автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Совершенствование процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей при производстве пюреобразных концентратов

005011354

СИНЮКОВ Дмитрий Александрович

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАКУУМ-ВЫПАРИВАНИЯ ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ ФРУКТОВЫХ СМЕСЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПЮРЕОБРАЗНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Специальность 05.18.12 - «Процессы и аппараты пищевых проиЗ' иодств»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 ГЛАР Ш

Воронеж -2012

005011354

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»).

Научный руководитель - заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Остриков Александр Николаевич,

Официальные оппоненты - Магомедов Газибег Омаровнч

дохтор технических наук, профессор, «Воронежский государственный университет инженерных технологий», заведующий кафедрой Дерканосова Наталья Мытрофанов-на доктор технических наук, профессор, Воронежский филиал ГОУВПО «Российский государственный торгово-экономический университет», заведующая кафедрой

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильней промышленности («ВНИИ-КОП», г. Видное Московской области)

Защита диссертации состоится «15» марта 2012 г. в 1430 ч на заседании диссертационного совета Д 212.035.01 при Воронежском государственном университете инженерных технологий по адресу: 394036, Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГУИТ.

Автореферат разослан «14» февраля 2012 г. Ученый секретарь I/

диссертационного совета ¡у Г.В. Калашников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Недостаточное и несбалансированное питание приводит к расстройствам здоровья. В детстве эти нарушения сопровождаются торможением роста и развития ребенка, частыми простудными и инфекционными заболеваниями. Подростки с недостатком в организме витаминов и биоэлементов труднее преодолевают «переходный период», чаще болеют. В ряде регионов питание характеризуется недостаточным количеством фруктов и овощей, полноценных белков, избыточным содержанием в рационе животных жиров. Очень час то выявляется дефицит витаминов и биоэлементов (аскорбиновая кислота, йод, селен, железо и пр.). Уменьшение объема потребляемой пищи сопровождается снижением поступления в организм жизненно необходимых компонентов - витаминов, биоэлементов, аминокислот. Недостаток в организме этих веществ тоже приводит к нарушениям здоровья - развитию гиповитаминозов, гипоэлементо-зов, различных заболеваний.

В последние годы во многих странах определились обширные территории (так называемые биогеохимические провинции) с устойчивым понижением содержания микроэлементов в питьевой воде, в растительных и животных продуктах. Дефицит в питании микронутриентов (витаминов и микроэлементов) распространен повсеместно, во все сезоны года и во всех возрастных группах населения, включая детей раннего и школьного возраста, пожилых людей и более половины трудоспособного населения страны. Неправильное питание часто является причиной нарушений обмена веществ и развития сопутствующей патологии. Обычно это стойкие нарушения витаминного, минерального и других видов обмена.

Нарушенное питание создает благоприятную почву для развития иммунодефицитных состояний и снижения устойчивости организма к инфекциям, учащения сердечнососудистых и онкологических заболеваний, а также увеличения числа случаев так называемых «болезней цивилизации» (ожирение, диабет, атеросклероз и др.). Поэтому возникла необходимость разработки научно обоснованных рационов питания, а также создания дополнитель-

ных источников для организма витаминов и других необходимых питательных веществ. Для производства поликомпонентных фруктовых пюре с высоким содержанием термолабильных веществ необходимо исследование процесса вакуум-выпаривания в соответствии с основными закономерностями, выявление которых является актуальной задачей.

Работа проводилась в соответствии с планом госбюджетной НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) ВГТА (№ гос. регистрации 01.130.2.12440) «Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов и аппаратов в химической н пищевой технологиях» на 2011-2015 гг.; государственного контракта № П459 «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в целях развития общероссийской мобильности» ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» (№ 14.740.11.0980).

Цель работы - научное обеспечение процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей на основе комплексного анализа основных закономерностей процесса совместно с их физико-химическими и структурно-механическими характеристиками, разработка рекомендаций по совершенствованию высокоэффективных технологий производства поликомпонентных фруктовых концентратов; создание перспективных конструкций вакуум-выпарных аппаратов.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Оптимизация рецептуры поликомпонентных фруктовых смесей по микро- и макроэлементному составу, а также содержанию витаминов.

2. Исследование реологических и теплофизических характеристик исходных и концентрированных поликомпонентных фруктовых смесей.

3. Изучение основных закономерностей тепло- и массооб-менных процессов при вакуум-выпаривании поликомпонентных фруктовых смесей и разработка новых способов производства поликомпонентных фруктовых концентратов сбалансированного состава; определение рациональных технологических режимов процесса.

4. Изучение влияния основных параметров процесса на механизм формирования структуры поликомпонентных фруктовых концентратов; исследование показателей качества и безопасности исходных и концентрированных поликомпонентных фруктовых смесей.

5. Разработка математической модели процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей для определения температуры и влагосодержания пленки пюре, режима течения фруктового пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры.

6. Разработка новых конструкций вакуум-выпарных аппаратов и способов производства поликомпонентных фруктовых пюре.

7. Проведение промышленной апробации полученных результатов с их технико-экономической оценкой для внедрения в промышленности.

Научная новизна. Определены реологические и теплофи-зические характеристики поликомпонентных фруктовых смесей.

Выявлены, сформулированы и описаны основные закономерности тепло- и массообмена в процессе вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей; обоснована необходимость использования выпаривания мелкодисперсно-распыленного пюре для сохранения термолабильных питательных веществ.

Разработана математическая модель процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей, позволяющая рассчитать не только режим течения пленки фруктового пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры, но и определить характер изменения температуры и влагосодержания в исследуемом пюре по высоте вакуум-камеры.

Определен химический состав, показатели качества и анти-оксидантная активность исходных и концентрированных образцов пюре.

Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 8 патентами РФ.

Практическая значимость н реализация результатов работы. Разработаны способы производства поликомпонентных фруктовых пюре, вакуум-выпарные аппараты для реализации

разработанных технологий концентрированных фруктовых пюре (пат. РФ № 2373713, 2380910, 2380911, 2372819, 2412599, 2422048 2426450, 2431408).

Определены и обоснованы рациональные технологические режимы процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых пюре, обеспечивающие сокращение продолжительности процесса, снижение удельных энергозатрат и повышение качества готовой продукции.

