Введение к работе
Актуальность работы. Одной из наиболее актуальных проблем в настоящее время является переработка вторичных материальных ресурсов, получаемых при производстве пищевых продуктов. В молочной промышленности при производстве творога и сыров неизбежно образуется вторичное сырье - молочная сьшоротка. В нее переходит около 50 % сухих веществ молока, до 200 различных соединений, в том числе молочный жир, растворимые азотистые соединения и минеральные соли, лактоза, а также витамины, ферменты, органические кислоты. Поэтому молочная сьшоротка обладает питательной ценностью, а продукты, получаемые из нее, имеют диетическое и лечебное значение в питании людей.
В настоящее время из мешочной сыворотки получают сгущенные и сухие концентраты, выделяют сывороточные белки, производят молочный сахар, также она используется в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий, кормов.
Учитывая, что при хранении состав и свойства молочной сыворотки изменяются под воздействием микроорганизмов и ферментов, выделяемых ими, что может привести к быстрой ее порче, сыворотку рекомендуется перерабатывать в течение 1.. .3 ч после получения. Если сыворотку приходится хранить в течение более длительного времени или транспортировать от места получения к месту переработки на определенные расстояния, то ее необходимо подвергать специальной обработке, одним из основных способов которой является концентрирование с целью удаления части воды из продукта. В целом концентрированию подвергается около 50 % молочной сыворотки, перерабатываемой в промышленных условиях.
Исследования использующихся в отечественной и зарубежной практике способов и устройств для концентрирования жидких продуктов показали, что концентрирование вымораживанием является одним из эффективных технологических процессов, основное преимущество которого - низкотемпературная обработка, обеспечивающая наиболее полное сохранение исходных свойств продукта, ценных термолабильных компонентов (белков, углеводов, витаминов), а также вкусовых и ароматических соединений.
В применяемых технологиях процесс теплообмена при концентрировании вымораживанием протекает через теплообменную поверх-
ность, что оказывает влияние на уровень энергозатрат и производительность вымораживающих установок, а также учитывает необходимость периодической очистки теплообменной поверхности от вымороженного льда.
В связи с этим разработка эффективной технологии и оборудования для концентрирования жидких продуктов методом вымораживания с теплообменными аппаратами непрерьшного действия при поточно-контактном взаимодействии холодильного агента и продукта является актуальной задачей, решение которой позволит сократить общие затраты на производство и повысить качество готового продукта.
Цель и задачи диссертационной работы: исследование процесса вымораживания влаги из творожной сыворотки в шнековом кристаллизаторе при косвенном контакте хладагента и продукта через теплопе-редающую стенку и разработка на этой основе высокоэффективного оборудования для осуществления процесса концентрирования жидких продуктов методом вымораживания.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:
исследование свойств творожной сыворотки как объекта вымораживания;
сравнительный анализ состава и свойств творожной сыворотки, сконцентрированной методами вымораживания и вакуум-выпаривания;
исследование степени влияния основных факторов на процесс концентрирования вымораживанием;
- статистическое определение оптимальных режимов работы
вымораживающей установки, позволяющее в широком диапазоне из
менения входных параметров обеспечить максимальную кратность
концентрирования получаемого продукта и минимальные затраты энер
гии на проведение процесса концентрирования вымораживанием;
разработка математической модели работы шнекового кристаллизатора косвенного контакта для творожной сыворотки;
разработка высокоэффективного кристаллизатора для концентрирования жидких продуктов, позволяющего производить кристаллизацию и разделение льда и концентрата в одном аппарате, повысить производительность и качество концентрата, а также снизить затраты энергии на проведение процесса.
Научная новизна. На основании проведенных экспериментальных исследований изучены свойства творожной сыворотки как объекта
вымораживания.
С помощью планирования эксперимента и статистической обработки экспериментальных данных исследованы закономерности процесса вымораживания влаги из творожной сыворотки в шнековом кристаллизаторе косвенного контакта.
Разработана математическая модель работы шнекового кристаллизатора.
Проведено комплексное исследование качественных показателей творожной сыворотки, сконцентрированной методом вымораживания.
Практическая значимость работы. На основании комплекса исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, доказана целесообразность применения метода вымораживания для концентрирования творожной сыворотки.
Разработана оригинальная конструкция кристаллизатора для концентрирования жидких продуктов с возможностью проведения процессов образования кристаллов льда, их роста и отделения от сконцентрированного продукта, в одном аппарате. Новизна технического решения подтверждена патентом РФ № 2344722.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на XLV, XLVI, XLVII и XLVIII отчетных научных внутривузовских конференциях Воронежской государственной технологической академии, на III Международной научно-технической конференции «Инновационные технолопш и оборудование для пищевой промышленности (приоритеты развития)» (г. Воронеж, 2009 г.), на II Международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств» (г. Воронеж, 2010 г.)
Разработки автора демонстрировались на международных постоянно действующих выставках «Воронежский промышленный форум», «Продторг» и отмечены двумя дипломами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК для защиты кандидатских и докторских диссертаций, 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 79 рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает 108 наименований, в том числе 8 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 29 страницах.
Похожие диссертации на Исследование процесса концентрирования творожной сыворотки методом вымораживания
