Разработка технологии гетерогенной кристаллизации лактозы в производстве сгущенных молочных продуктов с сахаром тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.04, кандидат наук Рябова, Анастасия Евгеньевна

• Рябова, Анастасия Евгеньевна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Рябова, Анастасия Евгеньевна

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение. Общая характеристика работы 3

1 Анализ состояния проблемы 10

1.1 Физико-химические характеристики лактозы 10

1.2 Основы кристаллизации 13

1.2.1 Общие представления о кристаллизации 13

1.2.2 Зародышеобразование 13

1.2.3 Рост кристаллов 16

1.3 Традиционные способы кристаллизации лактозы в технологиях сгущенных молочных продуктов 19

1.4 Гетерогенное зарождение кристаллов 25

1.5 Критический анализ технологии производства молока сгущенного с сахаром 26

2 Методология исследований 28

2.1 Структура, организация и схема исследований 28

2.2 Объекты исследований 30

2.3 Методы исследований, приборное обеспечение 31

2.3.1 Стандартизованные экспериментальные методы 32

2.3.2 Общепринятые и оригинальные экспериментальные методы 33

2.3.3 Методы моделирования и статистической обработки экспериментальных данных 39

2.4 Лабораторный стенд для стандартизации имитационных зародышевых материалов 42

3 Теоритическое и экспериментальное подтверждение целесообразности применения ИЗМ 44

3.1 Выбор имитационных зародышевых центров 44

3.2 Результаты микроскопических исследований 56

3.3 Исследование эффективности гетерогенной кристаллизации

лактозы в насыщенных растворах 59

4 Исследование гетерогенной кристаллизации лактозы в поликомпонентных моделях 64

4.1 Математический аппарат и ПО оценки коэффициента однородности 64

4.2 Разработка инвариантной технологической схемы производства и моделей-аналогов продукта 67

5 Разработанные технологии сгущенных продуктов с сахаром на молочнойоснове 87

5.1 Технология продуктов молокосодержащих сгущенных с сахаром 87

5.2 Технология продуктов молочных сгущенных с сахаром вареных 94

5.3 Технология продуктов молочных и молочных составных сгущенных с сахаром 97

Основные результаты работы и выводы 102

Список использованной литературы 105

Приложение 1 ИЗ

Приложение 2 119

Приложение 3 122

Приложение 4 128

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии гетерогенной кристаллизации лактозы в производстве сгущенных молочных продуктов с сахаром»

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Обеспечение населения страны качественными продуктами питания в востребованном ассортименте и количестве является важной народнохозяйственной задачей. Априори в реализации соответствующих социально-экономических программ важное место занимает продукция молочной промышленности.

Сбалансированные и легкоусвояемые белки, жиры, углеводы, минеральные вещества и витамины, содержащиеся в молоке и молочных продуктах, ставят их на одно из важнейших мест в рационе питания человека [45,67,73,106,108]. Однако полноценное обеспечение молочными продуктами населения России, особенно в регионах с неразвитым молочным животноводством, затрудняется малыми сроками хранения продуктов. Данную проблему способно решить производство молочных консервов с длительными сроками хранения.

Сгущенные молочные продукты с сахаром имеют стратегическое назначение - закладываются в Росрезерв, в том числе по линии ЧС. По данным Федеральной службы государственной статистики ежегодный объем производства сгущенных молочных консервов в России составляет более 300 тыс. тонн [127,136]. Помимо этого следует учитывать фактор высокой популярности продукта у населения.

При производстве сгущенных консервов с сахаром на молочной основе одним из главных технологических процессов является кристаллизация лактозы, заключающаяся в создании условий для массового формирования центров кристаллизации и последующего регулируемого роста при определенных параметрах производственного процесса и условиях посттехнологического хранения. Правильно проведенный процесс кристаллизации позволяет получить готовый продукт с однородной консистенцией, которая характеризуется наличием в 1 мм" не менее 400 000 кристаллов лактозы, размеры которых не превышают 10 мкм.

В традиционной технологии производства сгущенных молочных консервов с сахаром предусматривается проведение процесса кристаллизации с внесением затравки в виде мелкокристаллической лактозы или проведение ее частичного ферментативного гидролиза. Актуальная проблема первого варианта -при незначительном несоблюдение технологических режимов нарушается целостность системы, что приводит к неконтролируемому росту кристаллов лактозы. В технологии классического сгущенного молока с сахаром не всегда удается получить желаемую консистенцию кристаллита, так как большое влияние на процесс кристаллизации оказывает техника внесения затравочного материала и его свойства.

Применение второго варианта - ферментации, нецелесообразно из-за появления риска потемнения продукта в результате реакции Майяра и удорожания готового продукта.

В становление и развитие современных промышленных технологий и ассортимента молочных консервов существенный вклад внесли работы отечественных и зарубежных ученых: Гнездиловой А.И., Кивенко С.Ф., Липатова Н.Н., Остроумова Л.А., Петрова А.Н., Плановского А.А., Полянского К.К., Ра-даевой И.А., Рожковой И.В., Семенихиной В.Ф., Страхова В.В., Тарасова К.И., Тихомировой Н.А., Филатова Ю.И., Харитонова В.Д.,Чекулаевой Л.В., Duckworth R.B., Hunzinlcer O.F., Karel М., Labuza Т.P., Scott W.J. и др.