Получены новые поликомпонентные фруктовые концентраты, обладающие хорошими потребительскими свойствами и высокой пищевой ценностью. На Елецком хлебозаводе (г. Елец Липецкой обл.) произведена выработка промышленной партии круассанов с начинкой из концентрированного поликомпонентного фруктового пюре.

Для реализации разработанных высокоэффективных технологий поликомпонентных фруктовых пюре разработаны новые конструкции вакуум-выпарных аппаратов (пат. РФ № 2380910, 2380913, 2431408), основанные на выявленных закономерностях исследуемого процесса.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались и а международных, всероссийских, научных, научно-технических и научно-практических конференциях и симпозиумах: (Воронеж, 2008 -2011 гг.), (Звенигород 2009 г.); (Миасс, 2010 г.); (Одесса, 2010 г.); (Дагестан, 2010 г.), Ставрополь 2010 г.); отчетных научных конференциях ВГТ А за 2010-2011 гг.

Результаты работы демонстрировались на 25-й межрегиональной специализированной выставке «Продторг» (Воронеж, 2008 г.), Воронежском агропромышленном форуме «Урожай 2009», Молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К. 2009» (Воронеж 2009 г.), Межрегиональном конгрессе «Агропром 2010» (Воронеж 2010 г.), Международном научно-техническом семинаре к 100-летию A.B. Лыкова (Воронеж 2010 г.) и награждены 5 дипломами.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в т. ч. 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 12 тезисов докладов, получено 8 патентов РФ.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, литературы из 149 наименований, в том числе 26 - на иностранных языках, объемом 166 страниц машинописного текста, приведены 15 таблиц и 67 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе дана оценка плодов, фруктов и ягод как объекта исследования, систематизированы данные о современном состоянии и основных направлениях совершенствования техники и технологии производства пюреобразных концентратов.

Приведена классификация и обзор оборудования для уваривания и концентрирования фруктового сырья.

Рассмотрены современные технологические линии производства фруктовых пюреобразных концентратов. На основании проведенного анализа обоснован выбор объектов исследования.

Во второй главе приведены экспериментальные исследования поликомпонентных фруктовых смесей как объекта изучения.

Выявлен характер изменения динамической вязкости поликомпонентных фруктовых пюре на вибровискозиметре Б\М0 (Япония) при следующих режимах выпаривания исследуемых поликомпонентных фруктовых пюре: температура от 293 до 321 К, влажность от 87,9 до 71,0 %.

Были получены зависимости изменения динамической вязкости поликомпонентных фруктовых пюре (рис. 1) в исследуемом диапазоне изменения температуры.

Анализ зависимостей изменения динамической вязкости поликомпонентных фруктовых пюре в исследуемом интервале изменения температур вертикальной стенки вакуум-камеры показал, что динамическая вязкость имеет тенденцию к снижению по линейному закону при повышении температуры (рис. 1).

Jut". .1Я 'i ,)>fm, fO *wi'W. I i

\ 4 /■ .v.,— 2 —t—......................

Vj-.».

|

' 'Х..... i X

f ■>. О- о о

'V 24* -1'' .> II/ ¡'I! IV. III' XI» .4! II! >Н Л7 Т. к

Рис. 1. Зависимость изменения динамической вязкости смеси (30 % яблок, 30 % груш, 30 % дыни, 5 % слив, 5 % алыми) от температуры Т при различной влажности, (!', %

Увеличение температуры приводит к понижению динамической вязкости поликомпонентных фруктовых пюре за счет усиления влияния броуновского движения молекул, нарушающего их ориентацию при перемещении вдоль направления деформации. С повышением скорости сдвига влияние температуры на градиент изменения вязкости овощных пюре ослабевает. Кроме того, увеличение температуры с 293 до 321 К (на примере смеси 30 % яблок, 30 % груш, 30 % дыни, 5 % слив, 5 % алычи) вызывает снижение напряжения сдвига пюре. Полученные зависимости показывают качественное поведение пюре, классифицируемого как псевдопластическая жидкость.

Для правильной организации процесса двухстадийного концентрирования необходимо выявить характер изменения теп-лофизических характеристик (ТФХ) поликомпонентных фруктовых пюре. Определение зависимости ТФХ и плотности исследуемых видов поликомпонентных фруктовых пюре проводилось на измерительной установке Cossfield RT-1394H (National Instruments). Зависимости теплофизических характеристик (коэффициентов теплопроводности и температуропроводности, удельной теплоемкости) от температуры исследуемых пюре (рис. 2) носят линейный характер. Влажность оказывает большее влияние на исследуемые теплофизические характеристики, чем температура. Из анализа данных (рис. 2) видно, что с повышением температуры удельная теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности исследуемых видов поликомпонентных фруктовых пюре увеличиваются.

Были определены значения плотности' исследуемых видов поликомпонентных фруктовых пюре.

1 1 Л.""''-'.

, /

1. —и-

.. л. 2 \ .....

1Л .1.1,4 л.1 .т Л'

В третьей главе дано описание экспериментальной установки и методики проведения исследований процесса концентрирования поликомпонентного фруктового сырья в условиях вакуума. Исследования процесса выпаривания поликомпонентных фруктовых пюре в условиях пузырькового кипения при свободном движении пленки пюре по вертикальной стенке вакуум-камеры проводились при изменении параметров в следующих диапазонах: начальная температура пюре 373...400 К; давление в автоклаве 0,10...0,20 МПа, величина разряжения в вакуум-камере 4,0... 10,6 кПа; температура стенки вакуум-камеры 303...318 К. Диаметр сопловой форсунки для рас-пыливания пюре варьировался от 1,2 до 2,0 мм.

В качестве объектов исследования использовались поликомпонентные фруктовые смеси, состоящие из:

- смесь № 1: 50 % абрикосов, 37 % вишни и 13 % малины;

- смесь № 2: 40 % винограда, 25 % яблок, 15 % смородины черной, 10 % смородины красной, 10 % крыжовника;

- смесь № 3: 50 % яблок, 30 % груш, 15 % абрикосов, 5 % персиков;

- смесь № 4: 30 % яблок, 30 % груш, 30 % дыни, 5 % слив, 5 % алычи.

