фосфатиды (наиболее изучен лецитин), стериды и стерины (холестерин), красящие вещества и др.

От содержания жира в мясе рыбы существенным образом зависят ее энергетическая и пищевая ценность, поэтому упитанность рыбы является важным показателем при определении сортности рыбных продуктов. Содержание жира в мясе рыб сильно колеблется от 0,5 – 30%, чаще всего от 2 – 12%.

Рыбий жир — единственный в природе существенный источник арахидоновой кислоты (в тресковом рыбьем жире содержание арахидоновой кислоты достигает 26—40%). Ниже приводятся данные о содержании полиненасыщенных жирных кислот в жире некоторых рыб (табл. 1).

Таблица 1Содержание полиненасыщенных жирных кислот в некоторых видах рыб

Содержание витаминов А и D в печеночном жире рыб, используемых для получения витаминизированного рыбьего жира и витаминных препаратов, приведено в табл. 2.

Таблица 2Содержание витаминов А и D в печеночном жире рыб

2 Теоретические подходы к обоснованию параметров обработки на основных этапах производства арахидоновой кислоты

Экстракция (от позднелат. extractio — извлечение), экстрагирование, процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов).

Процесс экстракции включает 3 последовательные стадии: смешение исходной смеси веществ с экстрагентом; механическое разделение (расслаивание) двух образующихся фаз; удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования. После механического разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт) и остаток исходного раствора (рафинат) или твёрдого вещества. Выделение экстрагированного вещества из экстракта и одновременно регенерация экстрагента производится дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, высаливанием и т. п.

  Достоинствами экстракции являются низкие рабочие температуры, рентабельность извлечения веществ из разбавленных растворов, возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов, и азеотропных смесей, возможность сочетания с другими технологическими процессами (ректификацией, кристаллизацией), простота аппаратуры и доступность её автоматизации. Недостатком экстракции в ряде случаев является трудность полного удаления экстрагента из экстрагируемых веществ.

  Экстракция подчиняется законам диффузии и равновесного распределения. При экстракции из жидкостей после смешения исходного раствора с экстрагентом и расслоения образовавшейся смеси концентрация у экстрагируемого вещества в фазе экстракта больше его концентрации  в фазе рафината. Если раствор разбавлен, а вещество  в экстракте находится в неассоциированном и недиссоциированном состояниях, отношение (коэффициент распределения) — величина постоянная, не зависящая от концентрации, и линия равновесия в диаграмме у — х является прямой; в противном случае Kp — функция концентрации, и линия равновесия криволинейна. Kp всегда зависит от температуры, практически не зависит от давления; определяется он экспериментальным путём.

  Вследствие кратковременности и несовершенства акта смешения экстрагента и исходного раствора действительная (рабочая) концентрация у всегда меньше равновесной ур. Степень приближения у к ур характеризует эффективность экстракции, а разность yp—y является его движущей силой.

  В результате однократной экстракции возможна сравнительно небольшая степень извлечения вещества В из исходного раствора, поэтому прибегают к многократному повторению актов смешения и последующего расслаивания взаимодействующих фаз при их встречном движении. Если в исходном растворе концентрация вещества  уменьшается от x1 до x2, то его концентрация в фазе экстракта возрастает от 0 до y1. Из уравнения материального баланса экстракции:

  Dy1=W (x1- x2) = М  (а)

  (где D и W — соответственно расходы чистого экстрагента и чистого растворителя) можно определить расход экстрагента:

В приведённых выражениях x1 и y1— концентрации относительно чистого растворителя  и чистого экстрагента. Очевидно, что при прочих равных условиях расход экстрагента растет по мере уменьшения концентрации(x2) вещества  в рафинате и уменьшения его концентрации  y1 в экстракте.

  Кинетика экстракции описывается общим уравнением массообмена.

M = KcFτ, где М — количество экстрагированного вещества, К — коэффициент массопередачи, с — средняя разность концентраций экстрагируемого вещества в обеих фазах, F — величина межфазной поверхности, τ — время.

  Величина с однозначно определяется заданными концентрациями х, у и ур, поэтому для достижения больших значений М стремятся увеличить К путём турбулизации потоков взаимодействующих фаз и F — путём диспергирования одной из фаз (экстрагента или исходного раствора) на мелкие капельки. Точное значение К пока не может быть рассчитано теоретическим путём, поэтому эффективность процесса экстракции выражают, как и при ректификации или абсорбции, числом ступеней равновесия (идеальных тарелок). В случае частичной растворимости растворителя  и экстрагента равновесие системы изображается в плоскости равностороннего треугольника. Процессы экстракции, поскольку в них чередуются акты смешения и расслаивания фаз, протекают только в гетерогенной области. Смешав исходный раствор с некоторым количеством экстрагента, получим тройную гетерогенную смесь, которая расслаивается на экстракт  и рафинат  с концентрацией экстрагируемого вещества. Если теперь смешать рафинат со свежей порцией экстрагента, получим новую гетерогенную смесь, которая расслоится на экстракт и рафинат с более низкой концентрацией. Продолжая акты смешения и расслаивания, можно добиваться дальнейшего понижения концентрации компонента в рафинате, т. е. повышения степени экстракции. Совершенно очевидно, что число построенных конод (их может быть сколько угодно) равно числу ступеней равновесия. В приведённом примере периодической экстракции после каждого акта смешения и расслаивания падает концентрация  как в рафинате, так и в экстракте. Для повышения концентрации вещества в экстракте и большего его исчерпывания из рафината во многих случаях прибегают к экстракции с так называемой обратной флегмой. Сущность этого процесса сводится к частичному отделению экстрагента от экстракта и исходного растворителя от рафината и обратному возвращению долей этих фракций в аппарат навстречу уходящим потокам.

  Для экстракционного разделения двух компонентов, особенно с близкой растворимостью в исходном растворителе, часто используют два экстрагента с различной селективностью. Исходный раствор поступает в среднюю часть экстрактора, один из экстрагентов — в верхнюю часть, другой — в нижнюю.

  Наиболее эффективна непрерывная экстракция, осуществляемая в многоступенчатых аппаратах (экстракторах) при противотоке исходного раствора и экстрагента. В этом случае заданная степень экстракции достигается при наименьшем расходе экстрагента. Многоступенчатые экстракторы обычно представляют собой вертикальные колонны, разделённые поперечными перфорированными тарелками с вращающимися дисками, мешалками и т. п. на ступени (секции). В каждой ступени происходит перемешивание взаимодействующих фаз и их расслаивание, исходный раствор и экстрагент многократно перемешиваются и расслаиваются.

  Значит, распространение получили экстракторы ситчатые и с механическим перемешиванием. В ситчатых  ступени разграничены перфорированными горизонтальными тарелками и сообщаются между собой переливными трубками. Одна из контактирующих жидкостей, проходя через отверстия тарелок, диспергируется, чем создаётся большая поверхность контакта с встречной жидкостью, протекающей по переливным трубкам в виде сплошной фазы. Экстракторы с механическим перемешиванием делятся на роторно-дисковые  и с чередующимися смесительными и отстойными насадочными секциями. В роторно-дисковых экстракторах вращающиеся диски перемешивают и диспергируют жидкости, после чего они расслаиваются. В экстракторах со смесительными и насадочными секциями лопастные или турбинные мешалки размещены на общем вертикальном валу попеременно со слоями неподвижной насадки(кольца Рашига, спирали, пакеты сеток и пр.). Перемешанные жидкости, пройдя через слои насадки, расслаиваются. Применяются также экстракторы с непрерывным контактом взаимодействующих фаз (распылительные, насадочные), не разделённые на отд. ступени, их эффективность при достаточной высоте измеряется несколькими ступенями. Распылительные экстракторы снабжены соплами, инжекторами и т. п. для диспергирования взаимодействующих жидкостей. Такие аппараты отличаются простотой и высокой производительностью, но сравнительно невысокой эффективностью. Несколько более эффективны, но менее производительны насадочные экстракторы, наполненные кольцами Рашига, кольцами Паля и др. Часто используются ящичные экстракторы, которые разделены вертикальными перегородками на ступени, каждая из которых состоит из смесительной и отстойной камер. Расположенные в смесительной камере турбинные мешалки  перемешивают жидкости и одновременно транспортируют их из ступени в ступень.

