автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Вакуум-сублимационная сушка соевого молока с использованием различных источников и способов подвода энергии

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1 Выбор объекта вакуум-сублимационной сушки и его характеристика

1.1.1. Химический состав сои.

1.1.2. Сортовые особенности сои.

1.1.3. Соевое молоко как объект вакуум-сублимационной сушки.

1.2 Использование низкопотенциональной энергии в сушильной технике.

1.3 Использование различных источников и способов подвода энергии в вакуум-сублимационных установках.

1.4 Цели и задачи исследований.

Глава 2. Исследование свойств соевого молока как объекта сушки.

2.1. Физико-химические свойства продукта.

2.1.1. Результаты исследований соевых бобов.

2.1.2. Результаты исследований физико-химических свойств соевого молока.

2.2. Исследование реологических свойств соевого молока.

2.3. Исследование спектральных характеристик продукта.

2.4. Дифференциальный термический анализ.

2.5. Исследование теплофизических свойств продукта.

Глава 3. Экспериментальная часть.

3.1. Экспериментальная установка и методика проведения исследований.

3.2. Кинетика процесса вакуум-сублимационной сушки соевого молока.

3.3. Аминокислотный состав сухого соевого молока

Глава 4. Эксергетический анализ экспериментальной вакуумсублимационной сушилки.

4.1. Методика эксергетического анализа.

4.2. Эксергетический баланс вакуум-сублимационной сушилки.

4.3. Графическая интерпретация эксергетического баланса.

Глава 5. Разработка оборудования для сублимационной сушки с использованием различных источников энергии.

5.1. Разработка вакуум-сублимационной сушилки с использованием теплоты горячего хладагента.

5.2. Разработка вакуум-сублимационной сушилки с использованием электроконтактного энергоподвода.

5.3. Разработка устройства ввода жидкого продукта в вакуум-сублимационную сушилку.

Глава 6. Аналитическое исследование процесса вакуумсублимационной сушки.

6.1. Математическое обеспечение способа управления процессом сушки.

6.2. Программно-логический алгоритм управления процессом вакуум-сублимационной сушки.

Переход к рыночным отношениям в экономике России привел к изменению устоявшихся взглядов на производство скоропортящихся продуктов питания. В прошлые годы во главу угла ставилась поддержка на минимальном уровне себестоимости производства продукции. В настоящее время основными критериями оценки продуктов питания, способных выдерживать конкуренцию, являются максимальное качество и оптимальные технико-экономические параметры производства.

В новом свете выступает один из наиболее качественных видов консервирования пищевых продуктов - сублимационная сушка. Данный способ консервирования позволяет обеспечить максимальное сохранение большинства исходных свойств продуктов в процессе длительного хранения. Однако, в связи с возрастанием стоимости энергии, сырья и оборудования, а также с целью поддержания соотношения между качеством и ценой готового продукта, перед учеными и специалистами в области сублимационного консервирования стоит актуальная задача поиска новых направлений интенсификации процесса сушки.

Организм человека представляет собой саморегулирующуюся систему, которая находится в динамическом равновесии. Когда в организме соблюдается баланс, он находится в норме. Это и есть состояние здоровья. И его помогает поддерживать полноценное, позитивное питание. Однако при наличии симптомов хронических заболеваний или острых болезненных состояний питание может помочь человеку. Гиппократ говорил: "Пусть ваша пища будет вашими лекарствами, а вашими лекарствами будет ваша пища". В рационе питания человека пищевые продукты могут играть роль пищевых лекарств, в мягкой форме корректировать реакции обмена веществ и поддерживать состояние здоровья.

ООН предложила программу изменения структуры питания, в которой предусматривается уменьшение потребления насыщенных жиров и холестерина при полном обеспечении физиологической потребности организма человека белками, витаминами, минеральными элементами. Центральное место в ней принадлежит сое.

Дефицит пищевого белка в рационе населения России составляет 600 тыс. тонн в год. Производство его из растительного сырья - это один из наиболее эффективных путей улучшения качества питания россиян.

Соя, высокобелковая и масличная культура, нашла широкое применение как в питании человека, животных, рыбы, птицы, так и в промышленности. Из нее готовят более 100 наименований промышленной продукции и около 10000 кулинарных блюд. Ее широко используют в хлебопекарном, кондитерском производстве, как аналог мясных и молочных продуктов и морской пищи. Блюда и продукты из сои вкусны, питательны, высококачественны, привлекательны, сохраняют привычный характер традиционной пищи, по цене доступны малообеспеченному населению. Ни одна другая культура не может сравниться с соей по суммарному содержанию ценных компонентов.

