автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование процесса массовой кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром

Условные обозначения

Введение

1. Аналитический обзор 9 1.1 .Теоретические представления о зарождении кристаллов в растворах.

1.2.Общие закономерности процессов массовой кристаллизации из пересыщенных водных растворов.

1.3.Особенности кристаллизации лактозы в производстве сгущенных молочных консервов с сахаром.

1.4.Задачи исследований.

2. Экспериментальная часть. 31 2.1 .Организация эксперимента и характеристика объектов исследований.

2.2.Методики определения растворимости лактозы и физико-химических свойств насыщенных растворов.

2.3.Методика приготовления пересыщенных растворов.

2.4.Методика исследования кинетики кристаллизации.

2.5.Метод моделирования и оптимизации температурного режима кристаллизации лактозы в молоке цельном сгущенном с сахаром.

2.6. Методы математической обработки результатов эксперимента.

3. Влияние сахарозы на физико-химические свойства насыщенных растворов лактозы.

3.1.Влияние сахарозы на растворимость лактозы.

3.2.Влияние сахарозы на вязкость и плотность насыщенных растворов лактозы.

4. Исследование закономерностей образования новой фазы при кристаллизации лактозы в пересыщенных водных растворах.

4.1.Влияние некоторых примесей на процесс массовой кристаллизации лактозы.

4.2.Расчет продолжительности индукционных периодов.

4.3.Влияние ряда параметров на устойчивость пересыщенных растворов при кристаллизации лактозы.

5. Совершенствование технологии производства сгущенных молочных консервов с сахаром на стадии охлаждения. 74 5.1 .Моделирование и оптимизация температурного режима при кристаллизации лактозы.

5.2.Разработка и апробация промышленного способа кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром.

Выводы.

Актуальность работы. Производство молочных консервов в России является одной из важных и перспективных отраслей пищевой промышленности, поскольку они пользуются повышенным спросом. Данные статистики показывают, что сгущенное молоко с сахаром потребляет в среднем 50% населения России. Особенно важную роль в питании молочные консервы имеют в тех регионах страны, где из-за географических и климатических условий развитие молочного животноводства крайне затруднительно или экономически нецелесообразно, а потребность населения в молоке и молочных продуктах удовлетворяется только за счет сгущенных молочных консервов и сухого молока, из которого вырабатывают большой ассортимент восстановленных и рекомбинированных продуктов /1/.

Молочноконсервное производство является наиболее рациональной и экономически выгодной отраслью молочной промышленности, так как в производстве сгущенных молочных консервов используются все сухие вещества молока.

Высокая пищевая ценность и длительные сроки хранения обусловливают большое значение молочных консервов для создания государственных резервов, запасов для чрезвычайных ситуаций, снабжения армии и т. д. При этом следует отметить, что во всех случаях требуются высокое качество консервов и их стойкость в процессе хранения. Срок годности сгущенных молочных консервов с сахаром составляет 12 месяцев при температуре не выше 10 °С. Сгущенные молочные консервы и особенно рекомбинированные продукты часто не выдерживают таких сроков. Снижение их качества, прежде всего, связано с неуправляемым ростом кристаллов лактозы в процессе хранения и, как следствие, ухудшением органолептических показателей продукта.

Поэтому исследования, направленные на совершенствование процесса кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром, являются актуальными.

Работа выполнялась в период 2000 - 2003 годы, в соответствии с планом НИР Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В.Верещагина по теме: "Физико-химические основы кристаллизации лактозы в производстве сгущенных молочных консервов с сахаром", номер государственной регистрации 01.200.201249.

Цель работы. Целью работы является исследование процесса массовой кристаллизации лактозы в многокомпонентных водных системах, разработка способа совершенствования процесса кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром и его реализация в производственных условиях. Научная новизна состоит в том, что впервые: получены экспериментальные данные о физико-химических свойствах насыщенных растворов лактозы в трехкомпонентных системах и предложены уравнения для расчета этих свойств в расширенном диапазоне температур и концентраций; исследовано совместное влияние сахарозы и соевого масла на закономерности образования новой фазы при кристаллизации лактозы в пересыщенных водных растворах; установлено, что исследуемые примеси сахарозы и соевого масла в изученном диапазоне концентраций и температур повышают устойчивость пересыщенных водных растворов лактозы и замедляют процесс ее кристаллизации; предложен двухстадийный способ внесения затравки при кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром и научно обоснованы его технологические параметры. Практическая значимость работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан способ кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром, обеспечивающий выработку высококачественной продукции, повышающий ее хранимоспособность, что подтверждается актами производственных испытаний на 'ТУП УОМЗ ВГМХА им. Н.В.Верещагина" г. Вологда и ОАО "Останкинский молочный комбинат" г. Москва.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на международной конференции "Научные и практические аспекты совершенствования традиционных и разработки новых технологий молочных продуктов", Вологда - Молочное, 2001 г.; на научно-производственной конференции "Эффективные технологии в % молочном животноводстве и переработке молока", Вологда

Молочное, март, 2002 г.; на VI международном симпозиуме "Современная техника и новые молочные продукты", Вологда -Молочное, 2002 г.; на 2-ой Всероссийской научно - технической конференции "Современные достижения биотехнологии", Ставрополь, сентябрь, 2002 г.; на международной конференции "Развитие идей Липатова Николая Никитовича на рубеже столетий. Научные и практические аспекты переработки молока", Москва, ВНИИ молочной промышленности 2003г.; на международной научно - практической конференции "Актуальные направления развития ^ экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции", Воронеж, апрель, 2003 г.; на 2-ом Московском международном конгрессе

Биотехнология: состояние и перспективы развития", Москва, ноябрь, 2003 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ и подана заявка на изобретение № 2002120757/13 (021687).

