Інтенсифікація процесу екстрагування в технологіях утилізації відходів харчових та олійних виробництв

У статті розглядаються питання утилізації відходів олійної, харчоконцентратної, консервної промисловості. Пропонується задіяти технології екстрагування для вилучення цінних компонентів, які залишаються у відходах після виробництва основного продукту. Розглянуто можливість вилучення олій з лушпиння кави та макухи амаранту. Також досліджено екстрагування водо- та лугорозчинних фракцій з макухи амаранту як стадія вилучення цінного білка. Розглянуто екстрагування водорозчинних компонентів зі свіжих яблучних вичавок – фруктово-ягідних відходів. Інтенсифікувати процес екстрагування запропоновано шляхом підведення енергії у вигляді мікрохвильового випромінення, яке викликає у структурах сировини явище бародифузії, та забезпечення режиму кипіння екстрагенту, який організує постійний контакт свіжих порцій екстрагенту з сировиною. Для збереження термолабільних речовин та запобігання денатурації білка в екстракторі кипіння здійснюється у вакуумі. Показано результати вилучення олії та спирторозчинних компонентів лушпиння кави та макухи амаранту. Отримано кінетичні криві процесу екстрагування макухи амаранту водою та лужним розчином в умовах дії мікрохвильового поля та вакууму. Наведено порівняння кінетики екстрагування лугорозчинної фракції макухи амаранту із застосуванням адресної доставки енергії та при традиційному енергопідведенні. Показано значну інтенсифікацію процесу. Визначено питомі енерговитрати процесу. Отримано кінетичні криві процесу екстрагування яблучних вичавок водою при різних гідромодулях. Встановлено відсоток сухих речовин твердої фази, який переходить до екстракту. Визначено питомі енерговитрати на процесс одержання екстракту. Одержано продукт з аромтом яблук та вираженими желюючими властивостями.

Встановлення режимів температурного оброблення м'яса індички

Вимоги сучасного споживача до якості м’ясних продуктів та прагнення виробників залишатися конкурентоспроможними є основною причиною для розроблення нових високоякісних м'ясних продуктів. У більшості технологій виробництва м'ясних виробів температурне оброблення є ключовою операцією. Від способів та параметрів температурного оброблення залежать показники якості, сенсорні властивості та техніко-економічні характеристики м'ясних продуктів. Вибір температурно-часових параметрів температурного оброблення м'яса має бути індивідуальний враховуючи вид сировини, її фізико-хімічні особливості та бажані властивості готового продукту. Перспективною сировиною для отримання високоякісних м'ясних виробів є м'ясо індички. Висока біологічна цінність та дієтичні якості індички дозволяють їй успішно конкурувати зі свининою та яловичиною. А значний вихід забійної тушки та велика частка м’язової тканини робить її економічно привабливою у порівнянні з іншими видами домашньої птиці. Вагомою проблемою при використанні індички у якості основної сировини в технології виробництва продукту є складність обвалювання в результаті особливостей її морфологічної структури. Вирішенням даної проблеми може стати використання попереднього температурного оброблення з подальшим обвалювання м'яса і використання вареної сировини в технології пастеризованих консервів. У роботі представлені дослідження впливу температурно-часових режимів на структурно-механічні, фізико-хімічні, органолептичні та мікробіологічні показники гомілки індички. Проведено порівняльну оцінку гідротермічного оброблення м'яса при температурі гріючого середовища 65°C і 90 °C та показано позитивний вплив використання низькотемпературного тривалого гідротермічного оброблення на текстуру продукту та смакові властивості. Встановлено раціональність використання температури 65°C для термооброблення м'яса індички та підтверджено його мікробіологічну безпечність.