В печатных публикациях и Интернет источниках [4,9,37,38,40,58,68,93, 102,119], в том числе по кристаллизации солей, различных сплавов, биологических жидкостей, указывается, что центры кристаллизации могут быть гомогенными, зарождающиеся в результате локальных флуктуаций состава или структуры, так и гетерогенными - на примесных центрах инородной фазы. Имеющиеся данные по наличию гетерогенной кристаллизации Сахаров [104,113,114,135] позволили предположить гипотезу о возможности её направленного проведения в технологии сгущенных молочных продуктов с сахаром. При этом, развивая идею, было решено исследовать возможность применения нерастворимых в воде веществ, что при положительных результатах, то есть при подтверждении

кристаллизационного эффекта, вероятно, в дальнейшем позволит сделать универсальным момент внесения зародышевых центров и существенно видоизменить традиционные технологии и оборудование.

Целью настоящей работы является разработка промышленных технологий сгущенных консервов с сахаром на молочной основе с интегрированным процессом гетерогенной кристаллизации лактозы.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и последовательно реализованы следующие задачи:

- обосновать выбор нерастворимых в воде имитационных затравочных материалов кристаллической природы, с учетом их безопасности и технологичности;

- создать модельные системы концентрированных лактозосодержащих продуктов, исследовать особенности формированияи роста гетерогенных кр и-сталлов;

- разработать инвариантную модель технологической схемы сгущенных продуктов с сахаром на молочной основе, установить рациональные дозировки имитационных затравочных материалов и определить эффективность гетерогенной кристаллизации лактозы в поликомпонентных системах;

- разработать технологии сгущенных молочных продуктов с сахаром с интегрированным процессом гетерогенной кристаллизации, определить закономерности формирования/кинетики показателей качества, в первую очередь однородности консистенции;

-разработатьтехническую документацию ипровести промышленную апробацию технологии.

Научная новизна:

- теоретически и экспериментально доказана возможность направленного проведения гетерогенной кристаллизации лактозы в моно- и поликомпонентных (на молочной основе) концентрированных системах;

- установлены закономерности формирования и роста кристаллов лактозы с гетерогенными зародышевыми центрами, в том числе в хранении, в зависимо-

ста от вида, дозировки, момента внесения имитационных материалов в технологии;

- выявлены новые физико-химические и технологические закономерности создания сгущенных консервов на молочной основе, предложены принципы формирования их качества, во взаимосвязи позволяющие проектировать новые и совершенствовать традиционные технологии концентрированных лактозосо-держащих продуктов.

Практическая значимость и реализация результатов:

- обоснованы виды, дозировки и рациональные моменты внесения имитационных затравочныхматериалов;

- создан промышленный процесс гетерогенной кристаллизации лактозы применительно к технологиям сгущенных молочных продуктов с сахаром;

- усовершенствована методология оценки коэффициента однородности распределения кристаллов и создано программное обеспечение;

- разработаны технологические принципы и приемы повышения качества и рационализированы производственные схемы молочных консервов в диапазоне промежуточной влажности с перспективой их применения в области продуктов с низкой влажностью;

- разработаны и апробированы в производственных условиях 3 технологии сгущенных продуктов с сахаром на молочной основе (Приложение 1), оформлена техническая документация на продукты сгущенные с сахаром вареные, продукты молокосодержащие сгущенные с сахаром и продукты молочные и молочные составные сгущенные с сахаром с интегрированным процессом гетерогенной кристаллизацией лактозы.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и получили одобрение на симпозиумах, конференциях, семинарах различного уровня: Международная конференция «Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока» (Барнаул, 2012); Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2012); Международная научно-техническая конференция «Производ-

ство продуктов для здоровья человека - как составная часть науки о жизни» (Воронеж, 2012); VI Международная научно-практическая конференция «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2012); X Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2012); постерная сессия, проходившая в рамках XIV Всероссийского конгресса диетологов и нутриологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предиктивный подход» (Москва, 2012); постерная сессия, проходившая в рамках Международного Молочного Саммита ММФ (Иокогама, Япония, 2013); 7-ая ежегодная Конференция молодых ученых и специалистов институтов Отделения «Хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии (Москва, 2013) и др., а также на Ученых Советах ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии в рамках отчетов по бюджетным и хоздоговорным темам ежегодно с 2012 г.

Результаты работы неоднократно номинировались (Приложение 2). Получены: Серебряная медаль в номинации «Инновационные разработки в области сельскохозяйственной науки: «За разработку технологий и промышленного оборудования для модернизации новых предприятий по производству молочных консервов», (Москва, 2012); Диплом II степени конкурса «Эстафета поколений 2012», проведенной в ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии, в номинации «Лучшая аналитическая работа» за работу «Анализ научно-технического материала по гомогенной и гетерогенной кристаллизации лактозы из насыщенных растворов»; Диплом за I место на VII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов отделения хранение и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и перерабатывающей промышленности АПК» за работу «Теоретические исследования температурной депрессии при впрыскивании лактозосодержащего продукта в вакуум-камеру».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе: 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 11 в научных

трудах институтов, материалах научных чтений, семинаров, конференций и симпозиумов; получены 2 патента на изобретение (Приложение 3).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, результатов собственных исследований и их анализа (3 главы), а также выводов, списка использованных источников литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 112 страницах машинописного текста (не включая Приложения), содержит 27 таблиц, 30 рисунков, 136 источников научно-технической информации, в том числе 18 Internet источников.

