Размещено на http: //www. allbest. ru/
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочно-хозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Технологический факультет
Кафедра технологического оборудования
РЕФЕРАТ
Направление подготовки: технологические машины и оборудование
Профиль подготовки: машины и аппараты пищевых производств
По теоретическим основам организации научно-исследовательской работы
На тему: Исследование и разработка эмульсора для получения водно-жировых эмульсий в пищевой промышленности
Выполнил студент Сорокин А.С
116 группы
Очного отделения Шифр 1838006
Руководитель Гнездилова А.И
Вологда-Молочное 2018
Содержание
1. Проблема и актуальность темы
2. Цель исследования
3. Задача исследования
4. Объект исследования
5. Научная новизна и практическая значимость
6. Методики исследований
7. Патентная проработка объекта
Заключение
Список литературных источников
1. Проблема и актуальность темы
Темой изучения является разработка эмульсора для получения водожировых эмульсий в пищевой промышленности.
Актуальность темы
Современный этап развития общества связан с повышенным воздействием на организм человека неблагоприятных экологических условий и вредных факторов производства. Профилактика этих негативных воздействий характеризуется возрастающим применением в пищевой промышленности сложных процессов переработки сырья, базирующихся на использовании достижений науки и техники, новых эффективных энерго- и ресурсосберегающих технологий.
В последние годы в пищевой промышленности особое внимание уделяется разработке продуктов эмульсионного типа (молочные продукты, кремы, десерты, пасты, напитки, обогащенные по витаминному составу, майонезы, а также, широкий спектр полуфабрикатов). Это связано в первую очередь с возможностью создания широкого ассортимента комбинированных продуктов на основе компонентов природного происхождения, что позволяет получать композиции заданного состава и свойств, с высокой степенью сбалансированности всех питательных веществ и повышенной биологической ценностью. Возрастание питательной ценности продуктов с эмульсионной структурой связано с тонкой дисперсией жира и увеличенной поверхностью жировой фазы, что облегчает усвоение жира в организме человека. Следует также учитывать, что после гомогенизации (интенсивной механической обработки) значительно замедляется процесс расслаивания эмульсионной системы, что очень важно при длительном хранении продуктов. Эти обстоятельства и обусловливают стремительный рост числа наименований эмульсионных продуктов в современном питании.
Аппараты, используемые для проведения гомогенизации и эмульгирования, имеют ряд серьёзных недостатков и зачастую не удовлетворяют современным требованиям по производительности и качеству готовой продукции. Поэтому задача совершенствования существующих конструкций гомогенизирующих устройств, например, за счёт организации направленного движения жидкостных потоков, концентрации значительного количества энергии в малых объёмах и т.д., является, безусловно, актуальной. гомогенизация эмульсор пищевой
Основными проблемами являются:
1. Недостаточная эффективность эмульгирования
2. Низкая устойчивость жировой фазы
2. Цель исследования
Целью является повышение эффективности эмульгирования.
3. Задача исследования
Ознакомление с информацией для разработки новой конструкции эмульсора на основе теоретических и экспериментальных исследований процессов гомогенизации и эмульгирования для получения тонкодисперсных многокомпонентных эмульсий.
4. Объект исследования
Являются устройства для гомогенизации и эмульгирования пищевых продуктов, а предметом -- термо-и гидродинамика процессов гомогенизации и эмульгирования.
5. Научная новизна и практическая значимость
Научная новизна
В работе будет обосновано распределение гидродинамических параметров; определены потери давления и скорости потока по длине; произведены теоретические исследования термо- и гидродинамики разрушения жирового шарика при прохождении клапанного устройства гомогенизатора; выявлены кинематические особенности потока с одним источником и стоком при постоянной глубине потока; изучено влияние конструктивных параметров устройства с одним источником и стоком, а также его пространственного положения на качество готового продукта; на основании физического моделирования и теоретических исследований будет разработана принципиально новая конструкция устройств для гомогенизации и эмульгирования жидких пищевых продуктов.
