Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология мясных, молочных и рыбных продуктов

Диссертационная работа:

Попов Анатолий Михайлович. Научное обоснование и реализация технологических процессов производств сухих концентратов напитков с использованием молочной сыворотки : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.18.04, 05.18.12 : Кемерово, 2003 436 c. РГБ ОД, 71:04-5/75-0

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава 1 Научные и практические основы производства быстрорастворимых напитков, обогащенных молочной сывороткой 14

1.1 Особенности технологии быстрорастворимых продуктов и их классификация 15

1.2 Анализ методов структурирования быстрорастворимых продуктов 23

1.3 Современные методы оценки энергетических и структурных характеристик пищевых дисперсных систем 30

1.4 Технологические системы производств быстрорастворимых гранулированных продуктов 54

1.5 Анализ производств сухих концентратов плодово-ягодных напитков, обогащенных молочной сывороткой 64

1.6 Молочная сыворотка как объект гранулирования

1.6.1 Состав и свойства молочной сыворотки 73

1.6.2 Особенности гранулирования сыворотки 78

1.6.3 Сывороточные концентраты для напитков 85

1.7. Основные понятия системологии 91

1.8 Заключение по анализу литературы, обоснование основных направлений исследований их задачи 93

Глава 2 Методология и организация проведения исследований 100

2.1. Системность производства БГН 101

2.2. Строение технологической системы 1 2.3 Строение физико-химической системы 104

2.4 Организация, схема и методы исследований JQ6

Глава 3 Моделирование и синтез технологического потока производства быстрорастворимых напитков 112

3.1 Системный синтез технологического потока 118

3.2 Диагностика технологического потока через параметры качества 126

3.3 Выбор параметров для характеристики структуры дисперсных

систем быстрорастворимых продуктов 133

Глава 4 Структурообразование во влажных дисперсных системах... 141

4.1 Наименьшая капиллярная влажность как особая категория влаги в дисперсных системах 141

4.2 Оценка влияния концентрационного фактора на процесс структурообразования и свойства влажных дисперсных систем 145

4.3 Определение капиллярно-неподвижной влаги и взаимосвязь слоя дисперсного материала с его влагосодержанием 149

4.4 Взаимосвязь структурно-механических свойств дисперсных систем и водно-физических характеристик твердой фазы 158

4.5 Поведение влажных дисперсных систем при компрессионном воздействии 173

Глава 5 Исследование процессов пластичного структурообразования .

в дисперсных системах 184

5.1 Пластичность и формуемость влажных дисперсных систем и методы их оценки 189

5.2. Комкуемость дисперсных систем и методы их оценки 195

5.3 Исследование влагопроводных свойств дисперсных масс на их формуемость и методика ее оценки 209

5.4 Основные принципы управления процессом пластического I формирования дисперсных масс 219

Глава 6 Исследование центральной подсистемы - формирования коагуляционной структуры быстрорастворимых продуктов 223

6.1 Кинетика и механизм процесса гранулообразования 224

6.2 Изменение состояния комкаемой дисперсной системы в процессе окатывания 232

6.3 Исследование процесса гранулообразования 237

6.4 Диагностирование подсистемы коагуляционого структурирования гранул через технологические параметры качества 252

6.5 Влияние размеров гранулятора на удельную производительность 257

6.6 Анализ путей развития подсистемы «С» 259

Глава 7 Исследование подсистемы формирования структуры БГН в процессе сушки 274

7.1 Некоторые закономерности перевода коагуляционных структур в конденсационные 275

7.2 Взаимосвязь структурно-фазовых характеристик и теплофи-зических свойств влажных дисперсных материалов 279

7.3 Чувствительность влажных материалов к сушке и методы её оценки 288

7.4 Сушка материалов с использованием влагоемких сред 296

7.5 Использование фазовой диаграммы дисперсных систем при исследовании процесса сушки 302

