Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор 14
1.1. Современное состояние переработки жиров 14
1.2. Анализ сырьевой базы масложировой промышленности 29
1.2.1. Общая характеристика растительных и животных жиров как основных компонентов жировых продуктов функционального назначения 29
1.2.2. Проблемы применения нетрадиционного растительного сырья для производства жировых продуктов 40
1.3. Научно-практические основы сушки традиционного и нетрадиционного растительного сырья 50
1.3.1. Сушка масличных семян 53
1.3.2. Анализ существующих технологий сушки зерна, как нетрадиционного сырья для масложировой промышленности 58
1.4. Вопросы расширения сырьевой базы для получения кулинарных жиров 63
1.5. Научно-технический анализ производства эмульсионных продуктов питания 76
1.6. Современное состояние моделирования и информационного обеспечения процессов масложировой технологии 89
Глава 2. Методы анализа 103
Глава 3. Расширение сырьевой базы масложировой промышленности 126
3.1. Научно-практические основы подготовки зерна пшеницы к извлечению масла и исследование массообменных процессов сушки зерна 126
3.1.1. Определение эффективности массообмена в зависимости от условий проведения процесса сушки 126
3.1.2. Исследование кинетики эффективности охлаждения, и влагосъёма трёхкомпонентной смеси зерна пшеницы 141
3.2. Исследование влияния различных режимов сушки на липидный и белковый состав зерна пшеницы 161
3.2.1 Изменение липидной фракции зерна 161
3.2.2. Изменение группового и жирнокислотного состава липидов зерна 163
3.2.3. Изменение липидов зерна пшеницы при гидротермической обработке 166
3.2.4. Изменение белковой фракции зерна пшеницы 170
3.2.5. Изменение аминокислотного состава белка пшеницы 171
Глава 4. Разработка технологии получения нетрадиционных растительных масел с целью расширения ассортимента жировых продуктов 181
4.1. Получение пшеничного масла 181
4.2. Научно-практические аспекты получения томатного масла 185
Глава 5. Исследование и разработка эффективных процессов рафинации жиров 192
5.1. Разработка математической модели процесса рафинации жиров 192
5.2. Интерпретация процесса нейтрализации по критерию минимума потерь жира 200
5.3. Разработка научных основ физико-химического моделирования процессов рафинации жиров 204
5.3.1. Физико-химические моделирование процессов удаления гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов из растительных масел 208
5.4. Разработка способа выведения сопутствующих веществ
из смеси растительных масел на стационарном слое адсорбентов 212
Глава 6. Моделирование и оптимизация процессов рафинации жиров 219
6.1. Разработка методологии оптимизации процесса
рафинации жиров 219
6.2. Определение критерия оптимизации процесса рафинации 236
6.2.1. Применение метода математического планирования эксперимента при оптимизации рафинации жиров 240
Глава 7. Исследование и разработка кулинарных жиров на основе нетрадиционных растительных масел и животных жиров 244
7.1. Исследование свойств говяжьего, свиного и костного жира 245
7.2. Подготовка животного жира к использованию в составе кулинарных жиров 249
7.3. Разработка и исследование рецептур кулинарных жиров
на основе растительных масел и животных жиров 260
Глава 8. Исследование процессов получения ингредиентов из нетрадиционного растительного сырья и применение их в составе рецептур эмульсионных продуктов 269
8.1. Влияние гидродинамической кавитации на дисперсный состав измельчённой массы хрена и чеснока 271
8.2. Деформационные характеристики растительных тканей хрена и чеснока в зависимости от режимов гидродинамической обработки 282
8.3. Влияние параметров предварительной тепловой обработки на величину предельного напряжения сдвига растительных тканей хрена и чеснока 289
8.4. Исследование активности ферментов хрена и чеснока
при гидродинамической обработке 295
8.5. Исследование влияния гидродинамической кавитации на ароматический комплекс растительного сырья 298
8.6. Разработка научно-обоснованных рецептур эмульсионных продуктов с заданными функциональными свойствами 302
Глава 9. Разработка технологии получения растительного белка из жмыха маслин 309
9.1. Получение пищевого белка из жмыха маслин 309
9.2. Получение и исследование качественных показателей белковой пасты 317
9.2.1. Микробиологическое исследование белковой пасты 322
9.3. Исследование физико-химических свойств полученного белка 330
9.4. Моделирование и оптимизация процесса экстракции белка 334
9.5. Разработка рецептур эмульсионных продуктов с использованием белка из жмыха маслин 339
Глава 10. Разработка технологий рационального использования отходов масложировой отрасли 348
10.1 Разработка эффективной композиции из отходов рафинации жиров 3 51
Глава 11. Исследование процессов и разработка рецептур жировых продуктов питания нового поколения на основе традиционного и нетрадиционного сырья 355
11.1. Научные основы создания функциональных эмульсионных продуктов питания 355
11.2. Разработка патентоспособных рецептур эмульсионных продуктов функционального назначения 366
