Технико-экономическое обоснование выращивания зерновых эфирномасличных культур на юге Украины

          В зависимости от вида сырья и степени его засоренности производится однократная или двойная очистка кориандра на сепараторах со средним содержанием сора 10% (двойная очистка).

          Фенхель не подвергают очистке.

Для очистки от металлических примесей плоды кориандра дважды проходят магнитную сепарация: первый раз - в выходном аспирационном канале, второй раз - на одном из ленточных транспортеров, подающих очищенное сырье в производство.

          Если очистка товарного кориандра не вызывает больших затруднений и может производиться на всех зерноочистительных машинах, применяемых для очистки других сельскохозяйственных культур, то доведение семян до посевных кондиций требует целого комплекса машин. Комочки почвы равные по размерам плодам кориандра, семена вьюнка полевого, гречишки вьюнковой, подмаренника крупноплодного, а также коробочки повилики невозможно полностью отделить на ветрорешетных машинах. Даже пре значительных потерях семян кориандра с отходами довести их до посевных кондиций.

          Рис. 1.1. Общая схема технологического процесса очистки и сортировки семян кориандра [27].

          И - исходный материал;

А и В - семена кориандра, очищенные от сорных примесей, кроме коробочек повилики;

I, II, III, IV, V -  фракции семян кориандра, не содержащие коробочки повилики;

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 - сорные примеси и отходы;

11 - очень мелкие семена кориандра (товарные семена).

Эта схема очистки применяется в тех случаях, когда исходный материал не был засорен повиликой, но для посева необходимо извлечь максимальное количество плодов основной культуры. Такая необходимость возникает, например, при размножении новых, особо дефицитных сортов или при недостатке в хозяйстве семенного материала.

Рассмотренная схема пригодна для очистки и сортирования плодов всех районированных сортов кориандра. Некоторые различия в размерах плодов, несущественны и не отражаются на размере решет.

Схема технологического процесса очистки и сортировки плодов кориандра, составленная с учетом извлечения трудноотделимых примесей, представлена на рисунке 1. Она состоит из одной основной и двух дополнительных схем очисток. В результате обработки по основной схеме (а) исходный материал, очищенный от всех сорных примесей (за исключением коробочек повилики) и содержащий крупные плоды кориандра. При наличии коробочек повилики или необходимости для посева наиболее полновесные плоды группы А дополнительно обрабатываются на пневматическом сортировальном столе б. Группа Б содержит мелкие плоды кориандра в смеси с сорняками и другими примесями. Она очищается по второй дополнительной схеме в.

1.4.          ПЕРЕРАБОТКА ЗЕРНОВОГО ЭФИРНОМАСЛИЧНОГО СЫРЬЯ

В современном производстве используют две технологии переработки зерновых эфирномасличных культур: водно-паровая перегонка (гидродистилляция) и экстракция (для отходов после паровой перегонки).

Метод водно-паровой перегонки основан на применении пара, который образуется при кипячении испытуемого материала с водой, а полученный дистиллят возвращается непрерывно в колбу.

Для отгонки эфирного масла из зерновых культур используют измельченные плоды. Цель операции - разрушение структуры плодов, облегчение доступа пара к местам сосредоточения эфирного масла (40 минут вместо 10 - 12 часов для целых плодов).

Учитывая возможность потерь эфирного масла измельченными плодами, условиям транспортирования их придается большое значение. Длина транспортирующих механизмов должна быть как можно меньше, они должны плотно закрываться, не подвергаться аспирации. Потери при транспортировке, например, измельченного кориандра могут достигать 8 - 9%.

1.4.1.    ПРОИЗВОДСТВО КОРИАНДРОВОГО ЭФИРНОГО МАСЛА.

Для отгонки эфирного масла из измельченных плодов кориандра с помощью насыщенного водяного пара используют преимущественно аппараты непрерывного действия. Метод перегонки основан на свойстве эфирного масла отгоняться с водяным паром. Эфирное масло из растительной ткани под действием температуры и влаги переходит в паровую фазу и далее выделяется из дистилляционных вод различными методами (сорбцией, отстаиванием, когобацией).

