автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии получения сухой лактулозы

На правах рукописи

Долганюк Вячеслав Федорович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СУХОЙ ЛАКТУЛОЗЫ

Специальность 05.18.04 -технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 'I ПАР 2015

005560428

Кемерово 2015

005560428

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО «КемТИПП»)

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Бабич Ольга Олеговна

Официальные оппоненты:

Харитонов Дмитрий Владимирович

доктор технических наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности», директор

Ульрих Елена Викторовна

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева», главный научный сотрудник отдела научно-технической информации

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт Технологии консервирования Федерального агентства научных организаций

Защита диссертации состоится «24 » марта 2015 г. в 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 4., тел./факс: (3842)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ИнпУЛуупу.kemtinn.ru/").

Ведущая организация:

Автореферат разослан «20» февраля 2015 г. Ученый секретарь

диссертационного совета /Кригер Ольга Владимировна

/у 4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Лактулоза - это дисахарид, обладающий полезными физиологическими свойствами и активно применяющийся в различных отраслях промышленности. Следует отметить, что целый ряд проведенных в последние годы исследований доказал возможность успешного применения лактулозы в составе кормовых добавок, применяемых в различных отраслях.

Наиболее распространенным способом, применяемым для получения мелкодисперсной пищевой и фармацевтической продукции, является распылительная сушка. Она может проводиться в большом диапазоне рабочих температур, процесс характеризуется малым временем контакта материала с горячим теплоносителем и высокой производительностью по испаренной влаге.

Качество высушенных продуктов, особенно термолабильных, сильно зависит не столько от кинетики удаления влаги, т.е., собственно, сушки, сколько от кинетики их нагрева в процессе сушки. Это вызвано сильной, обычно экспоненциальной зависимостью происходящих при сушке химических, физико-химических и структурно-реологических превращений от температуры высушиваемого материала.

Продукт, полученный путем распылительной сушки, обладает рядом новых свойств (дисперсность, химическая активность, адсорбционная способность, зарядность частиц и др.), присущих твердым диспергированным материалам. Чувствительность продуктов к воздействию температуры и ее длительности может привести к нежелательным изменениям, которые отразятся на качестве конечного продукта. Длительное тепловое воздействие вызывает не только негативные изменения в продукте, но и может приводить к его самовозгоранию и увеличению потерь конечного продукта.

Считается, что сухие порошки лактулозы являются более технологичными в использовании. На данный момент запатентован ряд технологий получения лактулозы разнообразными способами сушки. Основной проблемой существующих технологий распылительной сушки растворов лактулозы является наличие дорогостоящих связующих компонентов - катализаторов и стабилизаторов, которые используются с целью уменьшения гигроскопичности и влажности готового продукта, а также для ускорения процесса сушки. Важным этапом, значительно повышающим себестоимость готового продукта, является очистка от данных компонентов, что уменьшает массовую долю лактулозы, а получаемый на выходе порошок обладает высокой гигроскопичностью.

В связи с этим разработка технологии получения сухой лактулозы способом распылительной сушки является актуальным и перспективным направлением.

Степень разработанности. Существенный вклад в развитие технологии получения и применения лактулозы, а также других продуктов на основе молочного сахара внесли российские и зарубежные исследователи: А.Г. Галстян, Г.Б. Гаврилов, М.Н. Гамрекели, И.А. Евдокимов, А.Н. Петров, И.А. Радаева, С.А. Рябцева, А.В. Серов, Д.В. Харитонов, А.Г. Храмцов, О.Н. Яковлева, М. Тотка, У. Тотига, Т. Мкога, Б. БЬитатига, Н. ЮовЮТгаег и др.

Цель и задачи исследований. Целью работы является исследование и разработка технологии получения сухой лактулозгг способом распылительной сушки.

Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачи исследований:

- исследовать влияние технологических параметров распылительной сушки на выход лактулозы;

- изучить влияние технологических параметров распылительной сушки на показатели качества готового продукта;

- изучить микроструктуру сухой лактулозы;

- разработать технологическую схему производства сухой лактулозы;

- изучить состав и свойства полученной сухой лактулозы;

- разработать техническую документацию на сухую лактулозу, провести промышленную апробацию технологии;

- рассчитать ожидаемую экономическую эффективность производства порошка лактулозы способом распылительной сушки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- исследовано влияние технологических параметров распылительной сушки на выход лактулозы. Установлено, что максимальная производительность установки обеспечивается при сушке растворов с массовой долей лактулозы 50%, при температуре 140±1°С и скорости подачи раствора в камеру 6 мл/мин;

- изучено влияние технологических параметров распылительной сушки на показатели качества готового продукта; установлено, что соответствие готового продукта показателям качества достигается использованием температуры сушки 140±1°С, скорости подачи 6 мл/мин, скорости потока воздуха 20-25 м3/ч; лактуло-за, полученная сушкой раствора с массовой долей 50%, соответствует требованиям. предъявляемым к пищевым углеводам, поскольку индекс растворимости ле-кит в диапазоне от 0,10±0,02 до 0,30±0,02 см3 сырого осадка; размер частиц не превышает нормируемое значение равное 10 мкм;

- изучена микроструктура сухой лактулозы, полученной при различных температурах сушки; установлено что оптимальной температурой сушки является 140°С. При температурах 100-120°С высушенная лактулоза подвержена слипанию частиц между собой; нагретый выше 140°С продукт имеет более дисперсную структуру, но имеются признаки карамелизации.

Практическая значимость работы. На основании полученных результатов описаны основные параметры получения лактулозы способом распылительной сушки. Разработана техническая документация (ТУ 9359-200020683315-2014), технологическая схема производства сухой лактулозы. Проведена промышленная апробация технологии на предприятии ООО «Шехонь-Лактулоза» (Ярославская область).

Методология и методы исследований. При проведении исследований использовали общепринятые, стандартные и оригинальные методы физико-химического и микробиологического анализа, в том числе хроматографию, спектрометрию, микроскопирование и др.

Положения, выносимые на защиту:

- режимы распылительной сушки растворов лактулозы;

- обоснование влияния параметров сушки на выход готового продукта;

- оценка влияния технологических факторов сушки на качественные показатели порошков лактулозы.

Степень достоверности и апробации работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены на международной научно-практической конференции «Интеграция мировых научных процессов как основа общественного прогресса» (Казань, 2013 г.), IV международном научном форуме студентов, магистрантов, аспирантов «Наука в исследованиях молодых» (Новосибирск, 2013 г.), VIII молодёжной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука XXI века: новый подход» (Санкт-Петербург, 2013 г.), международной научно-практической конференции Общества Науки и Творчества «Интеграция мировых научных процессов как основа общественного прогресса» (Казань, 2014 г.), V международной научной конференции «Наука в современном обществе» (Ставрополь, 2014 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь печатных работ, в том числе две статьи н отраслевых журналах, рекомендованных ВАК «Техника и технология пищевых производств», «Хранение и переработка сельхозсырья».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из следующих основных разделов: введение, обзор литературы, объекты и методы исследования, результаты исследования и их обсуждение, выводы, список использованных источников и приложения. Основное содержание работы изложено на 105 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц и 26 рисунков. Список литературы включает 178 наименований.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами на кафедре «Бионанотехнология» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Общая схема проведения исследований приведена на рисунке 1. Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов.

На первом теоретическом этапе для обоснования цели и формулировки задач собственных исследований провели анализ литературных источников, в ходе которого изучены физико-химические и физиологические свойства лактулозы, проведен анализ рынка производителей и промышленных способов получения лактулозы. Также рассмотрели особенности получения сухой лактулозы различными способами сушки.