Практическая значимость работы и ее реализация
Практическая ценность работы заключается в том, что: будет разработана новая конструкция устройства для гомогенизации и эмульгирования, предложено направление развития и совершенствования техники гомогенизации и эмульгирования, которое позволяет сократить энергозатраты, металлоемкость и упростить конструкцию эмульсора при сохранении высокого качества получаемого продукта; предложена методика расчета устройства для гомогенизации и эмульгирования жидких пищевых продуктов; получены результаты исследований использованные в учебном процессе по изучению влияния операций гомогенизации и эмульгирования на качество готового продукта.
6. Методики исследований
Экспериментальные исследования.
Предварительные эксперименты покажут, что вихревые устройства могут быть эффективны, применительно к эмульгированию. Целесообразным будет оптимизировать конструкцию эмульсора. Первым этапом оптимизации будет разработка конструкции, позволяющей реализовать естественно возникающие в природных условиях вихревые потоки.
Поскольку природные вихревые потоки возникают самопроизвольно без какой-либо специальной затраты внешней энергией и обладают огромной разрушительной силой, будет организовано аналогичное движение жидкости в вихревом эмульсоре. Таким образом будет предпринята попытка создать конструкцию, позволяющую с минимальными затратами энергии получить наиболее высокое качество эмульгирования.
Естественный вихрь (смерч, торнадо) имеет вертикальную ось вращения. Приблизившись к поверхности, он втягивает в себя воду, песок, пыль, а нередко и тяжёлые предметы. Скорость ветра внутри естественных вихревых потоков достигает 20-30 м/с и более. Подъем воздуха в центральной части смерча осуществляется по спирали. На периферии происходит опускание воздуха, в результате чего вихрь замыкается. Под влиянием большой скорости вращения внутри вихря развивается центробежная сила, вследствие которой давление в центральной части понижается.
Методика приготовления насыщенных растворов
Для приготовления насыщенного раствора в термостатируемый стакан при температуре опыта отвешивалось определенное количество. Затем с помощью термостатируемой пипетки, постепенно добавлялся водный раствор примеси известного состава при непрерывном перемешивании магнитной мешалкой до полного растворения последнего кристалла. Полнота растворения кристаллов контролировалась с помощью микроскопа. Если раствор оказывался перетитрованным, в стакан вводилось необходимое количество. После приготовления растворы отфильтровывались под вакуумом через стеклянный фильтр №1. Термостатирование осуществлялось с помощью ультратермостата UТU-4. Опыты проводились в трехкратной повторности. Состав насыщенного раствора рассчитывался на основе данных о количестве введенного в стакан компонентов.
Методика приготовления пересыщенных растворов
Согласно методике, описанной выше, готовились насыщенные растворы. Затем путем упаривания на лабораторном роторном вакуум-аппарате марки RVO-64 растворы доводились до заданного коэффициента пересыщения. Пересыщение контролировалось рефрактометрически.
Методика исследования кинетики массовой кристаллизации
400 см3 пересыщенного раствора герметически переводилось в стеклянный термостатируемый кристаллизатор. После достижения раствором температуры опыта осуществлялось перемешивание раствора на лабораторной установке ER-10 с помощью стеклянной пропеллерной мешалки с частотой вращения n=2,5 с-1, n=5 с-1, n=10 c-1. Опыты проводились при температурах t=20 єС, t=35 єС и t=50 єС, что соответствует температурному режиму процесса охлаждения. В ходе опытов через определенные интервалы времени с помощью термостатируемой пипетки отбирался пересыщенный раствор и в нем определялась массовая доля сухих веществ при помощи рефрактометра УРЛ2, а затем рассчитывалась массовая доля лактозы. В конце процесса определялся гранулометрический состав кристаллов. Для измерения размера кристаллов применялся микроскоп высокой разрешающей способности BIOLAR с иммерсионным объективом 40 крат и видеоокуляр НВ - 35 с разрешением 240Ч320 совместно с персональным компьютером. Фактическое увеличение микроскопа составляет 400 крат. Таким образом, одно деление шкалы окуляр-микрометра соответствует 1,7 мкм при объективе 40 крат .
