автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии белковых ингредиентов на основе остаточных пивных дрожжей с использованием холодильной обработки

На правах рукописи

Чичина Татьяна Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЕЛКОВЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ НА ОСНОВЕ ОСТАТОЧНЫХ ПИВНЫХ ДРОЖЖЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

27 НОЯ 2014

Санкт-Петербург - 2014

005555922

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Куцакова Валентина Еремеевна Официальные оппоненты: Макеева Ирина Андреевна

доктор технических наук, доцент, Зав. лабораторией стандартизации, метрологии и патентно-лицензионных работ ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности»

Громцев Сергей Александрович

Доктор технических наук, профессор, старший научный сотрудник Научно-исследовательского института (Военно-системных исследований материально-технического обеспечения ВС РФ) Военной академии материально-технического

обеспечения им. генерала армии A.B. Хрулёва

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный аграрный университет»

Защита состоится « № » декабря 2014 года в /¿часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9, ауд.2219, тел./факс: (812)315-30-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9 и на сайте fppo.ifmo.ru.

Автореферат разослан « YY » НОЯБРЯ 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Л Колодязная ! Валентина Степановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время остро стоит вопрос дефицита пищевого белка и в ближайшее время, вероятно, его недостаток сохранится. Норма белка на каждого жителя Земли - 70 г в сутки, а на самом деле поступает около 60 г. По данным Института питания РАМН, дефицит пищевого белка в России ежегодно превышает 1,6 млн т. Данный факт повлек за собой развитие индустрии пищевых добавок, призванных возместить этот дефицит. На современном рынке одним из самых распространенных заменителей пищевого животного белка является белок растительного происхождения, в частности, соевый белок, который достаточно дорог. Одним из перспективных продуктов являются, например, остаточные пивные дрожжи (ОПД), являющиеся вторичными продуктами при производстве пива. ОПД, как в сыром, так и сухом виде содержат набор ценных питательных и биологически активных веществ: высококачественный белок, углеводы, витамины группы В, эргостерин провитамин (С2). На долю белков в среднем приходится от 50 до 67% сухого вещества дрожжей. Стоимость протеина дрожжей в 10 раз меньше стоимости протеина мяса. Клеточная оболочка дрожжей, состоящая из полисахаридов, составляет около 19% сухого вещества дрожжей. Необходимо отметить, что клеточная оболочка, отделенная от дрожжевой клетки, проявляет свойства сорбентов микотоксинов в питании животного и человека.

Уникальный состав биомассы пивных дрожжей делает этот вид побочных продуктов весьма перспективным сырьем для производства биологически ценного белкового обогатителя, используемого на пищевые и кормовые цели.

В настоящее время в России остаточные пивные дрожжи в основном используют при производстве белковых кормовых добавок, в пищевой промышленности они практически не используются. Основными факторами, препятствующими широкому использованию отработанных, деактивированных пивных дрожжей в пищевой промышленности, являются сильно выраженная горечь и нуклеиновые кислоты, содержащиеся в ОПД, вредных для здоровья потребителей. Горечь остаточных пивных дрожжей обусловлена наличием изо-альфакислот, образовавшихся из хмеля в процессе производства пива. Они в значительном количестве содержатся как в жидкой фазе в остатках молодого пива, так и в адсорбированном состоянии на поверхности дрожжевых клеток. Кроме того, белок дрожжей, сбалансированный по содержанию аминокислот, напоминает белок мяса, но плохо переваривается в связи с высокой устойчивостью клеточных оболочек дрожжей к действию пищеварительных ферментов.

Представленные в литературных источниках данные относятся лишь к получению автолизата ОПД, пригодного на кормовые цели. Практическое использование подобных технологий осложняется их энергоемкостью и сложностью аппаратурного оформления.

Таким образом, разработка технологии получения белковых ингредиентов, в том числе со свойствами сорбента микотоксинов на основе ОПД с повышенной переваримостью является актуальной и имеет практическую и научную значимость.

Цель и задачи исследования: Настоящая работа посвящена разработке технологии переработки ОПД с целью использования, полученных белковых ингредиентов на пищевые и кормовые нужды.

