WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 |

«Гринюк Анна Валентиновна ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО АЗОТА В КАЧЕСТВЕ АГЕНТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ...»

-- [ Страница 1 ] --

1

Министерство образования и наук

и РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

(ФГБОУ ВПО «КемТИПП»)

На правах рукописи

Гринюк Анна Валентиновна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ КРОВИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОГО АЗОТА В КАЧЕСТВЕ

АГЕНТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ

Специальность 05.18.04 – технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор А.Ю. Просеков Кемерово

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………........ ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР……………………………… 1.1 Характеристика белкового состава крови убойных животных….… 1.2 Способы переработки крови …………………………………..…….. 1.2.1 Стабилизация и дефибринирование крови…………………….. 1.2.2 Сепарирование крови…………………………………………… 1.2.3 Коагуляционное осаждение белков крови…………………… 1.2.4 Обесцвечивание крови…………………………………………... 1.2.5 Консервирование крови и ее компонентов……………………. 1.2.6 Замораживание крови…………………………………………… 1.2.7 Ультрафильтрация плазмы (сыворотки) крови………………... 1.2.8 Сушка крови……………………………………………………… 1.3 Особенности аппаратурного оформления сушки способом сублимации……………………………………………………………… 1.4 Заключение к аналитическому обзору………………………………. ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ……………………………………………………… 2.1 Организация выполнения работы …………………………………… 2.2 Объекты исследований ……………………………………………… 2.3 Методы исследований ……………………………………………… ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ………………… 3.1 Исследование крови как объекта замораживания ………………… 3.2 Исследование процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом …………………… 3.3 Исследование влияния применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки …………………………………………………

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

РАБОТЫ ………………………………………………………………… 4.1 Технологическая схема и рецептура сухого кровяного продукта … 4.2 Исследование физико-химических показателей готовых продуктов………………………………………………………………….. 4.3 Исследование показателей безопасности готового продукта ……... 4.4 Исследование сроков и условий хранения готового кровяного продукта …………………………………………………………………... 4.5 Разработка технической документации на сухой кровяной продукт 4.6 Исследование экономической эффективности выработки готового продукта в производственных условиях..………………………………. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ …………………………… СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………..… ПРИЛОЖЕНИЯ..………………………………………………………...…

ВВЕДЕНИЕ




Актуальность работы. Существующие технологии переработки крови сельскохозяйственных животных предусматривают ее дальнейшее применение в технических и пищевых отраслях промышленностей. При этом большая их часть устарела и не всегда отвечает запросам современных потребностей соответствующих отраслей промышленности. Одним из перспективных направлений развития являются биотехнологии пищевых производств, тем более это актуально при исследовании и переработке сырья с высоким содержанием ценных белков. Актуальным является и то, что кровь сельскохозяйственных животных относится к вторичному сырью, которое зачастую не перерабатывается в полной мере, а просто сбрасывается в канализацию предприятий-переработчиков мясного сырья.

Исследования в области сублимационной сушки крови ведутся, однако их перспективность не всегда оправдана ввиду относительной дороговизны процесса сушки. Это связано в первую очередь с длительностью процесса. Предлагаемая технология предварительного замораживания крови в жидком азоте перед ее переработкой позволяет сократить процесс сушки без потерь качественных показателей готового продукта, а в некоторых случаях и даже с более высокими показателями.

Все эти факты указывают на актуальность исследования и разработку технологии получения сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных. Наличие такого отечественного продукта на рынке будет интересно производителям питательных сред для выращивания микроорганизмов, производителям кормовых добавок животным и профилактических пищевых продуктов для человека.

Степень проработки темы исследований. Исследования по сублимационной сушке высокобелковых веществ, а также крови сельскохозяйственных животных обобщены в трудах Л.В. Антиповой, В.М. Горбатова, В.Г.

Горбатова, Н. К. Журавской, Киселева, А.Б. Лисицына, Л.С. ПожариР.Е.

ской, И.А. Рогова, М.Л. Файвишевского, И.П. Энглин и др. Также обобщения есть и в работах иностранных авторов: P.K. Bansal, G.A. Bell, J.E.

Braun, X.D. Chen, J.G.Sargeant.

Целью настоящей работы являлось исследование и разработка технологии сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных с использованием жидкого азота в качестве агента предварительного замораживания.

Для реализации поставленной цели при выполнении работы решали следующие задачи: исследование теплофизических и физико-химических свойств крови сельскохозяйственных животных, изучение фракционношо белкового состава крови сельскохозяйственных животных, исследование процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом, исследование влияния применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки, разработка технологии сухого белкового продукта и исследование состава и свойств готового продукта, разработка рекомендаций по его использованию.





Научная новизна работы: подобраны параметры процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом; обоснован метод и технологические режимы процесса обезвоживания крови сельскохозяйсвенных животных; исследовано влияние применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки; разработана технология получения сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан способ сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных, включающий применение жидкого азота, патент № 2499210 от 18.09. г. Установлены технологические режимы сублимационной сушки крови при условии ее предварительного замораживания в жидком азоте. Разработана рецептура и технологическая схема производства сухого белкового продукта из крови сельскохозяйственных животных, исследованы физикохимические показатели и показатели безопасности готового продукта, определены сроки и условия хранения готового продукта, разработана техническая документация (ТУ 9197-189-020683315-2014), исследована экономическая эффективность выработки продукта.

Положения, выносимые на защиту:

– параметры замораживания жидким азотом крови сельскохозяйственных животных;

– параметры обезвоживания крови сельскохозяйственных животных;

– технология получения готового продукта.

Методология и методы исследования. При проведении исследований применяли комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований физико-химических, микробиологических, реологических свойств сырья и готовой продукции.

Степень достоверности и апробация работы. По материалам диссертационных исследований опубликовано восемь печатных работ, из них две в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ «Способ сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных». Разработаны и утверждены технологическая инструкция и технические условия.

Работа выполнена в рамках программы ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России на 2009–2013 годы» по направлению 1.2.1, по теме: «Исследование и разработка комплексной технологии переработки отходов сельского хозяйства, пищевой и зерноперерабатывающей промышленности в функциональные продукты питания», государственный контракт 16.740.11.0058 от 01 сентября 2010 г.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

В настоящем обзоре приводятся данные литературных источников отечественных и зарубежных авторов, а также интернет-ресурсов.

1.1 Характеристика белкового состава крови убойных животных Химический состав крови зависит от вида, возраста, упитанности и условий предубойного содержания животных. Химический состав крови представлен в Таблице 1.1.1 [21, 27, 40, 50].

Таблица 1.1.1 – Химический состав крови животных Крупный Овцы и козы В среднем величина сухого остатка крови наиболее высокая у свиней и составляет у различных видов животных 19–21%. Эта величина значительно ниже у молодняка, у животных низких категорий упитанности и зависит от питьевого режима перед убоем. Содержание белков в сухом остатке крови достигает 90 %, причем на долю гемоглобина приходится около 60–65 % величины сухого остатка [2, 35].

Кровь является ценным источником полноценных белков, в котором содержатся все незаменимые аминокислоты [19, 20]. По аминокислотному составу наибольшую ценность имеет белок фибрин, в нем содержится 3, триптофана, 7 % фенилаланина, 2,6 % метионина. В меньшем количестве незаменимые аминокислоты входят также в состав сывороточного глобулина и альбумина. В альбумине, глобулине и фибрине содержатся все незаменимые аминокислоты, следовательно, они являются полноценными белками [84, 120, 123].

Гемоглобин нельзя отнести к полноценным белкам, так как в нем отсутствует незаменимая аминокислота – изолейцин. Однако в гемоглобине довольно высокое количество триптофана, поэтому при использовании в сочетании с другими белками крови его можно рассматривать как источник этой аминокислоты [130].

В состав органических небелковых веществ крови входят азотистые и безазотистые экстрактивные вещества различного химического состава.

Около 75 % общего количества небелковых органических веществ приходится на долю липидов при довольно высоком содержании лецитина [12]. В Таблице 1.1.2 представлен аминокислотный состав свиной крови [71].

Таблица 1.1.2 – Аминокислотный состав крови свиней Глутаминовая кислота В Таблице 1.1.3 приведен липидный составы свиной крови [71].

Таблица 1.1.3 – Липидный состав крови крупного рогатого скота Жирнокислотный состав крови Неорганические вещества крови находятся в виде минеральных соединений и органически связанной форме с белками (железо, медь). В Таблице 1.1.4 приведен минеральный состав крови крупного рогатого скота.

В крови содержатся в значительном количестве витамины группы В, а также витамины С, D, E, K [33, 34, 39].

Таблица 1.1.4 – Минеральный состав крови свиней Содержание воды в плазме крови животных составляет около 90– % [37, 38, 39]. Основная масса сухого остатка состоит из белков, содержание которых в плазме достигает 7–8 %. Выделение белков плазмы представляет собой довольно сложную задачу ввиду их высокой фракционности [36, 61, 135, 144].

Таблица 1.1.5 – Содержание белков в плазме аминокислотному составу [60, 62]. Особенности свойств плазмы крови различным соотношением входящих в ее состав белков, среднее содержание которых приведено в Таблице 1.1.5 [7, 16].

Фибриноген – главный компонент системы свертывания крови. Он нерастворим в воде, но хорошо растворим в разбавленных растворах нейтральных солей и в щелочах, осаждается сульфатом магния и хлоридом натрия ранее, чем наступает полное насыщение [47, 48].

Молекула фибриногена представляет собой вытянутый эллипсоид с полипептидных цепей, которые соединяются дисульфидными связями [90].

Схема представлена на Рисунке 1.1.1.

Молекулярная масса фибриногена – 330 000–340 000 Да, изоэлектрическая точка – 6,3, содержание углеводов – 4 %. Аминокислотный состав фибриногена хорошо сбалансирован по содержанию незаменимых аминокислот (Таблица 1.1.6 ) [11, 92].

Фибриноген обладает специфической особенностью под влиянием ферментов плазмы превращаться в нерастворимый белок – фибрин.

Оставшаяся жидкая часть называется сывороткой, отличие которой от плазмы по белковому составу, если не касаться вопроса изменения состояния ферментов, обусловлено содержанием в ней только фракций альбумина и глобулинов [5, 93, 94, 95].

Альбумин – один из немногих белков плазмы, который не является гликопротеином. По физико-химическим свойствам сывороточный альбумин является типичным альбумином (растворяется в воде и солевых растворах средней концентрации) [85, 86]. Фракция альбуминов гетерогенна, что связано с генетическим полиморфизмом. Молекула альбумина представляет собой эллипсоид, размеры которого 3015 нм.

Она образована одной полипептидной цепью и имеет 17 дисульфидных связей [57, 96]. Графическое изображение представлено на Рисунке 1.1.2.

