Физико-механические характеристики и их влияние на процесс производства сахаро-аминных продуктов

Актуальность работы. Высокая пищевая ценность крови, ее уникальные химико-биологические свойства определяют большой интерес, проявляемый отечественными и зарубежными исследователями к вопросу использования крови и ее фракций на пищевые и лечебные цели.

Отечественными учеными под руководством профессора Ше-решевского В.Д. в 1939 году проведены исследования по созданию нескольких видов гематогена под грифом «Для служебного пользования» и имели закрытый характер до 90-х годов, так как гематоген предоставлял собой не только препарат для лечения железо-дефицитной анемии, но и являлся продуктом стратегического назначения. Нормативно-техническая документация на производство гематогена была утверждена 5 мая 1941 года. Этим, очевидно, объясняется отсутствием в литературе данных по структурно-механическим и физико-химическим показателям гематогена детского.

Характерные вкусовые качества гематогена, диетическая и лечебная ценность, качественные преимущества гематогена детского перед другими видами гематогенов, распространение в структуре питания населения, высокая рентабельность его производства, отсутствие научно-обоснованной технологии и данных по структурно-механическим и физико-химическим свойствам перерабатываемой массы под влиянием технологических факторов и возможность улучшения этих качественных характеристик предопределили необходимость проведения исследований качества гематогена детского, определения рационального использования альбумина в производстве и решения интенсификации технологического процесса формования.

Качество и потребительские достоинства гематогена детского обусловлены прежде всего свойствами исходного сырья. С этой позиции определяющее значение имеет применение эффективных, обладающих комплексом особенностей, относительно не дорогих биологически активных добавок, позволяющих изменить состав исходного сырья, управлять технологическими процессами и получать продукты высокого качества.

Логически диктуется необходимость исследования структурно-механических, физико-химических характеристик гематогена детского и их улучшения, так как подобные исследования позволяют вводить в состав гематогена новые компоненты и обеспечивают высокие потребительские свойства готовых изделий, способствуют расширению и созданию нового ассортимента гематогенов, снижению его себестоимости и экономию дефицитных составляющих сырья.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы явилось исследование структурно-механических и физико-химических характеристик гематогена детского для совершенствования процесса формования и корректировки его изготовления. Для реализации поставленной цели были определены следующие основные задачи:

— изучение влияния температуры и давления на структурно-механические характеристики и микроструктуру;

— исследование влияния способов формования на структурно-механические характеристики и микроструктуру;

— определение дозы пластификатора, вводимого в состав и определение структурно-механические характеристи с различным содержанием пластификатора;

— проведение комплексной оценки качества гематогена детского и гематогена с пластификатором;

— разработка технологии и нормативной документации на гематоген с пластификатором.

Научная новизна. Выявлены особенности структурно-механических характеристик и микроструктуры, свидетельствующие о влиянии температуры, давления, способов формования, дозы пластификатора при получении гематогена высокого качества. Установлено влияние пластификатора на пищевую и биологическую ценность, ор-ганолептические, структурно-механические показатели качества. Научно обоснован допустимый уровень замены альбумина растительным пластификатором, обеспечивающим высокие качественные характеристики готовой продукции. Разработана математическая модель, позволяющая учитывать влияние температуры и давления на плотность гематогена. На основе комплексного исследования химического, аминокислотного, витаминного, минерального составов определена пищевая и биологическая ценность гематогенов детского и с пластификатором.

Практическая значимость. На основе анализа и обобщения результатов экспериментальных исследований установлен диапазон температур и давлений обработки гематогена детского, предложен способ формования, обоснована доза введения пластификатора в гематоген и разработана нормативно-техническая документация на гематоген с пластификатором. Цолучены и обобщены эмпирические зависимости структурно-механических характеристик в зависимости от режимов термообработки, которые могут быть использованы для совершенствования процессов производства гематогенов детского и с пластификатором.

