Введение к работе
Актуальность проблемы. Гармоничное развитие человеческого сообщества и отдельных государств, в конечном счете, связано с решением следующих основных внутренних проблем: обеспечение населения полноценными продуктами питания и водой, поддержание баланса между безопасностью проживания и сохранением окружающей среды. Постоянный прирост народонаселения обуславливает необходимость организации рационального использования природных ресурсов. Но по данным мировой статистики в настоящее время только 7-12% исходного сырья преобразуется в конечный продукт, а остальное на разных стадиях производства и потребления переходит в так называемые отходы. С точки зрения современной науки молочная сыворотка представляет собой вторичные сырьевые ресурсы, глубокая переработка которых на основе мембранной технологии может значительно повысить выход готовой продукции и, соответственно, снизить долю выбросов в окружающую среду.
Комплексному использованию сыворотки для производства молочного сахара, белковых концентратов и других ценных продуктов посвящены труды известных ученых: А.Г. Храмцова, П.Г. Нестеренко, И.А. Евдокимова, В.Е. Жидкова, С.А. Рябцевой, СВ. Василисина и многих других.
Курс правительства на развитие социальной сферы, повышение уровня общего образования людей привели к тому, что в настоящее время значительная часть населения нашей страны отдает предпочтение здоровому образу жизни и рациональному питанию, что косвенно подтверждается ростом потребления кисломолочных продуктов. Но одним из негативных последствий мирового экономического кризиса является удорожание молочного сырья, а если учесть, что в сыворотку переходит более 50 % сухих веществ, то вопрос глубокой ее переработки на основе мембранной технологии становится особенно актуальным.
Целью диссертационной работы является разработка технологии и процесса ультрафильтрационного разделения творожной сыворотки и реко-
4 мендаций по использованию ретентата и пермеата.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить физико-химические характеристики творожной сыворотки, как объекта ультрафильтрации на керамических мембранах трубчатого типа.
Определить влияние основных факторов (давление АР, скорость потока V, температура / и продолжительность процесса т) на проницаемость Q и селективность х керамических мембран трубчатого типа при ультрафильтрации творожной сыворотки.
Разработать конструкцию, изготовить полупромышленную ультрафильтрационную установку и провести экспериментальное исследование процесса ультрафильтрации творожной сыворотки.
Получить расчетные зависимости, описывающие процесс ультрафильтрации творожной сыворотки через керамические мембраны трубчатого типа.
Разработать способ повышения эффективности процесса ультрафильтрации творожной сыворотки через керамические мембраны трубчатого типа и определить рациональные режимы проведения процесса.
Разработать рекомендации по совершенствованию технологического процесса переработки творожной сыворотки на основе применения ультрафильтрационных установок с керамическими мембранами трубчатого типа.
Разработать технологию переработки творожной сыворотки с применением процесса ее ультрафильтрации на аппаратах с керамическими мембранами трубчатого типа.
Определить перспективные направления использования ретентата и пермеата творожной сыворотки.
Научная новизна
Научно обоснована целесообразность ультрафильтрации творожной сыворотки через керамические мембраны трубчатого типа. Получена математическая модель, адекватно описывающая зависимости проницаемости и селективности керамических мембран трубчатого типа от основных параметров
5 процесса при ультрафильтрации творожной сыворотки. Предложена методика определения эффективности работы ультрафильтрационного аппарата. Обоснованы основные пути глубокой переработки творожной сыворотки путем поэтапной стандартизации сырья. Разработаны организационные принципы технологии комплексной переработки творожной сыворотки с применением ее ультрафильтрационного разделения на аппаратах с керамическими мембранами трубчатого типа.
Практическая значимость
По результатам проведенных исследований:
обоснован выбор типа мембран для разделения творожной сыворотки;
определены оптимальные параметры ультрафильтрации творожной сыворотки на аппаратах с керамическими мембранами трубчатого типа;
разработан способ повышения эффективности процесса ультрафильтрации творожной сыворотки через керамические мембраны трубчатого типа и определены рациональные режимы проведения процесса;
разработан метод инженерного расчета эффективности работы ультафильт-рационного аппарата с керамическими мембранами трубчатого типа;
разработаны технология и техническая документация на ТУ 9229-002-00437062-2008 «Сыворотка молочная «Экстра», заключающаяся в ее поэтапной стандартизации. Опытно-промышленная апробация технологии осуществлена на ОАО Молочный комбинат «Ставропольский» и НИИ ООО «БЕРТА» (Ставропольский край).
определены основные направления использования ретентата и пермеата творожной сыворотки для производства готовой продукции.
Новизна технических решений представлена в патенте РФ № 2332252.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Ионный транспорт в органических и неорганических мембранах» (г. Краснодар, 2009); на научно-технических конференциях СтГАУ: Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники», Сборник материалов
6 68-69 - ой научно-практической конференции; Современные вопросы механизации и электрификации сельского хозяйства; Молодые аграрии Ставрополья; Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК (г. Ставрополь, 2003-2008). Материалы диссертации используются в учебном процессе подготовки специалистов факультета прикладной биотехнологии СевКавГТУ.
Автором получен диплом VI Московского международного салона инноваций и инвестиций «Международный фонд биотехнологий им. Академика И.Н. Блохиной» в 2006 г.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 10 публикациях, включающих 2 издания, рекомендованных ВАК РФ, а также в 1 патенте РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и приложений. Так же включает в себя аналитический обзор, методическую часть, анализ результатов собственных исследований, выводов и списка использованных литературных источников. Основной текст изложен на 140 страницах, содержит 9 таблиц и 35 рисунков. Список литературы насчитывает 137 наименований, в том числе 11 иностранных источников.