Для достижения поставленной цели были определены и решались следующие задачи:

Разработка:

• технологии обезгоречивания ОПД с целью использования полученного продукта на пищевые нужды;

• технологии дезинтеграции клеточной оболочки при льдообразовании суспензии ОПД в льдогенераторе непрерывного действия,

• технологии дезинтеграции клеточной оболочки в процессе гомогенизации при перепаде давлений 200-220 атм;

• физико-математической модели кинетики процесса льдообразования суспензии ОПД, обладающей низкой криоскопической температурой в льдогенераторе непрерывного действия;

• технологии получения белкового ингредиента ОПД со свойствами сорбента микотоксинов;

• технологии сушки ОПД и белковых ингредиентов из них;

• модификации методов исследования свойств белковых ингредиентов из ОПД.

Научная новизна состоит в разработке технологии переработки ОПД, включающей следующие этапы:

• обезгоречивания ОПД;

• дезинтеграции клеточной оболочки ОПД в процессах гомогенизации при перепаде давлений 200-220 атм. с целью увеличения переваримости полученного белкового ингредиента;

• дезинтеграции клеточной оболочки ОПД в процессах льдообразования с целью увеличения сорбционной способности;

• разработке физико-математической модели кинетики процесса льдообразования суспензии ОПД отличающейся низкой криоскопической температурой в льдогенераторе непрерывного действия;

• разработке метода расчета производительности льдогенератора при низкой криоскопической температуре суспензии;

• разработке технологии получения белкового ингредиента ОПД со свойствами сорбента микотоксинов;

• разработке технологии сушки ОПД и белковых ингредиентов из

них;

• модификации методов исследования свойств белковых ингредиентов из ОПД.

Практическая значимость работы. Разработаны рекомендации по применению белкового ингредиента из ОПД при производстве комбикормов и плодово-ягодных конфитюров.

Результаты исследований внедрены в учебном процессе при подготовке студентов по магистерским программам, а также в условиях производства ЗАО «Тосненский комбикормовый завод» (акт внедрения 2014 г) и ООО «Русская еда». Результатом производственных испытаний белкового ингредиента ОПД являлось получение изделий с улучшенными свойствами и органолептическими показателями.

Разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9163-039-706279012014 «Конфитюры плодово-ягодные с добавлением белковых ингредиентов на основе остаточных пивных дрожжей» и внедрена на ООО «Русская еда».

Основные положения, выносимые на защиту:

• технология обезгоречивания ОПД с целью использования полученного белкового ингредиента на пищевые нужды;

• технология дезинтеграции клеточной оболочки ОПД в процессах льдообразования в аппаратах непрерывного действия и гомогенизации при перепаде давлений 200-220 атм. с целью увеличения переваримости полученного белкового ингредиента;

• физико-математическая модель кинетики процесса льдообразования суспензии ОПД с низкой криоскопической температурой в льдогенераторе непрерывного действия;

• методика расчета производительности льдогенератора непрерывного действия;

• технология сушки белковых ингредиентов;

• результаты исследований состава и свойств белковых ингредиентов, полученных в результате предлагаемых технологий;

• результаты исследования сорбционных свойств ингредиентов, полученных по предлагаемой технологии;

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научных мужвузовских и международных конференциях: VIII Международной научно-практической конференции "Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы" (Пенза, 2012 г.), 65-я студенческой научно-технической конференции (СПб НИУ ИТМО ИХиБТ. 2012 г.); международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования» (СПб Аграрный университет, г. Пушкин, 2013 г.), международном научном форуме "Пищевые инновации и биотехнологии" (Кемерово, 2013 г.), ХЫ1 научной и учебно-методической конференции (СПб НИУ ИТМО ИХиБТ, 2013 г.); конгрессе молодых ученых (СПб НИУ ИТМО, 2013 и 2014 гг.); Международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава "НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ АПК" в СПбГАУ (г. Пушкин, 2014 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 работы в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста и содержит 27 таблиц, 8 рисунков и 3 приложения. Список литературы включает 163 наименования, из них 43 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние проблемы, обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В аналитическом обзоре литературы представлена характеристика побочных продуктов пищевых производств, изложены современные методы переработки ОПД, рассмотрено их строение и химический состав. На основании проведенного анализа обоснован выбор объектов исследования, сформулированы задачи диссертационной работы и определены методы их решения.

