Введение к работе
Актуальность работы. У современного человека существует потребность в растительных средствах широкой биологической активности, которые оказывали бы явно выраженный эффект на ослабленные по тем или причинам функции организма, корригировали развитие приобретенных (вторичных) иммунодефицитных и дезадаптационных состояний, явных и скрытых форм хронических заболеваний. Такие средства должны быть безвредными и нетоксичными, с достаточно мягким действием, без каких-либо опасностей развития привыкания и пристрастия, побочных: явлений и отрицательных последействий, со значительной широтой оптимальных дозировок, хорошо сочетаться с пищевыми продуктами и классическими медикаментозными средствами.
Наиболее популярной и легко усваиваемой формой растительных компонентов являются различные виды напитков функционального назначения.
Перспективным направлением в создании функциональных напитков остается применение настоев и экстрактов из отечественного растительного сырья, содержащего широкий спектр веществ различной фармакологической направленности. Растительные экстракты в составе напитков повышают тонус организма, адаптивные возможности нервной системы, устойчивость организма к неблагоприятным факторам окружающей среды, обладают антиоксидантными свойствами.
Известны традиционные сахаросодержащие напитки на основе настоев и экстрактов лекарственно-технического сырья: «Саяны», «Тархун», «Байкал», «Сумах» и другие.
Тонизирующий эффект напитка «Саяны» обеспечивается присутствием сапонинов левзей сафлоровидной, входящей в состав напитка в виде экстракта.
Левзея (Leuzea-Rhaponticum carthamoides), эндемичное сибирское растение, произрастет в Саянах, на Алтае, на Кузнецком Алатау.
Для использования данного продукта в качестве пищевого компонента в питании человека в настоящее время применяется выделение из него целевых компонентов в виде различных жидких экстрактов.
В связи с наличием неустойчивых форм в растительных жидких экстрактах при длительных сроках хранения для обеспечения качества наиболее целесообразным является использование щадящих режимов обезвоживания, а именно применение прогрессивного метода консервирования термолабильных материалов - вакуум-сублимационной сушки, которая позволяет обеспечить максимальное сохранение большинства нативных свойств пищевых продуктов, биологических материалов и
з Г\
медицинских препаратов в процессе их длительного хранения. Преимущества этого способа определяются тем, что продукт высушивается в замороженном состоянии путем возгонки (сублимации) льда и позволяет сохранить исходные свойства (аромат, содержание витаминов и т.д.).
Процесс вакуум-сублимационной сушки исследовали такие отечественные ученые как Э. И. Гуйго, А. С. Гинзбург, А. А. Гухман, М. И. Верба, Э. И. Каухчешвили, Б. П. Камовников, Е. А. Ермакова, Б. М. Ля-ховицкий, А. 3. Волынец, П. А. Новиков и другие.
Основным препятствием для широкого внедрения сублимационной сушки в пищевую промышленность является сравнительно высокая стоимость получаемых продуктов за счет длительности и энергоемкости процесса. Поэтому на сегодняшний день актуальным является решение проблем, связанных с устранением перечисленных недостатков.
Сокращение затрат на процесс вакуум-сублимационного обезвоживания достигается за счет использования низкопотенциальных источников энергии, таких, как собственная теплота продукта; теплота хладагента, нагретого в компрессоре холодильной машины; теплота возвращаемых в зону сублимации носителей; теплота инертных газов, а также их комбинирования с учетом состояния и развития раздела фаз в продукте.
Использование данных источников энергии позволит значительно сократить энергозатраты и увеличить эффективность вакуум-сублимационной сушки экстрактов растительного происхождения, что является перспективным направлением на пути устранения вышеперечисленных недостатков в совокупности с организацией процесса в непрерывном режиме.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной Целевой Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственный контракт № П459 «Разработка энергосберегающих технологии и оборудования для вакуум-сублимационного обезвоживания экстрактов растительного происхождения»).
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является исследование процесса вакуум-сублимационной сушки экстракта левзей сафлоровидной с использованием низкопотенциального источника энергии и совершенствование на этой основе процесса, способов и оборудования для его осуществления.
