Введение к работе
Актуальность работы. В общей структуре питания молоко и молочные продукты занимают одно из важнейших мест, и связано это с тем, что молоко является источником хорошо сбалансированных и легкоусвояемых белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов. Однако большинство молочных продуктов обладают относительно небольшим сроком хранения. Это ограничивает возможность обеспечения полноценными молочными продуктами населения, проживающего на огромных территориях России. В связи с этим производство консервов на молочной основе и сливочного масла, обладающих значительными сроками годности, решает важнейшую социальную задачу. В России ежегодный объем производства сгущенных молочных консервов составляет более 800 миллионов условных банок, сливочного масла около 206 тыс. тонн. Практически с начала создания службы Государственного резерва в начале тридцатых годов прошлого столетия и до настоящего времени из всего обширного ассортимента молочных продуктов только два вида включены в номенклатуру Госрезерва-это сгущенные молочные консервы с сахаром и сливочное масло, и производство их имеет стратегическое значение, обеспечивает продовольственную независимость, являясь одной из составляющих экономической безопасности страны, отсюда и повышенные требования к качеству этих продуктов.
Одной из важнейших технологических операций, определяющих качество сгущённых молочных консервов с сахаром и их хранимоустойчивость, является процесс кристаллизации лактозы, требующий значительных энергозатрат, больших производственных площадей и металлоёмкого оборудования. С увеличением объёмов производства молокосодержащих консервов с сахаром в значительной степени повышается актуальность исследований, направленных на интенсификацию процессов кристаллизации лактозы и создания новых способов и аппаратурного оформления для улучшения качества готового продукта и снижения затрат при его производстве.
В настоящее время значительную долю рынка занимают молокосодержа- щие консервы общего назначения, в которых молочный жир частично (не более 50%) замещён жирами немолочного происхождения. Аналогичная тенденция наблюдается и на рынке сливочного масла. В связи с этим разработка новых технологических процессов и их аппаратурного оформления для выработки молочных и молокосодержащих продуктов является весьма актуальной задачей.
Целью настоящей работы является развитие теоретических основ процессов кристаллизации, создание поточных энерго и ресурсосберегающих способов кристаллизации лактозы и молочного жира и практическая реализация этих способов в аппаратурно-технологических схемах производства.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и последовательно реализованы следующие задачи:
-провести анализ теоретических положений кристаллизации и определить направления интенсификации процесса;
-теоретически обосновать возможность поточной кристаллизации лактозы в лактозосодержащих продуктах при охлаждении в пластинчатом скребковом теплообменнике;
-разработать конструкцию пластинчатого скребкового теплообменника и исследовать процесс кристаллизации лактозы при производстве лактозосо- держащих продуктов;
разработать способ поточной кристаллизации лактозы в молочных и мо- локосодержащих консервах с сахаром при охлаждении в пластинчатом скребковом теплообменнике;
проанализировать кинетику распыливания и кристаллообразования при впрыскивании перегретого лактозосодержащего продукта в вакуум-камеру;
провести теоретические исследования образования кристаллов лактозы в замкнутом объёме капли лактозосодержащего продукта при распыливании его в вакуум-камере;
разработать способ поточной вакуум-кристаллизации лактозы в лактозосодержащих продуктах;
разработать комбинированный способ производства сливочного масла, основанный на кристаллизации молочного жира при контактом охлаждении высокожирных сливок;
разработать промышленные технологические схемы и их аппаратурное оформление для реализации поточных способов кристаллизации лактозы и молочного жира в производственных условиях.
