Влияние концентрата натурального казеина на процесс зародышеобразования, при кристаллизации лактозы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

—*—оа

—*—99.5

...■*— 100

—м 100,5

—ш----К)-)

103

---1--110

---"--115

—*»— 120 —*—125

100 300 500 700 900 О, кг/ч

Рис. 5

В результате моделирования с помощью разработанной программы показано, что можно использовать полученные уравнения для определения тепловых и материальных потоков энергосберегающей технологии производства пищевых концентратов, а также количества избыточного пара в зависимости от производительности оборудования [1].

Таким образом, полученные результаты моделирования моп7т использоваться для достижения сбалансированности технологических процессов производства крупяных концентратов и позволяют определить возможности применения разработанной математической модели для расчетов энергосберегающих технологических схем в пищевой промышленности, например при производстве пищевых концентратов.

вывод

На основе рассмотренной обобщенной схемы взаимодействия материальных и энергетических потоков технологических процессов производства крупяных концентратов предложено математическое описание определения избыточного количества пара и конденсата в процессе влаготепловой обработки сыпучих пищевых растительных продуктов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калашников Г.В., Острнкоь А.Н. Ресурсосберегающие технологии пищевых концентратов. - Воронеж: ВГУ, 2001. -355 с.

2. Калашников Г.В., Остриков А.Н,, Калабухов В.М.

Кинетика процесса влаготепловой обработки круп при производстве

пищевых концентратов /7 Доклады РАСХН. -2003. -№ 1. - С. 51-55.

3. Построение математических моделей химико-техноло-

гических объектов / Е.Г. Дудников, B.C. Балакирев, В.Н. Кривсунов

к др. — Химия, 1970, — 312 с.

4. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. - М.: Наука, 1984.-288 с.

5. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристика пищевых продуктов: Справочник. - М.: Агропромиздат, 1990. - 287 с.

Кафедра процессов и аппаратов химических и пищевых производств Кафедра технической механики

Поступила 02.07.03 г. ■

637.147.2:66.065.51.637.127.2

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАТА. НАТУРАЛЬНОГО'КАЗЕИНА НА ПРОЦЕСС ЗАРОДЫШЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЛАКТОЗЫ

А.И. ГНБЗДИЛОВА, В.А. ШОХАЛОВ, В.М. ИЕРЕЛЫГИН

Вологодская государственная молочно-хозяйственная академия им. Н.В. Верещагина

Белок является одним из наиболее ценных компонентов молочного сырья. Его содержание составляет в среднем 25% от массы сухого остатка цельного молока и около 37% обезжиренного [1]. Белки, в том числе казеин, как и другие компоненты молока, влияют на растворимость лактозы, а следовательно, на кристаллизационные процессы, имеющие место при выработке сгущенных молочных консервов с сахаром [2].

В литературе отсутствуют экспериментальные данные о влиянии белков на зарождение новой фазы, что в значительной степени затрудняет угправление процессом кристаллизации лактозы, а значит и качеством готовой продукции.

Актуальность таких исследований возрастает в связи с увеличением объемов выработки рекомбиниро-

ванных молочных консервов с сахаром, в которых в качестве основных ингредиентов используются сухое цельное и сухое обезжиренное молоко, сухая сыворотка, сухая пахта, концентрат молочных белков и другие продукты, содержащие белок [3].

Цель настоящей работы - экспериментальное исследование влияния белка на зародышеобразование при кристаллизации лактозы в пересыщенных водных растворах. В качестве белковой добавки был использован концентрат натурального казеина (КНК), выделенный с помощью яблочного пектина согласно методике [4]. Этот способ достаточно эффективен, позволяет получить хороню растворимый белок и в наибольшей степени сохранить его нативные свойства [5].

Т/Г г»,-. ^ ^ л Гу~' ^ ООО т г ._

гд^лсдивешИЯ ПрОВОДИЛИмри 1 1уз И Зоо гч, 1йККаК

эти температуры соответствуют технологическим режимам проведения промышленной кристаллизации лактозы в сгущенных молочных консервах с сахаром

"

№1

\w-

hii

|ЦТ

pi“

f-'

1?:-

I

IM.

1 Z*.1

ОПЛ-^ HI: L:

fKII

iyYfi

i L'Ji-

M.

f K.l-vi"!»Z

JO.-

J'J:--.'

