Наукове обґрунтування процесів і обладнання виробництва харчових напівфабрикатів з нетрадиційної плодоовочевої сировини: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук: 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

Abstract

Дисертацію присвячено розробці науково обґрунтованих процесів і обладнання для виробництва харчових напівфабрикатів з нетрадиційної плодоовочевої сировини (НПОС). Запропоновано наукову концепцію щодо комплексного впливу гідродинаміки, теплопідводу, дифузії і реологічних властивостей продуктів на інтенсифікацію тепломасоперенесення. Розроблено фізико-математичні моделі гідродинамічних і тепломасообмінних процесів під час концентрування фруктових пюре з використанням дикорослої плодово-ягідної сировини в роторному плівковому апараті, і експериментально визначено вплив конструктивних параметрів плівкоутворюючих елементів ротора на інтенсивність випаровування вологи. Науково обґрунтовано і реалізовано напрям скорочення тривалості процесу дифузії сиропу в плоди шляхом регулювання парціального тиску пари під час уварювання дикорослих плодів в цукровому сиропі. Одержано розрахункові реологічні залежності процесів деформування пастоподібних продуктів з НПОС. Встановлено раціональні параметри досліджених процесів. Запропоновано прогресивні способи виробництва харчових напівфабрикатів з дикорослої плодово-ягідної та пряноовочевої сировини. Розроблено конструкції обладнання нового типу та визначено технологічні показники теплової обробки НПОС. Оцінено економічну ефективність науково-технічних розробок та здійснено заходи з упровадження їх у виробництво.