Объекты и методы исследований; постановка эксперимента. Объектами исследования служили остаточные пивные дрожжи (ОПД), полученные с ЗАО «Тосненского комбикормового завода». В соответствии с ОСТ 18 - 323 - 78 жидкие пивные дрожжи содержат до 88 % влаги, имеют специфический дрожжевой вкус с небольшой хмелевой горечью и запах, свойственный свежим дрожжам, без постороннего привкуса.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры "Технология мясных, рыбных продуктов и консервирования холодом" Университета ИТМО, а также в ФГБУ "Ленинградская межобластная ветеринарная лаборатория" и ООО "АМТ". На предприятиях ЗАО «Тосненский комбикормовый завод» и ООО " Русская еда".

В работе использованы общепринятые и специальные методы исследования. Измерение горечи проводилось согласно методу European Brewery Convention (ЕВС, 1987). Исследование сорбционной емкости микотоксинов оболочкой дрожжевой клетки проводилось по ГОСТ Р 52471-2005 «Корма. Иммуноферментный метод определения микотоксинов». Определение содержания глутатиона проводилось согласно методике Починок Х.Н.

Содержание соли определяли с помощью солемера типа 900 с зондом. Определение переваримости - по ГОСТу Р 51423-99. Оценка количества интактных и разрушенных дрожжевых клеток производилась по модифицированной методике Леффлера путем подсчета окрашенных раствором метиленового синего и неокрашенных клеток.

Технологическая схема представлена на рис. 1.

Выбор и обоснование режимов переработки ОПД.

Известно, что переваримость протеина сухих ОПД около 40-45%. Установлено, что низкая степень переваримости протеина ОПД связана с высокой

устойчивостью клеточных стенок дрожжей к действию пищеварительных ферментов.

Рисунок 1- Технологическая схема

Задачей являлась разработка метода дезинтеграции дрожжевой клетки для повышения качества белкового ингредиента из ОПД, за счет повышения переваримости протеина дрожжей.

Технологическая модификация №1 переработки ОПД (рис.1., №1), позволяет получить белковый ингредиент из ОПД на кормовые нужды с переваримостью протеина дрожжей 60-65%.

Увеличение переваримости протеина дрожжей достигается за счет введения в технологический процесс производства белкового ингредиента из ОПД процесса гомогенизации при перепаде давлений 200-220 атм., что позволяет осуществить разрыв оболочек клетки ОПД и обеспечивает выход внутриклеточного протеина в раствор. Использование давления ниже 200 атм не позволяет полностью разорвать клеточные оболочки, а давление свыше 220 атм недостижимо на стандартных гомогенизаторах.

Однако, несмотря на высокие показатели переваримости готоеый белковый ингредиент из ОПД, полученный по данной технологии, может использоваться

только на кормовые нужды. Благодаря своему специфическому дрожжевому запаху и горькому вкусу, а также содержанию значительного количества нуклеиновых кислот, оказывающих негативное воздействие на организм человека, применение в пищевой промышленности ОПД затруднено. Таким образом, задачей являлась разработка технологии обезгоречивания ОПД, с целью повышения качества белкового ингредиента из ОПД, за счет удаления горечи и нуклеиновых кислот.

Технологическая модификация №2 переработки ОПД (рис.1., №2)„ позволяет получить обезгореченный белковый ингредиент на пищевые нужды, с переваримостью протеина дрожжей 75-80%.

Предварительное разбавление водой и последующее центрифугирование дрожжей в течение 10 минут при числе оборотов 3000 об/мин, необходимо для удаления горького молодого пива из остаточных дрожжей, при этом уменьшение числа оборотов приводит к существенному увеличению времени центрифугирования, а увеличение числа оборотов не приводит к его уменьшению.

Исходная горечь в дрожжах составляет 85,7 В и. Операция предварительной промывки уменьшает её на 10 — 15 %.