На втором этапе проводили исследование влияния технологических параметров распылительной сушки на выход готового продукта. Основными критериями выбора оптимальной массовой доли служили выход готового продукта,

массовая доля сухих веществ и содержание влаги в готовом продукте. Также проведены исследования по изучению влияния параметров сушки на выход сухой лактулозы. Рассматривали влияние таких параметров, как температура сушки, скорость подачи раствора и скорость воздушного потока.

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

На третьем этапе исследований изучали влияние технологических параметров распылительной сушки на качественные показатели сухой лактулозы. Изучали массовую долю лактулозы в сухом продукте, массовую долю влаги, гигроскопичность и размер частиц лактулозы, а также индекс растворимости.

На четвертом этапе изучали микроструктуру сухой лактулозы. Основными критериями выбора температуры сушки были форма частиц и однородность консистенции.

Следующий этап исследований связан с разработкой технологии получения сухой лактулозы. На данном этапе изучены органолептические, физико-химические, микробиологические показатели и показатели безопасности сухой лактулозы, также был произведен расчет экономической эффективности процесса получения сухой лактулозы с использованием разработанной технологии.

Полученные результаты учитывали при разработке технологической документации и в процессе промышленной апробации на ООО «Шехонь-Лактулоза» (Ярославская область).

Сушку растворов вели на экспериментальной установке, модель Mini Spray Dryer В-290 (Buchi, Sweden), с возможностью регулировки скорости рабочего раствора и распыляющего потока газа. Установка позволяет получать готовый продукт с размером частиц 1-25 мкм. Материалы, вступающие в контакт с продуктом: кислотоустойчивая нержавеющая сталь, боросиликатное стекло, силикон. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема установки распылительной сушки: 1 - форсунка; 2 - нагреватель; 3 - распылительная камера (цилиндр); 4 - циклон; 5 - фильтр; 6 - аспиратор

Нагрев подаваемого газа и двухпоточной форсунки (1) осуществляет микропроцессорная автоматика Fuzzy-logic (2) с цифровым дисплеем и датчиком температуры РТ 100, который обеспечивает высокую точность регулирования температуры. Раствор проходит через форсунку, распыляющую его на мельчайшие капли и попадает в камеру (3), в которой протекает процесс сушки. Частицы, захваченные потоком газа, перемещаются в циклон (4), где происходит их разделение под действием собственной силы тяжести. Установка оснащена фильтром (5) удерживающим мелкие частицы и аспиратором (6) для создания потока воздуха.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование влияния технологических параметров распылительной сушки на выход сухой лактулозы

Основным фактором, определяющим процесс сушки, является температура. С этой целью проводили исследование зависимости выхода готового продукта от температуры сушки. На рисунке 3 представлены кривые зависимости выхода продукта от температуры сушки. 45 ._,_____ Анализ кривых показывает, что

а__выход продукта увеличивается в

[ диапазоне температур от 40 до

9/ : 160°С. При температуре свыше

^ 30__/11—_140°С происходит снижение вы-

р ///\ 0 хода готового продукта и, следо-

и/ : /г—\ вательно, увеличение потерь. При /Р/ / о\ о значениях температур 150±1°С и

выше высушенные кристаллы налипают на стенки аппарата, об-УГ ^ : разуя слой, который препятствует

^—о----накоплению готового продукта и

э-—о— ___ведет к уменьшению его выхода.

40 60 80 100 120 140 160 180 200 Установлено, что при сушке

растворов с массовой долей лактулозы 40-60% выход готового продукта возрастает приблизительно в два раза по сравнению с сушкой растворов с массовой долей лактулозы 20% и 30%.

Температура сушки. °С

Рисунок 3 - Изменение выхода продукта з зависимости от температуры сушки (°С) и массовой доли лактулозы в сиропе (%): 1-20; 2-30; 3-40; 4-50; 5-60

Важными факторами, определяющими производительность сушки, являются выход продукта и продолжительность процесса (таблица 1).