Молекулярная масса белка около 70 000 Да. Благодаря высокой гидрофильности и значительной концентрации, альбумин играет важную роль в поддержании осмотического давления крови. Изоэлектрическая точка белка – 4,7. Аминокислотный состав альбумина приведен в Таблице 1.1.6 [65].

Глобулины плазмы крови представляют собой многочисленную группу белков различной структуры. Их условно обозначают -, - и глобулинами, которые, в свою очередь, подразделяются на ряд подфракций. В состав - и -глобулиновых фракций входят липопротеиды и гликопротеиды, а также белки, связанные с металлами [80, 87, 88, 89]. Структура глобулина представлена на рисунке 1.1.3.

Молекулярная масса фракций глобулина колеблется в широких пределах от 21 000 до 160 000 Да. Изоэлектрическая точка этих белков лежит в области pH: для -глобулинов – 2,7–5,4, для -глобулинов – 5,5, для -глобулинов – 6,3–7,3. В состав фракций -глобулинов входят белки, способные ингибировать трипсин и другие протеолитические ферменты.

Многие фракции -глобулина являются антителами. Для большинства сывороточных глобулинов характерно высокое содержание углеводов. Аминокислотный состав глобулиновых фракций представлен в Таблице 1.1. [65].

Небелковые азотистые вещества плазмы и сыворотки состоят из полипептидов, аминокислот, мочевины, мочевой кислоты креатина, креатинина, билирубинов, аммиака, индикана [76, 129, 134].

карбонатом натрия, фосфатом натрия, небольшим количеством солей калия и кальция [77].

Эритроциты составляют основную массу форменных элементов и от трети до половины всего объема крови, в 1 мм3 которой содержится от до 11 миллионов этих клеток. Содержание воды в эритроцитах составляет 57–68 %. Подавляющая часть сухого остатка эритроцитов падает на долю красного пигмента – гемоглобина, количество которого в эритроцитах колеблется в пределах от 30 до 41 % [67].

Гемоглобин является сложным белком. Он состоит из бесцветного белка глобина, связанного с окрашенной простетической группой – гемом [43, 44].

Молекула гемоглобина по своей форме приближается к сфере диаметром около 5,5 нм. Молекулярная масса – 64 500 Да, изоэлектрическая точка при рН – 5,5. Аминокислотный состав глобина характеризуется высоким содержанием гистидина (6–8 %) и отсутствием изолейцина. Аминокислотный состав белков плазмы крови представлен в Таблице 1.1.6 [121, 125, 131].

Таблица 1.1.6 – Аминокислотный состав белков плазмы крови Аминокислота Аминокислота Таким образом, при анализе белкового состава крови убойных животных следует отметить, что кровь является ценным биологическим продуктом с уникальными полифункциональными свойствами и занимает особое место среди источников полноценного белка [91, 97]. Основные белки плазмы крови – это сывороточные альбумины, глобулины, фибриноген являются полноценными, так как содержат весь комплекс незаменимых аминокислот. В гемоглобине отсутствует незаменимая аминокислота – изолейцин, поэтому его нельзя отнести к полноценным белкам.

Являясь ценным высокобелковым продуктом, кровь имеет множество направлений ее переработки, анализ которых необходим для понимания особенностей и основных факторов этих процессов. Обзор основных способов переработки представлен в главе 1.2.

1.2 Способы переработки крови Главным образом кровь перерабатывают на пищевые и технические продукты, преследуя ряд целей. Во-первых, это предотвращение ее свертывания, применение к ней консервирования, а также фракционирование.

Каждый вариант переработки имеет свои преимущества и недостатки, что требует дополнительного анализа.

1.2.1 Стабилизация и дефибринирование крови Для предотвращения свертывания крови проводят ее стабилизацию, что дает возможность сохранить полноценный белок крови фибриноген, увеличить выход готовой продукции, а также механизировать технологический процесс. Стабилизируют кровь, предназначенную на пищевые и технические цели. В качестве стабилизаторов используют водные растворы солей фосфорной кислоты (триполифосфат натрия, пирофосфат натрия, тринатрийфосфат девятиводный) и цитрата натрия. Кровь, используемую в колбасном производстве в цельном виде, стабилизируют поваренной солью, а кровь, предназначенную для сепарирования, стабилизировать поваренной солью не допускается, так как при этом наблюдается сильный гемолиз.

Кровь стабилизируют следующим образом. В чистый приемный сборник крови вливают определенное количество раствора стабилизатора, а затем сборник с помощью полого ножа через резиновый шланг наполняют кровью. После слива крови от каждого животного содержимое сборника тщательно перемешивают [26, 105,106].

В настоящее время на предприятиях эксплуатируются системы для сбора крови, в которых стабилизация осуществляется в процессе обескровливания, что позволяет значительно увеличить выход крови и улучшить санитарные условия. При использовании таких систем стабилизаторы вводят в виде растворов в сонную артерию оглушенных животных в процессе их обескровливания. Кровь после введения стабилизатора отбирается через полый нож под вакуумом. Стабилизацию крови, предназначенной для технических целей, проводить труднее, поскольку эту кровь собирают в приемные желоба, где невозможно обеспечить постоянный контакт стабилизатора с кровью [27].

Дефибринирование крови. В случае производственной необходимости, а также при отсутствии стабилизаторов во избежание образования сгустков кровь сразу же после сбора дефибринируют. Этот процесс осуществляют в специальных аппаратах – дефибринаторах из нержавеющей стали, оборудованных лопастной мешалкой (Рисунок 1.2.1). На мешалке закреплен диск из листовой нержавеющей стали толщиной 1,5 мм в виде четырехлепестковой фигуры с закругленными углами и треугольными вмятинами [75, 108].

1 – электродвигатели; 2 – редуктор; 3 – вал мешалки; 4 – бачки, 5 – ручка бачка; 6 – мойка; 7 – рычаг; 8 – ось; 9 – неподвижный фиксатор; 10 – подвижный фиксатор; 11 – станина; 12 – диск мешалки к дефидринатору Перемешивание крови в дефибринаторе продолжается постоянно, выключают мешалку через 4 – 5 мин. после добавления последней порции крови. После выключения мешалки кровь из дефибринатора через металлический сетчатый фильтр с диаметром отверстий 0,75–1 мм сливают в приемные сосуды. Дефибринированную кровь оставляют в сосудах до получения ветеринарно-санитарного заключения о ее пригодности для пищевых целей [75].

При сборе и обработке крови необходимо следить за тем, чтобы не происходил ее контакт с водой, так как это вызывает гемолиз и окрашивание сыворотки в красный цвет. Продолжительность периода от сбора крови, извлеченной у животного, до начала дефибринирования не должна превышать 1 мин. Задержка процесса дефибринирования приводит к образованию сгустков, которые не разбиваются мешалкой, и в конечном итоге к уменьшению выхода дефибринированной крови [26].

Рисунок 1.2.2 – Установка для приема и дефибринирования крови:

1 – труба; 2 – приемный бак; 3 – насос; 4 – трехходовые краны; 5 – проходные краны; 6 – желоб; 7 – поворотная труба; 8 – чан; 9 – площадка; 10 – перила; 11 – электродвигатель; 12 – салазки; 13 – ременная передача; 14 – мельница Средний выход дефибринированной крови и фибрина соответственно 90 и 10 % массы цельной крови крупного рогатого скота и свиней. Дефибринированная пищевая кровь красного цвета различной интенсивности имеет однородную структуру и жидкую консистенцию, без посторонних включений, в ней не должно быть постороннего или гнилостного запаха. Массовая доля сухого остатка должна быть не ниже 15 %. Наличие патогенных микроорганизмов не допускается [67].

Дефибринирование крови, предназначенной для технических целей, проводят в мельницах, где свернувшиеся сгустки крови измельчают. Установка для приема, дефибринирования и последующего измельчения крови представлена на Рисунке 1.2.2.

В мельницу техническая кровь из сборника равномерно загружается через воронку и после измельчения сгустков выливается через разгрузочный люк в нижней части машины. Выходящая из мельницы жидкость представляет собой дефибринированную кровь с примесью измельченного фибрина. После удаления фибрина в процессе фильтрации кровь направляют на сушку [68].

При дефибринировании технической крови используют кроме мельниц фильтрующую центрифугу ФМБ-602-Г-4. Кровь из приемного желоба равномерно поступает в центрифугу, где сгустки под влиянием центробежной силы прижимаются к ситу и продавливаются через него [56].

Для получения тонкоизмельченной массы свернувшуюся кровь обрабатывают на центробежной машине АВЖ-245К. В этой машине сгустки цельной крови разрушаются, но кровь сохраняет жидкую консистенцию, и из нее некоторое время не выделяется фибрин. Такую кровь можно сразу направлять в распылительные дисковые сушилки для получения альбумина [56].

Приемный бак изготавливают двухсекционным с сеткой между секциями для улавливания механических примесей и посторонних предметов.

Отстойный чан также двухсекционный, со сплошной разделяющей стенкой, что позволяет использовать его как приемник и как отстойник. Продолжительность отстаивания в нем 20–30 мин [58].

Отстоявшуюся дефибринированную кровь сливают через отверстие в дне отстойника, а оставшийся фибрин выгружают, фильтруют через металлическую сетку с отверстиями диаметром 1–2 мм, взвешивают и передают в производство кормовых продуктов. Фильтрация измельченной крови обеспечивает более полное извлечение жидкой части крови.

После фильтрации или отстаивания дефибринированная кровь поступает самотеком или с помощью насоса в напорные баки к сушилкам или приемные емкости для консервирования. По пути движения дефибринированной крови устанавливают сетчатый фильтр с отверстиями диаметром 0,75–1 мм или подвешивают на конце кровепровода марлевый фильтр [64, 65].

1.2.2 Сепарирование крови Для получения плазмы из стабилизированной крови или сыворотки из дефибринированной крови и форменных элементов используют сепараторы СК-1, ФК/ЖС и других типов. Сепарирование основано на том, что форменные элементы имеют более высокую плотность, чем плазма (сыворотка) крови. Центробежная сила, возникающая в результате вращения барабана сепаратора, значительно ускоряет процесс оседания и повышает выход плазмы (сыворотки) [15].

Схема движения крови в сепараторе показана на Рисунке 1.2.3. Легкая фракция (плазма или сыворотка) движется к центру барабана, под давлением вновь поступающих порций поднимается по наружным каналам тарелкодержателя и удаляется через отверстия разделительной тарелки в соответствующий приемник. Тяжелая фракция (форменные элементы) движется к периферии барабана и по каналам между разделительной тарелкой и крышкой барабана отводится в специальный приемник. Зазоры между тарелками составляют 0,3–0,6 мм. Разделение происходит в межтарелочном пространстве барабана сепаратора [15, 109].

Рисунок 1.2.3 – Схема движения крови и ее фракций в сепараторе:

1 – тарелкодержатель; 2 – разделительная тарелка; 3 – тарелка Перед сепаратором устанавливают промежуточный накопительный бак вместимостью 100–200 дм, куда кровь поступает самотеком, проходя через фильтр.