На защиту выносятся следующие положения: — результаты исследования влияния температуры, способов формования, дозы пластификатора на структурно-механические характеристики гематогена детского;

ВЫВОДЫ.

1. Впервые экспериментально установлены структурно-механические характеристики и микроструктура в интервале температур 70−100 °С.

Методом прямого отрыва на адгезиометре Николаева определены поверхностные характеристики исследуемого сахаро-аминного продукта. Установлено, что наименьшие значения поверхностных характеристик наблюдались при температуре 70° С.

Динамическим методом на консистометре Гепплера в интервале температур70−100 °С и диапазоне давлений 0−11,17 -10″ 5 Па определены компрессионные характеристики (пористость, плотность, модуль компрессии). С увеличением температуры и давления пористость и плотность увеличиваются, модуль компрессии проходит через максимум при 90 °C. Выведено уравнение, устанавливающее зависимость плотности гематогена от температуры и давления.

Методом измерения текучести при различных скоростях изучены сдвиговые характеристики (предельное напряжение сдвига, вязкости эффективная и пластическая, градиент скорости сдвига, темп разрушения структуры, индекс течения вещества). Аномалия вязкости наблюдалась при температуре 70 °C. С увеличением температуры все сдвиговые характеристики уменьшались, за исключением темпа разрушения структуры.

С применением замораживающей техники было изучено изменение структурной архитектоники сахаро-аминного продукта. Качественным и количественным микроструктурным анализом установлены изменения дисперсной структуры, увеличение ее агрега-тивной устойчивости при повышении температуры.

На основании выполненных исследований охарактеризованы особенности изменения структурно-механических характеристик, микроструктуры исследуемого продукта. Установлено, что температура обработки должна составлять 70 С, давление — 3 10~5 Па, способ формования — валковый.

2. Впервые изучено влияние способа формования (ручной, валковый, шнековый) на структурно-механические характеристики и микроструктуру сахаро-аминного продукта. Установлено, что способ формования влияет на качество продукта. Наиболее приемлемое качество продукта наблюдается при валковом способе формования.

3. Изучено влияние дозы растительного пластификатора на структурно-механические характеристики и органолептику. Установлено, что для получения гематогена детского с улучшенными органолептическими и структурно-механическими показателями доза внесения пластификатора должна быть 2,66%.

4. Впервые полученная, в результате выполненных исследований, информация о химическом составе гематогена с пластификатором, органолептических характеристиках, аминокислотном, витаминном и минеральном составах, позволила охарактеризовать его пищевую и биологическую ценность. Установлено, что с введением в состав гематогена пластификатора, содержание железа увеличилось на 10%.

5. Разработана технология производства гематогена «Даурен» с пластификатором. На новый продукт разработана и утверждена нормативная документация.

Производство гематогена с пластификатором обеспечивает получение продукта высокого качества с улучшенными структурно-механическими, органолептическими и лечебно-профилактическими свойствамипозволяет улучшить технико-экономические показатели производственного процесса. Это дает основание рекомендовать новый продукт к внедрению в практику производства гематогена детского. щв.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО ЛИТЕРАТУРНОМУ ОБЗОРУ.

В результате проведенного литературного обзора устанволено, что: реологические методы исследований способствуют углублению представлений о влиянии условий технологической обработки продуктов на их характеристики, что позволит создать продукт лучшего качествагематоген детский, по классификации Ребиндера, может быть отнесен к конденсационно-кристаллизационному типу дисперсных систем, что позволит при исследования его структурно-механических характеристик определиться с выбором измерительной температурыотсутствие в литературных источниках экспериментальных данных по изучению свойств гематогена детского препятствует расширению ассортимента гематогенприменение пластификаторов обеспечит улучшение структурно-механических характеристик гематогена детского, его органолептику и, в целом, позволит получить продукт с улучшенными показателямидля формования гематогена детского в силу специфики структуры продукта и воздействия на него формующих органов, наиболее приемлемым оборудованием могут быть рекомендованы шнековый и валковый экструдеры.

