Научное обеспечение процесса двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных смесей и разработка оборудования для его реализации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Трушечкин, Алексей Викторович

• Трушечкин, Алексей Викторович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Трушечкин, Алексей Викторович

Введение.

Глава 1. Анализ состояния современного производства пюреобразных концентратов.

1.1 Анализ овощного сырья как объекта исследования.

1.2. Обзор современного оборудования для концентрирования плодоовощного сырья.

1.3. Обзор современных технологических линий для концентрирования плодоовощного сырья.

1.4. Анализ математических моделей процесса выпаривания.

1.5. Анализ литературного обзора, формулировка цели и основных задач исследования.

Глава 2. Экспериментальные исследования овощного сырья как объекта изучения.

2.1. Оптимизация рецептуры поликомпонентных овощных пюре.

2.2. Экспериментальное исследование характера изменения динамической вязкости поликомпонентных овощных пюре.

2.3. Определение теплофизических характеристик поликомпонентных овощных пюре.

2.4. Определение влажности поликомпонентных овощных пюре.

Глава 3. Экспериментальные исследования кинетики процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре.

3.1. Экспериментальная установка и методика проведения исследований.

3.2. Исследование кинетики процесса концентрирования поликомпонентных овощных пюре.

3.3. Анализ изменения интенсивности выпаривания влаги в процессе вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре.

3.4. Анализ второй стадии процесса вакуум-выпаривания.

Глава 4. Математическое моделирование процесса двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных смесей.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Первая стадия.

4.3. Вторая стадия.

Глава 5. Исследование показателей качества поликомпонентных овощных пюре.

5.1. Анализ аминокислотного состава поликомпонентных овощных пюре.

5.2. Анализ антиоксидантной активности поликомпонентных овощных пюре.

5.3. Исследование химического состава и определение безопасности свежего и концентрированного поликомпонентных овощных пюре.

Глава 6. Разработка способов производства овощной икры, грибной солянки и оборудования для реализации процесса вакуум-выпаривания.

6.1. Разработка способа производства овощной икры.

6.2. Разработка способа производства грибной солянки.

6.3. Разработка конструкции дробилки.

6.4. Коаксиальный выпарной аппарат.

6.5. Каскадный вакуум-выпарной аппарат.

6.6. Линия производства овощных консервов.

6.7. Технико-экономические расчеты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обеспечение процесса двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных смесей и разработка оборудования для его реализации»

В настоящее время особую актуальность приобретает разработка новых продуктов питания с повышенным содержанием полезных компонентов. Данное явление связано с недостаточной обеспеченностью населения жизненно важными нутриентами (минеральные вещества, витамины, пищевые волокна и т.д.). Дефицит нутриентов наблюдается у всех слоев общества как развивающихся, так и развитых стран. К таким продуктам относятся пищевые продукты, входящие в ежедневный рацион. Они позволяют сохранить и улучшить здоровье и снизить риск развития многих заболеваний благодаря наличию в их химическом составе функциональных ингредиентов. Данные продукты не являются лекарственными препаратами, но препятствуют появлению отдельных болезней, способствуют росту и развитию детей, а также тормозят старение организма. Для людей, ведущих менее активный образ жизни необходима пища с как можно меньшим содержанием жиров и углеводов, предотвращающая появление избыточной массы и ожирения, ведущих к развитию многочисленных заболеваний.

Ожирение, как правило, развивает сердечно-сосудистые заболевания (гипертоническая болезнь, атеросклероз, инфаркт миокарда и т. д.), онкологические заболевания, эндокринные нарушения (сахарный диабет) и половую функцию. Но при уменьшении количества потребляемой пищи уменьшается и общее количество поступающих в организм витаминов, аминокислот и биоэлементов [1, 128]. Низкий уровень данных компонентов в организме ведет к развитию авитаминоза, а также является ингибитором в скорости протекания биохимических процессов. Необходимость в создании новых продуктов питания, отвечающих требованиям современной жизни - актуальный вопрос на сегодняшний день. За последнее десятилетие на рынке пищевых продуктов появилось множество продуктов функционального питания и биологически активных добавок (БАДы).

За последние три года во многих странах отмечается устойчивое снижение содержания микроэлементов, как в питьевой воде, так и в продуктах питания. Такая тенденция характерна для многих регионов России, и она подтверждается большим объемом данных об объемах и качестве потребляемой пищи [130]. Особенно остро отмечается низкое содержание в продуктах питания таких витаминов как тиамин, аскорбиновая кислота, фолиевая кислота и рибофлавин, а также содержание минеральных веществ и микроэлементов (железо, кальций, йод, фтор и селен).