Пар, насыщенный эфирным маслом, по выходе из перегонного аппарата направляется в ловушки Клевенджера для отделения мелких частиц кориандра. Температура воды в ловушках должна быть около 100°С.

Пар, насыщенный эфирным маслом, конденсируется и охлаждается в конденсаторах вертикального или горизонтального типа. Дистиллят охлаждается до температуры 45 - 50°С. Снижение температуры дистиллята до 25 - 30°С повышает расход воды, ухудшает отделение масла. Регулирование режима охлаждения имеет большое значение при переработке других зерновых эфирномасличных растений.

Теперь необходимо отделить масло от воды. Всплывая на поверхность воды, масло непрерывно или периодически стекает в водоотделители, где освобождается от избытка воды отстаиванием.

Освобождение масла от растворенной воды производится в вакуум-сушильных аппаратах. При отделении воды отгоняется также количество легких фракций масла. Отделяемая вода присоединяется к дистилляту, масло - к маслу-сырцу.

Высушенное масло подвергается вакуумфильтрации. Высушенное масло не должно помутнеть при пробе с петролейным эфиром.

При переработке кориандра в аппаратах непрерывного действия дистиллят, содержащий 0,08% эфирного масла может поступать на переработку в ловушки-когобаторы. В этом случае вторичное масло не может быть получено отдельно.

Содержание масла кориандра в дистилляте после когобации не более 0,005%.

Кориандровое эфирное масло подвергается повторной перегонке с водяным паром. Она проводится с целью улучшения запаха и устранения окраски.

Головная фракция имеет зеленовато-желтый цвет, состоит в основном из легколетучих веществ с неприятным запахом. Товарная фракция бесцветная, содержит до 70 - 73% линалоола. В конечной фракции, обладающей интенсивным желтым цветом, много линалоола.

Переход от одной фракции к другой контролируется по показателю преломления и органолептически. Каждая фракция собирается в отдельную емкость. Из головной и конечной фракций повторной перегонки выделяют 45% от массы их товарного масла, повышая выход его при одинарной перегонке на 3,6%, при двойной - 5,6%.

Продукты осмоления, имевшиеся в исходном масле и образовавшиеся в процессе перегонки, остаются в кубовом остатке с конденсатом пара. Дистилляционная вода и конденсат, отделенный от смол, содержат 0,08% эфирного масла и направляются на когобацию.

Отбор фракций осуществляется в течение 25 часов, общая продолжительность процесса составляет 28 часов.

В товарной фракции после декантации остается 1,5% воды. Обезвоживание ее производится вакуум-сушкой.

Отходы после паровой перегонки направляются на маслоэкстракционный завод, где его перерабатывают способом экстракции с получением жирного масла и кориандрового кормового шрота.

После высушивания до влажности 4 - 6% отходы, пройдя подготовительные операции, поступает на экстракцию.

Метод экстрагирования летучими растворителями эфирномасличного сырья был применен в середине XIX века. Сущность его заключается в следующем: сырье заливают летучим растворителем и проводят экстракцию столько времени, сколько необходимо для перехода эфирного масла в раствор. Растворитель, содержащий эфирное масло (мисцелла), отделяют от экстрагируемого материала и подвергают отгонке. После упаривания растворителя получают экстракт, содержащий кроме эфирного масла воски, смолы, жирные масла. В дальнейшем из экстракта удаляют спиртонерастворимую часть (воски) путем вымораживания  и фильтрации спиртового раствора.

После отгонки спирта получают конечный продукт - абсолютное экстрактивное масло (абсолю).

Кориандр после экстракции, содержащий до 57% бензина и около 5% жирного масла, и нагретый до 45 - 50°С, через воронку выгрузки направляется в шнековые испарители, где отгоняется основная масса растворителя, а затем в сушилки-дезодораторы для удаления его остатка. Сухой шрот влажностью 10 - 11% и с содержанием бензина до 0,1%, пройдя магнитный сепаратор и автоматические весы, направляется на склад для хранения и отгрузки. При влажности ниже 10% его увлажняют в шнеках водой.

