РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Київ ~ Дисерт
Работа добавлена на сайт samzan.net:
22
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ГАНЗЕНКО ВАЛЕНТИНА ВАСИЛІВНА
УДК637.18; 636.085.64
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА КОРМОВИХ ПРОДУКТІВ
З БОБІВ СОЇ
.18.01 –зберігання і технологія переробки зерна, виготовлення
зернових і хлібопекарських виробів та комбікормів.
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті технічної теплофізики Національної академії наук
України, м.Київ
|
Науковий керівник: |
Доктор технічних наук, старший науковий співробітник, заслужений діяч науки і техніки, двічі Лауреат Державної премії України Шурчкова Юлія Олександрівна, Інститут технічної теплофізики НАН України, головний науковий співробітник. |
Офіційні опоненти:
|
Доктор технічних наук, професор Дмитрук Євген Адамович, Національний університет харчових технологій, професор кафедри «Технологія зберігання і переробки зерна». Кандидат технічних наук, доцент Шерстобітов Валерій Валентинович, заступник генерального директора з наукової роботи СГП «Укрсоя-21». |
Захист відбудеться 12.06.2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, Київ, вул. Володимирська, 68, аудиторія 311.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68, аудиторія 311.
Автореферат розісланий 07.05.2008 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04,
к.т.н., доцент М.В.Карпутіна
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми полягає в створенні прогресивних технологій виробництва кормового продукту нового покоління для молодняку сільськогосподарських тварин. Технології, які існували раніше, у сучасних умовах виявилися неконкурентоспроможними через багаторазове підвищення вартості молочного білку і тваринних жирів.Україна, яка була одним з найбільших у Європі виробників і експортерів кормового продуктусухого замінника незбираного молока (ЗНМ), втратила ринок і виробництво. В поточний час українське тваринництво використовує винятково імпортні ЗНМ. У зв'язку з цим необхідно створювати нові, конкурентоспроможні технології на основі використання, нетрадиційних компонентів і сучасних способів їхньої переробки. Відомо, що у світовій практиці у складі сухого ЗНМ використовують соєві білки, соєву олію і інші компоненти. Вагомий внесок у дослідження і розробку кормового ЗНМ було зроблено вченими Нідерландів, Росії, України, тощо.
Враховуючи сучасний стан виробництва ЗНМ та обмеження використання молочної сировини доцільно вводити, як основні компоненти, боби сої і продукти переробки молока. Використання цих компонентів показало необхідність нових підходів як у складанні рецептур, так і в способах підготовки і обробки їх.
Тому розробка технології виробництва кормопрдуктів з бобів сої є акуальною темою. Для цього вивчені різні способи обробки бобів сої, мікроструктура і властивості компонентів, кінетичні закономірності процесу вологопоглинання, способи одержання сумішей. На основі отриманих даних розроблені рецептура і технологія виробництва кормового продуктусухого замінника незбираного молока і проведені випробування в промислових умовах.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до планів наукових досліджень відділу тепломасообміну в дисперсних системах ІТТФ НАН України в рамках держбюджетних тем: "Розробка нових технологій диспергування, перемішування й обробки рідинних дисперсних середовищ із використанням фізичних методів ДІВЭ" № ДР 0103U005789 (виконавець), "Дослідження теплофізичних, фізико-хімічних і реологічних властивостей, а також мікроструктури багатокомпонентних високов'язких білковмісних сумішей"
№ ДР 0106U000997 (відповідальний виконавець), "Дослідження процесів диспергування, термообробки й перемішування багатокомпонентних систем і розробка технологій одержання композицій на соєвій основі", № ДР 0103U005790 (відповідальний виконавець).
Мета і завдання роботи. Метою роботи є наукове обгрунтування та створення технології виробництва кормового продуктусухого замінника незбираного молока на основі бобів сої. Відповідно до поставленої мети досліджень сформульовані наступні основні завдання: - провести дослідження та обгрунтувати технологію термообробки бобів сої, яка забезпечить зменшення антипоживних речовин;
- вивчити структуру частинок сої, що були отримані різними способами обробки ;
- визначити фізико-механічні, фізико-хімічні та технологічні властивості соєвого борошна і екструдату;
- встановити кінетичні закономірності процесу вологопоглинання соєвого борошна та екструдату;
- вивчити способи отримання сумішей, визначити необхідну ступінь гомогені-зації;
- розробити рецептуру та технологію виробництва кормового продукту із соїсухого замінника незбираного молока;
- провести апробацію готового кормового продукту в промислових умовах.
Обєкт дослідження –технологія попередньої обробки бобів сої та молочнорослинних сумішей ориманих в результаті змішування компонентів.
Предмет дослідження –соєве борошно, екструдат, багатокомпонентні суміші та сухий ЗНМ.
Модельні середовища –гетерогенні системи з дисперсною фазою у вигляді частинок борошна та екструдату і дисперсійним середовищем у вигляді води і сироватки.
Методи дослідження –експериментальні методи з використанням вимірювальних засобів; дослідження основних показників якості компонентів та готового продукту з використанням сучасних біохімічних, фізико-хімічних, мікробіологічних, структурно-механічних та органолептичних методів.
Наукова новизна отриманих результатів . Запропоновано й науково обґрунтовано використання бобів сої при одержанні багатокомпонентних сумішей у технології виробництва кормового продуктузамінника незбираного молока.
Проведено розрахунок часу прогріву соєвих бобів і проведено випробування різних способів термообробки й диспергування . Встановлено, що найбільш ефективним і найменш енерговитратним є технологія використання екструзійної обробки.
Встановлена принципова відмінність мікроструктури й властивостей соєвих частинок, отриманих шляхом екструзійної обробки при високому тиску від частинок отриманих при механічному подрібненні.
Вперше встановлено, що соєве борошно і екструдат мають різну кінетику процесу взаємодії частинок сої з вологою, а саме: різні абсолютні величини ступеню вологопоглинання, проходження процесу в часі і активності гідрофільних центрів, при цьому вони мають однакову повноту вологопоглинання.
Встановлена закономірність ступеню диспергування компонентів суміші і її вязкості залежно від кількості механічних обробок, концентрації соєвого компоненту і часу зберігання.