По разработанным технологиям из бобов сои получают масло, а из отходов производства (жмыха и шрота) изготавливают обезжиренную соевую муку, которая широко используется в хлебопечении, так как содержит природный фермент, который делает мякиш хлеба более светлым. Белок сои обладает хорошей естественной эмульгирующей способностью. Поэтому соевая мука хорошо связывает воду, и хлеб из нее дольше остается свежим и вкусным.

Из сои производят лецитин. Он давно и широко используется в пищевой промышленности, так как не содержит холестерина и имеет высокий уровень полиненасыщенных жиров. 6

Продукты из сои быстрого приготовления - это сухие полуфабрикаты, которые без холодильника могут храниться в течение 12 месяцев. В процессе кулинарного приготовления их масса увеличивается в 5.6 раз.

Разработаны различные технологии переработки сои, в частности производство текстурированного соевого концентрата. В нем содержатся необходимые для организма пищевые волокна (клетчатка), которые способны выводить токсины, шлаки, радионуклиды.

Соевые продукты широко используются в лечебно-профилактическом питании. Они целительны для людей, страдающих диабетом, аллергией, повышенным содержанием холестерина, раковыми заболеваниями.

Непосредственно из соевых бобов производят соевое молоко, являющееся хорошим диетическим продуктом. Белок соевого молока обладает ги-поаллергенным действием. Его могут употреблять даже те люди, у которых отсутствует фермент лактаза, расщепляющий молочный сахар - лактозу.

Актуальной задачей является сохранение биологической ценности, питательных и вкусовых качеств соевого молока в течение длительного времени, т.е. получение сухого соевого молока.

Результаты исследования аминокислотного состава бобов сои представлены в таблице 2.1.

1. A.c. 1474405 СССР, МКИ F26B5/06 Способ вакуумной сублимационной сушки. / Волынец А.З., Бражников С.М., Серова Л.А., Родионов С.Н., Шатный В.И. Заявл. 14.07.86, № 4134225/24-06, опубл. в Б.И. 1989, № 15.

2. A.c. 499476 СССР, МКИ F26B19/00 Устройство для сушки гранулированных пищевых продуктов. / Бабаев И.Э., Бражников A.M., Васильев А.И., Каухчешвили Э.И., Карпычев В.А. Заявл. 14.02.74, № 1994173/28-13, опубл. в Б.И. 1976, №2.

3. A.c. 568814 СССР, МКИ F26B5/06 Сублимационная сушилка для пищевых продуктов. / Горшков И.К., Камовников Б.П., Каухчешвили Э.И., Якушев О.И., Яушева Э.Ф. Заявл. 26.09.73, № 1964231/06, опубл. в Б.И. 1977, №30.

4. A.c. 606058 СССР, МКИ F26B5/06 Установка для сублимационной сушки материалов. / Анисимов А.П., Власенко В.Г., Субботин A.A., Скудалов В.А., Чернецов А.Е. Заявл. 07.04.75, № 2129481/24-06, опубл. в Б.И. 1978, № 17.

5. A.c. 273734 СССР, МКИ F26B17/26 Непрерывнодействующая установка для сублимационной сушки жидких продуктов. / Новиков П.А., Пикус И.Ф., Тугова Э.Г. Заявл. 15.07.68, № 1257641/28-13, опубл. в Б.И. 1970, № 20.

6. A.c. 613184 СССР, МКИ F26B17/26 Непрерывнодействующая установка для сублимационной сушки жидких продуктов. / Пикус И.Ф. Заявл. 09.11.76, № 2418950/24-06, опубл. в Б.И. 1978, № 24.

7. A.c. 712627 СССР, МКИ F26B15/06 Сублимационная сушилка непрерывного действия для гранулированных материалов. / Евтюгин А.Г., Васильев В.В. Заявл. 01.07.77, № 2531365/24-06, опубл. в Б.И. 1980, № 4.

8. A.c. 1695082 СССР, МКИ F26B5/06, 5/04 Установка для вакуум-сублимационной сушки непрерывного действия. / Антипов С.Т., Завьялов Ю.А., Шахов C.B. Заявл. 16.08.89, № 4756506/06, опубл в Б.И. 1991, № 44.