На основании проведенного литературного и патентного анализа в соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
экспериментальное исследование свойств экстракта левзей сафлоровидной, как объекта сушки;
определение криоскопических температур экстракта левзей сафлоровидной;
исследование кинетических закономерностей процесса вакуум-сублимационной сушки при различных условиях проведения процесса;
разработка математической модели вакуум-сублимационного обезвоживания с использованием низкопотенциальной теплоты хладагента, полученной при его сжатии в компрессоре холодильной машины;
разработка новых способов вакуум-сублимационного обезвоживания термолабильных продуктов, оборудования для их осуществления и автоматического управления процессом;
термодинамическая оценка эффективности процесса на основе эксергетического анализа;
оценка экономической целесообразности применения вакуум-сублимационной сушильной установки непрерывного действия с использованием низкопотенциального источника энергии.
Научная новизна. Определена зависимость криоскопической температуры от концентрации сухих веществ в исследуемом продукте, а также определено количество вымороженной влаги.
Выявлены в результате дифференциально-термического анализа особенности дегидратации экстракта левзей сафлоровидной, определены состояния влаги по степени связанности с веществом и установлены их соотношения.
Изучено влияние концентрации сухих веществ экстракта левзей сафлоровидной на изменение его реологических свойств.
Определена антиоксидантная активность экстрактов левзей сафлоровидной с различным содержанием сухих веществ.
Исследовано влияние влажности и температуры экстракта левзей сафлоровидной на изменение его тешгофизических свойств.
Установлены кинетические закономерности процесса вакуум-сублимационного обезвоживания экстракта левзей сафлоровидной при различных условиях проведения процесса. Установлено влияние различных факторов на кинетику процесса сушки. Проведено исследование качественных показателей экстракта левзей сафлоровидной, полученного способом вакуум-сублимационной сушки с использованием низкопотенциального источника энергии.
Разработана математическая модель процесса вакуум-сублимационного обезвоживания экстракта левзей сафлоровидной с использованием низкопотенциальных источников энергии.
Практическая значимость работы. На основании комплекса исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, доказана целесообразность применения вакуум-сублимационной сушки экстракта левзей сафлоровидной с использованием низкопотенциального источника энергии.
Определены качественные показатели готового продукта и проведена его санитарно-токсикологическая оценка.
Проведена термодинамическая оценка эффективности процесса на основе эксергетического анализа.
Разработаны конструкции вакуум-сублимационных сушилок, способы вакуум-сублимационного обезвоживания и получения продуктов по заданным свойствам, а также способы автоматического управления процессом.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ№ 2259525Д» 2275564, №2244233, №2229112, №2245084, №2255279, №2350861.
Разработан бизнес-план инновационного проекта, который позволяет оценить эффективность предлагаемого способа вакуум-сублимационной сушки и устройства для ее осуществления при внедрении в производство.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2003 по 2010 гг.).
Результаты работы экспонировались на Всероссийских и Межрегиональных специализированных выставках, форумах, конгрессах, ярмарках: I, II, III Воронежские промышленные форумы 2008 - 2010 гг.; I, II Воронежские агропромьшшенные форумы 2009 - 2010 гг.; «Продторг» 2003 - 2008 гг., г. Воронеж; «Всероссийская выставка-ярмарка» г. Новочеркасск; «Воронежская область- Ваш партнер» 2007 г.; «Агропром» г. Воронеж 2008 - 2010 гг.; «Натуральные продукты питания» г. Воро-неж2008 г. и были отмечены 30 дипломами, в том числе 5 дипломов победителя конкурса.
Результаты работы используются в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании.
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числеЗ статьи в журналах, рекомендованных для опубликования ВАК, 7 патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает
Ибнаименований. Приложения к диссертации представлены на 38 страницах.
Похожие диссертации на Исследование процесса вакуум-сублимационного обезвоживания экстракта левзеи сафлоровидной с использованием низкопотенциального источника энергии