Науково обгрунтовано і розроблено технологію виробництва кормового продуктузамінника незбиранного молока на основі бобів сої та продуктів переробки молока.
Практичне значення отриманих результатів .
Розроблені технологія, технологічна лінія і рецептура кормової добавки, що дозволяють налагодити виробництво кормового продуктуЗНМ нового покоління.
Використання бобів сої у виробництві кормової добавкисухого ЗНМ дозволяє знизити собівартість готового продукту на 30%.
Розроблена технологічна схема прийнята до впровадження на Менському сирзаводі і може бути використана на інших підприємствах промисловості.
Отримано деклараційний патент на корисну модель №3600 «Спосіб виробництва замінника незбираного молока для корму сільськогосподарських тварин».
Особистий внесок здобувача полягає в створенні експериментальних стендів і промислово-дослідних ліній, проведенні досліджень, аналізі та узагальненні отриманих результатів, оформленні висновків та рекомендацій, участі у розробці і затвердженні технічної документації, підготовці матеріалів до публікації, особистій участі у впровадженні даної технології у виробництво й оформленні деклараційного патенту України на корисну модель, № 3600 «Спосіб виробництва замінника незбираного молока для корму сільськогосподарських тварин», а також розроблено та затверджено в установленому порядку ТУ У 15.7-05417118.026-2002 «Сухий соєво-молочний продукт "Лактосоя" для відгодівлі сільськогосподарських тварин».
Достовірність результатів. Забезпечено використанням сучасних методів досліджень та засобів вимірювання фізико-хімічних, фізико-механічних характеристик, методів опрацювання експериментальних даних.
Апробація роботи. Результати досліджень доповідалися на наукових конференціях і семінарах: науково-практичній конференції “Наука для молочної промисловості” (м. Київ, 2002 р.), Міжнародній науково-практичній конференції «Удосконалення процесів та обладнання харчових та хімічних виробництв», (м. Одеса, 2006р.), спеціалізованому семінарі «Маслоробство в Україні, ринок олії, впровадження нових національних стандартів, контроль безпеки та якості», (м. Київ, 2-7 липня 2006 р.), шостій Міжнародній конференції «Зернова індустрія2007» і третій Міжнародній конференції EXTRUtex 2007, (м. Черкаси, 26-29 вересня) .
Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 8 наукових праць, зокрема, чотири статті в фахових виданнях, які затверджені ВАК України; матеріалах представлених на конференціях. Основні положення роботи доповідались на Міжнародній науково-практичній конференції “Удосконалення процесів та обладнання харчових і хімічних виробництв” (Одеса, 2006р.), на науково-практичній конференції «Наука для молочної промисловості» (м. Київ, 1-3 жовтня 2002р). Отримано патент на корисну модель №3600. "Спосіб виробництва замінника незбираного молока для корму сільськогосподарських тварин", опубл. 15.12.2004р.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел і додатку. Матеріали викладено на 177 сторінках друкованого тексту. Дисертація містить 61 рисунок, 35 таблиць та 5 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі доведено актуальність теми, сформульовані мета й основні завдання досліджень, наведена основна характеристика роботи, наукове і практичне значення отриманих результатів.
У першому розділі розглянуто існуючі способи та обладнання для виробництва кормової добавкизамінника молока; доведена необхідність переходу на нові компоненти. Наведено огляд способів і устаткування для попередньої обробки бобів сої, як одного з компонентів кормової добавки. Показано специфіку сої, як об'єкта досліджень, вплив методів її обробки на властивості продуктів.
В розділі надано аналіз існуючих технологій і розглянуті варіанти виробництва конкурентоздатного корму. Зроблено аналіз складових компонентів і вивчені спо- соби термообробки і диспергування бобів сої. Обгрунтована доцільність використання бобів сої разом з продуктами переробки молока.
Визначені основні напрями та завдання щодо виконання дисертаційної робо-
ти.
В другому розділі наведено опис експериментальних стендів, вимірювальної апаратури, методик і об`єктів проведення досліджень дисперсності однокомпонентних і багатокомпонентних систем. Дослідження мікроструктури і властивостей соєвого компонента та молочнорослинних сумішей проводилися за стандартними методиками.
Аналіз кінетики вологопоглинання соєвого борошна та екструдату здійснювався на підставі побудови кривих ступеню вологопоглинання в залежності від температури процесу та виду дисперсійного середовища. Дослідження дисперсності нерозчинених речовин у багатокомпонентних молочнорослинних сумішах проводили з використанням автоматичної системи аналізу зображень «IBAS». Дослідження властивостей сировини та готового продукту проводилися за стандартними методиками. Антипоживні речовини виявляли методом, який заснований на визначенні активності протеаз, які проводили в лабораторії структури і функції білку інституту біохімії НАНУ. Для дослідження зміни в`язкості сумішей в залежності від концентрацій соєвого компоненту, ступеню гомогенізації та тривалості зберігання при виявленні оптимальних умов процесу, був використаний віскозиметр “Реотест”.
У третьому розділі представлено результати досліджень термообробки бобів сої з метою інактивації антипоживних речовин. Дослідження проведені в зв'язку з тим, що наявні літературні дані дуже суперечливі, оскільки, вони отримані різними дослідниками для різних сортів сої, тоді як її склад і технологічні властивості залежать від багатьох параметрів, у тому числі від сорту, регіону вирощування, та інше. Дослідження були проведені з бобами однієї партії в короткий проміжок часу. З метою вибору оптимальних параметрів обробки бобів сої був зроблений розрахунок часу їх прогріву і модель, в основу якої було покладено рівняння Фурє.
, (1)
де, - коефіцієнт температуропровідности тіла при умовах постійної вологи.
Прийнято, що боби сої близько по формі наближаються до еліпсоїда, геометричні розміри якого характеризуються головною (2а), середньою (2в), малою (2с) вісями і геометричним обємом еліпсоїда з напівосями а, в, с, що незначно відрізняються від істинного обєму боба (рис.1).
Рис. 1. Геометрична форма боба сої.
