Введение к работе
Актуальность работы. Гармоничное развитие человеческого сообщества в конечном счете сводится к решению двух основных задач: обеспечение населения водой, полноценными продуктами питания и сохранение окружающей среды. Их решение возможно только на основе организации рационального использования природных сырьевых ресурсов.
Урбанизация современного общества приводит к тому, что в производстве рафинированных продуктов питания человека недооценивается значение минеральных веществ, витаминов и белков, которые могут быть получены в результате переработки казеиновой сыворотки при её баро-мембранном разделении. Развитие баромембранной технологии позволяет выделять компоненты дисперсной фазы сыворотки, в частности белки, в нативном состоянии, открывая тем самым новые возможности не только в производстве продуктов питания, но и организации безотходного производства, обеспечения сохранности окружающей среды.
Вопросам рационального, комплексного использования молочной сыворотки посвящены труды таких известных ученых как Н.Н. Липатов, М.С. Коваленко, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, Н.Н. Липатов (мл), СВ. Василисин, В.Д. Харитонов, М.В. Залашко, В.Е. Жидков, К.К. Полянский, П.Г. Нестеренко, Г.Б. Гаврилов, П.Ф. Крашенинин, Э.Ф. Кравченко, T.Paterson, К.Н. Ridel, Т. Senkevich, W. Zadow, В. Horton и др.
Вместе с тем вопросам переработки казеиновой сыворотки в настоящее время уделяется недостаточно внимания.
Целью диссертационной работы является разработка технологии комплексной переработки казеиновой сыворотки с ультрафильтрационным разделением и определение путей использования получаемых пермеата и ретентата.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи исследований:
обосновать целесообразность переработки казеиновой сыворотки с использованием процесса ультрафильтрации на полимерных мембранах рулонного типа;
вывести математические зависимости, описывающие влияние основных факторов на проницаемость и селективность полимерных мембран при ультрафильтрации казеиновой сыворотки и определить оптимальные параметры процесса;
разработать рекомендации по мойке и регенерации полимерных мембран, используемых для ультрафильтрации казеиновой сыворотки;
определить оптимальные параметры концентрирования и уровня деминерализации ультрафильтрата казеиновой сыворотки, позволяющие осуществить гидролиз лактозы с использованием ферментного препарата отечественного производства;
разработать технологическую схему и утвердить нормативную документацию по переработке казеиновой сыворотки с ультрафильтрационным разделением;
изучить состав и свойства ретентата казеиновой сыворотки и предложить пути его использования в производстве пищевых продуктов;
определить параметры предварительной очистки и обработки пер-меата казеиновой сьшоротки и подобрать технологическое решение по его использованию;
провести оценку экономической, социальной и экологической эффективности разработанной комплексной технологии переработки казеиновой сыворотки.
Научная новизна. Научно обоснована целесообразность комплексной переработки казеиновой сьшоротки с применением процесса ультрафильтрации. Изучены состав, физико-химические свойства и органолептические показатели пермеата и ретентата казеиновой сьшоротки. Определены основные закономерности и получены расчетные зависимости, адекватно описывающие в физических величинах влияние основных внешних факторов на проницаемость и селективность мембран при ультрафильтрации казеиновой сьшоротки на аппаратах с полимерными мембранами рулонного типа. Установлены оптимальные значения рабочего давления, скорости циркуляции, граничные -массовой доли сухих веществ, температуры казеиновой сьшоротки и длительности процесса её ультрафильтрации. Теоретически обоснованы и практически определены параметры концентрирования и электродиализной обработки пермеата казеиновой сьшоротки при использовании фермента кислой грибной лактазы в технологии получения глюкозо-галактозного сиропа.