Глава 8 Основные направлении развития технологических систем формирования структур быстрорастворимых продуктов 307

8.1 Управление составом и свойствами влажных дисперсных систем 314

Глава 9 Особенности структурообразования гранул содержащих молочную сыворотку 321

9.1 Специфика формирования гранул сыворотки 322

9.2 Исследование структурно-механических свойств гранулированной сыворотки и сыворотки содержащих композиций 326

9.3 Технология гранулирования сыворотки содержащих композиций 333

9.4 Диагностирование системы через параметр качества - восстанавливаемость 342

9.5 Оценка органолептических и микробиологических показателей плодово-ягодных киселей, содержащих молочную сыворотку 346

9.6 Изучение состава, свойств, пищевой ценности сухой гранулированной сыворотки 349

Основные выводы по работе 356

Литература 360

Приложения 392 

Введение к работе:

Последние годы характеризуются расширением производств, совершенствованием технологий и увеличением ассортимента концентратов в виде быстрорастворимых или быстровосстанавливаемых сухих порошкообразных смесей для напитков, других пищевых продуктов. Целенаправленный подбор компонентов рецептуры позволяет получать напитки с функциональными лечебно-профилактическими свойствами. Для их получения используют концентрированные плодово-ягодные и овощные соки, пюре, обезжиренное молоко, молочную сыворотку, ароматизаторы. Гарантийный срок хранения таких смесей и их потребительские свойства выше, чем жидких концентратов и экстрактов. Это направление активно развивается в нашей стране.

Получение гранулированных быстрорастворимых концентратов напитков одна из задач практики и науки на современном этапе. Решению проблем в этой области посвящены работы Н.Н.Липатова (ст), Н.Н.Липатова (мл), В.Д.Харитонова, В.Ф.Добровольского, ЛАОстроумова, В.М.Позняковского, ВАЛомачинского, Л.А.Маюрниковой, Й.Дернея и других исследователей. Проведённые ими исследования показывают, что с помощью изменения физических свойств различных порошкообразных продуктов можно превратить их в быстрорастворимые концентраты высокого качества.

При всём многообразии технологий получения быстрорастворимых, быстродис-пергирующихся и быстро набухающих напитков, названных в зарубежной литературе одним словом «инстант», нет единой классификации и единого подхода к формированию технологий и процессов таких производств.

Технологические потоки производства сухих гранулированных напитков нельзя рассматривать как сумму отдельно известных технологий, технологии сухих концентратов и технологии гранулирования и сушки, тем более как сумму отдельных физико-химических явлений или процессов. Каждое из них влияет как непосредственно, так и косвенно на процесс формирования полидисперсной многокомпонентной системы, обладающей свойствами «инстант» продукта.

Определение технологической системы как взаимосвязанного целого создает определенную логику и методологию ее качественного и количественного исследования,

. вырабатывает системоцентрический взгляд на производство. Можно сказать, что техно логическая система активно воздействует на свои компоненты и преобразует их. В результате исходная технология производства концентрированных соков и напитков и технология гранулирования, принятая в других отраслях (химической, цементной и т.п.) из которых образована новая технологическая система, претерпевают заметные изменения. Происходит это потому, что связь элементов новой, созданной в результате анализа, целостной системы значительно устойчивее, чем связь ее подсистем с внешней средой.

Совершенствование технологической системы невозможно без изучения ее структурных единиц, взаимодействия которых порождает присущие данной системе ка " чественные особенности. В реальных условиях взаимодействия этих двух систем - тех нологической и дисперсной очевидно, и только рассмотрение в комплексе, с учетом их интегрированной сущности, позволяет оптимизировать производство, вывести его на совершенно новый уровень. Анализ производств и технологий быстрорастворимых гранулированных напитков (БГН), согласно методологии разработанной академиком ВАПанфиловым, дает возможность произвести классификацию методов инстантирова-ния, классификацию процессов структурирования полидисперсных многокомпонентных систем, а также процессов и технологий структурирования окатыванием, смоделировать и синтезировать технологические потоки производства БГН на основе плодово-ягодного сырья и молочной сыворотки.