Відомо, що еліптична модель, призначена для опису переносу в тілі, яке має форму, близьку до форми еліпсоїда з напівосями а, в, с може бути успішно замінена еквівалентною сферичною моделлю, яка описує кінетику переносу в тілі, що має форму сфери того ж обєму з ефективним радіусом Rеф = . Для цього як поправочний коефіцієнт вводиться «геометричний фактор Е», який дозволяє адекватно описати процес переносу тепла в тілі еліптичної форми в рівнянні для сфери:
. (2)
Це рівняння вирішується при наступних початкових та граничних умовах
;
, (3)
де, - початкова температура тіла,
- температура нагріву середовища.
Рівняння (2) із вказаними початковими і граничними умовами вирішується аналітично, що дозволяє визначити в любий проміжок часу розподіл температури в середині твердого тіла сферичної форми та оцінити час прогрівання тіла, яке знаходиться в середовищі з постійною температурою .
Рівняння може описувати швидкість прогріву тіла еліпсоїдної форми, якщо замість дійсного значення коефіцієнта температуропровідности для даного тіла використовувати умовний коефіцієнт температуропровідности , що визначається за формулою
(4)
Для визначення величини геометричного фактору було прийнято
(5)
Зроблені розрахунки розподілу температури в одному бобі сої для наступних умов: температура нагріву середовища 130 оС (403 К), початкова температура боба 293 К (20 оС), геометричні розміри: =8,3 мм, в = 6,0 мм, dmin = 5,0 мм
Dеф. = = 6,2 dmax
Коефіцієнт температуропровідності сої = 10,6 10-8 м2/с
Відомо, що для інактивації найбільш термостійкого інгібітора трипсину, при 130 оС необхідно 60-70 с .Таким чином, прогрів боба при 130 оС протягом 60 с забезпечує інактивацію трипсину. Експериментальні дослідження дозволили визначити час прогріву насіння сої при застосуванні різних способів термообробки (табл.1).
Описано зміну температури в одній зернині сої в процесі термообробки. Проведені розрахунки дозволили одержати залежності (рис.2,3), на підставі яких можна встановити необхідний час для прогріву одного боба. Розрахунки показали, що він в межах 60 секунд при температурі 405К. Час, що потрібний для денатурації білків, визначався експериментально.
Проводили наступні дослідження: гігротермічна обробка при атмосферному і підвищеному тиску; обсмажування; інфрачервоне опромінення; НВЧ –опромінення, екструзійна обробка. Порівняння експериментальних даних довело, що найбільш ефективними способами інактивації антипоживних речовин є гігротермічна і екструзійна обробки.
Таблиця 1
Результати експериментальних даних для різних способів обробки сої
|
№ пор |
Спосіб обробки |
Умови обробки: t, C; Р, Мпа, вологість,W % |
Тривалість обробки, с |
Зниження активності інгібітора трипсина, % |
|
1 |
Гігротермічна: а)при атмосферному тиску; |
t100 0С; W 16% |
,0 |
|
|
б)при надлишковому тиску |
t132 0С; Р0,17; W- 16% |
,4 |
||
|
2 |
Обсмажування |
t 230 0С; W -16%; цілі боби |
120 |
,0 |
|
t 230 0С;W 16%;подрібн. боби |
120 |
,5 |
||
|
3 |
Інфрачервоне опромінення |
t 200оС; W 7% |
,2 |
|
|
4 |
НВЧ -опромінення |
t 200оС; W 16% |
,5 |
|
|
5 |
Екструзія |
t 150оС; W 16% |
30 |
94,5 |
У порівнянні з гігротермічною обробкою екструзійна має ряд переваг: руйнування бобів на клітинному рівні, формування нової структури, пригнічення мікрофлори, технологічність процесу, більш низькі питомі енерго- та трудовитрати.
У четвертому розділі приведено результати експериментальних досліджень мікроструктури і фізико-механічних властивостей частинок подрібнених бобів сої при різних способах диспергування, а також вивченні можливості сухого способу перемішування з білковими і жировими компонентами.
Досліджувалися два способи диспергування: механічний і екструзійний. При механічному подрібненні бобів отримані частинки борошна мають розмір від 30 до 75 мкм і високі адгезійні властивості. Мікроструктура частинок борошна ідентична з мікроструктурою бобів. За формою частинки борошна мають «крупкоподібну» структуру з приблизно однаковими розмірами з довжини, ширини і висоти. Форма частинок однакова як при подрібненні сирого, так і обсмаженого боба. На рис.4 показана мікроструктура борошна при збільшенні в 900 разів і графік відсоткового розподілу частинок борошна за фракційним складом.
Рис.4. Соєве борошно: амікроструктура борошна; бграфік відсоткового співвідношення розмірів частинок борошна за фракціями.
При подрібненні в екструдері Е-500 боби піддаються короткочасній дії високих зсувних напруг, роздавлюванню, розтиранню з одночасним тепловим впливом. Такий складний механізм подрібнення призводить до зміни початкової структури бобів. На виході з екструдера дисперсна маса миттєво досягає високої температури до 200 о С при тиску до 5,0 МПа і у вигляді факелу виходить через фільєру. При високій температурі відбувається плавлення вуглеводів, які при миттєвому охолодженні у факелі карамелізуються, формуються частинки экструдату. Вони виглядають в основній масі пластівцями з дуже малим, порядку 1020 мкм розміром з товщини і близько 100 мкм з довжини і ширини. Злипаючись частинки утворюють гранули досить великих (декілька мм) розмірів. Під дією тиску пару в продукті зявляються пори, а крохмальні зерна, які залишилися цілими, руйнуються. Раптове зниження температури забезпечує затвердіння крохмалю і фіксує альвеолярну структуру, яка утворилася під дією водяної пари.
На рис.5а представлено фотографію мікроструктури екструдату при збільшенні в 900 разів. Асиметричні пластівці, витягнуті в напрямку деформації, утворені каркасом клітковини з карамелеподібними включеннями вуглеводів .
На рис.5б показано графік відсоткового розподілу частинок экструдату за фракціями. Близько 90% гранул мають розмір близько 1000 мкм.
Рис.5. Екструдат: амікроструктура екструдату; бграфік відсоткового співвідношення розмірів частинок екструдату за фракціями.
