Моделювання технологічних процесів і розробка прогресивного обладнання для переробки харчової 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 питанням розробки математичних моделей технологічних процесів переробки харчової сировини у напівфабрикати і готові кулінарні вироби, а також створення на цій теоретичній основі прогресивних технологічних процесів і обладнання для їх реалізації. Розроблена загальна методологія створення прогресивних технологічних процесів і вдосконаленого обладнання для переробки зернової рослинної сировини, а також окремих етапів цих процесів. Побудовано математичні моделі одержання концентрату сухих біополімерів, агломерації під час приготування харчових концентратів із зернової сировини, виходу екстрактивних речовин із частинок сировини, отримання відварів із зернової сировини, процесу напівбезперервної екстракції в харчовій технології, а також кінетики процесів обрушування зерен і насіння та екстрагування частинок сировини. Запропоновано вдосконалене обладнання для первинної обробки зернової сировини і приготування й охолодження пива. Результати праці знайшли практичне впровадження на багатьох переробних і харчових підприємствах України.

Диссертация посвящена вопросам разработки математических моделей технологических процессов переработки пищевого сырья в полуфабрикаты и готовые кулинарные изделия, а также создания на этой теоретической основе прогрессивных технологических процессов и оборудования для их реализации. На основании результатов проведенного анализа литературных данных по проблеме применения математических методов при разработке технологических процессов переработки пищевого сырья сделан вывод о целесообразности распространения этих методов на все основные технологические этапы переработки сырья в полуфабрикаты и продукты питания. Сделан обзор существующих методов планирования эксперимента и обработки его результатов и проиллюстрирована методика применения этих методов при разработке некоторых процессов пищевого производства. Приведены наглядные примеры реализации указанных методов при решении конкретных проблем разработки комбинированных продуктов питания с повышенной пищевой и биологической ценностью. Рассмотрены основные этапы переработки зернового и семенного растительного сырья и требования к соответствующим технологическим процессам. На основе изучения процесса измельчения сырья предложено усовершенствованное аппаратурное оформление этого процесса и сделан анализ траекторий движения частиц сырья в аппарате. Построена математическая модель, описывающая кинетические закономерности процесса измельчения зерен и зависимость константы скорости процесса от частоты вращения рабочего органа и среднего размера частиц сырья. Рассмотрены закономерности агломерации тонкодисперсных смесей сухих биополимеров при приготовлении пищевых концентратов на основе растительного сырья. Проанализированы кинетические закономерности процесса обрушивания зерен и семян растительного сырья и построены соответствующие математические модели, на основе которых описываются зависимости константы скорости процесса от частоты вращения рабочего органа технологического аппарата для различных видов сырья. Показано, что процесс рассеивания тонкодисперсной смеси сухих биополимеров благоприятствует обогащению мелких фракций ценными питательными и биологически активными компонентами исходного пищевого сырья. Предложен принцип действия усовершенствованного технологического аппарата для обрушивания зерен и семян с регулируемой частотой вращения рабочего органа, что позволяет эффективно обрабатывать различные виды сырья. Построена математическая модель, описывающая кинетику экстрагирования продуктов ферментативного гидролиза крахмала из зерен сырья с учетом внутреннего массопереноса – внутренней диффузии – экстрактивных веществ в зернах. Определены константы скорости для стадий экстрагирования – проникновения экстрагента в зерна сырья, ферментативного гидролиза биополимеров, внутренней диффузии и переноса экстрактивных веществ в экстракт – внешней диффузии. Модель применима к широкому классу процессов массопереноса, в частности, технологических процессов приготовления отваров из растительного сырья, мясных бульонов и пивного сусла на этапе затирания при производстве пива. Предложен ряд мероприятий по усовершенствованию пивоваренного производства – замена ячменного солода на несоложеное зерновое сорго, применение непрерывного противоточного экстрактора на этапе затирания в сочетании с реактором – смесителем для увеличения длительности контакта зернового сырья с экстрагентом. Предложен прогрессивный процесс охлаждения пива промежуточным кремнийорганическим хладоносителем отечественного производства, который удовлетворяет практически всему комплексу требований к веществам этого назначения. Проведенное теоретическое рассмотрение дало возможность установить рациональные значения конструктивных параметров системы охлаждения и режима ведения процесса. Показано также, что предложенный процесс является более энергоэкономичным по сравнению с существующими и характеризуется экологической чистотой, а также обеспечивает повышение надежности и долговечности соответствующего оборудования для его реализации. На основе применения методов математического планирования многофакторных экстремальных экспериментов обосновано совершенствование ряда технологических процессов производства комбинированных продуктов на предприятиях питания и определены оптимальные условий ведения этих процессов. В частности, теоретически обосновано введение различных добавок – альгината натрия, хлорида кальция, Na – КМЦ, глицерина – в рациональных количествах с целью повышения прочности желатиновых, агаровых и других студней при производстве желейных блюд и сокращения расхода студнеобразователя. Установлены теоретические основы улучшения качества майонезов путем добавления окрашенного каротиноидного масла, очищения растительного масла путем его контактирования со специальным адсорбентом и других технологических процессов пищевых продуктов. Проведено комплексное исследование показателей качества переработанного пищевого сырья и новых пищевых полуфабрикатов, полученных с применением методов математического моделирования. Показано, что при реализации всех преимуществ усовершенствованных технологических процессов качество продуктов не ухудшается в сравнении с приготовленными по традиционным технологиям. Результаты работы нашли практическое внедрение на ряде перерабатывающих и пищевых предприятий Украины.

The dissertation is devoted to the topics of elaborating the mathematical models for the technological processes of processing the food raw material in prepared food and ready culinary products and also creating on this ground the progressive technological processes and equipment for their realization. The general methodology of elaborating the progressive technological processes and improved equipment for the processing of grain vegetable raw materials and also separate stages of these. The mathematical models are built for obtaining the concentrate of dry biopolymers, agglomerating by the preparation of food raw material particles, obtaining the broths from grain raw materials, the process of semi-continuous extraction in food technology, and also the kinetics. The improved equipment is proposed for primary processing of grain raw materials and preparing and cooling the beer. The results of the work have found a practical utility at many processing and food enterprises in Ukraine.