Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0046

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0046
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет"
Название доклада
Создание и трансфер зеленых технологий глубокой переработки зернового и масличного сырья с целью снижения потерь от социально значимых заболеваний
Докладчик
Герасименко Евгений Олегович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью текущего этапа работ по проекту являлось проведение экспериментальных исследований в соответствии с задачами ПНИ, включающими разработку технической документации, выработку экспериментальных образцов и их оценку.
Для решения поставленной цели решались следующие основные задачи:
- разработка способа дистилляции биоэтанольной мисцеллы, обеспечивающего сохранение физиологически- ценных свойств получаемого масла;
- разработка способа тостирования пищевого высокобелкового шрота;
- разработка технической документации на продукцию, производимую по разработанным технологиям;
- выработка экспериментальных образцов продукции на экспериментальных установках;
- комплексная оценка показателей качества, физико-химических и технологических характеристик, пищевой и физиологической ценности экспериментальных образцов;
- разработка проектной документации экспериментальной линии утилизации лузги подсолнечника с получением высокоочищенного биогаза, включая технологическую часть.
- разработка технических условий на продукцию, выпускаемую на проектируемой линии.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность и новизна исследования
Актуальность исследований обусловлена низкой эффективностью переработки масличного сырья, вследствие чего такие ценные сырьевые компоненты, как белок и лецитин используются крайне неэффективно, а утилизация образующихся отходов (лузги) методом прямого сжигания обусловливает загрязнение окружающей среды и ухудшение экологической обстановки. Реализуемый подход к разработке комплексной глубокой переработке масличного сырья предусматривает использование альтернативного «зеленого» экстрагента – биоэтанола высокой степени чистоты, промышленное получение которого в РФ отсутствует, а также термическую конверсию лузги с получением высокоочищенного биогаза.
Новизна исследований, проводимых на этапе 4 ПНИ, заключается: в выявлении критических точек процесса получения биоэтанола и разработке технологических решений процессов осахаривания, брожения и ректификации, позволяющих получить биоэтанол, соответствующий требованиям действующей нормативной документации к пищевому этиловому спирту; постановкой и решением новой научно-технической задачи, состоящей в разработке технологических решений процесса дистилляции биоэтанольной мисцеллы, обеспечивающих сохранение физиологически ценных свойств получаемого масла; разработкой новых технологических решений процесса тостирования пищевого высокобелкового шрота, обеспечивающих сохранение биологической ценности белка; в выработке новых видов пищевых продуктов, характеризующихся высокими показателями физиологически и технологически функциональных свойств.
Описание исследования

Описание методик, применяемых решений и др.

При проведении исследований использовали регламентированные методики, а также современные методы инструментального анализа. Разработку технологических режимов проводили с использованием методов математического планирования и моделирования эксперимента, а также  методов оптимизации с использованием пакета прикладных программ STATISTICA и MatchCad.

В качестве критических точек процесса получения биоэтанола выбраны: содержание метанола в сусле, характеризующее эффективность процесса разваривания (осахаривания) и  содержание сивушных масел, характеризующее эффективность  процесса брожения. Соответственно оптимизации подвергали 2 процесса: процесс разваривания (осахаривания) с контролем содержания метанола в сусле и процесс брожения с контролем содержания сивушных масел. Оптимизацию технологии получения биоэтанола проводили с использованием  экспериментальной установка CE 640, которая даёт возможность моделировать и исследовать процессы получения промышленного биоэтанола на примере таких процессов как разжижение и осахаривание исходных материалов, превращение сахара в спирт при брожении и его дистилляция.

Разработку способа  дистилляции биоэтанольной мисцеллы осуществляли исследуя закономерности фазового равновесия системы, используя в качестве критерия эффективности процесса биологической эффективность получаемого масла, под которой понимают состав жирных кислот триацилглицеринов, а также антиоксидантную стабильность, определяемую составом природных антиоксидантов. Предложено осуществление дистилляции мисцеллы в два этапа: первый - дистилляция слабоконцентрированной мисцеллы в пленке до достижения концентрации 90% под вакуумом; второй -  дистилляция мисцеллы в слое под вакуумом при барботаже инертного газа – азота. Экспериментальные исследования осуществляли с использованием ротационно-пленочного испарителя IKA RV 10 на первом этапе и универсальной установки IKA 2 RST – на втором.

При разработке способа тостирования интервал температурных воздействий и остаточное давление на высокобелковый шрот обосновывали с позиций обеспечения биоусвояемости,  сохранения биологической ценности и ресурсосбережения. В основе разработки – исследование кинетики сушки, осуществляемой с использованием  универсальной установки IKA 2 RST и лабораторного реактора IKA Magic Plant. В качестве интенсифицирующего фактора предложено использовать увеличение поверхности испарения путем достижения оптимального гранулометрического состава шрота.

