Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор литературы 7
1.1 Роль функциональных пищевых продуктов в питании человека 7
1.2 Применение цикория для создания изделий функционального назначения 9
1.2.1 Характеристика и биологические особенности цикория 9
1.2.2 Способы получения полуфабрикатов на основе цикория 15
1.2.3 Применение цикорных полуфабрикатов для кондитерских изделий и напитков 21
1.3 Существующие способы получения пищевых порошкообразных полуфабрикатов для кондитерских изделий и напитков 23
1.4 Способы обогащения пастило-мармеладных изделий 28
1.5 Основные направления создания порошкообразных напитков 31
Заключение 35
Глава 2 Материалы и методы исследований 38
2.1 Объекты исследований 38
2.2 Методы исследований 38
2.3 Экспериментальные установки 45
2.3.1 Экспериментальная распылительная сушилка 45
2.3.2 Установка для определения гигроскопических свойств порошков 47
2.4 Методики получения кондитерских изделий и напитков с
использованием цикорных полуфабрикатов 49
2.4.1 Методика приготовления мармелада с использованием фруктозосодержащего цикорного пюре 49
2.4.2 Методика приготовления кваса брожения с использованием порошкообразного цикорного полуфабриката 50
2.5 Математическая обработка экспериментальных данных 50
Глава 3 Разработка технологии получения фруктозосодержащего цикорного гяоре 52
3.1 Подготовка корнеплодов цикория к переработке 52
3.2 Изучение процесса кислотного гидролиза цикорного пюре 53
3.2.1 Исследование влияния некоторых технологических параметров на кислотный гидролиз полифруктанов цикория 53
3.2.2 Исследование фракционного состава углеводов в процессе гидролиза 58
3.2.3 Оптимизация параметров кислотного гидролиза цикорного пюре 63
3.3 Изучение свойств цикорного пюре 68
3.3.1 Исследование органолептических и физико-химических показателей гидролизованного цикорного пюре 68
3.3.2 Изучение антиоксидантной активности цикорного пюре 68
3.3.2 Изучение структурно-механических свойств пюре 70
3.4 Разработка машинно-аппаратурной схемы получения фруктозосодержащего цикорного пюре 75
Выводы и рекомендации 78
Глава 4 Разработка технологии получения поропжообразных полуфабрикатов на основе цикория 79
4.1 Подготовка полуфабрикатов на основе цикория к сушке распылением 79
4.2 Подбор технологических режимов сушки фруктозосодержащих цикорных полуфабрикатов 87
4.2.1 Исследование влияния некоторых технологических параметров на сушку полуфабрикатов цикория 87
4.2.2 Определение оптимальных параметров сушки композитных смесей на основе цикория 90
4.3 Изучение свойств порошкообразных цикорных полуфабрикатов . 96
Выводы и рекомендации 102
Глава 5 Применение полуфабрикатов на основе цикория для кондитерских изделий и напитков 104
5.1 Разработка технологии получения мармелада на основе фруктозосодержащего цикорного пюре 104
5.1.1 Выбор технологических режимов приготовления диабетического мармелада с использованием фруктозосодержащего цикорного пюре 104
5.1.2 Исследование органолептических и физико-химических свойств мармелада, полученного на основе фруктозосодержащего цикорного пюре 107
5.1.3 Изучение структурно-механических свойств мармелада, полученного на основе гидролизованного цикорного пюре 112
5.1.4 Исследование свойств мармелада на основе фруктозосодержащего цикорного пюре в процессе хранения 116
5.3'Разработка сухих смесей на основе порошкообразного цикорного полуфабриката для получения кваса брожения 118
5.3.1 Изучения влияния порошкообразного цикорного полуфабриката на продолжительность брожения кваса 118
5.3.2 Оптимизация состава композитной порошкообразной смеси на основе порошкообразного цикорного полуфабриката для получения кваса брожения 122
5.3.3 Изучения органолептических и физико-химических показателей готового напитка 125
Выводы и рекомендации 126
Выводы .-. 128
Список используемых источников 129
Приложения
- Применение цикория для создания изделий функционального назначения
- Экспериментальная распылительная сушилка
- Исследование влияния некоторых технологических параметров на кислотный гидролиз полифруктанов цикория
- Подбор технологических режимов сушки фруктозосодержащих цикорных полуфабрикатов
Введение к работе
Среди различных факторов, влияющих на организм человека и состояние его здоровья, одним из важнейших является питание. Рациональное питание обеспечивает нормальный рост и развитие организма, способствует поддержанию высокой работоспособности, устойчивости к воздействию различных неблагоприятных факторов окружающей среды, увеличению продолжительности жизни и, что особенно важно, длительности ее активного периода [80].