Выход плазмы при сепарировании зависит от фактора разделения сепаратора, температуры и продолжительности разделения. Фактор разделения показывает, во сколько раз центробежное ускорение в данном сепараторе больше ускорения свободного падения. Чем больше фактор разделения, тем интенсивнее процесс фракционирования [101, 104]. Соотношение фракций, получаемых при разделении крови, зависит от вида скота; в крови крупного рогатого скота плазма составляет 67 %, форменные элементы – 33; в свиной крови соответственно 56 и 44 % (такое соотношение характерно для стабилизированной крови) [22].

На многоэтажных мясокомбинатах накопительный бак с фильтром обычно устанавливают в цехе убоя скота и разделки туш на участке обескровливания рядом с дефибринатором, а сепаратор монтируют этажом ниже. В одноэтажных зданиях комплекс оборудования для обработки крови размещают непосредственно в цехе. Накопительный бак с фильтром целесообразно устанавливать перед сепаратором на специальной площадке с лестницей для подачи бидонов с дефибринированной или стабилизированной кровью [32].

Для подачи крови на сепарирование также используют винтовые насосы и вакуум-насосы. При транспортировании винтовым насосом стабилизированная кровь поступает через приемную воронку с наклонным спуском в накопительный бак, из которого насосом подается в сепаратор.

Полученные после сепарирования плазму и форменные элементы собирают отдельно в бидоны. При использовании вакуум-насоса в системе создается разрежение, благодаря чему кровь из приемного бака поступает в накопительный бак, а оттуда самотеком через кран направляется в сепаратор [32].

1.2.3 Коагуляционное осаждение белков крови В процессе переработки из крови выделяют белки. В зависимости от воздействующих факторов различают тепловую и химическую коагуляцию белков.

Тепловую коагуляцию осуществляют при температуре 90–95 °С. При этом методе значительно понижается микробиологическая обсемененность продукта, а массовая доля влаги в коагуляте понижается до 50 %. Недостатком этого метода является изменение нативных свойств белков крови вследствие их денатурации [53].

Химическую коагуляцию белков крови и ее фракций проводят в кислой среде при рН – 3,5–4,5. В качестве коагулянтов используют полифосфат натрия, трихлорид железа, лигнин и его производные. При использовании метода химического осаждения выделяется до 98 % белков крови.

После нейтрализации белковый коагулят используют в производстве колбасных изделий и консервов либо направляют его на сушку [53].

1.2.4 Обесцвечивание крови Использование крови для производства пищевых продуктов ограничено тем, что она придает продуктам темный цвет при добавлении даже в небольших количествах. В связи с этим кровь обесцвечивают.

Обесцвечивание крови проводят несколькими методами. Химические методы основаны на удалении тема из молекулы гемоглобина. Один из них предусматривает отделение тема в кислой среде в присутствии ацетона, причем выделяемый глобин обладает эмульгирующей способностью. Однако реализация этого способа связана с определенными трудностями и требует значительных затрат [18].

К химическим методам обесцвечивания цельной крови относится также пероксидно-каталазный способ, при котором цвет изменятся от красного до желтого. Гемолиз эритроцитов происходит при добавлении воды и нагревании смеси до 70 °С в присутствии пероксида водорода. На заключительном этапе реакции для разрушения пероксида водорода вводят фермент каталазу [102].

Из методов осветления крови без использования химических реагентов заслуживает внимания тонкое эмульгирование крови в белковожировой среде в присутствии молочных или растительных белков с помощью звуковых гидродинамических преобразователей. В процессе обработки компоненты эмульсии диспергируются и перераспределяются, в результате чего образуется прочный липопротеиновый комплекс, окруженный сальватной оболочкой, блокирующей цвет крови. Цвет получаемой эмульсии зависит от дисперсности системы и соотношения компонентов: чем больше дисперсность системы, тем светлее кровь. Наиболее оптимальный состав эмульсии следующий (в %): топленый жир – 45, казеинат натрия – 6–7, кровь – 20, вода – 28–29. Продолжительность ультразвуковой обработки в гидродинамическом вибраторе – 7 мин; средний размер жировых глобул – 1,95 нм. При выработке вареных колбас 1-го и 2-го сортов добавляют в количестве 10–15 % эмульсии от массы основного сырья. Обработка кровесодержащих жировых эмульсий в гомогенизаторе под давлением значительно снижает интенсивность окраски гемоглобина и позволяет несколько повысить количество крови в составе эмульсии [103, 108].

1.2.5 Консервирование крови и ее компонентов Кровь и кровепродукты – хорошая питательная среда для микроорганизмов, и при несвоевременной переработке в результате жизнедеятельности микроорганизмов в крови накапливаются продукты распада белков.

Действие микрофлоры в основном сводится к разложению белков гнилостными микроорганизмами, в результате которого выделяются дурнопахнущие вещества, ухудшающие органолептические показатели крови и ее компонентов [107].

Для предотвращения бактериального загрязнения при сборе и переработке крови необходимо строго соблюдать санитарные правила. Свежую дефибринированную или стабилизированную кровь и ее компоненты перерабатывают по мере получения, но не позднее чем через 2 ч после сбора при условии хранения ее при температуре не выше 15 °С. Охлажденные кровь, сыворотку, плазму и форменные элементы направляют на переработку по мере выработки, но не позднее чем через 12 ч при условии их хранения при температуре не выше 4 °С. Охлаждают кровь и ее фракции во флягах или специально изготовленной таре, которые помещают в камеры, оборудованные системами охлаждения с естественной и принудительной циркуляцией воздуха [109].

Если кровь и ее фракции не могут быть использованы в указанные сроки, их консервируют. Консервирование проводят химическими методами, замораживанием или высушиванием [109].

Химическое консервирование. При консервировании химическими методами в кровь, сыворотку, плазму и форменные элементы добавляют пищевую мелкокристаллическую или молотую поваренную соль в количестве 2,5–3 % массы и тщательно перемешивают. Законсервированную солью кровь хранят при температуре не выше 15 °С не более 4 ч, а при температуре не выше 4 °С – до 48 ч. Кровь и ее компоненты, законсервированные данным способом, используют в основном для выработки колбасных изделий (при составлении рецептур этих продуктов необходимо учитывать количество поваренной соли, добавленной в процессе консервирования) [109].

Законсервированные поваренной солью кровь и ее фракции нельзя использовать на корм пушным зверям и для выработки пищевого альбумина.

В качестве консервантов пищевой крови также используют водные растворы аммиака, или мочевины, диоксид углерода, смесь цитрата натрия с бензойной кислотой и поваренной солью, пиросульфат натрия, молочную кислоту и другие вещества [108].

Кровь, предназначенную для технических целей, консервируют антисептиками: крезолом или фенолом в количестве 2,5 кг на 1 т крови, 20 % -ным раствором аммиака и др. [103].

1.2.6 Замораживание крови Кровь и ее компоненты, предназначенные для более длительного хранения, замораживают при температуре – 18–35 °С в мембранных и роторных морозильных аппаратах типов ФМБ, АРСА/УРМА, а также в применяемых для получения чешуйчатого льда типа АИЛ-200, ИЛ-300, ИЛи др. [109].

Рисунок 1.2.4 – Схема замораживания крови и ее компонентов:

1 – емкость для сбора крови; 2 – фильтр; 3 – сепаратор; 4 – емкость для сбора сыворотки и форменных элементов; 5 – трубопровод; 6 – насос; 7 – Кровь и ее компоненты перед замораживанием помещают в пакеты из полимерных пленочных или других влагонепроницаемых материалов, пакеты предварительно укладывают в металлические тарелки-формы, полиэтиленовые ящики, гофрированные картонные ящики или поддоны, заливают на 1/4 объема продуктом, завязывают и устанавливают в холодильные камеры.

Кровь и кровепродукты можно замораживать с помощью специальных люстр, состоящих из формы со скобами-защелками (Рисунок 1.2.4) [108].

Форма выполнена из листовой стали, Три стенки формы – неподвижные, одна, передняя – откидная со скобой-защелкой. Кровь или ее компоненты заливают в формы люстр, внутри которых помещены полиэтиленовые пакеты. После заливки всех форм люстру на подвесных путях помещают в морозильную камеру и через 10 ч получают замороженные блоки, которые упаковывают в картонные ящики. Замораживание в формах позволяет механизировать процесс, а прямоугольная конфигурация форм обеспечивает более компактное заполнение ящиков и устойчивость штабелей при складировании продукции в холодильниках.

Для замораживания крови и ее компонентов разработана линия, включающая оборудование для приема, обработки и передачи крови на замораживание (Рисунок 1.2.5). Кровь из приемных емкостей, находящихся в цехе убоя скота и разделки туш, самотеком по трубопроводам через фильтры движется к сепараторам СК-1, после чего плазма (сыворотка) и форменные элементы направляются в емкости. По мере накопления и расхода их передают в колбасное производство, а излишки по трубопроводу с помощью насоса поступают на замораживание. Замораживание осуществляется в камерах холодильника при температуре – 32 °С в течение около Замороженные блоки упаковывают в ящики из гофрированного картона или мешки из комбинированного материала или бумажные. Хранят блоки при температуре не выше – 12 °С в течение 6 мес. [109, 117] Рисунок 1.2.5 – Люстра для замораживания крови и ее компонентов 1 – проушина; 2 – подвеска; 3 – пластина; 4 – скоба-защелка; 5– опора;

1.2.7 Ультрафильтрация плазмы (сыворотки) крови Высокая массовая доля воды в плазме (сыворотке) крови ограничивает возможности ее использования при получении некоторых видов мясопродуктов. К перспективным методам снижения массовой доли влаги относится ультрафильтрация через полупроницаемые мембраны, которые пропускают воду и низкомолекулярные вещества, а макромолекулы задерживают. Это приводит к увеличению концентрации высокомолекулярных компонентов смеси. Движущей силой процесса является градиент давления. Разделение проводится при комнатной температуре, что способствует сохранению нативных свойств белков [108].

Методом ультрафильтрации массовую долю белков в плазме (сыворотке) крови можно довести до 20 %. Сочетание ультрафильтрации с сушкой обеспечивает снижение энергозатрат и получение высококачественного продукта [118, 124].

1.2.8 Сушка крови Высушивание крови и кровепродуктов обеспечивает их длительное сохранение в условиях нерегулируемой температуры и существенно облегчает их транспортирование.

Наибольшее распространение получила распылительная сушка крови. Этот процесс складывается из трех последовательно протекающих этапов: распыление жидкости тонким слоем, сушка его в токе нагретого воздуха и отделение частиц высушенного материала от воздуха. Высокая дисперсность материала, достигаемая распылением (средний диаметр частиц – 50–100 мкм), резко увеличивает площадь контакта материала с теплоносителем. Высокая скорость сушки распылением позволяет организовать не процесс, полностью механизировать и автоматизировать работу сушильных установок [72, 78].