11.3. Разработка низкожирной рецептуры эмульсионного продукта нового поколения на основе гидроколлоида — ламинарии 377
Глава 12. Моделирование рецептурных смесей эмульсионных продуктов питания нового поколения функционального назначения 387
12.1. Разработка методики и определение принципов создания моделей рецептур, с учётом взаимодействия ингредиентов 387
12.2. Описание рецептур эмульсионных продуктов как термодинамических систем 408
12.3. Постановка задачи математического программирования моделей многокомпонентных рецептур в условиях неопределенности 419
12.4. Создание модели определения оптимального количества жира и белка в эмульсионном продукте функционального назначения 429
12.5. Методология и алгоритм оценки перспективности технологического решения с применением автоматизированной экспертной системы «Инновация» 439
Основные результаты и выводы диссертационной работы 448
Список использованной литературы
- Общая характеристика растительных и животных жиров как основных компонентов жировых продуктов функционального назначения
- Определение эффективности массообмена в зависимости от условий проведения процесса сушки
- Научно-практические аспекты получения томатного масла
- Физико-химические моделирование процессов удаления гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов из растительных масел
Введение к работе
Основное направление и актуальность исследований.
Инновационное развитие масложировои промышленности основывается на новой ступени развития технологии и техники жиропереработки, позволяющей выпускать масложировые продукты питания нового поколения функционального назначения.
Современное производство конкурентоспособных жировых продуктов с заданными качественными и функциональными характеристиками невозможно без научно-практических исследований свойств традиционного и нетрадиционного растительного и животного сырья и создания комплексной технологии его переработки. Это позволит расширить сырьевую базу масложировои промышленности, получать и максимально использовать ингредиенты, придающие функциональные свойства жировым продуктам питания нового поколения, получать нетрадиционные растительные масла высокой пищевой и биологической ценности.
Поскольку от сбалансированности и рациональности составленной рецептуры эмульсионного продукта зависит расширение ассортимента выпуска продуктов питания для различных групп населения, то целесообразно применение методов математического моделирования для основных процессов жиропереработки и расчета оптимальности у многокомпонентного рецептурного состава продукта относительно заданной целевой функции. Все это обосновывает выбор темы и актуальность диссертационного исследования.
Степень разработанности проблемы. Единство теоретического и методического подхода к решению задач, поставленных при разработке выбранной темы исследования, основывается на фундаментальных научных трудах известных отечественных ученых: Н.С. Арутюняна, В.В. Белобородова, А.С. Большакова, О.В. Большакова, А.С. Гинзбурга, В.В. Ключкина, А.А. Кочетковой, Е.П. Корненой, Н.П. Козьминой, А.Е. Краснова, О.Н. Красули, С.А. Ливийской, Б.Е. Мельника, Н.И. Малина, А.П. Нечаева, В.Х. Пароняна, А.А. Покровского, П.А. Ребиндера, И.А. Рогова, А.Г. Сергеева, Ю.А. Тырсина, Е.И. Титова, А.А. Шмидта.
Однако необходимо отметить, что в недостаточной степени решены вопросы комплексной переработки традиционного и нетрадиционного растительного сырья и создание на их основе рецептур эмульсионных продуктов питания функционального назначения с применением методов математического моделирования.
Цели и задачи исследования. Основное внимание в диссертационной работе уделено теоретическому обобщению выполненных исследований и разработке научно-практических и методических рекомендаций по технологии комплексной переработки растительного сырья и математическому моделированию рецептурных смесей жировых продуктов питания.
В соответствии с поставленной целью диссертационного исследования основными задачами являются:
- расширение сырьевой базы масложировой промышленности за счет переработки нетрадиционного и традиционного растительного и животного сырья;
- разработка комплексной технологии переработки зерна пшеницы, включающей: исследование массообменных процессов сушки зерна, получение пшеничного масла и применение его в составе эмульсионных продуктов;
- разработка технологии получения нетрадиционного томатного растительного масла;
- исследование и разработка эффективных способов рафинации жиров и создание математической модели процесса рафинации;
- разработка и научное обоснование технологии получения растительного белка из отходов переработки маслин;
- исследование животных жиров и разработка на их основе и на основе смеси растительных масел технологии производства кулинарных жиров;
- исследование и разработка патентоспособных рецептур эмульсионных продуктов питания нового поколения;
- разработка методики, определение принципов и создание математических моделей рецептурных смесей эмульсионных продуктов питания и разработка алгоритма оценки перспективности предлагаемого технологического решения.
