Научное обеспечение процесса концентрирования растительно-молочных продуктов функционального назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Скугоров, Сергей Викторович

• Скугоров, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Скугоров, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

Г л а в а 1. Современное состояние производства концентрированных продуктов.

1.1. Оценка исходного сырья как объекта исследования.

1.2. Обзор оборудования для концентрирования фруктового сырья

1.3. Анализ технологических линий производства пюреобразных концентратов.

1.4. Анализ основных закономерностей тепло- и массообмена в процессе выпаривания пищевого сырья.

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

Г л а в а 2. Экспериментальные исследования растительно-молочных смесей как объекта изучения.

2.1. Оптимизация рецептуры растительно-молочных смесей.

2.2. Исследование характера изменения динамической вязкости растительно-молочных продуктов.

2.3. Определение теплофизических характеристик растительно-молочных смесей.

Г л а в а 3. Исследование основных кинетических закономерностей процесса производства растительно-молочных продуктов

3.1. Исследование основных кинетических закономерностей процесса экстрагирования зернобобовых культур вторичным молочным сырьем.

3.1.1. Методика исследование процесса экстрагирования зернобобовых культур вторичным молочным сырьем методом мацерации.

3.1.2. Исследование статической вязкости экстрактов чечевицы на основе вторичного молочного сырья.

3.1.3. Исследование биологической ценности экстракта чечевицы на основе пахты.

3.1.4 Исследование основных показателей качества экстракта чечевицы на основе пахты.

3.2. Экспериментальные исследования кинетики процесса концентрирования растительно-молочных смесей в условиях вакуума

3.2.1 Экспериментальная установка и методика проведения исследований.

3.2.2 Исследование кинетики процесса концентрирования растительно-молочных десертов.

3.2.3 Анализ особенностей стекания пленки растительно-молочного пюре, стекающего по вертикальной стенке вакуум-камеры при исследуемых режимных параметрах.

Г л а в а 4. Математическая модель процесса испарения пара из диспергированных капель молочно-растительных смесей при вакуум-выпаривании.

4.1. Оценка степени дисперсности распыла капель растительно-молочной смеси на первой стадии выпаривания.

4.2. Расчет единичной капли.

4.3. Расчет полетного времени.

4.4. Вторая стадия выпаривания: испарение пюре с плоской поверхности.

4.5. Численный эксперимент, проверка адекватности математической модели.

Г л а в а 5. Исследование показателей качества растительномолочных смесей.

5.1. Исследование антиоксидантной активности растительномолочных смесей.

5.2. Исследование биологической ценности растительно-молочных смесей.

5.3. Исследование безопасности исходных и концентрированных растительно-молочных смесей.

5.4. Исследование хранимоспособности продукта.

Г л а в а 6. Разработка способов производства растительномолочных продуктов, линии производства растительно-молочных десертов и конструкций вакуум-выпарных аппаратов.

6.1. Способ производства растительно-молочного концентрата

6.2. Линия производства растительно-молочных десертов функционального назначения.

6.3. Аппарат для концентрирования фруктовых и овощных пюре.

6.4. Секционный вакуум-выпарной аппарат.

Г л а в а 7. Энергетическая и экономическая оценка эффективности процесса концентрирования растительно-молочного сырья.

7.1. Эксергетический анализ процесса концентрирования растительно-молочного сырья.

7.2. Бизнес-план реализации проекта и технико-экономические расчеты.

7.2.1 Оценка конкурентоспособности товара.

7.2.2 Стратегия маркетинга.

7.2.3 Производственный план.

7.2.4 Калькулирование себестоимости товарной продукции.

7.2.5 Расчет стоимости товарной продукции.

7.2.6 Расчет безубыточного объема производства.

7.2.7. Результаты работы предприятия.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научное обеспечение процесса концентрирования растительно-молочных продуктов функционального назначения»

Питание является одним из важнейших факторов окружающей среды, который обеспечивает организм пластическим материалом и энергией, создает необходимые условия для физиологической и умственной работоспособности, определяет здоровье, активность и продолжительность жизни человека, его способность к воспроизводству. Состояние питания - один из важнейших факторов, обуславливающих здоровье нации [110].

