Способ получения комплексной добавки на основе тонкодисперсного мела

Способ получения комплексной добавки на основе тонкодисперсного мела

Реферат

Заявляемое изобретение относится к кормовой и пищевой промышленности и может быть использовано для получения натуральной активизированной комплексной добавки и добавки - антиоксиданта на основе мела для восполнения дефицита йода, кальция, магния, фосфора, меди и других микро- и макроэлементов в доступной легкоусвояемой форме. Указанные элементы присутствуют в меле в разных количествах в связи со спецификой его образования и местонахождением месторождения.

Специфика мела, как породы, состоит в том, что он сложен из ракушечника и представляет собой переходную разновидность от органических известняков к известнякам химического происхождения. Это слабосцементированная тонкозернистая порода, состоящая на 96-99% из СаСО₃. Значительную часть мела слагают органические остатки (до 75%), что позволяет отнести его к биогенным материалам.

В главной массе они представлены скелетными оболочками планктонных водорослей - кокколитофоридов, а также фораминифер (до 40%). Размер скелетных остатков составляет 5-10 мкм, что позволяет легко перевести его в доступное для усвоения живым организмом состояние. Курс месторождений полезных ископаемых. Под редакцией П.М.Татаринцева и А.Е.Карякина. Л.: Недра, 1975, с. 502-507].

Для доведения остальной части мела до аналогичного состояния необходимы специальные технологические схемы, позволяющие перевести его в тонкодисперсное состояние.

Из технического уровня известен способ получения тонкодисперсного мела, согласно которому из мела с влажностью более 20-30%, добытого в карьере, готовят шлам из расчета 60% воды и 40% мела, который усредняют и отмучивают. Затем его гидротранспортом подают в роторно-пульсационный аппарат, в котором происходит измельчение частиц меловой пульпы. После аппарата пульпу подают на вакуум-фильтр. Полученный меловой корж с влажностью не менее 25% направляют на сушку в поле высокой частоты с напряжением 1000-1500 В/см, создаваемое генератором, работающим в метровом диапазоне волн. Высушенный материал имеет влажность 0,5%, затем его подают в струйную мельницу, где под действием холодного воздуха с давлением 0,6 МПа кусочки мела разрушаются до размеров в среднем 1,6 мкм. Тонкость помола при этом составляет 10460 см/г. Гранулометрический состав: фракции 7-13 мкм 30%, 1-3 мкм 70% [Пат. RU на изобретение №2060943].

Аналог позволяет повысить тонкость измельчения и однородность по гранулометрическому составу, но отличается энергоемкостью и сложностью технологической системы.

Известен также способ получения наполнителя на основе карбоната кальция. Сущность способа заключается в дроблении природного мела, его сушке при температуре 300-350°С с последующим охлаждением и измельчением при температуре 115-130°С, причем перед сушкой раздробленный карбонат кальция с содержанием влаги 35-41% под действием механических и гидравлических сил переводят в устойчивое вязкопластическое пульпообразное состояние при участии добавочно вводимого дисперсанта в количестве не более 0,15% от массы мела, после чего подготовленную суспензию мелют в замкнутом цикле до содержания фракции с размером частиц больше 45 мкм не более 1% и подают на сушку. При содержании влаги в раздробленном меле ниже заявляемых пределов его доводят до этого предела путем добавления в мел воды в процессе приготовления пульпы. Это позволяет повысить выход продукта с фракцией частиц менее 10 мкм до 95,6-99,4% [Пат. RU на изобретение №2172329].

К недостаткам аналога можно отнести жесткий режим сушки.

Известен способ получения тонкодисперсного мела, применяемого для кормовой добавки, выбранной в качестве прототипа. Способ включает грубое дробление исходного мела, магнитное сепарирование, мокрое размучивание с одновременным введением дисперсанта в количестве 0,09% от массы мела. В качестве дисперсанта используют триполифосфат натрия или его смесь с углекислым натрием в массовом соотношении 1:9. Далее из полученной суспензии удаляют частицы размером более 5 мм на вибросите, подвергают тонкому измельчению в струйных дезинтеграторах, обогащают в гидроциклонах, проводят вторичное тонкое измельчение, отмывку суспензии водой, контрольный отсев и распылительную сушку. Причем в промежутке между стадиями после тонкого измельчения осуществляют сбор суспензии [Пат. RU на изобретение №2008260].