Методики определения физико-химических свойств
При изучении состава и свойств объектов исследований измерение физико-химических показателей проводилось по типовым и общепринятым методикам. Метод определения массовой доли сухих веществ основан на определении показателя преломления исследуемой среды с помощью рефрактометра марки УРЛ - 2 в 3-5 кратной повторности. Погрешность измерения данным методом составляет 0,1 %. [13 - 14]
Оптические методы исследования
Нижний предел применения световой микроскопии определяется половиной длины волны света. В соответствии с этим оптические микроскопы при работе с дневным светом позволяют рассматривать объекты, поперечник которых не меньше 0,2 мкм = 0,2ґ10-6 м. Поэтому с помощью обычного микроскопа можно непосредственно изучать только частицы микрогетерогенных систем, размеры которых лежат в пределах 10-6 - 10-6 м. При наблюдении под микроскопом эмульсий можно оценить размеры, форму, цвет и прозрачность частиц. Если система полидисперсная, то, измеряя поперечники частиц разных размеров, находящихся в поле зрения микроскопа, можно провести фракционный анализ. Однако непосредственные визуальные подсчёты числа частиц и определение их размеров очень трудоёмки и могут быть сопряжены с большой ошибкой. Намного более просто и надёжно оценить фракционный состав с помощью седиментационного анализа. Тем не менее, прямая оптическая микроскопия достаточно часто применяется для исследования грубодисперсных систем. Методом световой микроскопии можно также определять линейные размеры зёрен, кристаллов, пор, трещин в твёрдых материалах.
Определение размеров частиц с помощью микроскопа можно проводить прямым измерением, методом сравнения, методом счёта и др. Для проведения прямого измерения обычно пользуются окуляр-микрометром, хотя можно применять и объект-микрометры. Измерения можно производить и по фотографиям после микрофотографирования и увеличения изображения объектов.
Частицы же ультрамикрогетерогенных (коллоидных) систем настолько малы, что их размеры меньше длины световых волн видимого диапазона. Поэтому их невозможно увидеть в обычный микроскоп.
Для изучения систем с частицами коллоидной степени дисперсности может быть использована электронная микроскопия, разрешающая способность которой намного больше световой. Устройство электронного микроскопа в основном аналогично устройству обычного светового микроскопа, с тем отличием, что вместо оптических линз применяются специальные электростатические или электромагнитные проекционные линзы. В качестве источников электронов используется электронная пушка, дающая пучок электронов, ускоряющихся электростатическим полем. Длина волны электронов приблизительно равна 0,54 -10-2 нм, что позволяет достигать увеличений 200000 и более. Изображение объектов получается в виде электронной микрофотографии.
Существенный недостаток электронной микроскопии состоит в том, что образцы коллоидных систем нельзя наблюдать в динамических условиях. Объект должен быть сухим или вообще изготовленным в виде отпечатка (реплики) на какой-либо прозрачной подложке. Поэтому при особо точных исследованиях по возможности следует пользоваться параллельно электронной и световой микроскопией, которые дополняют друг друга.
Ультрамикроскопия - метод исследования, основанный на регистрации рассеяния света на единичных коллоидных частицах. Этот метод имел большое значение в развитии коллоидной химии, в особенности для изучения процессов диффузии и броуновского движения. Он основан на использовании оптических систем с тёмным полем, в которых исследуемый коллоидный раствор освещается ярким пучком света сбоку, так, чтобы в объектив попадал только свет, рассеянный частицами.
Нефелометрия - метод количественного анализа, основанный на измерении интенсивности света, рассеянного дисперсной системой. Так как рассеяние света наименее осложняется другими оптическими явлениями в случае собственно коллоидных растворов, нефелометрия применяется чаще всего для исследования именно этих систем.
Турбидиметрия - метод, основанный на измерении интенсивности света, поглощённого взвесью определяемого вещества. С помощью турбидиметрии анализируют, главным образом, суспензии и эмульсии, хотя с её помощью возможен анализ и коллоидных растворов. При турбидиметрическом анализе используют те же приборы, что и для измерения интенсивности поглощённого света - колориметры, фотоколориметры, спектрофотометры.