Були проведені експерименти з визначення ступеня руйнування клітини вихідного боба за стандартною методикою. Виходячи з отриманих результатів можна припустити, що при екструзії досягається більш високий ступінь руйнування структури боба в порівнянні з механічним подрібненням. Проте, аналізи дали зворотний результат: при механічному здрібнюванні ступінь руйнування складає 70…75%, а при екструзії близько 50%. Це протиріччя можна пояснити тим, що в екструдаті зформована розвинута вторинна структура, у яку включені білки і речовини, що екстрагуються. Внаслідок принципових розбіжностей в мікроструктурі борошна та екструдату в значній мірі відрізняються і фізико-механічні властивості цих систем. За стандартними методиками були визначені насипна густина, плинність, швидкість витання частинок борошна і екструдату табл.2.
Таблиця 2
Фізико-механічні показники соєвого борошна і екструдату
|
№ пор |
Найменування показника |
Соєве борошно |
Соєвий екструдат |
|
1 |
Насипна густина, кг/м3 |
582 |
|
|
2 |
Відносна порозність матеріалу,Ео |
0,59 |
,55 |
|
3 |
Густина частинок, кг/м3 |
1430 |
1120 |
|
4 |
Коефіцієнт плинності |
43,2 |
,6 |
|
5 |
Швидкість витання, м/с |
3,5 |
,5-10,0 |
|
6 |
Вібраційна густина, кг/м3 |
586 |
|
|
7 |
Ущільненість, % |
6,7 |
,6 |
В роботі була вивчена можливість сухого змішування при одержанні багатокомпонентних сумішей, до складу яких входять компоненти з різною мікроструктурою і властивостями. Було встановлено, що перемішування борошна із сухими молочними компонентами можливо в будьяких співвідношеннях. Екструдат при сухому перемішуванні утворює великі агломерати у вигляді грудок, а також відбувається розшарування за розмірами частинок. Додавання жиру у суміші в обох випадках призводить до утворення грудок і виділення вільного жиру при відновленні сумішей.
На рис.6 представлені мікрофотографії сумішей при збільшенні в 900 разів.
Рис.6. Мікроструктура сумішей: аборошна+сироватки + кави;
бекструдату+сироватки.
В пятому розділі розглянуто процеси взаємодії соєвого борошна та екструдату з водою і молочною сироваткою, а також способи підготовки сумішей до сушіння.
При розробці технологій такі специфічні властивості як характеристики вологопоглинання порошкоподібними продуктами мають велике значення. У кінцевому рахунку вони обумовлюють енергетичні витрати на їх пересування, зневоднення, вид обладнання для їх переробки.
Взаємодія порошків з рідиною починається з процесів змочування і занурювання, які залежать в першу чергу від ступеню диспергування частинок, їх мікроструктури і властивостей, а також температури середовища. Оскільки борошно та екструдат мають принципово різну мікроструктуру і фізико-хімічні властивості, то ці процеси проходять з різною інтенсивністю. Експерименти, які були проведені за стандартною методикою підтвердили, що частинки екстудату змочуються і занурюються на протязі 3…5 с незалежно від температури рідини. Частинки борошна занурюються на протязі більш тривалого часу і цей процес залежить від температури: 43с при температурі 60 оС і 130 с при температурі 10 оС.
Вологопоглинання і набрякання взаємоповязано зі змочуванням та зануренням частинок.
Отримані експериментальні значення коефіцієнта Кн (набрякання), вологоутримання, емульгуючої та маслоутримуючої здатності для борошна і екструдату наведено в табл. 3.
Таблица 3
Таблиця3
Технологічні характеристики борошна і екструдату
|
Найменування продукту |
Вологоутримання, % |
Коефіцієнт набухання,Кн |
Емульгуюча зданість, мл/г |
Маслоутримуча здатність, мл/г |
|
Соєвий екструдат |
,0 |
4,85 |
,5 |
,55 |
|
Соєве борошно, термооброблене |
135,0 |
3,0 |
,5 |
,45 |
|
Соєве борошно, необроблене |
155,0 |
3,15 |
,9 |
,5 |
Досліджено вологопоглинання борошна і екструдату у воді та сироватці при 20оС і 60оС і ступінь вологопоглинання (А) в усіх системах, що.представлені на рис.7,8.
,7
a) б)
Рис.7. Ступінь вологопоглинання: аборошна в воді; бборошна в сироватці.
Привертає увагу те, що кінетика процесів значно відрізняється. Для борошна ступінь водопоглинання залежить від температури і середовища: з ростом температури процес прискорюється майже в 2 рази для води і сироватки.
а) б)
Рис.8. Ступінь вологопоглинання: аекструдату у воді; бекструдату у сироватці.
Процес вологопоглинання для екструдату не залежить від температури і середовища, а в часі протікає швидше ніж для борошна. Для суміші з борошном процес протікає в дві стадії: 1всмоктування води або сироватки, тобто набрякання частинок; 2процес зв`язування вологи. В суміші з екструдатом, завдяки розвинутій пористій системі, процес набрякання проходить інтенсивно і в короткий проміжок часу, тому на графіку неможливо чітко визначити стадії водопоглинання.
Взаємодія борошна і екструдату з рідинами супроводжується процесом розчинення окремих складових частинок. За інтенсивністю і глибиною цього процесу можна говорити про активність білків в них. Експерименти довели, що для екструдату процес екстракції білків і інших розчинених речовин проходить у два рази інтенсивніше ніж у борошні, що підтверджує їх здатність звязувати вологу гідрофільними активними центрами, створювати багатошарову оболонку і краще переходити в колоїдний стан.
Результати отриманих досліджень покладені в основу одержання і вивчення багатокомпонентних сумішей на рідкій основі
При одержанні сумішей виходили з того, щоб склад жирових, білкових і вітамінно-мінеральних компонентів максимально наблизити до натурального молока. Концентрація сухих речовин в сумішах змінювалася від 56% до 79%. Встановлено, що однією з важливих вимог до якості сумішей є ступінь їх дисперсності, тобто розмір частинок клітковини, лактози, жиру.
