Разработка технологии новых видов крахмалопродуктов экструзионным способом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.05, доктор технических наук Карпов, Владимир Георгиевич

• Карпов, Владимир Георгиевич
• доктор технических наук
• 2000

Оглавление диссертации доктор технических наук Карпов, Владимир Георгиевич

Сокращения и обозначения.

Введение.

Глава 1. Изменение структуры и свойств крахмала в процессе влаготермомеханической обработки (Обзор литературы).

1.1 Строение и свойства крахмала.

1.1.1. Химический состав крахмала.

1.1.2. Структура зёрен крахмала.

1.1.3. Клейстеризация и ретроградация крахмала в низкоконцентрированных системах.

1.2 . Роль воды в процессе клейстеризации крахмала при гидротермомеханической обработке.

1.3 Исследования в области технологии набухающих крахмалов.

1.4 . Экструзионная обработка крахмала и крахмалсодержащего сырья.

Глава 2. Методы получения и исследования экструзионных крахмалопродуктов.

2.2 Методы исследований модифицированных крахмалопродуктов 2.2.1 Определение содержания сухих веществ.

2.2.2 Определение содержания редуцирующих веществ.

2.2.3 Определение молекулярной массы и степени полимеризации.

2.2.4 Определение набухаемости.

2.2.5 Определение растворимости и водоудерживающей способности.

2.2.6 Определение динамической вязкости клейстеров.

2.2.7 Определение характеристической вязкости.

2.2.8 Изучение изменений вязкости клейстеров крахмала при нагревании и охлаждении.

2.2.9 Определение щелочного числа.

2.2.10 Определение стабилизирующей способности.

2.2.11 Определение плотности структуры ксерогелей.

2.2.12 Определение жироудерживающей способности.

2.2.13 Определение сорбционной влаги.

2.2.14 Рентгеноструктурный анализ.

2.2.15 Качественная хроматография.

2.2.16 Определение ферментативной атакуемости.

2.2.17 Турбидиметрическое титрование.

2.2.18 Определение коэффициента расширения экструдатов.

2.2.19 Определение насыпной массы и угла естественного откоса измельченных экструдатов.

2.2.20 Определение степени клейстеризации крахмала.

2.2.21 Определение варочных свойств крупы из крахмала.

2.2.22 Определение органолептических свойств.

2.2.23 Методика определения термодинамических параметров процесса тепловой обработки водных дисперсий крахмала.

2.2.24 Дериватография крахмалопродуктов.

2.3. Уточнение метода определения окраски полисахаридов с йодом.,.

2.4. Характеристика сырья. .¿

2.5. Математическая оценка результатов наблюдения.

Глава 3. Исследование структуры и свойств крахмалов при гидротермической и механической обработке.

3.1. Исследование структуры и свойств крахмалов разных видов при гидротермической обработке низкоконцентрированных систем крахмал-вода. Определение граничных условий обработки.

3.2. Исследование процесса клейстеризации систем крахмал-вода с использованием вискографа.

3.3 Исследование изменений структуры и свойств крахмала в результате механической обработки.

3.4 Исследование уплотняемости крахмала и крахмал содержащего сырья.

Глава 4. Исследование изменений структуры и свойств крахмал и крахмал-содержащего сырья в процессе высокотемпературной кратковременной экструзии (ВТКЭ). Разработка технологий новых видов крахмалопродуктов.

4.1 Технология подготовки сырья.

4.1.1 Исследование влияния дисперсности крахмалсодержащего сырья на свойства экструдатов.

4.1.2 Исследование влияния длительности отволаживания на физико-химические свойства экструдатов.

4.2 Исследование влияния условий обработки на физико-химические свойства экструдатов в процессе ВТКЭ.

4.2.1 Определение граничных условий обработки.

4.2.2 Математическое моделирование и оптимизация процесса экструзии крахмалсодержащего сырья.

4.2.3 Методика расчета отдельных параметров для выбора промышленных экструдеров.

4.3 Исследование влияния режимов обработки на растворимость экструдатов кукурузного крахмала.

4.4 Исследование влияния условий обработки на физико-химические свойства экструдатов картофельного крахмала.

4.5 Исследование влияния некоторых химических веществ на физикохимические свойстваэкструдатов крахмала.

4.6 Исследование процесса охлаждения экструдатов.

4.7 Исследование процесса десорбции и сорбции влаги экструдатами после ВТКЭ.

4.8 Исследование физико-химических свойств экструдатов.

