Сучасний стан комплексної переробки яблучної сировини. Вибір найбільш ефективних електротехнологій обробки рослинної тканини. Розробка комплексної переробки яблучної сировини шляхом застосування електротехнологічних процесів імпульсного електроплазмолізу.
Аннотация к работе
Одним із важливих напрямів підвищення ефективності виробництва харчових продуктів є інтенсивний розвиток сільського господарства і переробних галузей промисловості на основі широкого використання науково-технічних розробок у виробництві, впровадження ресурсо-і енергозберігаючих технологій, підвищення якості продукції, що випускається. Типові теплові та хімічні методи обробки не гарантують збереження характеристик сировини та якості готових харчових продуктів, забруднюють навколишнє середовище. переробка яблучний сировина електротехнологія В раціоні харчування людини яблуко займає важливе місце, а Україна має значні запаси яблучної сировини. Мета роботи полягає у розробленні комплексної переробки яблучної сировини шляхом застосування електротехнологічних процесів імпульсного електроплазмолізу тканини яблук та електромембранної підготовки екстрагента для вилучення пектинових речовин із яблучних вичавок. У звязку з цим були поставленні такі завдання: оцінити сучасний стан комплексної переробки яблучної сировини та вибрати найбільш ефективні електротехнології обробки рослинної тканини та технологічних середовищ;Традиційні технології переробки яблук не гарантують оптимального збалансованого та безвідхідного використання яблучної сировини, мають суттєві резерви збільшення показників продуктивності та якості соків і пектинових екстрактів. Серед існуючих способів удосконалення технологічних процесів переробки яблук найбільш перспективними є електрофізичні методи обробки - імпульсний електроплазмоліз та електромембранна підготовка водних технологічних середовищ для вилучення пектину, що мають суттєві переваги у порівнянні з традиційними способами. Тканину уявляли у вигляді лінійних ланцюгів, складених з клітин кубічної форми зі стороною dc , що оточені мембранною оболонкою товщиною dm ; ?с і ?m - електропровідності внутрішньоклітинної рідини і мембрани; U - зовнішня прикладена напруга; j - густина струму, що протікає вздовж лінійного ланцюга; N - кількість клітин в лінійному ланцюгу; Pd - ступінь руйнування рослинної тканини; Е - напруженість поля; тімп. Найбільші витрати енергії за період дії одного імпульсу спостерігаються на початку процесу обробки при низькій ступені руйнування клітини Pd>0. Досліджено вплив тривалості імпульсів, тривалості пауз між імпульсами та величини напруженності імпульсного електичного поля на ефективність процесу електроплазмолізу яблучної тканини.На підставі системного аналізу науково-технічної літератури, теоретичних, експериментальних і промислових досліджень запропонована комплексна переробка яблучної сировини з застосуванням електротехнологічних процесів імпульсного електроплазмолізу яблучної тканини та електромембранної підготовки екстрагента для вилучення пектинових речовин із яблучних вичавок. Реалізація запропонованих електротехнологій забезпечить підвищення ефективності процесів і апаратів для переробки яблук та підвищення якості натурального і концентрованого яблучних соків і пектинопродуктів. Встановлено, що ефективність імпульсної електрообробки яблучної тканини визначається величинами тривалості імпульсів (тімп ? 0,01 с), тривалості пауз між імпульсами (тпауз ? 0,01 с) і напруженості електричного поля (Е ? 200 В/см); причому загальна тривалість процесу імпульсного електроплазмолізу не повинна перевищувати характеристичного часу процесів дифузійної міграції вологи. Компютерним моделюванням електроруйнування яблучної тканини в імпульсному електричному полі при ізотермічному режимі доведено, що в широкому часовому інтервалі спостерігається приблизно степенева залежність між ефективністю електроплазмолізу і величиною підведеної електроенергії. Показано, що при збільшенні напруженості зовнішнього поля максимальна кількість підведеної електроенергії, що необхідна для досягнення високих ефектів електроплазмолізу, спадає приблизно по експоненційному закону.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
На підставі системного аналізу науково-технічної літератури, теоретичних, експериментальних і промислових досліджень запропонована комплексна переробка яблучної сировини з застосуванням електротехнологічних процесів імпульсного електроплазмолізу яблучної тканини та електромембранної підготовки екстрагента для вилучення пектинових речовин із яблучних вичавок. Реалізація запропонованих електротехнологій забезпечить підвищення ефективності процесів і апаратів для переробки яблук та підвищення якості натурального і концентрованого яблучних соків і пектинопродуктів.