Научная новизна. В" диссертационном исследовании впервые автором получены следующие научные результаты:
- исследованы и разработаны научно-практические основы переработки традиционного и нетрадиционного растительного и животного сырья с целью расширения сырьевой базы масложировой промышленности и ассортимента жировых продуктов питания нового поколения;
- исследованы и научно-обоснованы массообменные процессы при сушке зерна пшеницы; исследован групповой, жирнокислотный и аминокислотный составы липидов зерна пшеницы с целью обогащения жировой фазы эмульсионных продуктов питания функционального назначения;
- разработаны научно-практические основы и технология получения томатного масла; определены его физико-химические характеристики и жирнокислотный состав, а также проведены спектрофотометрические исследования спиртовых растворов томатных масел;
- исследованы и разработаны научные основы конкурентоспособных ресурсосберегающих процессов рафинации жиров, раскрыт механизм действия предлагаемых эффективных реагентов рафинации и создана математическая модель процесса рафинации;
- разработана оптимальная технология переработки чеснока и хрена методом гидродинамической кавитации и исследованы их деформационные характеристики при различных значениях предельного напряжения сдвига; выведены эмпирические уравнения для расчета величин давления при всестороннем сжатии в условиях механической и тепловой обработки; исследованы изменения активности ферментов и ароматического комплекса чеснока и хрена в процессе кавитационной обработки и предложены рецептуры эмульсионных продуктов и соусной пасты на основе полученного гомогенизированного сырья;
- с целью расширения ассортимента жировой продукции и максимального использования животных жиров в рецептурах кулинарных жиров проведены исследования физико-химических свойств, жирнокислотного состава и органолептических показателей говяжьего, свиного и костного (говяжьего) жиров; проведен их дилатометрический анализ и получены термограммы плавления; разработаны оптимальные рецептуры кулинарных жиров на основе животных жиров и смеси растительных масел;
- исследованы и научно обоснованы разработанные патентоспособные рецептуры эмульсионных продуктов с жировой основой 30-55% и биологически активными добавками;
- созданы модели, учитывающие взаимодействие рецептурных компонентов на основе теории равновесной статистической термодинамики, и разработаны численные методы расчета важнейших функционально-технологических свойств рецептурных смесей жировых продуктов.
Практическая значимость разработок, полученных лично автором:
- разработаны технологии переработки традиционного и нетрадиционного растительного и животного сырья с целью расширения сырьевой базы масложировой промышленности;
- разработана оптимальная технология сушки зерна пшеницы и получения из него пшеничного масла с использованием экструзионного способа и экстракции органическим растворителем;
- разработаны ресурсосберегающие процессы рафинации жиров, обеспечивающие глубокое и селективное выведение сопутствующих веществ и существенное сокращение отходов жиров;
- разработана эффективная технология переработки чеснока и хрена методом гидродинамической кавитации; исследован дисперсный состав полученного сырья с определением дифференциальных кривых распределения измельченных частиц, что позволяет получать эмульсионные продукты с заданными реологическими показателями;
- разработаны технология и рецептуры модельных образцов эмульсионных продуктов и соусной пасты на основе смеси подсолнечного и пшеничного масел с применением эффективных добавок — белковой пасты из жмыха маслин, чеснока и хрена;
- разработан способ оптимизации многокомпонентных рецептурных смесей эмульсионных продуктов, заключающийся в выделении доминирующего компонента и последующего внесения рецептурных ингредиентов при непрерывном контроле характеристик, который апробирован на ряде предприятий масложировой отрасли, а также в учебном процессе при выполнении курсовых, дипломных научно-исследовательских работ, при чтении лекций и написании научных монографий, учебников и учебных пособий; способ оптимизации многокомпонентных рецептурных смесей эмульсионных продуктов использован при разработке нормативной документации и технических условий на новые эмульсионные продукты;
- разработанный способ прогнозирования функционально-технологических свойств эмульсионных продуктов использован при выполнении международного проекта совместно с фирмой АДМ (США, № гос. per. 02.200.203.330). «Разработка принципов управления качеством пищевых продуктов с использованием информационных технологий нечеткого моделирования»;
- разработаны оптимизационные статистические и нечеткие квалиметрические математические модели с использованием пакета прикладных программ, которые позволяют автоматизировать процесс разработки рецептур эмульсионных продуктов и технологий их производства;
- по результатам исследований получено 7 патентов России, выпущены 12 научных монографий и учебных пособий (9 брошюр). По теме диссертации опубликовано 85 научных трудов.