4.8.1 Исследование растворимости и водоудерживающей способности экструдатов различных крахмалов при ВТКЭ.

4.8.2 Исследование изменений структуры и гидратационной способности экструдатов из крахмалсодержащего сырья.

4.8.3 Исследование термических свойства экструдатов крахмала.

4.8.4 Физико-механические свойства экструдатов.

4.8.5 Гигроскопические свойства экструдатов крахмала.

4.8.6 Изучение структурных изменений полисахаридов крахмала при ВТКЭ.

4.8.7 Исследование состава водорастворимой фракции экструдатов.

4.8.8 Ферментативная атакуемость экструдатов.

4.8.9 Исследование макро- и микроструктуры набухающих крахмалопродуктов.

4.8.9.1 Микроскопические исследования.

4.8.9.2 Рентгенофазовый анализ крахмалопродуктов, полученных

ВТКЭ.

4.9 Технологическая оценка экструзионных крахмалопродуктов. Практическая реализация результатов работы.

4.9.1 Технологические схемы производства набухающих крахмалопродуктов и крахмалов.

4.9.2 Технологическая оценка набухающих крахмалопродуктов в литейном производстве и в качестве стабилизатора глинистых буровых растворов.

4.9.3 Технологическая оценка набухающих крахмалов в хлебопекарной, макаронной, кондитерской и др. отраслях.

4.9.4 Экономическая эффективность организации производства модифицированных крахмалопродуктов.

Глава 5. Исследование физико-химических свойств крахмалопродуктов, полученных методом варочной экструзии.

5.1 Изменение структуры высококонцентрированных крахмальных клейстеров при обезвоживании.

5.2 Исследование процесса сушки высококонцентрированных крахмальных гелей.

5.3 Исследование процесса образования ксерогелей крахмалов макропористой структуры.

5.3.1 Исследование влияния термической обработки на свойства крахмалопродуктов макропористой структуры.

5.3.2 Исследование зависимости структуры и свойств крахмалопродуктов от фазовых переходов высококонцентрированных клейстеров.

5.4 Исследование процесса сорбции влаги крахмальными ксерогелями макропористой структуры после термической обработки.

5.5 Реализация результатов исследований.

5.5.1 Аппаратурно-технологическая схема производства полуфабрикатов чипсов (ПФЧ).

5.5.2 Экономическая эффективность производства ПФЧ.

Глава 6. Исследование изменений структуры и свойств крахмала в процессе холодной экструзии.

6.1. Влияние режимов обработки на степень клейстеризации и коэффициент набухаемости экструдатов крахмала.

6.2. Исследование влияние режима обработки на свойства крупы.

6.3. Исследование процесса сушки безбелковых крахмальных крупяных изделий.

6.4. Исследование структуры крахмалопродуктов, полученных холодной экструзией.

6.5. Исследование сорбционных свойств безбелковых крупяных изделий.

6.6 Практическая реализация результатов исследований.

6.7. Экономическая эффективность усовершенствованной технологии саго.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии новых видов крахмалопродуктов экструзионным способом»

Концепция государственной политики в области здорового питания Российской Федерации на период до 2005 года, утвержденная постановлением Правительства РФ № 917 от 10.08.98 г., предполагает выполнение комплекса мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребности различных групп населения в рациональном, здоровом питании с учетом их традиций, привычек и экономического положения, в соответствии с требованиями медицинской науки [85]. Для решения проблем обеспечения населения продуктами рационального питания необходимо наряду с ссовершенствованием традиционных разрабатывать новые методы обработки пищевого сырья, позволяющие производить продукты с заданным составом и свойствами, не требующие больших затрат труда и энергии на их приготовление. Одним из направлений создания новых и совершенствования существующих технологий является разработка способов, в которых сырье подвергается одновременному физическому и химическому воздействию. Использование экструзионной техники является общепризнанным направлением технического прогресса в пищевой промышленности. Экструзионная обработка - это комбинированное воздействие на обрабатываемый материал механических напряжений, влаги, тепла и, при необходимости, различных химических реагентов с целью получения экструдатов необходимой формы, структуры и физико-химических свойств. Этот способ обеспечивает существенную интенсификацию процессов влаготермомеханической обработки крахмала и крахмалсодержащего сырья. Эктрузионную технику используют для создания безотходных, гибких, высокоэффективных производств продуктов пищевого и технического назначения. В качестве сырья в этих процессах чаще всего применяют природные биополимеры, важнейшим из которых является крахмал. При этом следует иметь ввиду, что сырьевые источники для производства природных биополимеров, в т.ч. крахмала, по существу неисчерпаемы, так как сельскохозяйственное сырье ежегодно восстанавливается в возрастающем количестве. В связи с этим в ряде случаев замена крахмалопродуктов, используемых на технические цели, другими химическими материалами, особенно производимыми из постепенно исчезающего нефтяного или газового сырья, экономически невыгодна и неперспективна.

