.

Розроблення та вдосконалення технологій цукристих речовин та цукромістких харчових добавок: Автореф. дис… д-ра техн. наук / Г.О. Сімахіна, Укр. держ

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 5508
Скачать документ

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

СІМАХІНА ГАЛИНА ОЛЕКСАНДРІВНА

УДК 664.1.039

РОЗРОБЛЕННЯ ТА ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЙ
ЦУКРИСТИХ РЕЧОВИН ТА ЦУКРОМІСТКИХ
ХАРЧОВИХ ДОБАВОК

05.18.05 – технологія цукристих речовин

АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук

Київ – 1999

Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано в Українському державному університеті харчових технологій Міністерства освіти України

Науковий консультант: доктор технічних наук, академік УААН, професор
Гулий Іван Степанович, Український державний
університет харчових технологій, ректор

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Міщук Ромуальд Цезарович, відділ цукрорафінадного виробництва, Український науково-дослідний інститут цукрової промисловості, м. Київ, завідувач відділу

доктор технічних наук, професор
Хоменко Микола Дмитрович, кафедра цукру і цукристих речовин, Інститут підвищення кваліфікації і перепідготов-ки керівних працівників і спеціалістів харчової та переробної промисловості Міністерства агропромислового комплексу України, м. Київ, завідувач кафедри

доктор технічних наук, професор
Олійник Іван Алактіонович, відділ атестації і розподілу кадрів, Українська Академія державного управління при Президенті України, м. Київ, начальник відділу

Провідна установа: Інститут харчової хімії і технології НАН України та Міністерства агропромислового комплексу України,
м. Київ

