Дисер по обезвоживанию (Расчет режимов обезвоживания клубники)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Среди различных способов консервирования ольшое внимание уделяется процессам обезвоживания пищевого сырья с ^пользованием холода, позволяющим организовать производство высокока-ественных концентрированных и порошкообразных продуктов: фруктовых и мощных соков, чая, кофе, ферментных препаратов, молочной и подсырной :ыворотки, желчи, пива, виноматериалов и т.д.

Анализ современных представлений о процессах обезвоживания лицевых продуктов показал, что производство быстрорастворимых порошков при вакуум-выпаривании, распылительной сушке, ультрафильтрации, сопровождается потерей низкомолекулярных легкокипящих компонентов и термо-жислительной трансформацией. Одним из перспективных направлений, позволяющим повысить качество порошков и в максимальной степени сохранить эиологически активные вещества и органолептические свойства сырья, является способ комбинированного удаления влаги из жидких пищевых продуктов путем криоконцентрирования и вакуум-сублимационной сушки.

Способ позволяет в 2—2.5 раза сократить общие затраты на произвол--сгво при одновременном повышении производительности оборудования.

Несмотря на хорошо известные преимущества низкотемпературного обезвоживания, массовое производство сублимированных продуктов сдерживается по ряду причин, в числе которых— отсутствие высокоэффективных технологий.

Теоретическому и практическому обоснованию этого направления, исследованию механизма и закономерности при обезвоживании жидких пищевых продуктов, созданию новых технологий, разработке и совершенствованию технических средств для их реализации посвящена эта работа, выполненная в 1975...1995Г.г.

Настоящим исследованиям предшествовали научные изыскания ведущих ученых: ЛА.Бантыш, А.М.Бражникова, А.З.Волынца, В.А.Воскобойникова, Н.И.Гельперина, А.С.Гинзбурга, Э.И.Гуйго, А.А.Гухмана, Э.И.Каухчешвили, Б.П.Камовникова, А.В.Малюсова, В.Т.Плотникова и др.

Цель работы. Развитие научных основ и создание прогрессивных технологий и оборудования для низкотемпературного обезвоживания жидких пищевых продуктов.

Задачи исследований. Согласно поставленной цели необходимо:

— обосновать направления разработки и совершенствования проце сов и технологий низкотемпературного обезвоживания;

— раскрыть механизм теплофизических процессов, протекающих пр концентрировании в области низких температур;

— обосновать способ криоконцентрирования, сочетающими достой! ства направленной кристаллизации и тепломассопереноса в стекающей плe^ ке;

— раскрыть закономерности переноса на границе раздела фаз ле/ концентрат и установить влияние теплофизических, массообменных характе ристик, гидродинамических условий на эффективность концентрирования;

— изучить закономерности вакуум-сублимационной сушки высококон центрированных жидкостей и обосновать перспективность комбинированной обезвоживания.

Научная концепция. В основу научного решения проблемы созданы: конкурентноспособной пищевой продукции положен системный подход к раз работке прогрессивных технологий путем раскрытия закономерностей низко температурного обезвоживания жидких пищевых продуктов.

Научная новизна. На основании анализа физических принципов крио-технологии и достижений в химической технологии, нами обоснованы и предложены новые, более эффективные способы, базирующиеся на молекулярно-кинетической теории затвердевания расплавов и растворов.

Новизна их заключается в том, что вымораживание воды до толщины слоя льда ~ 10мм происходит направленной кристаллизацией на охлаждаемых поверхностях из стекающей пленки при турбулентных режимах (Яе > 2000). Сокращение общей поверхности твердой фазы, контактирующей с концентратом позволило резко уменьшить потери компонентов раствора за счет адсорбции и "физического" захвата концентрата.

Выявлены закономерности процессов, условия переноса на границе раздела фаз лед-концентрат, влияние скорости кристаллизации и коэффициента диффузии на эффективность процесса. Исходя из этого обоснованы способы интенсификации, подтвержденные экспериментальными исследованиями.