Таблица 1 - Выход и скорость сушки растворов с различной массовой до-

лей лактулозы

Массовая доля лактулозы в растворе, % Максимальный выход продукта (теоретический), % Экспериментальный выход продукта (в % от теоретического) Скорость сушки, мл/мин

20 24,8 20,1±1,2 0,45±0,02

30 37,2 26,8±1,2 0,55±0,02

40 49,6 40,3±1,2 0,65±0,02

50 62,0 40,3±1,2 0,75±0,02

60 74,4 40,3±1,2 0,85±0,02

Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что с увеличением массовой доли лактулозы в растворах удельная скорость процесса сушки при этом также возрастает. Установлено, что наиболее целесообразно подвергать сушке растворы с массовой долей лактулозы 50%.

Еще одним фактором, влияющим на выход продукта, является скорость подачи раствора. На рисунке 4 представлены кривые изменения выхода готового продукта в зависимости от скорости подачи раствора.

12 Зависимости, приведенные на ри-

сунке 4, показывают увеличение выхода готового продукта при увеличении скорости подачи раствора от 0 до 5 - 7 мл/мин.

Как видно из рисунка 4, при скорости подачи раствора от 0 до 1 мл/мин происходит резкий рост выхода сухой лактулозы от 0% до 32,537,5%.

При увеличении скорости подачи раствора от 1 до 6 мл/мин происходит практически незначительное увеличение выхода сухой лактулозы. При дальнейшем увеличении скорости подачи раствора происходит активное слипание частиц друг с другом и налипание на стенки аппарата.

Поэтому, исходя из вышеизложенного, рациональным значением является скорость подачи раствора 5-7 мл/'мин.

Также одним из основных факторов, влияющих на процесс сушки лактулозы, является скорость потока воздуха, которую обеспечивает аспиратор. На рисунке 5 приведена зависимость выхода готового продукта от скорости подачи воздуха.

80 100 120 140 160 180 200 Температура сушки. °С

Рисунок 4 - Изменение выхода продукта в зависимости от скорости подачи и массовой доли лактулозы в сиропе: 1 - 40%; 2 - 50%; 3-60%

45

о

X

3 О

30

15

1 —- ы

/—

1

10 15 20 25 Скорость потока воздуха, м3/ч

30 35

Рисунок 5 - Изменение выхода продукта в зависимости от скорости потока воздуха (м3/ч) и массовой доли лактулозы: 1 - 40%; 2 - 50%; 3 - 60%

Кривые, приведенные на рисунке 5, показывают увеличение выхода продукта с возрастанием скорости потока воздуха от 0 до 20-25 м3/ч. Рациональным значением скорости потока воздуха для всех растворов является 20-25 м3/ч.

В результате анализа данных, полученных при исследовании зависимости выхода сухой лактулозы от основных параметров процесса сушки, установлено, что максимальная производительность установки обеспечивается при сушке растворов с массовой долей лактулозы 50% при температуре 140±1°С, скорости подачи раствора в камеру 6 мл/мин, скорости потока воздуха 20-25 м /ч.

Изучение влияния технологических параметров распылительной сушки на показатели качества готового продукта

Качество порошка лактулозы оценивали по таким показателям, как массовая доля влаги, размер частиц, индекс растворимости и гигроскопичность, так как эти показатели в наибольшей степени влияют на потребительские свойства продукта. Исследования направлены на изучение влияния температуры сушки на массовую долю влаги в продукте (рисунок 6).

Анализ кривой, представленной на рисунке 6, свидетельствует о том, что с увеличением температуры сушки раствора лактулозы с массовой долей 50% содержание влаги в продукте уменьшается.

При использовании температур от 60°С до 100°С происходит плавное уменьшение массовой доли влаги с 11,0% до 9,5%.

