Введение к работе
Актуальность работы. Конкуренция на рынке кормов постоянно требует поиска новых путей повышения качества комбикормов, увеличения производства кормового белка на базе собственных ресурсов и снижения производственных затрат. Большая роль в повышении содержания белка в комбикормах отводится семенам масличных культур, и прежде всего семенам рапса. Они представляют собой ценную кормовую добавку с высоким содержанием растительных масел, как источника энергии. Использование семян рапса позволит повысить энергетическую ценность корма и в более полной мере реализовать генетические возможности животных и птицы.
Широкое применение семян рапса сдерживается из-за быстрого снижения качества содержащегося в них жира, вследствие гидролиза и накопления перекисных соединений.
В связи с опережающими темпами теплопереноса в сравнении со скоростью влагоудаления традиционная сушка горячим воздухом не может обеспечить полную сохранность качества рапса. Одним из способов стабилизации качества семян с повышенным содержанием жирных кислот является сушка в осциллирующих режимах. Осциллирующие по тем или иным технологическим параметрам процессы сушки в последнее время привлекают всё большее внимание исследователей. Они позволяют выдерживать допустимый по технологическому регламенту температурный режим сушки, интенсифицировать процесс, повысить качество высушиваемого материала. Теоретическое обоснование целесообразности применения осциллирующих режимов сушки термочувствительных материалов впервые дал академик А.В. Лыков. В настоящее время их применение является одной из тенденций в современном развитии техники и технологии сушки.
Отечественными работами, в которых было показано, что метод осциллирования обеспечивает приемлемую скорость сушки при сохранении надлежащего качества высушиваемых продуктов были работы отечественных ученых: П. Н. Федосеева, В. И. Жидко, В. И. Атаназевича, А. С. Гинзбурга, В. А. Резчикова, И. Ф. Пикуса, И. Л. Любошица, Л. С. Слободкина, С. П. Рудобашты.
Существующие в настоящее время способы стабилизации качества маслосодержащего сырья, позволяющие избежать изменения их натуральных свойств, можно разделить на две группы – термическая обработка и воздействие антиоксидантов. Недостатком первой группы являются высокие температуры при термической обработке, следствием которой является частичное или полное разрушение таких составляющих продукта как белки, витамины и другие ценные вещества, входящие в состав семян в значительном количестве. Вторая группа способов стабилизации не предусматривает термической обработки масличных культур, а требует значительного расхода химических реагентов для достижения максимального стабилизирующего эффекта.
Представляется, что за счет совместного применения теплового воздействия и обработки семян антиоксидантом можно повысить их качество, увеличить сроки хранения, обеспечить повышение технико-экономических показателей процесса осциллирующей сушки.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по теме НИР кафедры технологии хранения и переработки зерна ФГБОУ ВПО ВГУИТ «Разработка энерго-, ресурсосберегающих и экологически чистых технологий хранения и переработки сельскохозяйственного сырья в конкурентноспособные продукты с программируемыми свойствами и соответствующим аппаратурным оформлением на предприятиях АПК» (№ гос. регистрации ГР 01201253866).
Цель диссертационной работы – научное обеспечение и разработка рациональных параметров процесса сушки семян рапса в осциллирующих режимах с циклическим вводом антиоксиданта, обеспечивающих повышение качества высушенного продукта, увеличение сроков его хранения и снижение удельных энергозатрат.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы задачи исследования:
- изучение химических, теплофизических и физико-механи-ческих свойств семян рапса, как объекта сушки;
- исследование процесса термолиза семян рапса методом дифференциально-термического анализа и определение температурных зон испарения влаги с различной энергией связи;
- экспериментальные и теоретические исследования кинетических и гидродинамических закономерностей процесса сушки семян рапса при симметричной и несимметричной осцилляции;
- математическое описание процесса сушки семян рапса в осциллирующих режимах;
- разработка способа сушки семян рапса в осциллирующих режимах с циклическим вводом антиоксиданта и системы управления качеством продукта для его реализации;
- разработка экспресс-метода сенсорной оценки ранней порчи семян рапса с использованием детектирующего устройства «Электронный нос»;
- проведение опытно-производственных испытаний предлагаемых разработок.
Научная новизна. Обоснована целесообразность использования осциллирующих режимов сушки для семян рапса с вводом антиоксиданта между циклами нагрева и охлаждения продукта.
Доказано преимущество применения антиоксиданта Эндокса из группы препаратов направленного действия по стабилизации показателей качества, и прежде всего, перекисного и кислотного чисел семян рапса.
Методом дифференциально-термического анализа установлено соответствие между температурными зонами испарения влаги с различной формой связи в семенах рапса с антиоксидантом и без него, что позволяет проводить процесс сушки без коррекции режимов при циклическом вводе в продукт не более 1 % антиоксиданта. Определена предельно допустимая температура нагрева семян рапса Т = 348 K.
Установлены основные кинетические и гидродинамические закономерности процесса сушки семян рапса в осциллирующих режимах.
Предложено математическое описание процесса осциллирующей сушки семян рапса, позволяющее осуществлять расчет рациональных значений температур сушильного агента в области допустимых технологических свойств продукта в циклах его нагрева и охлаждения.
Практическая значимость работы. Разработан способ сушки семян рапса по несимметричной схеме осцилляции чередованием интервалов нагрева в псевдоожиженном слое продолжительностью 10 мин и охлаждения в плотном фильтрующем слое продолжительностью 5 мин воздухом с влагосодержанием 0,006…0,007 кг/кг и циклическим вводом антиоксиданта Эндокса. Конкурентоспособность способа подтверждена договором лицензии № РД0096634 от 26.03.2012 г. на право использования интеллектуальной собственности ООО «Агромаш» по патенту РФ 2416919.
Предложен экспресс-метод определения ранней порчи семян рапса с помощью детектирующего устройства «пьезоэлектронный нос». В качестве измерительного массива применены 3 сенсора на основе пьезокварцевых резонаторов с пленочными сорбентами на электродах, которые формируют сигнал в виде кинетического «визуального отпечатка». Получена зависимость площади кинетических «визуальных отпечатков» от значения кислотного числа семян рапса. Установлено, что кислотное число в пределах от 0 до 4 мг КОН/г является нормой, от 4,1 до 4,5 мг КОН/г - начало порчи, более 6 мг КОН/г - необратимый процесс порчи семян рапса.
Разработана конструкция сушилки и способ управления процессом сушки семян рапса в осциллирующих режимах.
На основе производственных испытаний внедрен способ сушки семян рапса по патенту РФ 2416919 на Волгоградском комбикормовом заводе. Ожидаемый экономический эффект от промышленного внедрения предлагаемых технических решений составит 2,5 млн. р. в год.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на отчетных конференциях Воронежской государственной технологической академии (2009 – 2011), международном научно-практическом семинаре к 100-летию со дня рождения А.В. Лыкова «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов» (Воронеж, 2010); международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств» (Воронеж, 2010), всероссийской научной конференции «Повышение качества и безопасности пищевых продуктов» (Махачкала, 2010); IV международной научно – практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ – 2011» (Москва, 2011).
Результаты работы демонстрировались на региональных, межрегиональных, всероссийских выставках: «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2009), «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов» (Воронеж, 2010), «ВоронежАгро» (Воронеж, 2011), по итогам которых работа награждена сертификатом, грамотой и золотой медалью.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 218 страниц машинописного текста, 22 таблицы, 45 рисунка. Список литературы включает 213 наименований, т. ч. 12 иностранных. Приложение к диссертации представлено на 20 страницах.