При распылительной сушке материал не нагревается до температуры нагревающей среды вплоть до обезвоживания, поэтому химически свободная влага удаляется ранее, чем успевает нагреться до температуры, при которой белки денатурируют. Одновременно резко снижается температура воздуха вблизи обезвоженной частицы, благодаря чему белки, витамины и другие термолабильные вещества сохраняют почти в полной мере нативные свойства при относительно высокой температуре сушки (130–180 °С).

Готовый продукт характеризуется высоким содержанием растворимых белков (более 85 %) при относительно высоком выходе [109].

К недостаткам распылительной сушки при сравнительно невысокой температуре теплоносителя (150 °С и ниже) следует отнести довольно высокий расход пара (2,5–3,0 кг на 1 кг испаренной влаги) вследствие малого влагонасыщения отработавшего воздуха (конечная относительная влажность около 20 %) и низкого коэффициента использования объема сушильной камеры [124].

С целью повышения экономичности распылительной сушки раствор предварительно концентрируют (упаривают и т. д.) и повторно используют теплоту обработавшего воздуха.

Распыление осуществляют с помощью форсунок или центробежных дисков. Форсунки могут быть пневматическими и гидравлическими.

Пневматические распылительные устройства действуют по принципу инжектора, распыление жидкости в них достигается при выходе струи сжатого воздуха под давлением 105 Па. Кровь и ее компоненты поступают в форсунки самотеком. При небольшой производительности форсунки требуют сравнительно больших энергозатрат и сложны в обслуживании.

Обрабатываемый материал распыляется в сушильной камере, смешивается с нагретым воздухом и обезвоживается. Основная масса высушенного продукта в виде пыли опускается на дно камеры и оттуда непрерывно отводится разгрузочным устройством. Отработавший воздух с уносимой им частью высушенного продукта удаляется из камеры через пылеуловительное устройство и выбрасывается в атмосферу [109].

Сушка крови и кровепродуктов осуществляется на поверхности гранул высушиваемого продукта, приведенных в псевдосжиженное состояние потоком воздуха. В результате многократного нанесения на поверхность гранул жидкого продукта и сушки гранулы увеличиваются до требуемого размера, охлаждаются в зоне охлаждения и по пневмотранспорту непрерывно отводятся в бункер-накопитель, а оттуда – на размол и упаковку.

Воздух очищают от пыли в рулонном фильтре и нагревают в паровых калориферах. Отработавший воздух очищают в циклонах и отводят в атмосферу, а уловленный высушенный продукт по системе пневмотранспорта направляют в бункер-накопитель и на упаковку [109].

1.3 Особенности аппаратурного оформления сушки способом сублимации Особенность сублимации заключается в повышенных энергозатратах [54, 55]. Это обстоятельство может сильно повлиять на стоимость готового продукта, поэтому необходим аналитический обзор способов сублимации и ее аппаратурного оформления. Были проведены исследования интернет ресурсы сайтов [150, 151].

В настоящее время для осуществления сублимации используют вакуум-сублимационные сушилки, создающие разряжение по давлению в сушильной камере ниже значения давления тройной точки воды (610,8 Па) [59, 73, 124]. Аппаратурное оформление таких устройств имеет некоторое разнообразие. На Рисунке 1.3.1 представлено устройство для вакуумной сушки, работающее по классической схеме [25, 98].

Рисунок 1.3.1– Устройство вакуумной сушки Жидкий или замороженный продукт, содержащий в качестве удаляемого агента воду или лед, помещают в вакуумную камеру 1 на полки 2.

Включают жидкостно-циркуляционный вакуумный насос 10, рабочей жидкостью которого является низкозамерзающий водный раствор этилового спирта, и жидкостно-циркуляционный вакуумный насос 13, рабочей жидкостью которого является вода. Паровоздушную смесь 24 из вакуумной камеры 1 откачивают насосом 10 в емкость 11, а затем насосом 13 из емкости 11 в атмосферу. В процессе работы насосом заполняющая их жидкость нагревается. Для охлаждения рабочей жидкости вакуумного насоса 10 открывают вентили 15 и 20, после чего включают в работу насос 6 и охлаждающий змеевик 8. Водный раствор этилового спирта из накопительной емкости 5 насосом 6 подается в холодильную емкость 7, в которой водно-спиртовой раствор охлаждается при помощи охлаждающегося змеевика 8 до требуемой температуры, после чего раствор проходит через жидкостно-кольцевой вакуумный насос 10 и возвращается в накопительную емкость 5. Для тонкой регулировки температуры водно-спиртового раствора, подаваемого в вакуумный насос 10, часть водно-спиртового раствора перепускают при помощи регулировочного клапана 21 мимо холодильной емкости 7. Тонкую регулировку темпервтуры водно-спиртового раствора осуществляют при проведении процесса самозамораживания жидкого продукта на полках 2. В жидкостно-кольцевой вакуумный насос 13 подается заводская оборотная вода 23, охлаждение которой осуществляют в градирне. Выходящая из вакуумного насоса 10 паровоздушная смесь содержит значительное количество паров спирта. Для уменьшения потерь спирта, а также для охлаждения подаваемой в вакуумный насос 13 паровоздушной смеси применяют теплоизолированную емкость 11, в которой находится конденсатор 12. Пары спирта конденсируются на охлаждающих поверхностях конденсатора 12 и возвращаются в емкость 5. Очищенная от паров спирта паровоздушная смесь 24 поступает в вакуумный насос 13 и из него выводится в атмосферу. В качестве вакуумных насосов 10 и применяют жидкостно-кольцевой вакуумный насос, имеющий три последовательно расположенные всасывающие зоны. Работа насоса осуществлена следующим образом. Перед пуском насос наполовину заполняют жидкостью, которая при вращении ротора отбрасывается к стенкам корпуса 25, образуя около них вращающееся жидкое кольцо. Вследствие эксцентричности ротора 26 пространство, не заполненное жидкостью, делится лопатками ротора на ячейки переменного объема. В ячейки, объем которых увеличивается при вращении ротора, паровоздушная смесь последовательно засасывается через отверстие 27, расположенное в нагнетательном отсеке насоса. Отверстия 28–30 соответствуют трем зонам последовательного всасывания, расположенным во всасывающем отсеке насоса. В начальном режиме работы насоса 10 паровоздушная смесь из камеры 1 по трем трубопроводам поступает в вакуумный насос 10 через отверстия 28, 29 и 30, которые работают в режиме всоса. Сжатая паровоздушная смесь из насоса 10 через отверстие 27 по трубопроводу подается в емкость 11. По мере снижения давления в камере 1 снижается давление в зонах возле отверстий 28, 29 и 30 вакуумного насоса, вследствие чего в расширяющихся ячейках наряду с процессом засасывания паровоздушной смеси через отверстия происходит процесс испарения заполняющей насос жидкости. Образующиеся внутри насоса пары заполняют увеличивающийся объем ячеек и снижают долю паровоздушной смеси, поступающей через отверстия. По мере дальнейшего снижения давления суммарный процесс всоса паровоздушной смеси стремится к нулю в связи с уменьшением перепада давлений между давлением паровоздушной смеси в камере 1 и усредненным давлением паров жидкости внутри корпуса насоса 10. Однако кризис откачки при работе данного насоса не наступает вследствие того, что давление в зонах, расположенных возле отверстий 28, 29 и 30, неизбежно будет отличаться друг от друга при любом режиме работы насоса. В расширяющихся ячейках возле отверстия 28 соотношение размера суммарной поверхности жидкости к объему ячейки – самое высокое, относительно высока температура жидкости, находящейся в поверхностном слое или смачивающей лопатки ротора, поверхность которых расположена в паровой зоне. Абсолютная скорость изменения объема ячеек при этом минимальна, поэтому в данной зоне будет наблюдаться повышенное давление паров жидкости, которые начнут перемещаться из ячеек через отверстие 28 в направлении камеры 1. В расширяющихся ячейках возле отверстия 30 соотношение размера суммарной поверхности жидкости к объему ячейки – самое низкое, температура жидкости, находящейся в поверхностном слое или смачивающей лопатки ротора, значительно снижена из-за уже испарившейся жидкости. Абсолютная скорость изменения объема ячеек при этом максимальна, поэтому в ячейках будет наблюдаться пониженное давление паров жидкости, вследствие чего в ячейки через отверстие 30 будет засасываться паровоздушная смесь из камеры 1. Отверстие 29 занимает промежуточное положение, поэтому оно может работать как в режиме подачи паров жидкости в камеру 1, так и в режиме отвода паровоздушной смеси из камеры 1 в зависимости от целого ряда условий. Таким образом, в режиме, при котором обычный жидкостно-циркуляционный насос прекращает отбирать паровоздушную смесь из камеры, предлагаемый насос осуществляет циркуляцию паров с непрерывным отводом неконденсирующихся газов из камеры. Из насоса в камеру подаются чистые пары жидкости, а из камеры в насос поступает паровоздушная смесь. Таким образом из камеры полностью удаляются неконденсирующиеся газы, в камере остается только атмосфера, состоящая из паров жидкости, заполняющей жидкостно-кольцевой вакуумный насос. При этом наблюдается строгая зависимость давления этой атмосферы от температуры подаваемой в вакуумный насос жидкости (при отсутствии внешнего теплового воздействия на находящийся на полках продукт). Эта зависимость может быть применена для аккуратного проведения процесса самозамораживания жидкого продукта с целью не допустить его вспенивания, которое происходит при резком снижении давления.

Работа вакуумного насоса 13 осуществлена аналогичным образом.

После полного удаления из камеры 1 неконденсирующихся газов (воздуха) открывают вентиль 19 и подают охлажденный водно-спиртовой раствор на жалюзийную перегородку 3. Водно-спиртовой раствор стекает по жалюзийной перегородке 3, собирается в нижнем поддоне перегородки и по опускной трубе возвращается в накопительную емкость 5. Включают в работу конденсатор 4 и нагревательные полки 2. Тепловая энергия, передаваемая замороженному продукту, находящемуся на полках 2, затрачивается на испарение (сублимацию) влаги, входящей в состав продукта. Давление водяных паров над продуктом повышается, в результате чего водяные пары перемещаются в зону жалюзийной перегородки 3 и конденсатора 4. Водяные пары поглощаются охлажденным водно-спиртовым раствором, стекающим по перегородке 3. В результате выделения теплоты конденсации температура водно-спиртового раствора повышается, и из него начинают испаряться молекулы спирта, охлаждая стекающий раствор до прежней температуры. Пары спирта перемещаются к конденсатору 4, на охлаждаемой поверхности которого конденсируются совместно с водяными парами.