100 120 140 160 Температура сушки, 'С

180 200

Рисунок 6 - Изменение массовой доли влаги в продукте в зависимости от температуры сушки при массовой доле раствора лактулозы 50 %

При дальнейшем повышении температуры на графике наблюдается участок от 140°С до 160°С, на котором практически не происходит изменение массовой доли влаги. Это явление связано с началом процесса карамелизации лактулозы. Дальнейшее повышение температуры от 160°С до 200°С вызывает уменьшение массовой доли влаги в продукте, связанное с интенсификацией процесса карамелизации и пригоранием лактулозы.

Анализ литературных источников показывает, что оптимальная массовая доля влаги в кристаллической лактулозе должна составлять не более 7%. Такие значения массовой доли влаги получены при сушке раствора с температурой 140±1°С.

Дальнейшее исследование направлено на изучение изменения массовой доли влаги в продукте в зависимости от скорости потока воздуха (рисунок 7).

£10 и И Ъй

^ о

N

ч

-!-

0 5 10 15 20 25 30 Скорость воздушного потока, м3/час

Рисунок 7 - Изменение массовой доли влаги в продукте в зависимости от скорости потока воздуха при массовой доле раствора лактулозы 50 %

По результатам анализа кривой, приведенной на рисунке 7, можно сделать вывод о том, что массовая доля влаги в готовом продукте обратно пропорциональна скорости потока воздуха.

При установлении скорости воздушного потока выше 10 м3/ч происходит резкое снижение массовой доли влаги с 9,5% до 5,0%.

Увеличение скорости воздушного потока способствует освобождению сушильной камеры от избытка влаги, что снижает парциальное давление водяного пара в 35 камере и способствует интенсификации процесса испарения.

В результате анализа данных выявлено, что значение массовой доли влаги 7% достигается установлением скорости воздушного потока 20-25 м3/ч.

Еще одним важным фактором, влияющим на массовую долю влаги в готовом продукте, является скорость подачи раствора. При ее увеличении возрастает и парциальное давление водяного пара. Зависимость массовой доли влаги в готовом продукте от скорости подачи раствора приведена на рисунке 8.

Как видно из кривой, представленная на рисунке 8. массовая доля влаги в лактулозе возрастает с увеличением скорости подачи раствора в камеру.

9

Рисунок 8 - Изменение массовой доли влаги в продукте в зависимости от скорости подачи раствора при массовой доле раствора лактулозы 50%

/

/

/

/

/

При увеличении скорости подачи раствора до 1 мл/мин наблюдается увеличение количества влаги в сухой лактулозе до 4,0%.

2 3 4 5 6 7 8 Скорость подачи раствора, мл/мин

При дальнейшем увеличении скорости подачи раствора в камеру наблюдается плавное увеличение содержания массовой доли влаги в готовом продукте с 4,0 до 8,5 %.

Для требуемых значений массовой доли влаги в готовом продукте не более 7% скорость подачи раствора с массовой долей лактулозы 50% составляет 4,5-7,0 мл/мин.

Важным показателем, влияющим на качество готового продукта, является размер частиц, так как от этого параметра напрямую зависит индекс растворимости и гигроскопичность сухой лактулозы.

На рисунке 9 приведена кривая зависимости размера частиц сухой лактулозы от скорости подачи раствора.

Кривая, приведенная на рисунке 9, свидетельствует о прямой корреляции между размером частиц готового продукта и скоростью подачи раствора. Это происходит в результате увеличения концентрации лактулозы в сушильной камере. Из-за большого количества лактулозы в камере происходит интенсификация процесса кристаллизации и увеличение размера частиц сухой лактулозы.

После резкого скачка скорости подачи раствора до 1 мл/мин наблюдается замедление роста размера частиц, что связано с ограниченным временем пребывания частиц в сушильной камере. Поэтому дальнейшее увеличение скорости подачи раствора вызывает незначительный рост размера кристаллов лактулозы.

В соответствии с требуемым размером частиц 8,0±2,0 мкм оптимальной скоростью подачи раствора с массовой долей лактулозы 50% является 5-10 мл/мин.

