Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Экономическая целесообразность возделывания топинамбура 7
1.1. Общие сведения о топинамбуре 7
1.2. Экономические аспекты возделывания топинамбура 20
1.3. Цель и задачи исследований 24
ГЛАВА 2. Экономическая эффективность механизации возделывания топинамбура 25
2.1. Основы агротехники возделывания топинамбура 25
2.2. Рекомендации по технологии и комплексу машин для возделывания; и уборки топинамбура 29
2.3. Экономическая эффективность предлагаемого комплекса машин 46
ГЛАВА 3. Технологико-экономическое обоснование переработки клубней топинамбура на сушеную продукцию 57
3.1. Сушка клубней топинамбура 57
3.2. Переработка клубней топинамбура на сушеную продукцию 62
3.2.1. Технология и набор машин для производства порошка из клубней топинамбура 62
3.2.2. Исходные данные для экономического расчета цеха по переработке клубней топинамбура на порошок 69
3.3. Укрупненный расчет стоимости строительства цеха 70
3.4. Укрупненный расчет себестоимости готовой продукции 72
3.5. Окупаемость капитальных вложений 73
3.6. Рекомендации по строительству цеха 73
ГЛАВА 4. Экономические аспекты глубокой переработки топинамбура 79
4.1. Фруктоза 80
4.2. Этиловый спирт 87
4.3. Инулин 97
4.4. Надземная часть топинамбура 101
4.4.1. Фруктозный сироп из стеблей топинамбура 101
4.4.2. Продукция технического
назначения 103
ГЛАВА 5. Экономические возможности топинамбура в экологическом аспекте 110
Общие выводы 123
Список литературы 131
- Экономические аспекты возделывания топинамбура
- Рекомендации по технологии и комплексу машин для возделывания; и уборки топинамбура
- Технология и набор машин для производства порошка из клубней топинамбура
- Надземная часть топинамбура
Введение к работе
Топинамбур (земляная груша) является одной из самых высокоурожайных зеленных культур.
Топинамбур по внешним признакам надземной части напоминает подсолнечник, но кроме зеленой массы он дает еще урожай клубней.
Гибрид топинамбура с подсолнечником называют Топинсолнечником.
Многолетними опытами установлено, что топинамбур может быть отнесен к культуре многоцелевого использования, в том числе в качестве корма для всех видов сельскохозяйственных животных и птицы, из него можно получать фруктозныи сахар, спирт, широкий ассортимент продуктов высокой биологической ценности, лечебные и медицинские препараты, инулин, продукцию технического назначения и др.
Установлено также, что топинамбур не боится жары и холода, мало прихотлив к почве, требует минимального ухода, почти не подвержен болезням, дает высокие урожаи зеленой массы и клубней, поэтому возделывать его экономически выгодно.
В последнее десятилетие топинамбур начинают возделывать практически во всех регионах России. Однако, до настоящего времени пока нет разработанной и утвержденной технологии и комплекса машин для ее осуществления и, как следствие, нет экономических расчетов механизированного возделывания и уборки топинамбура.
В связи с трудностями хранения клубней топинамбура их необходимо переводить в полуфабрикат (сушеную продукцию), который можно было бы затем перерабатывать в другую продукцию. Рекомендаций по цехам для переработки топинамбура также пока нет, а следовательно нет и экономических расчетов таких предприятий.
Целью работы является экономический расчет рекомендуемых технологий и машин для возделывания и переработки топинамбура.
В связи с изложенным выше, задачами работы являются:
- оценка экономической целесообразности возделывания и переработки топинамбура;
- разработка рекомендаций по технологии и комплексу машин для возделывания и уборки топинамбура с экономическим расчетом сроков окупаемости предлагаемых машин;
- разработка рекомендаций по набору машин для переработки клубней топинамбура на порошок с экономическим расчетом срока окупаемости капитальных вложений, чистой прибыли и уровня рентабельности;
- экономическая оценка переработки клубней топинамбура на фруктозу и спирт с определением срока окупаемости капитальных вложений, чистой прибыли и уровня рентабельности.
Работа выполнена в научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина ОАО "ВИСХОМ" в период 1993-1996 г.г.
