Главная » 2013 » Октябрь » 21 » Скачать Совершенствование технологии экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья. Краус, Сергей Викторович бесплатно
20:14
Скачать Совершенствование технологии экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья. Краус, Сергей Викторович бесплатно
Совершенствование технологии экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья
Диссертация
Автор: Краус, Сергей Викторович
Название: Совершенствование технологии экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья
Справка: Краус, Сергей Викторович. Совершенствование технологии экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья Дис. д-ра техн. наук : 05.18.01 Москва, 2004 c. :
Объем: стр.
Информация: Москва, 2004
Содержание:
Введение
Глава 1 Литературный обзор
11 Продукты повышенной пищевой ценности из крахмалсодержащего зернового сырья
12 Продукты для детского, диетического и специального питания на зерновой основе
13 Биоразрушаемые термопластичные материалы на основе крахмал содержащего зернового сырья
14 Строение и свойства основных видов сырья
141 Химический состав зерен крахмала
142 Структура зерен крахмала
15 Теоретические основы экструзионной переработки пищевого сырья
151 Анализ факторов, определяющих процесс экструзии пищевых материалов
16 Влияние параметров экструзионной обработки на изменение свойств крахмалсодержащего сырья
161 Реологические свойства дисперсных масс
162 Изменение крахмала
1621 Клейстеризация крахмала в процессе экструзионной переработки
1622 Роль воды при клейстеризации крахмала в процессе гидротермомеханической обработки
163 Изменение белкового комплекса
164 Изменение других компонентов
1641 Жиры
1642 Сахара
1643 Витамины
1644 Пищевые волокна
17 Стойкость продуктов при хранении
18 Обзор технологий переработки крахмалсодержащего сырья с использованием экструзионной техники
181 Производство экструдированных закусочных продуктов повышенной пищевой ценности на основе крахмалсодержащего зернового сырья
182 Производство модифицированных крахмалопродуктов
183 Способы производства муки для детского и диетического питания
184 Производство биологически разрушаемых полимеров на основе крахмалсодержащего сырья
Введение:
Одним из основных направлений развития пищевой и других отраслей промышленности является поиск новых методов обработки сельскохозяйственного сырья, обеспечивающих расширение ассортимента вырабатываемой продукции, повышение ее качества и интенсификацию традиционных технологических процессов.
Перспективной технологией, обеспечивающей существенную интенсификацию производственных процессов, является термовлагомеханическая обработка крахмалсодержащего сырья, проводимая с использованием экструзионной техники.
Экструзионную технику используют для создания безотходного, гибкого, высокоэффективного производства продуктов пищевого и технического назначения.
Основным компонентом сырья, используемого в различных экструзионных технологиях, является высокомолекулярный полимер -крахмал, имеющий в своей структуре реакционноспособные группы.
Важно учитывать, что сырьевые источники природных биополимеров, в т.ч. крахмала, по существу неисчерпаемы, так как сельскохозяйственное сырье ежегодно восстанавливается в возрастающем количестве.
Уникальность экструзионного метода заключается в возможности не только использовать широкий спектр традиционных для нашей страны видов и свойств крахмалсодержащего сырья, но и получать продукты разнообразной структуры и формы (продукты, готовые к употреблению, продукты детского лечебного и профилактического питания, полуфабрикаты, модифицированные крахмалы и т.д.).
Экструзионная обработка крахмала и крахмалсодержащего сырья позволяет получать продукты питания, полностью готовые к употреблению (закусочные продукты, сухие завтраки, хлопья и т.д.), продукты быстрого приготовления (полуфабрикаты чипсов, пудинги, напитки и кисели, супы не требующие варки).
В настоящее время актуальным направлением является придание крахмалу новых или усиление имеющихся свойств, необходимых потребителю, путем химической, физической, биохимической или комбинированной обработки крахмала, т.е. его модификации.
Большим спросом пользуются модифицированные крахмалы, прошедшие полную или частичную клейстеризацию, так называемые набухающие крахмалы. 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 промышленности.
На основе экструзионных крахмалопродуктов можно производить продукты лечебного и профилактического питания для детей и взрослых.
Особенно актуальными сегодня являются работы по созданию продуктов лечебного питания для детей дошкольного и школьного возраста. Это связано с тем, что ресурсы некоторых видов сырья, особенно с учетом использования только экологически чистых партий, ограничены, что сказывается на ассортименте продуктов детского питания. Поэтому задача изыскания новых источников сырья, достаточно распространенных, сравнительно недорогих, по пищевой ценности не уступающих традиционным видам сырья, является актуальной.
Способность крахмала изменять свои свойства в результате экструзионной обработки позволяет использовать его и в индустрии пластмасс.
Существует два основных направления исследований в области биоразрушаемых пластиков.
Первое направление начало развиваться в нашей стране во ВНИИкрахмалопродуктов в 70-е годы. Пленкообразующие покрытия, способные расщепляться под действием определенных ферментов пищеварительного тракта, создавались для решения задач фармакологии по защите медицинских препаратов от воздействия факторов окружающей среды и придания этим препаратам лонгирующих свойств
Второе направление приходится на начало 90-х годов двадцатого века , когда появились первые отечественные публикации на эту тему.
