автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Интенсификация процесса сушки и совершенствование сушильных аппаратов для фосфатидных концентратов растительных масел

Казахский научно-исследовательский институт плодоводства и виноградарства

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУШИЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ФОСФАТИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

05.18.12 - процессы и аппараты пищевых производств

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Научный руководитель: Академик АСХН РК, доктор технических наук, профессор -ИЗБАСАРОВ Д.С.

Республика Казахстан Алматы 1999

УДК 665.37.03.047.2:66.015.23(088.8)

На правах рукописи

Алтайулы Сагымбек

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................ 4

£. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Общие сведения о фосфатидных концентратах растительных масел........................'........... §

1.2. Получение и применение фосфатидных концентратов из Растительных масел . ........,.......;................ 13

1 Г Пути шггенсификаций процессов нагрева и сушки ф<и фмгмдпмх концентратов растительных масел..,,........ ... 23

/

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Л|, Обоснование выбора метода нагрева и сушки ........ 36

Исследование электрофизических характеристик ф(и фатидиых концентратов ...........................41

Л, МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И 11Г ОI и<Х:СА НАГРЕВА ФОСФАТИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ .1,1, Методика исследования электрофизических характеристик,

описание экспериментальной установки и результаты....... 53

V,?. Методика исследования процесса нагрева фосфатидных конце!ггратов и экспериментальная установка ............. 64

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-МЕХА-НИМ! СКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФОСФАТИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ •1.1. Исследование плотности фосфатидных концентратов .... 66 -

'1.2. Исследование вязкости фосфатидных концентратов . . /-. . 69 1 '1.3. Изменение коэффициента динамической вязкости ] фосфа'шдных концентратов в процессе сушки . . ...... ... . . . .".""73

АЛ. Исследование теплофизических свойств пищевых

фосфатидных концентратов ............., . . /............... 76

-1.5. Исследование процесса нагрева фосфатидных концентратов

и поле токов высокой частоты ............................... 82

-1,(>, Оптимизация процесса нагрева фосфатидных концентратов Iмстительных масел в поле токов высокой частоты..........86

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУШИЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛИ Ф О С ФАТИ ДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

'^.Интенсификация процесса сушки фосфатидных

концентратов ..............................................89

V1.1. Комбинированный метод нагрева и сушки фосфатидных

концентратов с применением ТВЧ ..........................99

V2. Установка для сушки фосфатидных концентратов

ригштельных масел ....................................... 109

V.U. Испытание опытно-полупромышленной аппаратуры и никого способа нагрева и сушки фосфатидных концентратов |ннТ1ПЧ'лы1ых масел с использованием высокочастотной

HIl'pi'HII ...................................................Ill

V2.2. Установка для комбинированного метода нагрева и сушки подсолнечных гидратационных осадков с использованием ныгокочастотной энергии и ротационно-пленочные аппараты Ijohoro типа ........................'.......................117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........ ... .............................125

-у-^ „ г^-

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........126

ПРИЛОЖЕНИЯ .........................................142

ВВЕДЕНИЕ

М пропой опыт говорит о необходимости определенной послсд,оиательности, заключающейся в неуклонном снижении в : ни ионом национальном продукте доли сельского хозяйства, ! лоЫлплющей промышленности и, напротив, росте доли I перерабатывающих производств и, прежде всего — наукоемких, с иыеокоп добавочной стоимостью.

Что(н>1 пс стать страной с моносырьевой ориентацией, мы еще (юн г с опережающими темпами должны развивать легкую и пищевую \ промышленность, ... отдельные подотрасли машиностроения, | нтечпых наукоемких производств...[1]

j Пи oi'попе развития сельского хозяйства предусматривается | 'iiuihiieiiiniiii рост производства продуктов питания при I ипиппелыюм расширении их ассортимента и повышении качества. ! П решении поставленных задач большая роль отведена и масло-| ж пропой промышленности, развитие которой должно | у ной цетиорить возрастающие потребности населения в | р-н ппеныплх маслах и продуктах их переработки. Ь (hifioit h:i стадий процесса рафинации является гидратация, j ми ормн представляет собой основу производства пищевых и ифмопых фосфатидных концентратов растительных масел.