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы, список использованной литературы из 108 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 130 страницах, включает 107 страницы основного текста, 21 таблицу и 27 рисунков.

Выводы

1. Получены данные о физико-химических свойствах насыщенных растворов лактозы в трехкомпонентных системах, необходимые для расчета промышленной кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром.

2. Предложены уравнения для расчета физико-химических свойств насыщенных растворов лактозы, которые рекомендовано использовать при проектировании технологических процессов и аппаратов.

3. Исследованы закономерности влияния некоторых примесей на процесс образования новой фазы при кристаллизации лактозы в пересыщенных водных растворах.

4. Установлено, что изученные примеси: сахароза и соевое масло повышают устойчивость пересыщенных водных растворов лактозы, что подтверждается экспериментальными данными о продолжительности индукционных периодов.

5. Изучена кинетика кристаллизации лактозы, которая показала, что сахароза и соевое масло замедляют скорость этого процесса и, таким образом, влияют на гранулометрический состав кристаллов.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований послужили научной основой для совершенствования процесса кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром с использованием двухстадийного способа внесения затравки.

7. Математически обоснован выбор количества сухой кристаллической затравки, вводимой на каждой стадии при реализации двухстадийного способа ее внесения.

8. Установлено, что оптимальные условия кристаллизации при двухстадийном внесении затравки кристаллической лактозы достигаются при соотношении масс затравки, тзз/т2о=1

9. Разработанный способ двухстадийного внесения затравки при кристаллизации лактозы в сгущенном молоке с сахаром позволяет улучшить его консистенцию в процессе выработки и хранения. Средний размер кристаллов после 12 месяцев хранения на превышает 10-11 мкм. Ф

1. Радаева И.А. Роль органолептической оценки молочных консервов в улучшении их качества // Молочная промышленность. 2003 -№8. -с. 43 - 45.

2. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы. М.: Наука, 1986. * - 208 с.

3. Странский И.Н., Каишев Р. К теории роста кристаллов и образование кристаллических зародышей // Успехи химии. 1939.- Т. XXI. Вып. 4. - с. 408-465.

4. Зельдович Я.Б. К теории образования новой фазы. Кавитация. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1942. - Т. XII. - Вып. 11-12. - с. 525-538.

5. Хамский Е.В. Кристаллизация из растворов. Л.: Наука, 1967. -150 с.

6. Хамский Е.В. Пересыщенные растворы. Л.: Наука, 1975. - 100 с.

7. Хамский Е.В. Кристаллизация в химической промышленности. -М.: Химия, 1979. 342 с.

8. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. М.: Гос. из-во технико-экономической литературы, 1953. - 412 с.

9. Товбин М.В., Краснова С.И. Стабильность пересыщенных растворов солей. II./ Журнал физической химии. 1951. - Т. XXV. Вып. 2. - с. 162-169.

10. Шлыков А.В., Горбачев С.В. Исследование кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов. // Журнал физической химии.- 1955. Т. XXIX. - Вып. 4. - с. 607-614.

11. Горбачев С.В., Шлыков А.В. Зависимость предельного пересыщения солей от температуры и устойчивость растворов. / Журнал физической химии. 1955. - Т XXIX. - Вып. 8. - с. 13961403.

12. Блинова Н.П., Матусевич Л.Н., Постников В.А. Влияние поверхностно-активных примесей на устойчивость пересыщенных растворов и размер получаемых кристаллов. // Теоретические основы химической технологии. 1972. - Т. VI. - № 2. — с. 169175.

13. Шестов А.Г., Фомин Н.Г., Полянский К.К., Каплун В.Е. Новый критерий метастабильности пересыщенных растворов. // Теор. основы хим. технологии. 1979. - Т. XIII. - № 1. - с. 30-34.

14. Герасименко А.А. Пути повышения выхода сахара в свеклосахарном производстве за счет усовершенствования отдельных стадий технологического процесса: Автореф. дисс. докт. техн. наук. Киев, 1967. - 28 с.

15. Нывлт Я. Кристаллизация из растворов. М.: Химия, 1974. - 152 с.

16. Красильщиков А.И. О механизме гетерогенных процессов. // Успехи химии. 1936. - Т. V.5. - Вып. 3. - с. 367-389.

17. Краснобрыжев В.Г. Исследование зарождения кристаллов на межфазной границе в растворах солей: Автореф. дис. канд. химич. наук. М.: 1981.-21 с.

