Высокое содержание в дельной крови влаги вызывает необходимость ее предварительного удаления перед последующей тепловой обработкой главным образом для получения кормовой муки.
Для достижения данной цели кровь и форменные элементы подвергают нагреву — коагуляции.
В процессе нагрева происходит изменение свойств белков, содержащихся в крови и кровепродуктах. Наиболее характерными и основными изменениями при нагревании являются тепловая денатурация растворимых белковых веществ. В процессе денатурации происходит изменение структуры белковой молекулы, которое приводит к заметным изменениям свойств без нарушения состава. Глобулярные белки развертывают сложенные в складки полипептидные цепи, образующие глобулы молекулы. Перестройка структуры происходит в результате разрыва некоторых внутримолекулярных связей в белковой молекуле при нагреве.
Денатурированный белок отличается от природного многими свойствами и признаками. Температура, при которой происходит денатурация, для различных белков различна, но для определенного белка постоянна. Так, альбумин крови денатурирует при температуре 67 °С, глобулины — 69-75, фибриноген — 56, гемоглобин — около 70 °С. Таким образом, основные денатурационные изменения белков крови завершаются при температуре около 70 °С. Нейтральные соли щелочных металлов, например поваренная соль, повышают устойчивость белков к тепловой денатурации. Высокими защитными действиями обладают также сахара и анионы жирных кислот, содержащих 7-12 углеродных атомов. Способность таких веществ к повышению устойчивости белков к денатурации может быть использована при концентрировании крови и ее плазмы методом выпаривания в условиях более высоких температур.
К характерным признакам процесса денатурации белков относятся потеря белками растворимости в воде, потеря биологических свойств биологически активными белками, в частности ферментами, лучшая переваримость под воздействием ферментов желудочно-кишечного тракта, потеря способности кристаллизоваться.
В результате денатурации возможно возникновение хаотических связей между полипептидными цепями как внутри молекулы, так и между молекулами различных белков. Следствием таких изменений является потеря белками гидрофильности, происходит их агрегация, коагуляция. При этом образуется нерастворимый сгусток. Дальнейший нагрев коагулята сопровождается его уплотнением с выделением части жидкости. Коагуляция белков крови при тепловой обработке происходит всегда и ускоряется с повышением температуры.
В условиях сухого нагрева (без воды) белков при высокой температуре происходит пирогенный процесс, который приводит к получению продуктов распада, обладающих темным цветом. В результате этих изменений на поверхности аппаратуры образуется корочка, которая ухудшает тепломассообмен между теплоносителем (паром) и обрабатываемым сырьем. Поэтому увеличивается продолжительность процесса и затрачивается дополнительное количество тепло — и электроэнергии.
Пирогенного распада белков можно избежать при кратковременной сушке коагулята или крови в условиях высокой температуры. Для улучшения тепломассообмена в сушильных аппаратах периодического действия в них наряду с кровью или кровепродуктами загружают небольшое количество кости, которая в процессе обработки счищает, с внутренней поверхности аппарата корочки сырья.
Тепловая обработка крови и кровепродуктов сопровождается также потерями водорастворимых витаминов. Наименьшей устойчивостью обладают витамины С, D, В, никотиновая и пантотеновая кислоты.
Установлено, что при варке потери тиамина (витамина B1) составляют 50%, а рибофлавина (витамин В2) — 35 %.
Для коагуляции крови с целью полного завершения свертывания белка ее достаточно нагреть до температуры 80 °С. Практически температуру доводят до 80—90 °С. При этом погибает значительное количество содержащихся в крови микроорганизмов. Процесс коагуляции считают законченным, если кровь приобретает равномерный коричневый или коричнево-красный цвет.
Коагуляцию белков можно осуществлять с помощью острого или глухого пара. Чаще применяют острый пар, для чего используют металлические емкости открытого типа, к которым подведен паропровод, оканчивающийся перфорированным змеевиком. При этом способе выгрузку коагулята производят вручную.