Основные положения, выносимые на защиту:

- виды имитационных затравочных материалов, их рациональные дозировки и технологические моменты внесения;

- закономерности формирования микроструктуры гетерогенных кристаллов в моно- и поликомпонентных системах;

- методология интеграции процесса гетерогенной кристаллизации в традиционные технологии сгущенных молочных продуктов с сахаром;

- принципы и приемы повышения качества и рационализации производственных схем молочных консервов в диапазоне промежуточной влажности с перспективой их применения в области продуктов с низкой влажностью;

- технологии продуктов сгущенных с сахаром варенных, продуктов моло-косодержагцих сгущенных с сахаром и продуктов молочных и молочных составных сгущенных с сахаром с интегрированным процессом гетерогенной кристаллизации лактозы;

- усовершенствованный метод оценки коэффициента однородности распределения кристаллов с программным обеспечением.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Физико-химические характеристики лактозы

Лактоза - главный углевод молока, на ее долю приходится около 90% всех Сахаров. Лактоза присутствует в молоке всех видов млекопитающих. Среднее ее содержание в коровьем молоке (4,8±0,3)% [66,89]. Химическая

формула лактозы С^Нг^Оп. Молекула состоит из «-О-глюкозы и р-О-галактозы, связанных 1-4 гли-козидной связью (по типу простого эфира) (рис. 1.1). Очищенная лактоза - бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде, пиридине, горячей уксусной кислоте. Не растворяется в диэтиловом эфире, безводном метаноле и этаноле.

На растворимость лактозы влияют многие факторы, основными являются температура и природа растворителя. Данные по растворимости лактозы в воде представлены в таблице 1.1. Если сладость сахарозы считать единицей, то сладость лактозы будет 0,15...0,38 [11,66,73].

Таблица 1.1 - Растворимость лактозы

Температура, °С Отношение а-и (3-форм Растворимость лактозы в воде,%

общая а-формы р-формы

0 1,65 10,6 4,0 6,6

10 1,62 13,1 5,0 8,1

20 1,59 16,1 6,2 9,9

30 1,57 19,9 6,7 12,2

40 1,54 24,6 9,7 14,9

50 1,51 30,4 12,1 18,3

60 1,48 37,0 14,9 22,1

70 1,45 43,9 17,9 26,0

80 1,43 54,0 21,0 30,0

90 1,40 59,0 24,6 34,4

100 1,33 61,2 23,3 34,9

V.» • А- V <■' % V <X '».V -> Ъл-Л ч< У< V А

\ 6

8 \ СНоОН

си?<зн ч г

СИ ./¡Т-

он

-О,

ч

: 3

Iх

\ ¿,-Л ч-

о ¡Чс он

а

5 э

1 ;снон

и

фргга«гг В-гглааозь!

ОН

он

•фрагмент ■а-тдгскгзы

Рис. 1.1. Молекула лактозы

Молекула лактозы находится в молоке в молекулярно-дисперсной форме, образуя истинный раствор. Основными изомерными формами лактозы являются а- и р-формы (есть также у-, 5- и Е-формы). Каждая из форм лактозы может быть гидратной и ангидридной (безводной). Наиболее устойчивой является гидратная а-форма. Практически известны три формы лактозы: а-гидрат (С12Н22О11 • Н20), а-ангидрид (С12Н220ц) и (3-ангидрид (С12Н22О11). Вырабатываемая в промышленных условиях лактоза является а-гидратом, так как содержит 5% кристаллизационной воды [11,14].

Физические свойства основных форм лактозы приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Физические свойства основных форм лактозы

Показатель Лактоза

а-форма Р-форма

Плотность при 20°С, кт/м"' 1545,3

Относительная молекулярная масса 360,1 342,0

Температура плавления, °С 201,6 (разложение) 252,2 (разложение)

Теплота сгорания, кДж/кг 15,94 16,45

Теплоемкость, кДж/(кгтрад) 1,202 1,168

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) 0,931

Теплота растворения, кал/г -12,0 -2,3

Угол удельного вращения, [а]20и +88 +34

Угол удельной рефракции, град 0,2197 0,2197

ДН°298, кал/моль -592,9 -533,8

Коэффициент кубического расширения в диапазоне температур от 0° до 100°С 0,00911 на 1°С

В растворах лактозы имеет место явление муторатации. Изомерные формы находятся в динамическом равновесии. При общепринятых режимах кристаллизуется а-форма лактозы, т.к. а-лактоза имеет меньшую растворимость, чем Р-лактоза. (3-форма начинает переходить в а-форму, как только последняя выпадает в осадок. Это можно объяснить нарушением динамического равновесия между изомерами. Данный процесс происходит до тех пор, пока раствор полностью не истощиться [52,98].

Таким образом, прежде чем перейти из раствора в кристалл, частицы претерпевают изомеризационное изменение, что снижает общую скорость кристаллизации [52].

Исследованию массовой кристаллизации лактозы посвящены многочисленные работы [15,51,65,77,107,110.116,134].

На гранулометрический состав кристаллов лактозы влияют соотношение скоростей зародышеобразования и роста. Таким образом, крупные кристаллы лактозы образуются при замедление зародышеобразования и увеличение скорости роста [16,41].

Пересыщение также влияет на размеры кристаллов, так его увеличение позволяют получить кристаллы более мелких размеров. Однако при высоких значениях пересыщения его влияние практически исключается, так как в этом случае наблюдается интенсивное срастание кристаллов, т.е. преобладает процесс агрегации.

На зародышеобразование перемешивание оказывает большое интенсифицирующее действие. Влияние степени пересыщения выражается менее заметно при увеличение циркуляции раствора. Это можно объяснить тем, что на процесс зародышеобразования в основном происходит механическое воздействие, в свою очередь это может приводить к последующему дроблению уже выросших кристаллов и уменьшению их размеров [52,9597].