Экспериментальная проверка рекомендаций проведена в хозяйствах Кировской, Тульской и Астраханской областей.
В связи с отсутствием специализированного комплекса машин для возделывания топинамбура, а также действующих цехов по переработке топинамбура, применить, действующие методики экономической оценки предлагаемых новых машин и комплексов, построенные на сравнении новой техники со старой, не представляется возможным. Поэтому для определения экономической эффективности предлагаемых машин для возделывания и переработки топинамбура использован метод определения не относительного экономического эффекта путем сопоставления приведенных затрат сравниваемых вариантов техники, а метод расчета абсолютного экономического эффекта, полученного от сопоставления полных затрат хозяйства с полученным результатом в виде ожидаемой выручки от реализации произведенной продукции. Иначе говоря, критерием эффективности становится прибыль, получаемая от техники, уровень рентабельности и срок окупаемости капитальных вложений.
Экономические аспекты возделывания топинамбура
Экономическую целесообразность возделывания топинамбура оценивают наличием в составе зеленой массы и клубнях ценных питательных веществ, перевод которых в кормовые единицы и другую продукцию позволяет составить определенное представление о ценности данной культуры.
Ценность топинамбура показана в изложенном ниже материале.
Одним из важных показателей является химический состав клубней (Таблица 5) и зеленой массы (Таблица 6) топинамбура.
Из таблицы 5 видно, что по своей кормовой ценности клубни топинамбура значительно превосходят кормовые корнеплоды и близки в этом отношении к клубням картофеля. В отличие от картофеля клубни топинамбура содержат вместо крахмала инулин, который, осахариваясь, дает плодовый сахар - фруктозу.
Из таблицы 6 видно, что зеленая масса топинамбура по своей питательной ценности превосходит другие кормовые культуры.
В работе [ 22 ], с использованием других работ, подсчитано, что в 1 ц зеленой массы топинамбура содержится 22,5 корм. ед. и 1,9 кг переваримого протеина, что превосходит кукурузу в 1,5 - 1,6 раза, а по выходу корм. ед. в 1,3 раза. По сравнению с подсолнечником в зеленой массе топинамбура корм. ед. содержится в 25 раз больше.
Зеленая масса топинамбура является хорошим сырьем для силосования, так как имеет в своем составе высокое содержание сухого вещества и растворимого сахара (в стеблях и листьях - до 14 %).
Зеленую массу топинамбура можно использовать для приготовления высококачественного сена, превосходящего многие сенные культуры, уступая лишь сену из вики по содержанию перевариемого белка (Таблица 7).
Ценность клубней топинамбура многие авторы видят в том, что они содержат от 20 до 30 % сухих веществ, в которых содержатся от 15,3 до 22,7 % углеводов, коэффициент переваримости которых достигает от 75 - 80 % [ 22, 28, 119 ]. По питательной ценности клубни топинамбура, по утверждению этих авторов, стоят выше всех других корнеплодов. Так, в 1 ц клубней содержится от 25 до 30 корм. ед. и 1,5 кг переваримого протеина, что в 1,2 - 1,6 раза больше, чем в картофеле ив 1,7 - 2,5 больше, чем в кормовой свекле. А по кормовым единицам клубни топинамбура превышают кормовую свеклу в 2,6 -2,7 раза, приближаясь по питательности к картофелю.
В последние годы открыто новое свойство зеленой массы топинамбура -получение кормовых дрожжей на гидролизате листьев и стеблей, что позволило продвинуться вперед в деле решения белковой проблемы. Подсчитано,
-23 что при урожае зеленой массы топинамбура в пределах 50 - 60 т/га и клубней в пределах 20 - 25 т/га, с I га можно получить 19 - 20 т дрожжевого белка. Это значительно превосходит то количество белка, которое может дать с 1 га, например, овес с урожайностью 2,5 т/га или клубни картофеля с урожайностью 15 т/га. С 1 га посадок топинамбура, при указанной выше урожайности, можно получить столько же дрожжевого белка сколько с 5 - 6 га овса [ 22 ].
Выводы
1. Из изложенного выше материала прослеживается главный итог:
возделывание топинамбура (земляной груши) экономически выгодно.
