На правах рукописи
АБДУЛХАЛИКОВ Заурбек Абдулвагидович
РАЗРАБОТКА И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА
СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЕТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ
05.18.12 – Процессы и аппараты пищевых производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Махачкала – 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дагестанский государственный технический университет»
Научный руководитель
кандидат технических наук, профессор Омаров Магомед Мангуевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Улумиев Адам Абакарович
доктор технических наук Алиев Мурад Ризванович
Ведущая организация Прикаспийский институт биологических ресурсов
Дагестанского научного центра РАН
Защита состоится «_26_» декабря 2011 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.052.05 в ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», 367015, Республика Дагестан, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70, ауд. 202.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». Сведения о защите и автореферат диссертации размещены на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки РФ http://www.vak.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет» http://www.dstu@dstu.ru
Автореферат разослан «_25_» ноября 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
к.т.н., доцент М.Н. Исламов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Одной из важных проблем пищевого производства является получение продукции высокого качества, повышение биологической ценности продуктов детского и диетического питания.
Белокочанная капуста и другие виды растительного сырья с древних времен применяются не только как пищевой, но и как лечебный продукт. В настоящее время капусту применяют для профилактического питания и лечения язвы желудка и 12-перстной кишки. Эффект лечения обусловлен в основном содержанием противоязвенного фактора – витамина U (S-метилметионина), аскорбиновой кислоты и незаменимых аминокислот.
Диетический продукт из капусты представляет собой сок свежий стерилизованный, высушенный сублимацией и на распылительных сушилках. Однако при распылительной сушке разрушается основное количество витаминов и других ценных компонентов продукта; кроме того, в процессе тепловой сушки потери пюре из-за уноса воздухом и прилипания к внутренним поверхностям камеры достигают 9-10 %. Продолжительность сублимационной сушки сока превышает 500 минут. Сублимационная сушка пюре капусты в вакууме лишена указанных недостатков.
Поэтому очевидна необходимость исследований технологических процессов, направленных на получение диетического (лечебного) продукта из пюре капусты методом сублимации.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка новой интенсивной технологии сублимационной сушки растительного сырья для получения диетических продуктов. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
разработка новой технологии получения сухого пюре белокочанной капусты методом сублимационной сушки;
экспериментальное определение оптимальных параметров замораживания и сушки пюре;
исследование кинетики сублимационной сушки пюре;
изучение изменений гигроскопических свойств сухого пюре капусты;
изучение изменений химического состава пюре капусты в процессе его получения, сушки и хранения;
исследование процессов получения диетических продуктов из капусты, крапивы, подорожника и др. видов плодоовощного и лекарственного сырья Дагестана;
-
апробация результатов исследований в производственных условиях.
Научная новизна. Разработана интенсивная технология производства сублимированного пюре белокочанной капусты. Изучены влияния различных параметров замораживания, сушки и хранения на химический состав пюре капусты, а также гигроскопические свойства пюре капусты сублимационной сушки при различных значениях относительной влажности; получены уравнения изотерм сорбции и продолжительности сушки.
Установлено влияние процесса вакуумирования дробленой массы на продолжительность сублимационной сушки и качественный состав полученного продукта. Новизна предлагаемого технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение.
Разработана технологическая инструкция по производству сублимированного пюре белокочанной капусты (ТУ 9164-001-02069504–11).
Практическая значимость работы. Теоретически обоснована и практически предложена схема сублимационной сушки пюре белокочанной капусты с предварительным вакуумированием. Полученные оптимальные параметры воздушной среды рекомендуется использовать при расфасовке лиофилизованного пюре на овощесушильных предприятиях.
Разработанные технологические схемы производства диетических купажированных соков из плодоовощного и лекарственного сырья Дагестана можно использовать в консервной и овощесушильной промышленности.
Внедрение результатов работы. Результаты исследования внедрены в учебный процесс в Дагестанском государственном техническом университете и приняты к внедрению на пищеконцентратном предприятии ОАО «Дагинтерн» (г. Избербаш, РД).