1 .?«.» к * з/л )м з. б ч ¿и 3 Я ш .? .. т

( I \ |

! | ' ^^

. \ ^_.... ) г«»-»' А*.

| 1 < .'О УК

I I р- г-4 ■ !

1 1

.1«; ш а* и* ш ¡<л ш ¡¿к Т. К

Рис. 2. Зависимость коэффициентов температуропроводности (а), теплопроводности (б) и удельной теплоемкости (с) смеси «50 % абрикосов, 37 % вишни,

13 % малины» от температуры Г при влажиостях IV = 74,98 % и IV= 87,78 %

Абрикосы, персики, сливы, алычу и вишни после мойки и удаления плодоножки разрезали на две части и удаляли косточки. Малину, виноград, смородину черную, смородину красную и крыжовник мыли и удаляли плодоножку. Яблоки, дыни и груши мыли, разрезали на четыре части и удаляли сердцевину, содержащую семечки.

Затем предварительно измельченное и нагретое в автоклаве до температуры Т= 373...400 К под давлением Р = (1,0...2,0)105 Па пюре распыливалось с помощью сопловой форсунки в вакуум-камере. В вакуум-камере с помощью вакуум-насоса поддерживалось разряжение 4,0...6,9 кПа.

В результате резкого перепада температуры и давления в вакуум-камере происходит мелкодиспергированное распылива-ние продукта, сопровождающееся мгновенным испарением части влаги, содержащейся в пюре в перегретом состоянии. Затем капельки пюре достигали вертикальной стенки вакуум-камеры и оседали на ней, образуя пленку продукта, постепенно стекающую вниз по вертикальной стенке под действием сил тяжести.

На первой стадии процесса выпаривания, продолжительность которой составляла 50... 100 с, в результате резкого перепада температуры от 373...400 К до 303...308 К в автоклаве и вакуум-камере соответственно, а также перепада давления от 0,10...0,20 МПа в автоклаве до 4,0...6,9 кПа в вакуум-камере происходит мелкодиспергированное распыливаиие продукта, сопровождающееся мгновенным испарением влаги, содержащейся в пюре. При этом давление в вакуум-камере увеличивалось с 4,0...6,9 кПа до 6,9...10,6 кПа (рис. 3, а) при соответствующем увеличении температуры испаряемых из вакуум-камеры паров с 290.. .308 К до 302.. .319 К (рис. 3, б).

Эти изменения давления в вакуум-камере и температуры испаряемых паров обусловлены мгновенным испарением влаги, содержащейся в мелкодиспергированных каплях пюре в перегретом состоянии.

Затем прекращалось распыливаиие поликомпонентной фруктовой смеси и происходило выпаривание влаги из стекающей вниз по вертикальной стенке вакуум-камеры пленки пюре. После прохождения максимальных значений давления и темпера-

туры испаряемых паров наступает вторая стадия процесса выпаривания, на которой происходит постепенное снижение давления до 5,4 кПа при понижении температуры испаряемых паров до 298 К (рис. 3, а и б).

а б

Рис. 3. Зависимость изменения величины разряжения в вакуум-камере от времени (а) и зависимость изменения температуры испаряемых из вакуум-камеры паров от времени (б) при выпаривании поли компонентной фруктовой смеси № 2

Выявлено, что процесс выпаривания влаги из стекающей вниз по вертикальной стенке вакуум-камеры пленки пюре при минимально допустимом разложении термолабильных веществ происходил при температуре стенки вакуум-камеры 303...318 К при величине разряжения в вакуум-камере 4... 10 кПа.

Проведенные исследования позволили выявить характер изменения интенсивности выпаривания влаги при двухстадийном концентрировании поликомпонентной фруктовой смеси.

Исследования, проведенные при различных режимах процесса концентрирования поликомпонентных фруктовых пюре, показали существенное влияние этих параметров. Так, при изменении температуры нагрева

Рис. 4. Зависимость изменения массы конденсата от времени при выпаривании поликомпонентной смеси Ж> 2

пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры (рис. 4) с 303 до 318 К масса конденсата, получаемого из выпариваемой из пюре влаги, увеличилась в 1,69 раза.

По кривым скорости испарения паров (рис. 5) видно, что в начале первой стадии происходит резкое увеличение скорости испарения паров. Причем величина максимальной скорости испарения паров приходится на середину периода распыливания. После окончания распыливания пюре происходит значительное снижение скорости испарения паров, это объясняется уменьше-

Таким образом, установлено, что, изменяя температуру стенки вакуум-камеры, можно интенсифицировать процесс концентрирования пюре. Варьируя расход с помощью форсунок различного диаметра, можно отдавать предпочтение той или иной стадии процесса концентрирования в зависимости от вида перерабатываемого продукта.

Следует отметить, что чрезмерное увеличение давления в автоклаве, а также температуры стенки вакуум-камеры значительно влияет на качество конечного продукта.

Полученные кинетические зависимости легли в основу выбора рационального баротермичеекого режима с целью сохранения высокого качества пюре.

В четвертой главе приведена математическая модель гравитационного течения пленки фруктовых пюре по вертикальным поверхностям вакуум-выпарных аппаратов.

Рассмотрим течение по вертикальной поверхности тонкого слоя фруктового пюре под действием силы тяжести.

нием поверхности парообразования.

1 - >--1.3 1.5 3.5.0

.?. ..... 1.0 1 35.11

3 й —1.5 1.2 35.::

4 - и и 4ll.ll

5- > — '■» 15 35.0

6- ;, —ю 15 40.il

7- 6 2.11 3.0 45.11

X- г —15 2.11 30.0

■ Л

►»

Рис. 5. Кривые скорости испарения отбираемых из вакуум-камеры паров при выпаривании поликомпонентной смеси № 2

X <

Рис. 6. Расчетная схема пленки

Направим ось х вдоль поверхности в направлении силы тяжести g, а ось у - по нормали от стенки к пленке жидкости (рис. 6).

В этой системе координат движение поликомпонентных фруктовых смесей описывается следующей системой уравнений Навье-Стокса и непрерывности:

"" д_ м 1

ди ди ди — + г< — + и—: дт дх ду

+ 1 р дх р

ди

I —

ду.

д ( ди + — р—

й*л дх

ди ди

— + и--

дт дх

ди

ду

рду р

д_( ди

.¿Л ду)

д ( ди + — р—

дх I дх

Л2)

ди ди дх ду

= 0.