Данные, приведенные в таблице 2, показывают увеличение значений индекса растворимости лактулозы с увеличением размера частиц. Данный факт, очевидно, связан с тем, что при большом размере частиц затрудняется взаимодействие между молекулами воды и лактулозы, а соответственно и процесс растворения. Лактулоза, полученная сушкой раствора с массовой долей 50 %, соответствует требованиям, предъявляемым к углеводам, поскольку индекс растворимости лежит в диапазоне от 0,10±0,02 до 0,30±0,02 см3 сырого осадка.

12

г

О <!-I-I-I-(---—.....—I----;--5

01234 5 6789 10

Скорость подачи раствора, мл/мин

Рисунок 9 - Изменение размера частиц сухой лактулозы в зависимости от скорости подачи раствора при массовой доле лактулозы 50%.

Таблица 2 - Индекс растворимости, размер частиц, гигроскопичность сухой лактулозы полученной из растворов с разной концентрацией

Массовая доля лактулозы в растворе, % Размер частиц, мкм Индекс растворимости, см3 сырого осадка Гигроскопичность, %

40,0 8,0±2,0 0,20±0,01 10,0±0,4

50,0 12,0±3,0 0,30±0,03 5,0±0,2

60,0 20,0±5,0 0,30±0,03 1,0±0,1

Анализируя вышеизложенные данные по факторам, отвечающим за процесс сушки лактулозы, построили сводный график оптимальных параметров для раствора с массовой долей лактулозы 50%. При установлении температуры сушки учитывались выход и массовая доля влаги в продукте (рисунки 10-12).

Температура сушки, СС

Из рисунка 10 следует, что выход готового продукта мак-з симален при температуре

1 сушки 140-160°С, а массовая к доля влаги соответствует тре-§ бованиям нормативной доку-| ментации при температуре 3 120-160°С. Следовательно,

2 оптимальным значением температуры для сушки лактулозы является 140-160°С.

Рисунок 10 - Зависимости массовой доли влаги и выхода продукта от температуры сушки растворов лактулозы с массовой долей 50%: 1 - выход продукта (%); 2 - массовая доля влаги (%)

Для установления оптимальных значений скорости подачи раствора рассматривались такие параметры, как влажность, выход и размер частиц готового продукта (рисунок 11). Установили, что оптимальным значением скорости подачи раствора составляет 6 мл/мин.

Рациональные значения скорости потока воздуха приведены на рисунке 12. Установлено, что оптимальным диапазоном значений скорости потока воздуха, при котором выход готового продукта максимален, а массовая доля влаги в нем минимальна, является 20-25 м3/ч.

В связи с вышеизложенным проведено исследование лактулозы на гигроскопичность. Результаты показывают, что концентрация лактулозы и гигроскопичность находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга - чем выше концентрация вещества в исходном растворе, тем менее гигроскопичным оно является.

^ 5,5 £

5 5,5 >>

§ 7.5 О.

5 »

о

а 5,5

1

2

Рисунок 11 - Зависимости массовой доли влаги, выхода продукта и размера частиц от скорости подачи раствора лактулозы с массовой долей 50%: 1 - выход продукта (%); 2 - массовая доля влаги (%); 3 - размер частиц (мкм)

> 6 7 8 Скорость подачи, мл'шш

Ч о

Ч 2

1

15 :о 2 Скорость потока воздуха, м^'час

-

о =1

Рисунок 12 - Зависимость основных параметров сухой лактулозы от скорости воздушного потока (м /ч) для растворов с массовой долей лактулозы 50%: 1 - выход продукта (%); 2 -массовая доля влаги (%)

Изучение микроструктуры сухой лактулозы

Анализ микроструктуры порошков лактулозы, полученных способом распылительной сушки при различных температурах, показал, что температура 140±1°С является оптимальной для получения порошков лактулозы в промышленных условиях способом распылительной сушки. Образец, полученный в данных условиях, обладает минимальной липкостью, что обеспечивает более продолжительный срок хранения готового продукта без потери органолептиче-ских свойств.

