Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 7
* 1.1. Выбор объекта исследования и его характеристика 7
1.2. Вакуум-сублимационное обезвоживание пищевых сред
с использованием криогенных жидкостей 17
1.2.1. Техника и технология предварительного
замораживания пищевых сред с использованием
криогенных жидкостей 18
1.2.2. Повышение эффективности процесса
вакуум-сублимационной сушки путем использования
криогенных жидкостей 24
1.3. Задачи исследования 37
Глава 2. Исследование свойств зародышей зерна пшеницы 39
Исследование структурных характеристик зародышей зерна пшеницы 39
Исследование физических характеристик зародышей
зерна пшеницы 53
Определение гранулометрического состава 53
Определение насыпной плотности 54
Определение плотности 55
Определение коэффициента плотности укладки 57
Порозность слоя 58
Определение коэффициента трения 58
Определение угла естественного откоса 60
Исследование форм связи влаги в зародышах зерна пшеницы методом дифференциально-термического анализа 61
Определение теплофизических характеристик-зародышей зерна пшеницы 67
Определение криоскопической температуры и количества вымороженной влаги пшеничных зародышей 74
Определение электрофизических характеристик зародышей зерна пшеницы 78
Разработка новых технических решений для исследований свойств продукта 80
Глава 3. Математическое моделирование процесса вакуум-
сублимационной сушки с использованием СВЧ энергоподвода
и криогенных жидкостей 85
Физическая модель процесса сублимации с использованием СВЧ-энергоподвода и инертного газа 85
Разработка математической модели вакуум-сублимационной сушки 87
Математическая модель источников теплоты 94
Моделирование СВЧ нагрева 94
Моделирование теплоты кристаллизации 97
Моделирование теплоты инертного газа 97
Численный анализ уравнений 98
Анализ и интерпретация машинного эксперимента 100
Результаты модельных экспериментов 102
Глава 4. Экспериментальные исследования вакуум-
сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы с использованием
криогенных жидкостей 104
Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов 104
Исследование процесса замораживания зародышей зерна пшеницы с применением криогенных жидкостей 107
Изучение кинетики процесса вакуум-сублимациопной сушки зародышей зерна пшеницы 110
Исследование процесса сушки с использованием различных способов замораживания 111
Влияние мощности СВЧ излучения на продолжительность сублимационного излучения 114
Влияние толщины слоя на продолжительность вакуум-сул им ацион ной сушки 116
4 4.3.4. Использование конвективного подвода энергии к продукту инертным газом в процессе вакуум-сублимационной сушки..118 4.4. Проверка адекватности разработанной
математической модели .' 121
Глава 5. Практическое применение результатов исследований 123
Разработка технологической схемы переработки зародышей зерна пшеницы с использованием вакуум-сублимационного обезвоживания 123
Разработка машинно-аппаратурного оформления процессов комплексной переработки зародышей зерна пшеницы 125
5.2.1. Способ получения сублимированных пищевых
продуктов и устройство для его осуществления 125
5.2.2. Способ получения целевого компонента
и мембранный массообменный аппарат для экстракции 129
5.2.3. Способ криогенной винтеризации масел
и установка для его осуществления 132
5.3. Разработка схем автоматического регулирования
процессом вакуум-сублимационной сушки с использованием
низкопотенциальных источников теплоты 144
5.3.1. Способ автоматического управления процессом
вакуум-сублимационной сушки с использованием в качестве
теплоносителя хладагента, нагретого в компрессоре
холодильной машины 144
5.3.2. Способ автоматического управления процессом
вакуум-сублимационной сушки по принципу теплового насоса 150
5.4. Разработка системы многоцелевого использования азота
в технологии вакуум-сублимационного обезвоживания зародышей
зерна пшеницы 157
Основные выводы и результаты 160
Список используемой литературы 162
Приложения 173
Введение к работе
Уже более 100 лет ученые, занимающиеся переработкой зерна и вопросами рационального питания, говорят о высокой биологической и пищевой ценности всех частей зерна, т.е. о необходимости пересмотреть существующую концепцию зернопереработки. Реальная возможность более эффективного использования зерна представляется при условии полной переработки всех продуктов мукомольных производств, включая зародыши зерна пшеницы.