(3)

Так как толщина пленки жидкости мала, то и все производные от скорости, направленной поперек пленки, велики по сравнению с производными, взятыми по скорости вдоль пленки, поэтому окончательный вид гидродинамической модели будет:

ди -дт

а д>5 р(х) д'и ---г \,--1- g <

Р дх3 Р ду1

(4)

дт дх *

С начальными условиями и граничными условиями и(х,у, 0) = и0, <5(0,0) = <5о, ди(х,3,т)

(5)

(6)

(7)

(8)

5у

и(х,0, г) = 0.

Для того чтобы систему (4) - (8) замкнуть, были сформулированы условия типа Коши при х - 0, т. е.

б£(0,г) д 5(0,т)

0.

(9)

& дх2

Учитывая непрерывный режим функционирования вакуум-выпарного аппарата, будем рассматривать гидродинамическую

модель в квазистационарном приближении, т. е. — = 0, тогда

от

уравнение (5) трансформируется в следующий вид сг с!ъ8 2 и0 р <Ьс 2 р8~

с условиями

¿(0) = «%» О1)

¿5(0) _ £б(0) сЬс ~ сЬс1 Тепловая компонента модели:

= 0. (12)

дТ д2Т

дх ду2

Т(0,у) = Т0; (14)

Г(*,0) = Г,.; (15)

^ = , 06,

ду

Массообменная компонента модели:

дс _ <32с ,, „ч

и- = 0-т, (17)

дх ду1

с(о,у) = с0, (18)

= о, (19)

ду

(20)

Система уравнений (10) - (20) представляет собой математическую модель гидродинамики, тепло- и массообмена.

Из анализа экспериментальных данных следует, что оценка касательного напряжения свидетельствует о том, что режим течения может быть выбран вязкостным. Расход фруктового пюре через аппарат равен <7 = 0,01945 кг/с. Экспериментально установлено, что зона распыла форсунки составляет 0,15 м при внутреннем диаметре аппарата й = 0,5 м. Примем следующие исходные

данные для неконцентрированной смеси «абрикос (50 %), вишня (37 %), малина (13 %)» при температуре 35,5 °С: р = 1000 кг/м3; ц - 1,81 Пас, тогда

¿о

30// / 3 0,01945 1,81 з

= з/--- = 1,9 • 10 м = 1,9 мм,

9,8-л-0,5-1000

а скорость на входе в рабочую часть пленки О 0,01945

"о

— = 6,5 мм/с . р8йпа 1000-1,9-10""3тг-0,5

Из рис. 7 следует, что с1М/с!т для 30 °С, 35 °С, 40 °С, 45 °С равно соответственно 0,67-10'3; МО"3; 1,2-10"3; 2-10 3 кг/с. Найдем средние значения исходных и концентрированных смесей в единицах массовой концентрации: с, = 859,25 кг/м3; С2 = 741, 75 кг/м3, а также среднее значение

ЖЩт = 1,22-10"3 кг/с. Эти данные

Рис. 7. Динамика изменения испаряемых паров из пюре при различных температурах стенки вакуум-камеры

1,22-10"

позволяют рассчитать интегральный коэффициент массоотдачи:

<М\Лт

2пг,к{С,-Сг)

■=1,102-Ю"5 м/с.

я-0,5-0,6-(859,25-741,75)

Была определена плотность теплового потока с\, входящая в граничное условие(14):

<7 = |'МЩт-у^2ят0/г) = 1,22 • 10"3 • 2,25 • 106/(ж • 0,5 • 0, б) = 2915,5 Вт/м2>

Из рис. 8 следует, что тепловой начальный участок составляет 20...30 мм. Остальная часть пленки прогревается до температуры теплоносителя в рубашке. Можно сделать вывод о том, что в экспериментах обеспечен оптимальный режим теплообмена с поверхности пленки. Из рис. 9 найдем, что это соответствует X

100 или в пересчете на размерную высоту хк ~ 80-А'= 19 см.

од

1.04 1.03 1.02 1.01

50 НЮ 150 200 250 х Рис. 8. Изменение безразмерной температуры по длш.е пленки

С 0,8 0.6 0.4 0,2

50 100 150 20(1 250 X Рис. 9. Изменение безразмерной концентрации в пленке.

Перейдем к уточнению этой величины путем поправки на изменяющуюся толщину стекающей пленки. Для этого найдем численное решение уравнения гидродинамической компоненты математической модели по конечно-разностной схеме.

Результаты расчета увеличения толщины пленки представлены на рис. 10. Сходимость представленной методики составляет не более 10... 15 %. Таким образом, полученные данные позволяют рассчитать не только режим течения пленки фруктового пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры, но и определить характер изменения температуры и концентрацию сухих веществ в исследуемом пюре по высоте вакуум-камеры при концентрировании поликомпонентных фруктовых смесей.

В пятой главе проведены исследования показателей качества поликомпонентных фруктовых пюре.

При использовании анализатора антиоксидантной активности «Цвет Яуза-01-АА» определена суммарная антиоксидантная активность вытяжек свежих и концентрированных поликомпонентных фруктовых пюре.

Полученные результаты показывают, что суммарная анти-

0 20 40 60 80 100 X Рис. 10. Изменение безразмерной толщины пленки по длине пленки

оксидаитная активность концентрированных пюре больше анти-оксидантной активности соответствующих исходных пюре, это связано с различиями в количественном и качественном фракционном составе объектов исследования.

Проведенные исследования химического состава исходных и концентрированных пюре, определение содержания микро- и макроэлементов, незаменимых аминокислот и витаминов показывает более высокое содержание ценных термолабильных веществ в концентрированных пюре.

Для выявления соответствия исходных и концентрированных пюре гигиеническим требованиям к качеству и безопасности были проведены анализы по определению микробиологических показателей пюре и содержанию в них пестицидов и тяжелых металлов. Содержание тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов, а также содержание микроорганизмов и бактерий в исследуемых образцах пюре не превышает допустимые нормы, установленные санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов СанПиИ 2.3.2.1078-01».

В шестой главе приведено описание разработанной конструкции пластинчатого вакуум-выпарного аппарата (рис. 11) и способов производства поликомпонентных фруктовых пюре.