3 Ассортимент вырабатываемой продукции,  требования к ее качеству

Существуют и препараты из жира пресноводных рыб. Например, «Эйковит» из нутряного жира муксуна. Он значительно доступнее и дешевле, ибо при переработке рыбы нутряной жир — всегда материал бросовый. Для изготовления нужной фармацевтической формы годен жир таких сортов рыб, как форель, муксун и др. Обитают они главным образом в бассейне Оби. Полиненасыщенных жирных кислот в жире пресноводных рыб меньше, чем в жире морских, зато «Эйковит» проще и дешевле в изготовлении. Названные препараты выпускаются в капсулах (в жидком виде «рыбный жир» очень нестоек и даже в особых условиях хранится недолго), а значит, не имеют ни запаха, ни вкуса, и принимать их приятнее. Ежедневная лечебная доза — 20 г, профилактическая — 6-8 г (то есть шесть-восемь капсул), для детей — три капсулы.

Рыбий жир из печени трески (Cod liver oil)

 Препарат животного происхождения, действие которого определяется эффектами входящих в его состав витаминов и ненасыщенных жирных кислот; оказывает А и D-витаминное, гиполипидемическое, косвенное вазодилатирующее действие. Тормозит агрегацию тромбоцитов, улучшает реологические свойства крови. Ненасыщенные жирные кислоты принимают участие в синтезе арахидоновой кислоты, лейкотриенов и Pg; снижает концентрацию холестерина сыворотки крови. Ретинол (витамин А) участвует в обменных процессах в слизистых оболочках и коже, в формировании зрительных пигментов, необходимых для нормального сумеречного и цветового зрения; обеспечивает целостность эпителиальных тканей, регулирует рост костей. Колекальциферол (витамин D3) регулирует обмен Ca2+ и фосфатов, процесс построения структуры костей; повышает абсорбцию Ca2+ в кишечнике.

ПОЛУЧЕНИИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ПИЩЕВОЙ ДОБАВКИ НА ОСНОВЕ РЫБНОГО ЖИРА И ФОСФОЛИПИДОВ ИЗ МОРСКОЙ КАМБАЛЫ

Вследствии того, что рыбный жир представляет собой жидкую субстанцию, а фосфолипиды √ вязкую массу, при обычных условиях эти два вещества не смешиваются и не образуют однородную консистенцию.

Известны способы получения БАД на основе рыбного жира и жировых, спиртовых экстрактов из облепихи, боярышника и других растений (Рамбеза, Байдалинова,1996; Пат. РФ N2129809; Маслова, Сподобина, 2000). Очевидно, для получения однородного состава рыбного жира с фосфолипидами, целесообразно последние перевести в спирторастворимую форму и затем растворить в рыбном жире (Лебская и др.,1999). Однако, сведения о температурных условиях, соотношении масс продукта и растворителя, а также времени насыщения спирта фосфолипидами чрезвычайно ограничены.

Цель настоящих исследований заключалась в определении оптимальных условий перевода фосфолипидов в спирторастворимую форму с последующим обогащением ею рыбного жира.

Создание композиций природных биологически активных пищевых добавок представляет собой актуальную проблему современной диетологии. Одной из эффективных форм таких БАД является Рыбий жир с фосфолипидами из морских гидробионтов.

Спиртовый экстракт фосфолипидов при растворении в рыбном жире в соотношении масс 15 √ 85 %, соответственно, и температуре 20°С образует продукт однородной прозрачной консистенции. Предполагается, что новая пищевая добавка будет эффективнее по сравнению с рыбным жиром и концентратом фосфолипидов, так как сочетает в себе свойства этих двух известных физиологически активных составляющих.Очевидно, что новая БАД будет эффективна для профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний, повышения антиоксидантных возможностей организма и иммунного статуса. Однако, для подтверждения этого необходимо установление оптимальных концентраций ежедневного употребления продукта и проведение клинических исследований [16].

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ЖИРА ИЗ ПЕЧЕНИ РЫБ

Изобретение относится к рыбной промышленности, в частности к способу получения лекарственного препарата из печени рыб. 

Способ включает измельчение печени рыб, смешивание ее с водой и протеолитическим ферментным препаратом, термическую обработку, отделение жира, при этом в качестве протеолитических ферментных препаратов используют препараты микробиологического происхождения протомегатерин, или протакрин, или протосубтилин в количестве 10-200 ПЕ/кг, термическую обработку ведут при 40-48oС в течение 30-120 мин. 

Технический результат: способ обеспечивает сохранение ценных лечебно-профилактических свойств рыбного жира, получение продукта с максимальным содержанием витамина А и предельно низким значением показателя окисления.