Перспективность применения метода экструзионной обработки крахмала для создания биоразлагаемых полимерных материалов обусловлена тем, что на современном этапе развития общества возник новый подход к разработке полимерных материалов, способных сохранять свои эксплуатационные характеристики лишь в течение периода потребления, а затем претерпевающих физико-химические и биологические превращения под действием факторов окружающей среды. В связи с тем, что традиционные источники сырья для синтеза полимеров ограничены, данное направление, по оценкам специалистов, является наиболее перспективным как с экономической, так и с экологической точек зрения, так как обеспечивает не только экологическую безопасность планеты, но и приводит к снижению потребления нефти, газа и угля.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является научное обоснование и создание принципов выбора и совершенствования технологий экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья на новые продукты пищевого и технического назначения.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих зада-исследование изменений структуры и физико-химических свойств крахмалсодержащего сырья при гидротермической и механической обработке для оптимизации параметров экструзии;
• всестороннее исследование изменений структуры и физико-химических свойств сырья при различных методах и режимах экструзионной обработки, а также функциональных свойств новых видов крахмалопродуктов; -разработка основных принципов и технологических режимов производства крахмалопродуктов различного назначения; -реализация разработанных технологий в промышленности.
Это выразилось в создании новых видов продуктов с заданными функциональными свойствами, новых видов модифицированных крахмалопродуктов для пищевых (хлебопекарные улучшители, сухие закваски) и технических целей, новой технологии производства толокна и муки для детского и диетического питания, полуфабриката для кондитерской промышленности, ароматизаторов, создании технологии термопластичных биологически разрушаемых крахмалопродуктов и методов их дальнейшей переработки, использования и утилизации.
Научная концепция. В разработку научно-практических основ совершенствования технологии экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья на продукты пищевого и технического назначения положен комплексный подход в решении взаимосвязанных задач от исследования сырья, определения возможности его использования для производства конкретных продуктов до разработки и оптимизации технологических решений, исследования функциональных характеристик готовых продуктов с помощью традиционных и оригинальных методик.
Научная новизна. На основе полученных данных о составе, структуре и реологических характеристиках крахмалсодержащего зернового сырья как объекта экструзии, позволивших определить область оптимальных параметров процесса переработки при производстве новых видов продуктов, разработаны научно обоснованные принципы выбора и совершенствования технологических решений экструзионной переработки крахмалсодержащего зернового сырья при производстве продуктов пищевого и технического назначения с заданными свойствами:
• систематизированы и описаны математическими моделями данные по изменению качественных характеристик экструдатов в зависимости от реологических свойств сырья и параметров обработки;
• впервые показана возможность получения на основе комбинированного зернового сырья продуктов с заданными составом, структурой и свойствами;
• получены данные по влиянию параметров экструзии на изменение физико-химических свойств исследуемого сырья, микробиологические показатели и стойкость конечных продуктов при хранении;
• разработаны научные основы экструзионной обработки сырья при получении муки для детского питания с сохранением её биологической ценности и отсутствием токсичных веществ;
• научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания биологически разрушаемых полимерных материалов на основе крахмалсодержащего зернового сырья и диацетатов целлюлозы;
• впервые изучены закономерности течения композиционных термопластичных биологически разрушаемых материалов в условиях переработки на традиционном для производства синтетических полимеров оборудовании. Полученные новые данные о реологических характеристиках термопластичных крахмалопродуктов позволили расширить область применения закона Балкли-Гершеля для высоковязких материалов;
• впервые установлены механизм и кинетика биодеструкции композиционных материалов на основе крахмалсодержащего сырья и ДАЦ;
• разработаны новые методы структурно-механической оценки консистенции экструдатов, вискозиметрические методы оценки степени клейстеризации крахмала и ферментативной атакуемости углеводного комплекса, определения угла внутреннего трения сыпучих материалов, метод оценки биологической разрушаемости материала по выделившемуся за счет ассимиляции углекислому газу [89].
Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе результатов исследований разработаны новые и усовершенствованы существующие технологии получения экструзионных закусочных продуктов, муки для детского питания, полуфабриката для кондитерской промышленности, новых видов ароматизаторов (патент № 2055490), толокна (а.с. № 1540483, патент № 2060688), нового вида биологически разрушаемой термопластичной композиции на основе сложных эфиров целлюлозы (патент № 2117016), биологически разрушаемой термопластичной композиции на основе крахмала (патент № 2180670); получены авторские свидетельства на изобретения на устройство для дозирования и смешивания сыпучих материалов(а.с.№ 1421390), способ определения угла внутреннего трения сыпучего материала (а.с. № 1552076). Экспериментально подтверждена и реализована на практике возможность замены части процессов в перерабатывающей промышленности на прогрессивный способ экструзионной обработки (технология производства муки для детского питания, технология и производства толокна, технология производства горохового полуфабриката для кондитерской промышленности и др.).