Топинамбур и топинсолнечник (гибрид топинамбура с подсолнечником) превосходят по экономическому эффекту многие традиционные кормовые культуры. Урожайность их в 1,5 - 3,5 раза выше, чем у кукурузы, клевера и корнеплодов, затраты труда на производство единицы продукции ниже в 1,5 -15 раз, поедаются всеми видами животных и дают хороший результат [ 79 ].
Топинамбур и топинсолнечник превышают кукурузу, однолетние и многолетние травы, кормовые корнеплоды и картофель по выходу корм. ед. в 2,9 - 7,9 раза и по переваримому протеину в 1,6 - 5,9 раза [79, 119].
На 1000 кг мяса свинины расходуется 274 кг клубней топинамбура, в то время как картофеля - 285 кг, зерна - 315 кг.
Откармливая свиней смесью озимой ржи, рапса и гороха получено с 1 га пастбищ 400 кг свинины, а выпасая на поле топинамбура - 840 кг.
При орошении и внесении минеральных удобрений во многих регионах бывш. СССР (Адыгея, Краснодарский край, Ростовская область, Молдавия, Узбекистан, Туркменистан и др.) получен выход зеленой массы в пределах 1000 - 1400 ц/га и дополнительно клубней до 700 ц/га. Однако, как считают многие ученые, окончательный биологический потенциал топинамбура еще не установлен. В частности, Н.М.Пасько [ 82 ] указывает, что в отдельных хозяйствах отмечен урожай клубней до 1600 ц/га, зеленой массы более 1310 ц/га (последнее наблюдается устойчиво).
2. Установлено, что топинамбур:
- является культурой многоцелевого использования; имеет высокую урожайность (зеленая масса в среднем 1000 ц/га, клубни в среднем 400 ц/га), что значительно превосходит урожаи других кормовых культур (кукуруза, подсолнечник, кормовая брюква, кормовая свекла, картофель и др.); может расти без повторной посадки на одном месте длительное время, в пределах 8 -10 лет, и давать ежегодные урожаи; почти не подвержен болезням; требует минимального ухода; не боится засухи и холода; может произрастать на любых почвах, кроме сильно заболоченных и солонцовых; может зимовать в поле в почве, при этом клубни выдерживают минусовую температуру в 30 -40 С, не теряя товарного вида и всхожести; может убираться дважды - осенью и весной; имеет высокую кормовую ценность, превышая по количеству корм. ед. все известные кормовые культуры.
3. Хозяйственное значение топинамбура (земляной груши) велико.
Кроме корма для животных, из клубней и биомассы топинамбура можно приготовить самую разнообразную продукцию пищевого, медицинского и технического назначения.
Так, из клубней топинамбура, в зависимости от урожайности и сорта, можно получить с 1 га от 4 до 12 т. фруктозного сахара от 3 до 7 т. этилового спирта, соответственно из зеленой массы (биомассы) от 2 до 7 т. сахара от 3 до 4 т. этилового спирта.
С 1 га плантаций топинамбура из зеленой массы можно получить от 20 до 30 т корм, ед., в т.ч. от 1,3 до 1,7 т переваримого протеина, что в 1,2 - 1,6 раза больше, чем в картофеле ив 1,7 - 2,5 раза больше, чем в кормовой свекле.
Сено из зеленой массы топинамбура превосходит по относительной полноценности (82 %) тимофеевку (64 %), красный клевер (70 %), люцерну (57 %) и вику (66 %).
С 1 га зеленой массы топинамбура можно получить 19 - 20 т дрожжевого белка, что значительно превосходит то количество белка, которое может дать овес или картофель. С 1 га плантаций топинамбура можно получить столько дрожжевого белка, сколько с 5-6 га овса при его урожайности 25 ц/га.
Диапазон использования топинамбура (земляной груши) показывает его большое народнохозяйственное значение при значительной экономической выгоде.
Рекомендации по технологии и комплексу машин для возделывания; и уборки топинамбура
Из раздела 2.1. видно, что до настоящего времени нет полного представления по технологии возделывания топинамбура и соответственно нет научно-обоснованного комплекса машин для этих целей. Поэтому нами, с учетом всех изученных материалов, предложена технология и минимально необходимый, но достаточный, комплекс машин для возделывания и уборки топинамбура в средней полосе РФ с установлением сроков окупаемости, чистой прибыли и уровня рентабельности.