Рис. 11. Пластинчатый вакуум-выпарной аппарат: I - вакуум-камера: 2 - теплообменные пластины: 3 - перегородки; 4, 5, 11 -патрубки; 6 - устройство для подачи исходного продукта; 7 -выгрузочная камера; 8 - шнеко-вый транспортер; 9 - выгрузочный патрубок; 10 - шлюзовый вакуум-затвор; 12 - коллектор; 13

- сепаратор, 14 - цепные транспортеры; 15 - оси; 16 - скребки; 19 - трубы; 17 - пневмоцилинд-ры; !8 - вертикальные штоки; 19

- трубы; 20 - устройство для регулирования натяжения цепей;

- опорная плита; 22 - пружины; 23 - телескопические втулки: 24 - привод

Использование предложенного пластинчатого вакуум-выпарного аппарата позволяет повысить качество поликомпонентных фруктовых пюре за счет исключения многоэтапной и продолжительной обработки продукта и использования пониженных температур кипения вследствие применения вакуума.

Условные обозначения

IV - влажность пюре, %; Р - давление в автоклаве. Па; Г0, Т'г - начальная температура фруктового пюре и температура теплоносителя в рубашке аппарата; с/ -плотность теплового потока на свободной поверхности стенки, а - коэффициент температуропроводности, м /с, Л - коэффициент теплопроводности фруктового пюре, Вт/(м К). ср - удельная теплоемкость фруктового пюре, кДж/(кг-К); -объемный внутренний источник теплоты; с - массовая концентрация влаги в стекающей пленке; £) - коэффициент диффузии влаги, м2/с; р - коэффициент массотдачи, м2/с; г - теплота парообразования воды, кДж/кг; С - расход фруктового пюре, кг/с; с( - диаметр аппарата, м; р - плотность фруктового пюре, кг/м3; // - динамическая вязкость фруктового пюре. Па с; х,у- координаты; и, и

- осеБая и радиальная составляющие скорости течения пленки, м/с; Л-/к. - масса конденсата, получаемого из испаренных паров, кг; г- время, с; И - высота, м; ст

- поверхностное натяжение пюре, Н/м; <5 - толщина слоя стекающего пюре, м: г„-внутренний радиус вакуум-аппарата, м.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработаны рецептурные смеси с оптимизированным составом микро- и макроэлементов, витаминов.

2. Установлены кинетические закономерности процесса двухстадий-ного концентрирования поликомпонентных фруктовых пюре, выявлены особенности интенсивности выпаривания влаги из поликомпонентных фруктовых пюре. Выявлены рациональные режимы проведения процесса концентрирования поликомпонентных фруктовых пюре, позволяющие сохранить важнейшие пищевые компоненты готового продукта, а также получить хорошие органолептические показатели.

3. Разработана математическая модель процесса концентрирования поликомпоиентных фруктовых смесей, позволяющая рассчитать не только режим течения пленки фруктового пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры, но и определить характер изменения температуры и влагосодержа-ния в исследуемом пюре по высоте вакуум-камеры.

4. Исследование реологических характеристик поликомпонентных фруктовых пюре показало, что они представляют собой вязкую псевдопластическую жидкость.

5. Исследование общих показателей качества, содержания микро- и

макроэлементов, витаминов и аминокислот показало, что показатели концентрированных образцов пюре значительно превосходят аналогичные показатели соответствующих исходных пюре. Концентрированное поликомпонентное фруктовое пюре характеризуется высокой биологической, пищевой и энергетической ценностью.

6. Разработаны способы производства поликомпонентных фруктовых пюре, новые конструкции вакуум-выпарных аппаратов, позволяющие повысить качество поликомпонентных фруктовых пюре за счет использования мягких режимов уваривания при пониженных температурах кипения вследствие применения вакуума.

7. Проведенные производственные испытания на Елецком хлебозаводе способа производства слоеного изделия «Круассан» с использованием в качестве начинки концентрированного поликомпонентного фруктового пюре «40 % винограда, 25 % яблок, 15 % смородины черной, 10 % смородины красной, 10 % крыжовника», показали возможность ее использования в хлебопекарной промышленности. В результате проведенных производственных испытаний был получен продукт, обладающий более высокими потребительскими свойствами и показателями качества.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Остриков. А.Н. Исследование кинетики процесса выпаривания фруктовых пюре в условиях вакуума [Текст) / А.Н. Остриков, Ф.Н. Вертяков, А.Н. Веретенников, Д.А. Синюков // Нива Поволжья. - 2008. - № 3 (8). - С. 78-81.

2. Остриков, А. Н. Разработка выпарного аппарата непрерывно-циклического действия [Текст] / А. Н. Остриков, Ф. Н. Вертяков, А. Н. Веретенников, Д. А. Синюков // Вестник Машиностроения. - 2009. - № 3. - С. 88-90.

3. Остриков, А. Н. Исследование антиоксидантной активности поликомпонентных фруктовых пюре [Текст] / А. Н. Остриков, Д. А. Синюков П Известия вузов. Пищевая технология. -2010. 2-3 (314-315). - С. 100-102.

4. Остриков, А. Н. Изучение конкурентоспособности плодоовощных концентратов на российском рынке пищевой продукции [Текст] / А. Н. Остриков, А. Н. Веретенников, Д. А. Синюков, А. В. Трушечкин // ФЭС: Финансы. Экономика. Стратегия. - 2010. - № 5. - С. 46-50.

5. Остриков, А. Н. Исследование кинетики процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых пюре [Текст] / А. Н. Остриков, Д. А. Синюков // Вестник Северо-Кавказского Государственного Технического Университета. -2010. 1 (26).-С. 131-135.

Патенты

1.Пат. 2373713 РФ. МПК А 23 В 7/00. Способ производства плодово-фруктового пюре [Текст] / А. Н. Остриков, Ф.Н. Вертяков, Д.А. Синюков; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (ЯУ). - № 2008134299/13 : заявл. 20.08.2008 ; опубл.

л

¡г!

27.11.2009, Бюл. № 33.