9. A.c. 1529024 СССР, МКИ F26B5/06 Способ сублимационной сушки. / Васильев В.В., Газзаева А.Д., Осипов С.Н. Заявл. 20.02.87, № 4198189/ 2406, опубл. в Б.И. 1989, №46.

10. A.c. 1231347 СССР, МКИ F26B5/06 Способ сублимационной сушки пищевых продуктов. / Яушева Э.Ф., Бабицкая H.A., Агеев Г.Л. и др. Заявл. 09.01.84, № 3689156/28-13, опубл. в Б.И. 1986, № 18.

11. A.c. 646171 СССР, МКИ F26B17/26, 5/04 Установка для сушки гранулированных пищевых продуктов. / Антипов A.B., Байбуз В.Н., Ка-мовников Б.П., Яушева Э.Ф. Заявл. 13.09.77, № 2536317/24-06, опубл. в Б.И. 1979, №5.

12. A.c. 1322044 СССР, МКИ F26B5/06 Устройство для ввода жидких материалов в вакуумную камеру сублимационной установки. / Волынец А.Э., Рождественский A.B., Бражников С.М. и др. Заявл. 09.04.85, № 3916574/24-06, опубл. в Б.И. 1987, № 25.

13. Авраменко В.Н., Есельсон М.П., Заика A.A. Инфракрасные спектры пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1974. - с. 176.

14. Алмаши А., Эрдели Л., Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продуктов / Пер. с венгер. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

15. Борхерт Р., Юбиц В. Техника инфракрасного нагрева. М.: Государственное энергетическое издательство, 1963. - 278 с.

16. Бродянский В.М. Энергетический метод и его приложения. М.: Мир, 1967.

17. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов / Б.П. Камовников, Л.С. Малков, В.А. Воскобойников. М.: Агропромиздат, 1985. - 480 с.

18. Вилсон Л.А. Продукты питания из сои. М.: Колос, 1998. - 48 с.

19. Воронцов В.В., Шахова М.Н., Антипов С.Т. и др. Разработка комбинированного способа вакуум-сублимационной сушки термолабильных продуктов // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 1997, № 6. с. 74 - 76.

20. Гинзбург A.C., Ляховицкий Б.М. Оборудование для сублимационной сушки жидких пищевых продуктов (обзор). М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш,1970.-70 с.

21. Гинзбург A.C. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 528 с.

22. Гинзбург A.C., Ляховицкий Б.М Генераторы инфракрасного излучения для пищевой промышленности (обзор). -М.: ЦНИИТЭИлегпищепром,1971.-70 с.

23. Гомелаури В.И., Везиришвили О.Ш. Опыт разработки и применения теп-лонасосных установок // Теплоэнергетика, 1978, № 4.

24. Горбатов A.B., Маслов A.M., Мачихин Ю.А. и др. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 296 с.

25. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. М.: Колос, 1997.-288 с.

26. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. М.: Пищевая промышленность, 1979. -200 с.

27. Грин С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1970.-407 с.

28. Гришин М.А., Атаназевич В.И., Семенов Ю.Г. Установки для сушки пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1989. - 216 с.

29. Груданов В.Я., Глущенко Л.Ф., Климович В.В. Совершенствование конструкций машин и аппаратов пищевых производств. Минск: Учебно-методический центр Минсельпрода республики Беларусь, 1996. - 248 с.

30. Гуйго Э.И., Камовников В.П., Кахучешвили Э.И. Основные направления развития техники сублимационного консервирования пищевых продуктов // Холодильная техника, 1974, № 9, с. 6 9.

31. Гуйго Э.И., Журавская Н.К., Кахучешвили Э.И. Сублимационная сушка в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1972. - 434 с.

32. Гухман A.A., Камовников В.П. Сублимационная техника, состояние и перспективы развития // Холодильная техника, 1982, № 4, с. 4 7.

33. Гухман A.A., Зайцев A.A. Обобщенный анализ. М.: Изд-во Факториал, 1998.- 304 с.

34. Дакуорт Р.Б. Вода в пищевых продуктах: Пер. с англ. М.: Пищевая промышленность, 1980. - 286 с.

35. Данилов O.JL, Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. .- М.: Энергоатомиздат, 1986.-е. 136.