Научная новизна:
сформулированы принципы и выработана концепция поточных способов кристаллизации лактозы и молочного жира;
теоретически обоснована возможность интенсификации процесса кристаллизации лактозы при охлаждении локтозосодержащих продуктов в потоке;
-выявлены закономерности истечения сгущённого молока с сахаром через струйный смеситель при впрыскивании в поток взвеси затравки;
-доказана возможность направленного терморегулирования прошедшей предварительную кристаллизацию сгущенной сыворотки перед подачей её на сушку без значительного изменения гранулометрического состава кристаллов лактозы;
проведён теоретический анализ кристаллизации лактозы в лактозосо- держащих продуктах при впрыскивании в вакуум-камеру;
выявлена кинетика кристаллизации лактозы в замкнутом объеме капли лактозосодержащего продукта при интенсивном гидродинамическом воздействии;
установлены зависимости образования масляных зерен при контактном охлаждении высокожирных сливок от изменения тепловых и гидродинамических параметров проведения процесса маслообразования.
Практическая значимость и реализация результатов:
разработан способ поточной кристаллизации лактозы в лактозосодержа- щих продуктах при охлаждении в пластинчатом скребковом теплообменнике;
разработан способ поточной вакуум-кристаллизации лактозы в лактозо- содержащих продуктах при впрыскивании в вакуум-камеру;
разработан способ производства сливочного масла при контактном охлаждении высокожирных сливок;
разработаны и реализованы технологические схемы и аппаратурное оформление для поточной кристаллизации лактозы в производстве сгущенного молока с сахаром (внедрены в производство установки марки А1-ООЧ производительностью 2500 и 5000 кг/ч);
разработаны и реализованы технологические схемы и аппаратурное оформление для поточной кристаллизации лактозы при распыливании сгущенного молока с сахаром или сгущенной сыворотки в вакууме (внедрена в производство установка марки А1-ОСМ-10 производительностью 10000 кг/ч);
разработаны и реализованы технологические схемы и аппаратурное оформление для производства сливочного масла при контактном охлаждении высокожирных сливок (внедрена в производство установка марки А1-ОМН-1,0 производительностью 1000 кг/ч);
Основные положения, выносимые на защиту:
основные положения, принципы и концепция интенсификации процессов кристаллизации в технологиях производства молочных продуктов;
теоретические и практические аспекты поточной кристаллизации лактозы в сгущенных молочных и молокосодержащих консервах;
аналитические исследования зародышеобразования кристаллов лактозы в замкнутом объеме капли при интенсивном гидродинамическом воздействии;
особенности поточной кристаллизации лактозы в сгущенной сыворотке и насыщенных растворах лактозного сиропа.
основные закономерности и гидродинамика процесса образования масляных зерен при контактном охлаждении высокожирных сливок;
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и получили одобрение на конференциях и семинарах различного уровня: Международная научно-практическая конференция «Современные достижения биотехнологии», (Ставрополь, 2011г.); Научно-практическая конференция «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности» (Воронеж, 2010г.); II Международная научно-практическая конференция «Новое в технологии и технике пищевых производств» (Воронеж, 2010г.); Научно-практический семинар "Реальные мембранные нано-технологии в молочной промышленности" (Ставрополь, 2009г.); Научно-практическая конференция "Актуальные проблемы развития технологии производства продуктов питания" (Воронеж, 2008г);Российская конференция с международным участием "Ионный перенос в органических и неорганических мембранах" (Туапсе, 2008г.); Всероссийская научно-практическая конференция "Функциональные молочные продукты - залог здоровья нации" (Адлер, 2007г.); Научно- практическая конференция "Современные аспекты молочного дела в России" (Вологда, 2007г.); Международный научно-практический семинар "Современные направления переработки сыворотки" (Ставрополь, 2006г.); Международный научно-практический семинар "Алгоритм повышения конкурентоспособности молочных продуктов - союз науки и практики" (Минск, 2005г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 55 печатных работ, в том числе: 2 монографии, 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 30 - в научных трудах институтов, материалах научных чтений, семинаров, конференций и специализированных журналах; получено 8 авторских свидетельств и патентов.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, анализа состояния проблемы, методологии исследований, результатов теоретических и экспериментальных исследований, реализации промышленных аппаратурно- технологических схем, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 292 страницах текста, содержит: 76 таблиц, 99 рисунков, 365 литературных источников.