Одним из путей, который позволяет сократить удельный расход крахмала на технические нужды и получить новые продукты и эффективные пищевые добавки на основе крахмала, является придание ему новых или усиление имеющихся свойств, необходимых потребителю, путем физической, химической, биохимической или комбинированной обработки крахмала, т.е. его модификацией.

Большим спросом пользуются модифицированные крахмалы, прошедшие полную или частичную клейстеризацию, так называемые набухающие крахмалы. На основе этих крахмалопродуктов можно производить безбелковые продукты лечебного и профилактического питания для детей и взрослых. Особенно актуальными являются работы по созданию продуктов лечебного питания для детей, больных фенилкетонурией.

Крахмал, как природный высокомолекулярный полимер, имея в своей структуре реакционноспособные группы, является также резервным материалом для получения новых, разнообразных по структуре и свойствам крахмалопродуктов для пищевых и технических целей. Получение их может быть осуществлено экструзионной обработкой крахмала с применением разных пищевых добавок и химических реагентов (белков, жиров, витаминов, кислот, солей и т.п.). Применение предварительно клейстеризованных крахмалов при бурении скважин позволяет снизить удельный расход нативного крахмала на 25-28 % [ 91 ]. Введение в состав формовочных смесей литейной промышленности набухающего крахмала значительно улучшает их физико-механические свойства [46 ].

Работы, проведенные во ВНИИкрахмалопродуктов, показали, что путем ю , экструзионной обработки крахмалсодержащего сырья (кукурузы или кукурузного зернового отхода) можно получить набухающие крахмалопродукты по качеству приближающиеся к набухающим крахмалам, применяемым в народном хозяйстве [97]. При этом существенно повышается эффективность производственного процесса получения крахмалсодержащего реагента для технических целей. Экструзионная обработка крахмала и крахмалсодержащего сырья позволяет получать также продукты питания, полностью готовые к употреблению (закусочные продукты, сухие завтраки, хлопья и т.д.), продукты быстрого приготовления (полуфабрикаты чипсов - "пеллеты", пудинги, напитки и кисели, не требующие варки). Модифицированные набухающие крахмалы широко применяют в пищевой промышленности в качестве стабилизаторов и загустителей систем в различных пищевых производствах (майонезы, йогурты, начинки, кетчупы), в качестве улучшителей в кондитерской, хлебопекарной и макаронной промышленностях.

Изучению свойств крахмалов и научным обоснованиям методов получения новых видов их модификаций уделяется все возрастающее внимание, как в нашей стране, так и за рубежом [89 ].

Экструзия является высокоэффективным, безотходным, кратковременным технологическим процессом, а экструдер многими исследователями рассматривается как универсальный биохимический реактор. Уникальность экструзионного способа заключается в возможности использования не только многообразия видов и свойств перерабатываемого сырья, но и разнообразие форм, структуры и свойств получаемых продуктов (продукты готовые к употреблению, продукты детского лечебного и профилактического питания, полуфабрикаты, модифицированные крахмалы и др.). Согласно данным приведенным в обзоре [89], только в континентальной части США ежегодно производится и продается экструзионных продуктов типа готовых завтраков на сумму 2 млрд. долларов, причем выпуск таких продуктов каждый год увеличивается на 3%.Таким образом в промышленно развитых странах обозначилась устойчивая тенденция роста объемов производства экструзионных продуктов.

Актуальность работы. Ситуация, сложившаяся в экономике РФ, привела к росту пищевых производств, не требующих больших капитальных затрат для их реализации и имеющих небольшую продолжительность производственного цикла (хлебобулочные изделия, майонезы, кетчупы, продукты быстрого приготовления). В связи с развитием этих технологий возросла потребность в предварительно клейстеризованных (набухающих) крахмалах, которые проявляют свои стабилизирующие, загущающие и водоудерживающие свойства в различных системах, не требует дополнительного нагрева. Однако существующий способ получения набухающих крахмалов на вальцовых сушилках имеет существенные недостатки: низкую производительность, связанную с малым коэффициентом теплопередачи, что ограничивает скорость вращения вальцев; необходимость испарения большого количества влаги; низкий коэффициент полезного использования тепла; высокую удельную металлоёмкость оборудования. Для обогрева сушильных барабанов обязательно наличие источника тепловой энергии (обычно пара), что требует дополнительных капитальных вложений [57].