На пяти предприятиях объединения «Союзконсервмолоко» внедрена экструзионная технология подготовки муки для производства сухой детской молочной смеси «Малыш» взамен традиционной. По результатам проведенной работы внесено изменение №5 в ОСТ на производство детсских сухих молочных смесей «Малыш».
Разработана и утверждена нормативно-техническая документация на экструзионные крахмалопродукты: «Полуфабрикат на основе гороха» - ТУ 9732-075-00008064-96; «Крахмалопродукты набухающие» - ТУ 9187-00127949689-03; «Крахмал экструзионный» - ТУ 9187-013-05747146-95; на улучшители и закваски для хлебопечения, содержащие набухающую муку - ТУ 9293-040-00334745-98; добавки-подкислительные комплексные пищевые "Аграм" светлый и темный - ТУ 9293-024-18256266-03; смесь "Бородино" - ТУ 9190-006-18256266-00; смесь хлебопекарную "Виктория" - ТУ 9295-02518256266-03.
Технология экструзионного крахмала внедрена на Бучанском, Борисоглебском, Гольшанском крахмальных заводах, Петровском спиртовом заводе.
Набухающая мука, выработанная экструзионным способом на ООО «Дайна» и в опытном цехе ВНИИК, входит в состав заквасок и смесей для хлебопекарной промышленности, которые успешно применяются на более чем 400 хлебопекарных предприятиях России, Беларуси, Украины при выработке как традиционных, так и специальных сортов хлеба.
В опытном цехе ВНИИК освоены технологии экструзионных закусочных продуктов, набухающей муки, полуфабриката для кондитерской промышленности на основе гороха, экструзионного крахмала и биологически разрушаемых полимеров.
Материалы научных исследований включены в учебные программы для профессиональной переподготовки и повышения квалификации специалистов хлебопекарной и кондитерской промышленности в Международной промышленной академии, в учебные программы по специальности «Технология и переработка полимеров и композитов» МГУПБ.
Апробация работы. Результаты исследований, выполненных автором в 1984-2004гг., доложены и обсуждены на 24 отечественных и международных симпозиумах, конференциях и коллоквиумах, в том числе на конференциях: «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), «Разработка комбинированных продуктов питания» (Кемерово, 1991), «Экоресурсосберегающие технологии» (Астрахань, 1993), «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), «Синтез, исследования и переработка высо- комолекулярных соединений» (Казань, 1998), «Проблема фундаментальных исследований в области обеспечения населения России здоровым питанием» (Москва, 1999); «Проблемы переработки крупяных культур и развития крупяной промышленности», посвященной 100-летию со дня рождения профессора М.Е.Гинзбурга (Москва, 2003); на коллоквиуме академика Липатова Н.Н. в Институте народного хозяйства им. Плеханова (Москва, 1988); на международных конференциях: «Химия, энзимология и технология крахмала» (Венгрия, 1988); 9. Getreidetagung Bergholz-Rehebrucke, BRD 1993; 10. Getreidetagung. - Bergholz-Rehebrucke, BRD - 4-6.09. 1995, «Научные и практические аспекты совершенствования качества продуктов детского и диетического питания» (Москва, 1997), «Пищевые добавки - 98» (Москва, 1998), «Пища. Экология. Человек.» (Москва, 1997,1999); «Индустрия продуктов здорового питания - третье тысячелетие» (Москва, 1999); 13. Getreidetagung. -Bergholz-Rehebrucke - 2001; 7. Starch Congress Krakov-Moskau, 2004. (Польша, 2004), на секциях Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии, заседаниях научно-технических советов ВНИИК и МГУПБ. Пять раз результаты исследований докладывались за рубежом. Научные разработки в виде образцов продуктов и макетов технологических линий были представлены на отечественных выставках: ВВЦ 1996г.- медаль «Лауреат ВВЦ» за экспонат «Термопластичные крахмалопродукты»; 1998г. - медаль «Лауреат ВВЦ» за экспонат «Биологически разрушаемые полимеры», а также на международной выставке «Детское питание - 91».
Публикации. По теме диссертации опубликована 61 работа, в том числе получено 7 авторских свидетельств и патентов РФ на изобретения.
Изложенные материалы обобщают результаты научных исследований, проведенных на кафедре переработки зерна в МГУ 1111, во ВНИИкрахмалопродуктов, в Институте детского питания в г. Истра, а также в Федеральном центре по изучению зерна, картофеля и жира (г. Детмольд, Германия) и институте переработке зерна (г. Бергхольц-Ребрюкке, Германия) под руководством и при непосредственном участии автора данной работы в период с 1984 по 2004 гг. в творческом содружестве со специалистами кафедры полимеров МГУПБ, Московской медицинской Академии им. И.М.Сеченова, НИИ Детского питания РАМН, ИВС РАН, НПО «Пластик», МПА, большинства институтов Отделения хранения и переработки сельхозпродукции РАСХН.
Автор выражает глубокую признательность своим учителям Мельникову Е.М., Линниченко В.Т., Крашенинину П.Ф., Жушману А.И., Андрееву Н.Р., Лукину Н.Д., Карпову В.Г., Бутковскому В.А. и благодарность коллегам за оказанное содействие в проведении исследований.