Глава 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ.

ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Организация проведения экспериментов и объекты исследований.

С учетом задач исследований, которые были сформулированы на основе анализа литературных данных, эксперименты по совершенствованию технологии гематогена детского проводились в несколько этапов. Первоначально изучали структурно-механические характеристики и микроструктуру гематогена детского производственной композиции в зависимости от температуры, так как именно эти характеристики оказывают существенное влияние на качество продукта. Далее определяли влияние способов формования на те же характеристики, так как исследования показали, что при выбранной температуре гематогенной массы и способе формования получены приемлемые качественные характеристики гематогена, но есть необходимость улучшения структурно-механических характеристик с целью повышения качества продукта, то следующим этапов исследований были выбор пластификатора и обоснование его дозы, составление рецептур нового продукта, разработка технологий производства гематогена «Даурен». Завершающим этапом исследований было проведение комплексной оценки качества гематогена.

Последовательность проведения экспериментов, соподчинен-ность и взаимосвязь объектов и методов исследования, проиллюстрированы схемой (рис. 2.1). Эксперименты проводили с использованием гематогена производственной композиции, изготавливаемого по Фармакопейной Статье № 42−885−94. В начале определяли структурно-механические характеристики в зависимости от тем.

Этапы Объекты Исследуемые исследований исследований показатели.

Рис. 2.1 Схема проведения экспериментов пературы, принимая во внимание то, что выбор диапазона температурных режимов обоснован не только возможностью машинной обработки, но и спецификой продукта, так как при температуре ниже 70 °C гематоген представлял собой твердообразную массу.

Параллельно проводили микроструктурный анализ этих же образцов.

На основании полученных результатов выбирали наилучшие температуру и давление обработки. Для установления основных закономерностей зависимости плотности гематогена от температуры и давления нами была получена эмпирическая формула.

Далее оценивали структурно-механические характеристики, микроструктуру и органолептические показатели гематогена детского, прошедшего различные способы формования. Полученные данные позволили сделать выбор наилучшего способа формования.

На следующем этапе в качестве объекта исследований был выбран гематоген с пластификатором. При его производстве варьировали дозу вносимого пластификатора. Затем изучали влияние этого пластификатора на органолептические показатели и структурно-механические характеристики. Полученные результаты позволили выбрать состав гематогена с пластификатором «Даурен».

Четвертый этап исследований был посвящен комплексной сравнительной оценке качества гематогенов детского и с пластификатором «Даурен».

На полученный продукт была разработана технология и нормативная документация.

2.2 Приборы и методы исследований.

Изучение структурно-механических, органолептических, физико-химических, микробиологических показателей осуществлялось по стандартным методикам.

А7.

2.2.1 Определение сдвиговых характеристик.

Стенд для измерения вязкости (рис. 2,2), состоит из вискозиметра РВ-8 1, ключевого устройства 2 в контакте с электроконтактным термометром 3 [60].

Вискозиметр РВ-8 предназначен для определения структурно-механических характеристик исследуемого продукта. Ключевое устройство служит для автоматического регулирования и поддерживания температуры продукта на заданном уровне, контролируемой электроконтактным термометром.

Электрическая схема работает следующим образом. После подачи питания на устройство при разомкнутых контактах ЭТК транзистор типа УТ1 открыт потенциалом, снимаемым с выпрямительного моста выполненного на диодах У01-У04. При этом контакты находятся под напряжением, не превышающем величины падения напряжения на переходе базы-эммитер открытого транзистора УТ1. Открытый транзистор УТ1 переводит выпрямительный мост в проводящее состояние для импульсов переменного напряжения управляющего электрода симистора УЭ5, который при этом открывается, подключая нагревательный элемент мощностью до 1 кВт к цепи питающего переменного тока (рис. 2.3).