Захист відбудеться “20” жовтня 1999 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.058.04. Українського державного університету харчових технологій, аудиторія А-311, за адресою 252033, м. Київ, вул. Володимирська, 68.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Українського державного університету харчових технологій за адресою:
252033, м. Київ, вул. Володимирська, 68.
Автореферат розіслано “15” вересня 1999 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, к.т.н., с.н.с. Федоренченко Л.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Науково-технічний прогрес у традиційному цукро-буряковому виробництві України за останні десятиліття розвивається завдяки працям відомих вчених В.Д. Попова, І.М. Федоткіна, О.А. Герасименка, І.С. Гулого, Л.Д. Бобрівника, М.О. Прядка, Л.П. Реви, А.А. Ліпєца, М.П. Купчика, В.О. Штангеєва, П.П. Загороднього, Н.І. Штангеєвої та інших. Спільними зусиллями вчених та практиків створено досить ефективну технологію отримання цукру з буряків. Водночас, одна із найважливіших її ділянок – очищення дифузійного соку – потребує подальшого грунтовного вивчення з метою її вдосконалення, пов’язаного як зі змінами кількісного та якісного складу буряків, що надходять на перероблення, так і з невирішеними питаннями зменшення витрат вапняного молока на очищення, пошуку дешевих сорбентів нецукрів, раціонального використання дрібнофракційних відходів вапняку, створення нового досконалого обладнання. Ці питання є актуальними і важливими як з точки зору отримання високоякісних продуктів, так і з позицій впровадження маловідходних технологій у цукробурякове виробництво, охорони довкілля і підтримання необхідної екологічної рівноваги в біосфері.
Цукрові буряки – одна із найважливіших технічних сільськогосподарських культур України, до складу яких, окрім цукрів, входять білки, пектини, амінокислоти, вітаміни, мікро- та макроелементи, є перспективною сировиною і для отримання біологічно активних добавок, котрі сьогодні відіграють виняткову роль у виробництві харчових продуктів оздоровчого та профілактичного призначення.
Державна політика в галузі харчування повністю сформована у більшості країн Західної Європи, Америки, Японії, де сучасні уявлення щодо ролі харчових продуктів склались у нову стратегію здоров’я. В Україні, на жаль, ця проблема далека від вирішення, а стан сільськогосподарського виробництва, величезні втрати сировини при збиранні, транспортуванні, зберіганні, недоліки технології та екології перероблення, ще більше ускладнюють її. Наповнення внутрішнього ринку імпортними продуктами створює тимчасову ілюзію його насичення, зменшує увагу до розвитку вітчизняної харчової індустрії, прирікаючи її на науково-технічне відставання і неконкурентоспроможність.
В раціоні харчування населення, котре постраждало від Чорнобильської катастрофи і її наслідків, мало продуктів та біологічно активних добавок імуностимулюючої, загальнозміцнюючої та радіопротекторної дії. Водночас, з рослинної сировини, що вирощується в Україні, при відповідних технологіях можна отримати всі необхідні біокомпоненти для нормального функціонування організму, оздоровлення та профілактики захворювань людей.
Тому проблеми відродження вітчизняної харчової промисловості, впровадження мало- та безвідходних технологій перероблення рослинних матеріалів, залучення до сфери виробництва нетрадиційної сировини, створення нових видів продуктів харчування набирають особливої актуальності і є справою першочергової державної ваги.
Традиційні високотемпературні технології призводять до руйнування більшості біологічно активних речовин (БАР) сировини, втрати мікро- та макроелементами органічної форми, утворення неперетравлюваних протеолітичними ферментами комплексів тощо. Найпрогресивнішим методом отримання високоякісних харчових добавок є сублімаційне сушіння, що забезпечує максимальне збереження БАР і відкриває широкі можливості для постачання населення повноцінною продукцією.
За даними ЮНЕСКО у міжнародному прогнозі “Харчування. Рік 2000” низькотемпературний метод консервування визнано превалюючим у всіх його модифікаціях. В Україні такі дослідження лише починаються. Тому розроблення технологій отримання харчових добавок методом низькотемпературного зневоднення є досить актуальним і перспективним з точки зору насичення вітчизняного ринку високоякісними харчовими продуктами і раціонального використання сільськогосподарської сировини. Щодо цукрових буряків, це дасть можливість повністю уникнути втрат цукрози, збільшити вихід готової продукції, розширити спектр цукромістких товарів, підвищити ефективність цукробурякового виробництва в цілому.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Зазначені дослідження проведено відповідно до тематики науково-дослідних робіт УДУХТ: “Створити високоефективні апарати попередньої дефекації і першої сатурації великої одиничної потужності для цукрової промисловості”, згідно з розпорядженням Ради Міністрів УРСР № 296-р від 26.05.1980 р. та наказом Мінвузу УРСР № 326 від 9.06.1980 р.; “Розробити і освоїти інтенсивну технологію очищення дифузійного соку з буряків різної якості і обладнання, що забезпечують істотне зменшення витрат вапна, підвищення виходу цукру і його якості”, згідно з постановою Ради Міністрів УРСР № 420 від 22.11.1985 р.; “Розробити кріогенну технологію перероблення харчової сировини з метою отримання нових продуктів підвищеної біологічної цінності”, згідно з поста-новою Ради Міністрів УРСР № 340 від 2.11.1988 р. у складі Державного замовлення 4.ДЗН; “Розробити технологію кріопродуктів радіопротекторної дії лікувально-профілактичного призначення”, згідно з наказом Міносвіти України № 68 від 23.03.1992 р.; “Створити кріогенний комплекс по переробці рослинної сировини для одержання продуктів лікувально-профілактичного призначення з радіопротекторними властивостями”, згідно з наказом Державного комітету України з питань науки і технологій від 3.03.1992 р. за проектом 3.8.4 “Продовольство”; “Дослідити механізм конформаційних перетворень амаранта при кріогенній переробці”, згідно з наказом Міносвіти України № 37 від 3.03.1995р.; “Модифікація поверхні кальцій-магніймістких матеріалів з використанням енергоощадних технологій при отриманні сорбентів для харчової промисловості”, згідно з координаційним планом наукової програми Міносвіти України на 1998 – 2000 р.р.
Мета і завдання досліджень. Мета роботи – на основі комплексних досліджень впливу хімічних реагентів, низьких температур та механоактивації на біохімічні, фізико-хімічні, структурні властивості компонентів вуглеводомісткої сировини вдосконалити наявні технології очищення цукромістких розчинів, створити принципово нове обладнання для їхньої реалізації і розробити нові технології виробництва харчових добавок підвищеної біологічної цінності.
Для досягнення цієї мети поставлено до вирішення такі завдання:
– розробити спосіб отримання дешевих високоефективних сорбентів для цукробурякової промисловості шляхом механомодифікації природних карбонатів, в тому числі дрібнофракційного вапняку, і на цій основі запропонувати вдосконалену технологію очищення дифузійного соку із зменшеними витратами вапняного молока;
– розробити та впровадити новий апарат попередньої дефекації, здатний забезпечити значний ефект очищення дифузійного соку і отримати осад нецукрів з високими фільтраційно-седиментаційними показниками;
– провести теоретичні та експериментальні дослідження процесу коагуляції білків дифузійного соку на попередній дефекації з використанням розробленого апарата та вивчити основні властивості гідроксиду кальцію як коагулюючого агента;
– теоретично обгрунтувати та розробити нову безвідходну технологію виробництва із цукрових буряків харчових добавок підвищеної біологічної цінності, вивчити їхній хімічний і біологічний склад та механізм перетворень біокомпонентів при низьких температурах, провести оцінку ефективності інвестиційного проекту організації нового виробництва в цукровій промисловості;
– провести комплексні дослідження фізико-хімічних та структурних перетворень, змін функціональних властивостей окремих біокомпонентів вуглеводомісткої сировини при охолодженні рідким азотом та сублімації льоду;
– вивчити властивості сублімованих порошкоподібних продуктів, отриманих дезінтеграцією, в тому числі із нетрадиційної сировини, та обгрунтувати ефективність їх використання в системі оздоровчого і профілактичного харчування, особливо для прискорення виведення з організму інкорпорованих радіонуклідів з великим періодом затримки в тканинах;
– розробити апаратурно-технологічні схеми безвідходного низькотемпературного перероблення різних видів вуглеводомісткої сировини при максимальному збереженні її харчової та біологічної цінності; отримати дослідні партії харчових продуктів, провести медико-біологічну оцінку, обгрунтувати соціальну та економічну доцільність їх виробництва і використання.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше виявлено та теоретично обгрунтовано механізм різкого підвищення адсорбційних властивостей природних карбонатів при тонкому диспергуванні швидкісними ударами, що пояснюється, поряд із відомими явищами активування та дефектоутворення матеріалів, перетворенням їхньої непористої структури на пористу. На основі цих результатів розроблено новий спосіб отримання з природних дисперсних мінералів дешевих високоефективних реагентів для цукрової промисловості, що не поступаються за своїми сорбційними властивостями свіжоосадженому карбонатові кальцію.
Вперше встановлено, що повна коагуляція білків дифузійного соку на попередній дефекації в межах експерименту та виробничих умовах неможлива; показано, що причиною цього є гідрофобні взаємодії неполярних груп амінокислот, завдяки чому стабілізується нативна конформація білкових молекул цукрових буряків. Розроблено математичну модель коагуляції білків в умовах попередньої дефекації, яка дала можливість поглибити вивчення особливостей цього процесу, дати їм теоретичне пояснення, знайти оптимальні значення основних параметрів. Обгрунтовано та експериментально доведено залежність граничних значень розчинності гідроксиду кальцію від концентрації цукрози та температури. Проведено квантовохімічний розрахунок молекули Са(ОН)2, який може слугувати підставою для прогнозування її хімічних властивостей та реакційної здатності в різних системах.
Вперше отримано результати, на підставі яких зроблено висновки щодо доцільності та перспективності формування нового напряму у технології цукристих речовин – отримання з цукрових буряків та інших видів вуглеводомісткої сировини вітчизняних сублімованих харчових добавок підвищеної біологічної цінності. Поглиблено наукові уявлення про виняткові властивості продуктів низькотемпературної технології; показано, що така технологія забезпечує перероблення рослинних матеріалів на якісно новому рівні, дає можливість отримати готові продукти із заздалегідь визначеними властивостями, зумовленими метаболічною роллю біокомпонентів цих продуктів і фізіологічною потребою в них людини.
Вивчено та дано теоретичне обгрунтування перетворень вітамінів, азотистих сполук, цукрів тощо при заморожуванні сировини рідким азотом. Встановлено, що склад і структура більшості біокомпонентів у межах температур 0…-40 С не змінюються, а повноцінність білків і розчинність їх фракцій підвищується. Це дало можливість поглибити наукові уявлення щодо кріопротекторної ролі цукрози у стабілізації структури цитоплазматичних компонентів вуглеводомістких матеріалів при холодовій адаптації.
Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено необхідність залучення до сфери переробної та харчової промисловостей нетрадиційних видів сировини (топінамбуру, амаранту, листя та бруньок смородини тощо) з метою розширення асортименту продуктів, поліпшення їхньої якості, оздоровчого впливу на людину, що дасть змогу суттєво скорегувати структуру харчування населення України і покращити екологію довкілля.
Науково обгрунтовано та оптимізовано основні режимні параметри заморожування та сублімації рослинних матеріалів. Розроблено фізичну та математичну моделі сублімації закристалізованої води, отримано аналітичний вираз, що описує температурне поле в шарі замороженої сировини при сублімації. Розроблено математичну модель видалення зв’язаної води із сублімованих матеріалів, яка вперше враховує вплив різних чинників на якість продукту.
Вперше виявлено та науково обгрунтовано підвищення біологічної цінності сублімованих харчових добавок шляхом їх механоактивації диспергуванням. Систематизовано результати змін основних біокомпонентів сублімованих продуктів, які свідчать про збільшення в результаті диспергування масової частки біодоступних вітамінів, моно- та дицукрів, розчинного пектину, органічних кислот тощо, та запропоновано ймовірний механізм деградації міжмолекулярних зв’язків і переходу у вільну форму окремих компонентів. Вперше виявлено та підтверджено медико-біологічними дослідженнями радіопротекторні та дезінтоксикаційні властивості отриманих сублімованих порошків, встановлено пряму залежність між повнотою зниження рівноважної концентрації іону стронцію в системі та кількістю комплексоутворюючих органічних кислот в порошках.
Практичне значення одержаних результатів. Вирішено завдання оптимізації технологічного режиму очищення дифузійного соку від білків та інших нецукрів на попередній дефекації. Отримано формули для визначення оптимальних значень температури, лужності, тривалості процесу залежно від якості дифузійного соку. Для реалізації процесу очищення соку розроблено, виготовлено та випробувано на Оржицькому цукровому заводі промисловий зразок принципово нового апарату попередньої дефекації марки А2-ППР з прямотечійним введенням реагентів щодо соку і гідродинамічним змішуванням потоків. Відсутність механічного приводу та рухомих частин, миттєве змішування соку з реагентами створюють в апараті найбільш сприятливі умови для максимального вилучення нецукрів і отримання осаду, що забезпечує безперервний процес фільтрування напівпродуктів. За результатами випробувань прийнято рішення щодо серійного випуску апаратів цієї конструкції виробничою потужністю 1,5; 3,0; 4,5; 6,0 тис. т буряків за добу. Аналогічний апарат випробувано на Первомайському цукровому заводі.
Розроблено для потреб цукрової промисловості спосіб отримання високоефективних сорбентів, що полягає у механоактивації природних мінералів та відходів вапняку. Завдяки цьому зменшуються витрати вапна на дефекосатурації, забезпечується висока якість очищеного соку, досягається повне використання дрібнофракційного вапняку, вирішуються питання охорони довкілля. Спосіб апробовано на Губініському цукровому заводі.
Розроблено безвідходну низькотемпературну технологію отримання сублімованих харчових добавок із підвищеним вмістом вітамінів, азотистих сполук, вуглеводів з плодоовочевої сировини та нетрадиційних джерел – топінамбуру, цукрових буряків, моркви, зерна амаранту, цедри цитрусових, листя та бруньок смородини тощо. Для всіх видів дослідженої вуглеводомісткої сировини за сучасними методиками встановлено температурні інтервали фазових переходів при заморожуванні – таненні води, що лягли в основу технологічних режимів низькотемпературного зневоднення біооб’єктів. Запропоновано і реалізовано способи інтенсифікації процесу отримання дезінтеграцією високодисперсних порошків із сублімованих матеріалів, які за властивостями диспергованих матеріалів не поступаються кріогенному подрібненню в середовищі рідкого азоту і переважають останній за економічними показниками.
Створено математичні моделі та розроблено циклограму сублімаційного сушіння рослинних матеріалів, які дають можливість оптимізувати основні параметри процесу та забезпечити максимальне збереження біокомпонентів сировини, а також на основі отриманих харчових добавок розробити рецептури нових продуктів оздоровчого та профілактичного призначення.
Дослідні партії сублімованих продуктів пройшли медико-біологічну оцінку в Українському науковому центрі радіаційної медицини МОЗ і АМН України, у Всесоюзному науковому центрі радіаційної медицини, у науково-дослідному Інституті гігієни харчування, в Київському НДІ гігієни праці та профзахворювань. Результати показали високу дезінтоксикаційну здатність отриманих харчових продуктів щодо радіонуклідів, важких металів, пестицидів; підтвердили наявність широкого спектру біологічно активних сполук – вітамінів, амінокислот, мінеральних речовин тощо. Це відкриває широку перспективу виробництва продуктів харчування масового споживання та оздоровчого і профілактичного призначення. Розроблено документацію і рецептури нових видів вершкового масла та цукерок з додаванням сублімованих порошків. Розроблено нормативно-технічну документацію (ТУ 10.04.22.26-88; ТУ 10.5016193.10-92; ТУ 10.5016193.11-92; ТУ 10.04.22.39-89) на нові види сублімованих порошків і продуктів на їхній основі; технічні умови на виробництво цукромісткого порошку з цукрового буряку ТУ 02070938-1.97.
Виконано за сучасними методиками техніко-економічні розрахунки показників ефективності інвестиційних проектів отримання сублімованих харчових добавок та способу очищення дифузійного соку з використанням механоактивованого вапняку із зменшеними витратами вапна, які показали доцільність впровадження у цукробурякове виробництво запропонованих технологій.
Результати досліджень використовуються при підготовці фахівців для харчової промисловості та студентів за новою спеціальністю “Технологія харчових продуктів оздоровчого та профілактичного призначення”.
Вірогідність отриманих результатів, наукових положень, висновків та рекомендацій забезпечено використанням сучасних методів досліджень та вимірювальних приладів, статистичних методів оброблення експериментальних даних, засобів обчислювальної техніки; підтверджується адекватністю результатів лабораторних, дослідно-промислових та виробничих досліджень запропонованих технологій.
Особистий внесок здобувача. У всіх роботах зі співавторами брала паритетну участь у постановці проблем, їх розв’язанні та аналізі отриманих результатів. Визначила завдання та методи проведення досліджень. Автор теоретично обгрунтувала та визначила оптимальні параметри способу отримання високоефективних сорбентів методом механомодифікації природних карбонатів, що лягло в основу запропонованої технології очищення дифузійного соку із зменшеними витратами вапняного молока у цукробуряковому виробництві; з’ясувала механізм коагуляції білків на попередній дефекації; сформулювала проблему використання вуглеводомісткої сировини на якісно новому рівні – як джерела біологічно активних сполук, отримання продуктів та харчових добавок радіопротекторної, антиоксидантної, загальнозмінюючої дії за методом низькотемпературного зневоднення. Отримала нові дані зміни біохімічного складу плодоовочевої сировини, переважно нетрадиційної, та амаранту при їх заморожуванні і сублімації. Запропонувала метод дезінтеграторної активації сублімованих продуктів для підвищення їхньої біодоступності та засвоюваності живим організмом. Систематизувала, узагальнила, теоретично обгрунтувала результати хімічних, біохімічних, структурно-механічних, мікробіологічних досліджень із з’ясування перетворень біокомпонентів під дією різних впливів. Брала участь у розробленні апаратів попередньої дефекації, раціональних параметрів низькотемпературного зневоднення матеріалів, виробничих дослідженнях, розробленні та затвердженні нормативно-технічної документації. Підготувала і опублікувала результати досліджень. В окремих розділах дисертації використано результати наукових праць, отримані спільно з проф. Ревою Л.П., проф. Павлюк Р.Ю., доц. Логвіним В.М., с.н.с. Асаулюком В.І., с.н.с. Федоткіним Ю.І., с.н.с. Михайликом В.А., ст. викл. Яковенком В.Ю.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації апробовано на міжнародних, республіканських, Всеукраїнських науково-технічних конференціях “Розробка та використання прогресивних технологій та обладнання у харчову і переробну промисловість” (Київ, 1989-1997 р.р.); на наукових школах країн СНД “Механическая обработка дисперсных материалов и сред ” (Одесса, 1995, 1996, 1998 г.г.); на наукових конференціях “Теория и практика процессов измельчения и разделения” (Одесса, 1994, 1995 г.г.); 1-му з’їзді Українського товариства кріобіології та кріомедицини (Харків, 1995 р.); міжрегіональній науково-практичній конференції “Пищевая промышленность-2000” (Казань, 1996 г.); міжнародній спеціалізованій виставці “Чорнобиль: екологія, людина, здоров’я” (Київ, 1996 р.); міжнародній конференції “Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых” (Одесса, 1997 г.); Всесоюзній конференції “Химические превращения пищевых полимеров” (Светлогорск, 1991 г.); 4-й всесоюзній науково-практичній конференції “Разработка комбинированных продуктов питания” (Кемерово, 1991 г.); міжнародному науковому семінарі “Механохимия и механическая активация” (Санкт-Петербург, 1995 г.); науково-практичній конференції “Наукомісткі технології подвійного призначення” (Київ, 1994 р.); ІХ Міжнародній конференції “Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв” (Одеса, 1996 р.); Sixth Seminar on Inulin (Braunschweig, 1996); International workshop on inulin as medicine & food ingredient (Kiev, 1997); Proceedings of the Seventh Seminar on Inulin (Belgium, 1998); International Symposium on “Water management in the design and distribution of quality foods” (Helsinki, 1998).
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано монографію, 40 статей у наукових журналах та збірниках наукових праць, 32 тези доповідей на наукових конференціях, отримано 3 авторських свідоцтва та 3 патенти України.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційну роботу викладено на 317 сторінках друкованого тексту. Вона складається зі вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел із 398 найменувань, має 78 рисунків та 80 таблиць, книгу додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
ВСТУП. З’ясовано стан проблеми та обгрунтовано актуальність теми досліджень з точки зору її наукового та практичного значення для народного господарства України.
РОЗДІЛ 1. Сучасний стан технологій та обладнання для перероблення вуглеводомісткої сировини у харчові продукти
Виконано аналітичний огляд літературних джерел з питань очищення дифузійного соку у цукробуряковому виробництві та устаткування для реалізації цих процесів. Встановлено основні принципи розроблення апаратів для попередньої дефекації на основі аналізу діючих сучасних конструкцій. Розглянуто можливості підвищення ефективності цукробурякового виробництва на основі впровадження безвідходної технології використання вапняку після його попереднього оброблення та активації.
Зазначено доцільність використання вуглеводомісткої рослинної сировини для перероблення у продукти харчування та добавки широкого спектру фізіологічної дії, котрі можуть бути використані як для масового споживання, так і оздоровчо-профілактичного призначення. З’ясовано переваги низько-температурних методів оброблення біооб’єктів перед традиційними тепловими. Розглянуто теоретичні питання процесів заморожування рослинних матеріалів та сублімації льоду, вплив співвідношення вільної і зв’язаної води на температури фазових переходів, здатність біокомпонентів до холодової адаптації, кріопротекторну роль моно- та дицукрів у стабілізації цитоплазматичних мембран.
Показано можливість та перспективи використання вуглеводомісткої сировини на якісно новому рівні, способи підвищення біологічної активності готових продуктів. Висвітлено екологічні питання виробництва та використання продуктів харчування оздоровчого призначення, з’ясовано необхідність зміни структури випуску і споживання цукристих речовин. Зроблено наукові висновки, поставлено мету та визначено завдання досліджень.
РОЗДІЛ 2. Об’єкти та методи досліджень
Об’єктом досліджень був широкий спектр вуглеводомістких рослинних матеріалів, традиційних для харчової промисловості (буряк, морква, картопля, яблука, смородина тощо) та нетрадиційних (топінамбур, бруньки та листя смородини, амарант тощо).
У роботі використано як загальноприйняті, так і спеціальні фізичні, хімічні, мікробіологічні, біохімічні методи досліджень.
Кількість білка в нативних матеріалах та отриманих продуктах визначали за власною методикою, що грунтується на біуретовій реакції; калібрувальний графік будували за нативними білками, виділеними з певної сировини. Гідролітичне розщеплення білків ферментами у дослідженнях in vitro здійснювали за методом послідовної дії системи протеїназ і діалізу. Амінокислотний склад визначали за методом Мур і Стейн у модифікації Ю. Алахова на автоматичному аналізаторі амінокислот 600Е фірми “Biotonic”. Дослідження біологічної цінності продуктів проводили на лабораторних тваринах. Вміст радіонуклідів в організмі дослідних тварин вимірювали за гама-випромінюванням 137Cs та 90Sr на установці “Ortec” з аналізатором імпульсів та детектором фірми “Bicron”.
Аналіз зразків методом диференційної ІЧ-спектроскопії вели за значенням відносної оптичної густини, використовуючи метод базисної лінії та внутрішнього стандарту. Термічну стабільність зразків досліджували на дериватографі Q-100 в атмосфері гелію та з еталоном – прокаленим Al2O3. Хроматографічні дослідження проводили на хроматографі Shimadzu GC 25A колонка FS-OV-101-DF-0,25 Macherv-Nagel GmbH, газ – гелій-аргонова суміш.
Питому поверхню зразків визначали приладом ПСХ-4, середній розмір частинок – розрахунковим методом; гранулометричний склад – комбінованим способом ситового та седиментаційного аналізів; структурні характеристики – за допомогою вакуум-сорбційної установки з кварцевими вагами Мак-Бена при 25 С. Рентгенофазовий аналіз зразків диспергованих мінералів проводили на дифрактометрі ДРОН-УМ1 у випромінюванні рентгенівського пучка за Брегом-Брентано.
Стан води, температури фазових переходів, кріоскопічну температуру продуктів визначали шляхом аналізу експериментальних термограм процесів заморожування і плавлення. Мікроструктуру об’єктів вивчали гістологічними методами з використанням світлооптичного обладнання.
Низькотемпературне зневоднення вуглеводомістких матеріалів проводили на лабораторній сублімаційній установці.
Диспергування та механоактивацію матеріалів проводили на лабораторній дезінтеграторній установці СКТБ “Дезінтегратор” (Таллінн) та віброкульовому млині типу МВВ конструкції Дніпропетровської гірничої академії.
РОЗДІЛ 3. Дослідження механоактивації вапняків і їх використання при очищенні цукромістких розчинів
Показано, що застосування методів механохімії та механоактивації природних дисперсних матеріалів – вапняку та доломіту – з метою отримання і використання дешевих високоефективних сорбентів нецукрів бурякового соку різного хімічного складу дає можливість зменшити витрати природного вапна та енергоресурсів у цукровому виробництві.
Досліджено вплив продуктивності установки ДУ (1…5 кг/год), швидкості обертання роторів (50…300 с –1) та їхньої конструкції на основні показники процесу диспергування – вихід фракцій, дисперсність отриманих матеріалів, енергомісткість процесу. Встановлено, що питома поверхня Sпит. отриманих порошків від продуктивності установки не залежить, зате збільшується із зростанням швидкості обертання роторів до 200 с-1. Це викликає різке зростання енерговитрат (Ен) на подрібнення: наприклад, для продуктивності установки 1 кг/год Ен при 50 с-1 складають 8…12 кДж/кг, а для 200 с-1 – 61…67 кДж/кг. Для оцінки ефективності оброблення вапняків у дезінтеграторі зіставили показники приросту питомої поверхні та відповідних енерговитрат (критерій Sпит/Ен). З кривих рис. 1 видно, що ефективність подрібнення матеріалів залежить від їхньої природи, продуктивності ДУ і особливо від швидкості обертання роторів.
Найвищу ефективність отримали подрібненням доломіту при швидкості дозування 5 кг/год і n=50 с-1 (крива 1д). При збільшенні швидкості обертання роторів втричі ефективність подрібнення зменшується в 2,8 рази і становить 13,9 м2/кДж. Причина в тому, що при n=50 с-1 витрати енергії становлять близько 10 кДж, а при 150 с-1 – зростають у 6 разів і, хоча приріст питомої поверхні матеріалу при цьому наближається до 90 %, а в попередньому випадку був менший, ніж 60 %, переважний вплив справляють енерговитрати і величина загального критерію Sпит/Ен різко падає.
При вибраній продуктивності дезінтегратора 5 кг/год вивчали вплив конструкції роторів та швидкість їх обертання (від 50 до 300 с-1) на швидкість удару, дисперсність та середній діаметр часток, приріст питомої поверхні матеріалів. Виявлено (рис. 2), що найбільшу дисперсність (28…30 мкм) мають матеріали, подрібнені при 150 та 200 с-1 (крива 1). Відповідно, питома поверхня порошків при цих параметрах найбільша – понад 6,5 м2/г (крива 2). Для такого подрібнення достатньою є швидкість удару 210…245 м/с. Збільшення швидкості обертання роторів понад 200 с-1 різко погіршує всі досліджувані показники: розмір часток при 300 с-1 перевищує 80 мкм, Sпит. зменшується втричі, а ефективність подрібнення спадає до 0,93 м2/кДж. За всіма параметрами цілком задовільними виявились результати, отримані подрібненням матеріалів при швидкості роторів ДУ 50 с-1: ефективність подрібнення в 2,5 рази вища від аналогічного показника для 150 с-1.
Зменшення дисперсності подрібнених матеріалів при високих швидкостях обертання роторів ДУ є наслідком агрегування часток під дією поверхневих сил. Вони об’єднуються в досить міцні агломерати. Вірогідно, що матеріал, диспергований при 250 с-1 і вище, є поліфракцією з міцних агломератів різних розмірів, а при меншій швидкості обертання – поліфракцією із нестійких агрегатів та індивідуальних часток.
На рис. 3 представлено залежність Sпит. диспергованого доломіту від рядності роторів (2, 4, 6) і швидкості їх обертання (n). Диспергована маса доломіту має досить розвинуту поверхню. Величина її зростає із збільшенням рядності роторів: при одній і тій же швидкості обертання (наприклад 50 с-1) шестирядна конструкція дає можливість отримати порошок з Sпит=6,0 м2/г. Причому порошок, отриманий з доломіту, має Sпит. на 25…32 % більшу, ніж із вапняку. Ця особливість пов’язана з присутністю у доломіті значної кількості напівкрихких сполук MgСО3 та MgО.
З’ясовано залежність енерговитрат, питомої поверхні та середнього діаметру часток порошків від конструкції роторів ДУ. Із кривих рис. 4 видно, що при одних і тих же значеннях n і рядності роторів енерговитрати мінімальні для роторів з прямокутними пальцями (4П), а максимальна Sпит диспергованих порошків (рис. 5) при цьому майже не поступається отриманим при роботі з циліндричними пальцями (4К). Ефективність подрібнення найбільша для роторів з прямокутними пальцями у 4-х та 6-ти рядних конструкціях (рис. 6).
Таким чином, дійшли висновку щодо доцільності використання для подрібнення мінералів шестирядних роторів з пальцями у вигляді прямокутного паралелепіпеда. Супутні небажані ефекти (термічні, електростатичні та інші явища), що виникають при певних режимах оброблення матеріалів у дезінтеграторі, враховували при розробленні оптимальних параметрів роботи ДУ.
Вивчення гранулометричного складу дисперсних систем, отриманих при різних режимах роботи ДУ, показало, що характерною для них є несиметрична кривa (рис. 7). При диспергуванні вапняку близько 45 % складають частки розміром 20…60 мкм, максимальний розмір часток досягає 200 мкм, хоча ця фракція не перевищує 3 % від загальної маси. Для доломіту майже 70 % складає частка фракції в 30 мкм, а максимальний розмір часток – 100 мкм. Криві мають яскраво виражені екстремуми, що свідчить при досить однорідний розподіл часток матеріалу.
Таким чином, за оптимальних умов дезінтегрування (продуктивність 5 кг/год, швидкість обертання 6-ти рядних роторів з пальцями у вигляді прямокутного паралелепіпеда 150 с-1), матеріали набувають дефектної структури. Їхня питома поверхня переважає 7 м2/г.
Інформацію щодо активаційних процесів, які відбуваються при подріб-ненні матеріалів, отримували на основі аналізу повноти видалення основних груп нецукрів дифузійного соку та вивчення структурно-механічних власти-востей подрібнених зразків.
Для об’єктивної оцінки властивостей механоактивованого вапняку обрали метод співставлення з відомим високоефективним адсорбентом – свіжоосадже-ним карбонатом кальцію у вигляді частково відсатурованого дефекованого соку (ЧВДС) зі ступенем карбонізації 30…40%. Досліджували варіанти перед-дефекації дифузійного соку із використанням: 75 % нефільтрованого соку І сатурації (типовий), 50…60 % ЧВДС (порівняльний), еквівалентної кількості механоактивованого вапняку (новий). Результати аналізу фільтратів соків на кожній із стадій очищення наведено у табл. 1.
Таблиця 1
Якісні показники соків за різними варіантами очищення (Чдиф.соку 81,6 %)