Методика розрахунку стрічкових сушарок з комбінованим електромагнітним енергопідведенням для сушіння насіння кукурудзи, соняшнику та сої

На основі детального аналізу літературних джерел з досліду використання інфрачервоного та мікрохвильового підведення енергії в процесі сушіння сировини зроблено висновок про перспективність розробки обладнання, що реалізує комбінований вплив інфрачервоного та мікрохвильового випромінювання для сушіння оліє місткої сировини, зокрема кукурудзи, соняшнику та сої. Попередні дослідження кінетики сушіння кукурудзи, соняшнику та сої дозволили отримати рівняння для визначення часу сушіння цих продуктів в таких сушарках, що, в свою чергу, стало відправною точкою для створення методик проектного та перевірного розрахунків таких сушарок. Аналіз цих досліджень дозволяє зробити висновок, що використання мікрохвильового випромінювання прискорює перенесення вологи з середини матеріалу назовні, а інфрачервоне випромінювання ефективно передає енергію вологи на поверхню матеріалу. Таким чином, поєднання послідовного впливу мікрохвильового та інфрачервоного випромінювання може значно прискорити процес сушіння та покращити його енергоефективність. Мета конструктивного розрахунку сушарки - визначити габаритні розміри сушарки та потужність встановлених випромінювачів. На першому етапі розрахунку такі властивості продукту, як рівноважна вологість продукту та коефіцієнт активності води, визначаються параметрами продукту та навколишнього середовища. Далі визначаються парціальний тиск водяної пари в атмосферному повітрі та теплофізичні властивості водяної пари, такі як тиск насиченої водяної пари, питома теплота випаровування та коефіцієнт дифузії водяної пари у повітрі. На наступному етапі ми визначаємо швидкість руху конвеєра. Далі визначаємо відповідні значення коефіцієнтів масообміну та узагальненого коефіцієнта масообміну. Величина узагальненого коефіцієнта масопереносу визначає швидкість висихання в перший період та час висихання. Тривалість установки та кількість модулів масообміну визначаються визначеним значенням часу перебування продукту в установці. На останньому етапі розраховується потужність ІЧ -випромінювачів окремого ІЧ -модуля та потужність НВЧ -випромінювачів одного мікрохвильового модуля.

Інженерні методи розрахунку процесу гідратації при обробці олії електромагнітними хвилями

До основних недоліків стандартних ліній гідратації відносяться висока енергоємність, велика витрата холодної води і пари, що зв'язано з використанням сепараторів, а також жорстким температурними режимами сушіння фосфоліпідної емульсії. Ці лінії не забезпечують ефективність процесу в цілому через високий залишковий зміст фосфоліпідів в олії і низької харчової цінності одержуваних фосфатидних концентратів унаслідок впливу перекису водню, застосовуваної для знебарвлення. Для усунення цих недоліків було запропоновано використання електромагнітних полів в процесі гідратації олій. В даній роботі запропоновано інженерні методи розрахунку процесу гідратації при обробці олії електромагнітними хвилями. Проведено моделювання процесу. Використовуючи метод аналізу розмірностей, отримано критеріальне рівняння для розрахунку продуктивності устаткування. Проведено узагальнення експериментальних даних отриманих в результаті досліджень. Розроблено алгоритм розрахунку степеневих показників та констант в рівнянні у числах подібності, який реалізовано у середовищі Microsoft Excel. Визначено ступінь впливу напруженості магнітного поля на процес гідратації. Враховано залежить коефіцієнту масопередачі від зміни температури. З отриманого рівняння в числах подібності розраховано ряд теоретичних значень числа Стантона та порівняно з експериментальними даними. Визначено розбіжність між розрахунковими та експериментальними даними в межах 18%. Отримане рівняння дає змогу розраховувати об’єм установки та швидкість протікання процесу, задаючись різними режимними параметрами: напруженістю магнітного поля, температурою.

