Введение к работе
Актуальность работы. Недостаточное и несбалансированное питание приводит к расстройствам здоровья. В детстве эти нарушения сопровождаются торможением роста и развития ребенка, частыми простудными и инфекционными заболеваниями. Подростки с недостатком в организме витаминов и биоэлементов труднее преодолевают «переходный период», чаще болеют. В ряде регионов питание характеризуется недостаточным количеством фруктов и овощей, полноценных белков, избыточным содержанием в рационе животных жиров. Очень часто выявляется дефицит витаминов и биоэлементов (аскорбиновая кислота, йод, селен, железо и пр.). Уменьшение объема потребляемой пищи сопровождается снижением поступления в организм жизненно необходимых компонентов - витаминов, биоэлементов, аминокислот. Недостаток в организме этих веществ тоже приводит к нарушениям здоровья - развитию гиповитаминозов, гипоэлементо-зов, различных заболеваний.
В последние годы во многих странах определились обширные территории (так называемые биогеохимические провинции) с устойчивым понижением содержания микроэлементов в питьевой воде, в растительных и животных продуктах. Дефицит в питании микронутриентов (витаминов и микроэлементов) распространен повсеместно, во все сезоны года и во всех возрастных группах населения, включая детей раннего и школьного возраста, пожилых людей и более половины трудоспособного населения страны. Неправильное питание часто является причиной нарушений обмена веществ и развития сопутствующей патологии. Обычно это стойкие нарушения витаминного, минерального и других видов обмена.
Нарушенное питание создает благоприятную почву для развития иммунодефицитных состояний и снижения устойчивости организма к инфекциям, учащения сердечнососудистых и онкологических заболеваний, а также увеличения числа случаев так называемых «болезней цивилизации» (ожирение, диабет, атеросклероз и др.). Поэтому возникла необходимость разработки научно обоснованных рационов питания, а также создания дополнитель-
ных источников для организма витаминов и других необходимых питательных веществ. Для производства поликомпонентных фруктовых пюре с высоким содержанием термолабильных веществ необходимо исследование процесса вакуум-выпаривания в соответствии с основными закономерностями, выявление которых является актуальной задачей.
Работа проводилась в соответствии с планом госбюджетной НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) ВГТА (№ гос. регистрации 01.130.2.12440) «Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов и аппаратов в химической н пищевой технологиях» на 2011-2015 гг.; государственного контракта № П459 «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в целях развития общероссийской мобильности» ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» (№> 14.740.11.0980).
Цель работы - научное обеспечение процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей на основе комплексного анализа основных закономерностей процесса совместно с их физико-химическими и структурно-механическими характеристиками, разработка рекомендаций по совершенствованию высокоэффективных технологий производства поликомпонентных фруктовых концентратов; создание перспективных конструкций вакуум-выпарных аппаратов.
Для достижения цели решались следующие задачи:
-
Оптимизация рецептуры поликомпонентных фруктовых смесей по микро- и макроэлементному составу, а также содержанию витаминов.
-
Исследование реологических и теплофизических характеристик исходных и концентрированных поликомпонентных фруктовых смесей.
-
Изучение основных закономерностей тепло- и массооб-менных процессов при вакуум-выпаривании поликомпонентных фруктовых смесей и разработка новых способов производства поликомпонентных фруктовых концентратов сбалансированного состава; определение рациональных технологических режимов процесса.
-
Изучение влияния основных параметров процесса на механизм формирования струюуры поликомпонентных фруктовых концентратов; исследование показателей качества и безопасности исходных и концентрированных поликомпонентных фруктовых смесей.
-
Разработка математической модели процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей для определения температуры и влагосодержания пленки пюре, режима течения фруктового пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры.
-
Разработка новых конструкций вакуум-выпарных аппаратов и способов производства поликомпонентных фруктовых пюре.
-
Проведение промышленной апробации полученных результатов с их технико-экономической оценкой для внедрения в промышленности.
Научная новизна. Определены реологические и теплофи-зические характеристики поликомпонентных фруктовых смесей.
Выявлены, сформулированы и описаны основные закономерности тепло- и массообмена в процессе вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей; обоснована необходимость использования выпаривания мелкодисперсно-распыленного пюре для сохранения термолабильных питательных веществ.
Разработана математическая модель процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей, позволяющая рассчитать не только режим течения пленки фруктового пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры, но и определить характер изменения температуры и влагосодержания в исследуемом пюре по высоте вакуум-камеры.
Определен химический состав, показатели качества и антиоксидантная активность исходных и концентрированных образцов пюре.
Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 8 патентами РФ.
Практическая значимость н реализация результатов работы. Разработаны способы производства поликомпонентных фруктовых пюре, вакуум-выпарные аппараты для реализации
разработанных технологий концентрированных фруктовых пюре (пат. РФ № 2373713, 2380910, 2380911, 2372819, 2412599, 2422048 2426450, 2431408).
Определены и обоснованы рациональные технологические режимы процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых пюре, обеспечивающие сокращение продолжительности процесса, снижение удельных энергозатрат и повышение качества готовой продукции.
Получены новые поликомпонентные фруктовые концентраты, обладающие хорошими потребительскими свойствами и высокой пищевой ценностью. На Елецком хлебозаводе (г. Елец Липецкой обл.) произведена выработка промышленной партии круассанов с начинкой из концентрированного поликомпонентного фруктового пюре.
Для реализации разработанных высокоэффективных технологий поликомпонентных фруктовых пюре разработаны новые конструкции вакуум-выпарных аппаратов (пат. РФ № 2380910, 2380913, 2431408), основанные на выявленных закономерностях исследуемого процесса.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались и а международных, всероссийских, научных, научно-технических и научно-практических конференциях и симпозиумах: (Воронеж, 2008 -2011 гг.), (Звенигород 2009 г.); (Миасс, 2010 г.); (Одесса, 2010 г.); (Дагестан, 2010 г.), Ставрополь 2010 г.); отчетных научных конференциях ВГТ А за 2010-2011 гг.
Результаты работы демонстрировались на 25-й межрегиональной специализированной выставке «Продторг» (Воронеж, 2008 г.), Воронежском агропромышленном форуме «Урожай 2009», Молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К. 2009» (Воронеж 2009 г.), Межрегиональном конгрессе «Агропром 2010» (Воронеж 2010 г.), Международном научно-техническом семинаре к 100-летию А.В. Лыкова (Воронеж 2010 г.) и награждены 5 дипломами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в т. ч. 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 12 тезисов докладов, получено 8 патентов РФ.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, литературы из 149 наименований, в том числе 26 - на иностранных языках, объемом 166 страниц машинописного текста, приведены 15 таблиц и 67 рисунков.