18. Дрикер Б.Н. Физико-химические исследования в области управления процессами кристаллизации из растворов: Автореф. дис. канд. химич. наук. Свердловск, 1974. - 21 с.

19. Клубович В.В., Толочко Н.К., Кондрашев В.М. Образование вторичных кристаллических зародышей в растворах. // Кристаллография. 1991. - Т. 36. - вып. 4,- с. 1039-1040.

20. Матусевич Л.Н. Общие закономерности массовой кристаллизации из растворов и разработка новых конструкций кристаллизаторов: Автореф. дис. докт. техн. наук. Свердловск, 1968. - 23 с.

21. Шестов А.Г., Полянский К.К. Кинетика зародышеобразования в растворах. // Теор. основы хим. технологии. 1978. - Т. XII. - № 1. - с. 22-28.

22. Стрикленд-Констэбл Р.Ф. Кинетика и механизм кристаллизации. -Л.: Недра, 1971. 310 с.

23. Полянский К.К., Шестов А.Г. Кристаллизация лактозы: физико-химические основы. Воронеж.: ВГУ, 1995. - 184 с.

24. Мелихов И.В. Алгоритмы исследования кристаллизации // Теоретические основы химической технологии. 1988. - Т. XXII.2. с. 168-176.

25. Харин В.М. Исследование кинетики массовой кристаллизации из растворов: Автореф. дисс. докт. техн. наук. Воронеж, 1979. - 28 с.

26. Постников В.А. Исследование кристаллизации во взвешенном слое: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Б.М., 1962. - 24 с.

27. Белышев М.А. Влияние соударений и кинетических факторов на размер и форму кристаллов при массовой кристаллизации в циркуляционном кристаллизаторе: Автореф. дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1982. - 25 с.

28. Варенцов В.В. Исследование кинетики кристаллизации иразработка метода расчета кристаллорастителей кристаллов игольчатой формы: Автореф. дис. канд. техн. наук. Иваново, 1975. - 25 с.

29. Супрунов Н.А. Исследование кинетики процесса кристаллизации в аппарате с мешалкой периодического действия и разработка метода расчета кристаллорастителей как элементов кристаллизационной установки: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Иваново, 1974. 17 с.

30. Баранов Г.П. Кристаллизация в циркулирующей суспензии: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Б.М., 1967. - 18 с.

31. Матусевич J1.H. Общие закономерности процессов массовой кристаллизации из растворов и разработке новых конструкций кристаллизаторов: Автореф. дисс. докт. техн. наук. Свердловск, 1968. - 25 с.

32. Броунштейн В.Б. Гидродинамика и массообмен полидисперсных твердых частиц в условиях стесненного осаждения: Автореф. дисс. канд. физико-математических наук. Л., 1989. - 19 с.

33. Себалло В.А. Кинетические закономерности процессов ретурной кристаллизации и грануляции солей и методы расчета промышленных грануляционных и кристаллизационных установок: Автореф. дисс. докт. техн. наук. М., 1990. - 23 с.

34. Медведев Г.В. Влияние затравки и пересыщения раствора на размер и однородность полученных кристаллов: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Свердловск, 1972. - 18 с.

35. Траоре Махман. Изучение влияния основных технологических параметров на скорость массовой кристаллизации сахара с целью оптимизации процесса: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 1982. - 21 с.

36. Линников О.Д. О влиянии твердых примесей на кинетику процессов роста и растворения кристаллов // Кристаллография. -1992. Т. 36. - № 4. - с. 304-308.

37. Харин В.М., Жарков А.Л., Тонких В.А. О влиянии стесненности движения кристаллов на межфазный массообмен в процессахмассовой кристаллизации. // Теоретические основы химической технологии. 1977. - Т. XI. - № 1. - с. 22-27.

38. Полянский К.К., Шестов А.Г. Новое в кристаллизации лактозы. // Молочная промышленность. 1977. - № 1. - с. 19-22.

39. Полянский К.К., Шестов А.Г., Поройкова М.А. Физико-химические процессы при производстве молочного сахара. // Молочная промышленность. 1978. - № 6. - с. 17-19.

40. Фомин Н.Г., Каплун В.Е., Шестов А.Г., Полянский К.К. Об оптимальном управлении процессом массовой кристаллизации из растворов. // Теоретические основы химической технологии. -1980. Т. XIV. - № 4. - с. 494-500.

41. Голубева Л.В., Чекулаева Л.В., Полянский К.К. Хранимоспособность молочных консервов. М.: ДеЛи принт, 2001. - 115с.

42. Охрименко О.В., Буйлова Л.А., Ваганова И.В. Изменение сахарозы в процессе приготовления сахарного сиропа // Молочная промышленность. 1987 - №12. - с. 14 - 16.

43. Охрименко О.В., Буйлова Л.А., Ваганова И.В. Контроль качества сахара на молочно-консервных заводах // Молочная промышленность. 1987 - №12. - с.19 - 20.

44. Зайковский Я.С. Разложение, растворимость и кристаллизация молочного сахара. // Труды Омского СХИ. 1940. - Т. 19. - с. 73105.49.