Изобретение относится к рыбной промышленности и может быть использовано для получения жира из печени краба, который обладает высоким биологическим действием.
Известен способ выделения жира из печени рыб, используемый в Норвегии (M. E.Stansby "Fish Oils" Westport, Connecticut, The AVI Publishing Company, Inc. , 1967, pp. 194-5, 201-2). Способ заключается в том, что рыбную печень помещают в подогреваемый аппарат и барботируют снизу острым паром в течение 1 часа при 90oC. После такого нагрева выход неочищенного жира составляет 70% от содержащегося в печени. Дальнейший нагрев и прессование остатка приводит к получению жира темного цвета с высоким содержанием свободных жирных кислот. Установка проста и недорога, но не обеспечивает требуемый выход и качество продукта.
Известен шведский (Laval) процесс для выделения жира из рыбной печени ((M.E.Stansby "Fish Oils" Westport, Connecticut, The AVI Publishing Company, Inc. , 1967, pp. 194-5, 201-2). Способ включает следующие операции: рыбную печень подают в промежуточный подогревающий танк, затем продавливают через решетку для размельчения и удаления печеночных жил и подают в подогреватель с температурой t=+85oC, где некоторое время выдерживают; затем печень поступает на сепаратор, в котором жир отделяется от водно-белковой массы. Выход неочищенного жира более 90% из расчета на общее содержание жира в печени.
Известен способ вытапливания жира из печени рыб (А.с. СССР N 1482935, МПК4 C 11 B 1/12), включающий себя сортировку, промывку, измельчение печени и вытапливание при температуре 50-70oC. Выход жира составляет от 85% до 94% на его исходное содержание. Недостатком способа является низкий выход - 85%.
Известен способ получения рыбного жира (А.с. СССР N 1414863, МПК4 C 11 B 1/14) из печени и внутренностей рыбы, включающий измельчение сырья и термическую обработку с раствором мочевины (2-2,5% мочевины к массе сырья. Недостатки: низкий выход 50-79% и использование дополнительного химического реагента.
Известен способ извлечения жира из печени рыб и китов при помощи щелочного гидролиза фарша печени (Г.В.Крутченский "Технология производства витамина А" Дальневосточное книжное издательство, Владивосток, 1968, с.40- 45). Такой гидролиз разрушает белково-липидные комплексы в клетках печени, в результате чего увеличивается выход отделяемого жира. Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков, о чем упоминает сам автор: во-первых, использование щелочи до 4,5% к весу печени негативно влияет на структуру самого жира - он деградирует с образованием значительных количеств свободных жирных кислот, а во-вторых, щелочь в такой концентрации и в соединении с температурным режимом (90-95o) обеспечивает образование стойких эмульсий, приводящих к потере извлекаемого продукта. К прочим недостаткам следует отнести неэкологичность такого способа производства, ибо применение щелочи потребует в дальнейшем и такого же количества серной кислоты для нейтрализации, значительными будут отходы.
Вообще известно, что печень краба содержит жир в количестве до 24% и может потенциально являться источником для извлечения жира, как это указано в книге Б.В.Зикеева "Переработка водного нерыбного сырья", М.: Пищепромиздат, 1950, С. 277, но никаких данных о способе производства жира или технологических параметрах, которые характеризуют любой способ не приведено.
Задача, решаемая изобретением, - расширение сырьевой базы для получения жира, обладающего биологически активными свойствами, повышение качества и выхода жира, а также улучшение экологичности процесса.
Поставленная задача решается тем, что в качестве сырья используют печень краба, а выделение жира проводят автолизом измельченной печени при перемешивании и температуре 20-70oC в течение 40-240 мин.
Заготовленная на промысле печень (в чистом виде без панциря) крабов камчатского Paralithodes camtschatica, синего Paralithodes platypus, стригуна опилио Chionoecetes opilio и колючего Paralithodes brevipes представляет из себя коричневую массу из длинных тянущихся нитей, неприятного запаха, который увеличивается со сроком хранения, и достаточно едкую в отношении кожных покровов в виду наличия больших количеств ферментов. Печень хорошо затвердевает при минусовых температурах и обычно хранится в холодильной камере в полиэтиленовых мешках. Гепатопанкреас или печень краба составляет более 90% внутренностей карапакса и 10% от общего веса краба. Содержание жира в печени колеблется от сезона и достигает 10-15% по весу. Объемы добычи крабов составляют более 10 тысяч тонн.
В тканях печени краба изначально содержатся значительные количества протеолитического фермента коллагеназы. Коллагеназа - фермент, разрушающий белковые структуры клеток, в частности липид-белковые образования. Если создать определенные условия: температурные, временные, механические, то можно добиться ферментативного катализа в оптимальных условиях. Таким образом, коллагеназа, разрушая структуры клеток, высвобождает тем самым находящийся в них жир и позволяет мягким щадящим способом преодолевать наиболее важную ступень извлечения жира.
Сущность способа заключается в следующем: замороженную печень краба измельчают на волчке, загружают в реактор, в котором при перемешивании проводят автолиз при температуре 20-70oC в течение 40-240 мин, затем масса подается на грязевой сепаратор для отделения жира от водно-белковой фракции и для окончательной очистки на жировой сепаратор. Далее жир закачивают в нейтрализатор, где свободные жирные кислоты нейтрализуют раствором щелочи (ее количество определяют на основе лабораторных испытаний), дают выдержку до 12 часов, в среднем 6 часов, после чего с нижнего вентиля сливают тяжелую фракцию - соапсток (натриевые мыла жирных кислот), который является отходом и поступает для дальнейшей утилизации в нейтрализационную колонну. Далее жир 3-кратно промывают водой и подают в вакуумно-сушильный аппарат, куда добавляют отбеливающей глины или активной земли до 2% от веса жира и выдерживают при перемешивании под вакуумом в течение 2 часов. Затем смесь фильтруют через ткань (бельтинг) на нутч-фильтре и готовый продукт разливают в герметичную тару.
Экспериментально установлено, что снижение температуры ниже 20oC приводит к снижению выхода жира из сырья; так, этот показатель снижается до 60-75%. Повышение температуры свыше 70oC приводит к снижению выхода целевого продукта до 70%. Коллагеназа краба очень стабильный фермент: она не теряет части своей активности даже при 80oC, но технологический процесс при такой температуре неэффективен.
Обычно при оптимальных температурах и перемешивании выдерживать печень в реакторе или шнеке более 4-х часов не имеет смысла, так как клетки уже разрушены и жир находится в свободном состоянии. Уменьшение же выдержки менее 40 мин снижает выход жира. Во всех случаях перемешивание является также необходимой составной частью процесса. В его отсутствии могут образовываться локальные застойные зоны, в результате чего процесс автолиза не будет эффективным. Эксперименты показали, что при невысоких температурах (20oC и выше) необходимо интенсивное перемешивание массы мешалкой (до 100 об/мин), так как это обеспечивает ее гомогенность, что является важным фактором при автолизе. При верхних температурных значениях процесса (до 70oC) в массе гомогенизированной печени происходит естественное турбулентное перемешивание и использование мешалки не повышает эффективность процесса.

4 Основные процессы, протекающие при производстве и хранении

Печень рыб является одним из главных источников получения рыбьего жира,  характеризующийся повышенным содержанием полиненасыщенных жирных кислот и жирорастворимых витаминов А и D.

Сырьем для проведения эксперимента служила мороженая печень баренцевоморской трески и мороженая печень акулы-катран.  Изучение химического состава показало,  что содержание жира в сырье составляет 70%  и 80%  соответственно.  Фракционный состав указывает на высокое содержание триглицеридов до 80%  в жире из печени баренцевоморской трески.  В жире из печени акулы-катран наряду с триглицеридами 56%  содержаться биологически активные липиды: алкоксидиглицериды и сквален.

Жирно-кислотный состав липидов печени баренцевоморской трески и печени акулы- катран представлен соответственно насыщенными – 17,5% и 25%, мононенасыщенными  - «ВНИИЖ» – научно-исследовательский центр масложировой отрасли России ООО «ЦЕНТР-ПРОДУКТ» - организатор конференции 69 55,5%  и 51%,  и полиненасыщенными жирными кислотами – 27%  и 24%,  причем сумма полиненасыщенных кислот омега 3 – 15% и 13%.

Это свидетельствует о достаточно высоком биологическом потенциале печени баренцевоморской трески и печени акула-катран как перспективного сырья для производства пищевого жира.

В настоящее время в рыбной промышленности основными способами получения жира из жиросодержащего сырья, в том числе из печени рыб, являются:  

- тепловой способ, который разделяется на мокрый и сухой. Сухой тепловой способ основан на вытопке жира в котле без добавления воды в течение 2-3 часов. Мокрый тепловой способ осуществляется идентичным образом при добавлении к сырью некоторого количества воды.

Температура нагревания сырья при этом составляет 85-90 0С.

-  паровой мокрый и сухой; при мокром паровом способе вытопка жира производиться путем непосредственного воздействия пара на сырье,  при сухом паровом способе вытапливание осуществляется в котле с паровой рубашкой.

Данные способы имеют ряд недостатков:

1. Небольшой выход готовой продукции

2. Способ вытопки жира весьма длителен по времени и осуществляется при высоких температурах, что ведет к ухудшению качества получаемого жира.

3. Для размещения оборудования занимаются  большие производственные площади.  Жир получаемый перечисленными способами характеризуется невысоким качеством:  темно-желтым цветом, запахом прогорклого жира и повышенным кислотным и перекисным числами  8-10 мг КОН/г и 14-16 моль О2/кг.