Кристалл а-гидрата лактозы имеет моноклинную форму (рис. 1.2). Размер кристалла определяют по длинной грани [32,66].

1.2 Основы кристаллизации

1.2.1 Общие представления о кристаллизации

Кристаллизация лактозы подчиняется классической теории кристаллообразования, основанной на положение термодинамики об абсолютной устойчивости изолированной системы, если её энтропия остаётся неизменной. Разработкой и развитием данной теории занимались Д. Гиббс, М. Фольмер, И.М. Странскийи Р. Каишев,Я.И. Френкель и др. [12,30,83]. Кристаллизация из растворов связана с изменением свободной энергии AF или термодинамического потенциала АФ. При АФ>1 кристаллизация идет спонтанно, при ДФ<1 - раствор насыщен и в нем имеет место растворение, а при АФ=1 кристаллический осадок находится в динамическом равновесии с насыщенным раствором [12,112,117].

Установлено, что работа, затраченная на образование новых зародышей при гомогенном способе больше, чем при гетерогенном [83]. Не все гетерогенные примеси, например несмачиваемые поверхности, могут играть роль центров кристаллизации [30]. Гетерогенное зародышеобразование более подробно рассмотрено в разделе 1.4.

В современных теориях кристаллообразования можно выделить еще один подход, основанный на представлениях химической кинетики. Данная теория предусматривает наличие в насыщенных и пересыщенных растворах дозаро-дышевых ассоциатов, которые представляют собой комплексы из различного числа частиц некристаллической структуры. Дозародыши начинают укрупняться при переходе раствора в пересыщенное состояние, тем самым образуя ч а-стицы новой фазы [84].

1.2.2 Зародышеобразование

Молекулярные комплексы критического размера, зарождающиеся в массе исходной фазы и способные расти до кристаллов видимого размера, называются зародышами, которые являются центрами кристаллизации [31]. Основным

условием для протекания процесса зародышеобразования является пересыщение раствора. Существует несколько теорий о природе зародыша. Одни исследователи полагают, что зародыш представляет собой очень маленький кристалл [66,89,93]. Другая группа ученых считает, что зародыш может представлять собой устойчивый комплекс молекул и ионов без кристаллической структуры, либо аморфную частицу. В процессе роста зародыша частица приобретает кристаллическую структуру [2,6,20,31,40,75,100].

Образование зародышей, не смотря на их природу, подчиняется ряду общих закономерностей. Одной из них является скорость образования зародышей - зависимость числа образующихся центров кристаллизации в единице объема за единицу времени от степени пересыщения раствора [31]. Чем выше пересыщение, тем быстрее образуются зародыши с меньшими размерами [31,75,96]. Помимо пересыщения на скорость образования зародышей могут оказывать влияние перемешивание, ультразвук и магнитное поле. Перемешивание вызывает дополнительные флуктации в объеме раствора, за счет вызываемого им сжатия и разрежения, повышает эффективность массообмена, способствует ориентации молекул при образовании кристаллизационной сетки, что сокращает индукционный период.

Ультразвук, электрическое и магнитное поля ускоряют образование зародышей и их рост. Магнитное поле также уменьшает дефективность растущих кристаллов [89,110,115].

Зародышем становится частица минимально необходимого размера, способная к существованию. Частицы меньшего размера растворяются или распадаются на составные элементы [31].

А.Г. Шестов и К.К. Полянский занимались изучением вопроса критического размера зародыша кристалла лактозы. По их расчетам, основанным на теории активных центров, он составляет 2-5 им [97].

Зародышем может стать частица как кристаллической структуры, так и не имеющая таковой, т.е. любая твердая частица, которая способна адсорбировать на своей поверхности ионы или молекулы кристаллизующегося вещества. В

роли зародыша также может выступать посторонняя поверхность, способная к абсорбции. Данный способ зародышеобразования называют кристаллизация на подложке.

Теория образования зародышей Д. Гиббса базируется на положение термодинамики, согласно которому изолированная система абсолютно устойчива, если ее энтропия остается неизменной или уменьшается при постоянстве энергии системы [12]. Примером такой системы является пересыщенный раствор, в котором энтропия возрастает в процессе кристаллизации на некоторую конечную величину. Образовавшийся зародыш приобретает форму, отвечающую минимуму его свободной поверхностной энергии.

Теорию Д. Гиббса далее развивал М. Фольмер. Он исходил из основных положений учения о термодинамических флуктуациях по концентрации, температуре, давлению и др. параметрам. В данных точках зарождаются кристаллы [12,83]. Френкель предложил гетерофазную флуктуационную теорию. Суть которой заключается в тепловом движение молекул, приводящем к образованию флуктуационной плотности в массе исходной фазы и уплотнению молекулярных комплексов, которые являются зародышами. Однако обе данные теории приходят к экспоненциальной зависимости скорости образования зародышей от температуры и физических параметров раствора [129].

Термодинамические теории не применимые случаях, когда кристалл растет не послойно. И.Н. Странским и Р. Каишевым процесс зарождения кристалла объясняется молекулярно-кинетической теорией, согласно которой образование зародыша критического размера происходит путем постепенного присоединения строительных частиц к растущему кристаллу. Недостатком данной теории считается то, что она не учитывает такие факторы, как строение кристаллических решеток, силы взаимодействия между частицами, т.е. реальность процесса [69].

Заслуживает внимания механизм образования вторичных зародышей, т.к. он позволяет решать практические вопросы, связанные с получением кристаллической фазы с заданными характеристиками [29,34,38,43,70,95]. Вторичным

зародышеобразованием называется, зародышеобразование в присутствие кристаллов растворенного вещества.