Полноценным питание считается только тогда, когда в нем в достаточном количестве и правильном соотношении содержатся белки, жиры, витамины, углеводы и биоэлементы. Сбалансированность питания играет важную роль в усвоении пищи. Несбалансированное питание ведет к плохой перева-риваемости пищи, ее усвоению в организме и, как следствие, к расстройству желудочно-кишечного тракта.

В раннем возрасте употребление несбалансированной пищи может тормозить рост и развитие, ослабить иммунитет и понизить сопротивляемость организма к различным заболеваниям. В подростковом возрасте дети тяжелее преодолевают «переходный период» и организм слабоустойчив к воздействию вредных факторов. Также вредно несбалансированное питание для беременных и кормящих женщин, когда количество витаминов в потребляемой пище витаминов должно быть в несколько раз больше для поддержания полноценной жизни ребенка. В пожилом возрасте необходима сбалансированная пища с повышенным содержанием кальция и калия для поддержания костей и сердца и предотвращения развития остеохондроза, аритмии, артрита, атеросклероза, диабета, депрессии, пародонтоза и остеопороза.

Неправильное питание является источником нарушения обмена веществ и развития хронических заболеваний, а также создает почву для снижения иммунитета и устойчивости к инфекциям.

Исследования российских ученых показали полное несоответствие структуры питания реальным потребностям в соответствии с установленными нормативными актами. Во многих отдаленных регионах России ощущается острая нехватка в рационе витаминов и биоэлементов, в большом количестве содержащихся в овощах и фруктах.

Мировой и отечественный опыт свидетельствует о том, что наиболее эффективным и целесообразным с социальной, экономической и технологической точек зрения лучшим решением проблемы нехватки необходимых нут-риентов в потребляемой населением пище является выпуск новых пищевых продуктов, обогащенных необходимыми витаминами, макро- и микроэлементами до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека.

Несмотря на популярность овощных консервов, по норме потребления Россия заметно отстает от стран ЕС, США и Канады. По данным института маркетинговых исследований «ГФК-Русь», в России на душу населения в год приходится около 4 кг овощных консервов, в странах ЕС - 13 кг, США - 50 кг и Канаде - 13 кг при средней норме потребления 60 кг в год (рис. 1) [90, 115].

70

60 к. х 50 х ш

V§ 40 8.

§ зо s 20 ю О

10 о

Россия Канада страны ЕС США Норма потребления

Рис. 1. Норма потребления овощных консервов в мире

По данным аналитической компании Intesco Research Group объем консервного рынка в России на 2010 год составил 1 071 986 т., что на 50 т. больше, чем в 2009 году, а в 2011 году объем составил 1 163 750 т., что превысило уровень производства предыдущего года на 8,56 % (рис. 2).

1160000 1140000 1120000 та ю ь нооооо со го

1 1080000 с

2 1060000 ю О

1040000 1020000 1000000

1071936

2009

ИНЕЕ й и к Я ги

2011

Рис. 2. Динамика объема российского рынка овощных консервов в 2009-2011 гг., т

На российском рынке пищевой продукции доля импорта составляет около двух третей от общего объема. Преимущественно продукция представлена китайскими и испанскими производителями. За период 2009-2011 гг. доля импорта практически не изменялась и составляла 65 % (рис. 3). ! К? ж-' ДЙТВ вш * 1|ДЯ11р|рШ

ЩШтШя Я ,§й К-¿«Ж к | I

ИШШгМ! импортная продукция отечественная продукция

Рис. 3. Доля импорта на российском рынке овощных консервов на 2011 год, %

За период 2007-2011 гг. объем производства овощных консервов в России постоянно возрастал. На 2008 год уровень производства овощных консервов составил 494 147,45 тыс. усл. б., что на 28,3 % больше чем за 2007 год - 385 150 тыс. усл. б. В 2011 году было произведено 710 782 тыс. усл. б., что превысило уровень производства на 7,66 % по сравнению с 2010 годом - 648 524 тыс. усл. б. и на 18 % по сравнению с 2009 годом - 602 378 тыс. усл. б. (рис. 4). 800000 ю с 700000 I и 600000 3

Я- 500000 400000 зооооо о 200000 £

J 100000

602378|

385150

• 'Ü щ i" щ

494147,45[ i а о

2007 2008 2009 2010 2011 Рис. 4. Динамика производства натуральных овощных консервов в России в 2007-2011 гг., тыс. усл. банок

Основная часть натуральных овощных консервов в России производится в Южном Федеральном округе - 61,5 %, второе место занимает Центральный федеральный округ - 20,2 %, за ним следуют Северо-Кавказский - 10 % и Приволжский - 3,4 % округа. Оставшиеся 10 % производства приходится на прочие федеральные округа России (рис. 5). т Южный ФО ■ Центральный ФО я Северо-Кавказский ФО ш Приволжский ФО Прочие

Рис. 5. Доли производства овощных консервов по федеральным округам в 2011 году, %

Ш ■ тЩт^жшш

ЩЯ seas;:®

В динамике производства овощных консервов присутствует сезонность. Выпуск продукции наиболее активен в летние месяцы, когда происходит созревание овощей. В ноябре и декабре производство идет на спад. Производство овощных консервов почти полностью зависит от объемов сборов ввиду того, что большая часть продукции идет на переработку (рис. 6).