Н настоящее время масложировая промышленность в большом количестве производит, так называемые, фосфатидные ышцентраты,- являющиеся одним из ценных побочных продуктов, Получаемых при первичной очистке растительных масел. Они ; широко применяются в кондитерской, хлебопекарной, кпмСшкормовой и других отраслях промышленности.

1 типологический процесс производства фосфатидных цишгн'гратов осуществляется методом гидратации, т.е. ¿iiiOinuieiiiicM воды в масло, при этом фосфатиды коагулируют в lüjjH \ л oi i ьев, это основано на их коллоидно-гидрофильных итПстнах. Масло с гидратированными хлопьями фосфатидов mti фпфугируется в сепараторах или отделяется на отстойниках : iiiMipe|)!,ii!Horo действия. Полученный в результате гидратации рне I ительпых масел гидратационный (гидрофильный) осадок, имеющий нысокую начальную влажцость (50—70% к общему весу), ■ при храпении интенсивно окисляется. Для увеличения срока • хрипении и улучшения качества пищевых фосфатидных : »-иниептратов гидратационный осадок подвергается сушке до

ниирдаими влаги в нем менее 1%. : И процессе производства фосфатидных концентратов одним из

и.шСюлсе ответственных и продолжительных этапов является сушка | пдратационных осадков. При этом и происходят необратимые фп'шко-химические, физико-механические и другие изменения в ■ перерабатываемом материале, что делает процесс сушки не эффективным. Несовершенство процесса сушки объясняется (нсутстпием научно-обоснованных режимов. С другой стороны | научно-обоснованный выбор режимов процесса сушки требует : глубоких знаний физических, физико-химических, '} и'илофизических и других свойств исследуемого продукта. | Поэтому изыскание путей интенсификации и повышение качества ; мноиого продукта, а также разработка высокопроизводительных, ; простых по конструкции сушильных аппаратов является ' Актуальной задачей.

Правильно выбранные методы и режимы сушки должны иметь минимальные затраты энергии при максимальной интенсивности процесса и соответствовать основным требованиям улучшения ; качественных показателей высушенных фосфатидных концентратов.

Причем вопрос о качестве сушки является основным вопросом ; современного'развития сушильной техники. Однако, как показал анализ работы предприятий, этот вопрос в данное время нельзя ( считать полностью решенным.

настоящее время в масло-жировой промышленности для сушки гидратационных осадков применяют аппараты I периодического и непрерывного действия. Основные недостатки ; этих аппаратов сводятся к следующему:

I I. В вакуумных сушилках периодического действия процесс ! сушки отличается большей продолжительностью при высокой ( температуре нагрева, что приводит к ухудшению качественных ; показателей фосфатидных концентратов. В таких аппаратах 11мсушенные продукты из-за низкого качества зачастую используют ; для кормовых и технических целей. [2-8].

\ 2. В ротационно-пленочных аппаратах непрерывного действия ; площадь контакта продукта с греющей поверхностью велика и ; сравнительно невысокая производительность при больших ; габаритах аппарата.

Таким образом, из вышеизложенного возникает необходимость в интенсификации процесса сушки и повышении ее качества. На

• основе традиционных способов сушки трудно достичь I значительного эффекта в совершенствовании процесса, поэтому для ; интенсификации и сушки фосфатидных концентратов растительных ; масел нами разработан комбинированный метод, основанный на

* применении предварительного высокочастотного нагрева.

И последнее время все шире применяются новые физические методы термообработки материалов с целью интенсификации процесса тепловой обработки, в том числе и токами высокой частоты [9—26].

Особенностью нагрева продукта в электромагнитном поле токов ; и 1.1 со кой частоты является равномерный прогрев по всему объему. ; Отсутствие градиента температуры позволяет поднять скорость пшрена и сократить время сушки в несколько раз* по сравнению с I контактным нагревом.

, Недостаточная изученность физических, электрофизических и : мругпх свойств фосфатидных концентратов, их поведения в процессе сушки затрудняет выбор рационального способа сушки, опрел,еление параметров и возможных путей интенсификации процесса с одновременным улучшением качественных показателей.