При разработке технологических инструкций выбор оборудования осуществлялся путем сопоставления технических характеристик с режимами и параметрами, установленными при проведении научно-исследовательских и опытно-технологических работ, в том числе с использованием приемов  масштабирования.

Результаты исследования

Проведена оптимизация технологии получения биоэтанола, соответствующего требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в пищевых технологиях.

Разработан способ дистилляции биоэтанольной мисцеллы, обеспечивающий сохранение физиологически- ценных свойств получаемого масла на уровне не менее 80%.

Разработан способ тостирования пищевого высокобелкового шрота, обеспечивающий степень сохранения  биологической ценности не  менее 96%.

Реализованные подходы,  разработанные технологические и технические решения соответствуют мировым тенденциям развития экстракционного производства липидсодержащего растительного сырья и получения растительного белка.

Разработана техническая документация и выработаны экспериментальные образцы продукции, производимой по разработанным технологиям, включающие физиологически ценное подсолнечное  масло, фракционированные и обезжиренный лецитины с разным групповым составом и технологически функциональными свойствами,  пищевой белковый продукт

Проведена  комплексная оценка показателей качества, физико-химических и технологических характеристик, пищевой и физиологической ценности экспериментальных образцов.

По показателям безопасности все экспериментальные образцы соответствуют требованиям нормативной документации (ТР ТС) к соответствующим видам пищевой продукции.

Масло, полученное по разработанной технологии, может быть позиционировано, как новый физиологически ценный продукт, предназначенный для  непосредственного употребления в пищу, а также для использования в рецептурах продуктов специализированного питания.

Высокобелковый шрот может быть позиционирован как пищевой белковый продукт, предназначенный для использования в пищевых технологиях в качестве функционального ингредиента или альтернативного источника белка.

Фракционированные и обезжиренный  лецитины могут быть позиционированы, как природные физиологически функциональные  пищевые ингредиенты, которые не уступают лучшим зарубежным аналогом, выгодно отличаясь отсутствием рисков, связанных с употреблением ГМО, свойственным продуктам переработки  сои. 

Разработана проектная документация экспериментальной линии утилизации лузги подсолнечника с получением высокоочищенного биогаза, включая технологическую часть.

Осуществлен подбор типового и расчет нетипового основного и вспомогательного оборудования. Работы выполнены Индустриальным партнером на основании переданных ему результатов экспериментальных исследований. Использование подсолнечной лузги в процессах термоконверсии с получением высокоочищенного биогаза соответствует мировым тенденциям утилизации аналогичных отходов.

Разработаны технических условий на продукцию, выпускаемую на проектируемой линии, в том числе на биогаз, жидкие отходы и золу, получаемые при термической конверсии лузги подсолнечника.

Практическая значимость исследования
Отработка разработанных режимов получения биоэтанола на имеющейся опытной установке позволит позволит сформулировать технические требования к процессу, которые будут использованы при организации биоэтанола требуемого уровня качества в промышленных масштабах.
Разработанная технология позволяет получить новый пищевой белковый продукт, который может быть использован в пищевых технологиях, в том числе как импортозамещающий компонент. Использование растительных белков соответствует мировым тенденциям оптимизации рациона питания. Подсолнечный белковый продукт выгодно отличается от импортируемых белковых концентратов отсутствием рисков, связанных с использованием ГМО.
Разработаны промышленно ориентированные технологические и технические решения, позволяющие получать конкурентоспособные пищевые ингредиенты - фракционированные и обезжиренный лецитины.
Фракционированный лецитин ФХ с преимущественным содержанием фосфатидилхолинов, обладающий высокой поверхностной активностью, выраженными эмульгирующими, инстанизирующими и инкапсулирующими свойствами, целесообразно использовать в качестве микроингредиента при создании витаминно-минеральных премиксов для обогащения продуктов питания, в том числе специализированных и функциональных. Фракционированный лецитин ФЭА с преимущественным содержанием фосфатидилэтаноламина, обладающий выраженными антиоксидантными свойствами, проявляющий синергизм с токоферолом, целесообразно использовать при создании комплексов природных антиоксидантов. Обезжиренный подсолнечный лецитин, обладающий способностью образовывать липосомальные системы целесообразно использовать в качестве субстанции для производства фармпрепаратов и липосомальных систем транспорта.
Разработана проектная документации экспериментальной линии утилизации лузги подсолнечника с получением высокоочищенного биогаза, включая технологическую часть, что позволит осуществлять внедрение технологий газификации на перерабатывающих предприятиях АПК России.
Разработаны и согласованы комплекты технической документации на получаемые пищевые продукты и продукты термической конверсии лузги семян подсолнечника, что необходимо для промышленного внедрения разработанных технологий их получения.