Разрабатываемый способ переработки должен удовлетворять следующим основным требованиям:  выход жира высокого качества должен быть максимальным;  побочные продукты использованы для производства кормовой продукции;  производственные потери минимальные.

В целях получения высококачественного жира с высокой биологической ценностью из печени рыб был предложен ферментативный способ,  поскольку основным структурным элементом мышечной ткани и внутренних органов рыб является белок.

Для этого размороженную до температуры минус  10 С – минус  50С печень измельчали до образования частиц размерами не более 5  мм.  Затем проводили процесс ферментации измельченного сырья ферментом протеолитического действия. Отделение жира из субстрата проводили путем центрифугирования. В результате проведенной серии экспериментов были установлены рациональные технологические параметры получения жира из печени баренцевоморской трески и печени акулы-катран ферментативным способом. 

Установлено, что выход жира при ферментативном способе на 10-15% выше, чем при выработке его традиционными способами и составляет 76-80%  для печени баренцевоморской трески и в 85-88 %  для печени акулы-катран.  Кислотное число получаемого продукта не выше 2-4  мг КОН/г,  цвет от желтого до светло-желтого,  имеет свойственный рыбьему жиру вкус и запах.

На основании проведенных исследований разработана технологическая схема получения жира из печени рыб ферментативным способом.

Хим. способы ускоряют процесс и повышают выход жира. Кроме этих методов выделения существуют и другие, не нашедшие пока широкого распространения, но являющиеся перспективными. Это - вытопка при помощи переменного электрич. тока высокой и сверхвысокой частоты, извлечение жира орг. р-рителями, ферментативный и электроимпульсионный способы. Периодич. процессы при мокром способе осуществляют в открытых котлах с рубашкой, обогреваемых водой и паром, или в одностенных аппаратах, обогреваемых острым паром или огнем, при сухом способе - в вакуум-горизонтальных котлах. Недостаток периодич. процессов - длительность термич. обработки жирового сырья, что приводит к ухудшению качества жира - потемнению, увеличению кислотного числа, появлению запаха и т. п. Непрерывно-поточные установки для вытопки мокрым способом обеспечивают быстроту вытопки (время вытопки - неск. мин) и хорошие качества жира

Жиры, получаемые из свежего сырья, обычно не нуждаются в дополнит. очистке. При наличии примесей - частиц шквары, влаги, а также при высоком кислотном числе и окраске жир подвергается дополнит. очистке путем отстаивания, фильтрования, сепарирования и рафинирования. Пищ. говяжьи и бараньи жиры, получаемые вытопкой, имеют высокую т-ру плавления и низкую усвояемость. Для использования их в пищу требуется разделение на две фракции - высокоплавкий стеарин и низкоплавкий олеомаргарин. Разделение достигается отверждением высокоплавкой фракции при 30-32°С и ее отделением - либо прессованием через хл.-бум. ткань, либо сепарированием после добавления детергента. Последний способ позволяет проводить непрерывное фракционирование. В результате получают 65-67% олеомаргарина, являющегося осн. сырьем для маргариновой пром-сти, и 33-35% стеарина, применяемого для отверждения жиров, используемых в кулинарии. Для выработки костных пищ. жиров используют позвонки, бедренные, берцовые и головные кости скота. Содержание жира в костях невелико (6-8%), и даже при тщательном разрушении кости его трудно полностью извлечь. Тепловой способ выварки кости состоит в нагреве костей глухим или острым паром в открытых котлах или под давлением. Из-за длительности нагрева этот способ не позволяет получать жир высокого качества и ухудшает св-ва коллагена кости, идущей на дальнейшую переработку. Холодный способ состоит в воздействии на измельченную кость гидравлич. ударов большой частоты. В результате гидромех. воздействия происходит разрыв стенок жировых клеток и вымывание жира из кости. Образуется водно-жировая эмульсия, из к-рой получается чистый жир. При тепловом способе извлекается 40-60% жира, при холодном - 80%. 

Мед. жир получают из печеночного жира тресковых рыб (треска, пикша, сайда), содержащего 1500-50000 МЕ/г витамина А и 40 200 МЕ/г витамина D, а также из подкожного сала китов. Переработку сырья в этом случае осуществляют в мягких условиях для предотвращения разрушения витаминов - мягким щелочным гидролизом или экстракцией р-рителями (жидким пропаном или спиртами). Мед. жир из подкожного сала китов и тюленей получают обработкой сырья острым паром при пониж. давлении. Техн. жиры (ворвань) получают в процессе произ-ва кормовой муки из разл. отходов рыбоконсервной пром-сти, из малоценного в пищ. отношении рыбьего сырья. Применяют сухой и мокрый способы вытопки, прессование и экстракцию. Экстракцию техн. рыбьего жира из прессованного сырья производят бензином или трихлорэтиленом. Из внутренностей рыб жиры выделяют также ферментативным способом, используя ферменты, находящиеся в пищеварит. органах рыб. Техн. жиры получают также из подкожного сала и мяса морских животных мокрой вытопкой под давлением. Получаемый китовый жир содержит разл. кол-во своб. жирных к-т и имеет разл. окраску - от светло-желтой до темной. На техн. нужды используют темные жиры; светлые, с содержанием своб. жирных к-т не более 6%, после гидрирования применяют для произ-ва маргарина .

5 Получение арахидоновой кислоты

К рыбному жиру, полученному любыми известными способами, добавляют 40 %-й раствор КОН в метаноле. Обработку ведут в токе инертного газа при температуре окружающей среды и при постоянном перемешивании массы в течение 2-3 ч. После завершения процесса метанол удаляют до 1/3 первоначального объема. К оставшейся массе добавляют двойное количество дистиллированной воды и проводят экстрагирование неомыляемых веществ эфиром, насыщенным дистиллированной водой и инертным газом.

Подкисление производят 5 н серной кислотой под слоем эфира  в токе инертного газа и при охлаждении до рН 3,0 и трижды экстрагируют равными объемами эфира, насыщенного инертным газом. Затем эфирные вытяжки объединяют и промывают водой, насыщенной эфиром и инертным газом, до нейтральной реакции и обезвоживают сульфатом натрия. Полученный продукт освобождают от эфира (отгонкой) и получают концентрат ненасыщенных высших жирных кислот, содержащий 2-4 % арахидоновой кислоты. Дальнейшая обработка заключается в добавлении мочевины и метанола, нагревании смеси  при температуре 45 °С до растворения мочевины, охлаждении до 4 °С и выдерживании при этой температуре в течение 6 ч. Далее проводят фильтрацию и упаривание фильтрата, содержащего ненасыщенные полиеновые кислоты и освобожденного от  комплекса насыщенных и моноеновых кислот с мочевиной, низкотемпературную кристаллизацию и хроматографирование.

Рыбный жир

Раствор КОН в метаноле                    Перемешивание

Инертный газ

Удаление метанола

Дистиллированная вода                       Экстракция

Эфир, инертный газ                      Подкисление

Экстракция

Промывание водой

Сульфат натрия                                  Обезвоживание

Отгонка

Мочевина + метанол                            Нагревание

Охлаждение

Фильтрование

Упаривание

Кристаллизация и хроматографирование

Концентрат полиненасыщенных

высших жирных кислот

Стабилизация

Хранение

Рис. 1. Технологическая схема получения арахидоновой кислоты

Полученный концентрат содержит около 10 % арахидоновой кислоты. Все операции проводят в среде инертного газа. Арахидоновую кислоту хранят в стеклянных емкостях из темного стекла, герметически укупоренных, в среде инертного газа при температуре -20 °С в течение 6 мес. Полученные полиненасыщенные высшие жирные кислоты используют в медицине, ветеринарии, животноводстве, птицеводстве и звероводстве.