Реализация результатов диссертационного исследования и апробация работы. Основные разработки автора приняты к внедрению ОрловскИхМ маслобойным заводом и ООО «Фирма» «Омега-97». Разработаны и утверждены «Технические условия» ТУ 9143-001-02068812-04 крем «Здоровье» (среднекалорийный и низкокалорийный), получены протоколы лабораторных испытаний, санитарно-эпидемиологическое заключение, акты о выпуске опытных партий продукции, сертификаты соответствия. Научно-теоретические и практические результаты исследования используются в учебном процессе кафедры «Технологии пищевых производств» Московского государственного университета технологий и управления по специальности 05.18.06 - «Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов». Основные положения и результаты научных исследований докладывались и обсуждались на: научном симпозиуме академии наук СССР в Московском доме ученых 1972 г; научных конференциях ВЗИПП 1973 г и 1974 г; научной конференции МТИПП 1986 г; 25-ой научной конференции МГЗИПП 1991 г; четвертом международном симпозиуме «Экология человека. Пищевые технологии и продукты», 1995 г., г. Видное Московской области; Международном симпозиуме «Питание и здоровье: биологически активные добавки к пище», 1996 г., г. Москва; научно-технической конференции «Будущее за новыми технологиями», 1999 г., г. Москва; пятой международной научно-практической конференции «Современные проблемы в пищевой промышленности», 1996 г., г. Москва; международном конгрессе ЭНКО-99 «Научные основы и прикладные проблемы энергоинформационных взаимодействий в природе и обществе», 2000 г., г. Москва; научном семинаре «Интенсификация и автоматизация технологических процессов обработки пищевых продуктов», 2002 г., МГУПБ; международной научной конференции «Технологии и продукты здорового питания», Всероссийский выставочный центр, 2003 г., МГУПП; третьей международной конференции «Масложировая промышленность России: новые аспекты развития», МПА, 2004 г.; международных конференциях и семинарах, проводимых в Московской государственной технологической академии — седьмой научно-практической конференции «Инновационные технологии пищевой промышленности третьего тысячелетия», 2001 г.; восьмой международной научно-практической конференции «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья», 2004 г.
Публикации. Всего опубликовано 215 научных трудов, по теме диссертации — 85, в том числе — 7 патентов России, научных монографий и учебных пособий - 12, брошюр - 9.
Структура и объем диссертации. Диссертация стоит из введения, 12 глав, приложений, списка использованной литературы, включающей 430 наименований. Работа изложена на 490 страницах, содержит 52 рисунка, 97 таблиц.
Общая характеристика растительных и животных жиров как основных компонентов жировых продуктов функционального назначения
Научными исследованиями [90-93, 97, 210] установлено, что производство и применение функциональных жировых продуктов питания обусловлено: - необходимостью сбалансированности и рационализации пищевого рациона всех слоев населения России с учетом возрастных и физиологических особенностей; - профилактической направленностью различных видов заболеваний; - необходимостью обогащения продуктов питания биологически активными веществами.
Получение функциональных жировых продуктов сбалансированных по нутриентому составу и учитывающих индивидуальные потребности человека невозможно без определения пищевой и биологической ценности продукта, поэтому необходимо подбор качественного и количественного состава ингредиентов рецептуры продукта вести с учетом веществ используемого сырья.
Физиологическое воздействие функциональных продуктов питания, оказывающих регулирующее влияние на отдельные функции или весь организм в целом, основано на применении в них зерновых, молочных, жировых и фруктово-овощных функциональных ингредиентов, включающих пищевые волокна, комплекс витаминов, живые микроорганизмы, полиненасыщенные жирные кислоты [305, 275].
Основным источником энергии являются жиры, служащие для построения клеток организма и принимающие участие в процессах обмена, являющиеся витаминоносителями. Пищевая и биологическая ценность жира зависит от соотношения входящих в его состав жирных кислот, жирорастворимых витаминов. Так как ни одно из природных растительных масел не содержит биологически активные вещества в оптимальном соотношении, то, например, при создании эмульсионных продуктов питания необходимо применять смеси растительных масел, а в состав кулинарных жиров включать жидкие растительные масла и животные жиры.