Способ позволяет сократить продолжительность сушки от 55,9 до 45,6 мин и получить комплексную многокомпонентную добавку микро- и макроэлементов, усвояемую благодаря высокой степени измельчения, а к недостаткам следует отнести невысокую степень биодоступности иода, присутствующего в меле в связанном состоянии.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего перевести природный мел в биологически усвояемую многокомпонентную систему, включающую макро- и микроэлементы, в том числе свободный йод или йодоводородную кислоту.

Техническими результатами, которые могут быть получены при использовании изобретения, являются:

- возможность получения комплексной добавки в виде двух фракций, имеющих разные концентрации входящих в мел макро- и микроэлементов;

- измельчение крупной и тонкой фракций мела до размеров частиц, усвояемых живым организмом;

- повышение биодоступности йода;

- повышение антиоксидантных свойств.

Решение указанной задачи и достижение вышеперечисленных результатов стало возможным благодаря тому, что в известном способе получения комплексной добавки на основе тонкодисперсного мела, включающем дробление исходного мела, приготовление суспензии, добавление дисперсанта в виде соли натрия, классификацию на крупную и мелкую фракции и тонкое измельчение, тонкое измельчение крупной и мелкой фракций осуществляют путем помола крупной и мелкой фракций раздельно до размера частиц не более 10 мкм, а в качестве дисперсанта добавляют цитрат натрия, после чего тонкоизмельченный продукт каждой фракции отдельно активизируют, пропуская его суспензию в виде турбулентного потока через ультрафиолетовое поле.

В частном примере исполнения способа цитрат натрия добавляют в количестве не более 1% от массы мела, после прохождения суспензии через ультрафиолетовое поле в нее добавляют этиловый спирт в количестве не менее 2% от массы мела, а сушку активизированной суспензии осуществляют после ее прохождения через ультрафиолетовое поле при температуре не выше 60°С.

Изобретательским шагом является доведение мела до стадии биогенного материала как путем тонкодисперсного измельчения, частичным переводом макро- и микроэлементов в органические цитросоединения, благодаря воздействию с цитратом натрия, который одновременно выполняет роль дисперсанта и антиоксиданта, и максимальным переводом растворимых солей, присутствующих в меле, так и через активизацию ультрафиолетовым излучением и перевод связанного йода в биодоступную форму. При воздействии ультрафиолетового излучения на водную суспензию тонкодисперсного мела возникает реакция фотолиза с образованием озона

3О₂=2О₃,

который либо быстро разлагается на молекулярный и атомарный кислород,

О₃=О+О₂,

либо сразу вступает в реакцию с нерастворимым в воде комплексным соединением CaJ₄

CaJ₄+2О₃+H₂=2J₂+Са(ОН)₂+2O₂

Подача суспензии мела в ультрафиолетовое поле в виде турбулентного потока обеспечивает дополнительное диспергирование частиц мела, а также равномерную обработку каждой частицы и ее контакт с активизированной системой.

Введение этилового спирта в суспензию, прошедшую через ультрафиолетовое поле, обеспечивает переход свободного йода в йодсодержащие кислоты

J₂+H₂O=HJ+HJO

Указанные кислоты являются антиоксидантами, имеющими самые высокие восстановительные свойства из всех галогеносодержащих кислот. Йодсодержащие кислоты по мере того, как принимают на себя кислород, теряют силу восстановительных свойств

HJ-HJO-HJO₃-HJO₄

Действие йодсодержащих кислот обеспечивает разрушение пероксидов, гидропероксидов и двойных связей в непредельных соединениях.

Внесение йодоводородной кислоты в состав активизированной суспензии мела в пищевой продукт замедляет процесс окисления липидов, углеводов, белков и тем самым снижает накопление веществ, токсичных для живого организма.