2. Пат. 2372819 РФ, МПК А 23 Р 1/10, А 23 Р 1/12, А 23 L 1/212, А 23 L 3/00. Линия производства пюреобразных концентратов из плодов, ягод и овощей [Текст]/ А. Н. Остриков, Ф. Н. Вертяков А. Н. Веретенников, Д. А. Синю-ков; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронех<ская государственная технологическая академия» (RU). -№ 2008144054/13 ; заявл. 05.11.2008 ; опубл. 20.11.2009, Бюл. №32.

3. Пэт. 2380910 РФ, МПК А 23 В 7/00, А 23 I, 1/212, А 23 L 3/00. Аппарат для концентрирования фруктовых и овощных пюре [Текст] / А.Н. Остриков, Ф.Н. Вертяков, А.Н. Веретенников, ДА. Синюков; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (RU). - № 2008135383/13 ; заявл. 03.09.2008; опубл. 10.02.2009. Бюл. № 4.

4. Пат. 2380911 РФ, МПК А 23 В 7/00, А 23 L1/212, А23 L 3/00. Выпарной спиральный аппарат [Текст] / АН. Остриков, Ф.Н. Вертяков, А.Н. Веретенников, Д.А. Синюков ; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (RU). - № 2009119792/13, ; заявл. 25.09.2009 ; опубл. 27.02.2010. Бюл. № 4.

5. Пат. 2412599 РФ, МПК А 23 В 7/00, А 23 L 1/212, А 23 L 3/00. Коаксиальный выпарной аппарат [Текст] / А.Н. Остриков, АН. Веретенников, Д.А. Синюков, С.В Дорохин, A.B. Трушечкин; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (RU). - № 2008135385/13; заявл. 03.09.2008 ; опубл. 10.02.2009. Бюл. Ns 6.

6. Пат. 2422048 РФ, МПК А 23 L 1/212. Способ производства поликомгю-нентного плодово-фруктового пюре [Текст] / А. Н. Остриков, Д.А. Сишоков; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (RU). - №> 2010112566/13 ; заявл. 31.03.2010 ; опубл. 27.06.2011, Бюл. № 18.

7. Пат. 2426450 РФ, МПК А 23 В 7/00, А 23 L 1/212. Способ производства плодово-фруктового пюре [Текст] / А. Н. Остриков, Д.А. Синюков ; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (RU). -№ 2010112538/13 ; заявл. 31.03.2010 ; опубл. 20.08.2011, Бюл. №23.

8. Пат. 2431408 РФ, МПК А 23 В 7/00, А 23 L 1/212. Пластинчатый вакуум-выпарной аппарат. [Текст] ! А Н. Остриков, A.B. Трушечкин. ДА. Сишоков: заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (RU). - № 2010116302/13 ; заявл. 23.04.2010 ; опубл. 20.10.2011. Бюл. №2.

ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

Подписано в печать 13.02.2012. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 20

61 12-5/3364

федеральное государстве! и юн бюджетное образов атнлы юн учрнждн1 un: вы ci iii i о профессионалы юно образования воронежский еосудлрстве1iiтый у11ив1 pchti .t i ii 1ж1.1 iepi1б1х

технологий

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАКУУМ-ВЫПАРИВАНИЯ ПОЛИ КО M И О H Е ï IТ H Ы X ФРУКТОВЫХ СМЕСЕЙ ПРИ

ПРОИЗВОДСТВЕ

ШОРЕОБРАЗНЫХ КОН ЦЕН ГРАIО В

Специальность 05.18.1 2 «11роцессы и аппараты пищевых производств»

На правах рукописи

СИНЮКОВ Дмитрий Александрович

/Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

11аучиый руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук,

профессор А. I I. Остриков

воронеж 2012

соднржаниь;

Введение..........................................................5

Глава 1. Современное состояние производства фруктовых

концентрированных пюре...........................................

11 1.1. Оценка исходного сырья как объекта исследования..............11

1.2. Обзор оборудования для концентрирования фруктового сырья.....24

1.3. Анализ технологических линий производства нюрсобразных концентратов.................................................38

1.4. Анализ математических моделей процесса выпаривания.........43

1.5. Анализ литературного обзора, формулировка цели и основных задач........................................................49

Глава 2. Экспериментальные исследования поликомпонентных фруктовых смесей как объекта изучения............................53

2.1. Исследование характера изменения динамической вязкости поликомпонентных фруктовых смесей............................53

2.2. Определение тсплофизических характеристик поликомпонентных фруктовых смесей.............................................56

2.3. Определение плотности и влажности концентрированных пюре . . .61 Глава 3. Экспериментальные исследования кинетики процесса концентрирования поликомнонентного фруктового пюре в условиях ваку^.1каЗШсперимснтальная установка и методика проведения исследований

63

3.2. Исследование кинетики процесса концентрирования поликомпонентных фруктовых пюре..............................68

3.3. Выявление особенностей изменения интенсивности выпаривания влаги при концентрировании поликомпонентных фруктовых пюре. ... 76

3.4. Анализ особенностей стекания пленки поликомпонентного фруктового пюре, стекающего по вертикальной стснкс вакуум-камеры при

исследуемых режимных параметрах..............................83

Глава 4. Математическая модель гравитационного течения пленки фруктовых шоре по вертикальным поверхностям вакуум-выпарных аппаратов...................... ..................................90

4.1. Постановка задачи........................................90

4.2. Синтез математической модели..............................94

4.2.1. Гидродинамика стекающей пленки..........................94

4.2.2. Теплообменная модель.....................................97

4.2.3. Массообменная модель....................................98

4.2.4. Квазистационарная формулировка математической модели.....99

4.3. Анализ математической модели.............................100

4.3.1. Гидродинамическая компонента...........................100

4.3.2. Теплообменная компонента...............................101

4.3.3. Массообменная компонента..............................104

4.4. Вычислительный эксперимент..............................106

Глава 5. Исследование показателей качества поликомпонентных фруктовых пюре.................................................112

5.1. Оптимизация рецептуры фруктовых смесей...................112

5.2. Анализ аминокислотного состава поликомпонентных фруктовых пюре.......................................................116

5.3. Анализ антиоксидантной активности фруктовых пюре..........118

5.4. Исследование безопасности исходного и концентрированного поликомпонентного фруктового пюре...........................121

Глава 6. Разработка способов производства плодово-фруктовых пюре, конструкции вакуум-выпарною аппарата и линии производства нюреобразных концентратов....................................127