Практическая значимость работы. Разработана технологическая схема и апробирована технология комплексной переработки казеиновой сыворотки с ультрафильтрационным разделением на аппаратах рулонного типа (СТО 02067965-005-2011 «Технология комплексной переработки казеиновой сыворотки»). Обоснован выбор полимерных мембран рулонного типа для ультрафильтрации казеиновой сыворотки, разработаны рекомендации по их мойке, регенерации и санитарной обработке. Опытно-промышленные выработки глюкозо-галактозного сиропа на основе пермеата и альбуминной пасты на основе ретентата казеиновой сыворотки проведены на МК «Ставропольский».
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на международных региональных научно-практических конференциях: «Инновационные направления в пищевых технологиях» (г. Пятигорск, 2009 г.), «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», «Развитие инновационных направлений в образовании, экономике, технике и технологиях», (г. Ставрополь, 2010 г.) «Современные достижения биотехнологии» (г. Ставрополь, 2011 г.), «Инновационные направления в пищевых технологиях» (г. Пятигорск, 2012 г.), «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (г. Ставрополь, 2012 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 22 печатных работах, включающих 3 издания, рекомендованных ВАК РФ.
Бабенышев, СП. Особенности математического описания потока пермеата молочной сыворотки [Текст] / СП. Бабенышев, П.С. Чернов //Научно-практический много предметный журнал «НаукаПарк». - Ставрополь : ООО Издательский Дом «ТЭСЭРА». - 2011. - № 4(5). - С. 27-30.
Бабенышев, СП. Моделирование процесса мембранной фильтрации [Текст] / СП. Бабенышев, П.С. Чернов // Научно-практический многопредметный журнал «НаукаПарк». - Ставрополь : ООО Издательский Дом «ТЭСЭРА». -2011. -№ 4(5). -С. 31-34.
Бабенышев, СП. Проблема баромембранной переработки молочной сыворотки в контексте производства питьевой воды [Текст] / СП. Бабенышев, И.А. Евдокимов, Чернов П.С. // Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии». Ч. 1. - Ставрополь : НОУ ОНТЦМП, 2011. - С. 27-31.
Бабенышев, СП. Особенности описания потока пермеата творожной сыворотки через нанопористые мембраны [Текст] / СП. Бабенышев, П.С. Чернов, Д.С. Мамай // Техника и технология пищевых производств. -Кемерово: КемТИПП. -2012. -№ 1. -С. 110-115.
Чернов, П.С. Некоторые аспекты моделирования процесса мембранной фильтрации жидких полидисперсных систем [Текст] / СП. Бабенышев, П.С. Чернов, Д.С. Мамай // Научное обозрение. - Саратов : ИД «Наука образования». -2012. -№ 1. -С. 90-94.
Бабенышев, СП. Моделирование процесса мембранной фильтрации жидких систем [Текст] / СП. Бабенышев, П.С. Чернов, Д.С. Мамай // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. -Краснодар : КубГАУ. - 2012. - №76(02).
Чернов, П.С. Использование осредненных характеристик в процессе мембранной фильтрации [Текст] / СП. Бабенышев, П.С. Чернов // Материалы V международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 26-29 марта 2012 г.). -Пятигорск : РИА-КМВ, 2010. - С. 439-443.
20. Чернов, П.С. Исследование моделей мембранного разделения
жидких высокомолекулярных полидисперсных систем [Текст] / СП. Бабе
нышев, П.С. Чернов // Материалы V международной научно-практической
конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пя
тигорск, 26-29 марта 2012 г.). - Пятигорск : РИА-КМВ, 2010. - С. 443-448.
Чернов, П.С. Изучение процесса мембранной фильтрации [Текст] /П.С. Чернов // Материалы I Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук». -Ставрополь : Центр научного знания «Логос», 2012. - С. 53-56.
Чернов, П.С. Исследование закономерностей движения потока пермеата молочной сыворотки [Текст] / П.С. Чернов // Материалы I Международной научно-практической конференции «Достижения и перспективы естественных и технических наук». - Ставрополь : Центр научного знания «Логос», 2012. -С. 56-60.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной и технологической части, выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 156 страницах, включая 25 таблиц и 27 рисунков. Список литературы включает 214 наименований.