По мнению Л.Н. Матусевич [43], причиной вторичного зародышеобразо-вания может стать наличие возле поверхности кристалла полуупорядоченного слоя, который при движении раствора «смывается», способствуя образованию новых зародышевых центров.

Интересен механизм образования вторичных зародышей, суть которого заключается в прилегание слоя жидкости, отличающегося от остального раствора по причине изменения растворителя, к затравочному кристаллу, что приводит к снижению растворимости, увеличению локального пересыщения и стимулированию зародышеобразования. Экспериментального подтверждения данного высказывания пока нет [84].

Полагают [29,34] также, что поскольку вторичное зародышеобразование стимулирует появление не только зародышей, но и «дозародышей», то оно нарушает существующее стационарное распределение дозародышевых ассоци-атови, таким образом, смещает равновесие в сторону образования критических зародышей, а, следовательно, инициирует первичное зародышеобразование.

К.К. Полянский и А.Г. Шестов в своих работах использовали кинетический подход в рассмотрение процесса зародышеобразования в пересыщенных растворах лактозы. Итогом работ стали уравнения для описания гетерогенного зародышеобразования при ламинарных условиях [52,97].

1.2.3 Рост кристаллов

Необходимым условием протекания процесса роста кристаллов является наличие пересыщенного раствора. Пересыщение достигается путем повышения концентрации растворенного вещества за счет выпаривания части растворителя; охлаждения раствора для понижения растворимости; добавления в раствор веществ, связывающих растворитель или уменьшающих растворимость («высаливание») [102].

Рост кристаллов можно определить двумя процессами: диффузией строительных частиц к поверхности растущего кристалла и введением их в структуру кристаллической решетки. Последний процесс состоит из нескольких частей: адсорбция частицы поверхностью, миграция се вдоль поверхности и ее непосредственное внедрение в кристаллическую решетку. На скорость роста кристаллов влияют: температура, интенсивность перемешивания раствора, вязкость и др. Влияние того или иного фактора различно в зависимости от условий кристаллизации. Например, в перемещиваемых и неперемещиваемых растворах зависимость скорости роста от пересыщения различна. Самым важным фактором, влияющим на рост кристаллов, является пересыщение. С его изменением меняется и механизм процесса роста. Для чистых растворов лактозы лимитирующей стадией процесса является кристаллохимическая реакция, а для растворов с сахарозой на первый план выходит диффузия [15,51,52].

Существует большое число теорий роста из-за сложной зависимости скорости роста кристаллов от различных факторов. В настоящее время нет единого мнения, позволяющего адекватно объяснить все многообразие процесса кристаллизации.

П. Кюри предложил первую теорию роста кристаллов. Ее суть заключается в наличие связи между формой кристалла и поверхностной энергией его граней. Данная теория справедлива только для кристаллов малых размеров. Исходя из термодинамических соображений, подобное предложение высказал Д. Гиббс [4]. Эта теория получила дальнейшее развитие в работах Ю.В. Вульфа, Г.В. Хилтона, K.M. Виолы и других исследователей. Грани кристалла растут со скоростями, пропорциональными их поверхностным энергиям, согласно принципу Гиббса-Кюри-Вульфа [4,76]. Дальнейшие теории роста кристаллов рассматривают связь между скоростью роста и пересыщением, исходя из предложения, что скорость роста кристаллов лимитирована.

На количестве продиффундировавшего через пограничный слой вещества, от которого зависит скорость роста или растворения кристалла, базируются диффузионные теории роста кристаллов [81]. Из данных теорий следует, что

скорость роста всех граней должна быть одинакова, что не соответствует действительности. Бертуад и Валентон усовершенствовали диффузионную теорию, путем разделения процесса кристаллизации на две стадии. Первая стадия заключается в переносе растворенного вещества из глубины раствора к поверхности, а вторая - отложение кристаллизующегося вещества на поверхности, которое описывается уравнением скорости для реакций первого порядка. Теория имеет экспериментальное подтверждение по отношению к растворам лактозы

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рябова, Анастасия Евгеньевна, 2014 год

>1 - о

ы

X ¿Г ✓ ^ '—

о , /

«?

со Л ~

о х"1

*> 5 <1 и ^

4 Х'

ее '-■Л -¿Л ^ Л. —

■чЧ** ¿2

:г ■*• V.

ж 1С ^

с У- ~

чС. *•»

*< Л г

Д

л 1

М

Г

1

(Л к о а V

< £ ч

X 1

ъ'

9 г. ь

>-ч £ Р к § } \

< Си

О

^ í

о

■} -- (

3* А

я

33 8

& &

а. я-

а а

Я ^ &

Р О £ &

? с О >*»

м ад

те 5

а. <<

я <

со о.

3!

- ж

Й. §

о о со оО

к ^ Й

а

о

<а &

&

си

Публикации в рецензируемых научных журналах и изданиях.

1. Кирсанов В.В. Непрерывный процесс кристаллизации лактозы в молочных консервах с сахаром - перспективы использования в производстве / В.В.Кирсанов, А.Е.Кузнецова, В.В.Червецов, А.Г. Галстян // Научно-технический журнал «Техника и технология пищевых производств» № 2, 2012, с. 52-56.

2. Гощанская М.Н. Осмотически деятельная композиция для продуктов с промежуточной влажностью на молочной основе / М.Н. Гощанская, С.Н. Туровская, В.В.Червецов, А.Е.Кузнецова, А.Г. Галстян // Теоретический журнал РАСХН «Хранение и переработка сельхозсырья», №1, 2012, с. 43-45.