Научную основу приготовления быстрорастворимых продуктов составляет физико-химическая механика дисперсных систем. Эта наука, основоположником, которой является академик П.А.Ребиндер, возникла на стыке физикохимии, механики дисперсных систем, коллоидной химии и молекулярной физики. В настоящее время она широко применяется в разных областях получения дисперсных систем с заданными свойствами и структурой. Особенность данной отрасли науки состоит в оптимальном комплексном анализе механических воздействий, а также влиянии физико-химических и тепловых факторов на протекающие процессы. Вместе с тем анализ опубликованных научных работ в рассматриваемых направлениях науки свидетельствует о том, что производство порошкообразных смесей в России сдерживается отсутствием эффективных технологий производств конечных форм препаратов и современного аппаратурного оформления технологических процессов. Лимитирующей стадией является получение сыпучего продукта в агломерированной форме.

Анализ технологий производства сухих порошкообразных концентратов, в том числе и агломерированных в виде гранул, показывает, что эти технологии предлагают либо многостадийное нанесение концентрированного сока на увлажняемый носитель, либо экструзионное гранулирование, либо распылительную сушку.

Распылительная сушка позволяет получать гранулы только малых размеров (0,15-0,4 мм), кроме того, многослойные многокомпонентные смеси не обладают свойством быстрой растворимости. При этом вопросы структурообразования снимаются лишь частично. Остаётся проблема структурирования многокомпонентных полидисперсных смесей с заданными параметрами качества.

При всём многообразии технологий получения быстрорастворимых напитков аппаратурное их обеспечение не отличается многообразием - это только аппараты распылительной сушки, которые громоздки и энергоёмки. Некоторые из этих вопросов могут быть эффективно решены с помощью других способов гранулирования, например, окатывания, однако они, применительно к пищевым, а тем более к быстрорастворимым продуктам, не исследовались.

Качественно новый подход к решению подобных задач технического прогресса стал возможен благодаря быстрому развитию науки и установлению важных закономерностей протекания физико-химических и механических процессов при формировании изделий. Результатом этого явилось создание новых научно-обоснованных методов и способов осуществления технологических процессов получения быстрорастворимых гранулированных продуктов питания.

Особое место среди этих процессов занимают технологические процессы с участием твердых фаз, обычно осуществляемые в аппаратах с внешним подводом энергии. Это процессы диспергирования, смешения, транспортирования, уплотнения и разрыхления и, наоборот агрегирования и т.п., т.е. процессы, сопровождаемые массообменом дисперсных фаз с изменением объема системы, ее деформацией или их сочетанием, активным перераспределением фаз.

Решающую роль в этих процессах играют физико-химические факторы: поверхностные явления на границе раздела фаз, контактные взаимодействия между ними и, как следствие, непрерывное образование и разрушение трехмерных структур, агрегатов из частиц непосредственно в ходе процессов получения однородных высококонцентрированных дисперсных систем.

При всём многообразии технологий получения быстрорастворимых напитков аппаратурное их обеспечение не отличается многообразием - это только аппараты распылительной сушки, которые громоздки и энергоёмки. Некоторые из этих вопросов могут быть эффективно решены с помощью других способов гранулирования, например, окатывания, однако они, применительно к пищевым, а тем более к быстрорастворимым продуктам, не исследовались.

Методам структурирования дисперсных смесей окатыванием в литературе посвящено значительное количество работ как теоретического, так и экспериментального характера, однако они не касаются вопросов создания пищевых продуктов заданной структуры и качества. Отсутствие систематизированных данных в вопросах получения быстрорастворимых гранулированных напитков, аппаратурного оформления процессов свидетельствует о недостаточной изученности этой проблемы, без решения которой невозможно дальнейшее развитие технологии и оборудования для их производства.