Далее следует обработка полученной фракции гидроксидом натрия при рН 11, после чего суспензию нагревают. На рис.2 представлена зависимость единиц горечи в жидкой фазе от температуры процесса. Оптимальной выбрана температура - 60 °С, т.к. дальнейшее ее повышение приводит к резкому изменению цвета продукта (от светло- до темно-коричневого). С другой стороны, уменьшение температуры обработки гидроксидом натрия приводит к увеличению финальной горечи в продукте. При нагревании изо-альфакислоты, образуя соли при взаимодействии с гидроксидом натрия, переходят в растворимое состояние. Изменение продолжительности данного процесса при перемешивании со скоростью 60 об/мин в пределах 5-30 мин незначительно влияет на величину удаляемой горечи. Оптимальное время - 10 минут, так как за этот период гидроксид натрия равномерно распределяется по продукту, а изо-альфакислоты успевают прореагировать с ним. На рис.3 представлен график зависимости горечи в жидкой фазе от рН среды.

§ 30 40 50 60 70 80 90 100 а

Температура процесса, °С

Рисунок 2 - Зависимость единиц горечи в жидкой фазе от температуры процесса обработай щелочью (ЫаОН) при рНИ 1

9 10

рН среды

Рисунок 3 - Зависимость единиц горечи в жидкой фазе от рН среда в процессе обработки щелочью (ЫаОН) при температуре 6СРС.

Процесс проходит при температуре 60 °С. Из анализа полученной зависимости видно, что с увеличением рН среды увеличивается содержание горечи в жидкой фазе и соответственно уменьшается в дрожжах. Оптимальный результат достигается при рН 11. Дальнейшее увеличение рН приводит к преждевременному разрушению дрожжевой клетки и при последующем центрифугировании наблюдается потеря ценного белкового компонента.

Полученные обезгореченные дрожжи обладают темным цветом, что нежелательно. Внесение в продукт растительного масла, которое содержит непредельные жирные кислоты и обладает поверхностно активными свойствами, в количестве одного процента от объема дрожжей приводит к изменению цвета от темно-коричневого до светло-кремового. При этом горечь продукта уменьшается на 3-4 %.

Далее следует нейтрализация продукта до рН 7 соляной кислотой. После чего осуществляется разбавление продукта водой в соотношении 1:3 и последующее центрифугирование при числе оборотов 3000 об/мин в течение 10 мин. Зависимость горечи продукта от гидромодуля представлена на графике (рис. 4). Из анализа зависимости видно, что при гидромодуле 1:3 конечная горечь в продукте достигает достаточно малого значения - 8,6 ВЦ.

Рисунок. 4 - Зависимость единиц горечи в продукте от степени разбавления ОПД водой.

В результате исследований было установлено, что при проведении обработки происходит деградация молекулярной структуры нуклеиновых кислот до нуклеотидов и далее нуклеозидов и нуклеиновых оснований, которые в дальнейшем удаляются при промывании водой. Исследование содержания нуклеиновых кислот (высокомолекулярных) в готовом продукте показало , что образцы полученного препарата из ОПД содержат следовые количества РНК, содержание ДНК в образцах менее 0,1%. Полученный белковый ингредиент обладает слабыми свойствами сорбента микотоксинов. Сорбционная емкость белкового ингредиента полученного по данной технологии по афлатоксину В, равна 46%. По остальным, распространенным в Ленинградской области, микотоксинам (охратоксину, токсину ДОН, Т-2 токсину) равна нулю.

Технологическая модификация №3 переработки ОПД (рис.1., №3), позволяющая получить белковую добавку на пищевые и кормовые нужды, со свойствами сорбента микотоксинов.

Введение процесса замораживания суспензии ОПД, перед гомогенизацией позволяет интенсифицировать дезинтеграцию дрожжевых клеток и отделение

полисахаридной клеточной оболочки дрожжей. На рис. 5. представлены данные по количеству разрушенных дрожжевых клеток в зависимости от способа обработки ОПД. Из анализа рис. 5. видно, что использование процесса замораживания позволяет увеличить количество разрушенных клеток в 1,9 раз, по сравнению с исходным количеством разрушенных клеток в ОПД, в результате последующей гомогенизации количество разрушенных дрожжевых клеток возрастает еще в 1,5 раза. В конечном продукте количество разрушенных дрожжевых клеток составляет - 98,2 %., против 31,8 % в исходных ОПД.

