2 Вариант

Технологические потоки производства сухих гранулированных напитков нельзя рассматривать как сумму отдельно известных технологий, технологии сухих концентратов и технологии гранулирования и сушки, тем более как сумму отдельных физико-химических явлений или процессов. Каждое из них влияет как непосредственно, так и косвенно на процесс формирования полидисперсной многокомпонентной системы, обладающей свойствами «инстант» продукта.

Определение технологической системы как взаимосвязанного целого создает определенную логику и методологию ее качественного и количественного исследования,

. вырабатывает системоцентрический взгляд на производство. Можно сказать, что техно логическая система активно воздействует на свои компоненты и преобразует их. В результате исходная технология производства концентрированных соков и напитков и технология гранулирования, принятая в других отраслях (химической, цементной и т.п.) из которых образована новая технологическая система, претерпевают заметные изменения. Происходит это потому, что связь элементов новой, созданной в результате анализа, целостной системы значительно устойчивее, чем связь ее подсистем с внешней средой.

Совершенствование технологической системы невозможно без изучения ее структурных единиц, взаимодействия которых порождает присущие данной системе ка " чественные особенности. В реальных условиях взаимодействия этих двух систем - тех нологической и дисперсной очевидно, и только рассмотрение в комплексе, с учетом их интегрированной сущности, позволяет оптимизировать производство, вывести его на совершенно новый уровень. Анализ производств и технологий быстрорастворимых гранулированных напитков (БГН), согласно методологии разработанной академиком ВАПанфиловым, дает возможность произвести классификацию методов инстантирова-ния, классификацию процессов структурирования полидисперсных многокомпонентных систем, а также процессов и технологий структурирования окатыванием, смоделировать и синтезировать технологические потоки производства БГН на основе плодово-ягодного сырья и молочной сыворотки.

Научную основу приготовления быстрорастворимых продуктов составляет физико-химическая механика дисперсных систем. Эта наука, основоположником, которой является академик П.А.Ребиндер, возникла на стыке физикохимии, механики дисперсных систем, коллоидной химии и молекулярной физики. В настоящее время она широко применяется в разных областях получения дисперсных систем с заданными свойствами и структурой. Особенность данной отрасли науки состоит в оптимальном комплексном анализе механических воздействий, а также влиянии физико-химических и тепловых факторов на протекающие процессы. Вместе с тем анализ опубликованных научных работ в рассматриваемых направлениях науки свидетельствует о том, что производство порошкообразных смесей в России сдерживается отсутствием эффективных технологий производств конечных форм препаратов и современного аппаратурного оформления технологических процессов. Лимитирующей стадией является получение сыпучего продукта в агломерированной форме.

Анализ технологий производства сухих порошкообразных концентратов, в том числе и агломерированных в виде гранул, показывает, что эти технологии предлагают либо многостадийное нанесение концентрированного сока на увлажняемый носитель, либо экструзионное гранулирование, либо распылительную сушку.

Распылительная сушка позволяет получать гранулы только малых размеров (0,15-0,4 мм), кроме того, многослойные многокомпонентные смеси не обладают свойством быстрой растворимости. При этом вопросы структурообразования снимаются лишь частично. Остаётся проблема структурирования многокомпонентных полидисперсных смесей с заданными параметрами качества.

При всём многообразии технологий получения быстрорастворимых напитков аппаратурное их обеспечение не отличается многообразием - это только аппараты распылительной сушки, которые громоздки и энергоёмки. Некоторые из этих вопросов могут быть эффективно решены с помощью других способов гранулирования, например, окатывания, однако они, применительно к пищевым, а тем более к быстрорастворимым продуктам, не исследовались.

Качественно новый подход к решению подобных задач технического прогресса стал возможен благодаря быстрому развитию науки и установлению важных закономерностей протекания физико-химических и механических процессов при формировании изделий. Результатом этого явилось создание новых научно-обоснованных методов и способов осуществления технологических процессов получения быстрорастворимых гранулированных продуктов питания.

Особое место среди этих процессов занимают технологические процессы с участием твердых фаз, обычно осуществляемые в аппаратах с внешним подводом энергии. Это процессы диспергирования, смешения, транспортирования, уплотнения и разрыхления и, наоборот агрегирования и т.п., т.е. процессы, сопровождаемые массообменом дисперсных фаз с изменением объема системы, ее деформацией или их сочетанием, активным перераспределением фаз.

Решающую роль в этих процессах играют физико-химические факторы: поверхностные явления на границе раздела фаз, контактные взаимодействия между ними и, как следствие, непрерывное образование и разрушение трехмерных структур, агрегатов из частиц непосредственно в ходе процессов получения однородных высококонцентрированных дисперсных систем.

При всём многообразии технологий получения быстрорастворимых напитков аппаратурное их обеспечение не отличается многообразием - это только аппараты распылительной сушки, которые громоздки и энергоёмки. Некоторые из этих вопросов могут быть эффективно решены с помощью других способов гранулирования, например, окатывания, однако они, применительно к пищевым, а тем более к быстрорастворимым продуктам, не исследовались.