Предварительно были изучены некоторые работы, отражающие механизацию и экономическую эффективность кормопроизводства в различных условиях, цены на машины, удобрения и овощи, нормативно-справочные материалы, стандарты на методы оценки сельскохозяйственной техники, рыночные цены, взгляды ученых на межотраслевые цены и др. К этим работам относятся [ 1, 2, 7, 8, 9, 14 - 16, 19, 20, 32, 35, 39, 44, 47 - 49, 51 - 53, 56, 62, 63, 65, 69, 71, 75, 78, 81 - 84, 89, 90, 92, 97, 99, 101, 104 - 106, 109 - 111, 114, 115, 118,119,120].
Изученные первоисточники показали, что почти каждый регион имеет свои особенности возделывания топинамбура, начиная от глубины обработки почвы, содержания поля (обычная вспашка, гряды, гребни и т.п.) и заканчивая способами уборки зеленой массы (летом, осенью) и клубней (осенью, весной, скармливание свиньям на корню и т.д.).
Вся территория бывш. СССР была разделена на 20 почвенно-климати-ческих зон. После распада СССР зоны 11-19 отошли в страны СНГ (это зоны Украины, Приднестровья, Закавказья, Средней Азии, Казахстана, Белоруссии, Молдавии). Оставшиеся в России зоны по характеристике почв делятся следующим образом:
Северно-Западный район (Зона 1) - почвы в основном подзолистые и дерново-подзолистые разного механического состава, бедные питательными веществами, иногда засорены камнями;
Центральный район (Зона 2), Волго-Вятский район (Зона 3), Уральский - район (Зона 7), Западно-Сибирский район (Зона 8) и Восточно-Сибирский район (Зона 9) - почвы дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы. По механическому составу - глинистые и суглинистые, супесчаные и легкосуглинистые;
Центрально-Черноземный район (Зона 4), Поволжский район (Зона 5), Северо-Кавказский район (Зона 6) - около 80 % почв в этой зоне черноземы. По механическому составу - глинистые и суглинистые;
Дальневосточный район (зона 10) - здесь преобладают дерново-подзолистые средние и тяжелые суглинистые почвы, склонные к заплываниго и сильному уплотнению, т.е. к переувлажнению;
Крайний Север (Зона 20) - почвы тяжелые.
Для составления рекомендаций по технологии и комплексу машин по возделыванию и уборке топинамбура были проанализированы комплекс машин для возделывания картофеля [ 52 ] и комплекс машин для возделывания овощей [53].
Анализ показал, что машины общего назначения (обработка почвы, погрузка, внесение органических и минеральных удобрений, посадка) могут быть применены для возделывания топинамбура.
Вместе с тем, ряд специализированных машин, в частности: картофелеуборочные комбайны и картофелекопатели, а также силосоуборочные комбайны, в силу различных причин, указанных ниже, не полностью отвечают требованиям возделывания топинамбура.
Рядом ученых и реально существующих хозяйств, выращивающих топинамбур, доказано, что прогрессивной технологией является технология возделывания на гребнях, нарезаемых при предпосадочной подготовке почвы с одновременным локальным внесением минеральных удобрений.
Ученые УНИИМЭСХ (Украинский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства) Б.А.Козаченко, М.М. Шумило, А.Ф.Завгородний и В.С.Кусайко доказали, что возделывание топинамбура на гребнях дает возможность более эффективно использовать минеральные удобрения, гребни размечают поле и позволяют производить посадку без маркеров, что увеличивает производительность посадочных агрегатов и облегчает уборку клубней [ 49 ]. Для этих целей может с успехом применяться несколько усовершенствованный Универсальный навесной грядоделатель УГН - 4К, одновременно нарезающий 4 борозды и образующий 3 гряды.
Наиболее трудоемкой технологической операцией привозделывании топинамбура является уборка клубней. По данным многих ученых, в т.ч. [ 49 ] доказано, что на уборку клубней топинамбура расходуется от 60 до 70 % всех затрат труда при возделывании топинамбура.