о

РЗ

н о и в*

ч

3

о ь-<и

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Исходные ОПД Замороженные ОПД Замороженные и

гомогенизированные ОПД

Рисунок 5 - количество разрушенных дрожжевых клеток в ОПД в зависимости от способа обработки ОПД

После замораживания и гомогенизации, в данной технологии предусмотрена дополнительная промывка водой. Введение данных операций в технологический процесс приводит к удалению низкомолекулярной фракции белков, и, это способствует увеличению сорбционной емкости полученного белкового ингредиента, но при этом несколько уменьшается пищевая ценность готового продукта. Если этот этап исключить, то сохраняются все пищевые свойства, но при этом сорбционная эффективность сорбента ОПД уменьшается, т.к. активные центры сорбентов инактивируются взаимодействием с низкомолекулярными протеинами, что приводит к уменьшению сорбционной способности.

В мировой практике существует ряд сорбентов, которые дороги, по сравнению с предлагаемым нами сорбентом, поскольку он получен из дешевого сырья на стандартном оборудовании. На рис. 6 представлено сравнение результатов сорбционной емкости микотоксинов оболочкой дрожжевой клетки полученных нами сорбентов (по технологии №2 и №3) с аналогами, представленными на рынке.

В п.1. и п. 2. представлены белковые ингредиенты с повышенным содержанием низкомолекулярной фракции протеинов (получен по технологической модификации, рис. 1, №1 и №2.). Они имеют сорбционную способность только к афлатоксину В1( рис. 6).

В п. 3. указан сорбент, полученный по данной модификации - сорбент, с пониженным содержанием низкомолекулярной фракции протеинов. По сорбции ряда токсинов, например, по афлатоксину В1 сорбент, близок по показаниям к аналогам, таким как фунгистат, представленный на диаграмме в п. 4 и 5 По

охратоксину он в полтора раза выше. По Т-2 токсину - проигрывает. По токсину ДОН - предлагаемый нами сорбент имеет сорбционную способность, равную 11,4% в то время как фунгистат не имеет сорбционной способности (рис. 6).

белковый ингредиент на кормовыер нужды

белковый ингредиент а пищевые и кормовые нужды

сорбент

-е-

сорбент №1 (фунгистат)

сорбент №2 (фунгистат)

Рисунок 6 - Сравнение сорбционной емкости различных сорбентов микотоксинов.

Сравнение переваримости протеина в белковых ингредиентах, полученных в результате технологических модификаций №1, №2, №3 представлены (рис.7).

Исходные ОПД

Белковый ингредиент на кормовые нужды

Белковый ингредиент на пищевые и кормовые нужды

Рисунок 7 - Сравнение переваримости протеина в белковых ингредиентах, полученных в результате технологических модификаций №1, №2, №3.

Предложенная технология удаления плотной оболочки с поверхности пивных дрожжей, позволяет получить дешевый биологически ценный сорбент из ОПД, который по своим свойствам близок к дорогостоящим сорбентам, представленным на рынке. Переваримость протеина при удалении низкомолекулярных фракций уменьшается, но незначительно. Горечь продукта отсутствует. Белковые

В теоретической части рассмотрены механизмы замораживания суспензии с низкими криоскопическими температурами и сушки. Для замораживания суспензии ОПД предлагается использовать льдогенератор непрерывного действия. Сложность проблемы заключается в том, что не существует методов расчета кинетики процесса замораживания в льдогенираторе суспензий, отличающихся от воды низкими криоскопическими температурами. Льдогенератор непрерывного действия представляет собой трубу, внутри которой циркулирует фреон, она окружена вращающимися вокруг неё форсунками, напыляющими суспензию и следующими за ними ножами, срезающими намороженный лёд.

Рассмотрим кинетические закономерности замораживания суспензии отработанных пивных дрожжей, а также суспензий из продуктов растительного происхождения в льдогенераторе. Суспензии замораживаются не так, как чистая вода. Чистая вода кристаллизуется полностью при криоскопической температуре. Вода, содержащаяся в суспензии, содержит большое количество растворенных веществ. При замораживании кристаллизуется пресная вода, в связи, с чем концентрация растворённых веществ в оставшейся жидкой фазе возрастает, что, согласно закону Рауля, понижает криоскопическую температуру. Таким образом, вода в суспензии вымерзает постепенно с понижением температуры, что приводит к изменению действительной производительности генераторов, рассчитанных по воде. Расчета производительности льдогенератора непрерывного действия по суспензии, обладающей низкими криоскопическими температурами, не существует.