Образующийся водно-спиртовой раствор с поверхности конденсатора стекает в поддон жалюзийной перегородки 3, откуда совместно с водноспиртовым раствором, стекающим по перегородке 3, поступает в накопительную емкость 5. Концентрация спирта в циркулирующем водноспиртовом растворе.

«Привлекательным» устройством для сушки высокобелковых веществ, в том числе крови может выступать вакуум-сублимационная сушилка для вспененных продуктов, представленная на Рисунке 1.3.2.

Сушилка состоит из корпуса 8 с патрубком 10 для отвода воздуха и неконденсирующихся газов, десублиматора 11, устройства 18, состоящего из двух коаксиальных патрубков для подвода продукта и инертного газа.

Конструкция и форма поверхности десублиматора 11 при это выбрана на основе анализа образования слоя сублимата на сферической поверхности традиционных десублиматоров при действии точечного источника. Внутри корпуса 8 расположен параллельнообразующий и с возможностью вращения относительно вертикальной оси сушилки носитель 12 в виде коаксиальных труб, при этом внешняя труба изготовлена из пористого материала, на которой размещена решетка, в узлах которой закреплены ворсинки. Эти ворсинки являются каркасом для пены и в то же время облегчают проникновение инертного газа внутрь пены. Это происходит потому, что ворсинки служат проводником теплоты для сублимации молекул пены, соприкасающихся с ними, после чего образуется кольцевой канал вокруг ворсинки, через который газообразные молекулы воды перемещаются в следующий пузырек пены. При этом ворсинки имеют различную длину, что позволяет обеспечить подвод энергии ко всем слоям пены. Труба приводится во вращение от привода, состоящего из волнового мотор-редуктора 3, через водило 9, закрепленного на приводном валу. Внизу труба соединена с патрубками подвода продукта и газа посредством армированного упругого трубопровода 17. Пеногенератором является сам носитель 12 и распределители 14, размещенные по длине трубы. Носитель может быть изготовлен из металлокерамики, что позволяет ему, с одной стороны, обеспечить прочность конструкции, а с другой, беспрепятственно пропускать через свои поры инертный газ, который вспенивает и затем сушит продукт.

Вакуум-сублимационная сушилка для вспененных продуктов работает следующим образом. В корпусе 8 сушилки создается остаточное давление ниже тройной точки. В начальный момент времени носитель находится в секторе сушки, где происходит наполнение межворсиночного пространства продуктом. Под действием разности внешнего атмосферного и внутреннего давлений происходит подача продукта по внутреннему трубопроводу из емкости в сушилку. Достигая распределителей 14, продукт поступает на поверхность носителя 12, где он частично вспенивается и начинает равномерно стекать по поверхности внешней трубы. В этот момент происходит подача инертного газа в межтрубное пространство. Проходя через поры металлокерамической внешней трубы, газ окончательно вспенивает продукт, который удерживается на скелете из ворса, где и происходит его самозамораживание. При этом прекращается подача продукта и газа, и по окончании процесса замерзания продукта сразу начинается его сублимационная сушка. Сушка ведется посредством подвода энергии путем подачи того же инертного газа с температурой 50 °С, который, проходя через поры, вызывает сублимацию влаги с поверхности пузырьков.

Проникновение газа происходит быстрее благодаря наличию каркаса из ворсинок. По этим ворсинкам, имеющим различную длину, теплоноситель подводится ко всему объему замороженного продукта. Нагретый газ возгоняет молекулы воды и уносит их из замороженной пены. Сублимированные молекулы воды направляются в десублиматор 11, где происходит их намораживание на элементы охлаждающей поверхности, имеющие оригинальную форму.

Рисунок 1.3.2 – Вакуум-сублимационная сушилка для вспененных В технологии сублимации также применяют сжиженные инертные газы, например аргон. На Рисунке 1.3.3 представлена схема установки, в которой реализовано такое научно-техническое решение [62].

Рисунок 1.3.3 – Установка сублимационной сушки растительного сырья с использованием сжиженного инертного газа Данная технология сублимации включает пропитку сырья сжиженным газом при давлении выше атмосферного. Мгновенный сброс давления, сопровождающийся вскипанием сжиженного газа и охлаждением материала до температуры ниже температуры тройной точки воды. Затем снижают общее давление до величины ниже тройной точки с последующей сушкой материала при непрерывном удалении образующейся влаги. В качестве сжиженного газа используют жидкий аргон, пропитку сырья и удаление влаги осуществляют в электромагнитном поле с частотой Гц, при этом удаление пара производят при температуре (-80) (-100) °С.

Применение сублимации в технологии получения сухих продуктов из крови и продуктов ее переработки является неотъемлемой и важной технологической операцией. Наличие весьма разнообразного аппаратурного оформления технологии сублимации требует тщательного анализа имеющихся вариантов сушки и устройств для их осуществления. Подбор необходимых параметров сушки позволит получить качественный готовый продукт, способный долго храниться и обладающий хорошими технологическими показателями.

Помимо классических сублимационных установок есть устройства, работающие с применением криогенных жидкостей (рисунок 1.3.3) и с применением азота. На Рисунке 1.3.4 представлено устройство для получения сублимированных пищевых продуктов с использованием жидкого азота [100].

Устройство состоит из сублимационной камеры 1, вертикально расположенного экструдера 2, имеющего шнековую нагнетательную камеру 3, вокруг которой имеется полость 4 с винтообразными каналами, выносного десублиматора 5 с испарителем 6. Внутри сублимационной камеры к нижней части экструдера 2 вокруг его выходного отверстия установлена насадка 7 в форме сопла Лаваля, обеспечивающая создание парового затвора, отделяющего зоны подачи продукта в ваккум и его сублимационной сушки, снабженная источниками 8 сверхвысокочастотной энергии с самой узкой части сопла до его нижней кромки. При этом экструдер 2 имеет коаксиальный периферийный 9 и центральный 10 каналы, а испаритель 6 десублиматора 5 соединен трубопроводом 11 с полостью 4. Причем полость 4 в свою очередь соединена трубопроводом 12 с центральным каналом экструдера 2.

Рисунок 1.3.4 – Устройство для получения сублимированных пищевых продуктов с использованием азота Данное устройство позволяет ускорить процесс сублимационной сушки и снизить энергозатраты.

Сушка на классической установке (Рисунок 1.3.1) позволит получить продукт высокого качества, однако время сушки этим способом будет наибольшим. Использование азота и инертного газа (в нашем случае это – аргон) при сушке (Рисунок 1.3.2, 1.3.4) позволит получить продукт наивысшего качества, но будет требоваться дополнительное оборудование для хранения и консервации жидкостей [17, 66]. В свою очередь, эти способы сокращают время и энергозатраты на сушку, но будут требовать дополнительные затраты на хранение и консервацию азота и аргона. Для получения качественного результата при использовании сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных требуется, главным образом, снизить ее энергозатраты, что очень актуально при использовании жидкого азота в качестве агента предварительного замораживания.

1.4 Заключение к аналитическому обзору В условиях ограниченности ресурсных возможностей особенно актуальным является использование вторичного сырья. В ряде отраслей промышленности особое внимание уделяется созданию высокобелковых продуктов с длительными сроками хранения [146, 148].

Кровь сельскохозяйственных животных (боенская кровь) – наиболее распространенное вторичное сырье мясоперерабатывающей отрасли. В настоящий момент существует множество способов переработки крови убойных животных [14, 31]. При рассматривании крови как объекта сушки способом сублимации с применением жидкого азота в качестве агента для предварительного замораживания установлено, что в данном направлении целенаправленных исследований не проводилось, имеются лишь обобщенные труды. В литературе встречаются работы, проводимые Л.В. Антиповой, в которых она отражает потенциальную возможность использования крови сельскохозяйственных животных как объекта получения белоксодержащих продуктов [8, 9, 10, 41, 42, 45, 46, 49, 51, 52].

При этом, немаловажным является то, что получение сухих продуктов из высоковлажных рекомендуется сушкой, которая гарантирует максимальную сохранность первоначальных свойств и минимальные энергозатраты [116, 119, 126, 132, 133, 138]. Наиболее всего для решения этой задачи подходит сушка способом сублимации [136, 137, 139, 140, 141, 142, 143, 147, 149].

Как установлено, варианты аппаратурного оформления сушки способом сублимации очень разнообразны, при этом каждое устройство имеет как преимущества, так и недостатки [3, 4, 6, 13, 69, 70]. Использование аппаратов, в которых при сушке применяется азот, либо инертный газ позволяет получать продукт наивысшего качества при минимальных энергозатратах [110, 111, 112].

Целью настоящей работы являлось исследование и разработка технологии сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных с использованием жидкого азота в качестве агента предварительного замораживания.

Для реализации указанной цели при выполнении работы поставлены следующие задачи:

– исследование теплофизических и физико-химических свойств крови сельскохозяйственных животных;

– изучение белкового состава крови сельскохозяйственных животных;

– исследование процесса замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом;

– исследование влияния применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки;

– разработка технологии сухого белкового продукта и исследование состава и свойств готового продукта, разработка рекомендаций по его использованию.

ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В настоящей главе рассмотрены вопросы, касающиеся организации выполнения работы, объектов и методов исследования.

2.1 Организация выполнения работы Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами на кафедре «Бионанотехнология»

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО «КемТИПП»).

Общая схема исследований представлена на рисунке 2.1.1.

Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе для формулировки цели и задач собственных исследований проводили анализ доступной отечественной и зарубежной литературы. На втором этапе исследовали теплофизические и физикохимические свойства крови сельскохозяйственных животных (КРС, МРС, свинья, лошадь). Провели исследования стабилизированной цельной крови всех четырех видов животных. Осуществили исследования теплоемкости, криоскопической температуры, теплопроводности, массовой доли влаги, общего белка, вязкости и ряда других показателей.

На третьем этапе исследовали процесс замораживания крови сельскохозяйственных животных жидким азотом. Разрабатывали рациональные условия замораживания, исследовали различия между замораживанием способом погружения и способом орошения. Исследовали такие параметры, как скорость охлаждения, расход азота.

Исследование и разработка технологии сублимационной сушки крови сельскохозяйственных животных с использованием жидкого азота в качестве агента предварительного замораживания Анализ отечественных и зарубежных литературных данных, формулировка цели и задач собственных исследований Исследование теплофизи- Криоскопическая температура химических свойств крови Массовая доля влаги Исследование процесса заСкорость охлаждения мораживания крови сельРасход азота скохозяйственных животСпособ применения азота ных жидким азотом Исследование влияния приАктивность воды менения жидкого азота в технологии сублимационМикроисследование Разработка технологии су- Состав и свойства исследование состава и Экономическая эффективность свойств готового продукта Практическая реализация результатов исследований Рисунок 2.1.1.– Общая схема исследований На четвертом этапе исследовали влияние применения жидкого азота в технологии сублимационной сушки. Устанавливали зависимость массовой доли влаги и активности воды от продолжительности процесса. Проводили микроисследования.