Цель работы. Установление закономерностей обработки юками высокой частоты и сушки фосфатидных концентратов растительных масел, обоснование рациональных режимов сушки и создание высокоэффективного сушильного аппарата, позволяющего получить конечный продукт с улучшенными качественными показателями.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи: ; I. Исследование электрофизических характеристик фосфатидных концентратов, определяющих интенсивность нагрева в поле токов ; высокой частоты. Выбор параметров высокочастотного I 'шектромагнитного поля для вакуумного диэлектрического нагрева. [ 2. Исследование физических (плотность, вязкость, текучесть), 1 чпектро- теплофизических свойств фосфатидных концентратов, ; изменяющихся при сушке и нагреве.

| 3. Исследование процесса ваккумно-диаэлектрического нагрева ' фосфатидных концентратов, изучение его влияния на • интенсивность процесса сушки и качество продукта.

4. Изучение общих закономерностей кинетики процесса сушки,

■ выявление основных недостатков существующих сушильных аппаратов.

5. Разработка оптимальных режимов нагрева и сушки продуктов е помощью нового комбинированного способа обезвоживания фосфатидных концентратов с целью улучшения качественных показателей последних.

(). Разработка технологической схемы процесса сушки на ротационно-пленочных аппаратах непрерывного действия новой конструкции с предварительным нагревом ТВЧ.

Научная новизна. В процессе исследования получены новые ? научные результаты, а именно:

- определены физико-механические, теплофизические, '■■».иастрофизические свойства фосфатидных концентратов растительных масел;

- теоретически и экспериментально обоснован способ подготовки фосфатидых концентратов растительных масел к сушке

г путем обработки токами высокой частоты;

; -•установлены закономерности процесса сушки фосфатидых г концентратов растительных масел предварительно обработанных • I ока ми высокой, частоты;

; ■ разработаны математические описания процессов обработки ижлми высокой частоты и сушки фосфатидых концентратов растительных масел. Предложены расчетные зависимости для ; определения скорости и длительности процесса сушки;

- разработана новая технологическая схема реализации . процесса нагрева и сушкй фосфатидых концентратов с

применением высокочастотной энергии и новые конструкции роторно-пленочных аппаратов.

Практическая значимость работы. Разработаны и созданы новые I конструкции роторно-пленочных аппаратов для сушки фосфатидных / ( концентратов растительных масел. (А.с.1Ч 1445744, N 1722516). ; Обоснованы параметры режима и разработаны методики расчета процессов обработки токами высокой частоты и сушки | фосфатидых концентратов растительных масел.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Общие сведения о фосфатидных концентратах растительных масел

I Фосфатидами называются тела жировой природы, содержащие в | молекулах азот и фосфор. По химической структуре и по I некоторым физическим свойствам они напоминают жиры, ; оишчаясь от них тем, что образуют с водой коллоидные растворы. | ф<к'фатиды могут рассматриваться как триглицериды, в которых í о.мпн из жирнокислотных остатков замещен фосфорной кислотой. : Фосфатиды принадлежат к широко распространенной группе : фосфоросодержащих веществ, имеющих очень важное (¡Н1 июлогическое значение. Они являются необходимой составной час п.ю клеток растительных и животных организмов. Особенно Ногаты фосфатидами, точнее фосфолипидами, клетки нервной системы и зародышевые клетки [27-29,40]. Вместе со стеролами и ненками они участвуют в строительстве клеточных мембран.

И растениях фосфатиды содержатся, главным образом, в семенах. ; И масличных семенах фосфатиды локализованы в гидрофильной ; части их ядер, находясь как в свободном, так и в связанном виде. ' ! 10-31] Фосфатиды масличных семян принадлежат к группе : г ножных липидов, в состав которых кроме глицерина и жирных ; кислот входят фосфорная кислота и азотистые основания или 1 аминокислоты [2,27-38-94].

\ Процентное содержание фосфатидов в растительном масличном I ( ырье и в некоторых продуктах животного происхождения I представлено в таблице 1 [2-4,27-39].

I

! Та б л и ц а 1.