В случае недостаточной отгонки бензина и остаточного эфирного масла масло дополнительно обрабатывают в вакуум-дистилляторах периодического действия.

Готовое масло фильтруют и заливают в тару для временного хранения.

Продукты, которые можно получить после переработки кориандрового зерна показаны на рисунке 1.2.

Рис. 1.2. Схема получения продукции из плодов кориандра [20].

1.4.2.    ПОЛУЧЕНИЕ ФЕНХЕЛЕВОГО ЭФИРНОГО МАСЛА.

На современном этапе развития эфирномасличного производства внедрены две технологии переработки фенхеля: перегонка с водяным паром эфирного масла из плодов и перегонка из свежих растений фенхеля (рис. 1.3.). Обе технологии перерабатывают в не измельченном виде в аппаратах периодического действия. Процесс ведут со средней скоростью гонки, равной 5% от вместимости аппарата в течение 32 - 34 часов. По окончании отгонки эфирного масла прекращают подачу пара в аппарат, спускают конденсат и выгружают отходы. Содержание эфирного масла в отходах 0,05%. Декантация эфирного масла в дистилляционной воде 0,05%. Вторичное масло купажируют с первичным, отстаивают в течение суток, а затем фильтруют. Общие потери масла к сырью 0,1%.

Эфирное масло вторично подвергают перегонке с водяным паром с целью улучшения запаха и устранения окраски. Выход масла-ректификата зависит от качества масла-сырца и достигает 74 - 78%.

Эфирное масло из плодов фенхеля полностью удовлетворяет требованиям потребителя, но экономические показатели его производства невысокие за счет высокой осыпаемости плодов при уборке. При переработке свежих растений фенхеля производство сырья является высокорентабельным, выход эфирного масла с 1 га повышается в 3 - 4 раза. Однако масло из растений фенхеля вследствие высокого содержания терпиновых углеводородов имеет ограниченный сбыт. Из такого масла трудно получить анетол хорошего качества; выход товарного анетола ниже, чем из масла, полученного из плодов.

Каким образом можно переработать фенхель в виде целых растений, а так же зрелых плодов рассматривается на рисунке 1.3. Как видно из схемы комплексной переработки фенхеля, оба вида сырья должны подвергнуться перегонке с водяным паром (дистилляции), так как для зерновых эфирномасличных культур это самый практичный способ получения эфирного масла.

Рис. 1.3. Схема комплексной переработки фенхеля [7].

1.4.3.    ПРОИЗВОДСТВО УКРОПНОГО ЭФИРНОГО МАСЛА.

Выход эфирного масла колеблется в пределах 0,30 - 0,63%. Он зависит от фазы развития растений укропа в момент уборки, продолжительности хранения, степени измельчения и режима перегонки. Это все влияет и на качество эфирного масла.

Оптимальная фаза развития укропа - молочная спелость плодов центрального зонтика. В сырье, скошенном на более поздних фазах, увеличивается содержание эфирного масла и карвона. Одновременно уплотняются ткани плодовых оболочек семян, в которых находятся эфирномасличные каналы, содержащие около 80% эфирного масла от имеющегося в растении. При этом затрудняется переработка сырья: увеличивается время, необходимое для извлечения эфирного масла, изменяется режим работы перегонных аппаратов.

Измельчение сырья вскрывает эфирномасличные каналы, которыми пронизаны все органы растения, увеличивает насыпную массу, способствует равномерной обработке их паром, обеспечивает транспортабельность сырья в непрерывных аппаратах с уплотнением в узлах загрузки и выгрузки. Поэтому степень измельчения оказывает влияние на скорость извлечения и потери эфирного масла в отходах. Единых норм для размеров измельчения частиц нет.

Процесс декантации эфирного масла производится при температуре дистиллята 28 - 35°С. Концентрация эфирного масла в дистилляционной воде 0,05 - 0,06%. Когобация протекает легко при максимальной производительности установки со скоростью перегонки 5% производительности. Количество вторичного масла составляет 4 - 6%.