-2011

•2009

-2010

180000 и л н 160000 ео О 140000 еа о. 120000 ш и X о ю' 100000

5С с: 80000

О и

60000

40000 ш

1 20000 о 0 а с янв фев мар апр май июн июл авг сен окт ноя дек

Рис. 6. Производство овощных консервов в России по месяцам за 2009-2011 гг., тыс. усл. банок

В связи с сильной засухой в 2010 году не удалось собрать высокий урожай, в связи с чем производство овощных консервов снизилось на 25 % по сравнению с предыдущим годом.

Крупнейшими предприятиями на территории России являются: ЗАО «Хладокомбинат западный», ЗАО «Полтавские консервы», ООО «Бондюэль-Кубань», ОАО «Поляное» и ООО «Балтимор-Краснодар» [116].

Научная новизна. Созданы четыре рецептуры поликомпонентных овощных смесей, оптимизированные по углеводному, витаминному составу и по содержанию микро- и макроэлементов. Определены реологические и теп-лофизические характеристики поликомпонентных овощных пюре.

Выявлены, сформулированы и описаны основные закономерности тепло-и массообмена в процессе двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре; обоснована необходимость использования двухстадийного вакуум-выпаривания пюре для сохранения термолабильных веществ.

Разработана математическая модель процесса двухстадийного вакуумвыпаривания поликомпонентных овощных пюре при механическом перемешивании, позволяющая рассчитать массу удаляемых из овощных пюре паров на каждой стадии процесса.

Определен химический состав, показатели качества и антиоксидантная активность исходных и концентрированных образцов поликомпонентных овощных пюре.

Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 7 патентами РФ.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны способы производства поликомпонентных овощных пюре, новые перспективные конструкции вакуум-выпарных аппаратов, предложена линия производства овощных консервов (пат. РФ № 2406569, 2409986, 2409960, 2412599, 2431408, 2458509, 2465773).

Определены и обоснованы рациональные технологические режимы процесса двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре, обеспечивающие сокращение времени процесса, снижение удельных энергозатрат и повышение качества готовой продукции.

Получены новые поликомпонентные овощные пюре, обладающие высокой пищевой ценностью и потребительскими свойствами. В научно-учебно-производственном центре технологий индустрии гостеприимства («НУП-ЦТИГ», ВГУИТ) произведена выработка опытной партии пирогов с добавлением овощных пюреобразных концентратов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: (Воронеж, 2009 - 2012 гг.), (Москва 2011 г.), (Звенигород 2009 г.), (Краснодар 2012 г.), (Казань 2010 г.), (Миасс, 2010 г.), (Красноярск 2011 г.), (Ставрополь 2011 г.), отчетных научных конференциях ВГТА (ВГУИТ) за 2011-2012 гг.

Работа демонстрировались на 25-й межрегиональной выставке «Продторг» (Воронеж, 2008 г.), Воронежском агропромышленном форуме «Урожай 2009», Молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К. 2011» (Воронеж 2011 г.), Международном научно-техническом семинаре к 100-летию A.B. Лыкова (Воронеж 2010 г.), IV Областном конкурсе на лучшую научную работу среди студентов высших учебных заведений по естественным, техническим и гуманитарным наукам, конкурсе «Инженерные технологии XXI века» и награждены 6 дипломами и 1 грамотой.

Работа выполнялась на кафедре процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) Воронежского государственного университета инженерных технологий. Хотелось бы выразить искреннюю благодарность научному руководителю заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Острикову Александру Николаевичу за оказанную помощь и консультации при выполнении диссертационной работы, а также признательность коллективу кафедры «Процессы и аппараты химических и пищевых производств» ВГУИТ за помощь и содействие при работе над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Трушечкин, Алексей Викторович

Выводы

1. Проведенная дегустация поликомпонентных пюреобразных концентратов показала возможность их использования в пищеконцентратной промышленности.

2. В результате проведенной дегустации было установлено, что полученный продукт обладает высокими потребительскими свойствами и качественными показателями.

3. Полученные поликомпонентные пюреобразные концентраты можно рекомендовать для внедрения на предприятиях, производящих концентрированные начинки для различных отраслей пищевой промышленности.

Председатель: Члены комиссии:

Черемушкина

Н.Г. Нафикова И.А. Костенко

Н.Н. Манилевич