ГС-Fin; bJt Зз- MJ-

“CH-

I

№j0 U 'v -

lit- j L

;.i>

!I.FT

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2-3, 2004

[6]. Количество вносимой белковой добавки Н& составило 1,33%. Экспериментальные данные о продолжительности индукционных периодов ХгП(] при кристаллизации лактозы в присутствии КНК, полученные согласно методике [6], представлены в табл. 1.

Результаты показывают, что белок снижает продолжительность индукционных периодов.

Таблица 1

71

Коэффициент пересыщения мин, при Т, К

Н20-лакгоза НгО-лактоза-КНК

293 308 2УЗ 308

2,3 922 190 300 100

2,5 518 105 190 60

2,7 300 60 125 40

3 165 31,5 80 24

3,25 100 19,1 50 16

3,5 65 12 40 И

3,8 40 8 25 8

(1)

где АЕ = £а ~ Е; Е - энергия взаимодействия ассоциата с молекулой кристаллизующегося вещества, Дж/моль; Ег - энергия активации процесса роста ассоциата. Дж/моль; т, wfl, тн - концентрация кристаллизующегося вещества в пересыщенном растворе, на первой границе метастабильности и в насыщенном растворе соответственно, моль/1000 г Н2О; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К); Т - температура. К; п ~ порядок роста ассоциата; В -постоянная величина.

При Т= const уравнение (1) принимает вид

=D(m-mKy

Ще

d = bQ,

-„)ехр|

( АЕ ■

wJ

(2)

(3)

После логарифмирования (2) и (3) было получено \Ъ'1Ы = In D - /7ln(/?z - тн); (4)

in!

Г

D

Л

А Е

т..

■■ In В + —

т„) RT

(5)

Влияние примеси на xind может быть учтено через параметры: тн, АЕ, п, В и D. Для расчета этих параметров по экспериментальным данным о (табл. 1) в соответствии с уравнением (4) были найдены In D и п при Т = const. Затем было рассчитано In [D/( mtl - mu)J

при различных 'Г и в соответствии с уравнением (5) были определены В и АЕ.

Растворимость лактозы была принята по данным [2]. Значения определялись путем экстраполяции кривых 1,„<; =/(т/тн) в область —> со [8]. Результаты расчетов параметров п, Д В и АЕ представлены в табл. 2.

Таблица 2

С целью выявления механизма влияния белка на процесс фазового превращения в работе была использована разработанная нами модель, согласно которой частицы новой кристаллической фазы образуются путем укрупнения дозародышевых ассоциатов до размеров критических зародышей [7]. Время, пошедшее на образование и рост ассоциатов, так называемый индукционный период, было рассчитано по у равнению

параметры Значения параметров в уравнении (1) при 1, К

283 308

п Н20-лактоза 4,15

D 216

»!„, моль/1000 г Н20 0,533 0,795

н?(и моль/1000 г Н20 0,809 1,084

Д = (т(, - т„) 0,276 0,289

V=(m(, - m„y hj„, 0,518 0,363

Ln [D!(m, - mn)] 6,661 0.616

P 310

AE 2249

Н20-лактоза-КНК

4 3,23

-i 4,834

m„, моль/1000 г НгО 0,588 0,831

m,„ моль/1000 r H20 0,757 1,01

A = - m„) 0,169 0,176

V = ( щ, - 0,287 0,212

ln[jD/(mt, - ?«„)] 6,61 6,568

в

АЕ

313

2099,7

Полученные данные были использованы для расчета по уравнению (1). Результаты расчетов показали удовлетворительное согласование с экспериментом. Среднее относительное отклонение вычисленных данных от опытных составило ±7,09%.

Анализ табл. 2 свидетельствует, что добавка КНК уменьшает как абсолютное значение Д, так и относительное значение V ширины первой метастабильной зоны и, таким образом, устойчивость системы к образованию новой кристаллической фазы. Данное обстоятельство может быть обусловлено тем, что высокомолекулярная фракция белка в КНК, имея средний диаметр мицелл 80,4 нм [9], способна адсорбировать молекулы кристаллизующегося вещества (лактозы) радиусом 0,46 нм [10] и интенсифицировать процессы образования и роста ассоциатов, что подтверждается данными по снижению АЕ в присутствии КНК.

Показатель степени я в уравнении (1) также является одной из важнейших характеристик фазового превращения. Согласно [8], порядок процесса п определяет число молекул, взаимодействующих на последней стадии образования зародыша. Таким образом, п связан с завершающим актом перехода от ассоциата к кристалл}' и, как следует из данных табл. 2, добавка КНК инициирует этот переход.