На заключительном этапе разрабатывали технологию получения сухого кровяного продукта из крови сельскохозяйственных животных. Разработали технологическую схему производства, подобрали рецептура, изучили физико-химические и микробиологические показатели готового продукта. Обосновали сроки и условия хранения готового продукта. Разрабатывали и утверждали технические условия и технологическую инструкцию.

2.2 Объекты исследований На разных этапах работы объектами исследований являлись следующие:

– цельная кровь свиней породы «Ландрас», полученная в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01;

– цельная кровь КРС породы «Черно-пестрая», полученная в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01;

– цельная кровь МРС, овцы породы «Романовская»;

– цельная кровь лошадей породы «Вятская», полученная в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01. Отбор крови производили на животноводческих хозяйствах Промышленновского района Кемеровской области;

– натрий лимоннокислый трехзамещенный 5,5-водный пищевой (цитрат натрия) по ГОСТ 31227-2004;

– вода питьевая по ГОСТ 2874-82;

– вспомогательное сырье и материалы, отвечающие требованиям действующей документации или получаемые по импорту (гидроокись натрия и калия, соляная, лимонная кислоты, минеральные соли) и разрешенные к применению в пищевой промышленности.

2.3 Методы исследований При выполнении диссертационной работы использовали стандартные, общепринятые и оригинальные методы исследований, к которым можно отнести физико-химические, биохимические, микробиологические, органолептические и другие [81,82].

Содержание белка определяли на анализаторе общего азота (белка) RAPID N ELEMENTAR, работающего по методу Дюма – сжигание пробы с регистрацией общего азота на детекторе теплопроводности. Для определения белка на анализаторе пробу капсулировали, при этом точность анализа составила 0,5 %. Содержание общего белка рассчитывали умножением общего азота на пересчетный коэффициент для белков крови, составляющий 6,36.

Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в крови оценивали электрофоретическим способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли [23]. Для этого подготавливали пластинки для полимеризации ПААГ, а резервуары камеры для электрофореза заполняли электродным буферным раствором (0,066 M Трис, 0,19 M глицин, 0,1 % ДСН). В каждую лунку образовавшегося геля вносили анализируемый, предварительно подготовленный образец.

Подготовка проб заключалась в следующем. В пробирки типа эпиндорф вносили 20 мкл белка, 10 мкл буфера для образцов, 10 мкл дистиллированной воды. После чего образец перемешивали на вортоксе и кипятили 5 мин. Затем включали прибор и наблюдали за разделением белков. Электрофорез проводили при силе тока 50 ± 0,1 мА и 75 ± 0,2 мА.

После проведения электрофоретического исследования гель промывали и окрашивали тремя реагентами: фиксирующим раствором (10 мин при 80 ± 2 °С), раствором для «отмывки» (10 мин при 80 ± 2 °С) и окрашивающим раствором (10 мин при 80 ± 2 °С). На последней стадии проводили обесцвечивание геля в дистиллированной воде при температуре 25 ± 2 °С.

Просмотр и фотографирование гелей проводили на УФтрансиллюминаторе TCP-20M (Vilber Lourmat, США) при длине волны излучения – 312 нм. Сохранение и обработку данных осуществляли с помощью гель-документирующей системы Vitran-Photo.

Аминокислотную последовательность образованных пептидов определяли с помощью автоматического секвенатора, работающего по методу Эдмана. Метод основан на обработке исследуемого образца фенилизотиоцианата, что приводит к отщеплению одной аминокислоты с N-конца последовательности и последующей ее идентификацией с помощью жидкостной хроматографии под давлением.

Количественное содержание водорастворимых витаминов и органических кислот определяли использованием системы капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105». Данный прибор оснащен жидкостной системой охлаждения капилляра, автосемплером. Показания определялись в автономном режиме. Использовались такие элементы и системы прибора, как спектрофотометрический детектор на основе дейтериевой лампы и монохроматора с дифракционной решеткой, рабочий диапазон длин волн охватывает область от 190 до 400 нм.

Определение содержания сухих веществ производили на рефрактометре ИРФ – 454Б2М. Пробу предварительно разбавляли водой. Результат умножали на коэффициент разведения.

Массовую долю влаги определяли по ГОСТ Р 51479-99.

Активную кислотность определяли по активности ионов водорода с помощью потенциометрического анализатора. Для этого в химический стакан с анализируемым образцом опускали электрод. При этом электроды анализатора не касались стенок и дна стакана. Через 10 сек снимали показания по шкале прибора.

Мазки крови окрашивали по методу Романовского, микроисследование проводили на микроскопе марки «МИКМЕД-5» при 500 1 000кратном увеличении. Долю разрушенных эритроцитов определяли методом прямого подсчета, используя камеру Горяева.

К высушиваемому объекту были применены способ сушки с предварительным замораживанием крови в скороморозильном аппарате, способ сушки, основанный на самозамораживании, и способ сушки с применением предварительного замораживания в жидком азоте. Замораживание в жидком азоте осуществляли последовательным сливанием сначала крови, затем азота в металлический поддон. Для контроля изменения массовой доли влаги в процессе применяли к исследуемым образцам сушку разной продолжительности с интервалом в 10 минут, начиная с 10 минут. Таким образом, описанный выше эксперимент применялся многократно.

Высушивание продукта производили на сублимационной установке.

Фотография представлена на Рисунке 2.3.1.

Рисунок 2.3.1– Сублимационная установка «ИНЕЙ-6М»

Принципиальная схема сублимационной установки изображена на Рисунке 2.3.2.

Рисунок 2.3.2. – Принципиальная схема сублимационной установки:

1 – холодильная машина; 1.1 – конденсатор; 1.2 – соленоидный 1.3 – фильтр-осушитель; 1.4 – терморегулирующий вентиль; 1.5 – вентиль запорный; 1.6 – ресивер; 1.7 – компрессор; 2 – вакуумная 2.1 – вакуумный насос; 2.2 – десублиматор; 2.3 – испаритель В состав сублимационной установки входят: холодильная машина 1, конденсатор 1.1, соленоидный вентиль для перепуска горячего газа 1.2, фильтр – осушитель 1.3, терморегулирующий вентиль 1.4 для регулирования заполнения испарителя 2.3, компрессор 1.7, ресивер 1.6, десублиматор 2.2, вакуумный насос 2.1.

1 – пульт управления; 2 – вентиль сброса давления; 3 – крышка сушильной камеры; 4 – испаритель; 5 – поддон для продукта; 6 – сушильная камера; 7 – короб холодильной машины; 8 – холодильная машина; 9 – вакуумный насос; 10 – шланг вакуумного насоса; 11 – лампа накаливания;

12 – десублиматор; 13 – крышка десублиматора; 14 – крепление крышки испаряющейся из продукта в процессе сушки, способом намораживания ее на поверхности испарителя, т. к. температура его поверхности значительно ниже значения температуры точки росы (– 35°С – 45 °С) и давление над поверхностью испарителя ниже давления в камере, создаваемого вакуумным насосом (10 100 Па).

Холодильная машина (Рисунок 2.3.2.) работает по одноступенчатому циклу и представлена компрессором 1.7, отсасывающим газ из испарителя 2.3 и нагнетающим в конденсатор 1.1, откуда сконденсировавшийся жидкий холодильный агент стекает в ресивер 1.6. С ресивера жидкость изза разности давлений, создаваемой компрессором через фильтр-осушитель 1.3 и через ТРВ 1.4 поступает в испаритель, который установлен в десублиматоре 2.2. Рабочим агентом является хладон R 404 a.

Устройство сублимационной установки представлено на Рисунке.2.3.3.

Сублимационная установка имеет две сушильные камеры 6, каждая из которых способа вмещать в себя восемь поддонов для продукта 5. Сверху сушильные камеры закрываются крышками из оргстекла 3. Для уплотнения системы имеются крепления для крышек 14. Холодильная машина располагается в специальном коробе 7.

Процесс сушки состоит в следующем. Исследуемый продукт укладывается на поддоны 5, которые затем ставятся в сушильные камеры 6.

Камеры закрываются сверху крышками 3. Включается холодильный агрегат 8 с помощью пульта управления 1, и в течение 10 15 минут установка выходит на режим вымораживания. Режим вымораживания фиксируется по температуре испарителя 4 (температура должна составлять не более – 35°С). После чего включается вакуумный насос 9 и начинается режим сушки. Вследствие низкого давления в камерах происходит самозамораживание пищевого продукта и его сублимация, которая длится в течение 4–5 часов. Далее включаются лампы накаливания 11, и начинается подогрев продукта и удаление из него остаточной влаги. Весь процесс сушки занимает от 7 до 8 часов.

Для определения показателя активности воды использовали стендовую установку. В установке реализован косвенный метод определения активности воды, который основан на предварительном установлении равновесной относительной влажности воздуха в рабочем пространстве установки. Принципиальная схема установки представлена на Рисунке 2.3.4.

Силиконовый шланг 5 соединяет все элементы установки, образуя герметичный контур. Вентилятор 4 предназначен для создания принудительного движения воздуха в герметичном контуре. Чувствительные элементы измерителей ИТ5 – ТР – 2 «Термит» 2 установлены на выходе и на входе в рабочую камеру 3. На дисплее измерителей ИТ5 – ТР – 2 «Термит»

отображаются значения измеренных относительной влажности воздуха и температуры.

Рисунок 2.3.4. – Принципиальная схема стендовой установки для определения показателя активности воды пищевых продуктов: 1 – измеритель относительной влажности воздуха и температуры ИТ5 – ТР – 2 «Термит»; 2 – чувствительные элементы измерителей относительной влажности воздуха и температуры; 3 – рабочая камера; 4 – вентилятор; 5 – силиконовый шланг Процесс определения активности воды пищевых продуктов на установке состоит из двух этапов: подготовительного (осушение рабочего контура) и основного (установление равновесной относительной влажности воздуха в рабочем контуре). Величину активности воды аw определяют по формуле: 2.3.1.

где РОВ – равновесная относительная влажность воздуха в рабочем контуре, %.

Теплофизические характеристики определяли первым буферным методом двух температурно-временных интервалов.

Микробиологические показатели оценивали путем подсчета колоний, выросших на чашках Петри с питательными средами. В качестве питательных сред использовали мясо-пептонный агар, картофельный и солодовый агары. Для определения общей обсемененности готового продукта готовили его водный раствор в соотношении 1:100, 1:1 000 и 1:10 000.

Из каждого приготовленного раствора делали высевы на шести чашках Петри. Для этого стерильной пипеткой у пламени горелки отбирали 0,3 мл раствора и переносили на поверхность агара. После этого засеянные чашки Петри инкубировали в течение 48 ч при температуре 37 ± 2°С.

Микробиологические исследования проводили на специальной стеклянной посуде с учетом требуемой техники безопасности [28, 29, 79].