При замыкании контактов термометра ЭКТ шунтируется переход транзистора УТ1 базы-эммитер. Транзистор закрывается, выпрямительный мост переходит в непроводящее состояние, закрывая этим симистор У05. Отключается нагрев.

Резистор устанавливает режим работы транзистора УТ1. Резистор Я2 служит для ограничения тока управляющего электрода УВ5. Резисторы ЯЗи 114 ограничивают ток через индикаторные све-тодиоды УБ6 — индикатор включения нагрева. Индикатор

УБ7- сигнализирует наличие напряжения в питающей сети (рис. 2.3).

4 В.

Техника выполнения. За основу проведения исследований на вискозиметре и обобщения опытных данных принята методика, используемая в МТИММПе [5,60].

Измерительный узел вискозиметра состоит из стакана, в который помещают исследуемый продукт, и рифленого ротора. Рифление ротора исключает проскальзывание продукта и обеспечивает сдвиг между слоями продукта.

Рис. 2.2 Стенд для определения вязкости.

1- вискозиметр РВ-8- 2 — ключевое устройство- 3 — электроконтактный термометр. к-1 ¡-к\.

Рис. 2.3 Ключевое устройство. Схема электрическая принципиальная.

Перед началом измерений прибор устанавливали по уровню, определяли силу трения, которая в нашем случае равна 0,017 кг, заполняли стакан исследуемым продуктом (0,03−0,04 кг) стакан с ротором помещали в сосуд с термостатирующей жидкостью и включали нагреватели для термостатирования продукта. Температуру в термостатирующей жидкости поддерживали на заданном уровне посредством электроконтактного термометра ЭКТ.

Вращение ротора осуществляли под действием падающих грузов через блоки и барабан.

Измерения вели при увеличивающихся грузах, начиная с минимального, и определяли частоту вращения ротора для каждого груза.

При достижении ротором частоты вращения N = 2,5 об/с (минимальное время замера 5 оборотов составляет 2,0 с) продолжали измерения при уменьшающихся грузах. Каждый опыт состоял из 30−40 замеров. Результаты замеров вносили в таблицу. Рассчитывали основные параметры и строили реограмму (кривую течения). После завершения опыта прибор разбирали для определения высоты продукта в стакане и мойки.

Напряжение сдвига в (в Па) в коаксиальном зазоре, возникающее в результате относительного смещения слоев, и эффективную вязкость т]эф (в Пас) для любого напряжения сдвига определяли по формулам: в = К0-Рист, (2.1).

2.2) где К0 и К — постоянные вискозиметра, соответственно, м" 1 и с" 2- Рист — масса вращающих ротор грузов за вычетом величины, компенсирующей трение в подшипниках, кгN — частота вращения ротора вискозиметра, об/с.

Массу грузов, вращающих ротор, рассчитываем по формуле:

Р =2 Р + Р.

1 ист 1 ~ 1 к 5 где Р — грузов, кг;

Ри — масса чашек вискозиметра, кг.

Частоту вращения ротора вискозиметра N (об/с) находим по формуле:

N = п/ /г.

Необходимо иметь в виду, что в области напряжений, превышающих предельное напряжение сдвига, в зависимости от математической модели, характеризующей тело, могут существовать различные реологические константы [5,62].

Продукты, деформационное поведение которых описывается моделью Шведова-Вингама, характеризуются пластической вязкостью цт (Па-с) и предельным напряжением сдвига 90 (Па).

Предельное напряжение сдвига <90 (Па) определяли по выражению:

00=Кй-Р0, (2.3) где Р0 — масса груза, при которой ротор начинает вращаться, кг;

Эту величину можно определить графически как отрезок от нуля до точки пересечения кривой течения с осью абсцисс.

При определении пластической вязкости рассматривали случай, когда сдвиг не распространяется на всю толщину кольца вл 1.

N 4 • п в в, Л.

2.4) о У.

ИЛИ где V N р 1.

1А, 4 • к е вп 1 — 1п в0;

Функциональные зависимости приведены в таблице 2.1.