Медико-биологические исследования показали эффективность действия пюре капусты сублимационной сушки при лечении язвенной болезни желудочно-кишечного тракта.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены, обсуждены и одобрены на III Всероссийской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставрополь, 2005 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы химии и нефтехимии: наука, образование, производство, экология» (Махачкала, 2008 г.); XI Международной научно-практической конференции «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2010 г.); Итоговых научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДагГТУ ( Махачкала, 2001 – 2010 гг.). Сублимированные купажированные соки и пюре из плодов, овощей и лекарственного сырья экспонировались на межрегиональных выставках «Дагпродэкспо» 2003 – 2010 в г. Махачкале.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 18 научных работ, в том числе 3 статьи в реферируемых изданиях, получен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 131 страницах, включая 28 рисунков, 14 таблиц и 4 приложений. Список использованной литературы включает 136 наименований.
Объекты исследования – белокочанная капуста (Амагер, Дербентская), районированная в Республике Дагестан, пюре сублимационной сушки, восстановленное пюре, абрикосовый сок с мякотью и сахаром, яблочный неосветленный сок без мякоти, морковь, подорожник, крапива.
Результаты исследований обработаны методами математической статистики.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении даны обоснование актуальности темы и цели диссертационной работы, научной новизны и практической ценности.
В первой главе «Аналитический обзор» проведен анализ литературных данных техники и технологии сушки плодоовощного сырья для производства диетического (лечебного) питания. Развитие теории и практики сублимационной сушки пищевых продуктов связано с именами таких ученых, как А.В. Лыков, А.А. Гухман, А.М. Бражников, Г.Б. Чижов, А.С. Гинзбург, Э.И. Каухчешвили, Э.И. Гуйго, Н.К. Журавская, А.З. Волынец, П.А. Новиков, Д.П. Лебедев, А.А. Улумиев, М.М. Омаров, С.И. Кочерга и других.
Во второй главе «Характеристика сырья, методы исследования и схема экспериментальной установки» дано описание экспериментальной установки, описаны методы и приборы контроля параметров сушки.
Приведена технологическая схема производства пюре белокочанной капусты. Описаны принцип работы и устройство основного и вспомогательного оборудования.
Основные физико-химические показатели исследуемых образцов капустного пюре определяли стандартными современными методами: криоскопическую температуру – методом криоскопии с применением термометра Бекмана; влажность – в модификации В.Г. Поповского; общий и инвертный сахар – с применением фелинговой жидкости; общую кислотность; активную кислотность – потенциометрическим методом; общий и белковый азот – по Кьельдалю; цвет – по оптической плотности водноспиртовых вытяжек на фотоэлектроколориметре; витамин С – основным индофенольным методом с применением сероводорода; S-метилметионин (витамин U) – по методу, разработанному в институте биохимии им. А.Н. Баха с применением электрофореза; равновесную влажность – тензиметрическим методом.
В третьей главе «Результаты исследований и их обсуждение» приведены результаты исследований технологических процессов получения пюре капусты методом сублимационной сушки.
В процессе работы определяли криоскопическую температуру пюре. Содержание сухих веществ в пюре капусты составляло 7,0÷7,4 %. Полученное значение криоскопической температуры исследованного нами продукта составляло минус 1,05ºС.
Кроме этого, были проведены эксперименты по определению криоскопической температуры абрикосового сока с мякотью и яблочного неосветленного сока без мякоти в льдосоляном растворе при температуре среды минус 20ºС с различным содержанием сухих веществ в соках.
На основании проведенных опытов были получены аналитические зависимости для определения криоскопической температуры фруктовых соков при различных концентрациях сухих веществ, которые приведены ниже (в формулах учитываются не размерности, а только числовые значения приводимых показателей):
tкр = ( ) + 0,5 (1)
tкр = – (2)
Формулы (1) и (2) определяют, соответственно, зависимость криоскопической температуры (tкр) от концентрации сухих веществ (х) абрикосового сока с сахаром и яблочного неосветленного сока без мякоти.
Расхождение экспериментальных данных и результатов, полученных расчетным путем, не превышает 5%.