Установлено, что способ фракционирования кристаллизацией при определенных режимах позволяет регулировать содержание того или иного ком-

тента в твердой фазе и концентрате, получая, таким образом, продукт с за-жными функциональными свойствами. Это создает предпосылки для разра-' нки перспективных низкотемпературных технологий получения альбумино-,1х и глобулиновых фракций из водных растворов, ферментов, гормонов; мск-очить необратимую локальную денатурацию белка на теплообменных повер-юстях выпарных аппаратах и т.д.

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что за ^т комбинированного обезвоживания жидких пищевых продуктов криокон-ентрированием и сублимацией, можно существенно сократить общие затра->1 на производство (в 2—2.5 раза) и одновременно повысить качество быст-орастворимых порошкообразных продуктов.

Научно обоснованы пути интенсификации внешнего и внутреннего зпломассопереноса при циклическом изменении давления парогазовой сре-ы в сублимационной камере в периоде падающей скорости сушки.

Установлен и обоснован диапазон концентрации жидкостей, при кото-ом удельная объемная производительность оборудования становится макси-шльной; показано, как влияет повышение содержания растворимых веществ а теплопроводность высохшего слоя и его паропроницаемость в вакууме.

Практическая значимость работы и реализация научных результатов, 'азработанэ технология криоконцентрировзния жидких пищевых продуктов (астительного и животного происхождения.

Получены аналитические зависимости для расчета скорости кристал-(изации в жидкостях и потерь водорастворимых веществ при их сгущении, а акже продолжительности замораживания.

Разработана технология низкотемпературного обезвоживания, позво-(яющая сохранить биологическиактивные вещества и низкомолекулярные лег-:окипящие. компоненты. По этой технологии получены быстрорастворимый )зй, натуральный пищевой краситель из свекольного сока, молочная сыворот-:а, порошкообразный цикорий.

Результаты исследований использованы при разработке новой техно-югии получения виноградного меда из концентрата виноградного сока при -тзких температурах, позволяющей сохранить в неизменном виде вещества полифенольного комплекса (катехины, флавонолы и др.), сохранить которые при других режимах не представляется возможным.

Консервирование женского молока открывает большие возможно для создания региональных банков грудного молока и новых видов детског диетического питания. По разработанной нами технологии и режимам вы ботана опытная партия сухого женского мопока и проведена его апробаци одной из клиник г. Киева.

Разработана технология комплексного извлечения ценных компон тов при переработке термочувствительного растительного и лекарственш сырья с использованием жидкой двуокиси углерода.

Обоснованы приоритетные области применения разработанной тех! логии, предложены пути интенсификации криоконцентрирования, замора» вания, сублимационной сушки и повышения эффективности работы обору; вания.

Разработаны исходные требования, технические задания, проектн конструкторская документация на ряд экспериментальных и опытно-промы ленных установок для крмоконцентрирования и модификацию вакуум-сублик ционных камер.

Разработанные способы низкотемпературного обезвоживания прош. промышленную апробацию и внедрены на Детчинском экспериментальнс комбинате.

На основании обобщения теоретических и экспериментальных да ных, полученной новой информации о факторах, влияющих на обезвоживам жидких пищевых продуктов (коэффициенты диффузии, теплопроводности, п ропроницаемости, диапазона концентрирования и др.) обоснованы направл ния дальнейшего совершенствования предлагаемой технологии.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результат исследований докладывались и обсуждались на 6-й Всесоюзной научно-те: нической конференции по вакуумной технике, Казань, 1976г.; секциях ГКН СМ СССР "Разработка методов сублимационного и криогенного консервирс вания пищевых продуктов и биологических материалов", Москва, 197" 1978г.г„ Семипалатинск, 1983г.: Всесоюзной конференции по холоду, Tau кент, 1977г.; Международных конгрессах по холоду, Венеция, 1979г., Ларин 1983г.; Республиканской научно-технической конференции, Бухара, 1982г.;