Коагуляция в передувочных баках дает возможность совмещать в одном аппарате коагулирование, транспортирование и частичное отделение влаги. Процесс осуществляется следующим образом. После загрузки крови в бак в него впускают острый пар (через нижний змеевик) до тех пор, пока из вытяжной трубы не начнет выходить его струя (примерно через 15 мин). По окончании коагуляции прекращают доступ пара и дают массе отстояться в течение 5 мин, после чего отбирают пробу отстоявшейся жидкости. Если она имеет коричневый цвет и не мутнеет при нагревании до температуры 100 °С, это означает, что процесс отстаивания закончен. В противном случае оставляют массу в передувочном баке еще на 10—15 мин. Отстоявшуюся жидкость сливают через спускную трубу в днище аппарата и, закрыв вытяжную трубу, пускают в передувочный бак пар через паропровод, имеющийся в верхней его части. При этом коагулированная кровь передувается через трубопровод в вакуумный котел или сушилку в течение 2-3 мин.
При коагуляции крови глухим паром процесс нагревания протекает неравномерно и длительно, а на поверхности нагрева образуется слой коагулированных белков, который ухудшает теплопередачу и затрудняет очистку поверхности нагрева.
Более эффективное коагулирование достигается при использовании коагуляторов непрерывного действия шнекового и инжекторного типов.
Коагулятор непрерывного действия шнекового типа представляет собой изолированный снаружи одностенный металлический сосуд со сферическим дном. В нем установлен шнек. Коагулятор снабжен плотно закрывающейся крышкой с загрузочным люком (диаметр горловины 200 мм) и периодически открывающимся питателем, который обеспечивает равномерную принудительную подачу крови в рабочую часть аппарата и предотвращает потери пара в атмосферу. Вращение передается шнеку через звездочку. От вала шнека (частота вращения 0,2 с-1) через приводную звездочку, цепную передачу и звездочку приводится в действие питатель.
В торцевой части коагулятора у загрузочного люка находятся паровой вентиль и перфорированная труба, через которую внутрь аппарата вводится пар давлением не менее 0,2 МПа. Разгрузочный люк расположен в противоположном конце аппарата.
Коагуляция крови осуществляется следующим образом. Цельная кровь (со сгустками) из сборного бака поступает в аппарат самотеком по кровепроводу диаметром 38—50 мм, встречаясь с током острого пара, нагревается до температуры 90—95 °С в течение 15 с. При одновременной подаче пара и крови создаются условия для их поточного продвижения и интенсивного смешивания, что исключает перегрев и предотвращает образование крупных комков. Шнек продвигает коагулят к противоположному концу аппарата, где он выгружается через люк диаметром 360 мм. При частоте вращения шнека 0,1 с-1 выгрузка коагулята происходит через 1,5 мин после поступления крови в аппарат. Шнек коагулятора отжимает часть жидкости, содержащей 0,3% белка. Производительность коагулятора по цельной крови составляет 120 кг/ч. Ее можно регулировать с помощью пробкового крана, установленного на кровепроводе перед загрузочным люком. Через 3-4 ч работы аппарат очищают от крови, прилипающей к шнеку. Для этого открывают крышку аппарата и с помощью шланга промывают шнек и вращающийся питатель горячей воды.
Коагулятор инжекторного типа фирмы «Альфа Лаваль» (Швеция) представляет собой цилиндрический резервуар, внутри которого установлен смеситель, снабженный паровой форсункой и жалюзной камерой. Кровь, поступающая через патрубок, интенсивно разбивается на тонкие струйки паром. Она коагулирует, проходит через дросселирующий вентиль и через патрубок поступает в нагнетательную трубу, направляющую ее на дальнейшую переработку. Наличие в коагуляторе дросселя, регулируемого маховиком, позволяет устанавливать необходимую пропускную способность установки, степень смешивания массы (кровь и пар), а также давление в нагнетательной трубе. Преимущество данной конструкции заключается в возможности регулирования процесса коагулирования крови. Однако возможно прилипание крови к дросселирующему вентилю при повороте парокровяной струи из смесителя к нагнетательной трубе.