Комплексна переробка сировини з використанням технологій Адресної доставки енергії у виробництві пектинів

Розглянуто можливості використання технологій адресної доставки енергії (АДЕ) в процесах комплексної переробки сировини рослинного походження на прикладі комплексу технологічних процесів характерних для виготовлення пектину. Показано актуальність процесів отримання пектинових речовин для сучасної промисловості та перспективні напрямки використання пектину. Наведено приклади реалізації технологій виготовлення пектину вітчизняними та зарубіжними виробниками, та приведено наближену оцінку вартості і складності пектинового виробництва. Як варіант удосконалення та здешевлення технології виготовлення пектину запропоновано використання технологій АДЕ для основних технологічних операцій пектинового виробництва: сушіння пектиновмісної сировини, екстрагування пектиновмісних речовин, випарювання пектиновмісного екстракту. Для процесу сушіння пектиновмісної сировини приведено результати експериментального дослідження кінетики процесу вологовидалення з оболонок цитрусових плодів, при використанні комбінованого способу сушіння – мікрохвильового енергопідведення та фільтраційного відведення вологи. Запропоновано обґрунтування для використання такої комбінації технологій сушіння та вплив механодифузійного ефекту на кінцеву продуктивність вологовидалення зазначеним комбінованим способом сушіння. Описано загальну конструкцію стрічкової, модульної сушильної установки з комбінованим способом сушіння сипкої рослинної сировини. Надано оцінку результатів отриманих при дослідженні кінетики процесу сушіння пектиновмісної сировини та загального потенціалу технології АДЕ для процесів швидкісного низькотемпературного сушіння термолабільних матеріалів. Запропоновано шлях для впровадження технологій АДЕ на інших технологічних ділянках виготовлення пектину. Зокрема приведено посилання на інноваційні процеси екстрагування в середовищі електромагнітного поля надвисокої частоти та узагальнено потенціальні переваги та недоліки використання аналогічних технологій у виробництві пектину. Запропоновано використання технології випарювання розчинів у вакуумних випарних апаратах з використанням мікрохвильового енергопідведення для аналогічної технологічної операції при виготовленні пектину.

Кінетика та енергетика процесів екстрагування з деревини дуба в електромагнітному полі

У статті розглянутий новий перспективний метод екстрагування з використанням електромагнітних технологій. Надані переваги методу екстрагування у електромагнітному полі перед традиційним методами. Головною проблемою традиційних технологій є неповнота вилучення цільових компонентів та тривалість процесу екстрагування. Розглянуто можливості та перспективи використання дубових екстрактів у різних галузях промисловості. Сформульовано головне науково-технічне протиріччя процесу екстрагування. Запропонована гіпотеза екстрагування у електромагнітному полі. Приводиться методика дослідження та детальний опис установок, на яких проводилися експериментальні дослідження. Приведені параметри, при яких проводилися експериментальні дослідження. Представлені порівняння термограм, зміни коефіцієнтів світлопропускання та витрат електроенергії п’ятьох серій експериментів, де екстрагентом виступала вода, проведено їх аналіз. Представлені дані щодо концентрації сухих речовин у отриманих екстрактах. Проведено серію експериментальних дослідження з екстрагування дубової деревини етиловим спиртом, представлені термограми процесів та зміни коефіцієнта світлопропускання. Проведено порівняння концентрації сухих речовин у отриманих екстрактах. Запропонована інноваційна технологія отримання високоекстарктивних вин з використанням МХ технологій та дубової деревини, як альтернатива витримки в дубових бочках. Дана коротка органолептична характеристика отриманих екстрактів та високоекстрактивних вин. Доведена гіпотеза о можливості отримання поліекстрактів при використанні розчинника із полярними молекулами та в умовах мікрохвильового поля. Підтверджено дію механодифузійного ефекту. Визначено, що вихід цільових компонентів у МХ екстракторах в 2,5…5 разів вищий, ніж у традиційних при знижені енергетичних витрат у 1,5…2 рази. Визначено, що найбільш привабливими є плівкові та циркуляційні екстрактори, вони мають переваги щодо отримання якісних поліекстрактів з дубової деревини, з більш повним вилученням компонентів та перспективами промислового впровадження.