Поэтому актуальным является разработка технологии набухающих крахмалов с применением экструзионного способа. Набухающие крахмалы в больших количествах используются в качестве реагентов для технического назначения (стабилизатор глинистых буровых растворов, стабилизатор влажности формовочных смесей в литейном производстве). Они заменяют химические реагенты, получаемые из постепенно исчезающего нефтяного и газового сырья. Понятна актуальность разработки технологии набухающих крахмалопродуктов для технических целей, вследствие того, что сырьевые источники для производства крахмала ежегодно восстанавливаются в возрастающем количестве. Хорошо известно различие структуры и свойств крахмалов разных видов полиморфных структур и разного полисахаридного состава, вероятно, что особенности структуры и свойств сырья необходимо учитывать при выборе режимов их обработки.

Экструзионный способ обработки крахмала позволяет получать безбелковые продукты лечебного и профилактического питания. Особенно актуальным является работа по созданию лечебного питания для детей, больных фенилкетонурией. Разработка технологии таких крахмалопродуктов является частью Президентской программы "Дети России" и основных направлений государственной социальной политики по улучшению положения детей в Российской Федерации до 2000 г., утвержденных Указом Президента РФ от 14.09.1995 г. №942.

В последние годы на российском рынке постоянно увеличивается количество экструзионных крахмалопродуктов макропористой структуры, получаемых путём кратковременной термообработки сухих крахмальных гелей. Зачастую они имеют низкое качество. Однако причины нестабильного качества этих крахмалопродуктов до сих пор неясны.

О постоянно растущем интересе к экструзионному способу переработки крахмала и крахмалсодержащего сырья свидетельствуют многочисленные публикации. Однако на их основе невозможно выработать единые подходы к анализу закономерностей изменения свойств крахмала при различных методах обработки. Выявлены, как правило, закономерности изменения его свойств от воздействия только отдельных параметров обработки модельных систем. Имеющаяся информация по исследованиям в этом направлении не отвечает на все возникающие вопросы при разработке новых технологий. Как правило, исследуются лишь отдельные технологические операции или физико-химические свойства уже готовых продуктов, изготовленных на разном, зачастую, не характерном для России сырье и оборудовании. Недостаточно исследованы изменение структуры и физико-химических свойств крахмальных гелей после экструзионной обработки. Выбор необходимых режимов экструзионной обработки чаще всего основывается на его эмпирическом подборе, основанным на результатах неоправданно большого объёма экспериментальных работ.

Экструзионное оборудование, выпускаемое отечественными предприятиями, предназначено для производства зерновых завтраков и комбикормов. С учётом существенного различия свойств сырья и целей обработки, нельзя сделать однозначных выводов о возможностях их использования для производства модифицированных крахмалов.

Весьма скудна информация об изменении структуры и свойств в крахмалопродуктах после их выхода из рабочей камеры экструдера, хотя эти процессы существенно влияют на формирование их функциональных свойств.

Актуальным является исследование структуры и свойств новых видов крахмалопродуктов, т.к. эти сведения позволят определить возможные области и способы их применения в различных отраслях народного хозяйства.

Указанные обстоятельства определяют необходимость изучения закономерностей изменения свойств разных крахмалов и крахмалсодержащего сырья при различных методах экструзии с целью разработки научных основ получения крахмалопродуктов с заданными свойствами с использованием отечественного оборудования, сырья и практической реализации завершенных разработок.

Актуальность работы подтверждается включением тематики проводимых исследований в научно-технические программы Миннауки РФ и Россельхозакадемии: «Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК», «Прогрессивные экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности» и в российско-белорусскую программу «Повышение эффективности агропромышленного производства и последовательное сохранение сельскохозяйственной продукции»

Цель работы состоит в удовлетворении постоянно растущей потребности населения в продуктах питания быстрого приготовления, продуктах лечебно-профилактического питания, в новых видах модифицированных крахмалов и крахмалопродуктов для различных отраслей народного хозяйства путем научного обоснования, разработки и реализации технологии новых видов продуктов на основе экструзионного способа обработки крахмала и крахмалсодержащего сырья. Конкретные задачи работы сводятся к установлению закономерностей изменения структуры и физико-химических свойств крахмалов с различным полисахаридным составом и типом полиморфной структуры при разных методах экструзионной обработки, позволяющих прогнозировать получение крахмалопродуктов с необходимыми функциональными свойствами.