Вторичное масло обладает запахом укропа и тмина, содержит до 84,5% карвона и купажируется с первичным маслом. По мнению болгарских специалистов, оно ухудшает качество первичного масла и должно быть использовано для производства карвона или в кулинарии [23].

1.5.          ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ОТ ПЕРЕРАБОТКИ

Комплексное использование сырья - одна из основных задач любой отрасли промышленности. Это в полной мере относится и к переработке эфирномасличного сырья, в состав которого входят белки, жирное масло, углеводы, витамины, растительные воски. Ограничиваться получением из сырья только эфирного масла - слишком расточительно. Некоторые виды сырья давно перерабатывают комплексно. К ним относится и кориандр.

Отходы кориандра содержат до 24% жирного масла, которое сосредоточено в ядре, и имеют влажность на 1 - 8% выше, чем сырье, поступавшее на процесс отгонки эфирного масла. Отходы относятся к трудно экстрагируемым материалам и требуют специальной многостадийной подготовки к экстракции.

Подготовка отходов к экстракции осуществляется по двум технологическим схемам. Схема 1 включает следующие стадии:

·      подсушивание до влажности 8 -10% и отделение мелкой фракции частиц размером менее 1,5 мм на сепараторах, обрушивание лузги на семенорушках МНР;

·      отделение лузги на семеновейках;

·       подсушивание ядра до влажности 4 - 5% и подогрев до 105 - 115°С;

·      измельчение ядра до лепестка;

·      измельчение лузги;

·      смешивание измельченных ядра и лузги с целью улучшения фильтрующих свойств материала.

          По схеме 2 подсушиваемые отходы тщательно измельчаются на вальцах до частиц размером 1 мм и не менее, увлажняют в шнековых смесителях до 20%, нагревают в четырехчанных жаровнях до 65 - 75 С и гранулируют в грануляторе. Гранулы подсушивают воздухом до влажности 6 - 7% и в теплом состоянии (50 С) направляют на экстракцию.

          Потери жирного масла в шроте при экстракции отходов в виде гранул в два раза ниже, чем при экстракции лепестка.

Жирное масло извлекается экстракционным бензином при температуре 60 - 70°С в непрерывно действующих экстракторах: колонно-шнековом или ленточном. Мисцелла отстаивается, фильтруется, промывается раствором поваренной соли. Растворитель отгоняется из мисцеллы в три ступени. Окончательное удаление растворителя из жирного масла достигается обработкой острым водяным паром под вакуумом.

Из отходов экстракции путем отгонки растворителя “глухим” и острым перегретым паром и последующего охлаждения получают шрот.

Жирное масло - прозрачная темно-коричневая вязкая жидкость, содержит до 90% глицеридов ненасыщенных кислот, в том числе до 53% петрозелиновой и около 32% олеиновой, кристаллизуется при 13°С.

Шрот в соответствии с требованиями качества должен иметь влажность не выше 8 - 10%, содержать не более 6% сырого жира в расчете на абсолютно сухое вещество и не менее 18% сырого протеина.

1.6.          СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ

          Зерновые эфирномасличные растения обладают широким спектром вкусо-пищевого  и биологического воздействия на человеческий организм. Компоненты эфирномасличных растений обладают тонизирующими, поливитаминными, антимикробными, антиоксидантными и многими другими свойствами. Это позволяет использовать зерновые эфирномасличные растения в пищевой, медицинской, парфюмерно-косметической промышленности (аптечные сборы, пряно-ароматические специи, ароматотонизирующие добавки в алкогольные и безалкогольные напитки, кондитерские изделия.

Главная и наиболее ценная составная часть кориандрового эфирного масла - терпеновый спирт линалоол (60 - 80%). Линалоол - исходный продукт для получения синтетическим путем 12 видов душистых веществ с запахом лимона, апельсина, фиалки, розы, лилии и других цветов (рис. 1.4.).