\ Содержание фосфатидов в различных продуктах растительного и

животного происхождения

I: 1

I

Наименование продуктов

1)()бЫ сои

семена: подсолнечника хлопчатника рапса льна арахиса

Содержание фосфатидов, %

1,60,61,21,0-

-3,2 -0,8 -1,8 -1,2

0,4-0,7 0,4-0,6

продолжение табл.1

конопли кукурузы Сухой яичный желток Печень рогатого скота Сердце рогатого скота Жир молока коровы Молоко коровье

1 Как видно из таблицы 1, среди продуктов животного ; происхождения наибольшее количество фосфатидов содержится в ; ипчпом желтке, а среди растительных продуктов - в семенах сои и. ; хлопчатника.

И семенах фосфатиды связаны с белками, углеводами и другими пеществами, находясь в клетках в гелевой фазе. Переход фосфатидов при маслодобывании из гелевой фазы в масляную кл висит от способов и режимов получения масел. Содержание фосфатидов в масле при различных способах получения показано в пюлпце 2. [32-36; 40-42]

; Т а б л и ц а 2.

Содержание фосфатидов при различных способах получения масла

/ Способ получения Масла

соевое подсолнечное хлопковое

Форпрессовое 1,07-1,80 0,3-0,80 1,06-1,63

Прессовое 2,0-3,5 0,45-1,01 1,21—1,76

Экспеллерное 2,6-5,5 0,8-1,2

'Экстракционное 2,00-4,50 0,83-1,20 1,40-1,90

Данные таблицы 2 показывают, что больше всего фосфатидов извлекается в процессе экстракции.

Роль фосфатидов в жизнедеятельности организмов сводится к ' следующему: они являются составной частью растительной или ■I; к потной клетки; играют важную роль в строении клеточной ооолочки, являясь связывающим звеном между водой и жиром; активно участвуют в обмене жиров. Фосфатиды также участвуют в

0,8-9 0,4-0,5 16-20 3,1 7,7 . 0,6 0,005-0,06

< пптозе жиров в организме и имеют большое значение при построении нервной ткани. Фосфатиды резко ускоряют всасывание -i.ilрои, особенно высокоплавких, способствуют наиболее • коиомному использованию жиров и белков пищевого р.т.иона.[43,44]

С точки зрения питательности фосфатиды дают организму те же компоненты, что и жиры, но, кроме того, вводят в него фосфорную |.пелоту в виде органических соединений, аминные основания и : другие вещества, наиболее ценные в физиологическом отношении. '')нергообразование (калорийность) фосфатидов немного ниже, чем у ж и рои, вследствие наличия в них фосфорной кислоты и аминных 01 поианий (холин, коламин). Очень важное физиологическое итченис имеют фосфатиды, находящиеся в жирах, особенно в рме I птсльных маслах. Попадая в организм человека с пищей, , фосфатиды способствуют более раннему и обильному выделению •I ( мчи и лучшему всасыванию жира в верхних отделах кишечника, прел,охраняют печень от жировой инфильтрации, а также 1 поеобствуют накоплению белков в организме.[43-46]

Общие свойства фосфатидов зависят в значительной степени от природы жирных кислот, входящих в их состав.

Характерной особенностью фосфатидов растительных масел чип и стоя их большая нестабильность в атмосфере кислорода, а ■ I м к /К с легкость изменения на свету и в присутствии солей ; некоторых тяжелых металлов.

Фосфатиды, выпускаемые масложировой промышленостью, ; имеют цвет от светло- желтого до темно-коричневого в , ынпсимости от того, при каком режиме они получены. При : 1 оо'| нетствующей очистке фосфатиды имеют слабый запах и вкус ! миг па, из которого они получены. По консистенции они могут ! Пить жидкими, пасто- или порошкообразными в зависимости от ( о держания в них влаги и масла.

Фосфатиды представляют собой воскообразные или полутвердые ' очень гигроскопические вещества. На воздухе они имеют мичеобразную консистенцию, поглощая влагу и кислород; под иеПетиисм света приобретают сначала желтый, а затем коричневый

ПИП ,

Л, и я получения. светлокрашенных фосфатидов необходимо вести процесс при низкой температуре на всех стадиях производства в он у1 ствии воздуха и света.

Фосфатиды растворимы во многих органических растворителях, ппиримср, в эфире, бензоле, бензине, хлороформе, сероуглероде и 1 п, Характерным их отличием, за исключением фосфатидных

ми нот, является нерастворимость в ацетоне и метилацетате. Этим ! I но Истцом фосфатидов иногда пользуются д