Для того, щоб оптимізувати дисперсність частинок були проведені дослідження впливу гомогенізації на дисперсність і вязкість сумішей. Гомогенізацію проводили на роторно-імпульсному апараті з використанням багатоступеневої обробки. Для дослідження зміни вязкості сумішей в процесі обробки та в залежності від часу зберігання використовували прилад “Реотест”. Мікроструктурний аналіз сумішей і обробку результатів проводили за допомогою мікроскопу “ОРТОN” з автоматичною системою зображення “IBAS”. Використання цього методу дозволило виявляти кожний окремий вид частинок з вивченням їх мікроструктури та розмірів. На рис.9 надано динаміку зміни розмірів частинок клітковини, кристалів лактози та жиру від кількості обробок для сумішей до складу, яких входили борошно та екструдат.
а) б)
Рис.9. Залежність розмірів частинок в сумішах: а на основі екструдату, б на основі борошна:
1 частинки клітковини; 2 частинки кристалів; 3 жиру.
Середній розмір жирових кульок зменшувався зі збільшенням кількості обробок. Середній розмір частинок кристалів і клітковини зменшувався на протязі всіх ступенів обробки. На рис. 10,11 приведені фотографії мікроструктури сумішей: початкової та гомогенізованої, до складу яких входять борошно та екструдат.
Рис.11. Мікроструктура багатокомпонентної суміші на основі соєвого екструдату:
авихідна суміш; бгомогенізована суміш.
За результатами проведених досліджень можна зробити висновки, що розмір частинок для сумішей з борошном, стабілізується після триразової обробки: після першої обробки розмір частинок по середньому діаметру зменшується на 35 %; після третьої на 15%. Тому у виробництві ЗНМ можна пропонувати використання одноступеневої обробки. Важливою технологічною характеристикою є вязкість, що змінюється в залежності від кратності обробок та часу зберігання сумішей. Значний вплив на вязкість має концентрація соєвого компоненту і спосіб його отримання.В роботі проаналізовано її вплив починаючи з 20% вмісту соєвого борошна та екструдату до 40% (рис.12 ).
Зміна вязкості в залежності від концентрації і кількості обробок наведені на рис.13. Як видно, характер зміни в`язкості для всіх сумішей однаковий, але абсолютне значення показників вязкості для сумішей з екструдатом завжди вище в 3,5…4 рази. При гомогенізації сумішей вже після першого ступеню обробки вязкість знижується в 1,5…2 рази.
Рис. 12. Зміна SNS вихідної суміші в залежності від концентрації соєвого компоненту.
Виходячи з отриманих результатів досліджень було прийнято оптимальна концентрації соєвого компоненту –%.
а) б)
Рис.13. Зміна SNS сумішей у часі при різній кількості обробок і концентрації для: асоєвого борошна; б соєвого екструдату.
Результати досліджень також свідчать, що при технологічній переробці сумішей можливо використовувати одноразову обробку в гомогенізаторі, при цьому забезпечуються достатньо високі показники як дисперсності, так реологічні.
У шостому розділі представлено розроблену і збалансовану за всіма компонентами рецептуру та технологію виробництва кормового продуктуСЗНМ, а також дослідно-експериментальні технологічні лінії для його виготовлення з різними способами обробки бобів сої (екструзійна та обробка ІЧ-опроміненням).
При виборі жирового компоненту значна увага приділялась до наявності поліненасичених жирних кислот, тому було рекомендовано таке співвідношення жирів: рослинний жир –,5%, тваринний жир –,0%, молочний жир –,5%. Принциповою різницею розробленого ЗНМ від існуючих є використання рослинного білку і білку молочних продуктів. На підставі розрахунків був визначений склад білкових компонентів: сироваточних білків –,0%, білків сої –,5%, білків молока 18,5%.
Необхідну кількість вуглеводів забезпечують лактоза сироватки та углеводи сої. Склад додатково внесеного мінерального комплексу був визначений з урахуванням внесених компонентів суміші. Розрахунки дозволили розробити збалансовану рецептуру кормової добавки ЗНМ на основі бобів сої і молочних продуктів.
В основу технології покладені результати проведених досліджень. Технологія включає наступні основні процеси: термообробка і диспергування бобів сої, отримання суміші кормової добавки, пастеризація, гомогенізація, сушіння, фасування та упаковка готового продукту. Процеси попередньої обробки бобів сої і отримання сумішей є визначальними в технологічній схемі виробництва кормового продукту, ЗНМ і його якості. Суміш отримують послідовно, вводячи складові компоненти в розрахованому співвідношенні. В якості соєвого компоненту може бути борошно або екструдат; молочні компоненти - згущені сироватка, маслянка, знежирене молоко; суміш розтопленого тваринного жиру з фосфатидами; вітамінно-мінеральний комплекс відповідно до рецептури. Одержану суміш спочатку пастерізують, гомогенізують, а потім направляють в розпилювальну сушарку.
На підставі розробленої технології на підприємствах ВАТ«Монфарм» і ВАТ “Пирятинський сиркомбінат” були створені технологічні лінії з використанням існуючого обладнання і доукомплектацією необхідним. На підприємстві ВАТ «Монфарм» використовували соєвий компонент - екструдат, який був вироблений на екструдері Е-500. На другому підприємстві використовували соєве борошно і пасту, що вироблені із термообробленої сої інфрачервоним опроміненням і розмелені на молотковому млині. Технологічні схеми, які використовувалась на обох підприємствах не мали принципових розбіжностей. Комплектація обладнанням була різною, але в усіх випадках гомогенізацію високовязких сумішей проводили на роторно-імпульсному гомогенізаторі, розробленого в ІТТФ НАНУ. На рис.14 представлена принципова схема технологічної лінії на підприємстві ВАТ «Монфарм», яка була укомплектована сушаркою АСЕ-200 з пневмо- механічним розпилом, що розроблена в ІТТФ НАН України.
Рис.14. Схема технологічної лінії виробництва замінника молока на підприємстві ВАТ” Монфарм.”
1- очищувач сої; 2-підпитувач шнековий; 3- екструдер; 4- ємність для прийому екструдату; 5-резервуар для згущеної сироватки; 6,7,13-вентилі; 8,14,17 -продуктові насоси; 9,12- трьохходові крани; 10,11-ємності для суміші; 15-гомогенізатор РІА; 16- розпилююча сушарка; 18- резервуар для плавленого жиру.