Для этого необходимо:

1. Исследовать закономерности изменения структуры термодинамических и физико-химических свойств крахмалов разного вида полиморфных структур и различного полисахаридного состава при гидротермической обработке модельных систем

2. Выяснить причины различий температур клейстеризации крахмалов.

3. Выявить особенности изменения реологических свойств клейстеров крахмалов разных видов и полисахаридного состава при регулируемом нагреве и охлаждении с постоянным перемешиванием.

4. Исследовать закономерности изменения структуры и свойств крахмалов в процессе механической обработки.

5. Обосновать режимы и способы подготовки крахмалсодержащего сырья к экструзионной обработке

6. Исследовать влияние технологических и конструктивных параметров ВТКЭ на физико-химические свойства модифицированных крахмалов, крахмалопродуктов и удельный расход электроэнергии: разработать оптимальные режимы экструзионной обработки с целью получения крахмалопродуктов необходимой растворимости при минимальных расходах электроэнергии.

7. Исследовать действие реагентов, применяемых в традиционных технологиях модифицированных крахмалов (соляной и лимонной кислот, алюминиевокалиевых квасцов, фосфатов) на физико-химические и функциональные свойства новых видов модифицированных крахмалов.

8. Исследовать процессы охлаждения и десорбции влаги экструдатами после выхода их из рабочей камеры экструдера.

9. Изучить структуру, физико-химические и функциональные свойства экструзионных крахмалов, полученных методом ВТКЭ из разного вида сырья (растворимость, водоудерживающая способность, степень деструкции, термическая устойчивость, ферментативная атакуемость, физико-механические и сорбционные свойства).

10. Провести технологическую оценку новых видов модифицированных крахмалов в различных отраслях промышленности.

11. Организовать промышленное производство новых видов модифицированных крахмалов методом ВТКЭ на отечественном оборудовании.

12. Исследовать изменения структуры и свойств высококонцентрированных гелей разных крахмалов, полученных методом варочной экструзии при их сушке, выявить оптимальные режимы сушки.

13. Исследовать процесс изменения физических состояний сухих крахмальных гелей при термической обработке, определить оптимальный режим этой обработки.

14. Исследовать процессы сорбции влаги крахмальными гелями макропористой структуры после термической обработки.

15. Проверить режимы основных технологических операций процесса ВЭ в производственных условиях.

16. Исследовать влияние технологических параметров холодной экструзии крахмала на процесс образования гетерогенной системы, включающей крахмальный клейстер и нативные зёрна крахмала.

17. Установить закономерность влияния на степень клейстеризации крахмала технологических параметров ХЭ.

18. Определить взаимосвязь степени клейстеризации крахмала и варочных свойств крупы из крахмала.

19. Исследовать процесс сушки безбелковой крупы и вермишели и их сорбционные свойства.

20. Испытать разработанный способ получения крупы из крахмала в производственных условиях с использованием отечественного оборудования. Дать оценку технологической целесообразности и экономической эффективности нового способа производства крупы из крахмала.

21. Организовать промышленные производства новых видов экструзионных крахмалопродуктов с применением отечественного сырья и оборудования.

В соответствии с задачами исследования была выбрана следующая схема проведения работ (рис. 1-1)

Научная новизна работы состоит в том, что на основе комплексного исследования состава, структуры, термодинамических и физико-химических свойств крахмалов разных видов разработаны научно обоснованные принципы получения новых видов крахмалопродуктов различными методами экструзионной обработки.

Получены новые данные о структуре и физико-химических свойствах крахмалов из разных видов и сортов крахмалсодержащего сырья, исследованы изменения этих свойств при гидротермической и механической обработке модельных систем крахмал - вода, позволившие определить граничные условия режимов экструзионной обработки.

Впервые установлены зависимости физико-химических свойств новых видов крахмалопродуктов, полученных ВТКЭ, от параметров обработки, что позволило определить режимы получения крахмалопродуктов с заданными свойствами.