Показники Стадія очищення
попередня
дефекація дефекація  сатурація  сатурація
Варіант типовий
Вміст аніонів кислот, % СаО до маси СР
0,165  0,01
0,478  0,04
0,208  0,03
0,152 0,05
Вміст ВМС, % до маси розчину
0,31  0,06
0,45  0,09
0,34  0,06
0,34  0,05
Кольоровість, од. опт. густ.
360  1,8
488  2,5
340  4,2
328  3,7
Чистота, % – – 84,8  0,15 85,2  0,22
Варіант порівняльний
Вміст аніонів кислот, % СаО до маси СР
0,1340,01
0,4150,07
0,1860,05
0,1280,03
Вміст ВМС, % до маси розчину
0,19  0,08
0,34  0,06
0,22  0,08
0,22  0,08
Кольоровість, од. опт. густ.
230  2,4
346  3,1
212  3,6
204  2,8
Чистота, % – – 85,7  0,11 86,3  0,17
Варіант новий
Вміст аніонів кислот, % СаО до маси СР
0,1380,02
0,4220,009
0,1700,04
0,1160,04
Вміст ВМС, % до маси розчину
0,19  0,07
0,35  0,04
0,21  0,07
0,21  0,06
Кольоровість, од. опт. густ.
215  1,7
322  2,8
208  4,3
184  3,2
Чистота, % – – 85,9  0,19 86,6  0,28

Аналогічні результати отримано при очищенні дифузійних соків різної чистоти, тому введення механоактивованого вапняку на переддефекацію доцільно як з точки зору додаткового вилучення основних груп нецукрів, так і з позицій зниження кольоровості очищеного соку.
Визначили також ту кількість вапна, яку можна замінити диспергованим вапняком без погіршення технологічних показників очищеного соку щодо типового способу. Згідно з отриманими результатами, для проведення процесів осадження нецукрів, розкладу редукувальних сполук і отримання термостійких напівпродуктів витрати вапна у цукробуряковому виробництві можна зменшити до 1,0 % за масою буряків, а решту замінити еквівалентною (3…4 %) кількістю механоактивованого вапняку.
Для якісної оцінки стимульованих механічними впливами змін, що відбуваються на поверхні подрібнених в установках ударної дії (дезінтеграторах чи вібромлинах) вапняків, використали методи ІЧ та КР-спектроскопії. Аналіз отриманих Раман-спектрів (рис. 8) показав, що вони при одноразовому (крива 2) та триразовому (крива 3) помелах значно ускладнюються. Розщеплюється смуга  1450 см-1, збільшується число смуг в інтервалі 1110…700см-1, з’являється група смуг в області 2900…3600 см-1 з максимумом при 3300…3400 см-1, що відповідають найбільш дослідженим валентним коливанням ОН-груп. Інтенсивність цих смуг зростає при збільшенні числа помелів, а отже, глибини оброблення вапняків. Інтенсивність смуги 1050 см-1 значно зменшується.
Ці дані є свідченням появи внаслідок диспергування ювенільної поверхні. Механічне індуціювання нових поверхневих дефектів приводить до посилення її основності, утворення основних карбонатів та оксидів, що підтверджено характером інфрачервоних спектрів. Тобто, зміна дисперсності часток подрібненого в дезінтеграторі вапняку не є єдиним результатом механічного впливу: порушується кристалічна структура матеріалу, руйнуються наявні і утворюються нові сполуки.
Структурні зміни виявляються також в тому, що механоактивовані вапняки набувають адсорбційних властивостей, характерних для свіжоосадженого карбонату кальцію (рис. 9), що і стало передумовою їх використання при очищенні цукромістких розчинів. Крива , що відповідає адсорбції і десорбціїї парів води поверхнею осадженого СаСО3, характерна для фізичної адсорбції газів непористими тілами ІІ типу. На ізотермі, отриманій для механоактивованого вапняку, спостерігається досить протяжна петля гістерезиса, що охоплює область значень тиску від 0,3 до 1,0 Па. Її наявність – характерна ознака ізотерми  типу, тобто адсорбції мезопористими твердими тілами. Таким чином, при підвищених локальних температурах, які розвиваються в апараті завдяки швидкісним ударам, з первинних часток матеріалів утворюються досить стійкі агломерати. Порожнини між первинними частками всередині агломератів і між окремими агломератами утворюють пористу структуру механоактивованого матеріалу.
Використання методів ДТА та ТГ-аналізів дало змогу опосередковано оцінити величину накопиченої при механоактивації енергії. На основі аналізу отриманих термограм механізм цього накопичення уявляється таким: в процесі дезінтеграторної активації витрачається енергія на багаторазову деформацію матеріалу, утворення в ньому різноманітних тріщин і дефектних порожнин. І чим більшою є концентрація макро- і мікродефектів в структурі об’єкту подрібнення, тим значнішими будуть витрати енергії, яка виділяється потім при ДТА зразків у діапазоні 160…300 С. Ручний помел вапняків такого ефекту не дає. Очевидно, деформація матеріалів, супроводжувана утворенням великої кількості дефектів і акумуляцією поверхневої енергії, відбувається лише під впливом ударної сили великої частоти, що має місце в дезінтеграторі та інших аналогічних конструкціях.
В подальшій роботі вивчили здатність диспергованих матеріалів до тривалого зберігання. Дослідження проводили з вихідними та активованими зразками вапняку, які зберігали на повітрі і під шаром води в умовах, близьких до реальних. Хоча для цукробурякового виробництва характерні динамічні умови взаємодії (за винятком відстоювання і згущення соків), результати дослідів в статичному режимі є теж достатнім наближенням для оцінки тенденцій зміни фізико-хімічних властивостей природних матеріалів, яку проводили на підставі результатів ДТА. Встановили, що найбільш динамічні зміни відбуваються при зберіганні механоактивованого вапняку під шаром води (рис. 10). Вони пов’язані з процесами окислення, розкладом окремих сполук, агрегацією високодисперсних часток тощо. Однак, тривале зберігання (місяць і більше) адсорбенту, не дивлячись на певні зміни фазового складу, не призводить до істотного погіршення його властивостей. Це свідчить про можливість накопичення запасу механоактивованого вапняку для технологічних потреб цукрового заводу чи транспортування частини його на підприємства, не обладнані подрібнювальним устаткуванням ударної дії. На підставі численних експериментальних даних, отриманих при обробленні дифузійних соків з буряків різної вихідної чистоти (від Ч 77,4 % до Ч 84,0 %) подрібненим у дезінтеграторі вапняком, розроблено спосіб очищення дифузійного соку зі зменшеними на 50…60 % витратами вапна (А.с. № 1306958 від 24.04.1985 р.)