На виробничому підприємстві ВАТ “Пирятинський сиркомбінат” технологічна лінія (рис.15) була укомплектована представленим обладнанням і складалась з декількох виробничих ділянок:
Рис.15. Схема технологічної лінії виробництва ЗНМ на підприємстві “Пирятинський сиркомбінат”:
,2- резервуари для жидких продуктів; 3-резервуар-змішувач; 4-охолоджувач; 5-проміжний резервуар; 6-ємність ВДП; 7-вакуум-випарна установка; 8-жиротопка; 9-РІА; 10-сушарка; 11-циклон; 12-вентилятор; 13-ємність для замочування сої; 14-млин; 15-збірник соєвої пасти; 16- ємнісний пастеризатор; 17-центрифуга.
Крім того було розроблено технологічну лінію і зроблено компоновку обладнання для цеху виробництва кормового продукту сухого замінника молока на Менському сирзаводі.
Використання запропонованої технології на двох заводах дозволило виробити дослідно-промислову партію кормового продукту в кількості 1,5 т. Якість СЗНМ відповідає вимогам для корму молодняку сільськогосподарських тварин і забезпечує покращення економічних показників виробництва. Очікуваний економічний ефект виробництва тільки за рахунок зниження собівартості сировини на 1 т готового продукту складає 2500 гривень при вартості молока 10001200 гривень за 1т, а економія енергоресурсів при використанні екструзійної обробки бобів сої в порівнянні з інфрачервоним опроміненням в 2,5 рази більше.
Проведені виробничі випробування на телятах раннього віку в експериментальному господарстві Чернігівського інституту агропромислового виробництва показали, що використання нового кормового продукту на основі бобів сої і продуктів переробки молока дозволяє знизити собівартість вирощування молодняку сільськогосподарських тварин (Акт від 06.04.2004 р.).
ВИСНОВКИ.
1. Доведена актуальність роботи, щодо вдосконалення технології виробництва кормового продукту з використанням бобів сої, удосконалення наявних технологічних процесів обробки бобів сої в напрямках розширення асортименту соєвого компоненту та поліпшення якості , зменшення енерговитрат на його виробництво.
. Зроблені розрахунки вибору оптимальних параметрів обробки бобів сої, які дозволили визначити час його прогріву – с при 405К. Проведені дослідження різних способів обробки бобів сої з інактивації антипоживних речовин показали, що найбільш ефективними є гігротермічна та екструзійна обробки. Екструзійна обробка має ряд переваг: руйнування боба на клітинному рівні, формування нової структури, технологічність процесу, більш низькі питомі енерго-, трудовитрати.
. На основі досліджень мікроструктури і властивостей борошна та екструдату встановлено, що вони мають принципові відмінності як у структурі окремих мікрочастинок, так і в макропоказниках порошків, таких як здатність до вологопоглинання, змочуваність, розчинність, швидкість витання і інші.
. Показано, що фізико-механічні властивості частинок подрібненого боба сої впливають на процес одержання сумішей способом сухого змішування з білковими і жировими складовими. За результатами експериментальних досліджень визначено непридатність сухого змішування компонентів, що мають різні властивості і структуру.
. Встановлено, що соєве борошно і екструдат мають різну кінетику процесу взаємодії частинок сої з вологою, а саме: різні абсолютні величини ступеню вологопоглинання, проходження процесу в часі і активності гідрофільних центрів, при цьому вони мають однакову кінцеву повноту вологопоглинання.
. На основі дослідних даних визначені концентрації, що є оптимальними для технологічної обробки до складу яких входить соєвий компонент: борошно –%; екструдат –%.
. Встановлено, що одноразова гомогенізація суміші на роторно-імпульсному апараті дозволяє отримати достатню дисперсність основних складових суміші: частинок клітковини –мкм, лактози –мкм, жиру –мкм.
. Рецептуру кормового продукту збалансовано з 22 показників: жирового, білкового, вітамінного та мінерального комплексів.
. Розроблена і затверджена в установленому порядку технологія і технічні умови ТУ У 15.7-05417118.026-2002 “Сухий соєвомолочний продукт “Лактосоя” для відгодівлі сільськогосподарських тварин”.
. За результатами дослідно-промислових випробувань на ВАТ “Пирятинський сиркомбінат” і підприємстві ВАТ «Монфарм» було вироблено партію кормового продуктуСЗНМ в кількості 1500 кг. Очікуваний економічний ефект при використанні бобів сої при виробництві кормового продукту дозволяє знизити собівартість сировини на 30%.
11. Технологія забезпечує одержання продукту високої якості і відповідає вимогам, які встановлені для корма молодняка сільськогосподарських тварин. Продукт пройшов випробування на телятах раннього віку в експериментальному господарстві Чернігівського інституту агропромислового виробництва і встановлено, що його використання дозволяє знизити собівартість вирощування телят.
СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Шурчкова Ю.О.,Ганзенко В.В.,Шаркова Н.О. Заменитель цельного молока „Лактocоя” // Молочна промисловість. –. - № 6 (9). –C. 22-23.
Особистий внесок: участь в проведенні експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
2. Ганзенко В.В. Прогресивна відгодівля замінниками молока // Тваринництво України. –. - № 8. –C. 5 –.
. Ганзенко В.В. Соєві боби. Вплив способу, ступеня їх подрібнення і термообробки на технологічні властивості водяних суспензій // Харчова і переробна промисловість. –. - № 10. –С. 24 –.
. Шурчкова Ю.О., Ганзенко В.В. Новая технология заменителя цельного молока // Молочное дело. –. - № 7. –С. 47 –.
Особистий внесок: участь в проведенні експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
. Промышленный опыт использования вакуумной обработки молока / Ю.А.Шурчкова, В.К.Буримский, В.В.Ганзенко, Н.К.Кононенко //Научно-практичес-кая конференция «Наука для молочной промышленности». Киев, 13 октября 2002; –Промышленная теплотехника,Т.24, приложение к №4.-2002. С.47-52.
Особистий внесок: участь в проведенні експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації, усна доповідь.