Авторы работы [ 49 ] установили, за 3 года непрерывных опытов (1989 -.1991 г.г.), что картофелеуборочные комбайны "не разделывают корневую систему топинамбура, в которой находятся клубни, и около 45 % их вместе с корневой системой выбрасываются на поле ботвоудаляющими устройствами". В связи с этим клубни приходится убирать в основном картофелекопателями с последующим их ручным подбором, на что затрачивается от 280 до 320 чел. - ч. на 1 га. В свою очередь, недостаточная сепарирующая поверхность рабочих органов копателя вызывает значительные потери (присыпание клубней землей) - от 12 до 30 %. При необходимости полного сбора урожая приходится перепахивать поле и производить повторную ручную выборку клубней.
Для улучшения качества уборки клубней картофелеуборочными комбайнами последние должны быть оборудованы специальными, довольно сложными, приставками, с помощью которых разбивается подкопанный слой с клубнями, что обеспечивает как сепарацию почвы, так и отрыв клубней от корневой системы.
Такие приставки изготовлены в некоторых регионах [ 36, 49, 94 ]?
Экономические подсчеты показали, что применение картофелеуборочных комбайнов с приставками, по сравнению с картофелекопателями, сокращает затраты труда в 6 - 7 раз и снижает потери клубней - осенью потери составляют около 3 %, весной около 2,5 % [ 49 ].
Учитывая, что картофелеуборочные комбайны ККУ - 2А, на которые монтировались приставки, практически сняты с производства, а оборудование комбайнов КПК - 2 приставками вызывает определенные сложности, исследователи [ 36, 49 ] и др., в том числе специалисты с Крайнего Севера, Северо - Запада и зарубежные специалисты, считают целесообразным создать копатель - погрузчик для уборки клубней топинамбура, который был бы намного проще картофелеуборочного комбайна, более надежен в работе, а по засоренности вороха не уступал бы картофелеуборочному комбайну.
В 1992 году ВИСХОМом разработана конструкторская документация на Копатель - погрузчик КП - 2 [ 97 ], пригодного для уборки клубней топи намбура. Копатель - погрузчик КП - 2 (Рис. 5) является переоборудованным серийным картофелекопателем КСТ - 1,4. Дополнительные узлы на копателе -погрузчике КП - 2 позволяют лучше отделять примеси от клубней и, что является его отличительной особенностью, грузить клубни в кузов транспортного средства, освобождая при этом более 50 рабочих - подборщиков клубней.
Технология и набор машин для производства порошка из клубней топинамбура
Многими отечественными и зарубежными учеными однозначно доказано, что из сушеных клубней топинамбура, в частности из порошка, можно приготовить любую продукцию такого же качества, как и из свежих клубней [ 12, 22 ].
Так, в частности В.Н.Голубев, И.В.Волкова и Х.М.Кушалаков [ 22 ] прямо указывают, что "наиболее выгодным представляется получение инулина из сухого топинамбура. Это дает возможность сгладить сезонность в работе перерабатывающего предприятия, полностью использовать высококачественное сырье". Далее авторы указывают, что количество инулина, извлекаемого из сухих клубней топинамбура (порошка), соответствует количеству инулина, выделяемого из свежих клубней. Из опыта авторов следует, что переработка сухих клубней на инулин, позволяет значительно сократить технологическую цепочку и уменьшить энергетические затраты. При этом, по мнению авторов, сушка клубней топинамбура может осуществляться различными способами.
Другие авторы пришли к таким же выводам при получении фруктозы, спирта, фруктозного сахара, фруктозного сиропа, сахаристых веществ, кофепродуктов, медицинских препаратов и др. продукции пищевого, медицинского и технического назначения.
Из этого следует, что порошок, приготовленный из клубней топинамбура, пригоден для приготовления" любой продукции, что уменьшает влияние резко выраженной сезонности его уборки на продолжительность работы перерабатывающего предприятия в течение года, а также снижает зависимость содержания фруктанов от сорта топинамбура и сроков его уборки.
Изложенное выше дает основание рекомендовать к применению технологию и набор машин для производства сушеной продукции, в частности порошка, из свежих клубней топинамбура.
Как уже было отмечено выше, клубни топинамбура плохо хранятся, поэтому они должны быть переработаны на полуфабрикат, в частности на порошок, в течение нескольких дней после уборки.