6.1. Разработка способа производства плодово-фруктового шоре .... 127

6.2. Разработка способа производства поликомпонентного плодово-фруктового пюре.....................................129

6.3. Разработка способа производства плодово-фруктового шоре.....131

6.4. Пластинчатый вакуум-выпарной аппарат.....................133

6.5. Разработка линии производства шорсобразных концентратов .... 135

6.6. Технико-экономические расчеты............................139

Основные выводы и результаты..................................147

Литература.....................................................149

Приложение....................................................167

ВВЕДЕНИЕ

За последние десятилетия существенно уменьшилась физическая активность значительной части населения, особенно в развитых странах. Снижение энергозатрат потребовало уменьшения нормативов по энергетической ценности потребляемых пищевых продуктов. При пониженных энергозатратах пища должна быть менее калорийной, содержать меньше углеводов и жиров. Иначе нарастает избыточная масса тела, развивается ожирение, появляются многочисленные болезни. Выяснилось, что уменьшение объема потребляемой пищи сопровождается снижением поступления в организм жизненно необходимых компонентов витаминов, биоэлементов, аминокислот| 1, 121]. Недостаток в организме этих веществ тоже приводит к нарушениям здоровья развитию гиповитаминозов, гипоэлементозов, различных заболеваний. Поэтому возникла необходимость разработки научно обоснованных рационов питания, а также создания дополнительных источников для организма витаминов и других необходимых питательных вещес тв. В соответствии с этими потребностями в последние десятилетия были разработаны и появились в продаже многочисленные биологически активные добавки к пище и так называемые функциональные продукты питания.

В последние годы в различных странах определились обширные территории (так называемые биогеохимические провинции) с устойчивым понижением содержания микроэлементов в питьевой воде, в растительных и животных продуктах. Это подтверждается многочисленными данными о состоянии фактического питания населения в большинстве регионов России |122]. Дефицит в питании микронутриентов (витаминов, микроэлементов, минеральных веществ) распространен повсеместно, во все сезоны года и во всех возрастных группах населения, включая детей раннего и школьного возраста, пожилых людей и более половины трудоспособного населения страны. В первую очередь отмечается недостаточное содержание в продуктах питания ви-

таминов (аскорбиновая кислота, тиамин, рибофлавин, фолисвая кислота и т. д.) и минеральных веществ и микроэлементов (кальций, железо, йод, селен, фтор).

Полноценное питание означает регулярное поступление в организм многих веществ белков, жиров, углеводов, витаминов и биоэлементов. И все эти вещества должны содержаться в нище в достаточных количествах и в оптимальных соотношениях. Именно сбалансированное, полноценное питание -залог хорошего настроения и высокой работоспособности.

Недостаточное и несбалансированное питание приводит к расстройствам здоровья. В детстве эти нарушения сопровождаются торможением роста и развития ребенка, частыми простудными и инфекционными заболеваниями. Подростки с недостатком в организме витаминов и биоэлементов труднее преодолевают «переходный период», чаще болеют, менее устойчивы к воздействию вредных факторов.

Плохо влияет неполноценное питание на организм беременной женщины • - на ее самочувствие и здоровье будущего ребенка. Неправильное питание часто является причиной нарушений обмена веществ и развития сопутс твующей патологии. Обычно это стойкие нарушения витаминного, минерального и других видов обмена. Стойкие нарушения обмена веществ сопровождаются длительно текущими, хроническими заболеваниями.

Нарушенное питание создает благоприятную почву для развития имму-нодефицитных состояний и снижения устойчивости организма к инфекциям, учащения сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, а также увеличения числа случаев так называемых «болезней цивилизации» (ожирение, диабет, атеросклероз и др.). Неадекватным питанием во многом обусловлены низкая продолжительность жизни и высокая смертность населения России но сравнению с развитыми странами. По оценкам отечественных специалистов, структура питания значительной части населения страны не соответствует реальным потребностям и научно разработанным нормативам. В ряде регионов

питание характеризуется недостаточным количеством фруктов и овощей, полноценных белков, избыточным содержанием в рационе животных жиров. Очень часто выявляется дефицит витаминов и биоэлементов (аскорбиновая кислота, йод, селен, железо и пр.). Во многих регионах остро стоит проблема качества продовольственного сырья и пищевых продуктов, а также качества питьевой воды.

По данным аналитической компании «Индсксбокс Маркетинг» за 1-е полугодие 2011 года объём производства по категории "Консервы фруктовые" составил 202 % к уровню за аналогичный период 2010 года (рис. 1).

Объём производства за январь-сентябрь 2011 года составил 3818000.69 тыс. банок условных, что на 90 % выше уровня за аналогичный период 2010 года, когда было произведено 2005869.81 тыс. банок условных

Максимальный выпуск продукции наблюдался в марте (500239.43 тыс. банок условных), минимум отмечен в январе (281969.13 тыс. банок условных).

В сентябре 2011 года российскими предприятиями было произведено 419179.5 тыс. банок условных, что составляет 152 % к аналогичному периоду 2010 года.

л* I о год 2011 юд

Рис. 1. Объем производства фруктовых консервов в России в 2010-2011 гг. При этом объём производства по категории "Из консервов фруктовых со-

ки фруктовые, включая смеси" составил 97 % к уровню за аналогичный период 2010 года (рис. 2). Объём производства за январь-сентябрь 2011 года составил 1622964.54 тыс. банок условных, что на 10 % выше уровня за аналогичный период 2010 года, когда было произведено 1 799795.1 8 тыс. банок условных.

Максимальный выпуск продукции наблюдался в марте (210922.57 тыс. банок условных), минимум отмечен в январе( 14231 1.21 тыс. банок условных).

В сентябре 2011 года российскими предприятиями было произведено 183655.89 тыс. банок условных, что составляет 74 % к аналогичному периоду 2010 года.

) 1 ' 2010 год

! 1 : 20!1 ГОД

Рис. 2. Объем производства фруктовых консервов, включая соки и смеси, в России в 20102011 гг.

Научная новизна. Определены реологические и теплофизическис характеристики поликомпонентных фруктовых смесей.

Выявлены, сформулированы и описаны основные закономерности тепло- и массообмена в процессе вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей; обоснована необходимость использования выпаривания мслко-дисперсно-распыленного шоре для сохранения термолабильных питательных веществ.