6 Характеристика оборудования линии

Для удаление метанола используют аппарат Сокслета. Принцип работы аппарата Сокслета очень прост. Пары растворителя поступают через боковую трубку в экстрактор, затем в холодильник, конденсируются и образующаяся при этом жидкость омывает образцы, расположенные в экстракторе. Когда жидкость в экстракторе достигнет колена отводной трубки (сифона), она стечет в колбу. Во время наполнения экстрактора жидкостью происходит частичное растворение вещества, и оно вместе с растворителем поступает в колбу. Что позволяет, применяя ограниченное количество растворителя, извлечь неограниченное количество экстрагируемого вещества, так как вещество все время обрабатывается

чистым растворителем.

              Технические характеристики

Рисунок 2 - Аппарат Сокслета

Если извлекаемое вещество окрашено, то и раствор в экстракторе может быть окрашен. В этом случае экстрагирование продолжают до того момента, когда жидкость, остающаяся в экстракторе, станет бесцветной.

Если же вещество бесцветное, то продолжительность экстракции определяется путем анализа пробы. Для этого через холодильник опускают в экстрактор тонкую длинную стеклянную палочку, отбирают две-три капли экстракта, переносят его на стекло и выпаривают. Если на стекле не будет налета, экстрагирование заканчивают. При разборке аппарата, прежде всего, прекращают обогрев, дают прибору остыть, затем закрывают воду и осторожно снимают холодильник. После того, как жидкость стечет из эксикатора в колбу, его отсоединяют.

Проэкстрагированные образцы извлекают из экстрактора и помещают в сушильный шкаф, где их высушивают в течение 12 часов, при температурах 102-1050С. После сушки и охлаждения образцы готовы к дальнейшим исследованиям.

Система экстракции В-811 Buchi.

Универсальная система экстракции В-811 Buchi предназначена для определения общего жира гравиметрическим методом в пищевых продуктах, кормах и сырье. Она также может быть использована для пробоподготовки методом жидкостной экстракции при анализе продуктов питания и кормов на присутствие различных примесей (например, ПАУ и полихлорированных бифенилов).

Система В-811 снабжена микропроцессорным управлением, что позволяет осуществлять программное управление всеми тремя стадиями процесса (собственно экстракция, промывка и сушка) и обеспечивает высокую воспроизводимость результатов. В памяти прибора можно сохранить до 50-ти программ. Изменять режим экстракции (4 режима) можно с клавиатуры. Система предусматривает: экстракцию в инертной атмосфере, включая и сушку в мягких условиях, использование растворителей с Ткип до 150°С, два электронагревателя в каждом экстракторе и независимую работу каждого экстрактора.

Дифференциально-контактные экстракторы.

Обеспечивают непрерывный контакт между фазами и плавное непрерывное изменение концентраций в фазах. За счет продольного перемешивания фаз в таких аппаратах может иметь место значительное снижение средней движущей силы по сравнению с аппаратами идеального вытеснения.

Для диспергирования жидкой фазы требуются затраты энергии. В зависимости от вида затрачиваемой энергии экстракторы могут быть без подвода внешней энергии и с подводом ее. Внешняя энергия во взаимодействующие фазы может вводиться перемешивающими устройствами, вибраторами и пульсаторами, например в вибропульсационных экстракторах, в виде центробежной силы в центробежных экстракторах, кинетической энергии струи в инжекторных и эжекторных экстракторах.

Смесительно-отстойные экстракторы .

Состоят из нескольких ступеней, каждая из которых включает смеситель и разделитель. В смесителе за счет подвода внешней энергии происходит диспергирование одной из жидких фаз с образованием дисперсионной фазы, которая распределяется в другой — сплошной фазе. Дисперсной фазой может быть как легкая, так и тяжелая фаза.

В разделителе, который представляет собой отстойник, а в современных установках — сепаратор, происходит разделение эмульсии на рафинат и экстракт.

Посредством соединения нескольких смесительно-отстойных секций образуются различные по схемам экстракционные установки [11] .

Механическое перемешивание используют для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования), тепло- и массообменных, биохимических процессов в системах жидкость — жидкость, газ — жидкость и газ — жидкость — твердое тело. Осуществляют его с помощью различных перемешивающих устройств — мешалок. Мешалка представляет собой комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся вал.

Все перемешивающие устройства, применяемые в пищевых производствах, можно разделить на две группы: в первую группу входят лопастные, турбинные и пропеллерные, во вторую — специальные — винтовые, шнековые, ленточные, рамные, ножевые и другие, служащие для перемешивания пластичных и сыпучих масс.

По частоте вращения рабочего органа перемешивающие устройства делятся на тихо- и быстроходные.

Лопастные, ленточные, якорные и шнековые мешалки относятся к тихоходным: частота их вращения составляет 30...90 мин-1, окружная скорость на конце лопасти для вязких жидкостей— 2...3 м/с.

Якорные мешалки имеют форму днища аппарата. Их применяют при перемешивании вязких сред. Эти мешалки при перемешивании очищают стенки и дно смесителя от налипающих загрязнений.

[5]

Якорная мешалка отличается исключительно низким числом оборотов. Ее окружная скорость не превышает 0,5 – 1,5 м/с, а число оборотов 1/3 – 1 об/с. Диаметр мешалок приближается к диаметру сосуда, и зазор между лопастью и стенкой сосуда обычно в пределах е = 0,005 – 0,1D. В случае применения этой мешалки можно избежать местного перегрева жидкости (при нагреве с помощью рубашки) или осадка на дне сосуда.

Основные элементы типового смесителя с перемешивающим устройством — корпус с крышкой, привод и мешалки (рис. 2).

Наиболее широко применяют выносной электрический привод с вертикальным валом. Бывают также приводы с горизонтальным и боковым расположением вала. Возможно верхнее и нижнее расположение вертикального привода по отношению к смесителю.

Вал перемешивающего устройства соединяется с валом редуктора чаще всего продольно-разъемной или зубчатой муфтой. В первом случае опорой вала является подшипник редуктора.

При работе мешалки возникают крутящие колебания вследствие динамических нагрузок на консольный конец вала. Для устранения колебаний и повышения надежности в реакторах обычно устанавливают концевой или промежуточный подшипник.

Для уплотнения вращающихся валов с целью создания герметичности применяют сальники с мягкими и твердыми набивками. На рис. 3 показан охлаждаемый сальник, в котором сальниковое устройство одновременно является подшипником скольжения для вала мешалки. В середине сальниковой набивки имеется смазочное кольцо, обеспечивающее подвод смазки по всему периметру вала. Отвод теплоты осуществляется охлаждающей жидкостью, подаваемой в рубашку.

Шнековые мешалки называются также винтовыми, работают по тому же принципу, что и пропеллерные, но при меньших числах оборота; они пригодны для перемешивания вязких сред. Шнековые мешалки снабжаются также диффузором, что обеспечивает осевую циркуляцию жидкости в аппарате. Для жидкости с особо высокими плоскостями и при больших объемах применяются ленточные мешалки.

К быстроходным относятся пропеллерные и турбинные мешалки: частота их вращения составляет от 100 до 3000 мин-1 при окружной скорости 3...20 м/с.