Осенний период уборки длится с середины сентября до конца октября, весенний - с конца апреля до 20 мая.
В хозяйствах, имеющих значительные площади плантаций топинамбура и цеха по переработке клубней, стараются обеспечивать перерабатывающее предприятие не более чем на 7 суток работы предприятия.
Клубни чаще всего завозят на перерабатывающее предприятие в кузовах автомобилей или тракторных прицепах навалом, иногда - в контейнерах вместимостью 350 кг, реже - в ящиках вместимостью 25 кг.
Принципиальная технологическая схема переработки клубней топинамбура на порошок приведена на рис. 10.
Эта схема рекомендована с учетом серийно выпускаемого оборудования для перерабатьгоающих отраслей АПК [ 67, 68 ]. Такая постановка вопроса позволит в кратчайшие сроки внедрить в хозяйствах цеха по переработке клубней топинамбура на порошок.
Очередность технологических операций при переработке клубней топинамбура на порошок складывается из следующих операций:
1 - Выгрузка клубней 2 - Инспекция клубней 3 - Первая мойка клубней 4 - Вторая мойка клубней 5 - Бланшировка клубней 6 - Очистка клубней от кожицы 7 - Резка клубней на дольки 8 - Сушка резаных клубней 9 - Измельчение резаных высушенных клубней на порошок Каждая технологическая операция и машина для ее выполнения подвергнута определенному обсуждению и обоснованию. 1 - Выгрузка клубней Выгрузка клубней на инспекционный транспортер зависит от способа их доставки на предприятие для переработки.
Если клубни завезены в кузовах транспортных средств и выгружены навалом, то последующая их погрузка осуществляется, как правило, с помощью электрифицированных погрузчиков, оборудованных ковшом, специальной лопатой или вилами с небольшим зазором между пальцами.
В случае поступления клубней в цех в контейнерах их последовательно загружают вильчатыми погрузчиками на специальное опрокидывающее устройство, смонтированное у приемной части инспекционного транспортера, которым затем, наклоняя контейнер с клубнями, высыпают их на инспекционный транспортер.
При завозе клубней в цех в ящиках вместимостью 25 кг, последние чаще всего опорожняют на инспекционный транспортер вручную. Однако в настоящее время на многих перерабатывающих картофель, овощи и фрукты заводах смонтированы специальные опрокидыватели ящичных поддонов типа А9-КР2-Ж.
-65 В нашем случае предусмотрен специальный опрокидыватель контейнеров. Однако это не значит, что не может быть осуществлен любой другой способ выгрузки клубней на инспекционный транспортер.
2 - Инспекция клубней
Инспекция клубней ставит целые выбрать вручную из поступившей на инспекционный транспортер массы гнилые и высохшие клубни, камни, солому, стебли и другие посторонние твердые предметы.
Для этих целей предназначены роликовые и ленточные инспекционные транспортеры.
Предпочтение следует отдавать роликовым инспекционным транспортерам, так как в зазоры между роликами просыпается имеющаяся в поступившей массе земля, а также благодаря вращению клубней на роликах увеличивается их обзорность, что приводит к лучшей выборке нестандартных клубней.
Нами для этих целей рекомендован наиболее простой, надежный и серийно-выпускаемый Транспортер инспекционный роликовый КТО. Безусловно, что это не единственно возможный вариант инспекционного устройства клубней. Вместо транспортера КТО можно применять альтернативные роликовые транспортеры А9-ККТ.1, 10.07-012 и др., а также ленточные транспортеры Т1-КИ2Т, А9-ККТ.2, А9-КТФ и др.
Мойка клубней
Мойка клубней является обязательной и наиболее ответственной операцией в технологическом цикле переработки клубней на порошок. В России имеются линии где осуществляется однократная, двукратная и даже трехкратная мойка клубней.
Обычно однократную мойку допускают только тогда, когда клубни предназначены для скармливания животным.
При переработке клубней на порошок рекомендуется двукратная мойка, а в отдельных случаях предусматривают трехкратную мойку, особенно когда в линии не предусмотрена бланшировка клубней с очисткой их от кожицы в специальной машине.