. Ганзенко В.В. Влияние способа, степени измельчения соевых бобов и термообработки на технологические свойства водных суспензий // Международная научно-практическая конференция “Пищевые технологии”. Одесса, 30 мая–июня 2006; Научные труды . 2006. В. 28. –Т. 2. –С. 73 –.
. Шурчкова Ю.А., Ганзенко В.В., Радченко Н.Л. Экструзионный метод обработки зерна сои // Хранение и переработка зерна.–. - № 9. –С. 51-53.
Особистий внесок: участь в проведенні експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації.
8. Пат. 3600 U Украини, МПК7 А23 С11/02. Спосіб виробництва замінника незбиранного молока для корму сільськогосподарських тварин./ А.А. Долінський, Ю.О.Шурчкова, Б.І.Басок, В.В.Ганзенко, Н.О.Шаркова, Т.Р.Гуцуляк, Є.В.Щепкін 2003109631.Заявл. 27.10.2003; Опубл. 15.12.2004, Бюл. № 12.
Особистий внесок: патентний пошук, участь у дослідженнях.
АНОТАЦІЯ
ГАНЗЕНКО В. В. Разробка технології виробництва кормових продуктів з бобів сої.
Рукопис. Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.01 –зберігання і технологія переробки зерна, виготовлення зернових і хлібопекарських виробів та комбікормів - Національний університет харчових технологій МОН України - Київ, 2008.
Дисертація присвячена рішенню актуальної проблеми:
-розробці технології і одержання кормового продуктузамінника незбираного молока нового покоління для молодняку сільськогосподарських тварин на основі бобів сої і продуктів переробки молока. З цією метою був проведений комплекс досліджень різних способів попередньої підготовки бобів сої, що дозволив визначити оптимальні параметри його термообробки і диспергування. Запропоновано поряд з механічним здрібнюванням бобів сої використовувати процес екструзії високого тиску, у якому зєднуються диспергування і термообробка.
Дослідження мікроструктури отриманих часток показало, що після механічного подрібнювання частки зберігають структуру боба, а при екструзивному подрібнюванні відбувається практично повне руйнування боба й утворення вторинної нової мікроструктури. Розходження в структурі частинок впливає на властивості порошків при перемішуванні і розчиненні. Вони мають різну кінетику водопоглинання, змочування, занурювання, розчинення водорозчинних речовин, швидкість витання, насипну щільність, щільність часток, порозність, плинність. При сухому перемішуванні з білковими компонентами механічно подрібнені порошки добре перемішуються, а екструдат утворює великі конгломерати, але ті й інші погано перемішуються з жировими компонентами.
Проведено комплекс досліджень по підготовці соєвобілкових сумішей до сушіння на рідкій основі –воді і сироватці. Показано, що при використанні в сумішах екструдату білки сої менше піддаються денатурації, вони здатні легше переходити в колоїдний стан.
Результати проведених досліджень дозволили розробити збалансовану з 22 компонентів рецептуру замінника незбираного молока, а також технологію одержання продукту в сухому вигляді. Створено технологічну лінію для реалізації технології з використанням роторно-імпульсного гомогенізатора і розпилюючої сушарки, розроблених у ІТТФ НАНУ.
Була проведена промислова апробація технології на двох підприємствах молочної промисловості. Напрацьовані дослідно-промислові партії продукту були випробувані при відгодівлі телят в ранньому віці. Результати цих дослідів показали, що собівартість вирощування молодняку сільськогосподарських тварин знижується. Економічний ефект від упровадження технології складає 2500 грн.в цінах 2005 року.
Ключові слова: інактивація, антипоживні речовини, попередня обробка, диспергування.
АННОТАЦИЯ
ГАНЗЕНКО В. В. «Разработка технологии производства кормовых прдуктов на основе бобов сои».
Рукопись. Диссертационная работа на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.01 –хранение и технология переработки зерна,производство зерновых и хлебопекарских изделий, комбикормов.–Національ-ний університет харчових технологій МОН Украины, Киев , 2008.
Диссертация посвящена решению актуальной проблемы: разработке технологии получения кормовой добавкизаменителя цельного молока нового поколения для молодняка сельскохозяйственных животных на основе бобов сои и продуктов переработки молока.
Актуальность проблемы заключается в том, что существовавшие ранее технологии были основаны на использовании обезжиренного молока и животных жиров. В современных условиях, когда резко возросла стоимость молочного белка, эти технологии оказались неконкурентоспособными. Украина, бывшая одним из крупнейших в Европе производителей и экспортеров сухого ЗЦМ, потеряла рынок и полностью утратила производство. Сейчас украинское животноводство использует исключительно импортные ЗЦМ. В связи с этим необходимо создавать новые, конкурентоспособные технологии на основе использования, нетрадиционных компонентов и современных способов их переработки. Известно, что в мировой практике в составе СЗЦМ используют соевые белки, соевое масло и другие растительные и микробиологические компоненты.
Сведений об использовании бобов сои, в которой содержится клетчатка не найдено.
В работе предложено ввести в состав ЗЦМ в качестве основных компонентов бобы сои и продукты переработки молока.
Использование растительных компонентов предполагает существенное изменение не только рецептуры, но и технологического процесса. С этой целью был проведен комплекс исследований различных способов предварительной подготовки бобов сои, который позволил определить оптимальные параметры его термообработки и диспергирования. Экспериментальные исследования были проведены с одной партией соевых бобов в короткий промежуток времени, что исключило разброс данных вследствие различных временных и качественных условий проведения анализов по снижению антипитательных веществ при термообработке. Проведен расчет времени прогрева единичного боба сои. Получены хорошие совпадения расчетных результатов и экспериментальных данных.
Предложено наряду с механическим измельчением бобов сои использовать процесс экструзии высокого давления, в котором совмещаются диспергрование и термообработка. Исследование микроструктуры частиц показало, что после механического измельчения частицы сохраняют строение нативного боба, а при экструзивном измельчении происходит практически полное разрушение клеток семян и образование вторичной новой микроструктуры. Различие в строении частиц оказывает влияние на свойства порошков при перемешивании и растворении. Они имеют различную кинетику водопоглощения, смачиваемость, погружаемость, растворение водорастворимых веществ, скорость витания, насыпную плотность, плотность частиц, порозность, текучесть. При сухом перемешивании с белковыми компонентами механически измельченные порошки хорошо перемешиваются, а экструдат образует крупные конгломераты, но и те и другие плохо перемешиваются с жировыми компонентами.