Дослідження мікрохвильового вакуум-випарного модуля безперервної дії

Проведено аналіз досліджень впливу мікрохвильових технологій на процес випаровування. Виділено основні переваги застосування електромагнітного впливу на сировину при випаровуванні поряд з традиційними технологіями концентрування харчових розчинів. Висвітлено один з головних недоліків існуючих дослідних стендів випарних апаратів з електромагнітним підведенням енергії, а саме періодичність дії. Визначено основні проблеми, що перешкоджають організації процесу випарювання в безперервному режимі в умовах об'ємного підведення енергії і вакууму. На основі аналізу цих проблем запропонована конструкція мікрохвильового вакуум-випарного модуля, яка дозволяє забезпечити безперервний режим роботи без порушення герметичності системи і при відсутності витоку мікрохвильового поля протягом усього процесу концентрування. Головне завдання даної роботи полягала в проведенні експериментальних досліджень розробленого модуля в умовах безперервної роботи. Досліди проводилися на прикладі цукрового розчину. Концентрації початкової сировини, що поступала до модуля, і готового продукту, що вивантажувався, протягом усього процесу становили 30°brix і 40-42°brix відповідно. Тиск в системі в ході випробувань модуля залишався незмінним і знаходився в межах 0,01 МПа. На основі отриманих результатів експериментальних досліджень можна стверджувати про працездатність розглянутої конструкції мікрохвильового вакуум-випарного модуля безперервної дії і про можливість проектування і реалізації його напівпромислового зразка. За допомогою застосування методу компонування таких модулів надається можливість сконструювати багатоступеневу випарну установку, що в свою чергу дозволяє отримати готовий продукт будь-якої кінцевої концентрації сухих речовин без втрати якості. Крім того, подібна конструкція відрізняється достатньою легкістю в обслуговуванні через незалежність кожного модуля.

Обґрунтування взаємодії електромагнітного поля надвисокої частоти з насінням ріпаку в процесі сушіння

В харчовій промисловості, основному, використовуються технології конвективного сушіння зернових і олійних культур, що реалізовані в різноманітних за конструкціями сушарках: шахтних, стрічкових, барабанних, в яких передача теплоти до сировини реалізується за допомогою сушильного агенту, нагрітого повітря. Перспективним способом при організації процесу сушіння є технологія мікрохвильової обробки насіння, що має цілий ряд відмінностей від традиційних методів зневоднення. Нагрів за рахунок мікрохвильового опромінення забезпечує підведення енергії до об’єму матеріалу, а температурою нагрівання легко керувати. У статті представлені теоретичні та експериментальні дослідження діелектричного нагріву насіння ріпаку в процесі сушіння в мікрохвильовому полі. Проаналізовано математичні моделі тепломасообміну, розроблені для моделювання процесів мікрохвильового сушіння, і обговорені діелектричні властивості олійних культур в залежності від вологості та температури. Принцип перетворення НВЧ - енергії в теплоту заснований на ефективному поглинанні вологою продукту, що нагрівається, підведеної до нього НВЧ - енергії. При цьому теплота, що генерується в усьому об’ємі оброблюваного продукту, і що підводиться в робочу камеру НВЧ - енергія практично повністю поглинається насінням. Інтенсивність нагрівання насіння ріпаку залежить від його діелектричних властивостей і напруженості мікрохвильового поля, що створює випромінювач. Коефіцієнт діелектричних втрат насіння ріпаку в значній мірі залежить від вологовмісту,тобто вода відіграє основну роль в процесі поглинання енергії при діелектричному нагріві. Нелінійна залежність коефіцієнта діелектричних втрат від вологості обумовлена різноманітністю форм зв’язку вологи в насінні ріпаку. Зменшення значення коефіцієнта діелектричних втрат, з підвищенням температури ріпаку можна пояснити активними втратами води при нагріванні насіння.