3. Рябова А.Е. К вопросу о гетерогенной кристаллизации лактозы в технологиях сгущенных молочных продуктов с сахаром / Рябова А.Е., Галстян А.Г., Малов Т.П., Радаева И.А., Туровская С.Н. // Научно-технический журнал «Техника и технология пищевых производств» № 1, 2014, с. 78-83.

Патенты на изобретение

4. Способ производства молоко содержащего обогащенного продукта с промежуточной влажностью для геродиетического питания. Стрижко М.Н., Галстян А.Г., Червецов В.В., Радаева И.А., Туровская С.Н., Илларионова Е.Е., Кирсанов В.В., Кузнецова А.Е., Карапетян В.В., Малова Т.И. Патент на изобретение № 2501282 от 20.12.13

5. Способ проведения кристаллизации молочного сахара в концентрированных лактозосодержащих молочных продуктах. Кузнецова А.Е., Галстян А.Г., Червецов В.В., Кирсанов В.В., Радаева И.А., Туровская С.Н., ИлларионоваЕ.Е., Семипятный В.К., Бредихин A.C., Стрижко М.Н., Карапетян В.В., Малова Т.И. Патент на изобретение № 2502311 от 27.12.13

Публикации в Трудах НИИ, материалах конференций, симпозиумов, в специализированных журналах.

6. Гощанская М.Н. Теоретические аспекты технологий продуктов с промежуточной влажностью на молочной основе / М.Н.Гощанская, Е.А.Фетисов, Н.Н.Свистун, С.А.Смирнова, А.Г.Галстян, А.Е.Кузнецова // Международная научно-техническая конференция «Современные достижения биотехнологии», Сборник материалов: Часть 3 (электронный носитель) «Биотехнология пищевых производств», Ставрополь, 2011, с. 237-239.

7. Червецов В.В. Перспективные решения в технологиях сухих мо-локосодержащих продуктов / В.В.Червецов, М.Н.Гощанская, Н.Н.Свистун, С.А.Смирнова, А.Г.Галстян, К.О.Семилеткова, А.Е.Кузиецова // Международная научно-техническая конференция «Современные достижения биотехнологии», Сборник материалов: Часть 3 (электронный носитель) «Биотехнология пищевых производств», Ставрополь, 2011, с. 217-219.

8. Галстян А.Г. Альтернативные энергосберегающие процессы производства сгущенных консервов/А.Г.Галстян, В.В.Червецов, С.Н.Туровская, В.В.Кирсанов, А.Е.Кузнецова//Журнал «Переработка молока», № 1, 2012, с. 42-43.

9. Кузнецова А.Е. К вопросу кристаллизации лактозы из насыщенных растворов / А.Е.Кузнецова, В.В.Кирсанов, А.Н.Шкловец // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых/ КемТИПП, отв. ред. АЛО. Просеков - Кемерово, 2012. - 663 с. 161-162.

10. Кирсанов В.В. Развитие научных основ процесса изогидрической кристаллизации лактозы / В.В. Кирсанов, А.Г. Галстян, В.В. Червецов, А.Е. Кузнецова, М.Н. Гощанская // Научное обеспечение молочной промышленности. Сборник научных трудов. ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. - Москва: Интеллект-Центр, 2012. - 256 с. С 102-109.

11. Кузнецова А.Е. К вопросу гетерогенной кристаллизации лактозы в технологиях сгущенных молочных продуктов с сахаром / А.Е. Кузнецо-

ва, А.Г. Галстян, С.Н. Туровская, В.В. Кирсанов // Научное обеспечение молочной промышленности. Сборник научных трудов. ГНУ ВНИМИ Россель-хозакадемии. - Москва: Интеллект-Центр, 2012. - 256 с. С 124-130.

12. Кирсанов В.В. Современные способы кристаллизации лактозы / В.В. Кирсанов, А.Е. Кузнецова, A.C. Бредихин, М.Н. Гощанская, В.В. Чер-вецов // Материалы Международной научно-технической конференции «Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть науко жизни». - Воронеж, 2012. - 634 с. С 213-218.

13. Кузнецова А.Е. Использование гетерогенной кристаллизации при производстве молочных консервов с сахаром / А.Е. Кузнецова, В.В. Кирсанов, В.В. Червецов, А.Г. Галстян // Материалы Международной научно-технической конференции «Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть науко жизни»,-Воронеж, 2012. - 634 с. С 246-249.

14. Бредихин A.C. Современные способы и оборудование кристаллизации лактозы / A.C. Бредихин, В.К. Кирсанов, А.Е. Кузнецова, М.Н. Гощанская, В.В. Червецов // Материалы VI Международной научно-практической конференции «Технология и продукты здорового питания». Под ред. Ф.Я. Рудика. - Саратов: Издательство «КУБиК», 2012. - 206 с. С. 36-39.

15. Кирсанов В.В. Теоретические исследования температурной депрессии при впрыскивании лактозосодержащего продукта в вакуум-камеру / В.В. Кирсанов, А.Е. Рябова, А.Г. Галстян // Сборник научных трудов VII конференции молодых ученых и специалистов научно-исследовательских институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Росельхозакадемии «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и перерабатывающей промышленности АПК»-Москва, 2013.- С. 57-63.

16. Rjabova А.Е. Lactose Crystallization: Current Issues and Promising Engineering Solutions / A.E. Rjabova, V.V. Kirsanov, M.N. Strizhko, A.S. Bred-ikhin, V.K. Semipyatnyi, V.V. Chervetsov, A.G. Galstyan // «Foods and Raw Materials», Vol.1, (No. 1), 2013 -P.66-74.

