Введение к работе
Актуальность проблемы. Дефицит белка, особенно белка животного про-сождения, ощущается практически во всех странах мира. Продовольственная іависимость России требует развития перерабатывающих отраслей агропро-шленного комплекса на основе совершенствования существующих и созда-1 новых экологически безопасных технологий и оборудования, способного гспечить глубокую, по возможности безотходную, переработку белоксодер-цего сырья. Рыночные отношения требуют разработки высокоэффективных іцессов и создания конкурентоспособного оборудования для небольших пе->абатывающих хозяйств, производящих качественные продукты питания. Од-я из методов, позволяющих решить поставленные проблемы, является орга-ация производства сухих продуктов с минимальными потерями биологически ивных веществ при тепловой обработке.,
В результате развития пищевой технологии на основе процессов гидролиза жа появляется ряд жидких продуктов комплексного состава, консервация ко-ых обезвоживанием традиционными методами сушки (распылительная, суб-іационная) экономически неэффективна. Привлекательно использование іцессов сушки жидких продуктов биологического происхождения во вспенен-1 состоянии. Эти процессы обеспечивают качество обезвоживания сравнимое хэцессами сублимационной сушки, а энергозатраты сопоставимы с распыли-ьной сушкой при гораздо меньших габаритах аппаратного оформления. Од-о вследствие физико-химических особенностей процессов вспенивания на-дываются ограничения на круг продуктов, обезвоживаемых методами сушки зелененном состоянии. Слабо исследован механизм стабилизации пен пище-іи ПАВ, номенклатура которых явно мала, а последствия их использования ю изучены. Недостаточно исследованы общие закономерности и механизм по-массообмена при обезвоживании биологических продуктов во вспененном гаяний. Кроме того процессы пеносушки отличаются высокой чувствительно-о к колебаниям физико-химических свойств исходных продуктов, что отража-=1 на выходе процесса в диапазоне от идеального до непреемлимого и явля-ч основным сдерживающим фактором внедрения методов пеносушки в про-здство. Отсюда вытекает актуальность поставленной в диссертационной
4 работе проблемы создания научных основ процессов обезвоживания жидких пищевых продуктов во вспененном состоянии.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы - разработка теоретических основ процессов обезвоживания жидких пищевых продуктов во вспененном состоянии и основных направлений в конструировании сушильного оборудования.
Задачи, сформулированные для решения поставленной цели:
разработка научно-методических основ исследований процессов сушки жидких пищевых продуктов во вспененном состоянии;
оценка влияния основных факторов на устойчивость пенной структуры жидких пищевых продуктов как объектов сушки во вспененном состоянии
теоретический анализ термовлагообменных характеристик белковых про дуктов как объектов пеносушки. Выявление механизма взаимодействия продуктов с водой и термодинамических характеристик энергии связи влаги с материалом. Анализ процессов внутреннего влагопереноса при обезвоживании биополимерных композиций, оптических и терморадиаци онных характеристик объектов пеносушки;
исследование кинетических закономерностей процессов обезвоживания продуктов во вспененном состоянии при различных видах энергоподвода Определение целевых функций и основных влияющих факторов, молеку-лярно-кинетический механизм сушки во вспененном состоянии в атмосферных условиях и в вакууме. Определение кинетических характерне процессов пеносушки;
разработка феноменологической модели обезвоживания жидких пищевы продуктов во вспененном состоянии;
разработка рекомендаций по технологии процесса и конструктивному оформлению пеносушилок.
Концептуальная направленность работы состоит в разработке высокоинтенсивных процессов сушки жидких биополимерных систем посредством рационального использования комплекса физико-химических свойств исходных продуктов при максимальном сохранении качества биологически активных ком понентов.
На защиту выносятся следующие положения:
- научное обоснование влияния комплекса физико-химических свойств жид-
х продуктов на целесообразность использования способов сушки продуктов во
пененном состоянии;
научное обоснование механизма взаимодействия элементов структуры :ЛК0ВЫХ композиций с водой;
научное обоснование экспериментально-аналитических методов выбора ционального вида энергоподвода посредством анализа основных термодина-іческих соотношений при взаимодействии белковых композиций с водой в ус-виях нестастабильной пенной структуры;
результаты экспериментальных исследований кинетики сушки во вспенен-м состоянии при конвективном и кондуктивно-радиационном энергоподводах іакууме;
феноменологическая модель механизма обезвоживания жидких продуктов вспененном состоянии при различных видах энергоподвода;
математические модели кинетических закономерностей процессов массо-мена при пеносушке;
- основные направления в конструировании агрегатов и узлов оборудования
я сушки жидких пищевых продуктов во вспененном состоянии.
