Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии с «Концепцией государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года», одобренной постановлением Правительства РФ 10 августа 1998 г. № 917, предусмотрено принципиальное изменение структуры использования сельскохозяйственного сырья, в частности улучшение и углубление переработки молока, комбинирование компонентов животного и растительного происхождения при соблюдении безопасности системы питания.
Современными направлениями улучшения структуры питания являются: использование высоких технологий, создание гаммы натуральных продуктов модифицированного химического состава, широкое применение специальных пищевых добавок полифуккционального назначения, регулирующих резистентность и адаптацию организма, способных индивидуализировать питание. Определенные успехи в обпасти функционального питания нашли свое отражение в разработке различных пищевых продуктов, содержащих природные или синтетические полисахариды. В связи с этим актуальными представляются исследования по решению проблемы направленного регулирования состава и свойств молочного сырья с использованием полисахаридов и современных достижений молекулярно-ситовой фильтрации (биомембранная технология -БМТ). В результате направленного воздействия разработаны научно-технические основы безотходной технологии молочного полисахаридного концентрата (МІЖ). В целом диссертационная работа посвяшена решению проблемы создания биомембранной технологии комбинированного концентрата с заданными характеристиками на основе молочного к растительного сырья. Тема диссертации полностью соответствует приоритетному направлению «Технология живых систем», "критическим технологиям федерального и отраслевого уровней.
Концептуальная направленность работы. На основе молочного
сырья и полисахаридов возможно создание нового продукта - молочного
полисахаридного концентрата при использовании элементов биомембранной
технологии - управляемое воздействие на систему «молочное сырье -
полисахарид» с последующим молекулярно-ситовым разделением,
биотехнологаческой обработкой, введением полифункщюнальных
компонентов и получением разнообразных продуктов питання, обладающих высокой биологической ценностью. Концепция БМТ МІЖ содержит следующие положения:
о функциональные свойства пищевой системы "молочное сырье -полисахарид" определяются в первую очередь макромолекулярньши компонентами, а также селективным влиянием минеральных веществ;
а целенаправленная обработка молочного сырья полисахаридами приводит к изменению состояния его макромолекулярных (коллоидных) компонентов, при этом полученная система может существовать на нескольких псевдостабильных уровнях;
о технологическое преобразование системы "молочное сырье -полисахарид" в новое состояние необходимо проводить при условиях, обеспечивающих интенсивность процесса и сохранение свойств лабильных компонентов.
Реализация концепции позволяет адаптировать интеллектуальные технологии оптимизация переработки биосырья животного и растительного происхождения на примере низкожирного молочного белково-углеводного сырья и полисахаридов при создании нового поколения продуктов питания.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование принципов взаимодействия биополимеров различного происхождения и низкомолекулярных компонентов молочного сырья с установлением взаимосвязи параметров технологического процесса и разработка научно-
технических основ биомембранной технологии молочного полисахаридного концентрата с заданным составом й свойствами.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и последовательно решены следующие задачи:
о проведена теоретическая и экспериментальная оценка молочного сырья и полисахаридов как объектов для разработки биомембранной технологии;
о на основе системного подхода к современным принципам конструирования и моделирования многокомпонентных пищевых систем разработана концепция развития технологии промышленной переработки молока с применением биоагенгов и мембранных методов;
d исследованы методы интенсификации технологических процессов формирования и кондиционирования жидкой мембраны, системы «молочное сырье - жидкая мембрана», ее разделения в поле гравитационных и центробежных сил;
d изучены процессы направленного регулирования состава и свойств получаемых продуктов мембранными методами и биотехнологической обработкой с определением области оптимальных значений определяющих параметров процесса и разработкой исходных требований к аппаратурному оформлению;
разработаны научно-технические основы и блок-схемы алгоритма биомембранной технологии различных видов молочного полисахаридного концентрата с определением их состава и свойств, технико-экономической эффективности, экологической безопасности и социальной значимости;
а проведен маркетинг инновации и даны предложения в бизнес-планы для реализации применительно к различным формам собственности и объемам производства.
Научная новизна. Сформулирована концепция и разработаны теоретические предпосылки создания пищевых систем на основе анализа взаимодействия биополимеров н ионно-углеводной фазы молока.