Насущной проблемой современного рынка пищевых продуктов стал возрастающий спрос предприятий пищевой промышленности на натуральные ингредиенты - как альтернативы различного рода синтетическим добавкам. Это связано с тем, что потребители пищевых продуктов все чаще отдают предпочтение натуральным продуктам с пищевыми добавками (ароматизаторами, красителями, подсластителями и т.п.), также изготовленными на натуральной основе.
Кондитерские изделия представляют собой группу пищевых продуктов широкого ассортимента, значительно различающихся по рецептурному составу, технологии производства и потребительским свойствам. Они пользуются покупательским спросом населения и играют существенную роль в восполнении энергетического баланса человека.
Кондитерские изделия отличаются высокой питательностью и усвояемостью. Ассортимент изделий очень разнообразен и поэтому может удовлетворить практически любые запросы потребителя. Но эти продукты должны не только обеспечивать потребности человека в основных питательных веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные функции, так как основное количество заболеваний сахарным диабетом возникает из-за повышенного потребления сахара, а также недостатка витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и общего нарушения пищевого статуса населения.
Одной из важных задач, стоящих перед кондитерской промышленностью страны, является разработка новых видов изделий с целью совершенствования ассортимента за счет снижения калорийности изделий, сокращения в их составе
сахара и повышения биологической ценности путем ввода в рецептуры фрукто-во-ягодных продуктов, богатых пищевыми волокнами, органическими кислотами, витаминами и микроэлементами [93]. Наиболее перспективные в этом плане нетрадиционные виды сырья - новые виды фруктового и овощного сырья (концентрированные соки, пюре, пасты, порошкообразные полуфабрикаты), вторичные молочные продукты, продукты экструдирования круп и др [ПО, 127].
Перед кондитерской промышленностью стоят задачи снижения материалоемкости производства путем более рационального использования компонентов, особенно дорогостоящих, применение прогрессивных схем переработки сырья, снижающих потери, применение новых видов отечественного сырья, добавок, снижающих сахароемкость и повышающих содержание биологически ценных компонентов в кондитерских изделиях [101]. В связи с этим, очень важным направлением развития пищевой промышленности является производство продуктов питания функционального назначения, в том числе и кондитерских изделий.
В соответствии с положениями Концепции Государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации актуальна и своевременна разработка научно-обоснованных технологий производства фрукто-зосодержащих цикорных полуфабрикатов, обеспечивающей получение кондитерских изделий и напитков с пониженной энергетической ценностью, обогащенных пищевыми волокнами.
Применение цикория для создания изделий функционального назначения
Характеристика и биологические особенности цикория Слово «цикорий», вероятно, получено из египетского слова «Cichorium», которое в различных формах стало названием растения фактически на каждом европейском языке. Цикорий выращивался египтянами как лекарственное растение уже 5000 лет тому назад [88]. Исторические факты свидетельствуют о том, что еще в средние века экстракты из листьев и корней цикория применяли в медицине. Свежий корень использовали для лечения воспаления легких, цирроза печени и желтухи. Сироп цикория считался превосходным слабительным для детей [6].
Жареный корень цикория стал использоваться как заменитель кофе сначала в Америке, затем, около 19-го столетия, пришел в Европу (Франция, Германия, Нидерланды).
Цикорий - травянистое растение из семейства сложноцветных, в культуре двулетнее, в диком виде многолетнее. Во всех органах содержится млечный сок, листья его - от струговидных до зубчатых, нижние - в розетке. Соцветия — корзинки, сидящие в пазухах листьев и на верхушках стебля и его ветвей. Цветки язычковые, голубые, синие, голубовато-розовые и беловатые. Плод — семянка с очень коротким хохолком [68].