йП

«i щ

Wy

щ

««. Sí! :

ïS-j

■Ы

Ы

vi!

ШЖШШЖг

'.. Й j■' ■ !:<i! i- ?! it?.

'¿я<шз 1

способ ш*о8ошш1 КРУ<ТД. миитш молочной> сахара в ко.!iщ:иmi?oваш*ых

ÍW

лтуяши* й яр-, ш ■?>,< ui.ïf.-fi -a tí--. i fi Ü 7 i У ß H ftf. Ш f í;íía¿í-í v, vиí¡i {Ñt.'i

::VÍ;-Í-;Í-ííí; H-ÍÍ iwapvfrtv

-.:•.' :•."::••• '.V:;. :•:••.•::• '

27 érxiíép* 29Я .*

Л

.OíSS^v* е..

'v

и

Лл

'& ш & « \'¿ r¿ ss « s< z¡ « s ïï ~ # * » v» * v. № £<• w :•>

.V 2ЛЩЖ

стюсоб топ толе 1 и \ >н к шкосхиьг/клим- **>

ОБОГАЩЕННОГО ПРОДУКТ Ч V ИР0ШЧ&У1ОЧШ Ш ВЛ \ЖМОС ТЫО ДЛЯ ГПЧ) ШЬ1 «ЧЬОШГО ШИ ЛШШ

Ь- 1 >ИЛ> >С !•■ иг, \, н V НЯУЧЯ<Ч'} 4!1<\?«<к>}>'1!<

' Вск'р</> сана-, и и хаучнё-хсс ижтмгп'Ч!

Ч'.},л><чя<-<и -(¡¡Ч'МЫш (I//> Я////?///

Росс*| /И ¿')

- - ; 4-м, та м^р^тс

ч З'ЧЧ'ш?.«-\ ч <?с 14 С .з»«> ' г,

I.. 1 ><! ч Ф < ^ , >.\\ >")>-'

ч , , ! - ; > Ч ЪЪйЬ}»» ' (

'}/ ''"'.'"к ( ' 1 ' " "< - 1 ч '

ч * " V ч < Ч Ч Ч 1 * < <

у \ , < >

» <

! Л ! > П { I

СВИДЕТЕЛЬСТВО О ЗАКЛЮЧЕНИИ ЬРАКА

V _ < > » -'ч.-а-^я 5 » - > - ''4 , и

'«Л"-. < > а

-•"<>"< "—'ПМ ""( '-чРП'« 1 < * -хд < .. < ^ у , о г> < > 1

ч > г! > 1 I к ) [ о и ' р 1) •> ^

чн а-

ь$ь

» } о; ->< ч, 1 ГI I

> [ ч Ж > И;"««.' 1 >1»

«"'Г 4 '

' V- '

У 5 ^ -(Т <■ 3 I ! 1 '¿/я*

> .)<«• 1 I ' () » 1 I I « > «<Г I ! 1

> <

V Л> »

. ! \

/

ОЛО-У<Д« ВГМХЛ" 1б<><55,!, МЛЧОЧ'КЧЧ

у гвьрждаю

им Факт ■■

< ;>гкл><

акт

¡¡роГЧ'рйН !:ОЧ<">Ч;(ОГ<( С!'НХЧ«Х1 М кр:1'.ЛЗЛ;)Я ¡Л;(И»

.(«К !!! ^,; в с! иислном нролукг« с чч-.хар"^.

К<.ПШС1 ИЯ -.:<и !!рСдССЛЙК\1й П£ЧЪ1Ч80.*К.!(«'»Л О^О « УОУП

ВГУЗКА- им, Н.В клд;, КучнеиовоГ) Ж.К.Х, ндчалышка

инженерно!! службы ОАО УОУН ВГМХА чм. В.Н. Всрса:«; «!;«>■• К'ум.мжш \ В.,«». кафедрой К-чполог.иес^ок» ¡Ч'юрулояаивл ФГЫ >У ВНО В! МХА ¡К!, I !.В. Нор>-'!:Ш! кл.н. К^.к'вко И Г... ;! р>л<1:>«ч: сор л кафиры

!схноД<п »¡четкого л^ййьия йгмхл. л.;.и. 1 »¡синлояой Л,Я. ■>.»«

.»•.мл^шорнс!; ч<>,к.:1»:ыч. к>1>кч-р!юь ГПУ ВИИМИ Россс'.пленакл.(оммм. ллл>. Чс-рйсио;;;! В.В.. л;сг<.1 -члучкчко согрулникл лда>р;нор!:И кадссрво» I НУ ВППЧИ 1Уч:с(У1ьчо'и:<:и<.-ч<в<1. ■ в П^и'уйк;- Л.Г, ;ь:гв:рлм(л ГНУ ВНИ.МН Росссв^^ш-л^ин К»1ч»м.ч« В.В . «г(шр*ат ГНУ ВНИМИ

КУ •!»«•<'«>>(> Л.?-.. 4 «МСП.ШЦКЙ 3(С( (> ЮМ, Чй» 8

и«р;|.,>д с <>.¡{)Л<Л- ¡¡-л ОАО «Уч^ио-опытны;! мелочны«

•ад&ог-;, ВГМХЛ им. .4.В Версию) мн*/* на

^■•(¿¡•ОНЬС ОЫЛй '¡рМ'СЛС"'!;: :ЛКИЛУГ>1!