Многообразие душистых веществ получаемых из кориандрового эфирного масла, выдвигает его в ряд ценнейших сырьевых, которые широко используются в парфюмерной промышленности при изготовлении духов, одеколонов, туалетного мыла и других изделий. Кориандровое масло служит также сырьем и в ликероводочной промышленности: оно входит в состав многих сортов ликеров. В кондитерском производстве это масло применяют при изготовлении конфетных эссенций. Целые плоды кориандра используются в пищевой промышленности для придания определенных вкусовых качеств консервам, маринадам, солениям, копчениям, хлебобулочным изделиям и других.

Как пряно-ароматическая культура кориандр пользуется большим спросом у населения для приготовления продуктов питания в домашних условиях.

Рис. 1.4. Использование кориандра в народном хозяйстве [21].

Плоды и масло кориандра нашли широкое применение в медицине, где их используют для ароматизации некоторых лекарств. Эфирное масло кориандра обладает антисептическим действием и используется как лечебное средство.

После извлечения из плодов кориандра эфирного масла в них остается около 20% жирного масла. Наиболее ценная составляющая жирного масла - олеиновая кислота и ее изомер - петрозелиновая. Жирное масло используют в мыловаренной и текстильной промышленностях, а также в полиграфическом и металлургическом производствах.

Кориандровый шрот содержит жирного масла свыше 6,0%, сырой клетчатки примерно 16%, сырого белка до 13% и эфирного масла около 0,018%. Кориандровый шрот - ценный корм для молочного скота, свиней, овец, птицы. Его используют на комбикормовых заводах в качестве составной части комбикормов. В последнее время получены хорошие результаты при использовании шрота на подкормку рыбы в прудах и водоемах.

Фенхелевое эфирное масло является источником анетола, который широко используется для получения обепина.

Рис. 1.5. Использование фенхеля в народном хозяйстве [21].

Плоды фенхеля применяются как ароматическое средство в пищевой промышленности. Фенхельное эфирное масло широко используется в  парфюмерной промышленности для производства одеколонов, духов, туалетных вод и других косметических изделий (рис. 1.5.).

После отгонки эфирного масла плоды фенхеля могут служить для получения технического жирного масла. Отходы используются на корм скоту [21].

Укроп наиболее популярен среди населения. Его чаще приобретают как пряность как в свежем, так и высушенном виде. Укроп можно использовать для приготовления практически всех первых и вторых блюд, а в консервировании он не заменим.

Применение укропного эфирного масла ограничено в парфюмерной и косметической промышленности. В целом виде и в виде спиртовых растворов укропное масло применяется в различных отраслях пищевой промышленности и реализуется через розничную продажу. Из эфирного масла выделяют карвон и лимонен. Укроп и его масло используется также в медицине. Из обработанного сырья получают кормовую муку, богатую белковыми соединениями [23].

Эфирное масло зерновых эфирномасличных культур имеет действительно широкий спектр применения как в промышленном, так и бытовом применении. Это позволяет производителям эфирномасличной продукции надеяться на возрождение отрасли, не смотря на сложную и тяжелую ситуацию в отрасли.

2.                ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ПЛОЩАДЕЙ  ЗЕРНОВЫХ    ЭФИРНОМАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР

Первые попытки дать научное обоснование размещения кориандра посевного принадлежат Всесоюзному институту растениеводства (1933г.). Первая оценка климата проводилась на основании установленных связей урожайности с условиями погоды, выполнена И. С. Романенко, но без выделения ареала кориандра и характеристики возможной эфирномасличности его.

Выбор регионов для выращивания зерновых эфирномасличных культур является очень сложным вопросом. Для каждого региона необходимо научное обоснование с учетом биологических требований зерновых культур к климату и почвам, опыта их выращивания.

2.1.          АНАЛИЗ СВЯЗИ УРОЖАЙНОСТИ С МЕТЕОФАКТОРАМИ.

Выполненный предварительно корреляционный анализ связи урожайности сортов с пятнадцатью метеофакторами позволил отобрать два наиболее существенные из них - сумму осадков и среднюю температуру за период вегетации.

Теплообеспеченность вегетационного периода - основной фактор, определяющий распространение кориандра. Она выражается суммой среднесуточных температур, по накоплению которых завершаются такие фазы развития, как стеблевание, цветение, созревание плодов.