ой Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка процессов клучения комбинированных продуктов питания, Москва, 1984г.; 1-ой Всесо-зной научно-технической конференции "Разработка процессов получения 1мбинированных мясопродуктов", Москва, 1982г.; 2-ой Всесоюзной конфе-. ¡нции "Механизмы криоповреждения и криозащиты биологических объек-1в". Харьков, 1984г.; 2-ой Всесоюзной конференции "Новые источники пневого белка", Тбилиси, 1986г.; Всесоюзном совещании "Синтез и примене-ле пищевых добавок", Могилев, 1985г.; Всесоюзной научно-практической энференции "Искусственный холод в отраслях АПК", Кишинев, 1987г.; Меж-ународной конференции "Научно-технический прогресс в перерабатываю-1их отраслях АПК", Москва, 1995г.; 1-ом Международном симпозиуме "Но-ые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использова-ия", Пущина, 1995г.; Научно-георетичесшх конференцияхРАСХН, Углич. 995г„ 1996г.; IV Международном симпозиуме "Экология человека: пищевые эхнологии и продукты", г.Видное, 1995г.

. Публикации, использованные для доклада. 83 научные публикации, в-.ч, 17 авторских свидетельств, 4 положительных решения на выдачу патентов, правочник по оборудованию пищеконцентраткого производства, 2 монограмм.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' 1. Обоснование направления исследований

Проблема повышения качества пищевых продуктов имеет важное остальное • значение. Ее решение непосредственно связано с совершенствованием методов консервирования жидкостей растительного и животного )роисхождения — растворов с содержанием водорастворимых веществ от 5 ;о 30%. Удаление части воды из них позволяет уменьшить объем жидкости У1я хранения и снизить стоимость транспортировки, сконцентрировать рзс-вор перед его полной дегидратацией, получить опресненную воду из мор-;кой. предотвратить жизнедеятельность микроорганизмов, замедлить неже-

желательные биохимические реакции, приводящие к снижению качества п дукта.

Применяемые способы получения жидких продуктов с высоким сод жанием водорастворимых веществ при повышенных температурах, привод? значительным потерям летучих компонентов и к интенсивной коррозии ап ратуры. Обезвоживание с применением холода осуществляется при низ: температурах с минимальными потерями аромата, вкуса, цвета и с меньши тепловыми потерями.

Проведенные нами систематизация и анализ способов повышеь концентрации жидких пищевых продуктов, содержащих биологически акт1 ные или летучие ароматические компоненты [ 17, 39, 54, 63, 78], выявили т способа, которые в настоящее время находят применение в отечественной зарубежной практике консервирования жидких пищевых продуктов:

— выпаривание с улавливанием ароматических веществ;

— баромембранная технология;

— криоконцентрирование.

Удаление влаги выпариванием является простым и в определенных } ловиях экономичным способом, нашедшим широкое применение при конце трировании различных жидкостей. Однако, даже при оптимальных режим; продукты, получаемые при термическом сгущении, существенно отличают от исходных. Это вызвано влиянием температурного фактора на термолаби; ные компоненты растворов растительного и животного происхождения, ч привадит к карамелиззции Сахаров, образованию меланоидинов темного цв та, окислению. Кроме того, если компоненты с относительной летучесть близкой к единице участвуют в формировании аромата, то сохранить их и пользуя этот метод, не представляется возможным и следует применять др гие способы сгущения.

Нами было показано [39,40], что при концентрировании белковосоде жащих растворов и фракционировании альбуминовых, жировых и глобулин вых фракций из водных растворов с 2....4% сухих веществ, при высоких темп

атурэх возможна необратимая локальная денатурация белка на теплообмен-ой поверхности выпарного аппарата, что отрицательно сказывается на функ-иональных свойствах концентрата.