Впервые исследовано каталитическое действие химических реагентов (лимонная и соляная кислота, алюминиево-калиевые квасцы, монофосфат натрия) на процесс деструкции крахмала при ВТКЭ, что позволило научно обосновать технологические режимы получения новых видов пищевых добавок и клеев для бумаги быстрого приготовления.

Изучены структура, физико-химические и функциональные свойства новых видов модифицированных крахмалов, полученных методом ВТКЭ.

Дано теоретическое обоснование технологии новых видов крахмалопродуктов быстрого приготовления. Установлена взаимосвязь фазовых переходов высококонцентрированных крахмальных гелей и качества экструзионных продуктов макропористой структуры при различных температурных режимах обработки. Предложены аналитические зависимости для оценки физических состояний крахмальных гелей от условий обработки.

Научно обоснованы режимы получения гетерогенных систем при влаготермомеханической обработке крахмала, позволившие разработать технологию новых видов безбелковых продуктов детского лечебного питания.

Выявлены закономерности процессов сорбции и десорбции влаги новыми видами модифицированных крахмалов и крахмалопродуктов, полученными различными методами экструзионной обработки, что позволило обосновать виды и способы их упаковки и хранения.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе результатов исследований изменений физико-химических свойств крахмалов и крахмалсодержащего сырья при различных методах экструзии разработаны эффективные способы получения: продуктов быстрого приготовления (а.с. СССР №1142090, №1338834, №1344308, №1439765, №1449096, №1552412, №2060688); кондитерских полуфабрикатов (а.с. СССР №1588354, №1666026); безбелковой крупы для детского лечебного питания (а.с. СССР №1537674); стабилизатора для глинистых буровых растворов и формовочных смесей (а.с. СССР №867350, №906796, №1482929); декстрина и клея быстрого приготовления (а.с. СССР №1367412, пат.РФ №2120953, №2130956).

Разработана и утверждена нормативно-техническая документация на 12 видов экструзионных крахмалов и крахмалопродуктов: «Реагент экструзионный крахмалсодержащий» - ОСТ 18-003-94; «Реагент модифицированный крахмалсодержащий» - ТУ 10-04-08-24-87; «Крахмал экструзионный» - ТУ 9187-013-05747146-95; «Декстрин экструзионный» - ТУ 10-04-08-33-40-87; «Мука набухающая. Сухая заварка» - ТУ 9293-04000334735-98; «Полуфабрикат на основе гороха» - ТУ 9732-075-00008064-96; Продукт высокобелковый для завтрака «Воздушный горошек» - ТУ 9146-03200334735-97; Саго - ТУ 9187-046-003347-35-99; «Полуфабрикат чипсов» - ТУ 10-1173-94; Безбелковый закусочный продукт «Снежок»-ТУ- 10-04-08-47-91

Разработаны технологические регламенты на проектирование предприятий по производству экструзионного крахмалсодержащего реагента, экструзионного крахмала и крупы саго из крахмала.

Технология экструзионного крахмалсодержащего реагента внедрена на 16 предприятиях, в т.ч. Алексеевском, Городищенском, Дмитровском, Лужковском и Упоройском спиртовых заводах; Борисоглебском, Бучанском, Жуковском, Кадомском, Корсаковском, Плещеевском, Порецком, Свердловском, Тхоровском, Шемышейском, Яльчикском крахмальных заводах.

Технология продуктов лечебного детского и диетического питания - саго и безбелковой вермишели - реализована на 5 предприятиях Украины, Белоруссии и России (Бучанском, Сновском, Лаишевском, Лучковском крахмальных заводах и Климовском крахмалопаточном комбинате).

Технология экструзионного крахмала внедрена на Бучанском, Борисоглебском, Гольшанском, Климовском, Шаблыкинском крахмальных заводах, Петровском спиртовом заводе.

В опытном цехе ВНИИК освоены технологии продуктов быстрого приготовления, набухающей муки, клея для бумаги.

По разработанным технологиям выработано более 20 тыс. т новых видов крахмалопродуктов пищевого назначения и более 130 тыс.т экструзионного крахмалсодержащего реагента для бурения и литейного производства. Экономический эффект от производства и применения новых видов модифицированных крахмалов и крахмалопродуктов составил более 20 млн.руб.