В предлагаемом методе расчета полагаем, что коэффициент теплоотдачи от металлической поверхности к слою суспензии практически бесконечен, время т, образования ледяного слоя толщиной Д, можно определить по формуле Планка следующим образом:

г_ дрё

где ц - теплота кристаллизации воды, р плотность льда, X его теплопроводность, /о криоскопическая температура воды, - температура поверхности трубы льдогенератора.

Ранее нами была предложена следующая модификация формулы (1), учитывающая постепенное вымораживание воды:

т = __ ЧРЬ

2

1 - 2а\ (а + 1)1п 1

= Г, (2)

2 itcr-ts)X

где t„ - криоскопическая температура суспензии (tcr < г0). Выражая толщину слоя намороженного продукта из (2), получим: 2 г 0„ ~ t, )Л ~

1 - 2а|(а + 1 ) ln а + 1 - 1 ^

Поскольку намораживание льда идёт только в зоне перекрытия поверхности трубы льдогенератора факелом распыла форсунки, эту длину покрытия поверхности

обозначим Д тогда время покрытия этой длины может быть выражена следующим соотношением

г = » (4)

со Я

где со - угловая скорость вращения барабана, Я — его радиус. Общая производительность аппарата (т, может быть представлена в виде: в = N со Ш А р (5)

где Ь — длина барабана, N - количество ножей. Подставляя (4) в (3) и далее в (5), получим соотношение для расчёта производительности аппарата при замораживании суспензий:

G = NL

2D{tcr -ts)Xo)Rp

г

i

1-2 а

a + 1

(6)

(a + 1) In--1

V V a jj

Полученные, по предлагаемому методу, расчетные данные показывают, что при снижении криоскопической температуры замораживаемого продукта от 0°С (для чистой воды) до -5°С (для концентрированных гомогенизированных ОПД) производительность льдогенератора чешуйчатого льда непрерывного действия возрастает в 1,35 раза.

Сравнение опытных и расчетных величин производительности льдогенератора чешуйчатого льда при замораживании чистой воды и ОПД с различными криоскопическими температурами показывает, что полученные расчетные и экспериментальные данные коррелируют с опытными данными с погрешностью менее 7 %.

Сушка белкового ингредиента осуществляется в тонком слое продукта, нанесенного на поверхность инертных тел. Специфика расчета в том, что между инертной частицей и продуктом малая адгезионная способность и на поверхность инертного носителя, единовременно находящегося в аппарате, наносится не более одного слоя, поэтому методика расчета упрощается. Сушку производят при температуре теплоносителя на входе в сушильный агрегат 150-160°С, при этом температура продукта на выходе составляет 60-65 °С, что позволяет получить продукт высокого качества.

Используя уравнение массопереноса, для сушки в условиях первого периода постоянной скорости сушки, получим уравнение для расчета времени процесса (7).

DR(ß + 273) Ub-Ue

$S{p(Q)-pa)(l-Ub)(l-Ue) (7)

где ß - коэффициент массоотдачи, м/с; ра - парциальное давление паров воды

в аппарате, Па; /?(©)- парциальное давление паров воды над поверхностью продукта, о

Па; R = 287 Дж/(кг С) - газовая постоянная для воздуха; D - масса сухих веществ

Т = —

плёнки; © - температура продукта, С, С/ - начальное влагосодержание продукта; и ^

- конечное влагосодержание продукта

Один слой пленки имеет очень малую толщину, и обратно пропорционален квадрату толщины.

Таким образом, на основании приведенных исследований разработана технология белковых ингредиентов на основе ОПД с использованием холодильной обработки. Данный продукт можно использовать при производстве кормовых продуктов и продуктов питания широкого ассортиментного спектра.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработаны три технологические модификации переработки ОПД с целью использования полученного продукта на пищевые и кормовые нужды;

- На кормовые нужды, с перевариваемостью протеина 60-65%. Содержание белка в белковом ингредиенте 40-45%, горечь - 85,7 ВЦ

- На пищевые нужды, с перевариваемостью протеина 75-80%. Горечь белкового ингредиента 8,6 Ви.

