Введение к работе
Актуальность работы. Свекловичный жом, образующийся на сахарных заводах, содержит комплекс ценных питательных компонентов. Поэтому он является нужным побочным продуктом, из которого получают пектин и пищевые волокна, имеющие большой спрос.
Свекловичный пектин обладает наилучшими комплексообразующими свойствами и как детоксицирующее природное вещество не имеет аналога в мире. Комплексообразующая способность, т.е. способность связывать металлы и выводить из организма ядовитые вещества и радионуклиды, у свекловичного пектина в три раза выше, чем у цитрусового и яблочного. Пищевые волокна (ПВ) являются ценной пищевой добавкой, способной регулировать работу ряда органов и систем организма человека.
Научные основы производства пектина из сахарной и кормовой свеклы изложены в работах Л.В. Донченко, И.П. Захарова, М.Д. Зуева, И.А. Ильиной, Н.С. Карповича, П.М. Силина и др. Существенный вклад в теорию и практику получения пищевых волокон внесен В.А. Лосевой.
Главными факторами, сдерживающими расширение объемов производства пектина и ПВ из свекловичного жома являются сложность технологии и высокие требования, предъявляемые к наиболее важному этапу – подготовке сырья к основному производству. В результате подготовки сырого свекловичного жома существенно улучшаются органолептические и физико-химические показатели конечных продуктов.
Таким образом, весьма актуальной задачей является научное и экспериментальное обоснование подготовительных процессов сушки и набухания осветленного свекловичного жома с целью улучшения качества и повышения выхода пектина и пищевых волокон.
Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры промышленной энергетики ВГУИТ (№ гос. регистрации 01.1.302.15230) «Исследование процессов тепло- и массообмена, повышение эффективности технологического оборудования и энергоиспользования» на 2010-2015 гг.
Цель работы - теоретическое и экспериментальное обоснование процессов сушки и набухания осветленного свекловичного жома для увеличения эффективности его подготовки в технологии пектина и пищевых волокон за счет определения рациональных технологических режимов и повышения качества готовой продукции.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Исследование кинетики процесса осветления свекловичного жома, обоснование места введения лимонной кислоты в технологический процесс.
2. Изучение форм связи влаги со свекловичным жомом; выполнение количественной оценки энергии связи влаги с материалом.
3. Изучение основных гидродинамических и кинетических закономерностей процесса сушки жома в псевдоожиженном слое с целью выявления рациональных режимов сушки.
4. Построение математической модели процесса сушки жома в псевдоожиженном слое, ее программное обеспечение.
5. Изучение кинетики процесса набухания сушеного свекловичного жома.
6. Оценка качества сушеного жома как пектиносодержащего сырья.
7. Разработка способов подготовки свекловичного жома к производству пектина и пищевых волокон, сушки дисперсных материалов, а также конструкций сушилок.
Научная новизна. Экспериментально и математически обоснованы режимы, обеспечивающие максимальное осветление сырого свекловичного жома лимонной кислотой, а также место ее введения в технологический процесс.
Выявлены три температурные зоны, которые соответствуют испарению влаги из жома с различной формой связи, а также термическому разложению белково- углеводного комплекса.
На основе исследований и анализа изотерм сорбции и десорбции выполнена количественная оценка энергии связи влаги со свекловичным жомом как термодинамической характеристики, не противоречащая потенциальной теории Поляни.
Установлены основные гидродинамические характеристики псевдоожиженного слоя свекловичного жома, позволяющие организовать качественное псевдоожижение в процессе сушки.
Выявлены кинетические закономерности процесса сушки жома в псевдоожиженном слое; теоретически и экспериментально обоснованы возможность интенсификации сушки при совместном осевом и тангенциальном вводе теплоносителя в рабочую камеру сушилки, а также энергоэффективность процесса.
Построена математическая модель процесса сушки свекловичного жома в псевдоожиженном слое, описывающая изменение параметров материала и теплоносителя в объеме слоя, а также равновесного влагосодержания материала в ходе процесса.
Установлены кинетические закономерности процесса набухания сушеного свекловичного жома, дано термодинамическое объяснение процесса.
Практическая ценность. Исследованы химические показатели качества сырого и сушеного свекловичного жома.
Разработан способ подготовки свекловичного жома к производству пектина и пищевых волокон, выполнено рациональное аппаратурное оформление способа.
Разработаны оригинальные конструкции сушилок с псевдоожиженным слоем.
Предложено программное обеспечение процесса сушки жома; определены рациональные параметры процесса, позволяющие повысить качество продукта.
Новизна технических решений защищена 1 патентом РФ на полезную модель.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях в Воронежском
государственном университете инженерных технологий (ранее ВГТА ) (с 2010 по 2013 гг.); на международной научно-технической конференции «Адаптация ведущих технологических процессов к пищевым машинным технологиям» (Воронеж, 2012); на Юбилейной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2013); на II Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию ВГАУ и 20-летию образования факультета технологии и товароведения «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013).
Результаты работы также демонстрировались на межрегиональной выставке: «Воронежский АПК сегодня (в честь 100-летия ВГАУ)» (Воронеж, 15 сентября 2012 г.), по итогам которой работа награждена
3 дипломами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 8 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 7 тезисов докладов, получен 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 203 наименований, в том числе 28 – на иностранных языках, объемом 163 страницы машинописного текста, приведены 9 таблиц и 56 рисунков.
