Введение к работе
Актуальность работы.
Требования к качеству продуктов пищевой промышленности непрерывно возрастают. Постоянно расширяется ассортимент комбинированных продуктов, обогащенных ценными натуральными пищевыми добавками. Важным процессом подготовки растительного сырья к основному производству является селективная дезинтеграция.
Селективно разрушенное сырьё легко разделяется на фракции, содержащие различные морфологические структуры исходного материала, что позволяет затем целенаправленно использовать их не только в пищевых целях, но и медицинских, природоохранных мероприятиях и процессе подготовки корма для сельскохозяйственных животных.
Объекты разрушения биологического происхождения - это сложные по строению структуры, состоящие преимущественно из высокомолекулярных компонентов. Связи между компонентами растительного сырья различны по природе и могут менять свой характер при физических воздействиях. Компоненты нестабильны, проявляют нелинейность при деформировании, обладают функциональной прочностью, зависящей от динамики и условий нагружения. Все эти факты требуют особого изучения с позиции образования новой поверхности.
Основным критерием механических свойств материалов является прочность. Прочность определяет способность тела сопротивляться разрушению и характеризуется критическим напряжением, выше которого структура материала разрушается практически мгновенно. Для растительной ткани прочность обусловлена энергией поверхностного взаимодействия между её структурными элементами.
Фундаментальные исследования в области физических свойств сырья и получаемых из них пищевых продуктов проводили Ребиндер А.П., Дерягин Б.В., Зимон А.Д., Урьев Н.Б., Мачихин Ю.А., Рогов И.А., Горбатов А.В, Косой В.Д., Арет В.А. и другие. В Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности работу по исследованиям свойств материалов биологического происхождения проводят научные школы Иванца В.Н., Остроумова Л.А., По-зняковского В.М., Попова A.M. Изучение прочностных свойств объектов растительного происхождения с позиции селективной дезинтеграции представляет научный и практический интерес.
Цель работы. Исследование прочностных свойств растительного сырья, предназначенного для селективной дезинтеграции в концепции адгезионной природы прочности растительной ткани.
Задачи исследования.
Классифицировать растительное сырьё с позиции селективной дезинтеграции на основе литературного обзора строения растительной ткани на макро- и микроуровнях.
Аналитически исследовать энергию связи в растительных структурах на клеточном и морфологическом уровнях с применением термодинамического метода.
Экспериментально исследовать поверхностные свойства связующих биополимеров растительной ткани (белков и пектинов) при различном влагосо-держании; экспериментально изучить влияние различных видов физического воздействия (высушивание, замораживание, характер приложения нагрузки) на прочностные свойства растительного сырья.
Разработать алгоритм аналитического определения удельной поверхностной энергии и работы адгезии в растительной ткани.
Научная новизна работы.
На основе термодинамического метода исследований аналитически определена энергия поверхностной связи на уровне межклеточных взаимодействий (с применением понятия о статистическом координационном числе) и между морфологическими структурами (с применением теории Гриффица).
Экспериментально исследованы поверхностные свойства биополимеров растительной ткани с применением метода армирования приповерхностного слоя, установлены особенности изменения адгезионной прочности от влагосо-держания и предварительного контактного сжатия.
Экспериментально установлены особенности деформационного поведения связного растительного сырья (корень лопуха, мускатный орех, слоевища ламинарии) при высушивании, замораживании, различном характере приложения нагрузок (сжатие, сдвиг, стеснённый удар) и разных скоростях деформирования.
Практическая значимость и реализация.
Разработанные математические модели сокращают объём экспериментальной информации, необходимой для полного расчёта основных характеристик процесса селективной дезинтеграции. Применение теории Гриффица упростит расчёты процесса преодоления прочности адгезии, как в нативных объектах разрушения, так и при контакте перерабатываемых материалов с поверхностями рабочих органов.
Проведённые экспериментальные исследования влияния физических воздействий на прочностные свойства позволяют целенаправленно применять адгезионное разупрочнение растительных структур с целью повышения качества и интенсивности селективной дезинтеграции.
Предложена методика расчёта энергии поверхностного взаимодействия в растительной ткани. Результаты исследования были использованы при разработке математической модели конусного виброизмельчителя, а также при расчёте и проектировании роликового инерционного измельчителя периодического действия для НПО «Здоровое питание». Испытания опытно-промышленной установки селективного разрушения с пневмосепарированием на основе виброизмельчителя проводились на ООО «Тулунский мясной двор» по хоздоговорной НИР «Разработка технологии подготовки растительных витаминизированных добавок в мясные и колбасные изделия».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались:
-на международных научно-практических конференциях: «Техника и технология пищевых производств» (Могилёв, 2006), «Технология и продукты здо-
рового питания» (Саратов, 2008), «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2010);
-в сборниках научных работ: «Технология и техника пищевых производств» (Кемерово, 2003), «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2003), «Пищевые технологии» (Казань, 2006), «Непрерывное профессиональное образование и карьера - XXI в.» (Юрга, 2007), «Техника и технология пищевых производств» (Кемерово, 2008), «Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов» (Кемерово, 2008), «Совершенствование существующего и разработка нового оборудования для пищевой промышленности» (Кемерово, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в их числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 3 депонированные статьи.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и выводов, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 115 страницах, содержит 37 рисунков и 5 таблиц. Количество библиографических ссылок -130.