- Белковый ингредиент со свойствами сорбента микотоксинов. Переваримость протеина 90-92%. Горечь белкового ингредиента 0 Ви, содержание белка 20%, что связано с исключением низкомолекулярной фракции, понижающей сорбционную емкость сорбента.

2. Разработана технология обезгоречивания ОПД, основанная на обработке ОПД гидроксидом натрия. Использование данного этапа обработки позволяет снизить горечь ОПД с 85,6 ВИ (в исходных дрожжах) до достаточно низкого значения 8,6 В11 в готовом продукте. Сочетание данной обработки с этапом гомогенизации ОПД при перепаде давлений 200-220 атм, позволяет увеличить перевариваемость протеина дрожжей до 75-80%.

3. Разработана технология дезинтеграции клеточной оболочки в процессе гомогенизации при перепаде давлений 200-220 атм., позволяющая увеличить переваримость протеина дрожжей с 40% (в исходных ОПД) до 60-65%, а также повысить долю отделенных клеточных оболочек дрожжей на 30% по сравнению с исходными ОПД, и при льдообразовании суспензии ОПД в льдогенераторе непрерывного действия, позволяющая улучшить сорбционные свойства полученного белкового ингредиента, за счет увеличения доли отделенных клеточных оболочек дрожжей в 1,5 раза по сравнению с исходными ОПД.

4. Показано, что в результате замораживания ОПД с последующей гомогенизацией при перепаде давления 200-220 атмосфер повышается сорбционная способность сорбента и он по своим свойствам близок к дорогостоящим сорбентам, представленным на рынке.

5. Представлены расчетные соотношения, позволяющие определить продолжительность замораживания суспензий, в том числе растительного происхождения с низкими криоскопическими температурами в льдогенераторе непрерывного действия, а также производительность льдогенератора непрерывного действия при замораживании данных продуктов. Полученные расчетные данные

показывают, что при снижении криоскопической температуры замораживаемого продукта от 0°С (для чистой воды) до -5°С (для концентрированных гомогенизированных ОПД) производительность льдогенератора чешуйчатого льда непрерывного действия возрастает в 1,35 раз.

6. Представлены расчетные соотношения позволяющие определить продолжительность сушки остаточных пивных дрожжей, а также производительность сушильной установки со встречно-закрученными потоками инертных тел.

7. Разработана технология сушки полученных белковых ингредиентов из ОПД позволяющая получить продукт высокого качества.

8. Представлены модификации методик исследования свойств белковых продуктов, применительно к белковым ингредиентам из ОПД. В методике определения глутатиона была подобрана подходящая модификация крахмала. В методике определения количества разрушенных дрожжевых клеток подобран походящий краситель. Установлено, что необходимо учитывать не только количество сорбированных микотоксинов в кислой среде, но и в щелочной среде, так как было замечено, что любые сорбенты в разных средах ведут себя по-разному, в кислой среде они способны сорбировать микотоксин, а в щелочной происходит десорбция.

9. Показано, что полученный белковый ингредиент из ОПД может быть использован при производстве кормовых продуктов и продуктов питания широкого ассортиментного спектра, так как содержание токсичных нуклеиновых кислот в нем меньше 0,1%.

10. Результаты исследований внедрены в учебном процессе при подготовке студентов по магистерским программам, а также в условиях производства ЗАО «Тосненский комбикормовый завод» и ООО "Русская Еда", где выпущена партия белкового ингредиента на основе ОПД, а также разработана и утверждена техническая документация по использованию белкового ингредиента со свойствами сорбента микотоксинов: (ТУ 9163-039-70627901-2014). Годовой экономический эффект от внедрения на ЗАО «Тосненский комбикормовый завод» - 600 тыс. рублей.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях рекомендованных ВАК:

1. Кулакова, В. Е. Разработка технологии удаления горечи из отработанных пивных дрожжей / В. Е. Кулакова, Т. В. Шкотова, С. В. Фролов, Т. В. Чичина // Известия ВУЗОВ. Пищевая технология. - 2012. - С.67-69. - 0,2 п.л./0,05 пл.

2. Куцакова, В. Е. Кинетические закономерности процесса сушки пивных дрожжей / В. Е. Куцакова, С. В. Фролов, Т. В. Шкотова, Т. В. Чичина // Известия ВУЗОВ. Пищевая технология.- 2012. - № 4. - С.93-95. - 0,2 пл./ 0,05 пл.