В связи с этим разработка научно-практического обеспечения процессов получения быстрорастворимых напитков и создание промышленного оборудования для их эффективной и экономичной реализации представляет собой крупную и актуальную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение в области производства пищевых продуктов общего и специального назначения.

В соответствии с изложенным, целью исследований являлась разработка, на основе системного подхода, научного обеспечения процессов производства быстрораство римых многокомпонентных полидисперсных гранулированных напитков и совершенствования на их основе технического и технологического уровня производства.

Работа выполнялась в рамках реализации «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 г.» и разработанной на её основе региональной губернаторской программы Кемеровской области «К здоровью через питание», а также планов научно - исследовательских работ Кемеровского технологического института пищевой промышленности, является обобщением результатов исследований методологического, теоретического, экспериментального и прикладного характера, выполненных лично автором или при его непосредственном участии.

Научная новизна:

- на основе проведённого комплекса теоретических и экспериментальных исследований установлены основные физико-химические и технологические закономерности процесса производства сухих быстрорастворимых гранулированных концентратов напитков из растительного сырья с использованием молочной сыворотки и сформулирована концепция управляемого формирования структур быстрорастворимых напитков, представляющая систему физико-химических, физико-механических процессов и технологий, обеспечивающих сжатие её пространственно-временной структуры.

- сформулированы основные принципы и предложена классификация получения комбинированных быстрорастворимых структурированных напитков, как объектов дисперсных систем, положенная в основу методики рационального выбора технологии и аппаратуры, а также прогнозирования их качества;

- впервые дана оценка влияния особенностей состава и свойств сырья и его наиболее значимых компонентов на технологию производства быстрорастворимых напитков на основе плодово-ягодного сырья и молочной сыворотки с целью прогнозирования его качественных показателей; 

- исследованы физико-химические и физико-механические свойства дисперсных систем на всех стадиях их структурообразования; а также получены новые данные и установлены закономерности, дающие более глубокие представления о природе физико химических процессов, протекающих на всех этапах технологического потока формирования структуры быстрорастворимых продуктов, которые необходимы при разработке общей теории структурообразования и уточнения теоретических основ приготовления высококонцентрированных дисперсных систем;

- установлена закономерность постоянства объёмного фазового состава дисперсной системы, из которой следует, что независимо от разновидности дисперсной системы, вида и интенсивности внешнего или внутреннего воздействия на неё, в любой момент времени, сумма объёмного содержания твёрдой, жидкой и газообразной фаз системы есть величина постоянная;

- предложен универсальный структурно-энергетический параметр, который можно использовать в качестве критерия оптимизации процесса структурообразования и количественной оценки трансформации структур в технологии пищевых дисперсных материалов;

- показано, что постоянство объёмного фазового состава дисперсной системы является основой для графического изображения изменений в системе в виде фазовых диаграмм в бинарной или тройной системе координат. Сумма фазовых диаграмм отдельных технологических операций даёт в тройной системе координат фазовый портрет технологического процесса, анализ которого позволяет определить оптимальную траекторию получения материалов с заданным значением объёмной концентрации твёрдой фазы и выявить необходимый уровень внешних воздействий на ту или иную дисперсную структуру.

- установлено, что оптимальная организация технологических операций и эффективное управление процессами формирования и перестройки структур, базируется на принципе постоянства объёмного фазового состава дисперсной системы и принципа технологического соответствия скорости изменения структурных характеристик систем и скорости протекания физико-химических процессов, сопровождающих данную технологическую операцию. Развитие структурообразования по оптимальной траектории достижения конечной цели требует максимального использования возможностей физико-химических процессов путём создания условий для нормального протекания и регулирования интенсивности этих процессов;

- выявлен и описан механизм активации процессов агломерации во влажных дисперсных системах;

- предложены методы и аппараты для его реализации, новизна технических решений подтверждена авторскими свидетельствами и патентами;

