Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в мире остро ощущается дефицит животного белка, обладающего высокой биологической и пищевой ценностью. Это связано, прежде всего, с отставанием производства белковой пищевой продукции по сравнению с ростом численности населения во всем мире. В РФ дефицит отечественной белковой пищевой продукции обусловлен в первую очередь недостатком сырьевых ресурсов, что выдвигает актуальную проблему разработки ресурсосбережения. По этому показателю молочная промышленность уступает другим пищевым отраслям.
Однако при имеющемся дефиците белка в питании человека имеются дополнительные источники значительного количества животного белка, которые не используются рационально.
Одними из главных таких источников являются вторичные сырьевые ресурсы молочной промышленности, значительную долю среди которых занимает молочная сыворотка (МС), объемы которой увеличиваются с каждым годом. По данным Международной молочной Федерации, в настоящее время до 50 % молочной сыворотки не используется, создавая дополнительную проблему защиты окружающей среды.
Одним из перспективных путей использования этого сырья является производство сывороточно-белковых концентратов (СБК).
Во всем wipe совершенствуются традиционные и создаются новые эффективные способы переработки МС, направленные на возможно более полное извлечение и использование ее белков. Выделение сывороточных белков (депротеинизация) является наиболее ответственным этапом безотходной переработки МС, поскольку на основе денротеинизированной МС может быть выработан ряд разнообразных пищевых продуктов. Изыскиваются новые пути применения выделенных белков в различных отраслях пищевой промышленности, что позволяет" улучшить биологические и вкусовые достоинства продуктов при одновременной экономии дефицитного пищевого сырья. Депротеинизация МС открывает разнообразные пути ее дальнейшей переработки.
В промышленности в настоящее время более широкое распространение получили способы выделения белков, основанные на их коагуляции, способы выделения с применением мембранной техники и сорбционные способы (в основном используются для получения отдельных фракций белков, обладающих высокой биологической активностью). Первые хотя и позволяют выделять белки только в денатурированном состоянии, но имеют ряд достоинств, определяющих их предпочтительное применение, т.к. они:
позволяют совместить тепловую коагуляцию белков с дезодорацией и пастеризацией (стерилизацией) МС, что упрощает последующую переработку депротеинизированной МС в пищевые продукты;
получаемые концентраты еывороточно-белкового коагулята (КСБК) могут быть использованы в качестве полноценной белковой добавки к традиционным молочным продуктам и кормам;
не требуют сложного и дорогостоящего оборудования и больших затрат на его обслуживание, что обусловливает низкие текущие затраты на выделение белка.
Среди способов, основанных на коагуляции белков, наиболее широко применяются способы основанные на тепловой коагуляции. Однако их техническая реализация неудовлетворительна, отсутствуют математические описания кинетики этих процессов. Эффективность процессов тепловой коагуляции МС существенно
возрастает при переходе на поточный метод тепловой обработки, который позволяет существенно снизить энергозатраты за счет рекуперации теплоты и стоимость оборудования за счет уменьшения его габаритов. Экспериментальные данные при исследовании процессов тепловой коагуляции в большинстве случаев получены в периодических условиях и могут применяться ограничено для описания процессов, протекающих непрерывно. Все это сдерживает разработку высокоэффективного оборудования для коагуляции сывороточных белков в МС.
Цель исследования состоит в повышении эффективности выработки концентратов из коагулятов белков творожной сыворотки (ТС) путем исследования процесса высокотемпературной тепловой коагуляции в проточном пароконтактном аппарате, изучения свойств коагулята и режима выделения белкового концентрата из тарельчатой центрифуги.
Для достижения поставленной цели с учетом анализа имеющейся информации необходимо:
- создать полупроизводственную экспериментальную лароконтактную
установку для высокотемпературной тепловой коагуляции белков ТС;
провести экспериментальные исследования процесса тепловой коагуляции ТС на проточной установке;
на основе экспериментальных данных получить зависимости, описывающие кинетику процесса тепловой коагуляции белков ТС;
изучить свойства коагулята белков ТС;
провести теоретический анализ процесса тепловой коагуляции белков ТС;
. разработать методику расчета производственной установки;
изучить режим центробежного осаждения сывороточно-белкового коагулята;
изучить качественные характеристики выработанной молочной продукции с добавками КСБК;
определить состав технологического оборудования участка переработки ТС;
произвести расчет экономической эффективности использования КСБК для выработки молочной продукции,
определить пути использования КСБК.
Научная новизна. Получена опытная кинетическая закономерность полноты тепловой коагуляции белков ТС при изоэлектрическом значении рН в зависимости от интенсивности и продолжительности теплового воздействия в условиях проточного пароконтактного нагрева. На основе математического анализа процесса с использованием фундаментальных законов физической и коллоидной химии, макро- и микрокинетики, балансовых соотношений разработана его математическая модель, с помощью которой может быть вычислена полнота коагуляции, а также дисперсный состав коагулята в зависимости от параметров тепловой обработки ТС, Обработкой данных опытов получены значения констант уравнений математической модели.
Установлен предпочтительный температурный режим тепловой обработки.
Практическая ценность работы состоит в разработке аппарата для проточной тепловой коагуляции белков, а также методики его расчета.
Получен, оптимальный режим выделения КСБК на тарельчатой центрифуге с периодической выгрузкой осадка.
Реализация результатов работы. На основе полученных результатов
разработана и изготовлена пилотная установка для проточной тепловой коагуляции белков ТС, которая входит в состав участка по депротеинизации ТС. Проведенные заводские испытания подтвердили основные результаты, полученные в лабораторных условиях. На основании полученных результатов апробирована опытно-технологическая участок по получению концентрата сывороточно-белкового коагулята (КСБК). Акты испытаний прилагаются.
Результаты исследования будут использованы s соответствии с планом реализации научно-технической программы ОАО "ОМЗ" по комплексной переработке ТС.
Брошюра "Выделение белков из молочной сыворотки" [1] используется в учебном процессе при изучении раздела "Процессы пищевой биотехнологии" курса "Процессы и аппараты пищевых прошводств". Математическая модель процесса тепловой коагуляции будет использована при разработке учебного пособия по данному разделу курса.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и опубликованы на третьей международной научно-технической конференции "Пища, экология, человек".
Диссертационная работа рассмотрена на расширенном заседании кафедры ТОПО.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы. Получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста (98 страниц основного материала), содержит 20 рисунков, список литературы из 94 наименований и 8 приложений на 40 страницах.