Известны девять видов цикория, распространенных в Европе и Северной Африке, как заносные — в Средиземноморье. В России практическое применение нашел главным образом цикорий корневой.
В культуре цикорий корневой размножается семенами. В первый год образуется мясистый корнеплод толщиной 5-8 см, длиной 30-40 см и массой до 800 г. По внешнему виду корнеплоды культурного цикория напоминают белые коренья. Строение корнеплода цикория близко к строению корнеплода моркови. В поперечном разрезе его можно увидеть пробковую ткань (перицикл), толстый слой коры (перидерма), древесину (проводящие сосуды и млечники) [66].
Состав свежих корнеплодов цикория определяет его пищевую ценность и полезные свойства. Содержание веществ, входящих в состав цикория, сильно варьируется в зависимости от сорта, почвенно-климатических условий, агротехники, продолжительности и условий хранения [32].
Важнейшие вещества корнеплодов (углеводы, азотистые вещества, соли минеральных и органических кислот) растворены в основном в свободной воде, составляющей 70-80 % общего количества воды в свежем цикории.
В состав сухих веществ цикория входят водорастворимые и нерастворимые в воде компоненты. Количество сухих веществ играет важную роль при разработке технологических схем переработки цикория и влияет на выход и качество готовой продукции. Наиболее важное значение имеет водорастворимая часть сухих веществ, т.е. собственно экстрактивные вещества (углеводы, азотистые вещества, минеральные вещества, органические кислоты и др.).
На долю углеводов приходится 75-80 % водорастворимых сухих веществ, причем значительную часть (50-58 %) составляет инулин, а остальную — фруктоза, сахароза, глюкоза и пентозы. Наряду с водорастворимыми формами углеводов в цикории содержатся также клетчатка, слизистые вещества (гумми) и другие полисахариды. Инулин практически определяет основную пищевую ценность цикория. Это высокомолекулярный углевод, состоящий из фруктозы и небольшого количества глюкозы. Количество остатков фруктозы, связанных в молекуле инулина гликозидными связями между первым и вторым углеродным атомом, равно приблизительно 34.
Инулин в корнеплодах цикория служит запасным углеводом и может легко подвергаться гидролитическому расщеплению с образованием фруктозы и сахарозы. Гидролиз инулина протекает при прорастании корнеплодов в теплых условиях под действием фермента инулиназы. При этом образовавшиеся моносахариды частично расходуются на дыхательные процессы, и в результате сырье теряет свои технологические качества. В благоприятных условиях хранения энергичный гидролиз инулина под действием инулиназы сопровождается сначала образованием фруктозы, а затем повторным превращением ее в инулин.
Впервые на наличие сахарозы в цикории указал академик Н.М. Сисакян [54]. В корнеплодах сорта Силезский количество сахарозы достигает 4,0-4,3 % (в пересчете на сухие вещества сырья), а сорта Магдебургский — 2,0-3,0 %.
Методом хроматографии было обнаружено, что содержание глюкозы в свежих корнеплодах цикория незначительно: 0,2-0,3 %. Однако следует отметить, что в отличие от сахарозы при хранении корнеплодов цикория при температуре 3-5С в течение 1,5-2 мес содержание глюкозы возрастает до 0,7-0,8 %. Вероятно, это связано с расщеплением сахарозы под действием фермента ин-вертазы [119]. В свежем цикории сорта Ярославский содержится 2,05-2,32 % пентозанов (в пересчете на сухое вещество), сорта Донор — 1,9-2,0 % и сорта Силезский — 2,1-3,0%. Методом жидкостной ионообменной хроматографии на ЛКБ-4101 (Швеция) установлено, что в цикории разных сортов содержится 16 аминокислот, в том числе незаменимые (табл. 1) [119].