На Улан-Удэнском мясоконсервном комбинате разработана и эксплуатируется установка для коагуляции крови, которая состоит из прямоугольного металлического корпуса со сферическим дном и шнека для перемешивания крови во время коагуляции и выгрузки коагулята. В крышку корпуса вмонтирован загрузочный люк с периодически открывающимся питателем, обеспечивающим равномерную подачу крови и предотвращающим потери пара в атмосферу. С обеих сторон корпуса расположены три штуцера для подачи пара под давлением 0,2—0,3 МПа. В днище противоположного конца коагулятора имеется разгрузочный люк. Для предотвращения вытекания крови коагулятор установлен с уклоном в сторону питателя. Шнек приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и цепную передачу. Вращение вала питателя осуществляется от вала шнека через звездочки цепной передачи. Все вращающиеся части коагулятора должны быть ограждены.
Коагуляция крови осуществляется следующим образом. Поступая самотеком через питатель в коагулятор и встречаясь с потоком острого пара, кровь нагревается до температуры 90—95 °С, коагулируется, перемешивается шнеком и продвигается к разгрузочному люку.
Применение установки описанной конструкции обеспечивает непрерывность процесса, более полную и равномерную коагуляцию крови.
Фактический расход пара на процесс коагуляции составляет 12— 13 кг на 100 кг крови. Выход коагулята влажностью 80% при коагулировании цельной крови составляет 80%, а при коагулироващш фибрина — 75 % исходного сырья. Содержание влаги в коагуляте зависит от способа коагулирования, но остается довольно высоким — 86-87,5% при применении острого пара и 76—81 % при коагуляции глухим паром.
Предварительное удаление влаги из коагулята перед его сушкой имеет важное значение, так как позволяет сократить расход тепла.
Для обезвоживания коагулята крови наиболее эффективными оказались отстойные центрифуги, пршщип действия которых заключается в следующем. Твердые частицы загруженной массы, имеющие большую плотность, чем жидкая фаза, осаждаются под действием центробежной силы на боковых стенках ротора, формируясь в виде кольцевого слоя ближе к оси вращения. В непрерывнодействующих центрифугах загрузка коагулята, а также отвод разделенных компонентов происходит в процессе работы.
Наибольшее распространение для обезвоживания коагулята крови получили непрерывнодействующие шнековые центрифуги отстойного типа.
Непрерывнодействующая центрифуга ОГШ-321К-01 состоит из станины, ротора, внутри которого помещен шнек с планетарным редуктором, получающим вращение непосредственно от ротора (цапфы последнего находятся в двух опорах). Основным узлом центрифуги является ротор цилиндрической формы, расположенный горизонтально на двух опорах-подшипниках (правой и левой). С торца ротор закрыт цапфами-крышками, которыми он опирается на подшипники.
Ротор приводится в действие от электродвигателя с помощью клиноременной передачи, огражденной кожухом. Внутри ротора расположен шнек, который предназначен для транспортирования коагулята к разгрузочным окнам ротора. Вращение передается через специальный планетарный редуктор, который обеспечивает вращение шнека в одну сторону с ротором, но с некоторым отставанием. Наличие разности в частоте вращения шнека и ротора создает условия для принудительного перемещения осадка вдоль внутренней поверхности ротора. Через полые цапфы ротора и шнека проходит питающая труба, по которой подводится скоагулированная кровь во внутреннюю полость барабана шнека, откуда она через окна выбрасывается во внутреннюю полость ротора.
Ротор в собранном виде состоит из трех основных частей: левой и правой цапф и полого цилиндрического барабана. Вращается он на двух опорных подшипниках. Цапфы ротора одновременно служат днищами, закрывающими барабан с торца. На торцевой поверхности правой цапфы имеются сливные окна, которые перекрываются сливными полудисками. Через указанные отверстия сливается отделяющаяся вода. На торцевой поверхности левой цапфы ротора имеются окна для выгрузки отжатого коагулята.