Способ получения комплексной добавки на основе тонкодисперсного мела иллюстрирует фигура, на которой представлена технологическая схема ее производства.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

На узле подготовки воды 1 с помощью мембранной установки (на схеме не показана) готовят воду для технологического процесса. Расчетное количество подготовленной воды дозировано подают на узел приготовления суспензии 2. На этот же узел 2 с узла подготовки мела 3 подают природный мел с содержанием карбоната кальция 98%, раздробленный до фракции не более 6·10^-2 м, и дисперсант 4 в виде соли натрия. Полученную смесь подвергают воздействию механических и гидравлических сил до придания ей свойств равномерной устойчивой пульпообразной суспензии. Готовую суспензию направляют на узел классификации 5, где под действием ультразвуковой сепарации мел делят на крупную и мелкую фракции. Помол обеих фракций осуществляют раздельно в узлах помола 6 и 7 до размера частицы не более 10 мкм в меле и в виде турбулентного потока раздельно подают в узлы активизации и бактерицидной обработки 8 и 9, в которых создано ультрафиолетовое поле. В частных примерах активизированный продукт может быть направлен или на сушку при температуре не более 60°С, или подан в узел модификации 10, где в него дозатором 11 может быть добавлен этиловый спирт в количестве не менее 2,0% от массы мела, а в качестве дисперсанта 4 может быть использован цитрат натрия в количестве не более 1% от массы мела, выполняющий в процессе не только функцию дисперсанта, но также синергиста, антиоксиданта и биологически ценной соли.

Практическая применимость способа показана на следующих примерах.

Пример 1.

Воду для технологии готовят в мембранной установке типа «Ручеек». Затем загружают природный мел из карьера «Зеленая поляна» Белгородской области (с содержанием карбоната кальция не менее - 98%) в установку. Мел дробят до размера не более 6·10^-2 м. Готовят суспензию из воды, мела и дисперсанта в виде цитрата натрия в количестве 1% путем приложения гидравлических и механических сил. Затем подают ее на узел классификации. Там ее разделяют на крупную и мелкую фракции и по отдельности подают на тонкое измельчение путем помола до размера частиц не более 10 мкм и виде турбулентного потока подают через ультрафиолетовое поле для активизации и бактерицидного воздействия, обеспечивающих хорошую биодоступность и антиоксидантные свойства.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	380
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	2
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	380
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

Пример 2.

По примеру 1, только суспензии мелкой и крупной фракций

дополнительно высушены при температуре 58°С.

Показатели:

Порошок из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	380
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	1
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Порошок из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	380
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	2
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

Пример 3.

По примеру 2, только температура сушки 70°С, т.е. выше 60°С.

Показатели:

Порошок из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	380
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	1
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Порошок из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	380
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	1
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Пример 4.

По примеру 1, только длина волны ультрафиолетового излучения увеличилась до 490 нм.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

К полученным активизированным суспензиям мелкой и крупной фракций добавляют этиловый спирт в количестве 2%.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,375

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,380

Пример 5.

По примеру 2, только длина волны возросла до 490 нм.

Показатели:

Порошок из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Порошок из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

Пример 6.

По примеру 1, только длина волны ультрафиолетового излучения возросла до 580 нм.

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

К полученным активизированным суспензиям мелкой и крупной фракций добавляют этиловый спирт в количестве 1,5%.

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,230

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,260

Пример 7.

По примеру 1, только длина волны ультрафиолетового излучения

увеличилась до 580 нм.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

К полученным активизированным суспензиям мелкой и крупной фракций добавляют этиловый спирт в количестве 2,5%.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,390

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	0,1
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	580
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,395

Пример 8.

По примеру 4. Дисперсант в виде цитрата натрия добавляют в количестве 0,5% от массы мела.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

К полученным активизированным суспензиям мелкой и крупной фракций добавляют этиловый спирт в количестве 2%.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,370

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,375

Пример 9.

По примеру 8, только дисперсант в виде цитрата натрия добавляют в количестве 1,5% от массы мела.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,210

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,250

К полученным активизированным суспензиям мелкой и крупной фракций добавляют этиловый спирт в количестве 2%.