В работе [290] отмечается, что природные жиры растительного и животного происхождения в физиологическом отношении между собой не равноценны и их роль в питании не равнозначна. Собственно жиры -глицериды жирных кислот, составляющие основу всех жировых продуктов, выполняют весьма сложную физиологическую роль в нашем организме. И прежде всего они являются поставщиками необходимых факторов питания -полиненасыщенных жирных кислот. Биологическая же ценность отдельных жировых продуктов, например сливочного масла, животного сала, растительных масел и т. п., зависит кроме того от содержания в них физиологически активных нежировых компонентов в виде жирорастворимых витаминов, фосфатидов, стеринов.
Жиры животного происхождения объединяют большую группу различных по составу и пищевым свойствам жировых продуктов. К ним относятся молочные жиры, жиры наземных животных, жиры морских животных и рыб. Наиболее распространенными пищевыми животными жирами являются говяжий, бараний, свиной и костный. Первые два являются твердыми по консистенции, поскольку в их составе преобладают глицериды твердых насыщенных жирных кислот - пальмитиновой и стеариновой; свиное сало и костный жир имеют мазеобразную консистенцию, так как в них содержится много олеиновой кислоты.
Физиологическая полноценность жиров тесно связана с их температурой плавления. Для нормального протекания процессов всасывания необходимо, чтобы жир был жидким при температуре 36 С.
Говяжий жир включается как составная часть в рецептуры специальных кухонных жиров, вырабатываемых нашей жировой промышленностью. В сложной смеси с другими жировыми продуктами улучшаются физиологические свойства говяжьего жира и повышается его усвояемость.
Бараний жир по составу сходен с говяжьим, отличаясь от последнего более высокой температурой плавления (44-55С) и твердостью.
Свиной жир (лярд) по жирнокислотному составу в отличие от бараньего и говяжьего жиров характеризуется большим содержанием ненасыщенных жирных кислот. Свиное сало усваивается лучше, чем бараний и говяжий жиры Его применяют как кулинарный жир при изготовлении различных горячих блюд. В питании широко используется и свиной подкожный жир (шпик) в сыром или соленом виде.
Костный жир представляет собой смесь жиров, извлекаемых из различных костей (трубчатой, губчатой) убойных животных. По консистенции он мягче других животных жиров и обладает приятным специфическим вкусом и запахом. В костном жире преобладает олеиновая кислота (59%); содержание полиненасыщенных жирных кислот несколько больше, чем в других животных жирах и составляет от 5 до 10%.
Полиненасыщенные жирные кислоты — линолевая, линоленовая и арахидоновая выполняют специфическую роль в процессах жизнедеятельности организма, поэтому их называют эссенциальными. Они относятся к незаменимым веществам пищи, так как либо вовсе не могут быть синтезированы в организме, либо синтезируются в очень малых количествах, которые не обеспечивают нормального функционирования физиологических систем. Поэтому полиненасыщенные эссенциальные жирные кислоты должны поступать в организм в готовом виде с пищей (табл. 1.1). Недостаточное количество этих кислот в пище затрудняет нормальное развитие растущего организма и неблагоприятно отражается на здоровье взрослых людей, нарушается обмен холестерина, что в свою очередь приводит к развитию атеросклеротического процесса. Они усиливают защитные функции организма, повышают, в частности, устойчивость к инфекционным заболеваниям.
Наибольшей эффективностью как незаменимая жирная кислота обладает арахидоновая. Она в растительных маслах не содержится и лишь в небольшом количестве входит в некоторые животные жиры. В основном же потребность в арахидоновой кислоте удовлетворяется благодаря образованию ее в организме из линолевой кислоты, содержащейся в значительном количестве почти во всех жидких растительных жирах. Линоленовая кислота не принимает участия в биосинтезе арахидоновой кислоты. Поэтому из всех полиненасыщенных жирных кислот отсутствие в пище именно линолевой кислоты вызывает недостаточность этих кислот в организме.
Потребность нашего организма в незаменимых жирных кислотах должна покрываться исключительно за счет потребления растительных масел и притом преимущественно в натуральном виде, не подвергнутых губительному действию высоких температур.
Определение эффективности массообмена в зависимости от условий проведения процесса сушки
Проведенные нами исследования [349, 350, 355, 356, 361, 384, 380] позволили установить, что эффективность процесса контактного массообмена зависит от влажности сырого зерна, так как движущей силой массообменных процессов является разность между фактической концентрацией распределяемого вещества (в данном случае воды) в данной фазе и равновесной концентрацией.