1. Встановлено, що ефективність імпульсної електрообробки яблучної тканини визначається величинами тривалості імпульсів (тімп ? 0,01 с), тривалості пауз між імпульсами (тпауз ? 0,01 с) і напруженості електричного поля (Е ? 200 В/см); причому загальна тривалість процесу імпульсного електроплазмолізу не повинна перевищувати характеристичного часу процесів дифузійної міграції вологи.
2. Показано, що при встановлених ефективних параметрах імпульсної електрообробки яблучної подрібненої сировини вихід соку після пресування плазмолізованої мезги збільшується на 20 %.
3. Компютерним моделюванням електроруйнування яблучної тканини в імпульсному електричному полі при ізотермічному режимі доведено, що в широкому часовому інтервалі спостерігається приблизно степенева залежність між ефективністю електроплазмолізу і величиною підведеної електроенергії.
4. Показано, що при збільшенні напруженості зовнішнього поля максимальна кількість підведеної електроенергії, що необхідна для досягнення високих ефектів електроплазмолізу, спадає приблизно по експоненційному закону. Тому в ізотермічному режимі імпульсної електрообробки яблучної сировини найбільшої ефективності електроплазмолізу можливо досягнути при максимальному збільшенні напруженості електричного поля.
5. Встановлено, що при гідроліз-екстрагуванні пектину електроактивованою водою із яблучних вичавок, які отримані з електроплазмолізованої яблучної сировини, збільшується його вихід та якісні показники.
6. Досліджено, що біполярна мембрана МБ-3 має значно менші падіння напруги (до 100 МВ) і числа переносу іонів Cl-, що забезпечує зниження енерговитрат при електромембранному отриманні екстракту і підвищення його чистоти. В процесі експлуатації електромембранного апарата електрохімічні характеристики біполярних мембран практично не змінюються, при використанні помякшеної води із жорсткістю 0,01…0,02 мг-екв/л.
7. Визначено, що при густині електричного струму 40-60 А/м2, концентрації NACL 1…4 % в розчині електроліта можливо в прямоточному режимі отримувати екстрагент з РН = 2,0...2,2, а в циркуляційному - з РН = 1,5...1,8. Для розрахунку електромембранного процесу отримані математичні залежності.
8. Запропонована удосконалена модульна електромембранна установка для отримання електроактивованої води. Продуктивність одного модуля 1 м3/год екстрагента з РН = 1,8...2,0.
9. Досліджено, що здатність яблучного пектинового екстракту сорбувати іони токсичних металів з водних середовищ, що моделюють сольовий фон організму, збільшується в ряду: Pb2 > Cu2 > Cd2 > Sr2 > Mn2 . Показано, що яблучний пектиновий екстракт, отриманий з використанням електротехнологій має кращі комплексоутворюючі характеристики в порівнянні із сухим яблучним пектином і є перспективним для застосування у лікувально-профілактичному харчуванні.
10. За результатами проведених промислових випробувань комплексної переробки яблучної сировини з застосуванням запропонованих електротехнологій встановлено, що вихід яблучного соку збільшується на 4,8 %, ефект вилучення пектинових речовин із яблучних вичавок зростає на 0,1…1,0 % та покращуються якісні показники отриманих харчових продуктів і добавок. Річний економічний ефект від впровадження нової комплексної переробки яблучної сировини на ТОВ „Летичів-продукт” складає 207,18 тис. грн.
