Введение к работе
Актуальность работы. На данный момент в мире существует недостаток пищевого белка и его дефицит в ближайшее пятилетие, вероятно, сохранится. В среднем на одного человека планеты приходится около 55 г белка при норме 100 г в сутки. Общий недостаток белка составляет 10-25 млн. т в год. Около половины людей, живущих на планете Земля, страдает дефицитом животного белка. Данная ситуация обусловлена низким благосостоянием жителей планеты и проблемами, связанными с социальной ситуацией в современном мире.
Проблему белковой недостаточности можно решить путем создания продуктов питания с заранее спроектированным составом, сбалансированным по питательным компонентам. Использование различных белков животного происхождения в технологии экструдатов, позволяет получить продукты с высоким содержанием белка, с более сбалансированным аминокислотным и жирнокислотным составом, а также позволяет расширить ассортимент данных видов продуктов на рынке. В полной мере это направление можно реализовать при производстве готовых к употреблению снековых закусок, изготавливаемых при помощи экструзии.
При производстве экструдатов с высокой биологической ценностью целесообразно использование предварительно обезвоженного мясного сырья. Работы по изучению процесса получения растительно- мясных, готовых к употреблению снеков, методом термопластической экструзией не получили необходимого развития, а базовые результаты носят неполный характер. Рациональное сочетание растительных и мясных компонентов позволит получить готовые, к употреблению снеки с высоким содержанием белка для профилактики белковой недостаточности и в качестве основы для функционального питания.
Применение рационального подхода к изучению процесса получения экструдированных растительно-мясных снеков, позволит установить основы для создания инновационных технологий с мясным сырьем и совершенствовать их качественные показатели.
Работа проводилась в соответствии с планом госбюджетной НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» (№ гос. регистрации 01.130.2.12440) «Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов и аппаратов в химической и пищевой технологиях» на 2011-2015 гг.
Цель диссертационной работы: научное обоснование способа производства растительно-мясных экструдатов в двухшнековом экструдере; создание на основе разработанного способа оригинальных конструкций двухшнековых экструдеров, линии и способа получения растительно-мясных экструдатов.
В соответствии с целью решались следующие задачи:
- научное обоснование выбора рецептурного состава смеси для производства сбалансированных пищевых растительно-мясных экструдатов;
- определение форм связи влаги и условий терморазложения экструдируемой растительно-мясной смеси на основе люпина, чечевицы и сублимированного мяса говядины и свинины;
- изучение реологических и теплофизических характеристик растительно-мясной смеси на основе люпина, чечевицы и сублимированного мяса говядины и свинины;
- математическое моделирование течения расплава растительно-мясной смеси на участке экстракции декомпрессионно-экстракционной зоны и второй зоны компрессии в двухшнековом экструдере;
- исследование основных закономерностей процесса экструзии растительно-мясной смеси с раздельной загрузкой растительных и мясных компонентов; выбор рациональных параметров экструзионного процесса получения растительно-мясных экструдатов в двухшнековом экструдере;
- определение пищевой, биологической и энергетической ценности растительно-мясных экструдатов;
- проведение комплексной оценки качества растительно-мясных экструдатов и обоснование технологии производства;
- проведение энергетической оценки термодинамической эффективности разработанной линии посредством эксергетического анализа;
- разработка новых конструкций двушнековых эктрудеров, способа и линии производства растительно-мясного экструдата;
- проведение промышленных испытаний и производственных внедрений предлагаемых разработок.
Научная новизна. Оптимизирован рецептурный состав растительно-мясной смеси на основе люпина, чечевицы и сублимированного мяса говядины и свинины для производства сбалансированных пищевых растительно-мясных экструдатов. Методом дифференциально-термического анализа были определены формы связи влаги в обрабатываемой растительно-мясной смеси и условия ее терморазложения, что позволило определить допустимый диапазон температур и обосновать выбор оптимальных режимов для обработки продукта.
Определены реологические и теплофизические характеристики растительно-мясной смеси на основе люпина, чечевицы и сублимированного мяса говядины и свинины.
Выявлены закономерности изменения основных технологических параметров в зависимости от влажности исходной смеси, диаметра фильеры матрицы, частоты вращения шнека, величины зазора между греющей шайбой и рабочей камерой.
Изучено влияние условий экструдирования растительно-мясной смеси на закономерности протекания процесса, что позволило научно обосновать режимы процесса экструзии.
Разработана математическая модель, описывающая течение расплава растительно-мясной смеси на участке экстракции декомпрессионно-экстракционной зоны и второй зоны компрессии.
Новизна технических решений подтверждена патентом РФ № 2450924. По заявке № 2011151053 было получено положительное решение от 09.01.13 г. на выдачу патента.
Практическая ценность. Разработан способ производства растительно-мясных экструдатов. Определены рациональные параметры процесса переработки исследуемой растительно-мясной смеси в экструдере с двумя зонами загрузки. Получен экструдат, обладающий высокой пищевой ценностью и сбалансированным аминокислотным составом.
Разработана новая технология производства экструдированных зернобобовых сэндвичей. Разработана техническая документация: ТУ 9196-008-59045630-12 «Сухие продукты экструзионной технологии» (Funtex BP (бобово-белковый)).
Разработаны оригинальные конструкции экструдеров: экструдер с дорном, двухшнековый экструдер с двумя зонами загрузками сырья для получения растительно-мясных экструдатов, а также линия получения экструдированных продуктов.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежском государственном университете инженерных технологий (ВГУИТ, 2012–2013 гг.), Одессе (2012 г.).
Результаты работы демонстрировались на 3-х выставках: 16 межрегиональной специализированной выставке с международным участием (25-27.05.2011, Воронеж); 5 Воронежском промышленном форуме: (21-22.03.2012, г. Воронеж); 29 межрегиональной специализированной выставке (5-7.12.2012, г. Воронеж) и награждены 5 дипломами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 5 статей в ведущих научных рецензируемых журналах, получен 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 89 рисунок и 21 таблицу. Список литературы включает 153 наименования, в том числе 37 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 86 страницах.
