Введение к работе
Актуальность работы. Структура питания населения Российской Федерации в последние годы характеризуется постоянным снижением потребления биологически ценных продуктов, в особенности молочных. Одним из сырьевых резервов их производства является сыворотка зерненного творога. Однако низкая эффективность традиционных способов её предварительной очистки обусловливает недостаточно широкое применение методов глубокой переработки, в частности на основе использования баромембранных процессов разделения. С этой точки зрения особый интерес представляет использование природных полисахаридов для её предварительного осветления перед ультрафильтрацией. К полисахаридам растительного происхождения относятся пектин и инулин, содержащиеся в клубнях топинамбура, комплекс которых обладает уникальными свойствами и используется для лечения желудочно-кишечных заболеваний, адсорбции и выведения токсинов из организма. Осветленная сыворотка зерненного творога имеет в своем составе практически весь витаминный и минеральный комплексы, которые могут быть использованы в производстве различных напитков.
Проблеме комплексного использования молочной сыворотки в производстве продуктов питания посвящены работы Володина Д. Н., Голубевой Л. В., Евдокимова И. А., Жидкова В. Е., Мельниковой Е. И., Остроумова Л. А., Полянского К. К. , Тихомировой Н. А., Толстогузова В. Б., Хамагаевой И. С., Харитонова В. Д., Храмцова А. Г., Gordon T., Ruhland Р. и др. Вопросы рационального использования клубней топинамбура рассмотрены в исследованиях Голубевой В. Н., Дорофеевой Л.А., Пасько Н.М., Шаззо Р.И., Богус А.М., G.Buzzini, Kasaric N. и др.
Отсутствие или недостаточный объём имеющихся в настоящее время теоретических и экспериментальные данных в области технологии переработки сыворотки, содержащей дисперсную фазу сока топинамбура, с использованием процесса ультрафильтрации обуславливают необходимость и актуальность проведения дальнейших научных исследований.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка комплексной технологии и процесса ультрафильтрационного разделения смеси сыворотки, полученной в производстве зерненного творога, и сока клубней топинамбура (ССЗТСКТ), определение путей использования получаемых при этом пермеата и ретентата.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи исследований:
1. Определить оптимальное соотношение сыворотки зерненного творога и сока клубней топинамбура в ССЗТСКТ как объекта ультрафильтрационного разделения на полимерных мембранах в аппаратах рулонного типа.
2. Получить расчетные зависимости, описывающие процесс ультрафильтрации ССЗТСКТ через полимерные мембраны в аппаратах рулонного типа.
3. Определить наиболее рациональные значения диапазонов основных факторов (давление Р, скорость потока V, температура T, продолжительность процесса t), оказывающих превалирующее влияние на проницаемость Q и селективность полимерных мембран аппаратов рулонного типа при ультрафильтрации ССЗТСКТ.
4. Предложить регламент мойки и регенерации полимерных мембран, используемых для ультрафильтрации ССЗТСКТ в аппаратах рулонного типа.
5. Разработать комплексную технологию переработки ССЗТСКТ с применением процесса ультрафильтрации на аппаратах рулонного типа с полимерными мембранами.
6. Предложить способ получения напитка на основе ССЗТСКТ с применением процесса ультрафильтрации.
7. Провести оценку экономической эффективности и экологической безопасности разработанной технологии.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- определены основные физико-химические параметры ССЗТСКТ, оказывающие влияние на проницаемость и селективность ультрафильтрационных полимерных мембран;
- обоснована целесообразность переработки ССЗТСКТ с применением процесса ультрафильтрации на аппаратах рулонного типа с полимерными мембранами марки HyStream 3;
- определены основные закономерности и получены расчетные зависимости, описывающие влияние давления в канале ультрафильтрационного аппарата рулонного типа, скорости, температуры разделяемой полидисперсной системы в виде ССЗТСКТ, продолжительности процесса на проницаемость и селективность полимерных мембран марок УПМ-50 и HyStream 3;
- установлены оптимальные значения продолжительности процесса, температуры, рабочего давления и скорости циркуляции разделяемой жидкой полидисперсной системы при ультрафильтрации ССЗТСКТ;
- изучены состав и свойства пермеата и ретентата ССЗТСКТ, полученных на аппаратах рулонного типа с полимерными мембранами марки HyStream 3.
Новизна предлагаемой комплексной мембранной технологии получения ретентата и пермеата из ССЗТСКТ подтверждена патентом РФ № 2489891 «Способ получения молочного фруктово-овощного напитка» от 20.08.2013.
Практическая значимость работы:
- разработаны рекомендации и обоснован выбор полимерных мембран марки HyStream 3 для ультрафильтрации ССЗТСКТ;
- на основе использования рекомендованных ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии моющих средств марок Катрил Хлор, Дивос-80 предложен регламент мойки и регенерации полимерных мембран марки HyStream 3 на аппаратах типа ЭРУ-100-1016;
- в ОАО МК «Ставропольский» проведена производственная проверка эффективности работы аппарата рулонного типа ЭРУ-100-1016 с полимерными мембранами марки HyStream 3 после процессов мойки и регенерации по разработанному регламенту;
- разработана и утверждена техническая документация на молочные напитки (СТО 02067965-001-2013 «Молочные напитки из смеси творожной сыворотки и сока топинамбура»), произведена их опытно-промышленная выработка.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на различных международных, всероссийских и региональных научно-технических конкурсах и конференциях: VII Международная научно-практическая конференция в рамках XIX Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал – 2012» (г. Ставрополь, 2012 г.); Региональная научно-практическая конференция «Инновационные идеи молодёжи Северного Кавказа – развитию экономики России» (г. Ставрополь, 2010-13 г.); XV Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Аграрная наука, образование: актуальные вопросы» (г. Томск, 2013 г.)
Автором получены: диплом победителя всероссийской программы УМНИК-2012 (г. Ставрополь, 2012 г.), диплом II-й степени на всероссийском конкурсе научных работ аспирантов и молодых ученых (г. Кемерово, 2012), диплом I-й степени всероссийского конкурса научных работ студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ в секции «Технические науки» (г. Нальчик, 2013 г.), диплом III-й степени всероссийского конкурса научных работ аспирантов и молодых ученых ВУЗов Минсельхоза РФ по направлению «Технические науки» (г. Саратов, 2013 г.)
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 15 публикациях, из них 6 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, а также в 1 патенте РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержащего 198 наименований, в том числе 42 иностранных, и 12 приложений. Работа содержит 132 страницы основного текста, 27 рисунков и 25 таблиц.