Надземная часть топинамбура
Как следует из изложенных выше материалов, наибольшее количество инулина (сахара) находится в стеблях, используя которые можно получать фруктозный сироп.
- 102 В настоящее время наиболее интенсивные разработки по выделению фруктозного сиропа из стеблей топинамбура ведутся в Сибири (Иркутск, Новосибирск, Омск). Научно-внедренческая Ассоциация "Топинамбур" разработала и провела широкую апробацию технологии и машин для выделения фруктозного сиропа из стеблей топинамбура. Суть ее заключается в следующем.
Уборка зеленой массы производится в октябре - ноябре и позднее, когда в Сибири устанавливается минусовая температура воздуха, подмерзает почва и ложится снежный покров. Осуществляется уборка с помощью косилки - измельчителя КИР-1,5, в которой вместо сплошного кожуха направляющей трубы устанавливают решетку, через нее снег, поступающий вместе с зеленой массой, выбрасывается наружу. Зимняя уборка зеленой массы, вернее голых стеблей, обеспечивает необязательность одной технологической операции - отделению листьев от стеблей, которые уже осыпались и не нужны для приготовления фруктозного сиропа. Однако, когда уборка зеленой массы осуществляется при наличии листьев на стеблях - листья удаляют.
Технология получения фруктозного сиропа из стеблей топинамбура складывается из указанных ниже операций.
1. Уборка зеленой массы.
2. Отделение листьев (на корм животным).
3. Хранение стеблей.
4. Мойка стеблей.
5. Дробление стеблей.
6. Экстрагирование (получение сока - сырца).
7. Фильтрование.
8. Упаривание.
9. Использование.
Некоторые особенности предложенной технологии указаны ниже. Уборка - описана выше.
Отделение листьев - с помощью зернопульта или машины "Волгарь". Хранение стеблей - в бункерах - накопителях. Мойка стеблей - осуществляется холодной или подогретой до 35 - 36 С водой. Допускается дождевание или метод окунания стеблей в воду. Дробление стеблей - с помощью дробилок типа ДБ-5. Требование чем мельче размер частиц, тем лучше. Экстрагирование - специальный экстрактор-пресс производительностью 200 кг сока - сырца в час. С подачей в экстрактор горячей воды температурой до 85 - 90 о С.
Фильтрование - существующими серийными фильтрами для пищевой промышленности на тканевой, синтетической и древесной основе.
Упаривание - с помощью вакуум - аппаратов.
В последней операции главным критерием является содержание сухих веществ (СВ) в сиропе. При однократном упаривании (по терминологии других, почти всех авторов, эта операция называется "Выпаривание") содержание СВ может быть достигнуто в пределах СВ = 60 - 65 %. При желании получить больше СВ сироп охлаждают примерно до 22 С, проводят повторное упаривание с получением СВ = 85 %. «
При содержании в сиропе сухих веществ в пределах 60 - 65 %, тем более 85 %, он может храниться длительное время в обычных складских помещениях или домашних условиях и расходоваться по мере надобности.
Экономический эффект (теоретический) от использования фруктоз-ного сиропа может быть подсчитан следующим образом.
Предполагаем выход фруктозного сиропа 10 % от массы стеблей. На 1 га принимаем урожайность клубней равной 500 ц/га (см. обоснование в табл. 21). Оптовую цену 1 кг сиропа принимаем равной 15000 руб./кг (см. табл. 19). Исходя из этого, с I га получаем 5000 кг сиропа, а ожидаемый доход составит около 52„млн. руб., рассчитанный по-изло-женному выше бюджетному (финансовому) методу. Как уже было отмечено в главах 1 и 3, глубокая переработка топинамбура, в том числе зеленой массы, получает все большее распространение.
При этом из зеленой массы (из биомассы) в дальнем зарубежье стремятся, наряду с получением фруктозы, производить биогаз, этиловый спирт (этанол), метиловый спирт (метанол, моторный спирт), т.е. ту продукцию, которая может заменить полностью природный газ или частичными добавками существующий ныне бензин превратить в бензин с высокооктановым числом, хорошо сгорающим в двигателях внутреннего сгорания без выброса в атмосферу вредных газов.
Подобная работа, которая дает к настоящему времени поразительные положительные результаты, позволила характеризовать топинамбур как важнейшую биоэнергетическую культуру XXI века [ 22, 59 ].