Экспериментальная распылительная сушилка
Для сушки пищевых продуктов целесообразно применять сушилки параллельного и смешанного тока распыленных частиц раствора и газа. Поэтому для исследования и получения порошкообразных пищевых полуфабрикатов нами использовалась универсальная лабораторная распылительная сушильная установка (рис.2). Она позволяет осуществить процесс получения качественных мелкодисперсных порошков и пневмотранспортировки продукта до участка выгрузки.
Для подготовки распылительной сушильной установки к работе необходимо выполнить следующие действия. Перед включением рубильника необходимо проверить заземление, открыть шиберную заслонку на вентиляторе 10, закрыть смотровое окно распылительной башни 11, проверить соединение в трубопроводе. Слить конденсат из ресивера компрессора 6, закрутить сливное отверстие.
Включение установки и выход на рабочий режим. В первую очередь включают вытяжной вентилятор 10, проверяют тягу воздуха на фильтре 2. Включают все ТЭНы калорифера 1 и выставляют необходимую мощность теплоподвода на пульте управления 4.
Для распыляемой жидкости включают термостатирование ячейки, выставляя необходимую температуру. Включают компрессор 6. По истечении 10-15 минут (полный прогрев установки) включают подачу сжатого воздуха. Выставляют необходимое давление. Включают перистальтический насос 7 для подачи воды на распыление. Через 5-10 минут корректируют мощность нагрева ТЭНов для создания необходимого температурного режима на входе и выходе распылительной башни. Температура сухих частиц в основном определяется температурой газов на выходе из сушилки.
После установления стабильного режима работы установки дозатор переключается с распыления воды на распыление высушиваемого раствора. В течение процесса сушки термометрами 3 контролируется температура на входе и выходе распылительной башни. Визуально через смотровое окно оценивается качество получаемого порошка. Камера 11 состоит из цилиндрической и конической части. В сушильной камере 11 установлена пневматическая форсунка, которая предназначена для распыления высушиваемого раствора. Продукт подается с помощью перистальтического насоса 7. Сжатый воздух подается компрессором 6. Ввод горячего воздуха - через фильтр 2, калорифер 1 и далее тангенциально по центру сверху камеры 11. Отработанный воздух с продуктом по центру снизу камеры отводится в конический циклон 5 для дополнительной очистки воздуха от мельчайших частиц порошка в контрольную камеру 9 и далее вентилятором 10 выбрасывается в атмосферу.
Перед остановкой работы распылительной сушильной установки необходимо переключить подачу распыляемой жидкости на подачу воды. Через 1-2 минуты выключают перистальтический насос, ТЭНы, через 5-6 минут компрессор, вентилятор 10 и общий рубильник. После охлаждения порошка открывают смотровую башню 11, счищают порошок, находящийся на внутренней поверхности башни. Собранный продукт сразу же упаковывают в герметичные пакеты. На установке были изучены ее технологические возможности, на основании которых был проведен ряд экспериментов. Гигроскопичность — одна из важнейших характеристик пищевых порошкообразных полуфабрикатов. Способность порошками поглощать и удерживать влагу необходимо учитывать при разработке способов их хранения, упаковывания, а также при расчётах рецептур. Для изучения гигроскопических свойств ППП экспрессным методом использовалась экспериментальная установка (рис. 3).
Принцип работы установки основан на том, что сжатый воздух с различным влагосодержанием, создавая псевдоожижение порошкообразных материалов, ускоряет процесс сорбции и десорбции влаги с материалом, что позволяет быстро оценить изотермы сорбции и десорбции.
Включается мембранный компрессор 2, электродвигатель 1. Воздух через ресивер 3 поступает в электронагреватель, а затем через систему трубопроводов в герметичный бокс 5. Далее воздух проходит через силикагелевую башню 14, в которой обезвоживается. После установления необходимой температуры воздуха в системе (терморегулятор 4) и влажности (гигрометр 9) установка с помощью двухходовых кранов 13 переключается на цикл работы без силикагеле-вой башни. Через шлюз 12 внутрь бокса 5 с помощью двух отверстий с резиновыми перчатками 6 на столик 7 закрепляется бюкса с навеской порошка 8 (воздух в системе циркулирует через эту бюксу). Одновременно можно анализировать 8 образцов.