Влияние удельной нагрузки пюре на продолжительность сушки. Проведена серия опытов сублимационного обезвоживания капустного пюре при толщине слоя 6,8,10 и 12 мм (таблица 1).
Результаты показывают, что увеличение удельной нагрузки пюре не только увеличивает продолжительность процесса сушки, но и существенным образом влияет на качество сухого продукта. Так при толщине слоя 12 мм продукт приобретает непривлекательный внешний вид: имеются недосушенные и пересушенные участки в противнях, появляется запах жареной капусты, который объясняется взаимодействием редуцирующих сахаров с аминокислотами пюре (меланоидиновые реакции).
Таблица 1 – Влияние удельной нагрузки пюре на продолжительность сушки
Толщина слоя пюре, мм
|
Начальная влажность пюре, %
|
Удельная нагрузка на греющую поверхность, кг/м2
|
Продолжительность сушки, мин
|
Производительность сублиматора, кг пюре/м2сутки
|
Конечная влажность, %
|
6
8
10
12
|
92,5
92,4
92,3
92,4
|
4,88
6,5
8,13
9,76
|
350
390
440
560
|
21,11
25,05
27,59
26,08
|
2,9
3,2
3,65
4,15
|
С учетом времени на подготовку, загрузку и выгрузку сублиматора в сутки можно произвести циклов при толщине слоя пюре (в мм): 6 – 4,3; 8 – 3,85; 10 – 3,39; 12 – 2,67. При этом можно обеспечить выработку сухого продукта с 1 м2 поверхности соответственно 1,6; 1,97; 2,2; 2,06 кг.
Таким образом, при сублимационной сушке пюре капусты толщиной слоя 8 и 10 мм технико-экономические показатели установки выше, но качество готового продукта лучше при толщине слоя 8 мм. Поэтому, для дальнейших исследований принимаем толщину слоя 8 мм.
Влияние температуры замораживания пюре на кинетику сушки.
Целесообразно определить оптимальную температуру предварительного замораживания пюре, при которой после сушки с меньшими энергетическими затратами обеспечивалось бы высокое качество продукта.
Как показывают полученные данные, различные режимы предварительного замораживания не оказывают существенного влияния на основные качественные показатели продукта (таблица 2). Однако, капустное пюре, замороженное до температуры минус 15 и 20 °С, в процессе сублимации вспенивалось, образуя на поверхности вязкий слой, препятствующий тепло- и массообмену. При этих температурах под пеной оставались недосушенные участки, то есть пюре высушивалось неравномерно.
Таблица 2 – Влияние температуры замораживания на качественные показатели сублимированного пюре белокочанной капусты (на сухую массу)
Показатели
|
Температура замораживания пюре, оС
|
-15
|
-20
|
-25
|
-30
|
Начальная влажность, %
|
92,4
|
92,4
|
92,4
|
92,4
|
Толщина слоя пюре, мм
|
8
|
8
|
8
|
8
|
Удельная нагрузка пюре, кг/м2
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
6,5
|
Количество влаги, удаляемой при отрицательной температуре, %
|
86,4
|
88,6
|
90,0
|
90,1
|
Конечная влажность сухого продукта
|
3,25
|
3,18
|
3,2
|
3,1
|
Общая продолжительность сушки, мин.
|
310
|
345
|
390
|
450
|
Содержание витамина С, мг%
а) до сушки;
б) после сушки
|
396,2
244,2
|
396,2
252,7
|
396,2
266,6
|
396,2
260,4
|
Содержание витамина U, мг%
а) до сушки;
б) после сушки
|
113,4
92,7
|
113,4
94,1
|
113,4
97,3
|
113,4
96,6
|
Внешний вид пюре после сушки
|
Желтый со светло-коричневым оттенком
|
Светло-желтый
|
Продукт, полученный из пюре, замороженного при температуре минус 30°С, имел хороший внешний вид и химический состав его изменялся незначительно, но продолжительность сушки была слишком велика. Пюре, замороженное при минус 25 °С, высушивалось равномерно. Поэтому, для получения сухого продукта из пюре (с меньшими энергетическими затратами при замораживании и сушке) оптимальной температурой замораживания считаем минус 25 °С.
|