Методам структурирования дисперсных смесей окатыванием в литературе посвящено значительное количество работ как теоретического, так и экспериментального характера, однако они не касаются вопросов создания пищевых продуктов заданной структуры и качества. Отсутствие систематизированных данных в вопросах получения быстрорастворимых гранулированных напитков, аппаратурного оформления процессов свидетельствует о недостаточной изученности этой проблемы, без решения которой невозможно дальнейшее развитие технологии и оборудования для их производства.

В связи с этим разработка научно-практического обеспечения процессов получения быстрорастворимых напитков и создание промышленного оборудования для их эффективной и экономичной реализации представляет собой крупную и актуальную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение в области производства пищевых продуктов общего и специального назначения.

В соответствии с изложенным, целью исследований являлась разработка, на основе системного подхода, научного обеспечения процессов производства быстрораство римых многокомпонентных полидисперсных гранулированных напитков и совершенствования на их основе технического и технологического уровня производства.

Работа выполнялась в рамках реализации «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 г.» и разработанной на её основе региональной губернаторской программы Кемеровской области «К здоровью через питание», а также планов научно - исследовательских работ Кемеровского технологического института пищевой промышленности, является обобщением результатов исследований методологического, теоретического, экспериментального и прикладного характера, выполненных лично автором или при его непосредственном участии.

Научная новизна:

- на основе проведённого комплекса теоретических и экспериментальных исследований установлены основные физико-химические и технологические закономерности процесса производства сухих быстрорастворимых гранулированных концентратов напитков из растительного сырья с использованием молочной сыворотки и сформулирована концепция управляемого формирования структур быстрорастворимых напитков, представляющая систему физико-химических, физико-механических процессов и технологий, обеспечивающих сжатие её пространственно-временной структуры.

- сформулированы основные принципы и предложена классификация получения комбинированных быстрорастворимых структурированных напитков, как объектов дисперсных систем, положенная в основу методики рационального выбора технологии и аппаратуры, а также прогнозирования их качества;

- впервые дана оценка влияния особенностей состава и свойств сырья и его наиболее значимых компонентов на технологию производства быстрорастворимых напитков на основе плодово-ягодного сырья и молочной сыворотки с целью прогнозирования его качественных показателей; 

- исследованы физико-химические и физико-механические свойства дисперсных систем на всех стадиях их структурообразования; а также получены новые данные и установлены закономерности, дающие более глубокие представления о природе физико химических процессов, протекающих на всех этапах технологического потока формирования структуры быстрорастворимых продуктов, которые необходимы при разработке общей теории структурообразования и уточнения теоретических основ приготовления высококонцентрированных дисперсных систем;

- установлена закономерность постоянства объёмного фазового состава дисперсной системы, из которой следует, что независимо от разновидности дисперсной системы, вида и интенсивности внешнего или внутреннего воздействия на неё, в любой момент времени, сумма объёмного содержания твёрдой, жидкой и газообразной фаз системы есть величина постоянная;

- предложен универсальный структурно-энергетический параметр, который можно использовать в качестве критерия оптимизации процесса структурообразования и количественной оценки трансформации структур в технологии пищевых дисперсных материалов;

- показано, что постоянство объёмного фазового состава дисперсной системы является основой для графического изображения изменений в системе в виде фазовых диаграмм в бинарной или тройной системе координат. Сумма фазовых диаграмм отдельных технологических операций даёт в тройной системе координат фазовый портрет технологического процесса, анализ которого позволяет определить оптимальную траекторию получения материалов с заданным значением объёмной концентрации твёрдой фазы и выявить необходимый уровень внешних воздействий на ту или иную дисперсную структуру.

- установлено, что оптимальная организация технологических операций и эффективное управление процессами формирования и перестройки структур, базируется на принципе постоянства объёмного фазового состава дисперсной системы и принципа технологического соответствия скорости изменения структурных характеристик систем и скорости протекания физико-химических процессов, сопровождающих данную технологическую операцию. Развитие структурообразования по оптимальной траектории достижения конечной цели требует максимального использования возможностей физико-химических процессов путём создания условий для нормального протекания и регулирования интенсивности этих процессов;

- выявлен и описан механизм активации процессов агломерации во влажных дисперсных системах;

- предложены методы и аппараты для его реализации, новизна технических решений подтверждена авторскими свидетельствами и патентами;

- разработаны феноменологические, математические и операторные модели систем и системных модулей производства гранулированных быстрорастворимых напитков.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- обоснование принципа и системы количественной оценки непрерывного процесса формирования структур в технологии пищевых материалов на основе полидисперсных систем с использованием объёмных фазовых характеристик, критериев и параметров, отображающих наиболее общие признаки дисперсной системы, независимо от её разновидности, типа структуры, технологической стадии и вида энергетического воздействия;

- обоснование принципа рационального выбора метода структурообразования полидисперсных многокомпонентных сухих концентратов напитков;

- обоснование принципа управления процессами пластического формования пищевых дисперсных масс при гранулировании и в процессе конденсационно-кристализационного переходов при сушке;

- обоснование принципа оценки способности к формообразованию гранулированием дисперсных материалов на основе анализов их фильтрационных и реологических свойств;

- обоснование нового методологического подхода при исследовании состава и свойств дисперсных структур, учитывающего объёмный фазовый состав этих структур в начальном, текущем и конечном состояниях.