Определение общего количества дрожжей и плесневых грибов проводили в соответствии с ГОСТ 10444.12-88 путем посева в чашки Петри на сусло-агар.

Для определения бактерий группы кишечной палочки использовали метод накопления путем посева на среде Кесслера с последующей идентификацией на среде Эндо, согласно ГОСТ 9225-84.

Определение сальмонелл проводили по ГОСТ Р 50480-93 путем посева на накопительную среду Кауфмана с последующим посевом на среде Эндо.

В образцах исследуемого объекта определяли общее количество мезофильных аэробов и факультативно-анаэробных микроорганизмов, содержание группы бактерий кишечной палочки, анаэробных спорогенных сульфитредуцирующих клостридий, сальмонелл.

Достоверность экспериментальных данных определяли методом математической статистики на ЭВМ.

Для определения показателей радиологической безопасности – удельной (объемной) активности цезия-137 и стронция-90 – использовали МУК 2.6.1.7171-98 «Радиационный контроль. Стронций-90 и Цезий-137.

Пищевые продукты. Отбор проб, анализ и гигиеническая оценка».

Определение содержания токсичных элементов, пестицидов, антибиотиков и радионуклидов проводились по следующим стандартам:

– свинец – по ГОСТ Р 51301 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка)», ГОСТ 26932 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения свинца», ГОСТ 30178 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов», ГОСТ 30538 «Продукты пищевые. Методика определения токсичных элементов атомно-эмиссионным методом» и МУК 4.1.986 «Методика выполнения измерений массовой доли свинца и кадмия в пищевых продуктах и продовольственном сырье методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии. Методические указания»;

– мышьяк – по ГОСТ Р 51766 «Сырье и продукты пищевые. Атомноабсорбционный метод определения мышьяка»;

– кадмий – по ГОСТ Р 51301 «Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка)», ГОСТ 26933 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения кадмия», ГОСТ 30178 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов», ГОСТ 30538 «Продукты пищевые.

Методика определения токсичных элементов атомно-эмиссионным методом» и МУК 4.1.986 «Методика выполнения измерений массовой доли свинца и кадмия в пищевых продуктах и продовольственном сырье методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии. Методические указания»;

– ртуть – по ГОСТ 26927 «Сырье и продукты пищевые. Методы определения ртути» и МУ 5178 «Методические указания по определению ртути в пищевых продуктах».

Экспериментальные данные обрабатывали на ЭВМ, а также применялся принцип математического моделирования [145].

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕННИЕ

В настоящей главе диссертации приведены результаты собственных исследований, проведен их анализ.

3.1 Исследование крови как объекта замораживания Кровь сельскохозяйственных животных в основном представлена четырьмя основными видами: крупнорогатого скота (КРС), мелкого рогатого скота (МРС), свиней и лошадей. Кровь именно этих видов и исследовалась в нашей работе, причем для каждого вида были выбраны соответствующие породы: свиньи породы «Ландрас», КРС породы «Черно-пестрая», из группы МРС использовались овцы породы «Романовская», лошади породы «Вятская». Все виды животных воспроизводились на животноводческих хозяйствах Промышленновского района Кемеровской области.

Ввиду того, что кровь является жидкой средой с высокой долей влаги, содержит белки, железосодержащие элементы и ряд других компонентов, оказывающих непосредственное влияние на эффективность замораживания, необходимо знать ее физико-химические и теплофизические свойства (характеристики).

Теплофизические свойства представляют собой комплекс физических величин, определяющих характер и скорость протекания процессов охлаждения и нагревания в продукте. К данным свойствам относят теплоемкость, теплопроводность, температуру плавления и замерзания. Теплофизические характеристики учитываются при стерилизации, варке, выпечке, перевозке и хранении продуктов, они являются базовыми величинами, используемыми при разработке технологических режимов холодильной обработки и при исследовании влияния низких температур на пищевые продукты [111].

В Таблице 3.1.1 приведены результаты определения некоторых теплофизических характеристик крови рассматриваемых сельскохозяйственных животных.

Результаты исследований теплофизических характеристик крови сельскохозяйственных животных достоверно соотносятся с ее составом, т. е. подтверждают высокое содержание влаги. Также можно отметить систематические отличия в значениях теплофизических характеристик крови для различных групп животных (Таблица 3.1.1).

Таблица 3.1.1 – Теплофизические характеристики крови сельскохозяйственных животных Кровь КРС Кровь МРС Кровь лошадей Кровь свиней Для крови КРС характерны наиболее высокие показатели теплоемкости (3 802 ± 15 Дж/кг·град), при этом близкие значения теплоемкости для крови свиньи и лошади говорят о схожем качественном составе крови этих животных. Схожая картина наблюдается и в полученных значениях криоскопической температуры, по результатам которой исследуемый материал можно разделить на две группы с одинаковыми свойствами: первая группа – свинья-лошадь, вторая группа – КРС-МРС. Наименьшие показания теплопроводности характерны для крови МРС (0,52 ± 0,01 Вт/мград), а наибольшие – для крови лошади (0,55 ± 0,01 Вт/мград).

Физико-химические свойства крови сельскохозяйственных животных представлены в Таблице 3.1. Общий анализ полученных показателей физико-химических свойств также подтверждает схожесть свойств определенных видов животных, которые также можно объединить в две группы: свинья-лошадь и КРС-МРС.

Для группы свинья-лошадь характерны более высокие показатели содержания общего белка, при этом содержание его в лошадиной крови несколько больше (лошадиная кровь – 19,7 %, свиная кровь – 18,5 %). Высокие показатели белка для этой группы животных обусловливают меньшие значения содержания массовой доли влаги по сравнению с группой животных КРС-МРС (КРС – 81,0 %, МРС – 80,0 %).

Таблица 3.1.2 – Физико-химические свойства крови сельскохозяйственных животных Сухие вещества, всего, Сухие вещества органические, за исключением общего белка (жиры, углеводы, витамины) Сухие вещества, неорганические, % Вязкость, по отношению к вязкости воды Диаграммы детекции теплопроводности при определении общего белка в крови представлены на рисунках 3.1.1 и 3.1.2.

Рисунок 3.1.1 – Диаграммы детекции теплопроводности при определении общего белка в крови: а – свиная кровь; б – кровь лошади Рисунок 3.1.2 – Диаграммы детекции теплопроводности при определении общего белка в крови: а– кровь КРС; б – кровь МРС Полученные значения рН и вязкости также несколько больше для первой группы животных – 7,8 7,85, для второй группы – 7,45 7,55.

Значение вязкости для группы свинья – лошадь составляет 4,3 4,4, вязкость для группы животных КРС-МРС – 4,2 4,3.

Первая группа характеризуется более высокими значениями таких органических веществ, как жиры, углеводы и витамины, а также сухих неорганических веществ. Значения активности воды для крови каждого вида животного находятся на довольно высоком уровне, что подтверждает высокую склонность к порче без применения дополнительного консервирования.

Таким образом, по результатам исследований теплофизических и физико-химических показателей крови рассматриваемых сельскохозяйственных животных можно констатировать факты и закономерности, которые необходимо учитывать и отслеживать их изменения при исследовании процесса замораживания. Во-первых, для крови всех видов животных характерно наличие высокой доли влаги и белковых соединений. Во-вторых, для крови свиней и лошадей характерны общие свойства, что позволяет их объединить в единую группу при проведении дальнейших исследований, аналогичная картина характерна и для крови КРС и МРС.

Далее проводились исследования на относительное содержание белка в зависимости от его молекулярного веса для обеих групп (свиньилошади и КРС-МРС).

В таблице 3.1.3 представлены результаты исследований идентификации белкового состава цельной крови свиней и лошадей, а на Рисунке 3.1. представлено молекулярно-массовое распределение в графическом варианте.

Фракционный состав белков крови для группы животных свиньялошадь представлен определенным рядом пептидов, имеющих различные массы и концентрации. Белковые вещества цельной крови свиньи представлены одиннадцатью фракциями, четыре из которых имеют высокую молекулярную массу: 855,00 кДа и концентрацией 1,94 %; массой 590,00 и концентрацией 2,75 %; массой 311,80 кДа и концентрацией 2,76 %; массой 209,43 кДа и концентрацией 2,42 %. Кровь лошади также имеет в своем составе четыре фракции, которые можно отнести к высокомолекулярным, при этом общее количество фракций находится на уровне 12 фракций:

855,00 кДа и концентрацией 3,24 %; массой 590,00 и концентрацией 2, %; массой 311,80 кДа и концентрацией 5,76 %; массой 209,43 кДа и концентрацией 2,92 %.

Таблица 3.1.3 – Результаты исследований идентификации белкового состава цельной крови КРС и свиней Сходство белкового состава также наблюдается и в пропорциональном распределении белковых соединений. Наибольшее количественное содержание белков находится в диапазоне значений 49,54 77,40 кДа, на которые приходится 79,93 % для свиной крови и 72,74 % для крови лошади. Важно отметить характерное отличие, которое обусловлено белком, имеющим наименьшую массу: для крови свиньи такой белок имеет массу 24, 51 кДа, а для лошадиной крови – 22, 39 кДа.

Рисунок 3.1.3. – Электрофорез в полиакриламидном геле (12 % разделяющий и 4 % фокусирующий) для цельной стабилизированной крови свиньи и лошади: М – маркер; В – кровь Рисунок 3.1.4. – Электрофорез в полиакриламидном геле (12 % разделяющий и 4 % фокусирующий) для цельной стабилизированной крови КРС и В таблице 3.1.4 представлены результаты исследований идентификации белкового состава цельной крови свиней и лошадей, а на рисунке 3.1. представлено молекулярно-массовое распределение в графическом варианте.

Фракционный состав белков крови для группы животных КРС-МРС представлен также рядом пептидов, имеющих различные массы и концентрации.

Белковые вещества цельной крови КРС представлены десятью фракциями, три из которых характеризуются высокой молекулярной массой:

850,23 кДа и концентрацией 3,24 %; массой 311,80 кДа и концентрацией 5,76 %; массой 209,03 кДа и концентрацией 4,42 %. Кровь МРС имеет в своем составе четыре высокомолекулярные фракции, при этом общее количественное содержание фракций равно 11: 850,23 кДа и концентрацией 2,94 %; массой 592,20 и концентрацией 3,96 %; массой 311,80 кДа и концентрацией 4,76 %; массой 209,03 кДа и концентрацией 3,42 %.

Таблица 3.1.4 – Результаты исследований идентификации белкового состава цельной крови МРС и лошади мер пололярный вес, кДа мер пололярный вес, кДа Общая картина, характеризующая группу, также наблюдается и в пропорциональном распределении белковых соединений. Наибольшее количественное содержание белков находится в диапазоне значений 58, 127,80 кДа, на которые приходится 74,59 % для крови КРС и 72,76 % для крови МРС.