Диссертация посвящена разработке научно обоснованных процессов и оборудования для производства пищевых полуфабрикатов из нетрадиционного плодоовощного сырья (НПОС). Предложена научная концепция о комплексном влиянии процессов гидродинамики течения вязкого продукта, теплоподвода, диффузии и реологии продуктов на интенсификацию тепломассопереноса при производстве фруктовых паст из НПОС, а также цукатов из дикорастущих плодов. Предложены новые схемы диффузионных процессов предварительной обработки НПОС. На основе единого теоретического подхода – решения краевой задачи самодиффузии воды с растворенными в ней веществами в толщу продукта, получена формула, позволяющая оценивать продолжительность диффузионных процессов в зависимости от температуры ведения процесса и среднего размера продукта. Разработана физико-математическая модель гидродинамических процессов при концентрировании фруктовых пюре с использованием дикорастущего плодово-ягодного сырья (ДПС) в роторном пленочном аппарате (РПА), позволяющая рассчитать профиль скоростей течения вязкого продукта с использованием шарнирных срезающих рамок и определить влияние угла скоса срезающей кромки лопасти на относительную скорость течения продукта и эффективность тепломассопереноса. Получена физико-математическая модель тепломассообменных процессов концентрирования фруктовых пюре в РПА, учитывающая гидродинамику течения продукта по спирали, что дает возможность определить коэффициенты тепломассоотдачи по толщине пленки продукта, а также распределение температуры и концентрации влаги по высоте аппарата. Получены уравнения, позволяющие для заданной производительности аппарата рассчитать его основные конструктивные размеры. На основе разработанной модели процесса уваривания дикорастущих плодов в сахарном сиропе для приготовления цукатов получено уравнение для определения продолжительности процесса диффузии сиропа в плоды при регулировании парциального давления пара в вакуум-выпарном аппарате для периодов варки (72 кПа) и охлаждения (30…40 кПа). Использование такого режима уваривания позволяет сохранить хороший внешний вид плодов и сократить продолжительность уваривания. Выбрана реологическая модель, описывающая деформационное поведение пастообразных полуфабрикатов из НПОС. Решение уравнения выбранной реологической модели получены для различных вариантов деформирования, что позволяет определить конструктивные и энергетические характеристики соответствующего технологического оборудования благодаря учету их реологических свойств. Экспериментальными исследованиями закономерностей концентрирования фруктовых пюре в РПА в зависимости от особенностей гидродинамического течения продукта и теплообмена установлено, что использование шарнирной срезающей рамки приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи на 19 %. Получено критериальное уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи от рабочей поверхности РПА к вязкому пастообразному продукту. Установлена область эффективного использования РПА для выпаривания фруктовых пюре, которая находится в пределах поверхностной нагрузки 0,044…0,122 кг/(м2 с). Получено уравнение для определения эффективной вязкости фруктовых пюре с использованием ДПС в зависимости от скорости сдвига и температуры. Дисперсный анализ пасты после обработки в РПА показал, что под влиянием действия лопастей ротора продукт дополнительно измельчается и количество частиц в максимуме распределения, которое составляет 38 %, имеет диаметр 1,1·10-5 м. Экспериментально доказана при производстве цукатов из дикорастущих плодов возможность замены бланширования плодов в воде при температуре 90°С выдерживанием их в пряном маринаде при 75°С на предварительном этапе обработки сырья. Установлен рациональный режим уваривания цукатов в сахарном сиропе до достижения концентрации сухих веществ в плодах 70% четырьмя циклами варки по 13 мин с интервалами охлаждения по 10 мин между циклами. Благодаря рациональным режимам подготовительных операций с сырьем и регулирования давления среды в процессе варки, продолжительность уваривания плодов в сахарном сиропе сокращается на 15…20%. Экспериментально изучен процесс производства пастообразного полуфабриката из пряных овощей и зелени, которым предусматривается на предварительной стадии процесса подпрессовывание смеси измельченных овощей, и на основной – тепловая обработка овощной смеси в СВЧ- поле. Определено, что на предварительной стадии обработки решающее значение на продолжительность подпрессовывания оказывает величина периода релаксации напряжения в слое овощей и с учетом последующей СВЧ-обработки овощей общая продолжительность процесса составляет 770…800 с. Разработаны прогрессивные способы производства полуфабрикатов высокой степени готовности из НПОС и конструкции высокоэффективного оборудования нового типа, предназначенного для реализации предварительной и основной стадий тепловой обработки ДПС, представлены их проектные расчеты и программное обеспечение. С его использованием определены технологические показатели тепловой обработки растительного сырья свидетельствующие о снижении продолжительности процесса и уменьшении потерь массы (по сравнению с традиционным оборудованием). Для производства фруктовых паст разработана технологическая линия производительностью 100 кг/ч, которая может устанавливаться в консервных цехах небольшой мощности. Расчетом экономической эффективности промышленного производства фруктовых паст с использованием ДПС доказано, что себестоимость продукции, выпущенной на экспериментальной линии с использованием разработанных аппаратов по сравнению с традиционной за счет снижения энергетических, капитальных и эксплуатационных расходов снизилась на 12%. Экономический эффект составляет 158,7 тыс.грн, срок окупаемости линии - 1,3 года. Результаты исследования внедрены на предприятиях пищевой промышленности.

The dissertation is devoted to the development of scientifically substantiated processes and equipment for the production of semi-finished foodstuff from non-traditional raw fruit and vegetables (NRFV). Scientific concept concerning complex influence of hydrodynamics, heat bend, diffusion and rheology of foodstuff on the intensification of heat mass transference is suggested. Physical and mathematical models of hydrodynamic and heat mass transferring processes during fruit puree concentrating in a rotor film kettle are worked out. Influence of constructive parameters of rotor’s film-forming elements on the intensity of moisture evaporation is experimentally determined. The method of reducing duration of the syrup diffusion process into fruit through partial pressure regulation of steam during the cook down of wild growing fruit in sugar syrup is scientifically substantiated and realized. Recounting rheologic dependencies of the processes of paste-like deformation from NRFV are defined. Rational parameters of the investigated processes are determined. Progressive methods for manufacturing semi-finished foodstuff from wild growing fruit-berry and spicy-vegetable raw material are suggested. Constructions of the new type of equipment are developed and technological indexes of NRFV heat treatment are determined. Economic efficiency of scientific-technical developments is estimated and measures on their inculcation into production are performed.