Исследование влияния некоторых технологических параметров на кислотный гидролиз полифруктанов цикория
Исследование влияния некоторых технологических параметров на кислотный гидролиз полифруктанов цикория Гидролиз растительных материалов - это каталитический процесс взаимодействия полисахаридов растительных тканей с водой, проводимый с целью превращения нерастворимых в воде полисахаридов в растворимые монозы [18].
В качестве катализаторов этого процесса могут выступать кислота или фермент, т. е. используют кислотный или ферментативный гидролиз. При выборе катализатора необходимо учитывать технологические особенности переработки цикория в конкретных производствах. Использование ферментных препаратов позволяет осуществить гидролиз наиболее полно вследствие специфичности действия и отсутствия разрушающих конечный продукт факторов, однако их стоимость относительно высока, и их применение сопряжено со значительной затратой времени. Поэтому было принято решение проводить кислотный гидролиз полифруктанов цикория, представленных, главным образом, инулином.
При рассмотрении мезанизма каталитического действия РҐ-катионов, за основу взята электрофильная атака ЬҐ-катионами атома кислорода гликозидной связи в полисахариде. Атом кислорода обладает ярко выраженной электро-фильностью. По данным [45], электроотрицательность атома кислорода гораздо выше (3,5 ед.), чем атома углерода (2,5 ед.). Атом кислорода гликозидной связи будет стягивать электроны от атомов углерода этой связи. Плотность электронного облака у этих атомов низкая, а кислород будет нести отрицательный заряд. Механизм кислотного гидролиза инулина На рис. 4 представлен предполагаемый механизм кислотного гидролиза инулина. Штриховые и пунктирные линии дают представление о перераспределении электронной плотности в гликозидной связи в результате атаки ЬҐ-катионов на атом кислорода. Нуклеофильная атака молекул воды на Сі атом фруктофуранозно-го остатка завершает процесс гидролиза. Уменьшение рН в среде интенсифицирует протонирование атома кислорода гликозидной связи, тем самым углубляя ее деформацию, что приводит к повышению скорости реакции и снижению энергии активации. Однако следует отметить, что повышение концентрации ІҐ-катионов и температуры ведет к разрыву -С-С- связей в образованной p-D-фруктофуранозе, к появлению окрашенных продуктов и увеличению оптической плотности [17, 33].
Гидролиз цикорного пюре проводили в автоклаве. В серии опытов изменяли давление (0.10 - 0.35 МПа) и продолжительность гидролиза (от 0 до 80 минут). Количественным параметром оценки процесса было выбрано содержание редуцирующих веществ в экстракте, которое определяли феррицианидным методом. Качественно гидролизат оценивали по цветности, характеризуемой количеством см3 0.1 моль/дм раствора йода в 100 см воды, сравнение проводили по оптической плотности растворов.
На рис. 5, 6 представлена динамика кислотного гидролиза углеводов цикория в интервале температур 110-142С и рН 3,2-4,8 соответственно. Как видно из рисунков температура и концентрация ЬГ-катионов оказывают значительное влияние на скорость гидролиза. При температуре 110С и рН 4,8 профиль кривых плавный; он характерен для реакции I порядка. При температуре выше 110С и рН до 4,8 каждая из кривых имеет максимум, характеризующий наибольшее содержание фруктозы в гидролизате; чем выше температура и концентрация ГҐ-катионов, тем круче восходящая и нисходящая ветви кривых, тем ниже положение максимума и интенсивнее окраска продукта, что хорошо согласуется с литературными данными [34]. Наибольшее количество редуцирующих веществ получено после 45 минут гидролиза при 127С и рН 4.0. При этом гидролизат имеет светло-коричневый цвет. Содержание РВ в продукте находится в корреляционной зависимости с его цветностью (рис. 7,8): чем выше температура и концентрация ІҐ-катионов, тем интенсивнее возрастает цветность гидролизата. Иными словами, на интенсивность распада фруктозы с образованием продуктов деструкции с хромофорными группами (меланоидины, продукты карамелизации) оказывают влияние как тепловая энергия, так и водородные катионы среды. По-видимому, образование фруктозы и ее разложение под действием жестких физико-химических факторов представляют собой сопряженные процессы: с увеличением концентрации фруктозы в гидролизате растет и скорость ее деструкции. Рис. 5 - Динамика накопления РВ при различных температурах
В процессе приготовления фруктозосодержащего цикорного пюре (ФЦП) на разных стадиях гидролиза был исследован фракционный состав углеводов. Это позволило изучить динамику гидролиза для определения конечной точки процесса. За начальную точку был принят состав экстракта корнеплодов, затем исследовали сок после 20, 40 и 60 мин гидролиза.
