Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ НЕЙТРАЛЬНОГО ИНЕРТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В СОСТАВЕ ДРАЖИРУЮЩЕЙ СМЕСИ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН КАК АЛЬТЕРНАТИВЫ ДРЕВЕСНЫХ ОПИЛОК ТВЕРДЫХ И МЯГКИХ ПОРОД

Изобретение относится к способу получения целлюлозных волокон из растительного сырья различного происхождения, в частности из жома сахарной свеклы. Полученное вещество предложено для использования в сельском хозяйстве, в частности в растениеводстве, а именно в предпосевной обработке семян в качестве нейтрального инертного наполнителя в составе дражирующей смеси.

Известен способ получения пищевой добавки путем щелочного гидролиза растительного сырья, согласно которому выжимки корнеплодов сахарной свеклы или других растений подвергаются действию гидрата окиси натрия или калия в насыщенной известковой воде при рН 13-14 (SV, авт. св. №1799252, 1993). Недостатком данного способа является то, что в результате гидролиза в составе ткани образуются смешанные натрий-кальциевые или калий-кальциевые соли полиуроновых кислот, в результате чего вещество становится очень рыхлым, образуются мелкие частицы, затрудняющие фильтрацию.

Известен способ производства микрофибриллярной целлюлозы, включающий кислотный или щелочной гидролиз сырья, в частности пульпы сахарной свеклы, с удалением пектина и гемицеллюлоз. При кислотном гидролизе используется деионизированная вода, концентрированный раствор соляной или серной кислоты при соблюдении температурного и временного режимов. При щелочном гидролизе используют раствор гидроксида натрия или гидроксида калия. При этом возможно добавление сульфита натрия для предотвращения окислительных процессов. Из полученной суспензии извлекают твердый осадок и подвергают повторному щелочному гидролизу с выполнением аналогичных условий, после чего из полученной суспензии извлекают твердый осадок путем фильтрации и промывают пульпу. Затем проводят отбелку с использованием хлорита натрия, или гипохлорита натрия, или перекиси водорода, и повторно извлекают твердый осадок путем фильтрации, и разводят водой до содержания сухих веществ 2-10%. После этого проводят гомогенизацию. В результате получают продукт, содержащий 80% основных целлюлозных волокон, простые карбоновые кислоты и соли. Получаемый таким образом продукт образует устойчивые суспензии и может быть использован в пищевой промышленности в качестве заменителя жира, стабилизатора для эмульсий, загустителя для напитков, спредов, молочных десертов и мясных продуктов (патент US 5964983 (А), 1999). Недостатками описанного способа являются: многоступенчатость процесса (кислотный гидролиз, несколько щелочных гидролизов, отбелка); использование химически активных реагентов (хлорита и гипохлорита натрия), непригодных для использования в пищевой промышленности; использование деионизированной воды на всех ступенях процесса, что приводит к повышению себестоимости продукта; получаемый таким образом продукт образует суспензии, а не структурообразующий гель, обладающий реологическими свойствами.

Известны способы получения микрофибриллярной целлюлозы из различных сырьевых материалов растительного происхождения путем кислотного и/или щелочного гидролиза с возможными стадиями отбелки, сушки и гомогенизации с последующим применением в пищевой и непищевой промышленности (US 2004074615 (А1), 2004; US 7005514 (B2), 2006; US 5068121 (A), 1991; US 2003116289 (A1), 2003; US 7074300 (B2), 2006; US 20080146701 (A1), 2008).

Известен способ получения пищевого волокна из жома свеклосахарного производства, включающий прессование жома, паровую обработку насыщенным паром с температурой 125-1300С в течение 15-20 минут. Обработанную растительную массу экстрагируют 3-5% раствором перекиси водорода в течение 15-20 минут для пробеливания. После экстракции волокна прессуют до содержания сухих веществ 15,0-16,0%, сушат и измельчают до порошкообразного состояния (патент РФ №2175844, A23L 1/214, A23L 1/308, С13С 3/00, опубл. 20.11.2001). Высокотемпературная обработка позволяет устранить запах исходного сырья и решить проблему микробиологической чистоты продукта, однако приводит к разрушению пектина и снижению степени влагоудержания целлюлозных волокон.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части способа является способ получения пищевого волокна из жома свеклосахарного производства, включающий запаривание фракции, полученной дроблением исходного сырья, с трехкратной отмывкой, и последующую отбелку с трехкратной отмывкой с дополнительными стадиями гомогенизации и инфракрасной конвективной сушки (RU 2011 146034, опубл. 10.09.2013). Данный способ не позволяет получить продукт с заявленными свойствами, характеризуется более высокой себестоимостью производства.