Апробация работы. Результаты исследований, выполненных автором в 1975-2000гг., доложены и обсуждены на 25 отечественных и международных симпозиумах, конференциях, в том числе на УП-1Х Всесоюзных симпозиумах "Физико-химия крахмала и крахмалопродуктов" (Москва, 1976, 1981, 1984), на конференциях: «Интенсификация технологий и совершенствование оборудования перерабатывающих отраслей АПК» (Киев, 1989), «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья» (Москва, 1989), «Качество сырья мясной промышленности, методы оценки и пути рационального и эффективного его использования» (Москва, 1990), «Итоги и перспективы использования природных и синтетических высокомолекулярных соединений в производстве пищи» (Суздаль, 1991), «Научное обеспечение, хранение и переработка растительного сырья в пищевой промышленности» (Москва, 1991), «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности» (Углич, 1994,1996,1998), «Системы технологических процессов и системы машин для пищевой и перерабатывающей промышленности АПК» (Москва, 1997), «Проблема создания нового поколения отечественных продуктов питания» (Москва, 1998), Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка, 1998), «Проблема фундаментальных исследований в области обеспечения населения России здоровым питанием» (Москва, 1999); на международных конференциях: «Химия, энзимология и технология крахмала» (Венгрия, 1988), «Проблемы • переработки и химии зерна» (Германия, 1993), «Экструзия крахмалсодержащего сырья» (Германия, 1995), «Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов детского и геродиетического питания» (Москва, 1997), «Пищевые добавки - 98» (Москва, 1998), «Пища. Экология. Человек.» (Москва, 1999), «Индустрия продуктов здорового питания

- третье тысячелетие» (Москва, 1999).

Результаты научных разработок в виде образцов продуктов и макетов технологических линий экспонировались на отечественных выставках: ВДНХ СССР 1984г. - медаль «Участник выставки» за экспонат «Технология экструзионного крахмалсодержащего реагента», 1986г. - бронзовая медаль за экспонат «Установка для производства экструзионных продуктов»; ВВЦ 1998г.

- медаль «Лауреат ВВЦ» за экспонат «Продукты детского питания»; а также на международных выставках: «Детское питание - 91», «Кукуруза - 93».

Публикации. По теме диссертации опубликованы 108 работ, в том числе 17 авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация включает: введение, обзор литературы, экспериментальную часть, важнейшие результаты работы и рекомендации промышленности, список использованной литературы (247 наименований на русском и иностранном языках). Основной текст диссертации изложен на 255 с. и иллюстрирован 44 табл. и 63 рис.

Заключение диссертации по теме «Технология сахара и сахаристых продуктов», Карпов, Владимир Георгиевич

Выводы

Выполнены комплексные исследования по созданию научных основ технологий и организации производства новых видов экструзионных крахмалов и крахмалопродуктов для различных отраслей пищевой промышленности и технического применения.

Наиболее значимыми результатами исследований являются:

1 .Определение зависимости изменения структуры, термодинамических и физико-химических свойств крахмалов разного полисахаридного состава (содержание АП - 60-100%) и полиморфной структуры от режимов гидротермомеханической обработки. Полученные результаты позволили обосновать выбор режима и методов экструзионной обработки с целью получения крахмалопродуктов с заданными свойствами (модифицированные крахмалы, крахмалопродукты готовые к употреблению, продукты быстрого приготовления и лечебного питания).

Разработана нормативная документация на новые виды крахмалопродуктов, освоено их промышленное производство (а.с. СССР №867350, 906796 , 1482929, пат. РФ №2060688).

2. Изучено влияние соляной и лимонной кислот, алюминиево-калиевых квасцов, натрия фосфорнокислого однозамещённого на физико-химические свойства кукурузного крахмала, подвергнутого экструзионной обработке. Установлено, что по способности гидролизовать глюкозидные связи испытанные реагенты образуют ряд каталитической активности: соляная кислота > квасцы > монофосфат. Результаты исследований использованы для научного обоснования технологических режимов производства новых видов пищевых добавок с заданными свойствами и клеев быстрого приготовления.

Разработана нормативная документация и освоено промышленное производство новых видов крахмалопродуктов (а.с. СССР №1367412, пат. РФ №2120953,2130956).

3. В результате исследования структуры и свойств высококонцентрированных крахмальных гелей при нагреве и обезвоживании предложены аналитические зависимости для оценки фазовых переходов гелей. Полученные данные позволили научно обосновать режимы основных технологических операций (условия сушки, термической обработки, упаковки) при получении крахмалопродуктов макропористой структуры методом варочной экструзии.

Разработана нормативная документация на полуфабрикат чипсов. Режимы основных технологических операций проверены с положительными результатами в производственных условиях АОЗТ «Технорд» (С.-Петербург).