Анализ данных состава зерна и его отходов при помоле по биохимическому, витаминному комплексу и ферментативной активности, показывает, что многое из ценного, что дает нам природа в виде зерна, мы отбрасываем в отруби. В России мелькомбинаты, оснащенные оборудованием фирмы «Бюллер», в технологической схеме которого предусмотрело выделение пшеничного зародыша, как одного из ценных продуктов переработки зерна, практически полностью обезличивают его в отруби.
Так как зародыши пшеницы являются наиболее цепным продуктом, содержащим витамины группы В, витамин Е, белки с незаменимыми аминокислотами, липиды, то их использование в качестве ценных пищевых добавок и лечебно-профилактических препаратов является актуальной задачей.
Рациональное использование побочных продуктов мукомольной промышленности наиболее эффективно только при полной комплексной переработке и использованию пшеничных зародышей.
Однако широкое использование пшеничных зародышей сдерживается ввиду их нестойкости при хранении. Первопричиной порчи зародышей пшеницы является действие липазы и липоксигеназы. Под действием липазы зародышей пшеницы идет гидролиз липидов с образованием свободных жирных кислот и дальнейшее интенсивное окисление последних, параллельно при участии липоксигеназы идет глубокий распад гидроперекисей жирных кислот на продукты кислой природы. Это резко снижает качество пшеничных зародышей. В последнее время стабилизации этого ценного продукта мукомольной промышленности уделяется большое внимание; существующие технологии позволяют увеличить срок хранения пшеничных зародышей, однако при этом существенно меняется их биохимический состав. Особенно подобное негативное влияние проявляется при проведении обезвоживания пшеничных зародышей тепловой
конвективной сушкой. Поэтому для их обезвоживания целесообразно использовать осциллирующие режимы сушки или вакуумную сублимацию.
Сублимационное консервирование - одно из наиболее эффективных направления холодильной техники для сохранения пищевых продуктов, биологических материалов и медицинских препаратов. Преимущества этого способа определяются тем, что продукт высушивается в замороженном состоянии путем возгонки (сублимации) льда и позволяет сохранить исходные свойства (вкус, цвет, аромат, консистенция, содержание витаминов и т.д.).
Поэтому в данном свете на первый план выступает один из наиболее качественных видов консервирования пищевых продуктов - вакуум-сублимационная сушка, которая позволяет обеспечить максимальное сохранение большинства первоначальных свойств продуктов в процессе их длительного хранения. Основным препятствием для широкого внедрения сублимационной сушки в пищевую промышленность является сравнительно высокая стоимость получаемых продуктов за счет длительности и энергоемкости процесса. Решение проблем, связанных с устранением перечисленных недостатков, является актуальной задачей.
Как известно характер СВЧ-нагрева позволяет резко интенсифицировать процессы тепло- и массообмена, так как прогрев продукта происходит по всему объему. Сушка является тем процессом, в котором преимущество СВЧ-энергии проявляются наиболее ярко, при этом предпочтение отдается установкам непрерывного действия. Поэтому применение сверхвысокочастотного нагрева для интенсификации процесса вакуум-сублимационной сушки пищевых продуктов является перспективным направлением на пути устранения вышеперечисленных недостатков в совокупности с организацией процесса в непрерывном режиме. Однако интенсивное образование паровой фазы при использовании СВЧ-энергоподвода приводит к негативному эффекту, связанному с несвоевременным удалением молекул испарившейся воды от поверхности сублимации. Поэтому для обеспечения эффективного транспортирования молекул воды из зоны сублимации целесообразно использовать более подвижный инертный газ, который в свою очередь является и дополнительным конвективным энергоподводом.
В связи с этим стоит задача создания технологии переработки зародышей зерна пшеницы использующей вышеназванные интенсифицирующие факторы и которая обеспечила бы сохранность биохимического, витаминного и ферментного состава.