Шнек является одним из основных узлов центрифуги. Он предназначен для транспортирования коагулята и состоит из полого цилиндрического барабана, на наружной поверхности которого приварены витки спирали. Внутри полого барабана сделаны перегородки, образующие три камеры для приема массы. Камеры имеют по восемь разгрузочных окон. К торцам барабана шнека прикреплены цапфы, образующие опорные шейки шнека. Левая цапфа шнека снабжена шлицами, которыми соединяется с водилом второй ступени планетарного редуктора. Шнек опирается цапфами на подшипники, вмонтированные в цапфы ротора. В правую цапфу ротора вмонтирован радиальный шарикоподшипник, который воспринимает осевые нагрузки от шнека, возникающие при транспортировании шнеком отжатого коагулята к разгрузочным окнам.
Планетарный редуктор предназначен для передачи вращения ротора к шнеку. Редуктор состоит из литого цилиндра, к которому с торцов болтами прикреплены крышки. Правая крышка прикреплена к фланцу, посаженному на левую цапфу ротора. В крышке редуктора со стороны ротора установлены резиновые манжеты, препятствующие утечке масла из редуктора и попаданию в него пыли и грязи.
В корпус редуктора вмонтированы два зубчатых венца с внутренним зацеплением первой и второй ступеней редуктора. Они установлены на подшипниках. В водиле первой ступени установлено два, а в водиле второй ступени — три сателлита, которые находятся в зацеплении одновременно с венцами и центральными шестернями.
Кожух служит защитой от попадания во вращающиеся части ротора посторонних предметов. Кроме того, он препятствует проникновению жидкой фракции в камеру отжатого продукта. Внутренняя часть кожуха, имеет левую и правую камеры. В левую камеру поступает отжатая твердая фракция (коагулят), а в правую — жидкая (вода).
Ротор центрифуги опирается цапфами на две опоры, каждая из которых состоит из корпуса, крышки, двух боковых крышек и радиального шарикоподшипника. Механизм защиты редуктора предохраняет редуктор и шнек центрифуги от перегрузки и поломки. В корпусе механизма защиты установлена пружина, которая воспринимает усилия при работе центрифуги.
В случае мгновенной значительной перегрузки или заклинивания шнека рычаг опрокидывает кулачковый рычаг, и укрепленная на последнем пластинка нажимает на кнопку микропереключателя, который установлен на корпусе механизма защиты и сблокирован с электродвигателем центрифуги. При этом, электродвигатель отключается, и включается звуковой сигнал. Планетарный редуктор огражден кожухом.
Процесс обезвоживания коагулированной крови в центрифуге протекает следующим образом. Коагулированная кровь температурой 80-90 °С через питающую трубу поступает под напором 9,5— 14,2 кПа во внутреннюю полость конического барабана, где под действием центробежных сил происходит отделение твердой фракции коагулята от жидкой (воды). Коагулят осаждается на стенках вращающегося ротора, а затем транспортируется шнеком к разгрузочным окнам, в зоне обезвоживания влага „удаляется из коагулята. Жидкость температурой 70—72 °С устремляется по направлению к широкой стороне ротора и через сливные окна в правой цапфе выбрасывается в приемный отсек кожуха, откуда под действием собственной массы падает вниз. Процесс отделения твердой фракции от жидкой, выгрузка коагулята и слив фугата происходят непрерывно. Продолжительность прохождения скоагулированной массы и разделения на фракции через ротор центрифуги составляет 15 с, При подаче скоагулированной крови насосом в центрифугу избыточное давление не должно превышать 0,095 МПа.
Диаметр подающей трубы трубопровода скоагулированной крови при поступлении самотеком должен быть 50,8 мм, а при подаче насосом — 38,1 мм. Регулирующий и запорно-спускной вентили с манометром помещают около центрифуги. За регулирующим вентилем в системе присоединяют напорную линию, по которой подается вода для промывки и наполнения барабана перед пуском в работу.
Если скоагулированная кровь содержит большое количество твердых частиц, то перед ее поступлением целесообразно вводить в центрифугу горячую воду сразу после запуска центрифуги. Для очистки барабана по окончании работы достаточно промыть его чистой водой, не выключая электродвигатель.