4. Исследовано влияние технологических параметров экструзионной обработки на высококонцентрированные системы, содержащие как частично клейстеризованные, так и нативный крахмал. Полученные результаты позволили научно обосновать режимы производства новых видов безбелковых продуктов диетического и лечебного питания (саго, безбелковая вермишель).

Разработана нормативная документация и освоено промышленное производство этих крахмалопродуктов на ,5 крахмальных заводах (а.с. СССР №1439765, 1537674).

5. Исследована структура и физико-химические свойства новых видов экструзионных крахмалопродуктов, позволившие определить области и способы их применения, условия и сроки хранения.

Созданы новые виды пищевых продуктов: десерты холодного приготовления, улучшители кондитерских, хлебопекарных и макаронных изделий (A.C. СССР №1142090, 1338834, 1344308, 1449096, 1552412, 1588354, 1666026, пат.РФ №2060688). Разработана нормативная документация и освоено промышленное производство новых видов крахмалопродуктов.

252

6. Новизна технических решений подтверждена 17 авторскими свидетельствами и патентами РФ на изобретения.

Разработана и утверждена нормативная документация (ТУ, ТИ, регламенты) на производство новых видов крахмалопродуктов: экструзионный крахмал, безбелковые лечебные продукты (саго, вермишель, снежок), экструзионный декстрин и клей, экструзионный крахмалсодержащий реагент для бурения и литейного производства, полуфабрикаты чипсов.

Разработанные технологии внедрены на 20 заводах. Выработано более 130 тыс.т экструзионного крахмалсодержащего реагента для бурения и литейного производства и более 20 тыс. т крахмалопродуктов пищевого назначения. Экономический эффект от производства и применения новых видов модифицированных крахмалов и крахмалопродуктов составил более 20 млн.руб.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Карпов, Владимир Георгиевич, 2000 год

1. Андреев Н.Р., Карпов В.Г. Структура, химический состав и технологические свойства основных видов крахмалсодержащего сырья. Хранение и переработка сельхозсырья.- М.: 1999, №7, с. 30-33.

2. Антонов В.К.- Химия протеолиза.- М.: Наука, 1983, 398с.

3. Арсеньева Л.Ю., Дробот В.Н., Жушман А.И. Об использовании модифицированных крахмалов в хлебопечении. Хлебопекарная и кондитерская пр-сть, 1987, № 8, с. 20-22.

4. Бабиченко JI.B., Сорочинская E.H. Изменения микроструктуры крахмала взорванных зерен кукурузы Изв. вузов СССР. Пищевая технология, 1972, №5, с. 63-66.

5. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений.- М.: Химия, 1978.- 348с.

6. Белозерский А.Н. Практическое руководство по биохимии растений.-М.: Советская наука, 19513 88с.

7. Берштейн В.А., Егоров В.М.- Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии полимеров.- Ленинград: Химия, 1990,250с.

8. Блинов Ю.М., Ведерников В.М. Исследоввание физико-механических свойств сыпучих материалов пищеконцентратной промышленности. -Консервная и овощесушильная промышленность, 1986, №2, с. 40-42.

9. Васин М.И. Применение экструзионной техники в хлебопекарной и макаронной промышленности.- ЦНИИТЭИ Минхлебопродуктов СССР.-МД987, вып.1, 21с.

10. Васин М.И., Негруб В.П., Красникова A.B., Курамшин Ю.И., Жушман А.И. белково-крахмальные улучшители хлебопекарных, кондитерских и макаронных изделий.- Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1986, № 11, с. 24-26.

11. Васин М.И., Негруб В.П., Красникова A.B., Леонова О.Я., Петракова Т.М. Сохранность макаронных изделий с добавкой белково-крахмального обогатителя. Хлебопродукты, 1988, №8, с. 49-51.

12. Васин М.И., Негруб В.П., Манкеева H.A. Производство макаронных изделий с различными добавками путем кратковременной высокотемпературной экструзии. Хлебопекарная и кондитерская пр-сть, 1986, №8, с. 36-38.

13. Вайнштейн Б.К. Дифрация рентгеновских лучей на ценных молекулах. -М.: АН СССР, 1963,-372 с.

14. Васин М.И., Негруб В.П., Красникова A.B. Белково-крахмальные улучшители-обогатители хлебопекарных, кондитерских и макаронных изделий . Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1986, №11, с. 24-26.15