Применение гель-хроматографического разделения углеводов с использованием сефадекса для изучения изменения фракционного состава углеводного комплекса цикорного пюре на разных стадиях гидролиза показало его достаточную точность.
Выбор сефадекса для разделения фракций углеводов проводили исходя из минимальной и максимальной молекулярных масс веществ, содержащихся в соке [96]. Минимальной считали молекулярную массу фруктозы — 180 г/моль, максимальной - молекулярную массу инулина (около 5400 г/моль).
Анализ количества редуцирующих веществ в пробах элюатов, полученных при титровании, позволил сделать вывод о том, что при пропускании сока с концентрацией СВ 2-3 % содержание РВ имело значение, обеспечивающее максимальную точность определения. При концентрации СВ сока меньше 2 % значение содержания РВ были ниже интервала, определение в котором может считаться точным, а при концентрации СВ сока больше 3 % происходило засорение колонки.
Для калибровки колонок в качестве свидетелей были использованы инулин, мальтоза и фруктоза. Был определен объём элюата, соответствующий выход этих углеводов. По результатам эксперимента были построены зависимости десятичного логарифма молекулярной массы вещества от объема элюата (рис. 9). Эти данные позволили построить градуировочные графики, по которым можно определить молекулярную массу вещества, которое выйдет в данной пробе элюата и, соответственно, идентифицировать его.
В отцентрифугированных соках из экстракта пюре было определено количество сухих веществ, затем они были разбавлены до содержания СВ 2 %. По 1,5 см3 каждого такого раствора пропускали через колонки, отбор проб соста-вил 3 см . По результатам анализа проб элюата строили графики-хроматограммы (рис. 10), по пикам которых математически определяли содержание каждой фракции в соке.
На рис. 11 показано изменение фракционного состава углеводов цикорного пюре на разных стадиях гидролиза. В начальной точке, экстракте, как и предполагалось, преобладает инулин. Меньшая доля приходится на инулоиды ( продукты не полного гидролиза инулина) и фруктозу, также содержится незначительное количество олигосахаров.
Производные, образующиеся в первом случае, называют ангидридами Сахаров или гликозанами, образующиеся во втором случае - ангидросахарами [36]. Фруктоза при нагревании способна образовывать диангидриды и более сложные продукты конденсации, этим можно объяснить увеличение содержания в соке веществ с молекулярной массой, соответствующей ди- и трисахарам. Так как этот процесс протекает со значительно меньшей скоростью, чем гидролиз инулина и инулоидов, накопление фруктозы заметно превышает ее распад и ан гидридизацию.
Подбор технологических режимов сушки фруктозосодержащих цикорных полуфабрикатов
В процессе сушки материал должен приобрести требуемые стандартом соответствующие характеристики (структурные, органолептические, физико-химические) и в максимально возможной степени сохранить ряд нативных свойств. Поэтому сушка рассматривается не только как теплообменный, но и как технологический процесс, в котором необходимо и формировать и управлять соответствующими технологическими свойствами [15].
В качестве определяющих физико-химических показателей ГЩП были выбраны массовая доля влаги (W, %) и дисперсность порошка (D, мкм).
Для сушки ФЦП использовалась форсунка с диаметром отверстия 0,5 мм. Этот размер выбирался исходя из геометрических размеров сушильной камеры для получения порошка с минимальной дисперсностью.