Пропеллерные мешалки  изготовляют с двумя или тремя пропеллерами. Они обладают насосным эффектом и используются для создания интенсивной циркуляции жидкости. Применяются для перемешивания жидкостей вязкостью до 2 Па. Пропеллерные мешалки наиболее эффективны в тех случаях, когда необходимо создать значительную циркуляцию жидкости в аппарате при минимальном расходе энергии.

Пропеллерные мешалки создают осевую циркуляцию жидкости за счет насосного эффекта, они легко поднимают твердые частицы со дна сосуда. Иногда пропеллерные мешалки снабжаются диффузором.

Пропеллерные мешалки применяются для создания эмульсий, для процессов растворения и процессов, протекающих с химическими реакциями, для гомогенизации маловязких жидкостей.

Фильтрование.

При разделении неоднородных систем фильтрованием возникает необходимость выбора конструкции фильтра или фильтрующей центрифуги, фильтровальной перегородки, режима фильтрования.

Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала и барабана, периодического действия (подвод суспензии и выгрузка осадка производятся периодически), полунепрерывного (суспензия подается непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляются непрерывно).

Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка состоит из барабана, насаженного на вращающийся вал и помещенного в корпус. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, твердые частицы осаждаются в виде сплошного слоя осадка на стенке барабана, а осветленная жидкость переливается в кожух и удаляется через расположенный внизу патрубок. По окончании процесса осадок выгружается из центрифуги.

В автомвтических отстойных центифугах загрузка материала, промывка, пропаривание и выгрузка осадка выполняются автоматически. Осадок после отделения жидкости снимается ножом или скребком, который срезает его и направляет в желоб или на конвейер. Нож управляется при помощи гидравлического цилиндра; с ножом сблокирован пневматический молоток, который ударяет по желобу для облегчения выгрузки осадка.

Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ).

Центрифуга  состоит из ротора и внутреннего шнеко-вого устройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу в полый вал шнека. На выходе из этой трубы внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распределяется в полости ротора.

Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора. Под действием центробежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутреннее кольцо, толщина которого определяется положением сливных отверстий на торце ротора. Образовавшийся осадок перемещается вследствие отставания скорости вращения шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в роторе, через которые он выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги.

При движении вдоль ротора осадок уплотняется. При необходимости он может быть промыт.

Рисунок 5 - Непрерывнодействующая отстойная горизонтальная центрифуга со шнековой выгрузкой осадка:1 — корпус; 2 — ротор; 3 — шнековое устройство; 4 — полый вал; 5 - центральная труба;

6-камера осадка; 7— патрубок для фильтрата

Осветленная жидкость отводится через сливные отверстия в камеру фильтрата и удаляется через патрубок.

Путем изменения частоты вращения ротора и шнека можно регулировать режим работы центрифуги, изменяя продолжительность отстаивания и выгрузки осадка.

Центрифуги типа НОГШ обладают высокой производительностью и применяются для разделения тонкодисперсных суспензий с высокой концентрацией твердой фазы.

Упаривание.

Роторный испаритель - устройство, предназначенное для отгонки и перегонки растворителей из круглодонных одногорлых колб различной емкости. Отгонка растворителя осуществляется при вращении колбы - постоянном перемешивании - за счет чего достигается равномерное кипение и постоянный поток конденсата, улавливаемого эффективным холодильником, также являющимся частью роторного испарителя. Отгонку растворителя на роторном испарителе можно проводить при атмосферном давлении, однако конструкция прибора позволяет это делать под уменьшенным давлением - в результате, не перегревая вещество (используя водяную баню), можно концентрировать растворы в воде, спирте, толуоле и т.п. Простой роторный испаритель, который можно легко сконструировать в лаборатории.

Циркуляционный испаритель

Циркуляционные выпарные вакуумные аппараты обладают рядом преимуществ. С их помощью можно упаривать растворы, разлагающиеся при нагревании под нормальным давлением, а также пенящиеся растворы. Разбавленные растворы многих веществ лучше всего упаривать при температурах ниже 50 °С, что отвечает давлению примерно 80 мм рт. ст.

Аппарат циркуляционный выпарной АЦВ предназначен для концентрирования растворов путем выпаривания и отгонки органических растворителей в вакууме.

Рисунок 6 -  Выпарной аппарат: 1-Сепаратор, 2-Отражательная перегородка, 3-ловушка, 4-Многоходовый теплообменник, 5-Циркуляционный насос.

Принцип действия аппарата основан на удалении растворителя путем нагревания под вакуумом.

При соответствующем подборе запасных частей этот прибор можно использовать также для кристаллизации, регенерации растворителей, подогрева водяного пара и вакуумной экстракции твердых веществ. Большими преимуществами циркуляционного испарителя являются удобство обслуживания, высокая эффективность при низких температурах и полная безопасность при упаривании пенящихся растворов. Вакуум в испарителе создается обычно при помощи водоструйного насоса. Испаритель снабжен эффективным холодильником большого диаметра, который соединен с самим испарителем при помощи широкого теплообменника. Все части прибора соединены шаровыми шлифами [8].

   Сам испаритель сконструирован на принципе непрерывной циркуляции. Из подсобного сосуда жидкость, предназначенная для упаривания, через кран подается в оба колена испарителя. В трубках теплообменника, через который пропускают воду или водяной пар, испаряемая жидкость нагревается и поднимается быстрее, чем во втором колене. Из теплообменника жидкость поступает в испарительный сосуд, где она растекается по стенкам. Часть воды испаряется и конденсируется затем в холодильнике, а упаренный раствор стекает во второе колено. Скорость упаривания воды в вакууме водоструйного насоса при 20° достигает 2,5—3 л в час. Пена в основном разбивается при поступлении жидкости в испарительный сосуд. В тех случаях, когда пена особенно устойчива, прибор наполняют чистой водой и только после приведения испарителя в действие начинают понемногу прибавлять подлежащий упариванию раствор.

Циркуляционный испаритель можно собрать в любой лаборатории. Наиболее сложную его составную часть — стеклянный холодильник с многократной циркуляцией охлаждающей воды — можно заменить медным холодильником, остальные же части испарителя могут быть изготовлены любым стеклодувом. Прибор может быть использован и для ряда других операций (экстракция и т. п.).

Если во время упаривания выделяется кристаллическое вещество и объем жидкости, которую надо упарить, невелик, то упаривание проводят в широких кюветах [2] .

Кристаллизация.

В пищевой технологии применяют в основном два типа кристаллизаторов: корытного типа и вращающиеся барабанные.

Кристаллизатор корытного типа. Вместо ленточной мешалки может использоваться шнековая мешалка, которая выполнена в виде бесконечного винта. Средний размер кристаллов в таких кристаллизаторах не превышает 0,5...0,6 мм.

Кристаллизаторы корытного типа довольно широко распространены в промышленности. Они просты в обслуживании и надежны в работе.

Барабанный кристаллизатор бывают с водяным и воздушным охлаждением. При воздушном охлаждении кристаллы получаются более крупными из-за низкого коэффициента теплоотдачи от раствора к воздуху, но при этом производительность кристаллизатора значительно ниже, чем при водяном охлаждении.

Барабанный кристаллизатор представляет собой вращающийся цилиндрический барабан, наклоненный по ходу раствора к горизонту. Раствор поступает с верхнего конца барабана, а кристаллы выгружаются с нижнего конца. При вращении барабана кристаллизатора раствор смачивает стенки, увеличивая тем самым площадь поверхности испарения воды.