С целью выявления влияния влажности сырого компонента смеси на эффективность массообмена нами была проведена серия опытов при постоянных значениях температуры нагрева зерна и кратности смешения, но при меняющихся значениях влажности сырого и сухого компонентов смеси (табл. 3.1). Анализ результатов показывает, что в процессе отлежки смеси при условии ведения опыта перераспределяется до 24,86 % влаги от общего количества, которое могло бы перераспределиться при условии выравнивания влажности компонентов смеси.
На рис. 3.1. показаны кривые изменения влажности компонентов смеси (о)см = 14,78%), характерных для реального процесса сушки зерна во втором контуре рециркуляции. Анализ кривых показывает, что основная масса влаги передается от сырого нагретого компонента смеси к холодному сухому (рециркулируемому) компоненту за 2,5-5 мин. При отлежке свыше 5 мин. Влажность сухого компонента смеси практически не изменяется.
Прирост эффективности массообмена убывает с увеличением продолжительности процесса. Так, за первые 2,5 мин. в зерновой массе перераспределяется 71% влаги, за 5 мин. — 81%, а за 10 мин. - 90% от общего количества, перераспределяемого за 20 мин. Следовательно, более эффективно массообмен протекает за первые 2-3 минуты.
Известно, что с увеличением кратности смешения, интенсивность контактного массообмена возрастает. И это вполне закономерно, так как при этом имеет место увеличение поверхности массообмена между сырыми и сухими компонентами смеси.
В проведенных нами исследованиях [357, 358, 360, 366] кратность смешения п менялась от 1 до 4 в диапазоне, наиболее характерном для сушки зерна в условиях производства, во втором контуре рециркуляции двухконтурной газовой рециркуляционной зерносушилки, при двух значениях влажности сырого нагретого компонента смеси. Влажность и температура рециркулируемого сухого компонента во всех опытах была постоянной. Результаты исследований приведены в табл. 3.2 и на рис. 3.2. Анализ полученных данных показывает, что увеличение кратности смешения от п = 1 до п = 4 при т = 5 мин. способствует повышению эффективности влагосъема в 2 раза, при т = 20 мин. — примерно в 1,7 раза, причем, независимо от влажности компонента смеси. Влияние кратности смешения несколько уменьшается с увеличением продолжительности отлежки. Четко прослеживается зависимость эффективности массообмена от влажности более сырого (нагретого) компонента смеси. С увеличением влажности интенсивность массообмена уменьшается (очевидно, проявляется влияние сравнительно низкой температуры смеси зерна).
134 При исследовании процесса межзернового контактного массообмена применительно к условиям различных типов рециркуляционных зерносушилок [357,351-354] был принят диапазон температур, характерный для работы рециркуляционных зерносушилок для зерна семенного и продовольственного назначения — от 40 до 65 С, влажность сырого компонента смеси составляла от 15,83 % (при температуре нагрева 40 С). Указанный диапазон влажности наиболее приближен к условиям работы второго контура рециркуляции газовых рециркуляционных зерносушилок.
Кратность смешения во всех опытах была принята равной n = 2. Температура рециркулируемого зерна и его влажность во всех опытах были постоянны и составили соответственно: 22С и 14 %.
Анализируя результаты исследований, приведенных в табл. 3.3 и на рис. 3.3, можно сделать вывод, подтверждающий правомерность распространения указанной выше зависимости на условия работы теплообменника второго контура рециркуляции: увеличение температуры влажного компонента смеси способствует повышению эффективности массообмена (для нашего случая при увеличении температуры от 40 до 65 С — в 2 раза). Причем, независимо от продолжительности отлежки т .
Научно-практические аспекты получения томатного масла
В лабораторных условиях масло из семян томата получали методом экстракции в аппарате Сокслета диэтиловым эфиром. Для этого к эфиру добавляли мелкоизмельченный порошок KJ и 2N раствор H2S04. В продолжении целого дня раствор периодически энергично встряхивали, затем переносили в делительную воронку, добавляли мелко измельченный порошок Na2S203, небольшое количество дистиллированной воды и встряхивали до обеспечивания раствора. В отрицательном случае добавляли еще тиосульфат. После обесцвечивания раствора водный слой спускали, эфир несколько раз промывали водой, до полного удаления следов серной кислоты, добавляли кристаллы СаС12 и оставляли на ночь. На другой день эфир перегоняли и применяли для экструдирования.