Показатели:

Суспензия из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	3
- Коэффициент антиоксидантный	+0,370

Суспензия из крупной фракции

- Сход на сите 045,%	10
- Относительная влажность, %	50
- Длина волны ультрафиолетового излучения, нм	490
- Время экспозиции в ультрафиолетовом поле, сек	10
- Качественная реакция на йод, баллы	4
- Коэффициент антиоксидантный	+0,380

Пример 10.

По прототипу.

В качестве дисперсанта используют триполифосфат натрия. От полученной суспензии мела отделяют на вибросите частицы размером 0,5 мкм, подвергают тонкому измельчению в струйных дезинтеграторах, обогащают в гидроциклонах, проводят вторичное тонкое измельчение и подвергают распылительной сушке.

Показатели:

Порошок из мелкой фракции

- Сход на сите 045,%	90
- Относительная влажность, %	0,1
- Качественная реакция на йод, баллы	0
- Коэффициент антиоксидантный	+0,110

Из примера 10 видно, что неактивизированный тонкоизмельченный мел имеет отрицательную качественную реакцию на йод и невысокий коэффициент антиоксидантной активности, проявляющийся за счет минеральных примесей, которым присущи антиоксидантные свойства.

Как видно из приведенных примеров (примеры 1, 2, 5), заявляемая совокупность существенных признаков позволяет повысить биодоступность йода, входящего в состав комплексной добавки путем перевода последнего под действием ультрафиолетового излучения в легкоусвояемую форму. Дополнительная обработка суспензии мела, подвергнувшейся ультрафиолетовому излучению этиловым спиртом в заявляемом пределе, ведет к возрастанию антиоксидантной активности системы, что свидетельствует о переводе йода в йодоводородную кислоту, являющуюся сильнейшим антиоксидантом (примеры 4, 7-9). Уменьшение количества этилового спирта ведет к снижению антиоксидантной активности, а превышение не способствует ее заметному нарастанию (пример 6, 7).

Разделение меловой суспензии на две фракции (крупную и мелкую) и их раздельная обработка позволяют выделить наиболее концентрированную фракцию, характеризующуюся большим значением баллов на йод.

Ультрафиолетовое излучение приводит к получении свободного йода, что говорит о разрушении комплексного соединения CaJ₄.

Переведение мела из суспензии в порошкообразное состояние в заявляемом пределе температур позволяет сохранить выделенный йод, но при повышении температуры сушки выше 60°С качественная реакция на йод становится значительно слабее (пример 3).

Использование цитрата натрия в заявляемых пределах, который одновременно выполняет роль дисперсанта, синергиста и антиоксиданта, позволяет повысить антиоксидантный эффект и усвояемость. Изменение концентрации дисперсанта незначительно влияет на изменение антиоксидантной активности (примеры 8, 9).

Таким образом, заявляемая совокупность существенных признаков позволяет решить поставленную задачу и достичь таких технических результатов, как обеспечение возможности получения комплексной добавки в виде двух фракций, имеющих разные концентрации входящих в мел микро- и макроэлементов, достижение измельчения крупной и тонкой фракций мела до размеров частиц, усвояемых живым организмом, повышение биодоступности йода и антиоксидантных свойств.

1. Способ получения комплексной добавки на основе тонкодисперсного мела, включающий дробление исходного мела, приготовление суспензии, добавление дисперсанта в виде соли натрия, классификацию на крупную и мелкую фракции и тонкое измельчение, отличающийся тем, что тонкое измельчение осуществляют путем помола крупной и мелкой фракции раздельно до размера частиц не более 10 мкм, а в качестве дисперсанта добавляют цитрат натрия, после чего тонкоизмельченный продукт каждой фракции отдельно активизируют, пропуская его суспензию в виде турбулентного потока через ультрафиолетовое поле.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цитрат натрия добавляют в количестве не более 1% от массы мела.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после прохождения суспензии через ультрафиолетовое поле в нее добавляют этиловый спирт в количестве не менее 2% от массы мела.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после прохождения суспензии через ультрафиолетовое поле проводят сушку активизированной суспензии при температуре не более 60°С.