CТВОРЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЙ ВИРОБНИЦТВА ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ХАРЧОВИХ ПОРОШКІВ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі сформульовано актуальність вибраної теми, обґрунтовано необхідність проведення комплексних фундаментальних досліджень тепломасообмінних процесів при сушінні, вибір сировини та створення композицій з функціональними властивостями. Відображено зв'язок роботи з науковими програмами, темами, сформульовані мета і завдання роботи.

В першому розділі «Сучасний стан питання і задачі досліджень тепломасообмінних процесів виробництва функціональних продуктів» розглянуті питання, пов’язані з проблемами створення енергоефективних технологій отримання функціональних продуктів. Проаналізована основна класифікація функціональних інгредієнтів. Охарактеризовано структуру, властивості та стабільність під час переробки антиоксидантів, фолатів, фітоестрогенів та пребіотиків. Розглянуті питання пов’язані з сучасними проблемами харчування, станом і тенденціями розвитку функціональних продуктів, перспективою удосконалення технології переробки рослинної сировини.

Проаналізовані сучасні теплотехнології отримання функціональних харчових продуктів, особливо процеси сушіння. Наукові основи сушіння та основні закономірності тепло- і масоперенесення представлені у фундаментальних роботах: А. В. Ликова, П.А. Ребіндера, А.В. Думанского, Б.В. Дерягіна, Ю.А. Михайлова, П.Д. Лебедєва, Б.М. Смольського, О.А. Кремньова, Ю.Л. Кавказова, А.А. Гухмана, В.В. Краснікова, А.С. Гінзбурга, М.Ф. Казанського, Н.В. Чураєва, Н.Н. Гамаюнова.

Велике теоретичне і практичне значення для розвитку сучасної науки про сушіння мають праці: А.А. Долінського, М.А. Гришина, Г.С. Шубіна,
П.С. Куц, С.П. Рудобашти, І.М. Пієвського, В.Д. Шеліманова, Ю.Ф. Снєжкіна,
М.І. Нікітенко, Б.С. Сажина, П.В. Акуліч, О.Г. Бурдо, Г.Н. Станкевича, Б.І. Леончика,  Д.П. Лебедєва, Я.М. Ханика, М.І. Погожих, Д.С. Ізбасарова та багатьох інших.

На основі аналізу літературного огляду робіт, які присвячені проблемам сушіння рослинної сировини, обґрунтовано висновок про можливість інтенсифікації процесів сушіння із збереженням високої якості кінцевої продукції. Також були розглянуті роботи провідних науковців України у сфері створення функціональних продуктів. Значний внесок у вирішенні проблеми переробки рослинної сировини та створення на її основі функціональних продуктів зробили Л.В. Каперльянц,
Р.Ю. Павлюк, В.В. Погарська, О.А. Ракша-Слюсарева, Л.М. Тележенко та ін. Ґрунтуючись на даних огляду літератури, зроблено висновок, що на сьогоднішній день в Україні недостатньо виробництва з переробки рослинної сировини на порошки. Сільськогосподарська сировина, як показав літературний огляд, вирощується в надлишкових кількостях, тобто споживається населенням значно менше, ніж вирощується. На основі проведеного аналізу публікацій за темою дисертації, узагальнення фундаментальних робіт встановлено, що перспективним напрямом досліджень є розробка продуктів дієтичного та лікувально-профілактичного напрямку. Створення енергоефективних теплотехнологій має базуватись на використанні натуральних рослинних компонентів та їх композицій, обґрунтованому виборі енергоефективних режимів підготовки сировини до сушіння, режимів сушіння та отримання функціональних порошків.

В другому розділі «Характеристика об’єктів та методики проведення досліджень» представлено об’єкт, предмет і методи досліджень, викладено методологічні особливості проведення тепломасообмінних, фізико-хімічних, структурно-механічних експериментальних досліджень при отриманні функціональних порошків.

Вперше на основі даних літературного аналізу та проведених досліджень були створені функціональні композиції, розроблена нова класифікація відповідно до їх функцій в організмі людини.