- разработаны феноменологические, математические и операторные модели систем и системных модулей производства гранулированных быстрорастворимых напитков.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- обоснование принципа и системы количественной оценки непрерывного процесса формирования структур в технологии пищевых материалов на основе полидисперсных систем с использованием объёмных фазовых характеристик, критериев и параметров, отображающих наиболее общие признаки дисперсной системы, независимо от её разновидности, типа структуры, технологической стадии и вида энергетического воздействия;

- обоснование принципа рационального выбора метода структурообразования полидисперсных многокомпонентных сухих концентратов напитков;

- обоснование принципа управления процессами пластического формования пищевых дисперсных масс при гранулировании и в процессе конденсационно-кристализационного переходов при сушке;

- обоснование принципа оценки способности к формообразованию гранулированием дисперсных материалов на основе анализов их фильтрационных и реологических свойств;

- обоснование нового методологического подхода при исследовании состава и свойств дисперсных структур, учитывающего объёмный фазовый состав этих структур в начальном, текущем и конечном состояниях.

Практическая значимость и реализация результатов.

В результате теоретических и экспериментальных исследований сформулированы специальные требования к процессам и оборудованию для производства быстрорастворимых напитков из плодово-ягодного сырья на основе молочной сыворотки, учитываю щие физико-химические и физико-механические свойства дисперсных систем на всех стадиях их структурообразования. На этой основе разработаны:

- технология производства сухой молочной гранулированной сыворотки (патент №2203551);

- технология гранулирования и сушки многокомпонентных смесей быстрорастворимых структурированных концентратов напитков, являющихся базовыми для создания напитков функционального назначения - «Кисели плодово-ягодные, быстрорастворимые, гранулированные» (ТУ 9195-47-02068315-2000);

- технические условия, технологическая инструкция и получен гигиенический сертификат на новый продукт - «Сыворотка молочная с ягодным наполнителем, гранулированная» (ТУ 9195-47-02068425-2002);

- модернизированный тарельчатый гранулятор, введением специального устройства - активатора, позволяющего управлять процессами коагуляционого структурообразования при гранулировании влажных дисперсных смесей (авторские свидетельства №1107023 и №1449853, свидетельства №28808, №28809, решение о выдаче патента по заявке№2001123756/12(025316);

Технологии внедрены в рамках четырёх предприятий: ООО НПО «Сфера» (г. Томск) и ООО «Т1Ш «Дары природы» (г. Томск), ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово), НФ «Верхнесалдинский проект» (Свердловская обл.) 

Подобные работы
Сухоруков Андрей Васильевич
Разработка технологии быстрорастворимого гранулированного напитка с использованием творожной сыворотки и растительного сырья
Золоторева Марина Сергеевна
Технология концентрирования белков творожной сыворотки и их использование в производстве кисломолочных напитков
Ельцова Елена Валерьевна
Разработка технологии слабоалкогольных напитков на основе плодово-ягодного сырья с использованием молочной сыворотки
Байматова Екатерина Валерьевна
Исследование и разработка технологии продуктов из молочной сыворотки с использованием лекарственных растений
Романова Вера Васильевна
Проектирование гелеобразных продуктов с использованием молочной сыворотки и растительного сырья
Моисеева Юлия Алексеевна
Исследование и разработка ферментированных фитонапитков из сыворотки с использованием мелиссы лекарственной
Панасенко Наталья Александровна
Исследование и разработка технологии желе на основе молочной сыворотки с использованием черной смородины
Евдокимов Никита Сергеевич
Совершенствование технологии концентрата молочной сыворотки на основе использования методов инженерной реологии
Круглик Владимир Иванович
Теоретическое обоснование и практическая реализация технологий гидролизатов молочных белков и специализированных продуктов с их использованием
Ветрова Надежда Толибджоновна
Разработка технологии и совершенствование процессов производства быстрорастворимого гранулированного завтрака на основе молочной сыворотки и экстракта аронии черноплодной

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net