РОЗДІЛ 4. Інтенсифікація процесів очищення дифузійного соку та розроблення апаратів попередньої дефекації
Отримано результати, які свідчать, що одним із визначальних процесів очищення дифузійного соку є коагуляція білків при спільній дії вапняного молока, температури та тривалості процесу. Іонна сила середовища створюється катіонами кальцію та гідроксил-іонами, а визначальним чинником коагуляції є дія Са2+.
Базуючись на теоретичних відомостях та отриманих експериментальних даних, дійшли висновку, що відносна швидкість процесу коагуляції білків залежить від їхньої концентрації (С) і при фіксованих температурі і лужності середовища описується рівнянням ( -константа коагуляції, – чисельний параметр, більший від нуля). Інтегруванням його в часі від 0 до (тривалість процесу), отримали вираз, що є математичною моделлю коагуляції білків:
(1)
Для практичного користування цією моделлю при інтенсифікації процесів очищення визначали та на основі експериментальних даних із кінетики коагуляції білків дифузійного соку. Досліди проводили на соках різної вихідної чистоти в діапазоні температур ( ) 50…70 0С і лужності середовища ( ) 0,07…0,11 % СаО. Аналіз показав задовільну точність вимірюваних параметрів (дисперсія, асиметрія, ексцес) і надійність проведеного експерименту. Остаточно математичну модель коагуляції білків отримали в такому вигляді:
(2)
На основі моделі вирішено завдання оптимізації технологічного режиму попередньої дефекації. Результати виконаних на ЕОМ розрахункiв моделі представлено у виглядi простих апроксимуючих формул для визначення оптимальних значень t, U, залежно вiд якостi вихiдного соку: t=58,3 – 3,82 – 453,92q; U = 0,1 – 0,083 – 0,816q;  = 4,74 + 143,72 + 67,4q
Оцiнка вагомостi незалежних змiнних показала, що переважний вплив на величину оптимальних значень температури переддефекацiї та лужностi соку справляє вмiст iнвертного цукру у дифузійному соцi, а тривалiсть процесу залежить вiд концентрацiї бiлкових речовин.
Для основного реагента очищення дифузійного соку від білків та інших нецукрів – гідроксиду кальцію – визначено граничні значення температури та концентрації цукрози, в межах яких його розчинність збільшується, а також структурні та енергетичні характеристики молекули, виконані за методом Хартрі-Фока-Рутана у двоекспоненційному базисі Гаусових функцій Хузінаги.
На основі результатів математичного моделювання та експериментальних досліджень оптимальних умов процесу переддефекації розроблено, виготовлено та впроваджено промисловий зразок (рис.11) принципово нового апарата попередньої дефекації марки А2-ППР (А.с. №1214758 від 01.11.1985 р.). Апарат виконано прямотечійним і за режимом руху соку наближається до апаратів ідеального витіснення. Він не має приводу і рухомих частин, сік змішується з лужними реагентами за допомогою гідродинамічних пристроїв.
Це створює найбільш сприятливу гідродинамічну обстановку для технологічного процесу: концентрація лугу вирівнюється миттєво змішуючими пристроями. Турбулізація потоку в різних частинах апарату різна, завдяки чому ступінь коагуляції білків досягає 80 %. А2-ППР-6 – типовий представник ряду апаратів прогресивної переддефекації марок А2-ППР-1,5; А2-ППР-3,0; А2-ППР-4,5 – виготовлено на Смілянському машинобудівному заводі. Його випробувано на Оржицькому цукровому заводі Полтавського ПАО і здано міжвідомчій приймальній комісії у виробничий сезон 1985-1986 р.р.
Вивчення основних фізико-хімічних взаємодій нецукрів дифузійного соку з реагентами (вапняне молоко, механоактивований вапняк) при роботі переддефекатора А2-ППР показало, що завдяки його конструктивним особливостям ефект очищення дифузійного соку збільшується на 7…10 %. Однак, навіть при максимальних значеннях коагулюючих параметрів ефект осадження білків не переважає 80 %. Щоб пояснити це явище, визначили і провели класифікацію амінокислот різних сортів буряків, що грунтується на відмінностях у полярності їх бічних груп (за А. Ленінджером). За результатами експериментальних даних (табл. 2), найчисленнішим є клас, до якого відносяться амінокислоти з неполярними групами. Взаємне притяжіння цих груп у водному середовищі, відоме під назвою “гідрофобні взаємодії”, що визначаються як ван-дер-ваальсовими силами притяжіння самих груп, так взаємодією їх із водою, супроводжується значною сумарною енергією і робить, очевидно, визначальний внесок у стабілізацію нативної конформаціії білків буряків, утримуючи частину їх у розчиненому стані.
Неполярні та полярні неіонізовані групи утворюють неводну фазу у внутрішній зоні молекули, “цементуючи” таким чином білкову глобулу. Оскільки у білках буряків амінокислоти з нереакційноздатними бічними групами складають близько 65 %, такі білки стійкіші до впливу денатуруючих чинників, ніж ті, у котрих переважають основні властивості – гліадин пшениці, проламін тощо.
Таблиця 2
Амінокислотний склад білків буряків, г/100 г білка
Амінокислоти Діапазон коливань Середнє значення Загальний вміст амінокислот по кожній групі
Амінокислоти з неполярними групами
Аланін 3,95 – 8,93 6,44
Лейцин 1,57 – 8,32 4,95
Ізолейцин 1,92 – 9,73 5,83
Валін 2,13 – 8,34 5,24 50,434
Пролін 18,42 – 23,82 21,12
Фенілаланін 1,86 – 2,92 2,39
Триптофан 1,б3 – 2,84 2,23
Метіонін 0,б2 – 3,79 2,21
Амінокислоти з незарядженими полярними групами
Гліцин 1,99 – 4,72 3,36
Сірин 2,37 – 5,34 3,85
Треонін 1,62 – 4,72 3,17 15,49
Цистин 0,07 – 0,01 0,01
Тирозин 3,87 – 6,29 5,08
Амінокислоти з негативно зарядженими групами (кислі)
Аспарагінова к-та 12,63 – 16,82 14,72
Глутамінова к-та 8,32 – 12,04 10,18 25,60
Амінокислоти з позитивно зарядженими групами (основні)
Лізин 0,93 –2,94 1,94
Аргінін 4,34-7,73 6,54 8,48

РОЗДІЛ 5. Наукове обгрунтування доцільності створення безвідходної низькотемпературної технології перероблення цукрових буряків.
Запропоновані вдосконалений спосіб очищення дифузійного соку від нецукрів та обладнання для його реалізації все ж не вирішують проблем їх повного вилучення та істотного зменшення втрат цукрози у виробництві. Разом з тим, основна маса цих нецукрів відноситься до біологічно активних сполук і має бути використана у харчуванні людини. Тому у подальшій роботі розглянуто доцільність безвідходного перероблення цукрових буряків низькотемпературним методом. Аналіз сублімованих цукрових буряків свідчить про широкий спектр біокомпонентів готового продукту: 67…70 % цукрози (рис. 12), 1…2 % моноцукрів, 8…10 % пектинових речовин, 4…6 % геміцелюлоз, 3…6 % клітковини, 1…2 % органічних кислот тощо. Сублімований буряк містить значну кількість мінеральних сполук, в тому числі всі біометали; найбільша масова частка припадає на калій (1150…1275 мг %). Ідентифіковано селен, який значно підвищує резистентність організму до онкологічних захворювань.
Цукромісткі продукти з буряка мають багатий вітамінний склад. За вмістом тіаміну сублімований цукровий буряк поступається лише гороху, бобам, горіхам, м’ясу; рибофлавіну – томатам і листовим овочам; піридоксину – шпинату та картоплі; аскорбінової кислоти – переважає ріпчасту цибулю, деякі сорти яблук тощо. Білок висушеного буряку (3,3…4,5 %), на відміну від інших рослинних білків, має високу ступінь протеолізу – до 82 %. Серед амінокислот містяться всі незамінні, їхня кількість складає близько третини загальної концентрації. Багато метіоніну, що бере участь у синтезі холіну, вітаміну В12, фолієвої кислоти; тирозину, що має високі бактерицидні якості; аспарагінової та глютамінової кислот (близько 25 г на 100 г білка), які відіграють важливу роль у білковому обміні. Присутні в кріопорошку буряків також бетаїн і холін (1,2…1,6 %), унікальні сполуки, за хімічним складом близькі до лецитину – відомого регулятора обміну речовин. Бетаїн, до того ж, сприяє засвоєнню білків і поліпшує роботу печінки. Сапоніни, що містяться в кріопорошку буряка у кількостях, близьких до 1,0 %, здатні зв’язувати холестерин у кишечнику у важкозасвоюваний комплекс. Згідно з останніми дослідженнями вчених, сапонін є основою для отримання ліків проти склерозу.
Таким чином, за всіма проаналізованими показниками сублімований цукровий буряк має цінні властивості і може бути успішно використаний як харчова добавка або продукт оздоровчого і профілактичного призначення.
Найважливіший показник якості білка буряків – ступінь гідролізу протеолітичними ферментами – вивчали in vitro у порівнянні з білками легкоперетравлюваних сублімованих моркви, зерна амаранту та молока як стандартного субстрату (табл. 3). Результати дано в ммоль NH2 на 1 г білка.
Таблиця 3
Кількість гідролізованих in vitro білків сублімованих матеріалів
Вид Стадія протеолізу
матеріалу пепсинова трипсинова пептидазна загальний протеоліз
молоко
(контроль) 3,500,76 11,240,39 15,270,34 30,011,46
буряк 3,140,34 11,191,44 15,040,19 29,370,94
амарант 1,220,14 11,070,56 16,522,32 28,811,16
морква 2,650,82 11,040,48 14,920,11 28,610,32

З наведених даних видно, що на всіх стадіях протеолізу перетравність білків буряків дуже мало відрізняється від аналогічних показників для контрольного білка молока і дещо переважає показники для амаранту і моркви. Тому білки буряків при надходженні в організм людини в шлунково-кишковому тракті під дією протеолітичних ферментів легко розпадатимуться до амінокислот і всмоктуватимуться в кров.
Поведінку азотистих сполук буряків вивчали в широкому діапазоні температур, котрим може піддаватись сировина при різноманітних фізичних впливах у реальних умовах отримання сухих продуктів. Це знижені температури (4…8 оС), характерні для зберігання буряків; температури нижче нуля (0…-40 оС) при заморожуванні сировини рідким азотом; температури теплового сушіння (100…110 оС). Контролем служили свіжі буряки (табл. 4). В літературі відсутні дані щодо фракційного складу білків буряків, тому попередньо диференціювали їх за розчинністю у різних середовищах.
Таблиця 4
Перерозподіл фракційного складу білків при різних методах оброблення
Умови Масова частка фракцій білків, % від загального білка
експерименту водорозчин-на солероз-чинна лужнороз-чинна спиртороз-чинна нерозч. залишок
Свіжі буряки 44,40,36 23,90,89 10,40,17 3,060,44 18,240,67
Буряки при зберіганні 44,00,17 23,90,76 8,60,41 2,940,17 20,560,34
Буряки заморожені 51,60,64 27,80,18 11,90,36 4,20,28 4,50,29
Буряки сублімовані 46,20,13 29,40,25 9,60,11 4,20,17 10,60,14
Буряки при 100…110оС 31,70,29 17,80,36 7,50,28 3,90,11 39,10,16

У свіжих буряках близько 70 % білків представлено водо- та солерозчинною фракціями, хоча для більшості рослинних білків максимальна частка припадає на водо- та лужнорозчинні. Нерозчинний залишок складає майже п’яту частину всієї кількості білків. При температурах 4…8 оС розчинність білкових фракцій, за винятком лужнорозчинної, практично не змінюється. При заморожуванні буряків рідким азотом збільшується розчинність кожної з білкових фракцій: водорозчинної – на 7,2 %; солерозчинної – на 3,9 %; лужнорозчинної – на 1,5 %. В результаті частка нерозчинного залишку зменшується на 75 %.
Після сублімації закристалізованої в матеріалі води розчинність білків, порівняно з попереднім етапом, дещо знижується, та все ж залишається вищою, ніж білків свіжих буряків. Тому білки сублімованих буряків згідно з отриманими результатами перетравлюються навіть краще, ніж білок свіжого буряку (рис. 13).
Ймовірно, що у свіжих буряках, завдяки певному вмісту зв’язаної води, білкові молекули міцно агреговані, що ускладнює розщеплення білків ферментами. Температурний шок, котрому піддаються клітини матеріалу при швидкому заморожуванні, сприяє руйнуванню цих агрегатів, вивільненню значної кількості білкових молекул, їхній частковій деструкції і збільшенню числа вільних амінокислот, що загалом підвищує біологічну цінність отриманих кріопродуктів. І лише температури 100…110 оС призводять до небажаних незворотних змін, зумовлених денатурацією білків, утворенням нерозчинних комплексів з іншими компонентами буряків, в результаті чого кількість нерозчинного білкового залишку збільшується вдвічі порівняно із свіжими буряками, і в 4 рази – з сублімованими. Розчинність всіх білкових фракцій зменшується, а нерозчинний білковий залишок ні пепсином, ні хімотрипсином не розщеплюється.
Встановлено, що при заморожуванні буряків у водо- та солерозчинних фракціях зросла кількість незамінних амінокислот – лізину на 31,0 і 20,0 %; фенілаланіну – на 18,7 і 13,2 %; лейцину – на 31,9 і 29,3 % тощо. У всіх чотирьох фракціях білків після заморожування зростає кількість дікарбонових кислот (з 16,0 до 28,0 %). Сіркомістких амінокислот після заморожування буряків стало значно більше у водорозчинній фракції, метіоніну на 30,1 %, цистину – на 53,0 %. У спирторозчинній фракції вміст цистину збільшився на 77,2 %. Більш того, у лужнорозчинній фракції свіжих буряків метіонін відсутній, а у заморожених зразках його ідентифіковано. Ця ж фракція білка після заморожування збагатилась ще однією амінокислотою – триптофаном. Наявність триптофану після заморожування встановлено і в солерозчинній фракції. Тобто, в результаті дії низьких температур ця фракція білка теж стала повноцінною.
Методом світлооптичної мікроскопії з’ясовано кріопротекторну роль цукрози у підвищенні стійкості біологічних організмів до холоду. Гістологічний аналіз свіжих і заморожених зразків буряків показав, що у присутності цукрози істотних змін у цитоплазмі не спостерігається (рис. 14).
Лише по периферії клітин є деякі локальні порушення мембрани і дещо змінилась густина прилягання клітинних стінок. У знецукрених заморожених зразках буряків (жомі) при відсутності кріопротектора більшість паренхімних клітин втратили первинну ізодіаметричну форму, значно зменшились в об’ємі, в результаті чого збільшились міжклітинні порожнини. Покривна тканина втратила опуклі обриси, вона частково зруйнована, на ній з’явились увігнуті ділянки. Ядра здебільшого зруйновані. Цитоплазма в багатьох місцях відстала від клітинних оболонок і у вигляді окремих шматочків знаходиться в різних ділянках клітин.
Локалізація кристалів льоду у міжклітинниках заморожених зрізів буряків приводить до різкого зневоднення вакуоль та цитоплазми клітин. Порушення структури клітинних стінок може бути як результатом руйнування окремих високополімерів (целюлози, пектинів, геміцелюлози), так і механічного ушкодження кристалами утвореного льоду. Оскільки кристалізується вода, не зв’язана з молекулами цукрів та інших природних протекторів, то її кількість (і спричинений нею ступінь ушкодження тканини) обернено пропорційна до концентрації кріопротектора в системі.
Таким чином, за всіма дослідженими показниками цукрові буряки є перспективною сировиною для отримання з них сублімованих продуктів. При безвідходній технології перероблення збільшується вихід цукру з одиниці сировини, підвищується народногосподарська ефективність виробництва, споживач отримує новий продукт, котрий, поряд з вуглеводами, містить велику кількість цінних біологічно активних сполук.
Розділ 6. Розроблення безвідходних технологій перероблення цукрових буряків та інших видів вуглеводомісткої сировини у харчові продукти підвищеної біологічної цінності
Предметом досліджень низькотемпературного зневоднення з точки зору його вдосконалення та інтенсифікації стали основні процеси: заморожування сировини, сублімаційне сушіння, подрібнення. Допоміжні технологічні операції (сортування, очищення, миття, пакування) загальновідомі.
Заморожування плодів, овочів, ягід проводили рідким азотом до температур, достатніх для перетворення в лід всієї вільної води. Температурний діапазон досліджень 20…-150 С. В табл. 5 наведено дані, отримані для цукрових буряків з різним вмістом води у вихідних зразках.
Згідно з отриманими результатами, кристалізація вільної води починається при значному переохолодженні зразків, а температура початку процесу знижується зі зменшенням їхньої вихідної вологості. Виявлено, що при низькій вихідній вологості (в даному випадку 22,61 %) на термограмах зразків відсутні фазові переходи І роду. Це свідчить, що вся вода у досліджуваному об’єкті є зв’язана і не кристалізується. Граничний вологовміст, при якому у рослинній сировині вода представлена лише зв’язаною фракцією, складає для цукрового буряку – 24 %, яблук – 39 %, моркви – 41 %, малини – 50 %, чорної смородини – 38 %. Перевага цукрових буряків перед іншими видами сировини у тому, що тут заморожуванню підлягають навіть в’ялі коренеплоди.
Таблиця 5
Експериментальні дані кристалізації-плавлення води цукрових буряків
Відносна
воло-
гість,% Замерзаюча вода (в % до загальної маси води) Замерзаюча вода (в % до загальної маси води) Температура
початку кристаліза-ції Температура
початку плавлення
Температура
максиму-
му плав-
лення
73,20 69,98 30,02 – 8,0 – 20,0 – 1,0
67,25 60,65 39,35 – 9,2 – 13,0 – 0,5
57,91 56,48 43,52 – 11,0 – 14,0 – 2,0
56,89 64,84 35,16 – 10,0 – 20,2 – 1,0
39,94 35,60 64,40 – 12,0 – 18,0 – 2,0
39,39 38,64 61,36 – 13,5 – 20,0 – 2,5
38,17 26,81 73,19 – 16,0 – 18,8 – 2,0
34,15 26,91 73,09 – 16,0 – 20,0 0
24,43 2,01 97,99 – 18,6 – 19,0 + 1,0
22,61 – 100,00 – – –