По отношению к влаге также выделены критические периоды в развитии кориандра.

Заложение генеративных органов у кориандра посевного наблюдается на 20 - 25 день после появления всходов, в фазе розетки, состоящей из 4 - 6 настоящих листьев. От условий увлажнения этого периода зависит количество заложившихся цветков в соцветиях.

В. С. Москаленко критическим по отношению к влаге считает период бутонизации, период цветения и формирования плодов, при этом он отмечает, что недостаток влаги в фазе розетки и в фазе начала стеблевания на величину урожая семян существенно не влияет.

Другие исследователи [28] выделили, как наиболее ответственные, фазы стеблевания, бутонизации и цветения: если в этот 20 - 30-дневный период растения не получают достаточного количества влаги, урожай семян кориандра резко снижается.

  При избытке осадков в период бутонизации до созревания часто наблюдается заболевание бактеридом, полегание растений.

Осреднение данных об урожайности, сгруппированных по однородным метеорологическим условиям, дало возможность установить общий характер связи между урожайностью и этими условиями.

Известно, что содержание эфирного масла в плодах кориандра подчиняется определенной закономерности, связанной с географическим положением места произрастания. Содержание эфирного масла повышается при продвижении с юга на север и снижается с востока на запад.

С продвижением на север повышается содержание эфирного масла и укорачивается вегетационный период кориандра независимо от сорта.

Урожайность кориандра зависит не только от зоны выращивания, но и от природы сорта. Сорта южного происхождения с продвижением на север не уступают в урожайности сортам местной селекции, и наоборот, сорта северного происхождения с продвижением на юг значительно отстают по урожайности от сортов местной селекции.

Анализ влияния условий погоды на содержание линалоола - наиболее ценного компонента в эфирном кориандровом масле - свидетельствует, что получению лучшего парфюмерного качества эфирного масла благоприятствует сухая жаркая погода. В эфирном масле кориандра при сумме осадков менее 60 - 70 мм и температуре воздуха более 20°С в большинстве слоев создается максимальное количество линалоола - более 70%. Однако при пониженной температуре воздуха сухая погода обычно образованию линалоола не благоприятствует. То есть, условия погоды, способствующие активному синтезу эфирного масла в плодах кориандра посевного, ухудшают его качество - тормозят образование в нем линалоола.

Поэтому урожайность зерновых эфирномасличных культур в ареале их промышленного возделывания в значительной степени определяется количеством осадков за период вегетации, а также обеспеченностью теплом в ареале.

Для расчета потенциальной урожайности кориандра используются номограммы, учитывающие сумму осадков и среднюю температуру воздуха за период вегетации.

 Номограмма, изображенная на рисунке 2.1, построена по многолетним данным, сгруппированным по однородным метеоусловиям, и позволяет определить реакцию сорта на внешние условия при любом сочетании температур и влажности воздуха.

На рисунке 2.1 наглядно показаны различия норм реакции сорта на внешние условия: сорт Янтарь дает максимальную урожайность 21,6 ц/га при сумме осадков 300 - 400 мм, так как более влажные условия приводят к снижению урожайности у этого сорта до 9,4 - 13,5 ц/га вследствие более частого заболевания рамуляриозом, а в засушливых условиях возможен запал плодов и снижение их урожайности до 6 - 12 ц/га.

Урожайность рассчитанная по номограмме несколько условна. Она может зависеть от ряда факторов, и, в первую очередь, от соблюдения аграрно-технических мероприятий. Данная номограмма строилась на основе данных по опытным посевам, поэтому в реальных условиях могут быть несколько ниже определенного уровня.

Рис. 2.1. зависимость урожайности кориандра посевного (ц/га) от суммы осадков (C1, мм) и средней температуры воздуха (Х15, °С) за период вегетации. Сорт Янтарь. [17]

Урожайность кориандра, определенная по номограмме, указана в таблице 2.1. она определена на основе зависимости ее от теплообеспеченности и влажности воздуха в вегетационный период.

Зависимость урожайности кориандра посевного от метеофакторов по регионам.

   Таблица 2.1