Thermal conditions of Adsorptive heat storage device operating in open-mode for heating inflowing air

Thermal conditions of adsorptive heat storage device operating in open-mode were considered when discharged. The main operating parameters affecting the final temperature of airflow which supplied to ventilated premises are determined on the example of heat storage device based on composite ‘silica gel – sodium sulphate’. The main factors which determine a final airflow temperature are confirmed to be initial values of temperature, absolute humidity and speed of airflow which fanned to the adsorbent layer. Algorithm of calculating the operational parameters of adsorptive heat storage device has been further developed. Proposed algorithm involves calculation of diffusion coefficient, mass transfer coefficient, final absolute humidity of airflow, volume of air which passed through adsorbent layer, adsorption, specific adsorption heat and final airflow temperature, then useful heat, heat inputs for operating heat storage device and its efficiency factor are estimated. The adequacy of the proposed algorithm has been confirmed according with experimental data for operating of open mode adsorptive heat storage device. Curves final temperature of inflowing air vs. time of discharge of heat storage device are stated to depend on characteristics of airflow which fanned to the adsorbent layer such as temperature, speed and initial absolute humidity. When these parameters increased, time to achieve plateau, i.e. maximal values of final inflowing air temperature decrease. The dependence of initial values of temperature, absolute humidity, speed of humid airflow and final airflow temperature is shown. Maximal temperatures of at most 65 – 80 ºC are stated at the initial temperatures and absolute humidity of initial airflow within the ranges of 20 – 30 ºC and 0.03 – 0.04 kg/m3, respectively. The results of the present study can be used for the development of energy-efficient systems and devices for air-conditioning in habitual inner space and warehouses.

Комплексна енергоефективна теплотехнологія одержання антиоксидантного буряково-томатного барвнику та насіння томатів

Сучасні технології, особливо процеси сушіння, є енергозатратними. То ж, основними завданнями при розробці теплотехнології в харчовій промисловості є зменшення витрат енергоносіїв на процес зневоднення. Такі наукові розробки – це шлях до конкурентоздатної економіки та енергонезалежності України. В зв’язку із поширенням таких хвороб як серцево-судинні захворювання, рак, зміна серцевого м'язу, неправильне перетравлення їжі, послаблення репродуктивної функції основним завданням працівників харчової промисловості є максимально замінити в готових продуктах харчування синтетичні ароматизатори, барвники на натуральні. В Україні виробництво овочів переважає над їх вживанням. Переробка за допомогою сушіння та отримання порошкоподібного продукту практично відсутня. Сучасні способи отримання порошку зі столового буряка дають можливість зберегти бетанін на рівні 50-70 % у кінцевому продукті. Тому розробка нових методів та удосконалення існуючих технологій сушіння столового буряка з метою отримання натурального барвника є важливою та значущою. Червоний столовий буряк має високий вміст бетаніну з антиоксидантними властивостями і є традиційним в харчуванні населення України. Оскільки сушіння є енерговитратним процесом, зменшення енергозатрат на процес зневоднення та максимальне збереження біологічно активних речовин та зниження собівартості кінцевого продукту є актуальним. Користь природних антиоксидантів полягає в тому, що вони здатні вступати в реакції з вільними радикалами, нейтралізуючи їх згубну дію на організм людини. Бетанін – це червоний харчовий барвник, який отриманий зі столового буряка та може використовуватись при виробництві морозива, кондитерських виробів, порошкоподібних безалкогольних напоїв. В даній статті висвітлено безвідходну енергоефективну теплотехнологію отримання антиоксидантного буряково-томатного барвнику та насіння томатів. Завдяки використанню м’якоті та шкірки томатів, які містять органічні кислоти та відіграють роль стабілізатора барвника під час сушіння із заданими режимами. Одержано якісний насіннєвий матеріал та порошкоподібний натуральний продукт, який завдяки високому вмісту каротиноїдів, пектинів, клітковини, бетаніну, мікро- та мікроелементів може використовуватись в лікувально-профілактичному збалансованому харчуванні.