Так антиоксидантні композиції блокують процес канцерогенезу, запобігають перетворенню нормальних клітин і тканей в пухлини. Попереджують деградацію нервової та м’язової тканини.

Фітоестрогенні композиції знижують рівень холестерину в крові. Впливають на стан артерій. Покращують системний артеріальний тонус. Знижують риск раку молочних залоз.

Фолатовмісні композиції регулюють артеріальний тиск клітин і передачу спадкових ознак від клітини до клітини. Знижують ризик вроджених дефектів невральної трубки.

Пребіотичні композиції стимулюють активність лімфоїдних тканин кишківника. Скорочують тривалість інфекційних захворювань викликаних ротовірусами. Покращують біодоступність кальцію.

В розділі надано опис експериментальних стендів, методики їх роботи та методи, які дозволяють визначити ефективність параметрів тепломасообмінних процесів функціональних порошків.

Дослідження проводилась на наступних установках і приладах:

- експериментальний конвективний стенд з системою автоматичного збору та обробки інформації;

- дослідно-промислова сушарка;

- теплонасосна сушильна установка з замкнутою рециркуляцією повітря;

- дезінтегратор для подрібнення висушеної сировини;

- спектрофотометр;

- диференційний мікрокалориметр для визначення питомої теплоти випаровування функціональної сировини.

Фізико-хімічні дослідження  за оцінкою якості рослинної сировини та отримані з них функціональні порошки виконувались в хімічній лабораторії відділу нестаціонарного масопереносу в процесах сушіння.

Для оцінки якості сировини, тепломасообмінних процесів під час сушіння та готової продукції використані стандартні уніфіковані та оригінальні методики фізико-хімічних методів досліджень. На основі проведених досліджень вперше був розроблений прискорений метод визначення кількості пектинових речовин, як у нативній так і сухій сировині. Його новизна підтверджена патентом.

Результати проведених досліджень систематизовано піддано статистичному, математичному опрацюванню й оформлено у вигляді таблиць і графіків. Для математичного опису процесу сушіння функціональної сировини застосовано  методику планування експерименту з одержанням рівнянь регресії з метою визначення мінімальних втрат цінних харчових речовин.

Наведено методику статистичної обробки результатів експериментальних даних.

В третьому розділі «Дослідження впливу попередньої обробки на фізико-хімічні властивості сировини» проведено аналітичні та експериментальні дослідження існуючих методів вологотеплової обробки харчової рослинної сировини показали можливість підвищення їх ефективності.

Труднощі при сушінні рослинної сировини пов’язані з тим, що під впливом теплової обробки, світла, кисню повітря, рН середовища відбуваються втрати до 90% каротиноїдів, бетаніну, фолатів, фітоестрогенів та інших біологічно активних речовин. Тому для визначення найбільш перспективних шляхів переробки функціональної сировини досліджено вплив попередньої підготовки на сировину, яка підлягає сушінню.

Каротиноїди є основою антиоксидантної сировини, до складу якої входить морква, які в присутності ліпідів та білків перетворюються в організмі людини на вітамін А.

Відомо, що попередні дослідження зміни вмісту каротиноїдів при бланшуванні каротиновмісної сировини мають нестабільні показники. Проведені нами дослідження з гігротермічної обробки показали, що під час бланшування за розробленими режимами майже не відбувається втрата каротиноїдів, а лише їх  механічне вимивання на розрізі тканин.

Представлені на рис. 1 результати підготовки антиоксидантної сировини (на основі моркви) до сушіння показали, що морква без попередньо підготовки під час сушіння втрачає до 44% каротиноїдів (рис. 1). Розроблені режими підготовки моносировини дозволили зменшити ці втрати до 12% (поз. 2). Розроблені способи підготовки антиоксидантної сировини до сушіння дали можливість зменшити втрати каротиноїдів під час сушіння на 4,4 – 5,1% (поз. 4,5).

Запропонований енергоефективний спосіб попередньої обробки антиоксидантних композицій на основі бобових та моркви виключає гігротермічну обробку моркви.