Введение к работе
Актуальность работы. Для нормальной жизнедеятельности человека огромное значение имеет система питания, создающая необходимые предпосылки для оптимального развития организма, поддержания его работоспособности, обеспечения долголетия. Вследствие неправильного питания нарушаются многие процессы в организме, и появляются разного рода заболевания.
В последнее время одним из достижений является разработка концепции «функционального питания». К продуктам функционального питания относятся продукты с заданными свойствами, обогащенные пищевыми веществами и микронутриентами. Основная цель этих продуктов - поддержание и восстановление нормальной жизнедеятельности организма человека.
Инулин - полисахарид на основе фруктозы - содержится в различных органах широко известных лекарственных и пищевых растений, таких как топинамбур, цикорий, девясил, одуванчик, лопух и т.д.
Обладающий целым комплексом уникальных целебных свойств, является ценнейшим и перспективнеишим продуктом диетического и лечебного назначения. Ценность - инулина в его поистине фундаментальном влиянии на обмен веществ. Дело в том, что инулин оказывает благотворное влияние в течение всего времени нахождения в организме человека, начиная от попадания в желудок и заканчивая выделением.
Столь значительное нормализующее воздействие инулина на систему иммунитета во многом объясняет широчайший спектр заболеваний, при которых применение инулина в качестве компонента лечебного питания дает положительные результаты. Кроме заболеваний эндокринной, сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, получены клинические и экспериментальные подтверждения эффективности и целесообразности использования инулина при многих состояниях.
В связи с наличием неустойчивых форм в жидкостях при длительных сроках хранения для обеспечения качества наиболее целесообразным является использование щадящих режимов обезвоживания, а именно применение прогрессивного метода консервирования термолабильных материалов - вакуум-сублимационной сушки, которая позволяет обеспечить максимальное сохранение большинства нативных свойств пищевых продуктов, биологических материалов и медицинских препаратов в процессе их длительного хранения. Преимущества этого способа определяются тем, что продукт высушивается в замороженном состоянии путем возгонки (сублимации) льда и позволяет сохранить исходные свойства (аромат, содержание витаминов и т.д.).
Процесс вакуум-сублимационной сушки исследовали такие отечественные ученые как Э. И. Гуйго, А. С. Гинзбург, А. А. Гухман, М. И. Верба, Э. И. Каухчешвили, Б. П. Камовников, Е. А. Ермакова, Б. М. Ля-ховицкий, А. 3. Волынец, П. А. Новиков и другие.
Основным препятствием для широкого внедрения сублимационной сушки в пищевую промышленность является сравнительно высокая стоимость получаемых продуктов за счет длительности и энергоемкости процесса. Поэтому, решение проблем, связанных с устранением перечисленных недостатков является на сегодняшний день актуальным.
Сокращение затрат на процесс вакуум-сублимационного обезвоживания достигается за счет использования низкопотенциальных источников энергии, таких как собственная теплота продукта; теплота хладагента, нагретого в компрессоре холодильной машины; теплота возвращаемых в зону сублимации носителей; теплота инертных газов, а также их комбинирование с учетом состояния и развития раздела фаз в продукте.
Использование данных источников энергии позволит значительно сократить энергозатраты и увеличить эффективность вакуум-сублимационной сушки экстрактов растительного происхождения, что является перспективным направлением на пути устранения вышеперечисленных недостатков в совокупности с организацией процесса в непрерывном режиме.
Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры МАПП по теме «Разработка способа вакуум-сублимационной сушки инулина в установке с термоэлектрическими модулями» (№ государственной регистрации 01970008818).
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса вакуум-сублимационной сушки инулина с использованием термоэлектрических модулей, снижение энергозатрат на процесс сушки.
На основании проведенного литературного и патентного анализа в соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
экспериментальное исследование свойств инулина как объекта сушки;
исследование процесса замораживания продукта;
исследование кинетических закономерностей процесса вакуум-сублимационной сушки инулина;
- разработка методики инженерного расчета процесса вакуум-
сублимационной сушки с использованием термоэлектрических моду
лей;
- разработка энергосберегающего способа вакуум-
сублимационной сушки инулина и устройства для его осуществления;
анализ энергетической эффективности применения термоэлектрических модулей в вакуум — сублимационной сушилке;
исследование качественных показателей сухого продукта;
оценка экономической целесообразности применения вакуум-сублимационной сушильной установки непрерывного действия с использованием термоэлектрических модулей.
Научная новизна. Определена зависимость криоскопической температуры от концентрации сухих веществ в исследуемом продукте, а также определено количество вымороженной влаги.
Изучено влияние концентрации сухих веществ инулина на изменение его реологических свойств.
Определена антиоксидантная активность инулина с различным содержанием сухих веществ.
Исследовано влияние влажности и температуры инулина на изменение его теплофизических свойств.
Установлены кинетические закономерности процесса вакуум-сублимационного обезвоживания инулина при различных условиях проведения процесса. Установлено влияние различных факторов на кинетику процесса сушки. Проведено исследование качественных показателей инулина, полученного способом вакуум - сублимационной сушки с использованием термоэлектрических модулей.
Разработана методика инженерного расчета процесса вакуум -сублимационного обезвоживания инулина с использованием термоэлектрических модулей.
Практическая значимость работы. На основании комплекса исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, доказана целесообразность применения вакуум - сублимационной сушки инулина с использованием термоэлектрических модулей.
Определены качественные показатели готового продукта и проведена его санитарно-токсикологическая оценка.
Разработаны конструкции вакуум — сублимационных сушилок, способы вакуум-сублимационного обезвоживания и получения продуктов по заданным свойствам, а также способы автоматического управления процессом.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ №2395768, №99859.
Разработан бизнес — план инновационного проекта, который позволяет оценить эффективность предлагаемого способа вакуум-сублимационной сушки и устройства для ее осуществления при внедре-
ний в производство.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2003 по 2010 гг.).
Результаты работы экспонировались на Всероссийских и Межрегиональных специализированных выставках, форумах, конгрессах, ярмарках: I, II, III Воронежские промышленные форумы 2008 - 2010 гг.; I, II Воронежские агропромышленные форумы 2009 - 2010 гг.; «Продторг» 2003 - 2008 гг., г. Воронеж; «Агропром» г. Воронеж 2008 - 2010 гг.; бьши отмечены 6 дипломами, в том числе 1 золотой медалью.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных для опубликования ВАК, 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 17 таблиц. Список литературы включает 105 наименований.