Зниження температури замерзання води з переважаючою часткою зв’язаної фракції пояснюється здатністю останньої концентрувати розчинні речовини, в тому числі іони, в результаті чого формується високов’язка білково-мінеральна суміш в локалізованих білкових компонентах цитоплазми і мембранних структурах клітини.
Відомо, що фракції зв’язаної води відіграють важливу роль в стабілізації структурних компонентів мембрани, захищаючи складові клітини від руйнування. Тому окрему серію дослідів присвячено з’ясуванню здатності біокомпонентів вуглеводомістких матеріалів з різною кількістю зв’язаної води до холодової адаптації. Об’єктом дослідження вибрано моркву і амарант. Згідно з отриманими даними, у свіжій моркві на зв’язану воду припадає близько 8 % всієї води, а в амаранті – понад 70 %.
Встановлено, що при заморожуванні і зберіганні сировини з невеликим вмістом зв’язаної води (морква) втрати вітаміну С досягають 9,5…10 %, вуглеводів – 15…17 %, а при заморожуванні зерна амаранту відповідні показники склали 1,2…3,7 %; 5,8…6,5 %. Тобто, наявність фракції зв’язаної води в клітині можна розглядати як бар’єр, що протистоїть ушкоджуючій дії концентрованих розчинів солей на біополімери при виморожуванні вільної води.
Розрахунки показали, що швидке і ефективне заморожування рослинних матеріалів забезпечується при співвідношенні сировини і рідкого азоту 1 : 7,5.
Другий етап низькотемпературного зневоднення – сублімаційне сушін-ня – вивчали, грунтуючись на тому, що він є сукупністю складних одно-спрямованих процесів переносу маси та тепла в капілярнопористих тілах, до яких відносяться об’єкти наших досліджень. Один із варіантів ідеалізованої фізичної моделі цього етапу має зональний характер і являє собою об’ємні інтенсивності потоку маси, зумовлені розвитком зон сублімації, що просуваються у глибину об’єкта сушіння. Ці міркування покладено в основу розроблених фізичної та математичної моделей температурного поля при сублімації вуглеводомістких матеріалів. Одержано диференційне рівняння переносу тепла в шарі заморожуваної сировини з урахуванням теплопро-відності, конвекції і теплопровідності зовнішнього середовища, на основі
(3)
якого отримали формулу, що описує температурне поле в шарі замороженої сировини при сублімації
(4)
з допомогою якої можна визначити кінцеву температуру заморожування конкретного рослинного матеріалу та дати обгрунтування температурному режимові сублімації закристалізованої води.
Великого значення набирає температура сушіння в заключний період, коли видаляється хімічно зв’язана незакристалізована вода. Випаровування з поверхні в цей час зменшується і не може компенсувати приплив тепла з теплоносієм. В результаті температура матеріалу підвищується, що на заключному етапі при спадній швидкості сушіння стає причиною значної деформації продуктів, втрати ними аромату, здатності до оводнення, зміни кольору та смаку. Тому з точки зору отримання сухих продуктів високої якості з підвищеним вмістом біологічно активних сполук необхідно оптимізувати саме другий період видалення води – період досушування.
Оптимальні значення основних параметрів, що характеризують процес досушування – залишкової вологості і якісних показників – визначали на основі даних видалення зв’язаної води з ягід чорної смородини як однієї з найбільш високовітамінних культур і на підставі отриманих даних запропонували математичну модель процесу досушування вуглеводомісткої сировини.
Встановлено, що запланована залишкова вологість у продукті (10 %) досягається за 170 хв. при 293 К; за 120 хв. – при 303 К; за 80 хв. – при 313 К; за 60 хв. – при 323 К і т.д., і за 35 хв. – при 353 К.
Для кожного із досліджуваних режимів досушування в отриманому продукті визначали вміст вітаміну С – найлабільнішого біокомпонента. При обробленні експериментальних даних отримано лінійне рівняння регресії загального виду
(5)
згідно з яким вміст вітаміну С в матеріалі залежно від температури та тривалості його досушування визначається рівнянням
у = (898,5 – 8,039  t) – (1,286 + 0,0139 t) , мг %, (6)
а вологість при відповідних параметрах – рівнянням
у = (52,75 – 0,546  t) – (0,275 + 0,00297 t) , %. (7)
Оскільки поведінка вітаміну С за експериментальними даними не дала можливості використати котрусь із відомих залежностей, на підставі аналізу результатів досліджень та перевірки різних варіантів кінетичних виразів зробили припущення, що можливі перетворення вітаміну С в процесі досушування рослинних матеріалів доцільно описати формулою
(8)
де: С – концентрація вітаміну С в сировині, мг %; k – коефіцієнт, що характеризує швидкість розкладання вітаміну С;  – числовий коефіцієнт,  > 0.
Отримана модель вказує на існування граничних температур максимального збереження вітаміну С на етапі досушування (не вище 303…308 К).
Вміст води у досліджених рослинних матеріалах при досушуванні запропоновано описати рівнянням
(9)
де:  – вологість матеріалу, %; е – рівноважна вологість матеріалу при заданій температурі, %; К – коефіцієнт, що характеризує швидкість вида-лення води з матеріалу при певній температурі, %;  – числовий коефіцієнт, зумовлений зміною властивостей матеріалу впродовж досушування.
Розв’язавши рівняння, для визначення  одержали вираз
(10)
де: 0 – вологість матеріалу на початку досушування.
Профілактичний, оздоровчий та лікувальні ефекти харчових добавок значною мірою визначаються ступенем дисперсності матеріалу. Для отримання порошків високої дисперсності використали дезінтеграторне обладнання. Процес тонкого диспергування підвищує в порошках вміст вільних біокомпонентів: амінокислот, в тому числі незамінних, аскорбінової та дегідроаскорбінової кислот, -каротину тощо (рис.15).
При дезінтеграторному подрібненні матеріал піддається дії швидкісних ударів зростаючої сили, що створює сприятливі умови для деформування його структури і викликає підвищення біологічної цінності диспергованих продуктів. Це досягається за рахунок руйнування на надмолекулярному рівні рослинних тканин, клітин, мембран, що дає можливість більш повно вилучати БАР. Відбувається також деградація зв’язків між аскорбіновою кислотою і протеїнами з вивільненням вітаміну С, між -каротином та полімерами з відщепленням низькомолекулярного компоненту тощо. Деградація зв’язків проходить у найбільш лабільних ланках біокомплексів, на яких при подрібненні щонайперше виникають критичні напруги. На підставі результатів лабораторних і виробничих досліджень з урахуванням середніх витрат часу на основні та допоміжні операції складено циклограму процесу та розроблено апаратурно-технологічну схему отримання сублімованих порошків цукрових та столових буряків, інших коренеплодів, топінамбуру, картоплі тощо (рис. 16). При переробленні ягід, фруктів, листових овочів зі схеми виключається машина для парового очищення шкірки. Повний цикл процесу отримання сублімованого продукту з вихідної сировини складає 7,5…8,0 год.

РОЗДІЛ 7. Екологічні та медико-біологічні чинники отримання і використання сублімованих вуглеводомістких продуктів
Для всіх отриманих сублімованих продуктів визначили вміст основних груп вітамінів. В табл. 6 наведено результати для найменш досліджених видів вуглеводомісткої сировини.
Таблиця 6
Масова частка основних груп вітамінів в сублімованих продуктах відносно свіжої сировини, мг/100 г

Об’єкти дослідження Рибофла-він (віта-мін В2) Аскорбі-нова кис-лота Фолієва кислота (вітамін В9) Флавонові сполуки
Картопля свіжа 1,84 24,63 0,11 1,14
сублімована 2,00 26,98 0,11 1,12
Яблука свіжі 0,80 16,09 0,13 1,17
сублімовані 1,08 17,34 0,12 1,17
Буряки свіжі 2,62 41,60 0,16 2,06
сублімовані 2,68 45,15 0,16 2,10
Полуниці свіжі 1,03 68,03 0,08 2,12
сублімовані 0,91 52,74 0,07 2,16
Зерно свіже 1,34 21,6 0,31 0,49
амаранту сублімоване 1,28 27,8 0,33 0,49
Ягоди свіжі 2,98 560,2 0,17 2,70
смородини сублімовані 2,76 535,4 0,15 2,68
Бруньки свіжі 0,53 526,4 0,09 6,05
смородини cублімовані 0,48 542,8 0,09 6,00
Лист свіжий сліди 496,7 0,20 1,23
смородини сублімований сліди 518,9 0,18 1,28

З таблиці видно, вміст вітамінів у продуктах для більшості видів сировини не відрізняється від контрольних (свіжих) зразків, а за деякими показниками переважає їх, що є наслідком позитивного впливу дезінтеграції на деградацію зв’язків між аскорбіновою кислотою і біополімерами. Результати визначення вмісту важких металів для сублімованих продуктів наведено в табл. 7.
Таблиця 7
Вміст токсичних елементів в сублімованих продуктах, мг/кг
Показники Сублімовані продукти
амарант буряк морква
Свинець 0,50,05 0,130,03 0,460,02
Кадмій 0,050,005 0,680,004 0,110,001
Мідь 1,40,3 0,970,05 4,270,03
Цинк 3,00,91 14,390,96 15,320,09
Ртуть 0,010,006 0,010,005 0,0090,007
Арсен 0,080,005 0,210,001 0,0140,0001

Отримані дані показують, що рівень важких металів і арсену в досліджених порошках не перевищує аналогічні показники для зернових та плодоовочевих культур. І якщо кількість свинцю знаходиться на рівні “Медико-біологічних і санітарних норм якості продовольчої сировини і харчових продуктів” № 5061-89 (МБТ), то вміст кадмію нижчий в 2 рази; ртуті, арсену, міді і цинку – на порядок нижчий від допустимих рівнів забруднення для зернових і плодоовочевих об’єктів. Вміст нітратів у вивченій сировині невисокий, а оброблення її рідким азотом не приводить до збільшення кількості цих сполук. В сублімованих продуктах не виявлено хлор- і фосфорорганічних пестицидів, в кріопорошку амаранту відсутні афлатоксин В і зеараленон. В овочевих продуктах вміст патуліну не перевищує допустимий рівень в 0,05 мг/кг (МБТ). За даними мікробіологічного аналізу загальний вміст мезофільних аеробних, факультативно анаеробних і пліснявих грибів у сублімованих порошках не перевищує допустимих норм. Патогенних мікроорганізмів, бактерій групи кишкових паличок, дріжджів і сульфітредукувальних клостридій не виявлено. Повторні мікробіологічні дослідження підтвердили можливість зберігання сублімованих продуктів протягом 12 місяців без погіршення їхніх мікро-біологічних показників.
Згідно з отриманими результатами, всі сублімовані продукти повною мірою посилюють елімінацію радіонуклідів. Частина стронцію виводиться досить швидко – за 4…5 діб, а решта повільніше. Очевидно, в перші дні виводиться позаклітинний стронцій, а подальше його виведення сповільнюється, тому що радіонуклід утворює з біосубстратами організму стабільні комплекси. Те ж стосується і цезію. Найбільша його кількість декорпорується у перші 2…3 доби. Загалом, ефект сорбційного видалення стронцію переважає показники за цезієм (табл. 8), що підтверджує відомі дані щодо значного впливу на сорбцію радіонуклідів валентності та енергії гідратації.