В настоящее время в нашей стране получила широкое распространение концепция раздельного питания, настаивающая на необходимости для человека употреблять пищевые продукты, принадлежащие к различным группам, не одновременно, а в разных приемах пищи [129].

Минсельхоз России провело совещание по вопросу выработки предложений по выполнению плана мероприятий по реализации основ государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года, утвержденного Распоряжением Правительства Российской Федерации от 30 июня 2012 г. № 1134-р.Пункт 6 указанного плана предусматривает разработку проекта федерального закона «О здоровом, в том числе горячем, питании для детей в образовательных учреждениях, лиц, находящихся в лечебно-профилактических учреждениях, оздоровительных учреждениях и учреждениях социальной защиты, военнослужащих и приравненных к ним лиц, а также лиц, находящихся в местах содержания под стражей или отбывающих наказание в исправительных учреждениях». Законопроект охватывает все социально-демографические группы населения, которые принято относить к социальному питанию, насчитывающему 32,5 млн. человек при объеме годового потребления порядка 8 млн. тонн сельскохозяйственного сырья и продовольствия на сумму более 400 млрд. [132].

Минсельхоз России рассматривает развитие производства и товаропроводящей инфраструктуры системы социального питания, как важнейшее направление обеспечения устойчивости сбыта продукции сельского хозяйства, а также предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности. Государственная поддержка данного направления предусмотрена Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы.

Одной из перспективных групп продуктов для обогащения функциональными ингредиентами признано считать молочно-, фруктово-ягодные десерты.

По данным «Анализа рынка молочных и фруктово-ягодных десертов в России», подготовленного Busines Stat [115], спрос на молочные и фруктово-ягодные десерты в России в 2007-2011 гг. вырос и составил 1515 тыс. т в 2011 г. Снижение показателя отмечено в 2009 г. и 2011 г. (рис. 1).

1600 1-——

1400 ----——:-■

1200 -----1

1000 -------1

800 --:----:-I-^Н

600 ---------1

400 -----:-i-1

200 -----о -I— —i— —i— —г—■ -—т— —т—ИИШ

2006 2007 2008 2009 2010 2011 Р ис. 1. Динамика производства молочно-фруктовых десертов за 2006-2011 гг, тыс. тонн

Валовой сбор сырья для молочно-фруктовых десертов в 2011 году составил:

- плодов и ягод в хозяйствах всех категорий РФ составил 2 511 тыс. тонн, что на 16,9% опережает уровень предыдущего года. Урожайность на 20,9% опережает уровень 2010 года и составляет 59,5 центнеров с 1 га площади в плодоносящем возрасте (рис. 2) [114].

- для зернобобовых культур (для сои, нута, чечевицы и фасоли) 4500 тыс. тонн (рис. 3) [81].

2006 2007 2008 2009 2010 2011

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Рис. 2. Динамика валового сбора плодов и ягод за 2006-2011гг, тыс. тон.

5000

4000

3000

2000

1000

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Рис. 3. Динамика валового сбора сои, чечевицы, нута и фасоли 2006-2011гг, тыс. тон.

- в качестве молочного компонента на сегодняшний момент выгодно использовать вторичное молочное сырье, производство которого в 2011 году составило 18 мил. тонн (рис. 4) [124].

18000

17500 17000 16500 16000

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Рис. 4. Динамика производства вторичного молочного сырья за 2006-2011гг, тыс. тон.

По данным исследования Российского союза производителей соков, при выборе молочно-фруктовых десертов респонденты ориентируются, в первую очередь, на личные вкусовые предпочтения. По результатам опроса, 87 % респондентов отметили, что отечественные продукты, представленные на прилавках магазинов, полностью соответствуют их ожиданиям в отношении качества и безопасности продукции, выбираемой для всех членов семьи, в том числе и детей. Все респонденты говорят о своей преданности любимому вкусу, но, несмотря на это, более половины участников исследования с радостью готовы пробовать новые необычные вкусы, представленные на рынке.