36. Жучков A.B., Матвеев А.П. К расчету регенерации поверхности десубли-матора водяным паром в вакууме // Холодильная техника. 1995.-№3. -С.31 -33.38.3имон А.Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия,1967. - 372 с.

37. Золотарев Ю.Н., Шевцов A.A. Математическое моделирование динамики процесса десублимации при сублимационной сушке // Химическая пром-сть,- 1995,-№ 5-6.-С. 45-48.

38. Ильясов С.Г., Красников В.В. Методы определения оптических и терморадиационных характеристик пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1972. - 176 с.

39. Ильясов С.Г., Красников B.B. Физические основы инфракрасного облучения пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1978. - 360 с.

40. Кадыров C.B., Федотов B.JL Соя в Центральном Черноземье. Воронеж, 1998.

41. Кадыров C.B. Соя и здоровое питание. Воронеж, 1998.

42. Камовников Б.П., Малков JT.C., Воскобойников В. А. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов. М.: Агропромиздат, 1985. - 288 с.

43. Кобояси М. Аппаратура для сублимационной сушки и технология процесса: Пер. с японского, № Д-42742. М.: ВЦП, 1983. 60 с.

44. Кречетов B.JL Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1986.

45. Куцакова В.Е., Филиппов В.И., Фролов C.B. Консервирование пищевых продуктов холодом (Теплофизические основы): Учебн. пособие. СПб.: СПбГАПХТ, 1996.-212 с.

46. Лебедев Д.П., Пелерман Т.Л. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме. М.: Энергия, 1973. - 336 с.

47. Липатов H.H., ХаритоновВ.Д. Сухое молоко. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -264 с.

48. Лужнов Л.Н., Плановский A.A., Яковлев В.И., Соколова В.И. Сублимационная сушка продуктов, вырабатываемых на молочной основе с компонентами растительного происхождения // ВНИИ молочной промышленности. Вып.46, 1978.

49. Лыков A.B. Тепломассообмен. М.: Энегрия, 1978. - 479 с.

50. Мальгина Е.В., Мальгин Ю.В. Холодильные машины и установки. М.: Пищевая промышленность, 1973. - 608 с.

51. Мартынов A.B. Установки для трансформации тепла и охлаждения. Сборник задач. М.: Энергопромиздат, 1989. - 200 с.

52. Мессина М., Мессина В., Сетчелл К. Обыкновенная соя и ваше здоровье. -Перевод на русский язык, ассоциация «АССОЯ», 1994. 203 с.

53. Миндельн Э. Соевое чудо. М.: Медицина и питание, 1997.

54. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М.: Химия,1988. - 352 с.

55. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача.- М.: Высшая школа, 1975.-496 с.

56. Николаенко C.B. Повышение эффективности сублимационной сушки ферментных препаратов. Автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Воронеж: 1990. - 22 с.

57. Патент 2003934 (Российская Федерация), МКИ F26B5/06 Установка непрерывного действия для вакуум-сублимационной сушки. / Антипов С.Т., Николаенко C.B., Шахов C.B., Мосолов Г.И. Заявл. 03.06.91, № 4940701/06, опубл. в Б.И. 1993, № 43 44.

58. Патент 2008585 (Российская Федерация), МКИ F26B5/06 Способ сублимационной сушки жидких продуктов и сушилка для его осуществления. / Антипов С.Т., Шахов C.B., Николаенко C.B. Заявл. 29.12.90, № 4896938/06, опубл. в Б.И. 1994, № 4.

59. Патент 2113668 (Российская Федерация), МКИ F26B5/06 Циклическая вакуум-сублимационная сушилка. / Игнатов В.Е., Антипов С.Т., Шахова М.Н., Эйхаб Хасан. Заявл. 18.10.96, № 96120926/12, опубл. в Б.И. 1998, № 17.

60. Патент 2015473 (Российская Федерация), МКИ F26B11/04 Сушилка для жидких термолабильных продуктов. / Игнатов В.Е., Кирсанов В.И., Нико-лаенко C.B. Заявл. 28.06.91, № 4952472/06, опубл. в Б.И. 1994, № 12.

61. Патент 2092754 (Российская Федерация), МКИ F26B5/06 Устройство ввода жидкого продукта в сублиматор. / Антипов С.Т., Шахов C.B., Мосолов Г.И. Заявл. 26.03.92, № 5034235/06, опубл. в Б.И. 1997, № 28.