Проведен анализ и имитационное моделирование функционального поведения многокомпонентной смеси «казеин - сывороточные белки - пектин - ионно-утлеводная фаза молока» при направленном дифференцированном регулировании ее белкового, углеводного и минерального состава. Получека модель распределения потенциального поля мицеллы казеина в присутствии идеализированной жидкой мембраны.
Теоретически обоснован и практически подтвержден метод кондуктометрической оценки степени кондиционности жидкой мембраны и глубнны бломембранной обработки. Разработан системный модуль приготовления и кондиционирования жидкой мембраны на основе растворов биополимеров.
Определена область оптимальных значений основных параметров процессов приготовления системы «молочное сырье - жидкая мембрана)», ее разделения в поле гравитационных и центробежных сил, а также электробаромембранной обработки. Проведен математический анализ концентрационных и кинетических показателей процесса разделения. Изучены состав и свойства молочного полисахаридного концентрата с различной степенью биомембранной обработки.
Практическая ценность. На основе разработанной в диссертационной работе теоретической модели функционального поведения молочно-полисахаридных систем предложен новый способ и разработаны исходные требования к аппаратурному оформлению процесса получения молочного полисахаридного концентрата. Определены оптимальные параметры и сформулированы научно обоснованные рекомендации по ведению биомембранного процесса в экспериментальных, опытно-промышленных и производственных условиях.
Разработаны научно-технические основы биомембранной технологии молочного полисахаридного концентрата с регулируемыми составом и свойствами, который используется для получения структурированных молочных и комбинированных продуктов.
Созданы пилотные экспериментально-процессовые модули для переработки молока с использованием биоагентов.
На базе развиваемых в диссертационной работе теоретических посылок и обобщения полученных при ее выполнении экспериментальных данных получено 12 оригинальных технических решений, новизна которых подтверждена патентами и авторскими свидетельствами.
Результаты исследований использованы при разработке нормативно-технической документации на продукты по безотходной технологии промышленной переработки молока «Бпо-Тон». Расчетный экономический потенциал проведенных разработок применительно к объему переработки обезжиренного молока 10 т/смену оценивается в размере 960 тыс. руб. в год.
Результаты исследований используются при проведении учебного процесса на кафедре технологии молока и молочных продуктов Ставропольского государственного технического университета в рамках учебно-научно-производственного комплекса (УНПК) «Молоко».
Апробация работы. Результаты научных исследований по проблеме в рамках плановой научной тематики СКФ ВНИИМС, ВНИИКИМ и ГП НИИКИМ ежегодно, начиная с 1985 г., рассматривались на методических комиссиях, экспертных и ученых советах. Основные положения и результаты работы доложены на 12 научно-технических конференциях, коллоквиумах и семинарах, международном молочном конгрессе. Научно-технические разработки экспонировались на региональных и международных выставках.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 67 печатных работ, 54 из которых отражают основное содержание диссертации, в том числе 12 авторских свидетельств, положительных решений и патентов.
Основные положения, выносимые на защиту.
Концепция обработки молочного сырья полисахаридами с разработкой научно-технических основ биомембраиной технологии молочных продуктов на примере молочного полисахаридного концентрата.
Анализ уровней устойчивости биополимеров различного происхождения при электростатических взаимодействиях и функционального поведения их модельных систем на основе компонентов молока и полисахарида в рамках выделенных значений комплексного критерия оценки D.
Результаты экспериментальных исследований процессов: приготовления и кондиционирования жидкой мембраны на основе водных растворов полисахаридов, системы «молочное сырье - жидкая мембрана»; ее разделения в поле гравитационных и центробежных сил с выделением области оптимальных значений определяющих параметров; направленного регулирования состава и свойств электробаромембранньши методами и биотехнологической обработкой.
Биомембранная технология и требования к ее аппаратурному оформлению альтернативных вариантов молочного полисахаридного концентрата различной степени обработки в рамках выделенных соотношений биополимеров и низкомолекулярных компонентов молочного сырья.
Маркетинг молочных полисахаридных концентратов с сегментацией рынка в соответствии с функциональной направленностью каждого вида, определением поля деятельности инновации, технико-экономической, экологической и социальной оценкой.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 7 глав, заключение, список использованной литературы из 347 наименований и 14 приложений. Работа изложена на 405 страницах, включающих 260 страниц основного текста, 44 таблицы и 88 рисунков
Похожие диссертации на Теоретическое и экспериментальное обоснование биомембранной технологии молочного полисахаридного концентрата