Пуск центрифуги в работу осуществляют следующим образом. Перед пуском необходимо убедиться, в наличии в редукторе и подшипниках смазки. Затем на непродолжительный период включают электродвигатель и проверяют правильность его включения — вращение ротора должно быть по часовой стрелке, если смотреть со стороны подачи скоагулированной крови. При достижении центрифугой установленной частоты вращения подают скоагулированную кровь.
В процессе работы центрифуги необходимо периодически следить за нагревом масла в редукторе, температурой коренных подшипников. Так, температура нагрева масла в подшипниках не должна превышать 60—65 °С. Работать на машине можно только при закрытой крышке, которая должна быть плотно прижата к кожуху. Нельзя подавать в центрифугу жидкую массу, содержащую куски размером более 5—6 мм. 100
В последние годы нашли применение непрерывнодействующие установки для коагуляции крови и обезвоживания коагулята. Переработка крови на данных установках заключается в следующем. Отфильтрованная кровь по кровепроводу поступает в сборник, из которого она винтовым насосом перекачивается в промежуточный сосуд с мешалкой вместимостью 400 дм3. Здесь кровь подогревается острым паром до температуры 55 °С, что исключает его свертывание. Подогретая кровь легко стекает по трубе в винтовой насос производительностью 2—3 м3/ч, снабженный специальным регулятором скорости, который подает кровь в паровой непрерывнодействующий коагулятор. Количество пара, подаваемого в коагулятор, регулируют вентилем в зависимости от температуры коагулируемой крови, которую при выходе из коагулятора рекомендуется поддерживать на уровне 80 °С.
Наличие в коагуляторе дросселя, регулируемого маховичком, позволяет установить требуемую пропускную способность установки, давление в нагнетательной трубе и необходимую степень перемешивания массы крови и пара. Коагулированная масса крови под напором, создаваемым насосом, подается в отстойную центрифугу, где из нее отжимается до 75 % воды. Одновременно получается обезвоженный коагулят. Отделенная вода направляется через воронку в канализацию. Обезвоженный коагулят поступает по спуску на сушку. Подача воды для промывки оборудования осуществляется по трубопроводам.
Для нагрева 1000 кг крови до температуры от 20 до 90 “С расходуют 130 кг пара. При этом получают 387 кг обезвоженного коагулята и 743 кг воды. В обезвоженном коагуляте содержится 49% сухого остатка и 51% воды, а в отделенной на центрифуге воде находится 1,3% сухого остатка. Таким образом, процесс обработки коагулята на центрифуге позволяет удалить около 75 % воды, имеющейся в исходной крови. Общие потери сухого остатка составляют 10 кг на 1000 кг крови, что составляет 5 % его содержания в 1000 кг крови.
Возможность отделить при центрифугировании 75% воды, имеющейся в исходном сырье, позволяет сэкономить на каждые 1000 кг перерабатываемой крови 724 кг пара, который необходим для испарения влаги при сушке необезвоженной крови.
Непрерывнодействующая установка для обезвоживания коагулята проста в обслуживании,» сокращает продолжительность переработки крови и позволяет получить продукт с высоким содержанием белка. Она занимает небольшую производственную площадь (при производительности 600 и 2200 кг/ч — 5,5 м2).
Кроме тепловой коагуляции, кровь с целью максимального выделения белков обрабатывают химическими веществами. Такой метод обработки получил название химической коагуляции крови. В США для химической коагуляции крови крупного рогатого скота и свиней используют полифосфат натрия, треххлористое железо, лигнин и лигносульфонат натрия. Обработку крови указанными веществами производят в кислой среде при pH 3,5—4,5. Полученный коагулят нейтрализуют щелочами и обрабатывают на центрифуге для обезвоживания. Наиболее эффективным для коагуляции крови оказался лигносульфонат натрия. Преимущество химической коагуляции заключается в простоте процесса и снижении расхода пара.