Рисунок 7 - Барабанный кристаллизатор: / — кожух; 2 —барабан; 3 — приемник суспензии; 4 — ролик; 5 — змеевик; 6 — воронка

Барабан заключен в кожух, в который подаются охлаждающая вода либо воздух.

Теплоноситель движется в кожухе противотоком к раствору. Расход охлаждающей воды составляет примерно 5 м3 на 1 м3 раствора. Для предотвращения образования кристаллов на стенках в некоторых конструкциях предусмотрен обогрев нижней части барабана. Для этого в кожухе прокладывают обогревательные трубы.

Сушка.

Вальцовые сушилки предназначены для сушки жидких и пастообразных материалов: всевозможных паст, кормовых дрожжей и других материалов. Греющий пар поступает в вальцы, вращающиеся навстречу друг другу с частотой 2... 10 мин-1, через полую цапфу, а конденсат выводится через сифонную трубу. Материал загружается сверху между вальцами и покрывает их тонкой пленкой, толщина которой определяется регулируемым зазором между вальцами. Высушивание материала происходит в тонком слое за полный оборот вальцов. Подсушенный материал снимается ножами вдоль образующей каждого вальца. В случае необходимости досушки материала вальцовую сушилку снабжают гребковыми досушивателями [7].

Распылительные сушилки предназначены для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов. Сушкой распылением получают сухое молоко, молочно-овощные концентраты, пищевые и кормовые дрожжи, яичный порошок и другие продукты.

Распылительные сушилки представляют собой в большинстве случаев коническо-цилиндрическии аппарат, в котором происходит диспергирование материала при помощи специальных диспергаторов в поток теплоносителя. В качестве диспергаторов применяют центробежные распылители, пневматические и механические форсунки.

При непосредственном контакте теплоносителя — воздуха с распыленным материалом почти мгновенно протекает тепломассооб-менный процесс. Продолжительность пребывания материала в сушилке не превышает 50 с.

Преимущество распылительных сушилок — возможность использования теплоносителей с высокой температурой даже для сушки термолабильных материалов.

Сушильная установка с разбрызгивающим диском, предназначенная для сушки пастообразных продуктов, например отфильтрованных осадков, показана на рис. 8. Влажный материал загружается в коническую часть сушилки шнековым дозатором. Материал перемешивается в конической части сушилки рамной мешалкой и попадает на разбрызгивающий диск, который отбрасывает материал к стенкам сушилки. Горячий газ подается в нижнюю часть конуса под разбрызгивающий диск и через кольцевую щель, образуемую диском и корпусом, поступает в сушилку, формируя псевдо-ожиженный слой в конической части сушилки. По мере высыхания частицы материала выносятся из сушилки и улавливаются в циклоне.

Рисунок  8 -  Схема сушилки для сушки пастообразных материалов: / — перемешивающее устройство; 2 — распределительный диск; 3 — калорифер, 4 — электродвигатель; 5 — загрузочный бункер; 6 — сушилка; 7 — вентилятор; 8 — циклон; 9 — шлюзовой дозатор

Такие сушилки используют в агрегатах с распылительной сушилкой или самостоятельно. Разработаны схемы с замкнутым контуром для сушки материалов, окисляющихся кислородом воздуха, а также для сушки взрывоопасных материалов.

Выброс жидкости из диска, в котором она приобретает вращательное движение, происходит через каналы, образованные лопатками, либо через форсунки и сопла. С увеличением числа каналов возрастает производительность сушилки. Диски различаются диаметром и шириной канала. Использование сопловых дисков может приводить к наростам влажного материала на стенках сушилки.

Расстояние полета частицы зависит от диаметра капель, их скорости на выходе из диска, физических свойств раствора и теплоносителя, от расхода теплоносителя и раствора, схемы взаимодействия потоков.

Центробежное распыление суспензий имеет ряд преимуществ, а именно: позволяет распылять суспензии с широким распределением частиц по размерам, при этом качество распыления не зависит от расхода суспензии.

Существенные особенности конструкции распылительных сушилок — число и способ установки распылителей, места ввода и вывода теплоносителя. Сушилки с центробежными распылителями работают в большинстве случаев по прямоточной схеме. Процесс характеризуется интенсивными радиальными потоками газа и материала от диска к стенкам камеры. Если диск расположен недалеко от потолка, то может иметь место отложение продукта на стенке потолка. Для предотвращения образования наростов в зону между потолком и факелом подводится теплоноситель [6].

7 Современные подходы к совершенствованию способов переработки

Производство рыбьего жира ведется преимущественно двумя способами:

                       Первый способ, фабричный, состоит в том, что свежепойманную треску тотчас же вскрывают, вырезают печень, отделяют от неё желчный пузырь и патологически измененные части, если таковые имеются, тщательно обмывают водой и складывают в большой котел с двойными стенками для нагревания его водяным паром и иногда с приспособлением для замены в котле воздуха углекислым газом. Сложенную в котле чистую печень для получения рыбьего жира лучшего качества нагревают не свыше 50 °C; выступающий из печени под влиянием этой температуры и давления самой печени жир вычерпывают из котла и отстаивают при температуре около 0 °C, в Норвегии же часто при −5 °C; не застывшую, прозрачную, слегка желтоватую часть сливают и она идет в торговлю под названием белого рыбьего жира. Оставшуюся в котле печень нагревают затем сильнее при слабом сдавливании и таким путем получают другой сорт рыбьего жира, так называемый красный или желтый рыбий жир. При дальнейшем нагревании и выжимании получаются уже бурыесорта, идущие в технику.

                       Второй способ, как более простой, более доступен отдельным рыбакам, не имеющим возможности сейчас же перерабатывать свой ежедневный улов; состоит он в том, что менее тщательно очищенную печень складывают в бочки, которые по наполнении заколачиваются. Такие бочки, по окончании улова, то есть недели через 3—4, привозятся домой и вскрываются; в них уже имеется сам собой вытекший жир, темно-оранжевого цвета, не вполне прозрачный, с довольно резким запахом и горьковатым рыбным привкусом; реакция его всегда кислая. Такой жир употребляется под названием красного рыбьего жира. Оставшуюся печень вываривают с водой и получают бурые сорта жира. Для получения 1 кг жира требуется от 2 до 6 печёнок трески. Большая хорошая печень трески весит около 2 кг и дает около 0,25 кг белого жира; красного получается почти в 4 раза больше.

Добыча трескового жира производится главным образом в Норвегии. По данным за 1896 год из Норвегии вывезено рыбьего жира (Train oil) вообще 149962 гл на сумму 7538000 крон (или 3,7 млн руб.). Но надо иметь в виду, что в эту цифру входит и жир, добываемый в весьма большом количестве из китов.