Количественно сушку можно охарактеризовать производительностью процесса по готовому порошку, которая определяется скоростью подачи продукта в форсунку. Скорость зависит от геометрических размеров капилляра, через которую продукт подаётся в форсунку, производительности насоса и вязкости пюре. Производительность насоса и размер капилляра определяется исходя из общей производительности сушилки, её размеров, поэтому изменение этих параметров не представляется возможным. Поэтому изучалось влияние вязкости на скорость подачи пюре в форсунку. Исходная вязкость цикорного пюре регулировалась только при помощи ферментативной обработке. Изменение температуры полуфабриката не целесообразно, так как это сопряжено со значительными энергетическими затратами.
Влияние вязкости ПЦП на: а - средний размер частиц; б - массовой доли влаги в ПП Вязкость ФЦП также оказывает влияние на качественные показатели сушки. С уменьшением вязкости снижается средняя дисперсность частиц и содержание влаги порошкообразного полуфабриката (рис. 25 а, б). Это объясняется тем, что в результате действия ферментного препарата снижается средний размер частиц пюре, высокомолекулярные некрахмалистые полисахариды гид-ролизуются до низкомолекулярных. Чем меньше исходный размер частиц продукта, тем легче их прогреть, и тем меньше они будут в порошке.
Существенное влияние на физико-химические показатели ПЦП оказывает температура воздуха на входе в форсунку и выходе из сушилки [29]. Чем выше температура, тем меньше влажность конечного порошкообразного полуфабриката (рис. 26). Однако при увеличении температуры на выходе из сушилки более 75 С происходит спекание частиц порошка, в результате чего происходит увеличение их размера (рис. 27).
Определение оптимальных параметров сушки композитных смесей на основе цикория Была поставлена задача - определить оптимальные технологические режимы сушки цикорного полуфабриката для получения порошка, имеющего минимальное содержание влаги и минимальный размер частий; исходя из этого определить оптимальный состав композиционной смеси для сушки распылением и условия ферментативной обработки ФЦП. Для реализации данной задачи применили методы математического моделирования. В качестве независимых факторов были выбраны: вязкость пюре, подача насоса, температура воздуха на входе в сушилку.
Чтобы построить математическую модель, отражающую зависимость содержания влаги у] (%) и дисперсности уг (мкм) от вязкости пюре X, (Па-с), температуры воздуха на входе в сушилку Хз (С), температуры на выходе из су шилки Хз (С) провели центральное композиционное ротатабельное планирование (ЦКРП) [19] (табл. 10, 11).
Анализ коэффициентов при линейных членах уравнения показал, что на содержание влаги в ФЦП наибольшее влияние оказывает температура воздуха на входе в сушилку, а на дисперсность - вязкость исходного полуфабриката. Причем с уменьшением вязкости и подачи насоса и увеличением температуры влажность и дисперсность ПЦП будет снижаться.
Для поиска оптимальных параметров X}, Х2, Х3 задачу оптимизации сформулировали так: необходимо найти значения независимых переменных хі, Х2, х3 и х4, обеспечивающие условный экстремум (минумум) функции отклика );2=/і(хі,Х2,х3), при этом yi=fi(xi,x2,x3) должен быть меньше максимально допустимой влажности и. Значения независимых переменных х/, Х2, х3 при этом не должны выходить за область эксперимента.
Графическая интерпретация уравнений регрессии в координатах: а)Х1-Х2-у,;б)Х,-Хз-у,;в)Х,-Х2-у2;г)Х,-Хз-у2; В результате получены оптимальные значения независимых переменных Xi=-0,216, Х2=-0,423, х3=0,565 при которых достигается минимум функции отклика У2 Переходя от кодированных факторов к натуральным, получили опти-мальные значения вязкости — 16,7 Па-с, подачи насоса — 12 см /мин, температуры на входе в сушилку - 129 С, температуры на выходе - 77 С, при которых содержание влаги в ПЦП составит 5,5%, дисперсность 5,00 мкм.
Для определения оптимальных параметров ферментативной обработки ФЦП воспользуемся симплекс-методом [74]. В качестве независимых переменных, влияющих на процесс, использованы факторы: Xi — продолжительность гидролиза (мин), Х2 - температура (С), Х3 - дозировка фермента (%). В качестве критерия оптимальности у принята вязкость пюре, которая должна быть не больше 16,7 Па-с.