!:ОК»'!И''!Й «а«) уМ-КрПОаЛЛ^'.СНП«: (! 4.'! )!ВСВМ'ЛМ МО;:<>М>СО:'!С£>Ж'.213)СА:

г;р;<дук;й с <. а членам с в^ссев;^! '«¡тра-»;« ■,«ж\)яв<ч; суспензия

До-юл^игсльнмм я«г«>ч ¡Ь.(,:!<> овробоваво аййссьне суспегадз' и>л;-1:лии<'>нвыч ■'t-pti.it в;.«>зп<;,<; мтчв-га.ювШ'ЗМ) «.гиоьеша гагака. кзрбечт« вдлыли« в лвоссида кремния} а г«.>ля ¡лфлакл; пр« гхпо-чной Ы!ку;<м ^р^лаллнллцив -икгочм.

ЯЛ« ¡¡¡^ЙОЛОИИЯ ОЧЬИ^Л-ЛфпМЫИиСЯиО»; : !р«ВСр!Л!,

вролук; с сичаром ¡по ГУ при

полавзла а по точный ваку^м-крнсталлзттор. гл? он о.члзжладс* до

Псрел (ЮДЛ'ВГИ В » продукт 8НОСЯ;.!Н

&в«д<? сусги'л-'ШИ, па-пчевилв в рч'ччльк-к- см^вк'ввя мечкс^рясп^.'чс^'кЫ? лак;ты ¡1 рлечычм^.чок* м;д'лл м соп-нпшк'ник к.1;, а ¡•.оличеепк' к

млссс ;!ролук-а. !кчг.и' шк-сени* да(1зми а диско-^ый

лйра0от»(:к, п ;.c o6cc«c<hjs&jocï. интеиетиж гндрод«нзмнм«стг m pa«iK>M«?iJ<v распределение '«атраыси по всему ойьему

ГСрОДУКТ.Ч.

Д-чй .чодтв««ржд<>ния чффекчмвжкти ярс*здагаемо$ о способа лпткштиько бы;к» «рождена крйсталднчапм» аучшино!« м«ямК1хх>держа«и<чч-> продукт с {.-.чхаром фАли»*ош<ы\1 способом. При тглм температура продукта снижалась or по 2W s течение <>0 мннуг. Затравку вносили s яиде суспеюм» р:$сгнт<?лм!ого масли н мококрмсч;зл.ч«ческсч: дактош П|зн чемпер-пуре ЗУС, В качссчае кристаллизатор» применяй-* s кс п st}*>î iMiii» г ; j.n (: у ïo установку беч узла форсу ночного распыла. Инк'мсим'ос п> охдаждеяи« дополнительно регулировал« применением тгаоноенте.-]* - л<?лялой <ь>ды a контуре емкости.

В ifoni.it? процесса охлажден»* отбирались пр«Г>«4 «родукга и t< »их определялся лннеШшй размер кркстхапо» яакгтм. «тем рэссчигмяаяас* и>; среди»« делячяна *> ко.»ффкцисч> i одвородцосг». Укачйиямй иродукг мсс:ЮД»ш1Л>< a течение 6 месяцев с периодичностью » Î .месяц, P<ny;n.nm>j ПХ'.нучтеметрического состава криетазло» лактопы а продукте »а шестой меся« хранения преде шмтчш в го&тне.

Гзблний ••■ Характеристики гранулометрического со;л;нш кристаллов лакто'ш

!

Пока-тедн Традиционный способ ; Способ неточный

I криечалдюашвд

! Средний рачмер

; ;cpBçryuji.;io« . .yVrlè?....,......................................

однородности

Ы2 0.7<t

Кроме -mix) быни »роясаеиы пештаняй '.нЬфективиосгм нс-чоль книмва в роии :вп?чпмси ИЗМ в котичссп« 0.02% « «аесе продукта. В pesyrîbHtie проаедевных иеныткнви установлено. чго среджк- размеры {мам) ко>ффици<?вг однородности гетерогенных кристаллов пакхозы з продукте на. шестой месяц хранения не прдемшази: диоксидачитана •■ ^e-S.-'O/C': карбепша - И ' î ;

диоксаз» кремни« •■ 7,4 / 0,73.

Б результате проасденно» опыгно-яромыюзгвйой проверки было установлено, что поточный способ 'вакуум-кря^аддичаинм лакчтпы пошюяет улучнлпь качество готовой продукции но срание»«к> с традиционным m счет снижения среднего дннейнот рзгмера крвс»а.чло»

яакточы на 22,7%. О г у im-в у ы а чгйл«кч>сод«р-л.апшй продукт с сахаром, выработанный предложенным способом с -травкой как к анде сусзднчци «аспо-ме.чкокристзляичесхая лактоаа, гак и в виде- суслеиэнп в*«гшо«е«мы> гароамшегодх «atep»a:u><* « распиел&ном масле обладав хорошими ©ргаиолгнглчееккма вокашелчми.

На осн<мши» рс!у.:!»ш!Ой опьп«о-иромышлешюй н|х> верки комисч:»« CMtvfSttrt првздмжеишый евособ twwmoft азкт'ш »

¡•г>;и0лоп;и стушенного мо.:!окос'оясржашеп> пролуята с сахаром перспективным и рекомендует ллк яркменош« в производств;.'.

... Кул:ецо(«Ж.к>.

/Ж ,,-■••""

ЦХС"' Ку ньмин A.B.

Куленко В.Г

, __ ■ ■ Гнсчдило«!« А.И.

*:f . Чераеиа» 8.В

< ■ l'iCiCTSB А.}'

__• Кирсанов В.В,

s <■ :■ ■'•»••' •; Кузнецоаа А.Е.

У

(Q