Далее были проведены исследования на аминокислотный состав белков крови. На Рисунках 3.1.5 – 3.1.8 представлены электрофореграммы образцов, в таблице 3.1.5 – распределение аминокислот по виду животных.

21 mAU Capel Рисунок 3.1.5.– Электрофореграмма белковых веществ цельной 27.7 mAU Capel Рисунок 3.1.6 – Электрофореграмма белковых веществ цельной Capel Рисунок 3.1.7. – Электрофореграмма белковых веществ цельной 27.7 mAU Capel Рисунок 3.1.8. – Электрофореграмма белковых веществ цельной По полученным результатам аминокислотного состава можно показать следующее. По своему составу для крови каждого вида животного характерно практически равнозначное количественное распределение аминокислот с небольшими отличиями. При этом можно разделить все аминокислоты на две основные группы: первая группа аминокислоты повышенного количественного содержания, вторая группа – аминокислоты пониженного количественного содержания.

В первую группу аминокислот можно включить следующие аминокислоты: валин (7,3–7,9 г/100 г белка), лейцин (9,9–10,9 г/100 г белка), лизин (8,5–9,5 г/100 г белка), фенилаланин + тирозин (7,9–9,9 г/100 г белка), аланин (8,5–9,5 г/100 г белка), аспарагиновая кислота (9,0–11,0 г/100 г белка) и серин (8,9–10,6 г/100 г белка).

Во вторую группу можно отнести аминокислоты: метионин + цистин (2,0–3,2 г/100 г белка), треонин (3,0–4,0 г/100 г белка), триптофан (1,2–1, г/100 г белка), аргинин (3,5–4,5 г/100 г белка), гистидин (3,7–5,7 г/100 г белка), изолейцин (1,7–1,8 г/100 г белка), глицин (3,6–4,6 г/100 г белка), оксипролин (1,0–2,1 г/100 г белка), пролин (3,3–4,3 г/100 г белка).

Таблица 3.1.5 – Аминокислотный состав белков цельной крови рассматриваемых сельскохозяйственных животных Фенилаланин + тирозин Аспарагиновая кислота Глутаминовая кислота Таким образом, учитывая результаты исследований, проведенных в главе 3.1, можно сделать следующие заключения. Для крови всех видов животных характерно наличие высокой доли влаги и много белковых фракций. Во-вторых, объекты исследований можно объединить в группы:

свинья-лошадь и КРС-МРС, для которых характерны общие свойства. Все это необходимо учитывать при проведении исследований процесса замораживания крови жидким азотом, главным образом при проведении анализа процесса.

сельскохозяйственных животных жидким азотом В настоящее время в промышленном масштабе для замораживания пищевых продуктов используются следующие криогенные агенты: жидкий азот, диоксид углерода и хладон. Основными преимуществами криогенного метода являются: малая продолжительность процесса, сохранение качества продукта, минимальные потери его массы за счет усушки без применения специальных упаковочных материалов. Наибольшее распространение для замораживания штучных продуктов получил жидкий азот, обладающий относительной инертностью, низкой температурой и высокими термодинамическими свойствами [152].

В нашем случае рассматриваются два способа замораживания жидким азотом: погружение и орошение.

На рисунках 3.2.1 – 3.2.4 представлены результаты исследований зависимости скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота для крови свиней, лошадей, МРС и КРС соответственно.

Анализируя представленные графики можно выделить следующие зависимости изменения кривых, которые характерны для всех видов животных.

Скорость охлаждения, С/мин Рисунок 3.2.1 – Зависимость скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота (свиная кровь):

Обе кривые (орошение и погружение) характеризуются тремя периодами с двумя узловыми точками. Первый период соответствует диапазону значений расхода азота 0,00–200,00 мл/кг, при этом скорость охлаждения изменяется всего лишь с 0,00 до 1,00 °С/мин, то есть данный период характеризуется малым приростом значений скорости охлаждения при постоянном увеличении расхода азота. Первая узловая точка соответствует значениям: скорость охлаждения 1,00 °С/мин, расход азота 200,00 мл/кг. Второй период находится в диапазоне значений расхода азота 200,00–600,00 мл/кг, скорость охлаждения при этом изменяется от 1,00 до 8,00 °С/мин. Этот период характеризуется высоким приростом значений скорости охлаждения при постоянном увеличении расхода азота. Второй период заканчивается второй узловой точкой: скорость охлаждения – 8,00 °С/мин, расход азота – 600,00 мл/кг. Затем начинается третий период, которому характерна падающая скорость охлаждения.

Также можно констатировать, что при использовании в качестве способа замораживания орошения расход азота меньше.

Кроме того, для каждого вида крови животного характерны свои особенности изменения кривых скорости охлаждения.

Скорость охлаждения, С/мин Рисунок 3.2.2 – Зависимость скорости охлаждения от расхода азота при различных способах подачи азота (лошадиная кровь):

При замораживании свиной крови жидким азотом характерная особенность заключается в очень близких значениях скорости охлаждения во втором периоде, при этом в области значений расхода азота 400,00 –600, мл/кг различия в значениях скорости охлаждения максимально минимальны. Также важным отличием являются значения расхода азота при максимальной скорости охлаждения (10 °С/мин), для орошения – 890 мл/кг, для погружения – 1 050 мл/кг.

При замораживании лошадиной крови жидким азотом характерная особенность заключается в очень близких значениях скорости охлаждения практически на всей кривой, существенные различия в скорости охлаждения начинаются в третьем периоде. Также важным отличием являются значения расхода азота при максимальной скорости охлаждения ( °С/мин), для орошения – 950 мл/кг, для погружения – 1 020 мл/кг.

Скорость охлаждения С/мин Рисунок 3.2.3 – Зависимость скорости охлаждения от расхода азота При замораживании крови МРС жидким азотом характерная особенность заключается в самых максимальных различиях в значениях расхода азота при максимальной скорости охлаждения (10 °С/мин), для орошения – 800 мл/кг, для погружения – 1 000 мл/кг.

При замораживании крови КРС жидким азотом характерная особенность заключается в очень близких показателях прироста значений скорости охлаждения при постоянном росте значений расхода азота как в первом периоде, так и во втором. Также важным отличием являются значения расхода азота при максимальной скорости охлаждения (10 °С/мин), для орошения – 850 мл/кг, для погружения – 1 020 мл/кг.

Скорость охлаждения, С/мин Рисунок 3.2.4– Зависимость скорости охлаждения от расхода азота Затем были проведены исследования динамики изменения температуры в замораживаемом объеме крови во времени. На рисунке 3.2.5 представлена зависимость температуры в замораживаемом объеме крови от продолжительности процесса замораживания при использовании способа орошения, а на Рисунке 3.2.6 – при использовании способа погружения.

Анализируя представленные рисунки можно сделать ряд заключений. Во-первых, достижение низкой температуры (–40 °С) возможно осуществить быстрее при использовании способа погружения. Во-вторых, в обоих случаях присутствуют характерные точки перегиба кривых. При орошении для крови всех видов животных эта точка перегиба выражена менее явно и имеет практически одинаковые значения: температура – 15 ± 1°С, время достижения – 160 ± 5 секунд. При погружении точки перегиба имеют четкость и ярко выражены для крови всех видов животных.

Значение температуры во всех случаях находится на уровне минус 15 ± 0,5 °С. При замораживании крови КРС точка достигается при 112 секундах, при замораживании крови МРС точка достигается при 130 секундах, при замораживании крови свиней точка достигается при 135 секундах, при замораживании крови лошадей точка достигается при 150 секундах.

Рисунок 3.2.5 – Кривая скорости замораживания при орошении:



Pages:   || 2 |
 
Похожие работы:

«Бабич Ольга Олеговна ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ L-ФЕНИЛАЛАНИН-АММОНИЙ-ЛИАЗЫ 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных...»

«КАЙМБАЕВА ЛЕЙЛА АМАНГЕЛЬДИНОВНА НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА МЯСА И ПРОДУКТОВ УБОЯ МАРАЛОВ Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор Узаков Я.М. Улан-Удэ - СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 1.1...»

«ЛЕ ТХИ ДИЕУ ХУОНГ РАЗРАБОТКА И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ПРОДУКЦИИ НА МОЛОЧНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ШКОЛЬНОГО ПИТАНИЯ ВО ВЬЕТНАМЕ Специальность 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические наук и). ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой...»

«ГРАЩЕНКОВ ДМИТРИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА БЛЮД И РАЦИОНОВ ДЛЯ ДОШКОЛЬНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАСЧЕТОВ 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания Диссертация на соискание ученой степени кандидата...»

«АПЁНЫШЕВА ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЯГКИХ КИСЛОТНОСЫЧУЖНЫХ СЫРНЫХ ПРОДУКТОВ С РАСТИТЕЛЬНЫМ ЖИРОМ Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических...»

«КОДАЦКИЙ Юрий Анатольевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН СОИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА Специальность: 05.18.01 – технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук...»

«ШЕЛЕПИНА НАТАЛЬЯ ВЛАДИМИРОВНА НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНА СОВРЕМЕННЫХ СОРТОВ И ФОРМ ГОРОХА Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства Диссертация на соискание ученой степени...»

«МАКСЮТОВ РУСЛАН РИНАТОВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ЙОДОБОГАЩЁННЫХ КУМЫСНЫХ НАПИТКОВ С ИНУЛИНОМ 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические наук и) Диссертация на соискание...»

«ВАСИЛЬЕВА ИРИНА ОЛЕГОВНА РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЯСНОГО ПРОДУКТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО КОЛЛАГЕНА И МИНОРНОГО НУТРИЕНТА 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологических...»

«БОНДАКОВА МАРИНА ВАЛЕРЬЕВНА РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОСМЕТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРАКТА ВИНОГРАДА Специальность 05.18.06 – Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов (технические наук и) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук...»

«Беляева Лидия Александровна ИССЛЕДОВАНИЕ СОХРАНЯЮЩИХ ФАКТОРОВ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОДЛИННОСТИ ПРИРОДНОЙ БУТИЛИРОВАННОЙ СТОЛОВОЙ ВОДЫ Специальность 05.18.15 – технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки) ДИССЕРТАЦИЯ На соискание ученой степени кандидата технических наук Научный...»

«ВАГАЙЦЕВА ЕЛЕНА АЛЕКСЕЕВНА НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ДЕТСКИХ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ УЧРЕЖДЕНИЙ Специальность: 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и...»

«КОРЖОВ ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ТЕКСТУРАТОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ Специальности: 05.18.01-Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодовоовощной продукции и виноградарства 05.18.04-Технология мясных,...»

«ВОЛОТКА ФЁДОР БОРИСОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЫБНЫХ ФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ РЫБ ПРИБРЕЖНОГО ЛОВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПИВНОЙ ДРОБИНЫ Специальность 05.18.04 Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Диссертация на...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.