ВЫВОДЫ

1. Уравнение (1) может быть использовано для расчета %тС1 в системе вода-.л а кто за - К Н К.

2. Концентрат натурального казеина ускоряет процесс зарождения новой фазы, в пересыщенных вод-но-лакгозных растворах в изученном диапазоне температур и концентраций, что следует учитывать при проведении промышленной кристаллизации лактозы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 343 с.

2. Шохалов В.А., Гнездипова А.Й., Шевчук В.Б. Влияние концентрата натурального казеина на растворимость лактозы // Современные достижения биотехнологии: Тез. докл. II Всерос. науч.-техн. конф. - Ставрополь, 2002. - С. 43-44.

3. Девидсон Р. Производство рекомбинированных продуктов // Молочная пром-сть. - 2000. - № 9. — С. 19—22.

4. ТУ 491169-85. Концентрат натурального казеина.

5. Свойства концентрата белков казеиновой фракции молока, полученных методом фракционирования пектином / В.И. Звягин-

цев, А.Э. Манагадзе, С.В. Мамонова и др. // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1989. - № 2. - С. 26-28.

6. Технологическая инструкция по производству молочных консервов. Ч. 1, 2 - М.: ЦНИИТЭИММП, 1985.

7. Перелыгим В.М., Гнездилова А.И. Расчет продолжительности индукционных периодов при кристаллизации сахаров в пересыщенных водных растворах// Изв. вузов. Пищевая технология. -2001.-№ 4.-С. 85-87.

8. Хамский К.В. Кристаллизация в химической промышленности. - М.: Химия. 1979. - 342 с.

9. Сычева О.В., Батункина О.И. Коллоидно-дисперсные свойства белка в КНК // Современная технология сыроделия и безотходная переработка молока: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. -Ереван, 1989. - С. 500-501.

10. Физические свойства жидких систем, применяемых в пищевой промышленности / М.Н. Даденкова, Р.С. Бурдукова, А.П. Жмыря и др /V Изв. вузов. Пищевая технология. - 1981. - № 3. -С. 6-10.

Кафедра технологического оборудования Кафедра физхимии

Поступила 18.07.03 г.

(668.393,51+637.14),517

МА ТЕМА ТИЧЕС.КОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМАЦИИ СИСТЕМЫ АГАР-МОЛОКО

Н.С. РОДИОНОВА, Е.В. КУЗНЕЦОВА, П.А. СОТНИКОВ

Воронежская, государственная технологическая академия

Структурированные продукты на молочной основе прочно заняли лидирующее место на мировом потребительском рынке пищевых продуктов. В процессе технологической обработки структурированные системы подвергаются различным деформациям - при перемешивании. транспортировке, расфасовке и т. п. Связь между напряженным состоянием системы и характеристиками ее деформации формулируется реологическим уравнением состояния, представляющим собой математическую модель реальных механических свойств среды.

Образцы готовили путем растворения навески агара в обезжиренном молоке, смесь пастеризовали при 80°С в течение 20 с. Консистенция полученных образцов изменялась с увеличением массовой доли агара (от 0,2 до 1%) от мягкой кремообразной до гелеобразной, охватывая таким образом широкий диапазон структурированных продуктов. Дальнейшее увеличение массовой доли агара приводило к получению ломких, жестких гелей. Для практической разработки новых рецептур структурированных продуктов с целью направленного формирования их функциональных и потребительских свойств необходимо математическое моделирование закономерностей изменения реологических свойств системы.

Цель математического моделирования - выявление зависимости напряжения сдвига т, Па, рассматривае-

мой системы от температуры Т, °С, и скорости сдвига у, с'1, при различных концентрациях полисахарида (0,2; 0,5; 1%). Реологические свойства полученных систем исследовали с помощью ротационного вискозиметра Реотест-2. Диапазоны изменения скорости сдвига 0,6-145,8 с"', температуры - 15-55°С. Количество измерений дм каждой концентрации агара-30. В результате экспериментов были получены данные т =/(Г, у), выраженные графически на рис. 1 (концентрации агара, %: а - 0,2; б - 0,5: в - 1).

Аппроксимацию осуществляли по методу наименьших квадратов [1]. Для проведения множественных регрессий (в данном слу чае двумерной) использо-

Рнс. 1