Образцы, полученные при температуре 100±1°С и 120±1°С имеют рыхлую липкую консистенцию; а образцы полученные при 150±1°С, не могут рассматриваться в качестве рабочих, поскольку карамелизация образца приводит к значительной потере функциональных и органолептических свойств продукта.

С целью подтверждения результатов исследования качественных показателей сухой лактулозы проведен хроматографический анализ полученного образца и исходного раствора лактулозы с массовой долей 50% (рисунки 14 и 15).

т 1

| 1 I

а1- 1 '! ' 1 1 1

; ,|Ь.......... 1 |}|| 1 Щ ; >1 \ 9 |

чЛа-^ ... . и

3 40 № I» Ш Ш

Время, е

Рисунок 14 — Газожидкостная хрома-тограмма раствора с массовой долей лактулозы 50%

41 » н.............;.....-........... |! ; 1 I : 1

Т ; : и : || ................;.......1..

: 3 Г |1

' 1 \ $ • & ' V' _____,А

V.

■Г" л м га а» ш

-дай

Рисунок 15 - Газожидкостная хрома-тограмма сухой лактулозы

По результатам проведенных исследований установлено, что потери лактулозы при высушивании составляют 3,5%, что является допустимым значением при использовании распылительной сушки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Технологическая схема производства порошков лактулозы

На основании анализа полученных данных разработана технологическая схема производства сухого порошка лактулозы, представленная на рисунке 13. Она включает ряд операций:

- приемка исходного сырья (раствора лактулозы);

- доведение концентрации раствора до значения 50 %;

- сушка раствора лактулозы (температура сушки 140±1°С; скорость подачи раствора 6 мл/мин; скорость потока воздуха 20-25 м3/ч);

- упаковка;

- хранение на складе готовой продукции (температура воздуха не выше 25°С; относительная влажность воздуха не более 75%);

- последующая реализация.

Рисунок 13 - Технологическая схема производства сухих порошков лактулозы

Состав и свойства сухой лактулозы Органолептические показатели порошка лактулозы представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Органолептические показатели порошков лактулозы

Наименование показателя Характеристика

Внешний вид и консистенция Однородный мелкодисперсный порошок

Вкус и запах Сладкий, чистый, без посторонних привкусов и запахов

Цвет Белый со слабым желтым оттенком.

Физико-химические показатели сухой лактулозы представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Физико-химические показатели сухой лактулозы

Наименование показателя Норма Фактическое значение

Массовая доля лактулозы, %, не менее 75,2±0,2 75,2±0,2

Массовая доля остальных углеводов, 25,0±0,2

%, не более: 24,8±0,1

- лактоза: 13,1±0,1

- а-лактоза; 7,8±0,1

- Р-лактоза; 5,3±0,1

- галактоза 11,7±0,1

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основании анализа результатов собственных исследований разработана технология получения сухой лактулозы способом распылительной сушки, заключающаяся в приемке исходного сырья (раствора лактулозы), доведении концентрации раствора до значения 50%, сушке раствора лактулозы (температура сушки - 140±1°С; скорость подачи раствора 6 мл/мин; скорость потока воздуха 20-25 м /ч), упаковке и хранении на складе готовой продукции (температура воздуха не выше 25°С; относительная влажность воздуха не более 75 %).

2. Исследовано влияние технологических параметров распылительной сушки на выход лактулозы. Установлено, что максимальная производительность установки обеспечивается при сушке растворов с массовой долей лактулозы 50%, при температуре 140±1°С, скорости подачи раствора в камеру 6 мл/мин.

3. Изучено влияние технологических параметров распылительной сушки на показатели качества готового продукта. Установлено, что соответствие готового продукта показателям качества достигается использованием температуры сушки 140°С, скорости подачи 6 мл/мин, скорости потока воздуха 20-25 м3/ч.

