Введение к работе
Актуальность работы. Значительное количество новых научных разработок посвящено концепции сбалансированного питания. Такое питание обеспечивает нормальный рост и развитие человека. Продукты питания влияют на обменные реакции, лежащие в основе функционирования клеток, отдельных органов, всего организма человека. Особое внимание при этом привлекают незаменимые компоненты пищи, витамины и микроэлементы.
Существующие технологии и оборудование для извлечения и концентрирования биологически активных веществ и пищевых добавок из сырья растительного происхождения приводят к заметным негативным изменениям химического состава термолабильных компонентов.
В настоящее время установлено, что использование технологии экстрагирования диоксидом углерода обеспечивает извлечение из растительного сырья практически всего комплекса биологически активных веществ. Однако зачастую СО2-экстракты оказываются достаточно дорогими, а их состав нестабильным, продолжительность процесса извлечения ценных компонентов из сырья довольно длительна. В
то же время необходимо расширять номенклатуру диоксид-углеродных экстрактов за счёт экстрагирования разнообразного растительного сырья с ценным химическим составом.
Существенный вклад в теорию, технологию, разработку процессов и оборудования для получения и применения СО2-экстрактов внесли Б.С. Алаев, Л.Г. Александров, В.Э. Банашек, Р.А. Блягоз, А.А.
Запорожский, В.А. Кармазин, Г.И. Касьянов, Е.П. Кошевой, Б.И.
Леончик, В.А. Ломачинский, Я.С. Мееров, А.В. Пехов, Т.К. Рослякова, Т.И. Тимофеенко, Р.И. Шаззо и др.
Зёрна ячменя, жёлуди и корни цикория являются носителями ценных природных эфиромасличных компонентов, представляющих практический интерес при производстве биологически активных веществ, которые, в свою очередь, достойны широкого применения в различных областях современной пищевой промышленности, медицине и парфюмерном производстве.
Таким образом, актуальным является развитие научных основ процесса СО2-экстрагирования, что позволит повышать эффективность работы экстракционных установок и организовать производство природных экологически чистых эфирных масел высокого качества.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры промышленной энергетики ВГУИТ на 2011 - 2015 гг. «Исследование процессов тепломассообмена, повышение эффективности технологического оборудования и энергоиспользования» (№ гос. регистрации 01.1.302.210.15).
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы является разработка и научное обоснование способа экстрагирования из ячменя, желудей и цикория жидким диоксидом углерода, обеспечивающего высокое качество и максимальный выход экстракта.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- исследовать физико-механические показатели сырья;
- изучить кинетику извлечения экстрактивных веществ из сырья растительного происхождения;
- определить коэффициент диффузии экстрактивных веществ в сырье;
- построить математические модели процесса извлечения экстрактивных веществ из сырья в форме сферы и неограниченной пластины;
- исследовать химический состав СО2-экстрактов и шротов;
- разработать аппаратурно-технологическую схему производства СО2-экстрактов и методику расчёта СО2-экстрактора.
Научная новизна. В процессе проведения исследований установлены следующие результаты и закономерности.
Обоснована эффективность комплексного подхода к решению проблемы экстрагирования из ячменя, желудей и цикория, включающего известные технологические приемы и новые технические решения.
Обобщены полученные результаты по физико-механическим показателям сырья.
Выявлены кинетические закономерности процесса извлечения экстрактивных веществ из сырья растительного происхождения.
Получены универсальные уравнения, позволяющие рассчитать коэффициенты диффузии экстрактивных веществ в материалах различной геометрической формы.
Построены математические модели процесса извлечения экстрактивных веществ из сырья в форме сферы и неограниченной пластины, позволяющие с высокой точностью определить значения концентраций и продолжительность процесса, а также разработать методику инженерного расчёта экстрактора.
Практическая ценность: 1) рациональные технологические параметры процесса экстрагирования из сырья растительного происхождения жидким диоксидом углерода; 2) универсальные уравнения для определения коэффициента диффузии экстрактивных веществ в растительном сырье; 4) комплексное исследование аромата и физико-химических показателей качества СО2-экстрактов с применением современных методов химического анализа; 5) аппаратурно-технологическая схема получения СО2-экстрактов; 6) установка для экстрагирования биологически активных веществ из растительного сырья диоксидом углерода; 7) конструкция экстрактора с перемешиванием дисперсной фазы в псевдоожиженном слое; 8) методика и программа расчёта СО2-экстрактора.
Новизна технических решений защищена 1 патентом РФ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежском государственном университете инженерных технологий (ранее ВГТА) (с 2009 по 2012 гг.); на I всероссийской студенческой научной конференции «Молодежная наука – пищевой промышленности России» (Ставрополь, 2009); на международной научно-практической конференции «Теория и практика суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья» (Краснодар, 2009); на международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности)» (Воронеж, 2009); на IV международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2010); на международной научно-технической интернет-конференции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах» (Воронеж, 2011); на международной научно-технической конференции «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011).
Результаты настоящей работы представлены на конкурсах и выставках и награждены 1 дипломом и 2 золотыми медалями.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 159 наименований, в том числе 23 на иностранных языках.
Похожие диссертации на Разработка и научное обоснование способа экстрагирования из ячменя, желудей и цикория жидким диоксидом углерода