Проведен комплекс исследований по подготовке соевобелковых смесей к сушке на жидкой основе –воде и сыворотке. Показано, что при использовании в смесях экструдата белки сои меньше поддаются денатурации, они способны легче переходить в коллоидное состояние.
Установлено, что кинетика процесса поглощения влаги мукой и экструдатом существенно отличается по абсолютным величинам степени влагопоглощения, времени протекания процесса и активности гидрофильных центров, но при этом полнота влагопоглощения для них одинакова.
С целью оптимизации состава многокомпонетных соевых смесей по таким показателям, как концентрация, вязкость, плотность и дисперсность были исследованы и определены: влияние степени гомогенизации на дисперсность и микроструктуру смеси; влияние степени гомогенизации на основные реологические показатели смесей в зависимости от концентрации соевого компонента, времени сохранения.
На основе полученных результатов разработаны рекомендации по концентрациям соевого компонента в смесях ЗЦМ: при использовании соевой муки до 30%, экструдата до 20%.
Результаты проведенных исследований позволили разработать сбалансированную по 22 компонентам рецептуру заменителя цельного молока, а также технологию получения его в сухом виде. Рецептура была сбалансирована по составу жира, белка, углеводов, минерально-витаминного комплекса.
Разработана технология и технологические линии, которые включают основные процессы: термообработку и диспергирование бобов сои, составление смеси ЗЦМ, пастеризацию, гомогенизацию, сушку, фасовку и упаковку готового продукта.
Разработана и утверждена в установленном порядке техническая документация ТУ У 15.7.-05417118.026-2002 «Сухий соєвомолочний продукт “Лактосоя”для відгодівля сільськогосподарських тварин”.
Разработанная технология прошла апробацию на заводах ОАО «Пирятинский сырзавод» и ОАО «Монфарм», наработаны опытно-промышленные партии продукта в количестве 1500 кг. Для реализации данной технологии использовалось оборудование разработанное в ИТТФ НАНУ: роторно-импульсний гомогенизатор и распылительная сушилка.
Наработанные опытно-промышленные партии кормового продукта были испытаны при вскармливании телят раннего возраста. Результаты этих испытаний показали, что себестоимость выращивания живой массы снижается (Акт от 6.04.2004 г).
Экономический эффект от внедрения технологии составляет 2500 гривень в ценах 2005 г.
Ключевые слова: инактивация, антипитательные вещества, предварительная обработка, диспергирование.
ANNOTATION
Valentyna Vasylivna Ganzenko Development of the Substitute Dry Milk Production Technology Base on Soybean Seals
Manuscript.Thesis for achievement of the Candidate’s of Technical sсіnce degree in specialty 05.18.01 –Storing and technology of the crops, legumes, cereals processing and bakery products and compound food production.National university of feed technology, MES of Ukraine, Kyiv, 2008.
The thesis is dedicated to the complex solution concerned improving and development of modern, high-performance, resources safe technologies in production of fodder for agricultural young animals.
The thesis contains results of researches in composition and technology of milk substitute production, which is competitive in the current situation. The perspective direction concerns wide range use of soybean and deep processing milk products as a substitution that requires complex technologies for raw plants preparation.
The thesis elaborates research results concerned preliminary processing of soybeans for anti-nutrients dispersion and inactivation. With purpose of optimum bean processing were made mathematic calculation and determined time for heating one bean. Microstructure, Physic-Mechanical and Physic-Chemical features of blended soy particles were determined based on results of experimental researches. The results were received by different methods of dispersion and thermo-processing, as well as dry mixing of blended soybean particles with albuminous and fat components.
The processes of soy meal and extruded article interaction with moisture, as well as methods for preparing and processing of milk-plant mixtures for drying were studied.
The balanced formula and technology for receiving of dry milk substitute were developed. The manufacturing examples of the finished product were presented. The economical expediency was proved. In addition the experiment of young animals fattening in industrial circumstances was carried out.
Key words: inactivation, indigestible, pretreatment, dispersion
Розсилка автореферату відбулася 07.05.2008 р.
Захист відбувся 12.06.2008 р.
Підписано до друку 2008. Формат 60х84/16
Папір офсетний. Формат видання 145х210мм.
Тираж 100 . Замов. №
Полграфічне підприємство ТОВ “Контур-Т”
03057, м. Київ, вул.Желябова 2а
2. Дніпропетровський транспортноекономічний коледж Навчальна дисципліна Іноземна мова за професійним
3. исторический характер т.html
4. тема объединяющая свыше 200 стран и территорий в которой за последнюю четверть века произошли крупные переме
5. Статья Отзывы Джек Траут убежден что не многим удастся воплотить его идеи в жизнь
6. О спасении и гармоничном развитии Reserch Center Enlightment BOSTON US Copyright 2008 by uthor ll rights reserved
7. на тему- ldquo;Вплив нейролінгвістичного програмування на безпеку життєдіяльності людиниrdquo; Викона
8. Що стосується цієї функції маркетингового менеджменту то управління маркетинговою інформацією виділен
9. Управление продажей образовательных услу
10. Составление таможенной декларации
11. Расчет установившегося режима работы электрической системы
12. Банкротство юридического лица как способ его ликвидации
13. а начальный входящий ~ составляется на начало отчетного периода;б заключительный исходящий ~ составляе
14. Лабораторная работа- Внимание- его устойчивость и колебания
15. Правовые аспекты информационно-психологической войны
16. Социальная значимость отношений человека уровень их общественной ценности нравственность повседневного
17. варианту Пошли в ход небритые плачущие албанцы которым сербы в масках велели убираться из их домов
18. ФЗ ldquo;О страховых взносах в Пенсионный фонд Российской Федерации Фонд социального страхования Российской
19. Рычажный механизм и зубчатая передача
20. Введение Общеизвестно что образование фондов денежных средств государства и их использование в процессе