Таблиця 8
Ефективність захисної дії сублімованих продуктів щодо
радіонуклідів 90Sr та 137Cs через 30 діб експерименту
Сублімовані продукти Ефективність захисної дії, %
щодо 137Cs щодо 90Sr
Цедра цитрусових 65  0,14 96,4  0,41
Смородина 53,2  0,32 75,0  0,17
Цукровий буряк 31,3  0,12 66,1  0,22
Яблука 30,2  0,44 64,2  0,43
Морква 21,6  0,27 46,5  0,19
Картопля 18,8  0,23 40,6  0,15
Топінамбур 11,9  0,31 34,0  0,28

Змодельовано поведінку стронцію у присутності органічних кислот-комп-лексоутворювачів, що входять до складу сублімованих продуктів. Запропоновано систему рівнянь, яка розраховується для умов тонкого кишечнику (рН близько 8) в широкому діапазоні концентра-цій органічних кислот (у пере-рахунку на лимонну) та стронцію. Встановлено, що повнота зниження рівноважної концентрації іону Sr в розчині знаходиться у прямій залежності від кількості комплексоутворюючих кислот у сублімованих порошках. За ефективністю зв’язування та виведення стронцію вони склали такий ряд: цедра цитрусових  смородина  буряки, яблука  морква  картопля  топінамбур (рис.17).
На прикладі визначення основних мікробіологічних показників вершкового масла з добавками сублімованих буряків, ягід та бруньок смородини при його зберіганні протягом 6 місяців встановлено, що всі вони практично повністю гальмують процеси мікробіологічного псування готового продукту.