Список литературы
1. Енергозбережна технологія яблучного пектину і пектинопродуктів // Є.С.Богданов, М.П.Купчик, Л.С.Дегтярьов, В.В.Чук. Наукові праці НУХТ. - 2002. - С. 63-65.
Особистий внесок: участь в експериментальних дослідженнях, участь в аналізі та узагальненні результатів, підготовка матеріалів до публікації.
2. Сухий пектин /М.П.Купчик, І.С.Гулий, Є.С.Богданов, І.О.Крапивницька, В.В.Чук. Харчова і переробна промисловість. - 2002. - № 12. - С. 13-14.
Особистий внесок: експериментальні дослідження, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.
3. Комплексоутворююча здатність пектинопродуктів, одержаних з використанням електротехнології / М.П.Купчик, В.В.Чук, Л.А.Купчик, М.Т.Картель. Харчова і переробна промисловість. - 2003. - № 6. - С. 20-21.
Особистий внесок: Узагальнення результатів проведених експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
4. Деклараційний патент України на винахід № 39038А. Спосіб виробництва рідкого яблучного пектину / І.О.Крапивницька, О.В.Кушнір, О.В.Трачевський, А.І.Свінціцька, М.П.Купчик, Є.С.Богданов, О.В.Стрельбицький, В.В.Чук. Опубл. 15.05.01. Бюл. № 4.
Особистий внесок: участь в розроблені програми досліджень, опрацювання результатів проведених експериментів.
5. Деклараційний патент України на винахід № 60743А від 12.02.2003р. Спосіб одержання низькоетерифікованого пектину / В.В.Чук, О.В.Богданова, М.П.Купчик, Є.С.Богданов, А.С.Дехтяров. Опубл. 15.10.03. Бюл. № 10.
Особистий внесок: участь в розробленні програми досліджень, опрацювання результатів проведених експериментів.
6. Е.С.Богданов, М.П.Купчик, Л.С.Дегтярев, В.В.Чук. Энергосберегающая технология яблучного пектина и пектинопродуктов. Материалы международной научно-практической конференции "Научные основы и практическая реализация технологий получения и применения натуральных структурообразователей" - Краснодар: КУБГТУ, 2002,с.55-58.
Особистий внесок: доопрацювання методики досліджень, експериментальні дослідження, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.
7. М.П.Купчик, И.С.Гулый, Л.С.Дегтярев, Е.С.Богданов, В.В.Чук. Производство натуральных структурообразователей с использованием электротехнологий. Материалы международной научно-практической конференции "Научные основы и практическая реализация технологий получения и применения натуральных структурообразователей" - Краснодар: КУБГТУ, 2002, с70-73
Особистий внесок: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.
8. Производство пектина и пектинопродуктов с использованием экологически безопасных электротехнологий /М.П.Купчик, А.И.Украинец, В.В.Чук, И.А.Крапивницкая, Е.С.Богданов. - Материалы международной конференции. - Краснодар: КУБГАУ. - 2003. - С. 92-95.
Особистий внесок: експериментальні дослідження, узагальнення результатів, вивчення літератури, підготовка матеріалів до публікації.
9. Сорбция ионов тяжелых металлов яблочными пектинопродуктами, полученными с использованием электротехнологии / Л.А.Купчик, М.Т.Картель, В.В.Чук, М.П.Купчик. Материалы международной конференции. - Краснодар: КУБГАУ. - 2003. - С. 95-97.
Особистий внесок: узагальнення результатів, експериментальні дослідження, підготовка матеріалу до публікації.
10.Організація виробництва пектинопродуктів з використанням електротехнологій на ТОВ”Летичів-продукт” / В.В.Чук ,М.П. Купчик І.О. Крапивницька,Є.С.Богданов. Програми і матеріали 69-тої наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів “Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для переробної та харчової промисловості ”.ч.2, с.14.-Київ.НУХТ.2003 р.
Особистий внесок: впровадження умпульсного електроплазмолізу та електродіалізної установки, проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.