Научная новизна состоит в следующем:
разработаны научно-методические основы и систематика исследований оцессов сушки жидких пищевых продуктов во вспененном состоянии;
показана корреляция кинетического фактора устойчивости пенных струк-э и кинетических характеристик процесса обезвоживания. Проанализировано ияние основных физико-химических характеристик жидких пищевых продук-в (концентрация, вязкость, температура, рН, добавок ПАВ) на устойчивость иных структур, определяющих рациональность использования способов пе-сушки;
выявлен механизм сорбционного взаимодействия продуктов белкового іролиза рыбного сырья в широком диапазоне активности воды;
выявлено определяющее влияние энтропийной составляющей свободной ергии Гиббса на энергию связи при взаимодействии продуктов белкового гид-лиза с водой;
установлено, что термоградиентная составляющая внутреннего влагопер носа оказывает влияние на устойчивость пенной структуры в процессе сушки;
предложена феноменологическая модель процессов сушки жидких пищевых продуктов во вспененном состоянии при различных видах энергоподвода і атмосфере и вакууме.
Практическая значимость и реализация результатов. Теоретические и экспериментальные исследования позволили предложить способ сушки во всг ненном состоянии для ряда трудносохнущих продуктов.
Теоретически и экспериментально обоснованы режимы и технология суші рыбных белковых гидролизатов (А.с. СССР № 736460, 1990), концентрирован го томатного сока (Патент СССР № 1805876, 1993). Совместно с ПТО «Севтехрыбпром» (г. Мурманск) разработана конструкция вакуумной пеносуші ки Н29-ИЖЕ для рыбных гидролизатов. Разработана конструкция однодисковс вакуумной установки для обезвоживания жидких пищевых продуктов во вспене ном состоянии (полож. решение о выдаче патента по заявке № 5049018/06 (021108), заводом «Каспреммаш (г. Астрахань) изготовлены вакуумные пенос шилки, установленные на АО «Астраханьконсервпром» при производстве сухи томатных продуктов и ПНИЛЭФМОПП МГУПБ при производстве продуктов энт рального питания. Разработан способ бланширования рыбных консервов в ма< ле (полож. решение о выдаче патента по заявке № 008094/13). Практические результаты и предложения включены в планы технического перевооружения и инвестиционные проекты АО «Астраханский рыбокомбинат» и АО «Густера» (г.Астрахань).
Полученные в диссертационной работе результаты теоретических и экспе риментальных исследований использованы в исследовательских работах кафедры машин и аппаратов пищевых производств АГТУ , лекционных курсах, в двух диссертационных работах , подготовленных при консультации соискател!
Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненные автором в период 1975-1997 гг., доложены и обсуждены на: Всесоюзной научно-технической конференции «Сушка и грануляция продуктов микробиологиче ского и тонкого химического синтеза» (Тамбов, 1981), Всесоюзной научно-технической конференции «Рациональное использование белка в мясной и мс
7 эчной промышленности» (Москва, 1983), Второй Всесоюзной научно-іхничєской конференции «Разработка процессов получения комбинированных юдуктов питания» (Москва,1984), пятой Всесоюзной научно-технической кон-еренции «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов» 1осква,1985), Всесоюзной отраслевой научно-технической конференции Проблемы совершенствования технологии и оборудования для обработки >ъектов морского промысла» (Калининград, 1986), Всесоюзной отраслевой іучно-технической конференции «Пути экономии ресурсов при технологиче-ой обработке рыбы и рыбопродуктов» (Калининград, 1987), 2-ой Всесоюзной, іучной конференции «Проблемы индустриализации общественного питания раны» (Харьков, 1989), 3-ей Всесоюзной научной конференции «Проблемы іияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания» арьков, 1990), на экспозиции и симпозиуме Международной выставки 1НРЫБПРОМ-95» (Санкт-Петербург, 1995), Всероссийской научной конферен-іи «Теоретические и практические аспекты основных положений расчета про-іссов и аппаратов пищевых производств» (Москва, 1996), на научных конфе-нциях АГГУ, МГАПП, МГУПБ в период 1975 по 1997 год.
Публикации по работе. По материалам диссертационной работы опублико-но 46 работ, в том числе 22 статьи в теоретических, научно-практических и раслевых журналах, 17 тезисов докладов на Всесоюзных и Всероссийских нференциях и симпозиумах, 7 авторских свидетельств, патентов и положи-пьных решений на выдачу патентов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 зв с выводами, заключения, приложений, актами дегустаций, испытаний. Рабо-содержит 288 страниц основного текста, 98 рисунков, 32 таблиц и список ис-льзованной литературы из 240 источников.