Вышеперечисленные недостатки известных способов, каждый отдельно или все вместе, снижают технологическую эффективность, повышают стоимость производства, вызывают сложности при масштабировании производства, не позволяют получить продукт с заявленными свойствами.

Задачей изобретения является разработка экономичного способа получения целлюлозного продукта из растительного сырья, в частности из жома сахарной свеклы, который возможно использовать в качестве нейтрального инертного наполнителя для дражирующей смеси предпосевной обработки семян как альтернативы других наполнителей, используемых при дражировании семян, в частности древесных опилок твердых и мягких пород.

Способ характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:

1) выполнение несложных технологических операций;

2) использование низкотоксичных реагентов в минимальном объеме;

3) экологическая безопасность;

4) снижение энергетических затрат;

5) масштабируемость производства.

Технический результат изобретения заключается в получении готового целлюлозного продукта, использование которого в составе дражирующей смеси в предпосевной обработке семян способствует повышению показателей влаго- и воздухопроницаемости, аккумуляции влаги за счет высокой степени гидрофильности, энергии прорастания и всхожести семян, позволяет получить натуральный, экологически безопасный продукт.

Технический результат достигается тем, что жом сахарной свеклы влажностью до 7% измельчают и фракционируют до размера фракции 2-3 мм, заливают водопроводной водой температурой 45-50°C, выдерживают в течение 5-10 минут, при ГМ=1:20, производят постепенный контролируемый подъем температуры до 60-65°C, в течение 15-25, вносят щавелевую кислоту до достижения рН=3,3-3,5, производят плавный контролируемый нагрев до 70-75°C и выдерживают при достигнутой температуре 25-35 минут, пульпу отжимают, промывают водопроводной водой при температуре 70-75°C в течение 5-10 минут, отжимают, проводят отмывку отжатой пульпы в водопроводной воде при температуре 40-45°C в течение 5 минут, производят отжим пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Технический результат достигается за счет выбора оптимальных температурных и временных показателей технологических этапов, подбора технологической воды оптимального качества.

Способ реализуется следующим образом.

При производстве пектинсодержащих целлюлозных волокон в качестве сырья используют однолетние растения, в частности жом сахарной свеклы.

Жом сахарной свеклы влажностью до 7% измельчают и фракционируют до размера фракции 2,0-3,0 мм.

Полученную фракцию заливают водопроводной водой температурой 45-50°C, выдерживают в течение 5-10 минут, оптимально 5 минут, при гидромодуле 1:20. Затем производят постепенный контролируемый подъем температуры до 60-65°C, оптимально 65°C, в течение 15-25, предпочтительно 15-20 минут, оптимально 20 минут.

При достижении оптимальной температуры 65°C вносят щавелевую кислоту до достижения рН=3,3-3,5. Далее производят плавный контролируемый нагрев до 70-75°C, оптимально 75°C, и выдерживают при достигнутой температуре 25-35 минут, предпочтительно 25-30 минут, оптимально 30 минут.

По истечении времени пульпу отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Отжатую пульпу промывают водопроводной водой при температуре 70-75°C в течение 5-10 минут, оптимально 10 минут.

По истечении времени пульпу отжимают на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Далее проводят отмывку отжатой пульпы в водопроводной воде при температуре 40-45°C в течение 5 минут.

По истечении времени проводят отжим пульпы на центрифуге или другом отжимном оборудовании.

Полученный продукт подвергают ИК-конвективной сушке при температуре продукта не выше 35°C, до влажности продукта 4,5-4,7%.

Получают готовый целлюлозный продукт влажностью 4,5-4,7%, с общим содержанием пектиновых веществ по АСС более 35%, общей зольностью, в т.ч. Са²⁺, не более 5%, с влагоудержанием сухого сорбента более 13%, с вязкостью 1,5% гидрогеля по АСС более 3800 сП.

При необходимости производят размол готового сухого пектинсодержащего целлюлозного продукта до размера фракции 30-100 микрон, предпочтительно 30-80 микрон, оптимально 40-45 микрон, для обеспечения пролонгированной гидрофильности.

Полученный продукт имеет применение в сельском хозяйстве, в частности в растениеводстве при предпосевной обработке семян в качестве нейтрального инертного наполнителя в составе дражирующей смеси, и может быть использован в качестве альтернативы древесных опилок твердых и мягких пород. Использование описанного пектинсодержащего целлюлозного продукта в составе дражирующей смеси способствует повышению показателей прорастания и всхожести семян, особенно в почвах с пониженной влажностью, что подтверждено рядом испытаний в лабораторных и полевых условиях.