Придавая большое значение топинамбуру, как культуре, несущей в себе огромный потенциал, в 1985 г. состоялся Первый международный конгресс по топинамбуру, проходивший в Южной Корее, с участием Англии, Канады, США, Франции, Югославии и других стран, на котором "биомасса топинамбура признана как один из многообещающих видов энергоресурсов" [ 79 ], которая вырабатывает в своих тканях углеводороды, последующая переработка которых в спирт (этанол) позволяет использовать его в качестве заменителей нефти, угля и газа.
Во Франции, Бразилии, Мали, США, Корее, наряду с использованием биомассы на корм животным, серьезно рассматривают ее как дешевый источник горючего.
Широкими опытами в этих странах, с последующим внедрением в практику, доказано, что использование в двигателях внутреннего сгорания смеси этилового спирта (этанола) и бензина (смесь бензина с добавкой 12,5 % этанола) обеспечивает следующие преимущества:
- отпадает необходимость доработки автомобильных моторов, как это имеет место при переходе с одного сорта бензина на другой;
- спирт, смешанный с бензином, увеличивает калорийность топлива и уменьшает выделение теплоты (моторы меньше греются);
- антидетонаторные и антинагарные свойства спирта таковы, что смесь его с бензином в пропорциях 10 - 15 % позволяет не применять тет-раэтиловый свинец, общеизвестный (и крайне вредный для здоровья человека) загрязнитель выхлопных газов;
- при одной и той же степени сжатия двигатели, работающие на смеси бензина со спиртом, функционируют значительно лучше, чем работающие на чистом бензине;
- работа двигателей на смеси бензина со спиртом обеспечивает
меньший расход топлива при одновременном увеличении мощности.
Наибольшее внимание во всех странах, занимающихся возделыванием топинамбура, использованию зеленой массы в переработанном виде придают, в частности, в США.
В США из каждой тонны зеленой массы влажностью до 16 % (перед переработкой ее подвяливают в естественных условиях или подсушивают в щадящих условиях) получают 83,2 литра спирта.
Как установлено в США, в сухой массе растений топинамбура содержится до 17 % протеина с хорошим аминокислотным составом. В связи с этим в США считают, что из сухой биомассы топинамбура экономически выгодно производить травяную муку. Для круглогодичной работы среднего по мощности завода по производству травяной муки требуются посевы топинамбура площадью 1200 га, а для функционирования спиртового завода мощностью 190 млн. л. в год - 4000 га [ 79 ].
Специалисты Шведского университета сельскохозяйственных наук (г. Уппсала) изучали возможность получения биогаза из биомассы топинамбура [ 133 ].
Работа по получению биогаза (газообразное топливо) выполнялась следующим образом.
В качестве исходного продукта использовали как свежую, так и засилосованную массу. Исходный субстракт хранили при температуре минус 20 С. Перед началом анаэробного разложения субстрата к нему добавляли водопроводную воду в пределах 11 - 14%. Гидролиз проводился при температуре 37 С.
При периодическом процессе гидролиза добавление субстрата (200 г органических веществ) в 3-х литровый ферментер проводился через каждые 3-4 недели. Непрерывный гидролиз осуществляли в реакторе с мешалкой вместимостью 10 л. Все ферменты инокулировали разложившимся навозом из биореактора для гидролиза. В процессе гидролиза определялся целый ряд показателей, в т.ч. содержание газа с помощью газового хроматографа.
Анаэробный гидролиз показал, что из свежей и засилосованной биомассы топинамбура можно получить от 480 до 680 л биогаза на 1 кг органического материала. При этом содержание метана в газе составляло от 52 до 55 %. Выход газа был примерно равным как при использовании свежей, так и засилосованной массы. Отсюда сделан важный вывод, что хранение биомассы в виде силоса вполне возможно и более выгодно.
Шведские ученые подсчитали, что экономически целесообразно осуществлять комплексную переработку топинамбура только при площади плантации не менее 75 га. В этом случае из биомассы можно лолу-чить биогаз в количестве, достаточным для обогрева теплиц в садовом хозяйстве средних размеров или для обогрева, и других нужд, фабрики небольшой мощности.