3. Куцакова, В. Е. Новая технология получения автолизата со свойствами сорбента микотоксинов из отработанных пивных дрожжей / В. Е. Куцакова, С. В. Фролов, Т. В. Шкотова, В. И. Марченко, Т. В. Чичина // Известия вузов. Пищевая технология. - 2014. - № 2-3, С. 75-78. - 0,25 п.л./0,05 пл.

4. Куцакова, В. Е. Технология переработки остаточных пивных дрожжей на

I/,

: о

пищевые и кормовые нужды/ В. Е. Куцакова, С. В. Фролов, Т. В. Шкотова, Т. В. Чичина // Хранение и переработка сельхозсырья- Москва, 2014 — № 6 — С. 35-370,2 п.л./0,05 п.л.

Публикации в других изданиях:

5. Чичина, Т. В. Технология обезгоречивания отработанных пивных дрожжей/ Т. В. Чичина // Сборник трудов молодых ученых. 4.1: Сб. тр. - СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ. - 2012. - С.10-15. - 0,38 п.л.

6. Куцакова, В. Е. Белковая кормовая добавка из отработанных пивных дрожжей/ В. Е. Куцакова, Т. В. Шкотова, В. В. Богомолов, Т. В. Чичина, С. В. Ефимова // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы: сборник статей VIII Международной научно-практической конференции/МНИЦ ПГСХА.-Пенза: РИО ПГСХА, 2012.-С. 96-99. - 0,25 п.л. / 0,05 п.л.

7. Куцакова, В. Е. Способ получения белковой пищевой и кормовой добавки/ В. Е. Куцакова, Т. В. Шкотова, С. В. Ефимова, Т. В. Чичина// Пищевые инновации и биотехнологии: материалы Международного научного форума / под общ.ред. А.Ю.Просекова. - Кемерово: ФГУ ВПО "Кемеровский технологический институт пищевой промышленности", 2013. - С. 181-186.-0,38 пл. / 0,08 п.л.

8. Куцакова, В. Е. Способ получения белковой пищевой и кормовой добавки/ В. Е. Куцакова, Т. В. Шкотова, С. В. Ефимова, Т. В. Чичина// Актуальная биотехнология. - Воронеж №1 (4) -2013. - С. 19-21. - 0,19 п.л. / 0,05 п.л.

9. Чичина, Т. В. Использование отработанных пивных дрожжей в пищевой и кормовой промышленности/ Т.В. Чичина, Т.В. Шкотова, В.Е. Куцакова// Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых ( Санкт-Петербург 9-12 апреля 2013г.), Выпуск 4. -СПб: НИУ ИТМО, 2013. - С.106-108. - 0,19 п.л. / 0,06 п.л.

10. Чичина, Т. В. Разработка технологии гидролиза отработанных пивных дрожжей/ Т. В. Чичина // Альманах молодых ученых по итогам XLII научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО. - Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, 2013.- С. 342-344. - 0,19 п.л.

11. Куцакова, В. Е. Разработка технологии получения сорбентов микотоксинов на основе отработанных пивных дрожжей/ В. Е. Куцакова, Т. В. Шкотова, Т. В. Чичина, Л. А. Ратникова// Материалы по IV международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI». — СПБ.: НИУ ИТМО; ИХиБТ. - 2013 - С. 434-436. - 0,19 п.л. /0,05 п.л.

12. Чичина, Т. В. Технология производства сорбента микотоксинов из отработанных пивных дрожжей/ Т.В. Чичина, Т.В. Шкотова// Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 4.- СПб: НИУ ИТМО, 2014. - С. 159162,- 0,13 п.л./0,04 п.л.

13. Куцакова, В. Е. Технология получения белкового ингредиента со свойствами сорбента микотоксинов на пищевые и кормовые нужды / В. Е. Куцакова, Т. В. Шкотова, С. В. Ефимова, Т. В. Чичина.// Актуальная биотехнология. - Воронеж №2 (9) - 2014. С.61-64. -0,25 п.л. / 0,06 п.л.

Подписано в печать ^./P.áP/y , Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. Печ. л. 1.0 . Тираж 80 экз. Заказ № i39 НИУ ИТМО. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49 ИИК ИХиБТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9.