В И С Н О В К И
На основі результатів виконаних досліджень раціональних способів перероблення цукрових буряків і іншої вуглеводної сировини, нових наукових понять щодо якості та екології продуктів харчування обгрунтовано, розроблено і реалізовано ряд нових рішень у технології виробництва цукру та харчових добавок підвищеної біологічної цінності з буряків, які забезпечують збільшення виходу високоякісної готової продукції, сприяють зростанню ефективності цукрового виробництва, зменшенню витрат вапна і палива; дають можливість використати цукрові буряки як джерело важливих біокомпонентів, що дозволяє значно розширити спектр отриманих продуктів, зменшити у раціоні кількість рафінованого цукру за рахунок вживання цукромістких продуктів, внести докорінні зміни у структуру харчування населення країни, що є основним чинником здорового способу життя, профілактики та лікування різноманітних захворювань. Розроблено і впроваджено нову конструкцію апарата попередньої дефекації для очищення дифузійного соку, яка дає змогу досягти високих показників на дефекосатурації. Розроблено та реалізовано прогресивні технології отримання з традиційної і нетрадиційної сировини сублімованих цукромістких продуктів оздоровчого і профілактичного призначення. Показано соціальну та економічну доцільність впровадження розроблених технологій у харчову та переробну промисловості України.
Результати досліджень дали змогу поглибити теоретичні знання технології цукробурякового виробництва, розробити новий спосіб очищення дифузійного соку із значно меншими витратами вапна, з’ясувати особливості коагуляції білків буряків гідроксидом кальцію, створити математичну модель процесу видалення нецукрів на попередній дефекації та розробити нове обладнання для його реалізації. Низькотемпературним зневодненням цукрових буряків отримано харчові добавки підвищеної біологічної цінності, що відкриває новий напрям у цукробуряковій промисловості.
Вивчено основні фізико-хімічні взаємодії нецукрів з реагентами (гідроксид кальцію, механоактивований вапняк, суспензія осаду ІІ сатурації) при роботі створеного переддефекатора, результати яких дали можливість знайти пояснення підвищеному ефекту очищення дифузійного соку на 8…11 % та істотному покращанню седиментаційно-фільтраційних властивостей осаду.
Розроблено нову технологію отримання дешевих сорбентів, засновану на механічній модифікації природних карбонатів, завдяки якій знижуються витрати вапна на очищення дифузійного соку на 46…57 %, раціонально використовуються відходи кар’єрів і вапнякових відділень цукрозаводів, забезпечується охорона довкілля, покращуються техніко-економічні показники цукробурякового виробництва.
З’ясовано, що здатність механоактивованих вапняків до адсорбції, що не поступається ефекту вилученню нецукрів свіжоосадженим СаСО3, є сукупним результатом змін, що супроводжують диспергування в апаратах ударної дії – накопичення поверхневої енергії, перетворення вихідної непористої структури на пористу, утворення на поверхні вапняків оксидів кальцію та магнію, руйнування наявних і утворення нових сполук тощо.
Показано, що низькотемпературне зневоднення цукрових буряків дозволяє більш раціонально використовувати частину вирощеного урожаю, збільшити вихід цукру з одиниці переробленої сировини, звести до мінімуму його втрати у виробництві; отримати продукт з високим вмістом цукрози (близько 70 %) та збагачений моноцукрами (2,5…3,0 %), органічними кислотами (близько 5 %), есенціальними амінокислотами та білками (3,8…4,6 %), нерозчинними харчовими волокнами (близько 8 %), азотистими основами (1,2…1,6 %), широким спектром вітамінів та мінеральних сполук. Цукромістка сировина виявилась особливо придатною для отримання сублімованих високоякісних харчових добавок, завдяки здатності цукрози сприяти збереженню структурно-функціональної цілісності клітин при заморожуванні матеріалу.
Встановлено, що при оптимальних параметрах процесів низькотемпературного зневоднення вуглеводної сировини – заморожуванні, сублімації, диспергуванні, відбувається деградація зв’язків між високо- та низькомолекулярними сполуками, перехід аскорбінової кислоти, -каротину, ряду амінокислот із зв’язаної у вільну форму тощо, що загалом підвищує біодоступність харчових добавок, покращує їх засвоюваність живим організмом, поліпшує біологічні, харчові та органолептичні властивості готових продуктів.
Виявлено, що при визначенні оптимальних параметрів низько-температурного зневоднення рослинних матеріалів необхідно враховувати їхню вихідну вологість, яка безпосередньо впливає на температуру фазових переходів. Встановлено для різної сировини граничну межу вологості, нижче якої вода не кристалізується (для ягід близько 50 %, коренеплодів 24…28 %) і яку заморожувати недоцільно.
Інтенсифікація низькотемпературного зневоднення досягається при ступінчастому підведенні тепла до сублімаційної камери – величина теплового потоку на початку процесу в 2…2,5 рази має бути більшою, ніж у кінці. Температура повітря в субліматорі на стадії досушування не повинна перевищувати 35…40 0С, а тиск необхідно підтримувати в межах від 13,3 до 1,5 Па.
Побудовано і перевірено на адекватність математичну модель видалення зв’язаної води із сублімованих матеріалів (досушування), яка може стати підгрунтям одного із напрямів інтенсифікації низькотемпературного перероблення рослинних матеріалів. Модель дозволяє знайти граничні температури максимального збереження найлабільнішого біокомпонента – вітаміну С, що дає змогу визначити оптимальні параметри процесу досушування і отримати продукт високої якості.
Вперше запропоновано поєднання процесів диспергування сублімованих продуктів з їх активацією, що сприяє підвищенню біологічної засвоюваності отриманих добавок на 25…28 %, збільшенню концентрації розчинних компонентів: пектину на 110…150 %, загальних цукрів на 80…115 %, суми глюкози і фруктози на 60…95 %, органічних кислот на 9…17 %; збагаченню кінцевого продукту есенціальними сполуками (вміст вітаміну С зростає на 12…15 %, -каротину на 22…26 %).
За результатами апробації сублімованих харчових добавок у лабораторних умовах і на живих тест-об’єктах встановлено, що вони діють комплексно: блокують поглинання радіонуклідів і інших ксенобіотиків (ефект протекторної дії 18…55 %), нейтралізують дію високоефективних вільних радикалів, сприяють нормалізації процесів кровотворення, підвищують захисні сили організму за рахунок стимуляції антиоксидантних ферментів.
Розроблена технологія харчових добавок з рослинної сировини на основі низькотемпературного зневоднення вирішує проблему створення вітчизняних продуктів профілактичного та оздоровчого призначення з підвищеним вмістом біологічно активних сполук, дає змогу захистити продовольчий ринок України від експансії зарубіжної продукції, здебільшого неякісної, забезпечити екологічний захист населення України. Враховуючи ефективність використання добавок, їхню порівняно невисоку вартість (1 кг сублімованих цукрових буряків коштує 17,64 грн. за цінами на 1.01.1998 р.), наявний прогрес у культурі харчування населення України, можна прогнозувати достатній споживчий попит на розроблені продукти та їхні широкі експортні перспективи.
Розроблено та затверджено нормативно-технічну документацію на сублімовані харчові добавки з вуглеводомісткої сировини; рецептури харчових продуктів (вершкового масла та кондитерських виробів) з їх використанням. Технологію, рецептури, обладнання захищено 6 авторськими свідоцтвами та патентами України.
Виконаний за сучасною методикою аналіз показників ефективності інвестиційного проекту способу очищення дифузійного соку з використанням механоактивованих вапняків показав, що зменшення річних поточних витрат складає на 1 т цукру 11,12 грн.; період повернення інвестицій – 3 місяці, індекс прибутковості проекту – 4,362. Аналогічний розрахунок проекту технології отримання сублімованих цукромістких добавок (на прикладі сировини цукрових буряків) свідчить про доцільність його впровадження на харчових підприємствах України.
Основний зміст дисертації опубліковано в таких роботах:
Монографія
1. “Новые технологии витаминных углеводосодержащих фитодобавок и их использование в продуктах профилактического действия / Павлюк Р.Ю., Черевко А.И., Гулый И.С., Симахина Г.А., Соколова Л.М., Дьякова Т.С., Федорова С.С. – Харьков, Киев, 1997. – 258 с.
Статті в фахових наукових журналах і збірниках наукових праць:
2. Оптимизация предварительной дефекации /Л.П. Рева, В.Е. Яковенко, В.М. Логвин, Г.А. Симахина // Известия ВУЗов. Пищевая технология. – 1983. – № 6. – С. 96-100.
3. Моделирование коагуляции белка в условиях преддефекации диффузионного сока / Л.П. Рева, В.Е. Яковенко, В.М. Логвин, Г.А. Симахина // Известия ВУЗов. Пищевая технология. – 1984. – № 1. – С. 62-65.
4. Механохимия природных материалов с целью их использования в свеклосахарном производстве / Л.П. Рева, Г.А. Симахина., В.М. Логвин, В.Ю. Виговский // Известия ВУЗов. Пищевая технология. – 1984. – № 4. – С. 48-49.
5. Новый аппарат прогрессивной преддефекации марки А2-ППР / Логвин В.М., Симахина Г.А., Рева Л.П., Баракаев А.М., Жарик Б.Н., Щербаков А.М. //Сахарная промышленность. – 1987. – № 3. – С. 38-41.
6. Измельченный известняк для очистки диффузийного сока / Рева Л.П., Симахина Г.А., Логвин В.М., Рээмет О.Г., Шагарова Б.У. // Сахарная свекла. – 1988. – № 6. – С. 26-29.
7. Вертикальный аппарат прогрессивной преддефекации /Баракаев А.М., Жарик Б.Н., Щербаков А.М., Логвин В.М., Симахина Г.А., Бойко Т.Н., Чмутов Л.М., Худолий В.П., Галушко Л.Г. // Сахарная свекла. – 1989. – № 3. – С. 55-58.
8. Низкотемпературная кристаллизация воды в биологических системах /И.С. Гулый, Н.А. Прядко, В.П. Андрущенко, Г.А. Симахина // Пищевая промышленность. – 1992. – № 38. – С. 45-48.
9. Изменения состояния воды при замораживании плодово-ягодного сырья /И.С. Гулый, Н.А. Прядко, В.П. Андрущенко, Г.А. Симахина // Пищевая промышленность. – 1992. – № 38. – С. 96-99.
10. Роль комплексоутворення у виведенні радіонуклідів з організму /А.Є. Архипець, Г.О. Сімахіна, І.С. Гулий, В.П. Андрущенко // Наукові праці УДУХТ. – 1993. – № 1. – С. 15-20.
11. Математичне моделювання температурного поля при сублімації рослинної сировини / Ю.І. Федоткін, І.С. Гулий, В.І. Асаулюк, Г.О. Сімахіна // Наукові праці УДУХТ. – 1993. – № 1. – С. 47-50.
12. Поведінка біологічно активних речовин коренеплодів при зневодненні /Г.О. Сімахіна, І.С. Гулий, М.О. Прядко, В.П. Андрущенко // Наукові праці УДУХТ. – 1993. – № 1. – С. 206-210.
13. Механізм зневоднення топінамбура при низьких температурах /Бобрівник Л.Д., Гулий І.С., Сімахіна Г.О., Андрущенко В.П., Гриненко І.Г., Грушецький Р.І. // Наукові праці УДУХТ. – 1994. – № 2. – С. 39-43.
14. Сімахіна Г.О., Андрущенко В.П., Ільницька Л.В. Денатураційні перетворення та гідроліз білків сушеної картоплі // Наукові праці УДУХТ. – 1994. – № 2. – С. 44-47.
15. Раціональні параметри процесу сублімаційного зневоднення чорної смородини / Асаулюк В.І., Сімахіна Г.О., Щербатюк О.Г., Пальоха М.С., Федоткін Ю.І. // Наукові праці УДУХТ. – 1994. – № 2. – С. 94-99.
16. Прядко М.О., Сімахіна Г.О., Андрущенко В.П. Особливості поведінки різних форм вологи рослинних матеріалів при заморожуванні // Харчова промисловість. – 1996. – Вип. 42. – С. 68-71.
17. Сімахіна Г.О., Андрущенко В.П., Ільницька Л.В. Вивчення оптимальних умов зберігання сировини до сублімації // Харчова промисловість. – 1996. – Вип. 42. – С. 71-74.
18. Сімахіна Г.О., Клименко Л.Т., Асауленко А.О. Визначення біологічної цінності амаранту на різних стадіях перероблення // Харчова промисловість. – 1998. – Вип. 43. – С. 12-17.
19. Сімахіна Г.О. Структурні перетворення білкових фракцій амаранту під час заморожування. // Харчова промисловість. – 1998. – Вип. 43. – С. 17-22.
20. Сімахіна Г.О. Біохімічні компоненти амаранту та їхня роль у харчуванні //Харчова промисловість. – 1998. – Вип. 43. – С. 8-12.
21. Використання вершкового масла, збагаченого кріопорошками з рослин-ної сировини / Рашевська Т.О., Сімахіна Г.О., Гулий І.С.; Прядко М.О., Качалай Д.П., Хиценко І.І. // Харчова промисловість.-1998.- №43-44.-С.67-70.
22. Рева Л.П., Пушанко Н.Н., Симахина Г.А. Исследование оптимальных условий процесса І сатурации // Сахарная промышленность. – 1997. – № 6. – С. 25-27.
23. Сімахіна Г.О. Особливості видалення зв’язаної вологи при сублімації рослинних матеріалів // Наукові праці УДУХТ, 1997. – № 3. – С. 65-66.
24. Сімахіна Г.О. Математична модель процесу досушування ягід чорної смородини // Наукові праці Одеської державної академії харчових технологій. – 1998. – Вип. 18. – С. 232-233.
25. Сімахіна Г.О. Агрегативна стійкість розчинів високомолекулярних сполук буряків // Наукові праці УДУХТ. – 1998. – № 4. – С. 22-23.
26. Сімахіна Г.О. Вода в біологічних об’єктах при охолодженні і заморожуванні // Наукові праці УДУХТ. – 1998. – № 4. – С. 30-31.
27. Бойко С.А., Сімахіна Г.О. Пошук та розроблення засобів виведення радіонуклідів з організму людини // Наукові праці УДУХТ. – 1998. – № 4. – С. 33-34.
28. Панасюк Л.Г., Сімахіна Г.О. Подрібнення та активація вапняку для виготовлення високоефективних адсорбентів // Наукові праці УДУХТ. -1998. – № 4. – С. 35-36.
29. Сімахіна Г.О. Вивчення механоактивації вапняків методом термічного аналізу // Наукові праці УДУХТ. – 1998. – № 4. – С. 57-59.
30. Сімахіна Г.О. Зміни фізико-хімічних властивостей механоактивованого вапняку під час зберігання // Наукові праці УДУХТ. – 1998. -№ 4. – С. 61-63.
31. Симахина Г.А. Поведение основных биокомпонентов амаранта при замо-раживании // Хранение и переработка сельхозсырья. – 1998. – № 7. – С. 39-40.
32. Черевко А.И., Погарская В.В., Симахина Г.А. О влиянии механического воздействия на витамины и биополимеры при получении каротиноидных пастообразных полуфабрикатов из моркови иммуностимулирующего и радиозащитного действий // Зб. наук. пр. “Актуальні науково-методичні проблеми в підготовці спеціалістів вищої кваліфікації для торгівлі і харчування”. – Харків: Харківська державна академія технології та організації харчування. – 1997. – Ч.1. – С. 5-9.
33. Симахина Г.А. Создание и перспективы использования растительных пищевых добавок профилактического и оздоровительного назначения //Научные и практические аспекты совершенствования качества и экспертиза пищевых продуктов. Сб. научн. тр. – Одесса: Одесский центр научно-технической и экономической информации Миннауки Украины. – 1998. – Вып. 1. – С. 25-29.
34. Сімахіна Г.О. Ефективність та перспективи використання харчових кріодобавок // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. – 1998. – № 1-2. – С. 3-4.
35. Дерев’яго І.В., Андрущенко В.П., Сімахіна Г.О. Кріопорошки проти радіонуклідів // Харчова і переробна промисловість. – 1992. – № 1. – С. 22-24.
36. Гулий І.С., Сімахіна Г.О., Андрущенко В.П. Низькотемпературне зне-воднення картоплі / Харчова та переробна промисловість. – 1993. – № 3. – С. 26-27.
37. Одержання продуктів харчування з високим вмістом біологічно активних речовин / І.С. Гулий, М.О. Прядко, Г.О. Сімахіна, В.І. Асаулюк // Харчова та переробна промисловість. – 1993. – № 10. – С. 9-10
38. Кріопорошки амаранту / І.С. Гулий, Г.О. Сімахіна, В.П. Андрущенко, С.М. Клименко // Харчова та переробна промисловість. – 1993. – № 10. – С. 11.
39. Нові технології переробки рослинної сировини для виготовлення продуктів харчування з протекторним впливом / Кисла Л.В., Сімахіна Г.О., Бандуренко Г.М., Єлісєєва О.К., Романова З.М. // Медичний консультант. – 1997. – № 2. – С. 38-40.
40. Дослідження методів визначення оптимальних величин рН лужності соку попередньої дефекації / Л.П. Рева, Г.О. Сімахіна, Н.М. Пушанко В.Ю. Яковенко // Цукор України. – 1996. – № 4. – С. 20-22.
Авторські свідоцтва та патенти:
41. А.с. 1158584 СССР, МКИ С 13 D 3/02. Аппарат для предварительной дефекации диффузионного сока / Рева Л.П., Логвин В.М., Симахина Г.А., Баракаев А.М., Зозуля С.А., Бобровник Г.Д. (СССР). – № 3646775/28-13; Заявлено 27.09.83; Опубл. 30.05.85, Бюл. № 20. – 2 с.
42. А.с. 1306958 СССР, МКИ С 13 D 3/00. Способ очистки сахаросо-держащего раствора / Рева Л.П., Логвин В.М., Симахина Г.А., Демченко А.И., Рээмет О.Г., Шагарова Б.У., Антонов А.В. (СССР). – № 3921159/31-13; Заявлено 24.04.85; Опубл. 30.04.87, Бюл. № 16. – 6 с.
43. А.с. 1214758 СССР, МКИ С 13 D 3/02. Аппарат для прогрессивной пред-дефекации диффузионного сока /Баракаев А.М., Бобровник Г.Д., Щерба-ков А.М., Логвин В.М., Рева Л.П., Симахина Г.А., Скрипчук А.Л. (СССР).-№ 3722946/28-13; Заявлено 10.04.84; Опубл. 28.02.86, Бюл. № 8.-4 с.
44. Пат. 6562 А Україна, МКІ А 23 L 1/212, А 23 Р 1/06. Спосіб переробки цитрусових плодів / Гулий І.С., Прядко М.О., Андрущенко В.П., Сімахіна Г.О., Ободович О.М., Дерев’яго І.Б., Самопал В.В. (Україна); УДУХТ. – №94301236; Заявл. 01.07.91; Опубл. 29.12.94; Бюл. № 8-1. – 6 с.
45. Пат. 23410 А Україна, МКІ А 23 С 15/02. Спосіб виробництва вершкового масла / Т.О. Рашевська, І.С. Гулий, М.О. Прядко, Г.О. Сімахіна (Україна); УДУХТ. – № 96072781; Заявл. 11.07.96; Опубл. 02.06.98, Бюл. № 2. – 10 с.
46. Пат. 14710 А Україна, МКІ А 23 С 15/02. Спосіб виробництва кисловершкового масла / Рашевська Т.О., Гулий І.С., Прядко М.О., Сімахіна Г.О., Андрущенко В.П. (Україна); УДУХТ. – № 95042132; Заявл. 27.04.95; Опубл. 04.02.97; Бюл. № 3. – 14 с.
Депоновані статті
47. Об аппаратурном оформлении преддефекации / Рева Л.П., Симахина Г.А., Логвин В.М.; УДУХТ. – Киев, 1985. – 9 с. – Рус. – Деп. в ГНТБ Украины 12.06.85, № 1654 – Ук85.
48. Об улучшении седиментационно-фильтрационных свойств осадков / Рева Л.П., Симахина Г.А., Логвин В.М.; УДУХТ. – Киев, 1985. – 7 с. – Рус. – Деп. в ГНТБ Украины 12.06.85, № 1653 – Ук85.
49. О влиянии интенсивности перемешивания на качественные показатели преддефекованного сока / Рева Л.П., Симахина Г.А., Логвин В.М.; УДУХТ. – Киев, 1985. – 8 с. – Рус. – Деп. в ГНТБ Украины 12.06.85, № 1651 – Ук85.
50. Влияние способа обезвоживания на физические и биологические свойства продуктов / Симахина Г.А., Андрущенко В.П., Гулый И.С. УДУХТ. – Киев, 1993. – 11 с. – Рус. – Деп. в ГНТБ Украины 11.05.93, № 1301 – Ук93.
51. Изменение состояния воды в растительном сырье при низкотемпературном обезвоживании / Симахина Г.А., Андрущенко В.П., Гулый И.С., Давыдова Е.О. УДУХТ. – Киев, 1993. – 10 с. – Рус. – Деп. в ГНТБ Украины 11.05.93, № 1303 – Ук93.
52. Поведение биологической системы при низкотемпературном обезвоживании / Симахина Г.А., Андрущенко В.П., Прядко Н.А., Михайлик В.А. УДУХТ. – Киев, 1993. – 10 с. – Рус. – Деп. В ГНТБ Украины 11.05.93, № 1304 – Ук93.
Матеріали та тези доповідей на наукових конференціях
53. Повышение технико-экономических показателей работы сахарного завода путем технического перевооружения известкового отделения / Г.А. Сима-хина, Л.П. Рева, В.М. Логвин, В.Ю. Виговский // Тезисы докладов Респуб-ликанской научно-технической конференции “Технический уровень предприятий перерабатывающей промышленности Госагропрома УССР и качество выпускаемой продукции” – Кировоград: Укррыбхоз. – 1989. – С. 18-20.
54. Рева Л.П., Симахина Г.А., Логвин В.М. Совершенствование технологии очистки диффузионного сока // Тезисы докладов научно-технической конференции “Интенсификация технологий и совершенствование оборудования перерабатывающих отраслей АПК”. – Киев: Киевский технологический институт пищевой промышленности. – 1989. – С. 4-5.
55. Получение плодоягодных порошков для напитков и соков на основе криотехнологии / Г.А. Симахина, В.П. Андрущенко, Н.А. Прядко, Л.Г. Сапунова // Тезисы докладов всесоюзного семинара “Технология производства концентратов напитков с использованием местного растительного сырья”. – Рига, 1990. – С. 16.
56. Оптимальные технологические параметры криотехнологии плодово-ягодного сырья / Г.А., Симахина В.П. Андрущенко, В.А. Михайлик, Давыдова Е.О. // Тезисы докладов зонального семинара “Состояние и перспективы применения технокриологии в различных отраслях народного хозяйства” – Пенза: Пензенский политехнический институт. – 1990. – С. 33-35.
57. Очистка диффузионного сока с использованием измельченного известняка / Г.А. Симахина, В.М. Логвин, Л.П. Рева, В.Ю. Виговский // Тезисы докладов научно-технической конференции “Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности”. – Москва: Московский технологический институт пищевой промышленности. – 1991. – С. 10.
58. Измельчение и механоактивация известняка для использования в качестве адсорбента при очистке сока в свеклосахарном производстве / Логвин В.М., Рева Л.П., Симахина Г.А., Рээмет О.Г., Шарова Б.У. // Тезисы докладов  Всесоюзного семинара “Дезинтеграторная технология” – Киев: Киевский технологический институт пищевой промышленности. – 1991. – С. 99-100.
59. Фазовые переходы первого рода при замораживании и оттаивании картофеля и овощей / И.С. Гулый, Н.А. Прядко, Г.А. Симахина, В.П. Андрущенко // Тезисы докладов четвертой Всесоюзной научно-технической конференции “Разработка комбинированных продуктов питания (медико-биологические аспекты, технология, аппаратурное оформление, оптимизация)” – Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности – 1991. – С. 47-48.
60. Криосушка – новый метод хранения топинамбура / Бобровник Л.Д., Гулый И.С., Симахина Г.А., Андрущенко В.П., Лезенко Г.А., Гриненко И.Г., Грушецкий Р.И. // Тезисы докладов третьей Всесоюзной научно-производственной конференции “Топинамбур и топинсолнечник – проблемы возделывания и использования” – Одесса: Одесское ЦНПО “Корма”. – 1991. – С. 118-119.
61. Изменение белкового комплекса при сушке / Прядко Н.А., Симахина Г.А., Андрущенко В.П., Финагин Л.К., Лаврушенко Л.Ф. // Тезисы докладов Всесоюзной конференции “Химические превращения пищевых полимеров” – Светлогорск: Калининградский технический институт рыбной промышленности и хозяйства. – 1991. – С. 116.
62. Подрібнення та механоактивація кріопродуктів з рослинної сировини / І.С. Гулий, М.О. Прядко, В.П. Андрущенко, Г.О. Сімахіна // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції “Розробка та впровадження нових технологій і обладнання у харчову та переробні галузі АПК”. – Київ: Київський технологічний інститут харчової промисловості. – 1993. – С. 530-531.
63. Сімахіна Г.О., Гулий І.С., Андрущенко В.П. Натуральні харчові домішки радіопротекторної, хімзахисної та імунозахисної дії // Тези доповідей науково-практичної конференції “Наукомісткі технології подвійного призначення”. – Київ: Київський університет ім. Тараса Шевченка. – 1994. – С. 161.
64. Перспективи технології сублімованих продуктів масового харчування /Г.О. Сімахіна, М.О. Прядко, В.П. Андрущенко, В.І. Асаулюк // Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції “Розвиток масового харчування, готельного господарства і туризму в умовах ринкових відносин” – Київ: Київський державний торговельно-економічний університет. – 1994. – С. 79-80.
65. Новая технология получения высокодисперсных криопорошков из растительного сырья / Л.В. Кислая, Г.А. Симахина, В.П. Андрущенко, Г.М. Бандуренко // Материалы конференции “Теория и практика процессов измельчения и разделения” – Одесса: Одесская государственная морская академия. – 1994. – С. 70-74.
66. Сімахіна Г.О., Рашевська Т.О., Сахно Н.М. Розробка нових продуктів лікувально-профілактичного харчування дітей на основі кріодобавок //Матеріали науково-практичної конференції “Науково-технічне та технологічне збільшення виробництва конкурентоспроможних продуктів для дитячого харчування” – Одеса: Державне науково-виробниче об’єднання “Консервпромкомплекс”. – 1995. – С. 55-56.
67. Симахина Г.А. Теоретические и практические аспекты применения механохимии при получении продуктов лечебно-профилактического действия // Материалы научной школы стран СНГ “Вибротехнология-95 по измельчению и активации” – Одесса: научно-производственное объединение “ВОТУМ”. – 1995. – С. 38-44.
68. Получение комбинированных продуктов – питания и лечебно-профилак-тического действия – методами механохимии / Г.А. Симахина, В.П. Андрущенко, Г.М. Бандуренко, Т.А. Мартыненко // Материалы конфе-ренции “Теория и практика процессов измельчения и разделения”. – Одесса: Одесская государственная академия. – 1995. – С. 58-59.
69. Використання низьких температур при переробці сільськогосподарської сировини / Г.О. Сімахіна, М.О. Прядко, В.П. Андрущенко, Л.Ф. Лаврушенко // Тези доповідей І з’їзду Українського товариства кріобіології і кріомедицини. – Харків: Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України. – 1995. – С. 29-30.
70. Метаболізм радіоактивних елементів в присутності рослинних кріопорошків / Сімахіна Г.О., Андрущенко В.П., Лаврушенко Л.Ф., Пальоха М.С., Сапунова Л.Г. // Тези доповідей Всеукраїнської науково-технічної конференції “Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість” – Київ: Український державний університет харчових технологій. – 1995. – С. 133.
71. Механохимия в производстве продуктов детского и диетического питания из плодовоовощного сырья / Кислая Л.В., Бандуренко Г.М., Симахина Г.А., Мудрак Т.Е., Голубева Л.А., Усатюк С.И., Мокляк Н.П., Буцько О.А. // Сборник докладов международного научного семинара “Механохимия и механическая активация” – Санкт-Петербург: Институт химической физики им. Н.Н. Семенова. – 1995. – С. 262-265.
72. Сімахіна Г.О., Крапивницька І.О., Карпович М.С. Принципи створення нових видів харчової продукції спеціального призначення // Матеріали науково-практичних семінарів з міжнародною участю приурочених до 10-річчя чорнобильської аварії в рамках Міжнародної спеціалізованої виставки “Чорнобиль: екологія, людина, здоров’я” – Київ: Мінчорнобиль України. – 1996. – С. 39-40.
73. Симахина Г.А., Андрущенко В.П. Повышение биологической усваиваемости криоматериалов как проявление механоактивации //Материалы шестой научной школы стран СНГ “Вибротехнология-96 по механической обработке дисперсных материалов и сред” – Одесса: Научно-производственное объединение “ВОТУМ”. – 1996. – С. 75-78.
74. Симахина Г.А., Асаулюк В.И., Андрущенко В.П. Оптимальные параметры замораживания растительного сырья // Тези доповідей ІХ Міжнародної конференції “Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв” – Одеса: Одеська державна академія харчових технологій. – 1996. – С. 19.
75. Симахина Г.А., Прядко Н.А., Андрущенко В.П. Влияние способов хранения на биохимические показатели зерна амаранта // Тезисы докладов межрегиональной научно-практической конференции “Пищевая промыш-ленность-2000” – Казань: Казанский государственный технологический университет. – 1996. – С. 118-120.
76. Симахина Г.А. Безотходная технология переработки сахарной свеклы //Научные труды Международной конференции “Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых” – Одесса: Одесская государственная академия пищевых технологий. – 1997. – С. 203-205.
77. Сімахіна Г.О., Бойко С.А., Павленко С.І. Вуглеводомістка сировина як джерело отримання натуральних радіопротекторів // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість” – Київ: Український державний університет харчових технологій. – 1997. – С. 7-8.
78. An influence of drying methods upon inulin quality / Groushetsky R., Simakhina G., Guliy I., Bobrovnik L., Grinenko I. // Sixth Seminar on Inulin. Braunschweig: Federal Agricultural Research Centre. – 1996. – P. 17.
79. The usage of inulin criogenous addition in bakery / Simakhina G., Guliy I., Dotsenko V., Grinenko I., Groushetsky R., Bobrovnik L. // International workshop on inulin as medicine & food ingredient – Properties and application of inulin – Ukrainian State University of Food Technologies. – 1997. – P. 13.
80. Low-temperature drying of inulin-containang materials / G. Simakhina, R. Groushetsky, I. Guliy, L. Bobrovnik, I. Grinenko // International workshop on inulin as medicine & food ingredient – Properties and application of inulin – Ukrainian State University of Food Technologies. – 1997. – P. 10.
81. The influence of drying upon quality / Groushetsky R., Simakhina G., Guliy I., Bobrovnik L., Grinenko I. // Proceedings of the Seventh Seminar on Inulin. – Belgium: European Fructan Association. – 1998. – P. 33-35.
82. The role of water phase in formation of microstructure of butter with red beet powder additive / Rashevskaya T., Gulyi I., Simachina G., Pryadko N., Goyko I. and Tobilevich N. // International Symposium on “Water management in the design and distribution of quality foods” – Helsinki: University of Helsinki. – 1998. – P. 202-203.
83. Симахина Г.А. Адсорбционно-структурные характеристики механоакти-вированого известняка // Материалы конференции “Вибротехнология-98. Механическая обработка дисперсных материалов и сред” – Одесса: Научно-производственное объединение “ВОТУМ”. – 1998. – С. 97-100.
84. Симахина Г.А. Спектроскопическое исследование изменений структуры известняка при измельчении // Материалы конференции “Вибротехно-логия-98. Механическая обработка дисперсных материалов и сред” – Одесса: Научно-производственное объединение “ВОТУМ”. – 1998. – С. 93-96.