4. Лактулоза, полученная сушкой раствора с массовой долей 50 %, соответствует требованиям, предъявляемым к углеводам, поскольку индекс растворимости лежит в диапазоне от 0,10±0,02 до 0,30±0,02 смЗ сырого осадка. Размер частиц не превышает нормируемое значение равное 10 мкм.

5. Изучена микроструктура сухой лактулозы, полученной при различных температурах сушки. Установлено что оптимальной температурой сушки является 140°С. При температурах 100-120°С высушенная лактулоза подвержена слипанию частиц между собой. Нагретый выше 140°С продукт имеет более дисперсную структуру, но имеются признаки карамелизации.

6. Разработана технологическая схема производства сухой лактулозы способом распылительной сушки. Изучены состав и свойства сухой лактулозы. Разработана техническая документация на сухую лактулозу. Проведена промышленная апробация технологии на ООО «Шехонь-Лактулоза» (Ярославская область). Рассчитана экономическая эффективность разработанной технологии получения сухой лактулозы способом распылительной сушки.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы Журналы из перечня ВАК РФ

1. Долганюк, В.Ф. Оптимизация параметров получения сухой лактуло-зы / В.Ф. Долганюк, А.И. Пискаева, О.В. Козлова и др. // Техника и технология пищевых производств. - 2013. - № 4 (31). - С. 39-44.

2. Долганюк, В.Ф. Зависимость качества порошков лактулозы от параметров сушки / В.Ф. Долганюк, JI.K. Асякина и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2014. - № 8. - С. 5-7.

Статьи в других журналах и сборниках материалов конференции

3. Piskaeva A.I. Regularities of the drying of lactulose solutions / A.I. Piskaeva, O.V. Koslova, B.G. Gavrilov, V.F. Dolganyuk // Foods and Raw Materials. - 2013. - Vol.- 1 (№ 2). - P. 22-30.

4. Долганюк, В.Ф. Изучение влияния скорости подачи греющего агента на выход сухой лактулозы / В.Ф. Долганюк, Б.Г. Гаврилов // Интеграция мировых научных процессов как основа общественного прогресса: сборник материалов Международных научно-практических конференций за декабрь 2013 года. Часть 1 / Под общ. ред. C.B. Кузьмина. - Казань, 2013. - С. 48-49.

5. Долганюк, В.Ф. Исследование влияния скорости подачи раствора в камеру распылительной сушки на выход лактулозы / В.Ф. Долганюк // Наука в исследованиях молодых: материалы IV международного научного форума студентов, магистрантов, аспирантов. - Новосибирск, 2013 г. - С. 120.

6. Долганюк, В.Ф. Изучение кинетики процесса сушки лактулозы / В.Ф. Долганюк, Б.Г. Гаврилов // Наука XXI века: новый подход: Материалы VIII молодёжной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных 28-29 января 2014 года. - Санкт-Петербург, 2013. С. 220.

7. Долганюк, В.Ф. Влияние скорости потока воздуха в распылительной сушке на интенсивность процесса сушки / В.Ф. Долганюк, Б.Г. Гаврилов // Интеграция мировых научных процессов как основа общественного прогресса: сборник материалов Международных научно-практических конференций Общества Науки и Творчества за январь 2014 года / Под общ. ред. C.B. Кузьмина. - Казань, 2014. - С. 74-75.

8. Долганюк, В.Ф. Влияние режима скорости подачи раствора на кинетику процесса сушки / В.Ф. Долганюк // Наука в современном обществе: материалы V Международной научной конференции. - Ставрополь, 2014. - С. 166.

Подписано в печать^, Р/. /а" Формат 60x86/16. Тираж экз. Объем 1,1 п.л. Заказ № 143.

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47.

Отпечатано в лаборатории множительной техники КемТИППа.

650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская, 52