Введение к работе
Актуальность проблемы. Для реализации государственной политики в области здоровья необходимо производство в широком ассортименте продуктов нового поколения. Это будет способствовать созданию условий для полноценного рациона россиян в соответствии с концепцией сбалансированного питания, укрепления их здоровья и сохранения генофонда нации. Особую роль в обеспечении здорового питания играет молочная промышленность, в которой, наряду с направлениями безотходной переработки и получения отдельных компонентов молочного сырья, развивается перспективное направление синтеза химических производных лактозы, таких, как лактитол, лактобионовая кислота, лактозилкарбамид, лактозосодержащие олигосахариды. Одним из наиболее перспективных производных считается лактулоза, которая с успехом используется в качестве пищевой добавки при создании функциональных продуктов питания и напитков нового поколения. Лактулоза является признанным бифидогенным фактором, способствующим лечению и профилактике желудочно-кишечных заболеваний. Широкое промышленное внедрение этого ценного углевода сдерживается рядом факторов, такими, как сложность и многостадийность технологического процесса, трудность удаления высокоэффективных, но токсичных катализаторов или же невысокие выходы целевого продукта.
Значительный вклад в разработку физико-химических проблем технологии лактозы и лактулозы внесли отечественные и зарубежные ученые: М. С. Коваленко, А. Г. Храмцов, Н. Н. Липатов, К. К. Полянский,
A. Н. Фиалков, В. А. Павлов, А. А. Розанов, О. Н. Яковлева, Э. Ф. Кравченко,
B. Я. Матвиевский, А. И. Гнездилова, И. А. Евдокимов, С. А. Рябцева,
В. L. Herrington, К. Hicks, Т. Mizota и другие. Однако работы в этой области
посвящены в основном частным исследованиям и отсутствуют
систематизированные данные о химических производных лактозы,
характеризующих ее высокую химическую активность, а также сведения об
использовании комплексных высокоэффективных катализаторов в
технологии лактулозы.
Таким образом, анализ реакционной способности молекулы лактозы, систематизация данных о ее химических производных, прогноз возможности применения высокоэффективных катализаторов с целью получения ее производной лактулозы. является проблематичным и актуальным в современных условиях.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являлось проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований по химико-технологическим аспектам получения лактулозы из аномерньж форм лактозы с использованием высокоэффективного катализатора, разработка методов определения лактулозы в многокомпонентных системах, а также использование в различных отраслях пищевой промышленности лактозы и ее производной лактулозы с учетом их медико-биологических свойств.
"мкГи АЦИ ОНАЛ ЫММ І МЬЛИОТЕИА і
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: '
- провести анализ химико-технологических проблем получения и
определения стереоизомерных форм лактозы как сырья для получения
лактулозы;
изучить физико-химические закономерности процесса изомеризации лактозы в лактулозу в присутствии комплексного высокоэффективного катализатора на основе борат-ионов;
обосновать механизм процесса изомеризации в присутствии борат-ионов;
исследовать основные закономерности удаления высокоэффективного катализатора из растворов лактулозы;
разработать принципиальную технологическую схему производства концентратов лактулозы с использованием высокоэффективного катализатора;
изучить состав и свойства полученных концентратов лактулозы;
- провести маркетинговые исследования и определить перспективы
использования лактозы и ее производной лактулозы;
- оценить экономическую эффективность, экологическую безопасность
и социальную значимость разработанной технологии концентратов
лактулозы.
Научная новизна работы. Теоретически обоснованы и экспериментально изучены физико-химические закономерности процесса изомеризации лактозы в лактулозу в щелочных восстановительных средах в присутствии комплексного высокоэффективного катализатора.
Подтверждена гипотеза о возможности получения лактулозы из нетрадиционного лактозосодержащего сырья в технологии безмембранного обратного осмоса.
Экспериментально доказана целесообразность использования метода нейронных сетей для оптимизации технологических режимов процесса изомеризации лактозы в лактулозу.
Впервые предложен механизм процесса изомеризации лактозы в лактулозу с использованием борной кислоты в качестве катализатора и разработана методика определения бора в сиропах лактулозы методом флуориметрии боробензоинового комплекса.
Исследованы кинетические и динамические закономерности удаления высокоэффективного катализатора из углеводсодержащих растворов с использованием ионообменных смол с последующей их регенерацией.
Изучены состав и свойства полученных концентратов лактулозы.
Новизна технических решений подтверждена 11 патентами РФ.
Практическая значимость работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана технология сиропов лактулозы с использованием высокоэффективного комплексного катализатора.
Разработаны методики количественного определения лактулозы в ее концентратах и в молочных продуктах методом газо-жидкостной хроматографии.
Разработаны новые пути использования лактозы и ее производной лактулозы.
Разработаны и утверждены нормативные документации:
-концентрат лактулозы «Лактусан» ТУ 9229-004-43576397-01;
-углеводныймодуль«Алкософт»ТУ-9229-003-43576397-01;
-концентрат лактулозыТУ 9229-008-46162908-2004;
-«ВанилинМС»наосновелактозыТУ9199-006-461623908-01;
- напиток безалкогольный низкокалорийный среднегазированный
«Хрустальный» РЦ9185-001-22010281-98;
- водка особая «Пикет» с добавкой лактозы РЦ 10-6278-98;
-водка особая «Новая русская» с добавкой лактозы ТР 10-04-03-09-88;
- водка особая «45 параллель» с добавкой лактулозы РЦ 10-19691-02.
Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс при
подготовке инженеров-технологов спец. 271100 и 271500.
Апробация работы. Основные результаты работы опубликованы в трудах, доложены и обсуждены на XXIV международном молочном конгрессе (Австралия, 1994); Международных конференциях «Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов детского и геродиетического питания» (Москва, 1997); «Пробиотики, пребиотики, синбиотики и функциональные продукты питания. Современное состояние и перспективы» (Москва, 2004); Международных научно-практических конференциях (Москва, 2001; Волгоград, 2001; Новосибирск, 2002; Ставрополь, 2003; Москва, 2004); Международном семинаре «Пищевая индустрия: интеграция науки и образования» (Ставрополь, 2004); Всероссийской конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 1996, 2002); Всероссийских научно-технических конференциях (УТлич, 1996; Москва, 2001); Всероссийских научно-практических конференциях (Углич, 1992,2000,2002; Адлер, 2002); Региональных научно-практических конференциях (Ставрополь, 1998; Могилев, 2001). ,
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 52 работах, в том числе в 4 монографиях, учебном пособии, 36 статьях. Получено 11 авторских свидетельств и патентов РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 9 глав, выводы, список использованной литературы из 298 наименований и 42 приложений. Работа изложена на 309 страницах, включая 229 страниц основного текста, 26 таблиц и 75 рисунков.