Семена томата измельчали в фарфоровой ступке, переносили в делительную воронку и несколько раз экстрагировали эфиром; вытяжку фильтровали; к фильтрату добавляли СаС12 и оставляли на ночь. На другой день снова фильтровали и перегоняли в слабом токе углекислого газа до полного удаления эфирного запаха. Выход масла составил 20%.
Кроме того, проводилось исследование по определению выхода томатного масла методом холодного прессования. Для этого томатные семена предварительно измельчали на вальцевом станке, а затем прессовали на гидравлическом прессе. Масло имело желтый цвет. По органолептическим показателям отличалось приятным специфическим ароматом, напоминающим масло грецкого ореха.
В томатном масле содержатся физиологически ценные неомыляемые вещества, к которым относятся: токоферолы, і каротиноиды, стерины. Неомыляемые вещества в основном локализованы в масляной фазе семян томата и в незначительном количестве в гелевой фазе.
Содержание в томатном масле неомыляемых веществ проводили по методике ВНИИЖ. Образец масла (5 г) взвешивали в колбе емкостью 300 мл, добавляли 2 н. раствор спиртовой щелочи (КОН), ставили на водяную баню и кипятили в продолжении часа с обратным холодильником. После окончания процесса омыления, добавляли дистиллированную воду (50 мл). Полученный прозрачный раствор переносили в делительную воронку и неомыляемые вещества экстрагировали петролейным эфиром с температурой кипения 50С. Затем экстракт промывали вначале 50 %-ным спиртом, содержащим небольшое количество щелочи, а затем чистым 50 %-ным спиртом до удаления следов щелочи. После этого растворитель отгоняли и неомыляемые вещества сушили до постоянного веса при 100С. Содержание неомыляемых веществ рассчитывали по формуле: где x — количество неомыляемых веществ, %; а — количество неомыляемых веществ, г; Р — вес исследуемого масла, г. В среднем количество неомыляемых веществ в томатном масле составило 2,4 %.
Токоферолы в основном локализованы в масляной фазе семян томата, что значительно повышает их пищевую и биологическую ценность. Недостаток токоферола или витамина Е оказывает негативное воздействие на организм человека. Вместе с тем токоферолы являются антиоксидантами и придают маслу стойкость при хранении и замедляют окислительные процессы.
Для определения количества токоферолов томатное масло в продолжении 30 минут омыляли 10 %-ным раствором КОН в метиловом спирте с обратным холодильником, на водяной бане. Мыльный раствор переливали в делительную воронку, колбу несколько раз ополаскивали дистиллированной водой, экстрагировали освобожденным от перекисей диэтиловым эфиром, при этом брали каждый раз по 50 мл. Объединенный эфирный раствор промывали дистиллированной водой до полного удаления следов щелочи, добавляли безводный сульфат натрия и оставляли на ночь. Затем эфир перегоняли в слабом токе углекислого газа и к остатку добавляли 5 мл этилового спирта, получали совершенно прозрачный раствор. К раствору добавляли 1 мл концентрированной HNO3. К колбе присоединяли обратный холодильник и ставили на водяную баню, кипятили 3 минуты и после охлаждения колориметрировали.
В среднем в исследуемых образцах токоферолов содержалось 120 мг %.
Проводили исследование полиненасыщенных жирных кислот спектрофотометрическим методом, позволившим определить непредельные кислоты с сопряженными двойными связями, независимо от их местоположения в кислотном радикале. Для исследования масла на спектрофотометре СФ-4 проводили его изомеризацию щелочным раствором глицерина в течение 50-60 минут, при температуре 165-175 С и концентрации (С) 0,015-0,016 г/л.
Как видно из графика (рис. 4.1) наибольшая оптическая плотность и коэффициенты поглощения соответствуют длине волны 234 нм, что позволяет сделать заключение о содержании в масле непредельных кислот с двумя сопряженными двойными связями в большом количестве и кислот с тремя сопряженными двойными связями в незначительном количестве.
Физико-химические моделирование процессов удаления гидратируемых и негидратируемых фосфолипидов из растительных масел
Установлено, что в процессе щелочной рафинации глицериды не подвергаются существенному воздействию вспомогательных агентов рафинации и не претерпевают химических изменений. Однако из этого не следует, что в конкретном рафинационном процессе на всех его стадиях масса глицеридов остается постоянной. Сложный комплекс специфических физико-химических и физико-механических процессов, сопутствующих рафинации, определяет изменение массы wr(c) (т), в результате имеет место неравенство: тг(с)(Т) тг(с) (0) (5.6) где гаг(с) - масса глицеридов; т = 0 — начало процесса рафинации; т = Т — конец процесса.