Другой страной, где производство рыбьего жира достигло больших размеров и особого высокого технического совершенства, являются США, где центром этой промышленности служит штат Род-Айленд. Здесь на жиротопление идет массово вылавливаемая американская сельдь. Пойманная кошельковым неводом рыба доставляется на пароходах к пристани жиротопных заводов, где устроен элеватор (на принципе черпаков), посредством которого улов в тысячи пудов весьма быстро вычерпывается из парохода, поднимается на верхний этаж, где поступает в камеры с проведенным в них паром. Обваренная паром масса рыбы переходит затем в громадные гидравлические прессы, могущие в 10 часов выжать жир из 200—300 тыс. рыб; отжатый жир собирается и очищается, а жмых идет на гуано.[21]

8 Проблемы  утилизации отходов

В новых экономических условиях в связи с изменением сырьевой базы и снижением производственной мощности предприятий возросла роль рентабельных,  рациональных технологий и технологических решений, применяемых при переработке рыбных отходов. Вторичные рыбные ресурсы используют в качестве добавок к кормам сельскохозяйственных животных. К ним относятся непищевая малоценная рыба,  некондиционная и мелкая рыба,  плавники,  внутренности,  головы, хвосты,  кости. В зависимости от вида разделки рыбы содержание отходов нормируется в количестве от 34 до 60 % от её массы. Корма из рыбных отходов богаты легкоперевариваемыми белками,  минеральными солями,  витаминами.  Они содержат Na, Mg, Fe, К, Со, I. Отходы в отдельных случаях скармливают скоту в свежем и консервированном видах. Широкое применение рыбы и её отходов в необработанном виде сдерживается по причине заражённости, наличия гельминтов, лепостреоза и других заболеваний. Вследствие этого рыбу и отходы от её разделки перед скармливанием необходимо подвергать термической обработке.

                                            Вторичные сырьевые ресурсы

                        разделка      посол     копчение     производство              производство кулинарной

                                                                                  консервов                          продукции

                       пищевая                                  кормовая продукция

                     продукция

                                                рыбная                    кормовые                      кормовые

                                                   мука                      фарши                          гидролизаты

Рисунок 12 – Схема переработки вторичных сырьевых ресурсов

Эффективной формой использования малоценной и сорной рыбы является способ их ферментативного гидролиза. Авторами исследован механизм протеолиза рыбного сырья для получения ферментолизата с заданной глубиной гидролиза под действием мультиэнзимных ферментных композиций. Изучено влияние низкочастотных электромагнитных полей для инактивации нежелательной микрофлоры в период направленного ферментолиза. Для изучения биологической стабильности гидролизата использовали методику сравнения МАФАнМ проб образцов с консервантом обработанных НЧ ЭМП и контрольных.

В готовом гидролизате,  выработанном по новой технологии,  не обнаружены санитарнопоказательные микроорганизмы Е. coli, Pr. vilqaris, Staph. aureus.

Из внутренностей рыб можно получать рыбий жир, а также ферментные препараты.

К основным признакам вторичных сырьевых ресурсов относятся: 

1) источник образования отходов;

2) агрегатное состояние;

3) технологические стадии получения отходов;

4) направление и степень использования;

5) степень воздействия на окружающую среду;

При разделке рыбы образуются ценные отходы, которые можно использовать для приготовления кормовых продуктов.

Таким образом,  использование вторичных рыбных сырьевых ресурсов позволяет расширить сырьевую базу, вырабатывать продукцию различного назначения, снизить антропогенные нагрузки предприятий на биосферу, внедрять комплексные технологии переработки водных биологических ресурсов.

Заключение

Арахидоновая кислота наряду с другими полиненасыщенными кислотами является структурным компонентом липопротеидов клеточных мембран и участвует в осуществлении ряда важнейших биохимических процессов в клетке, обеспечивающих жизнедеятельность организма. Возросший в последнее время интерес к арахидоновой кислоте и методам ее получения обусловлен превращениями этой кислоты в новый ряд ее биологически важных метаболитов — простагландинов (ПГ), тромбоксанов (ТК), лейкотриенов (ЛТ) и др. В основе процесса образования этих метаболитов в живой клетке лежит ферментативное окисление арахидоновой кислоты с последующим превращением в конечные соединений.

В данной работе было рассмотрено выделение арахидоновой кислоты из рыбьего жира лососевых рыб.

При получении рыбьего жира возможно использование следующего оборудования:

      для удаления метанола – аппарат Сокслета;

      для экстракции - якорную мешалку;

      для фильтровании – Непрерывнодействующую отстойную горизонтальную центрифугу со шнековой выгрузкой осадка (НОГШ);

      для упаривания – циркуляционный испаритель;

      для кристаллизации – барабанный кристаллизатор;

      для осаждения – непрерывнодействующий отстойник с гребковой мешалкой;

      для сушки -  сушильную установку с разбрызгивающим диском.

Список использованных источников

1.                 Панфилова, В. А. Машины и аппараты пищевых производств. / В.А. Панфилова. – М.: Высшая школа, 2001. – 697 с.

2.                 Кавецкий, Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии. / Г.Д. Кавецкий, Б.В. Васильев.  – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2000. – 551 с.

3.                 Кавецкий, Г.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. / Г.Д. Кавецкий, А.В. Королев. – М.: Агропромиздат, 1991. – 432 с.

4.                 Константинова, А. А. Сырье рыбной промышленности. / А.А. Константинова, С.Ю. Дубровин – СПб, 2005. – 319 с.

5.                 Лабораторное оборудование и приборы, лабораторная мебель –[ Режин доступа]: URL:

http://www.laborant.net/catalog/centrifugi_laboratornye_3004/

6.                 Липатов, Н. Н. Процессы и аппараты пищевых производств. / Н.Н. Липатов. –  М.: Экономика, 1987. — 272 с.

7.                 Перебейсон, А.В. Современные технологии переработки гидробионтов. / А. В. Перебейсон. – Владивосток 2007. – 167с.

8.                 Поспелов, Ю.В. Технологические процессы, оборудование и линии рыбообрабатывабщих производств. / Ю.В. Поспелов, Г.Н.Ким. – Владивосток, 2007. – 269 с.

9.                 Хлебников, В.И. Технология продукции общественного питания . / В.И. Хлебников, А.С.Ратушный, Б.А.Баранов. – М: Мир, 2007 – 767с.

10.             Плановский, А. Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. / А.Н. Плановский, П.И. Николаев. – М.: Химия, 1987. – 496 с.

12. Сафронова, Т.М. Технология комплексной переработки гидробионтов. / Т. М. Сафронова, В. Д. Богданов, Т. М. Бойцова, В. М. Дацун, Г. Н. Ким, Э. Н. Ким, Т. Н. Слуцкая. – Уч. пос. – Владивосток: Дальрыбвтуз, 2004. – 365 с.

13. Аксельруд Г. А., Лысянский В. М., Экстрагирование, Л., 2003

14.Применение ультразвуковых колебаний для ускорения процессов в жидких средах [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://u-sonic.ru/book/export/html/912

15.Ультразвук и ультразвуковые технологии [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://www.reltec.biz/ru/view_more.php?id=212

16. Акулин В. Н., Леванидов И. П. Развитие исследований в области технологии использования рыб и нерыбных объектов Дальнего Востока. Проблемы дальневосточной рыбохозяйственной науки // М.: Агропромиздат. - 1985. - С. 101-115.

17. Мембранные фильтры: обратный осмос и нанофильтрация [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://www.mediana-filter.ru/reverse_osmos_nanofiltration.html

18. Разработка технологии комплексной переработки панцирьсодержащего сырья из ракообразных Волго-Каспийского региона [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: http://www.dslib.net/texnologia-mjasa/uteuschev.html

19. Ким, Г. Н. Аминосахара и полиаминосахариды в сырье и пище из гидробионтов/ Г. Н. Ким, С. Н.Максимова, Т. М. Сафронова. – Владивосток: 2008. – 456с.

20.             Учебное пособие. Технология и биотехнология обработки гидробионтов. Владивосток:1998. -120т. – 215с.

21.             Ржавская, Ф. М. Жиры рыб и морских млекопитающих/Ф. М. Ржавская,-Владивосток, 2000 г.

49