Введение к работе
Актуальность работы. Оценка ведущих тенденций развития пищевой промышленности показывает, что вопросы увеличения выпуска и расширения ассортимента при одновременном повышении качества и биологической ценности продукции связаны с выбором методов производства и рациональных режимов проведения процессов, с созданием новых конструкций аппаратов.
Для более полного удовлетворения потребностей населения в продуктах питания необходимо повысить качество и увеличить объем производства консервированных продуктов, получаемых путем выпаривания. Решение этой задачи возможно только при использовании прогрессивных технологий и соответствующего аппаратурного оформления.
Одним из прогрессивных способов консервирования плодово-ягодного сырья является его экстрагирование водно-спиртовым растворителем с последующей деалкоголизацией и концентрированием полученного экстракта. Концентрированные экстракты содержат большее количество биологически активных веществ, длительно сохраняются и отличаются простотой внесения в продукт, обеспечивая его оригинальность, хорошие органолептические показатели, привлекательный внешний вид, и следовательно, повышенную конкурентоспособность. Использование местного плодово-ягодного сырья, для получения экстрактов позволяет сократить рынок продуктов питания в состав которых входят искусственные химически синтезированные вкусовые добавки, а также снизить затраты на транспортировку и, как следствие, себестоимость продукции.
В связи с тем, что плодово-ягодные экстракты являются термолабильными продуктами, процессы их переработки должны проводиться в оптимальном темпе-ратурно-временном режиме при невысоких температурах и с небольшой продолжительностью контакта продукта с теплообменной поверхностью. Наиболее распространенным и экономически выгодным способом деалкоголизации и концентрирования таких пищевых продуктов является вьшаривание под вакуумом. Для его проведения в пищевой промышленности широкое применение получили пленочные и роторно-пленочные вакуумные выпарные аппараты.
Разработка новых технологий и оборудования, интенсификация переработки плодово-ягодного сырья, с целью более полного извлечения полезных веществ является актуальной практической задачей. Роторные распылительные испарители (РРИ), в отличии от распространенных выпарных аппаратов, характеризуются значительно большей интенсивностью, процессов тепло - и массо-обмена. Формирование поверхности контакта фаз в РРИ осуществляется при многократном диспергировании раствора в поле центробежных сил. Достигнутая таким путем дополнительная турбулизация пленочного течения жидкости в аппарате предопределяет высокую интенсивность процессов теплообмена. РРИ обладают небольшим гидравлическим сопротивлением, компактны, требуют невысоких затрат энергии на организацию своей работы.
Однако недостаточная изученность процесса теплопередачи в РРИ, а в частности, теплоотдачи к поверхности теплообмена от греющего агента, при интенсивной турбулизации последнего воздухом, не позволяет в полной мере
реализовать преимущества РРИ на практике и Препятствует широкому использованию в пищевой промышленности.
В свете вышеизложенного представляется актуальным проведение исследований процесса теплообмена в РРИ, с целью повышения его интенсивности за счет турбулизации греющего агента (горячей воды) воздухом, при концентрировании. жидких пищевых продуктов, а также, решение практических задач проектирования промышленных установок. Поэтому данная работа, направлена на исследование процессов концентрирования пищевых продуктов в РРИ и разработку технологий производства концентрированных экстрактов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной.
Цель работы. Целью настоящей работы является изучение основных закономерностей процесса концентрирования пищевых продуктов с использованием роторного распылительного испарителя и разработка на этой основе технологии производства концентрированных экстрактов из плодов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
исследование теплофизических свойств экстрактов из плодов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной, получение расчетных уравнений для их определения;
изучение теплоотдачи при деалкоголизации и концентрировании жидких пищевых продуктов к поверхности теплообмена РРИ от горячего теплоносителя в условиях турбулизации последнего воздухом;
определение рациональных режимов деалкоголизации и концентрирования плодово-ягодных экстрактов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной в РРИ;
разработка методики расчета и рекомендаций по промышленному использованию РРИ для получения концентрированных экстрактов из плодов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной;
разработка рекомендаций по использованию концентрированных экстрактов в качестве витаминно-вкусовых добавок для безалкогольных напитков.
Научная новизна. Получены эмпирические зависимости для расчета коэффициентов теплопроводности, удельной теплоемкости и температуропроводности экстрактов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной в диапазонах температуры, концентраций сухих веществ и спирта, удовлетворяющих практическим требованиям.
Исследованы основные закономерности теплообмена в РРИ при подаче воздуха в горячий теплоноситель.
Определены рациональные режимы деалкоголизации и концентрирования экстрактов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной в РРИ.
Получена экспериментально - статистическая модель для расчета коэффициента теплоотдачи в греющей рубашке РРИ при обогреве последнего водно-воздушной смесью.
Практическая значимость. Предложена методика расчета РРИ для получения концентрированных экстрактов из плодово-ягодного сырья.
Разработана-технологическая схема получения концентрированных экс-
трактов из плодов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной с использованием РРИ.
Разработаны проектные рецептуры безалкогольных напитков с добавлением концентрированных экстрактов боярышника кроваво-красного и калины обыкновенной, рекомендованные для внедрения на ООО «Савой» (г. Рубцовск Алтайского края), а также бизнес-план организации производства экстрактов на данном предприятии.
Материалы диссертации в 2007-2008 и 2008-2009 уч. гг. использовались в учебном процессе на кафедре ТиТМиПП РИИ АлтГТУ при выполнении дипломного проектирования с элементами научного поиска студентами специальности «Машины и аппараты пищевых производств».
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись:
на всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы социального и научно-технического развития в современном мире» (г. Рубцовск 2007 - 2009 гг.);
на IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г.Казань, 2008 г.);
на научных семинарах кафедры МАПП КемТИПП (г. Кемерово, 2007-2009 г.г.).
Публикации. Основное содержание исследований опубликовано в 10 работах, в том числе 2- в центральных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация выполнена на 118 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы (132 источника), 13 приложений, содержит 43 рисунка и 6 таблиц.