Уменьшение исходной массы глицеридов происходит в связи с тем, что некоторая часть нейтрального жира увлекается в соапсток и в промывные воды. В большинстве современных технологических схем рафинации жиров предусмотрено использование нейтрального жира. Суммарная его масса А тг в соответствии с принятыми обозначениями может быть представлена в виде разности wr(c)(T) - wr(c) (0), которая всегда положительна.
В зависимости от особенностей принятой технологической схемы, специфики ее аппаратурной реализации, технологического режима и качества сырого жира, источники потерь будут варьироваться.
В рассматриваемом случае технологической схемы непрерывной сепарационной рафинации жиров для разработки математического описания статики соответствующих потерь жира приняты: отходы при отделении соапстока после нейтрализации (под понятием «отходы» понимается снижение стоимости жира в результате перехода его части в 201 техническую стоимостную категорию); потери при промывке нейтрализованного жира.
В первом источнике потерь значительная часть отходов жира А тг связана с увлечением части исходной массы тг в соапсток. Эту часть жира тг (сс в дальнейшем используют для технических целей, в частности для мыловарения. Ее стоимость приблизительно вдвое меньше стоимости исходного пищевого жира. Следовательно, один из аспектов оптимизации технологии рафинационного производства заключается в минимизации переменной тг (сс)(х). В непрерывном процессе целевая функция этого аспекта оптимизации может быть представлена в виде интеграла во времени от указанной массы, математически описывающие суммарные отходы жира в соапсток в интервале О-Т. Эти отходы возрастают с ростом Т, и задачи технолога состоит в их минимизации путем усовершенствования технологии. Так, строгое соблюдение оптимального температурного режима нейтрализации и использование гидротропных добавок, оптимальных для данного процесса химического состава и концентрации, существенно сокращают отходы жира и, в частности, уменьшают массу тг (сс){х).
Из-за воздействия на процесс комплекса случайных факторов наиболее адекватным математическим описанием рассматриваемого подпроцесса является описание его с помощью случайной стационарной функции. Если в каком — то временном интервале имеются статистические данные в дискретной или непрерывной формах, относительно поведения случайных функций, оценки соответствующих интегралов могут быть получены графическим путем. Тогда разность этих интегралов, умноженная на соответствующий тариф, математически описывает экономическую эффективность мероприятий по оптимизации технологии рафинации. Если указанные статистические данные отсутствуют, более приближенные оценки можно получить из средних значений отходов жира в соапсток до и после оптимизации технологического процесса. В силу стационарности указанных случайных функций, соответствующие математические ожидания не являются детерминированными функциями времени.
При математическом описании второго источника потерь жира в процессе рафинации, т.е. потерь жира в промывной воде, учитывается, что во время промывки, целью которой является удаление остаточного количества мыла, в промывные воды попадает некоторое количество нейтрального жира тг(прК Этот жир в дальнейшем улавливается и используется для технических целей с пониженным, по сравнению с пищевым жиром тарифом. При этом имеет место отрицательный экономический эффект в размере - ДСЭ = [Сг - Сг(пр)] S (т) (5.7) где [О, Т] — временной интервал эксплуатации установки; Сг - тариф рафината; Cf — тариф жира, улавливаемого из промывных вод; S (т) — площадь под кривой тг(пр) (т) в интервале [О, Т]. Правая часть равенства (5.7) всегда положительна, поскольку Сг Q-(nP)o. Поэтому целью модернизации оборудования и совершенствования технологии является в данном случае минимизация АСЭ.
Одним из важных элементов технологического регламента непрерывной сепарационной рафинации является норма потерь жира в промывной воде. Пусть при двукратной промывке жира после нейтрализации в соответствии с технологическим регламентом допустимые концентрации жира в промывных водах составляют К ft и
К Г2 соответственно для первой и второй промывок. Пусть далее технологическим регламентом заданы также нормы расхода воды (или конденсата) N(np)Bl и N(np)B2 от массы жира, поступающего на промывку, соответственно для первой и второй промывок. 203 Тогда для первой промывки жира массовой тг среднее потребное количество воды составляет: mJnP) = Nfop;e/ [ntr(c) _ т(сс) (5S) Аналогично описывается расход воды для второй промывки. Это позволяет определить суммарное количество потребной промывной воды.
Минимизация этой суммы достигают, снижая нормы расхода промывной воды на первой и второй промывках без ущерба для качества рафината. Технологически эта задача осуществима, например, путем использования в качестве добавок каких-либо агентов, повышающих растворимость мыла в воде и снижающих отходы жира в промывной воде