Обогащенность витаминами,минеральными веществами

Известность марки Полезность для здоровья Отсутствие консервантов Приемлемая цена

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% Рис. 5. Факторы выбора мол очно-фруктовых десертов потребителями, %

Что касается мотивации потребителей при выборе молочно-фруктовых десертов, то по данным исследования «Российский индекс целевых групп» компании «КОМКОН», в последние несколько лет растет доля тех потребителей, которые руководствуются такими факторами как приемлемая цена (40 %) и известность бренда (28 %). Одновременно с этим, по данным исследования, значительно меньше потребителей обращает внимание на отсутствие консервантов (снижение с 40 % в 1 пол. 2007 до 37 % в 1 пол. 2011 г.), думает об их полезности для здоровья (снижение с 39 % в 1 пол. 2007 до 33 % в 1 пол. 2011 г.) и обогащенности витаминами (снижение с 27 % в 1 пол. 2007 до 20 % в 1 пол. 2011 г.) (рис. 3> [101].

Установлено, что значительная часть молочно-фруктовых десертов производится вакуум-выпариванием, и отличается невысоким качеством из-за использования жестких температурных режимов обработки.

За последние 5 лет в этой области работали и внесли значительный вклад в развитие технологии концентрирования: J. Н. Jang и W. М. Yan [151] Вертяков Ф. Н. [11], Веретенников А. Н. [10], Синюков Д. А. [127].

Для производства молочно-фруктовых десертов высокого качества необходимо проведение процесса концентрирования в соответствии с основными закономерностями, выявление которых является актуальной задачей, имеющей важное теоретическое и прикладное значение.

Цель работы - научное обеспечение процессов экстракции зернобобовых культур вторичным молочным сырьем и вакуум-выпаривания растительно-молочных смесей на основе комплексного анализа основных закономерностей процесса совместно с их физико-химическими и структурно-механическими характеристиками, разработка рекомендаций по совершенствованию высокоэффективных технологий производства растительно-молочных десертов; создание перспективных конструкций вакуум-выпарных аппаратов.

Научная новизна. Оптимизированы рецептуры растительно-молочных смесей для различных групп населения. Определены реологические и тепло-физические характеристики молочно-растительных смесей.

Выявлены, сформулированы и описаны основные закономерности процесса экстракции зернобобовых культур вторичным молочным сырьем, предложена рациональная технология получения экстракта чечевицы пахтой.

Выявлены, сформулированы и описаны основные закономерности тепло-и массообмена в процессе вакуум-выпаривания растительно-молочных смесей; обоснована необходимость использования выпаривания мелкодисперсно-распыленного десерта для сохранения термолабильных питательных веществ.

Разработана математическая модель процесса испарения влаги из диспергированных капель растительно-молочных смесей при вакуум-выпаривании, позволяющая определить характер изменения температуры и влагосодержа-ния в исследуемом десерте.

Определен химический состав, показатели качества, биологическая ценность и антиоксидантная активность исходных и концентрированных образцов смесей.

Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 5 патентами РФ.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны способ производства растительно-молочного десерта, вакуум-выпарные аппараты для реализации разработанных технологий получения растительно-молочных десертов (пат. РФ № 2359462, 2412599, 2409960, 2428064, 2446705).

Определены и обоснованы рациональные технологические режимы процессов экстракции зернобобовых культур вторичным молочным сырьем и вакуум-выпаривания растительно-молочных десертов, обеспечивающие сокращение продолжительности процесса, снижение удельных энергозатрат и повышение качества готовой продукции.

Получены новые растительно-молочные десерты, обладающие хорошими потребительскими свойствами и высокой пищевой ценностью.

Апробация работы .Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, научных, научно-технических и научно-практических конференциях и симпозиумах: (Воронеж, 2010-2012 гг.), (Красноярск 2010 г.); (Ставрополь, 2010 г.); (Махачкала, 2011 г.); (Москва, 2011 г.); отчетных научных конференциях ВГУИТ за 2010-2011 гг.

Результаты работы демонстрировались на VII Межрегиональном экономическом форуме « Воронежский Агропромышленный форум» (Воронеж 2010 г.), Конкурсе инновационных проектов Воронежской области (Воронеж 2010 г.), IV областном конкурсе на лучшую научную работу (Воронеж 2010 г.), Молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К. 2010» (Воронеж 2010 г.), Областном конкурсе на лучшую инновационную идею (Воронеж 2012 г.) и награждены 5 дипломами.

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.