Сімахіна Г.О. Розроблення та вдосконалення технологій цукристих речовин та цукромістких харчових добавок. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора технічних наук за спеціальністю 05.18.05 – технологія цукристих речовин. – Український державний університет харчових технологій, Київ, 1999.
В дисертації представлено результати теоретичних і експериментальних досліджень підвищення ефективності цукробурякового виробництва шляхом вдосконалення наявної технології очищення дифузійного соку, розроблення апарата попередньої дефекації, позбавленого недоліків діючого обладнання, формування нового напряму у промисловості – отримання з цукрових буряків та іншої вуглеводомісткої сировини сублімованих харчових добавок оздоровчого і профілактичного призначення. Обгрунтовано доцільність використання на дефекосатурації механоактивованих природних карбонатів, в тому числі дрібнофракційних відходів вапняку, встановлено оптимальні значення параметрів механоактивації матеріалів, визначено спосіб їх використання. Для корегування структури харчування населення України і зменшення споживання рафінованої їжі, створено нову низькотемпературну технологію перероблення цукрових буряків на цукромісткі продукти та харчові добавки підвищеної біологічної дії. Наведено результати промислових досліджень, обгрунтовано соціальне значення та економічну ефективність впровадження нових технологій у народне господарство.
Ключові слова: цукрові буряки, вапняк, переддефекатор, механо-активація, дисперсність, азот, фазові переходи, сублімація, біологічна активність, декорпорація.

Симахина Г.А. Разработка и совершенствование технологий сахаристых веществ и сахаросодержащих пищевых добавок. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.18.05 – технология сахаристых веществ. – Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 1999.
В диссертации представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований повышения эффективности свеклосахарного производства путем усовершенствования существующей технологии очистки диффузионного сока, разработки аппарата предварительной дефекации, лишенного недостатков действующего оборудования, формирования нового направления в промышленности – получение из сахарной свеклы и другого углеводсодержащего сырья сублимированных пищевых добавок оздоровительного и профилактического назначения. Обоснована целесообразность применения на дефекосатурации механоактивированных природных карбонатов, в том числе мелкофракционных отходов известняка, определен способ их использования. Для коррекции структуры питания населения Украины и уменьшения употребления рафинированной пищи, создана новая низкотемпературная технология переработки сахарной свеклы на сахаросодержащие продукты и пищевые добавки повышенного биологического действия. Приведены результаты промышленных исследований, обоснованы социальное значение и экономическая эффективность внедрения новых технологий в народное хозяйство.
Ключевые слова: сахарная свекла, известняк, преддефекатор, механоактивация, дисперсность, азот, фазовые переходы, сублимация, биологическая активность, декорпорация.

Simakhina G.O. Development and improvement of the technologies of sugary substances and sugar-containing food additives. – Manuscript.
Thesis for a Doctor’s degree by speciality 05.18.05. – Technology of Sugary Substances. – Ukrainian State University of Food Technologies, Kyiv, 1999.
The thesis presents the results of theoretical and experimental researches on the increase of the sugar-beet industry’s efficiency by improvement of existing technologies of diffusion juice purification; development of pre-defecation apparatus, elimination of defects of the existing equipment; formation of a new trend in industry – obtaining the sublimed food additives for health and preventive destination from sugar beet and other carbohydrate-containing raw. Thanks to the natural combination of bioactive components, expressed desintoxicant (including radioprotectory) and antioxidant properties, these additives are the base for normal functioning of human organism as self-reviving system and for correction of the structure of sanitary nutrition of Ukrainian population.
There were accomplished some theoretical investigations of the properties of coagulation of high-molecular compounds in diffusion juice, created a mathematical model of this process in relation with conditions of pre-defecation; developed, tested, and proposed to industry an originally constructed pre-defecator A2-PPR. There was proved and elucidated a mechanism of basic physical and chemical interactions of the components upon working of the proposed apparatus.
There was proved an expedience of using the mechanoactivated natural carbonates, including the small-fraction waste products of limestone, in defecosaturation; confirmed the optimal indices of the parameters of materials’ mechanoactivation, and defined the way of their usage.
The constructive properties of desintegrators create the benign conditions for unregulation of the structure, formation of point and line defects and fissures on the surface of the particles of different desintegrated materials, which became a base for obtaining the adsorbents of non-sugars of diffusion juice from sugar beets by dispersion of natural carbonates. The analysis of isotermes of dissolvent steams’ sorbtion by dispersed materials showed that the ability of mechanoactivated limestones to adsorbtion is an aggregate result of those positive changes which accompain the dispersion in the apparatus of percussive action – accumulation of surface energy, transformation of initial porous structure into non-porous, which is described by sorbtion isoterme of type IV; transformation of carbonates into base carbonates, formation of calcium and magnium oxides on the surface of limestones; destruction of existing compounds and formation of new ones etc.
The usage of mechanoactivated limestones makes possible to reduce the amounts of limestone spent for purification of diffusion juice by 46…57%, to provide a rational utilization of the waste products from quarries and limestone departments of sugar plants, and to provide the environment protection.
There was based theoretically and proved experimentally the possibility to use the traditional and non-traditional raw materials on comparatively new level – as the sources of vitamins, nitrogen compounds, carbohydrates, micro- and macroelements.
There was also proved the expedience of non-waste low-temperature processing of sugar beets into foods and food additives. This makes possible to use the part of the crop rationally, to increase the output of sugar from the unit of processed raw, to minimize its loss in production, and to obtain a product which, besides its high content of sucrose (about 70 %), is rich in monosugars (2,5…3,0 %), organic acids (about 5 %), essential amino acids and protein (3,8…4,6 %), undigestible fiber (about 8 %), nitrogen substances (1,2…1,6 %), and the wide range of vitamins and mineral substances.
For the first time, there was defined that almost all biocomponents of carbohydrate-containing materials change in freezing, sublimation, dispersion and storage, which, in general, promotes the food additives’ availability, their utilization by human organism, and the increase of nutritional, biological, and organoleptic properties of the final products. There was affirmed the direct influence of raw’s initial humidity on the temperature of phase transformations, and defined its lower limit upon which freezing becomes insufficient (50 % for berries, and 24 % for beets).
For the first time, there was built and experimentally proved the adequacy of the mathematical model of removal of the bound water from sublimed materials, which indicates the existеnce of marginal temperatures for maximal storage of vitamin C.
There was also proposed the usage of desintegrators for dispersion and activation of sublimed materials.
The result is an increase of biological utilization of activated materials (by 25…28 %) and of their content of soluble components (by 113…150 % of pectin, by 83…117 % of general sugars, by 57…95 % of fructose, by 9…17 % of organic acids); enrichment of the final product by essential substances (by 12…15 % of vitamin C, and by 22…26 % of -carotene).
There was developed and confirmed the normative and technical documentation for sublimed food additives from carbohydrate-containing raw, the recipes of foods (butter, bakery products) with their use. The technology, recipes and equipment is protected by 6 Ukrainian patents.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019