62. Подобедов A.B. О дефиците белка в России и его устранение за счет переработки сои // Пищевая промышленность, № 8, 1998.

63. Примеры расчетов по курсу «Холодильная техника» / Под ред. канд. техн. наук Н.Д. Маловой. М.: Агропромиздат, 1986. - 200 с.

64. Радаева И.А., Шулькина С.П. Сушка молочных продуктов методом сублимации: Обзорн. информ. М.: ВНИМИ, 1973. - 48 с.

65. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984. - 315 с.

66. Сажин Б.С., Булеков А.П. Эксергетический метод в химической технологии. -М.: Химия, 1992.-205 с.

67. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. -328 с.

68. Создание математической модели процесса сублимации / Барыльникова И.П., Сафонов О. Ф. // Тез. докл междунар. науч.-техн. конф., «Научно-технический прогресс в пищ. пром-ти»: Могилев, 1995.-е. 89.

69. Соя: аспекты устойчивости, методы оценки и отбора / Под ред. В.В. Ше-репитко. Кишинев: Институт экологической генетики, 1990.

70. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 560 с.

71. Степанова В.М. Климат и сорт. Соя. Л.: Гидрометиоиздат, 1982.

72. Сублимационная сушка пищевых продуктов животного происхождения за рубежом (обзорная информация). // Серия: Мясная промышленность. Цельномолочная промышленность. М.:ЦНИИТЭИ, 1972. - 56 с.

73. Сублимационная сушка пищевых продуктов растительного происхождения / В.Г. Поповский, Л.А. Бантыш, И.Т. Ивасюк и др. М.: Пищевая промышленность, 1975. -335 с.

74. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник / A.C. Гинзбург, М.А. Громов, Г.И. Красовская М.: Агропромиздат, 1990. - 287 с.

75. Третьяков Ю.Д., Олейников H.H., Можаев А.П. Основы криохимической технологии. Учебное пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1987. -144 с.

76. Тутова Э.Г., Куц П.С. Сушка продуктов микробиологического производства. М.: Агропромиздат, 1987. - 304 с.

77. Филоненко Г.К., Гришин М.А., Гольденберг Я.М., Коссек В.Е. Сушка пищевых растительных материалов. М.: Пищевая промышленность, 1971. -с. 440.

78. Фильчакова H.H. Совершенствование холодильной обработки и хранения молочных продуктов. // Холодильная техника, 1986. № 3, с. 10.

79. Харитонов В.Д., Семенова Г.С. Изучение процесса восстановления сухого молока. М.: ЦНИИТЭИмясомолпром СССР, 1972, с. 47-53.

80. Химический состав пищевых производств: Книга 1. / Под ред. проф., докт. техн. наук И.М. Скурихина, проф., докт. мед. наук М.Н. Волгарева. М.: Агропромиздат, 1987. - 224 с.

81. Чекулаева A.B., Полянский К.К., Голубева Л.В. Технология продуктов консервирования молока и молочного сырья. Воронеж: Издательство ВГУ, 1996.-246 с.143

82. Чумак И.Г., Чепуренко В.П. Холодильные установки. М.: Аг-ропромиздат, 1991. - 495 с.

83. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. М.: Энергия, 1968. - 280 с.

84. П1умский К.П., Малкин А.П., Максимовский И.С. Основы расчета вакуумной сублимационной аппаратуры. М.: Машиностроение, 1967.

85. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / И.А. Рогов, В.Я. Адаменко, C.B. Некружман и др.; Под ред И.А. Рогова. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.

86. Эрдман Д., Джонсон Л., Линер П., Лусас Э. Продукты из соевых белков. Характеристика питательных свойств и применение. — Совет производителей соевых белков, 1987. 57 с.

87. Якшаров Б.П., Смирнова И.В. Справочник механика по холодильным установкам. Л.: Агропромиздат. Ленингр. отделение, 1989. - 312 с.

88. Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 128 с.

89. Янтовский Е.И. Схему воздушных турбокомпрессорных тепловых насосов (ВКТН).1975. Вып. 7. Тр. института ВНИИПИЭнергопром, с. 35 40.

90. Electro warme in Technichen Ausbau 38, А 4/5 Juli/September, 1980.