Разработана математическая модель процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых смесей, позволяющая рассчитать не только ре-

жим течения пленки фруктового шоре на вертикальной стенке вакуум-камеры, но и определить характер изменения температуры и влагосодсржания в исследуемом пюре по высоте вакуум-камеры.

Определен химический состав, показатели качества и антиоксидантная активность исходных и концентрированных образцов пюре.

Разработаны способы производства поликомпонентных фруктовых пюре, новые конструкции вакуум-выпарных аппаратов, предложена технология поликомпонентных фруктовых пюрсобразных концентратов. Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 8 патентами РФ.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны способы производства поликомпонентных фруктовых пюре, вакуум-выпарные аппараты для реализации разработанных технологий концентрированных фруктовых шоре (пат. РФ № 2373713, 2380910, 2380911, 2372819, 2412599, 2422048 2426450, 2431408).

Определены и обоснованы рациональные технологические режимы процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных фруктовых пюре, обеспечивающие сокращение продолжительности процесса, снижение удельных энергозатрат и повышение качества готовой продукции.

Получены новые поликомпонентные фруктовые концентраты, обладающие хорошими потребительскими свойствами и высокой пищевой ценностью. На Елецком хлебозаводе (г. Нлец Липецкой обл.) произведена выработка промышленной партии круассанов с начинкой из концентрированного поликомпонентного фруктового пюре.

Для реализации разработанных высокоэффективных технологий поликомпонентных фруктовых гпорс разработаны новые конструкции вакуум-выпарных аппаратов (пат. РФ № . 2380910, 2380913, 2431408), основанные на выявленных закономерностях исследуемого процесса.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, научных, науч-

но-технических и научно-практических конференциях и симпозиумах: (Воронеж, 2008 - 2011 гг.), (Звенигород 2009 г.); (Миасс, 2010 г.); (Одесса, 2010 г.); (Дагестан, 2010 г., Ставрополь 2010 г.); отчетных научных конференциях В ITA за 2010-2011 гг.

Результаты работы демонстрировались на 25-й межрегиональной специализированной выставке «Продторг» (Воронеж, 2008 г.), Воронежском агропромышленном форуме «Урожай 2009», Молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К. 2009» (Воронеж 2009 г.), Межрегиональном конгрессе «Аг-ропром 2010» (Воронеж 2010 г.), Международном научно-техническом семинаре к 100-летию A.B. Лыкова (Воронеж 2010 г.) и награждены 5 дипломами.

Работа выполнялась на кафедре процессов и аппаратов химических и пищевых производств (11.ЛХ1 III) Воронежского государственного университета инженерных технологий. Хотелось бы выразить искреннюю благодарность научному руководителю заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Острикову Александру Николаевичу за оказанную помощь и консультации при выполнении диссертационной работы, а также признательность коллективу кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» ВГУИТ за помощь и содействие при работе над диссертацией.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ФРУКТОВЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ШОРЕ

1.1. Оценка исходного сырья как объекта исследования

Яблоки. Яблоки полезны всем людям, поскольку содержат огромный набор необходимых для нормального функционирования организма веществ. Яблоки состоят из 86 % биологически активной воды и 11 % углеводов. Из них 0,6 % клетчатки - самого стойкого углевода, участвующего в процессах пищеварения в качестве механического раздражителя стенок кишечника, усиливающего его перистальтику. Наладить нормальный энергетический обмен в организме помогают сахара. Сахара в яблоках главным образом представлены сахарозой, фруктозой и глюкозой. Их в яблоках может содержаться от 4 до 23 %. Из них от 2 до 8 % составляет легко усваиваемая фруктоза, 1,5...6,7 % глюкоза и 0,9...4,5 % сахароза. Процентное содержание органических кислот в яблоках невелико - 0,7 %, но только в яблоках одновременно присутствуют яблочная, янтарная, лимонная, щавелево-уксусная и некоторые другие кислоты, необходимые организму. Основную долю титруемых кислот составляет яблочная кислота - до 70.. .80 %.

Пектины в яблоках составляют от 0,48 до 1,8 %. Пектины в сочетании с клетчаткой и дубильными веществами ускоряют выведение шлаков из организма, а также способствуют быстрой нейтрализации и удалению тяжелых металлов (свинца, кобальта, стронция). В яблоках также содержатся феноль-ные соединения, насыщенные активной формой витамина Р. Их часто называют дубильными веществами и, учитывая вяжущее и противовоспалительное действие, используют при желудочно-кишечных расстройствах, ожогах, кожных и других болезнях. Дубильные и красящие вещества придают плодам вяжущий, терпкий вкус, способствуют лучшему осветлению сока. Фитонциды, также обнаруженные в яблоках, помогают человеку предотвращать различные

инфекционные заболевания.

Из минеральных веществ в яблоках больше всего калия (248 мг на 100 г плодов), а для нормальной работы мочеполовой и сердечнососудистой систем человеку просто необходимо получать ежедневно около 3 г калия. Поддерживать правильный осмотический баланс в организме помогает натрий (его количество в яблоках - 26 мг на 100 г плодов). В яблоках содержится до 16 мг кальция на 100 г плодов.

В яблоках содержатся необходимые для нормального функционирования организма металлы: магний (9 мг на 100 г плодов) и железо (2,2 мг на 100 г плодов). Магний незаменимый компонент фосфорного обмена. Он способствует снижению кровяного давления, участвует в выведении из организма холестерина. Суточная потребность в магнии у взрослого человека, около 0,3...0,5 г. Железо входит в состав гемоглобина эритроцитов и дыхательных ферментов клеток. Суточная потребность в железе у здорового человека около 15 мг.

Установлено, что в яблоках содержатся небольшие количества витамина С (аскорбиновая кислота), витамина РР приблизительно 0,30 мг на 100 г плодов, провитамина А (каротин), витаминов В| и В2 (рибофлавин). Энергетическая ценность среднего яблока около 46 ккал 1115].

Количественное соотношение сахара и кислоты характеризует вкус плодов. При высокой кислотности или низком содержании Сахаров сахарокислот-ный коэффициент меньше 10, плоды обычно низких вкусовых качеств. Желательно, чтоб