Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одним из основных направлений в пищевой промышленности является изготовление продуктов повышенной пищевой и биологической ценности, обогащенных определенным функциональным компонентом (белком, жирами, витаминами и т. д.).
Мировой фонд продовольственного белка формируется преимущественно за счет возобновляемых ресурсов растительного происхождения. В структуре белкового фонда доминируют белки злаковых, причем доля белков бобовых культур составляет около 1/3 суммарного мирового производства растительного белка. Однако, видовой арсенал бобовых еще недостаточно полно используется для решения практических задач продовольственной проблемы. В этом аспекте определенный интерес представляют такие бобовые культуры, как: люпин, фасоль, чечевица, нут и др. Стратегия использования новых видов бобовых культур учитывает следующие приоритеты: обеспечение пищевой безопасности страны; рационализацию кормопроизводства; создание экологически устойчивого сельского хозяйства; развитие новых пищевых технологий.
За счет питательной ценности бобовые признаны частью «здорового питания» и стоят на одном из ведущих мест в развитии пищевых технологий, которые обеспечивают более полную и глубинную переработку сырья и регулируют химический состав по критериям пищевой и биологической ценности. Сейчас уже неоспоримо, что в ближайшем будущем рацион человечества будет совершенствоваться за счет более широкого использования продуктов, богатых растительным белком. Возможность регулирования состава продуктов в сторону увеличения содержания белков, витаминов или минеральных веществ играет важную роль в профилактике многих заболеваний человека. Обработка растительного сырья термопластической экструзией обеспечивает большой объем и разнообразие производимой продукции и высокий экономический эффект, обусловленный, прежде всего, тем, что один экструдер может заменить целый комплекс машин и механизмов, необходимых для производства продуктов. Его использование позволяет сделать процесс непрерывным, легко контролируемым, универсальным по видам перерабатываемого сырья и готовых продуктов.
Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры
процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) ВГТА на 2006-2010 гг. «Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов и аппаратов в химической и пищевой технологиях» (№ гос. регистрации 0120.0 603139).
Цель и задачи диссертационной работы: разработка и научное обоснование способа производства экструдированных текстура-тов в экструдерах с динамической матрицей; создание на основе разработанного способа оригинальных конструкций формующих устройств.
В соответствии с целью решались следующие задачи:
научное обоснование выбора рецептурного состава смеси для производства сбалансированных экструдированных текстуратов;
исследование основных закономерностей процесса экструзии бобовой смеси методом динамического формования;
выбор гранулометрического состава смеси и рациональных параметров экструзионного процесса получения экструдированных текстуратов динамическим формованием;
проведение комплексной оценки качества экструдированных текстуратов;
математическое моделирование течения расплава биополимера в динамической матрице экструдера;
разработка новых конструкций формующих устройств и способов производства экструдированных текстуратов;
проведение энергетической оценки термодинамической эффективности разработанной линии посредством эксергетического анализа;
разработка технологии производства белково-витаминных концентратов;
проведение промышленной апробации и производственных испытаний предлагаемых разработок.
Научная новизна. На основании проведенных исследований, обобщения и анализа разработан способ производства экструдированных текстуратов динамическим формованием. Изучено влияние условий экструдирования пищевой смеси и формования текстурата на закономерности протекания процесса, что позволило научно обосновать режимы процесса экструзии методом динамического формования.
Проведены исследования влияния гранулометрического состава
бобовой смеси на качество получаемого продукта, в результате которых определена оптимальная область размеров частиц, позволяющая получать продукт с наилучшими показателями качества
Методом дифференциально-термического анализа определены формы связи влаги с обрабатываемым материалом и условия терморазложения компонентов бобовой смеси люпина, фасоли и чечевицы, что позволило выявить допустимый диапазон температур нагрева продукта и обосновать выбор оптимальной температуры.
Выявлены закономерности изменения основных технологических параметров в зависимости от влажности исходной смеси, частоты вращения дорна, величины зазора между конусом и дорном.
Разработана математическая модель, описывающая течение расплава биополимера в канале динамической матрицы экструдера. В результате были определены изменения скоростей и давления по длине формующей части.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2389346,2390412,2409994,2411988,2412052.
Практическая ценность. Разработан способ получения экс-трудированных текстуратов с функциональными технологическими свойствами на примере смеси люпина, фасоли и чечевицы. Определены рациональные параметры процесса переработки исследуемой пищевой смеси динамическим формованием. Получен экструдиро-ванный текстурат, обладающий высокой пищевой ценностью.
Разработана новая технология получения белково-витаминных добавок для поросят мясных пород. На основе экспериментальных исследований разработана техническая документация: ТУ 9759-087-02068108-2011 «Белково-витаминные концентраты для поросят мясных пород».
Разработаны оригинальные конструкции формующих устройств экструдеров для получения экструдированных текстуратов, а также линия получения экструдированных продуктов.
Расчетная экономическая эффективность промышленного внедрения предлагаемой конструкции динамической матрицы экструдера составляет 579 948 рУгод.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (2009-2010 гг.), Тамбове (2010 г.), Одессе (2010 г.), Москве (2010 г.), Казани (2010 г.), Махач-
кале (2010 г.), Челябинске (2010 г.), Звенигороде (2009 г.), Санкт-Петербурге (2009 г.), Воронеже (2010 г.).
Результаты работы демонстрировались на следующих выставках: 25-й Международной выставке «ПРОДТОРГ-2008» (Воронеж, 26-28.11.2008 г.); Воронежских агропромышленных форумах (Воронеж, 28-30.10.2009 г. и 10-12.11.2010 г.); Межрегиональном конгрессе «АГРОПРОМ - 2010» (Воронеж, 26-27.05.2010 г.) и награждены дипломами.
Соискатель является лауреатом следующих конкурсов: «Золотой лев» (2010 г, Воронеж); регионального конкурса молодежных авторских социально-экономических проектов (2010 г, Воронеж); IV Всероссийского конкурса «УМНИК-2010» (2010 г, Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 5 статей в ведущих научных рецензируемых журналах и 5 патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок и 20 таблиц. Список литературы включает 130 наименований, в том числе 17 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 80 страницах.
