Разработка процессов экстракции и распылительной сушки в технологии инулина из клубней топинамбура тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Коннова Ольга Ивановна

• Коннова Ольга Ивановна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Коннова Ольга Ивановна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНОЙ, НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

1.1 Общая характеристика топинамбура и перспективы его переработки для производства инулина

1.2 Характеристика рынка и перспективы развития промышленного производства инулина

1.3 Анализ технологий получения инулина

1.4 Анализ конструкторских решений для получения инулина

1.5 Основные выводы и результаты

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Общая схема экспериментально-аналитических исследований

2.2 Объекты исследований

2.3 Основные приборы и оборудование для выполнения исследований

2.4 Методы исследований

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО - АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭКСТРАКЦИИ ИНУЛИНА ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА

3.1 Исследование процесса ультразвуковой экстракции инулина

3.2 Исследование влияния основных факторов на производительность процесса ультразвуковой экстракции инулина

3.3 Разработка рациональных режимных параметров ультразвуковой экстракции инулина

3.4 Исследование кинетики и анализ механизма процесса ультразвуковой экстракции инулина

3.5 Конструкторские решения для ультразвуковой экстракции инулина.. 66 ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО - АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНО-РАДИАЦИОННОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ ИНУЛИНСОДЕРЖАЩЕГО ЭКСТРАКТА

4.1 Исследование гигроскопических характеристик инулина и анализ механизма его взаимодействия с водой

4.2 Исследование кинетики процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

4.3 Исследование влияния основных факторов на производительность процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

4.4 Разработка рациональных режимных параметров конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

4.5 Моделирование тепломассопереноса и анализ механизма процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

4.6 Конструкторские решения для конвективно-радиационной

распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СПОСОБА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ И МАШИННО-АППАРАТУРНОЙ СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА ИНУЛИНА ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА

5.1 Способ производства инулина из клубней топинамбура и описание технологического процесса

5.2 Машино-аппаратурная схема производства инулина из клубней топинамбура

5.3 Опытно-промышленные испытания и апробация технологических

решений при производстве инулина из клубней топинамбура

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ИНУЛИНА ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА

6.1 Рекомендации по практическому использованию результатов исследований и конструкторско-технологических решений

6.2 Внедрение результатов исследований и конструкторско-технологических решений

6.3 Оценка экономической эффективности производства инулина из

клубней топинамбура

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А (справочное). Объекты интеллектуальной собственности

Приложение Б (обязательное). Техническая документация

Приложение В (обязательное). Протоколы анализа показателей

образцов порошка инулина

Приложение Г (обязательное). Результаты исследования кинетики

процесса экстракции инулина

Приложение Д (обязательное). Программа расчета полей температур

Приложение Е (обязательное). Договор о научно - техническом

сотрудничестве

Приложение Ж (обязательное). Акт проведения опытно-промышленных

испытаний

Приложение И (обязательное). Акт внедрения и справки об использовании результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процессов экстракции и распылительной сушки в технологии инулина из клубней топинамбура»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Согласно Указу Президента РФ от 7 мая 2024 г. №309 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года», актуальной ставится задача рационального использования сырьевых ресурсов, а, следовательно, необходимо разработать и реализовать комплекс мер, направленных на создание и внедрение конкурентоспособных отечественных технологий переработки сырья, в частности, сырья растительного происхождения, основанных на новейших достижениях науки.

В современных условиях пищевая промышленность Российской Федерации обладает значительным потенциалом, благодаря наличию в регионах значительных сырьевых баз и обилия производимой сельским хозяйством продукции. Кроме того, актуальность развития пищевой промышленности связана с решением проблем несбалансированности питания населения, недостатка функциональных продуктов питания, снижения себестоимости производства пищевых продуктов массового потребления и т.д. На сегодняшний день отмечается рост спроса на натуральную растительную продукцию, обеспечивающую потребность в белках, углеводах, витаминах, минеральных веществах и других важнейших элементах пищи и очевидно, что продукты переработки растительного сырья занимают важное место в структуре питания населения, а также востребованы в фармацевтике и косметике.

Топинамбур - высокоурожайная и неприхотливая при выращивании сельскохозяйственная культура, и ввиду богатого набора ценных компонентов (инулин, олигосахариды, фруктоза, микро- и макроэлементы, пищевые волокна и т.д.), обладающая высоким потенциалом применения на пищевые, медицинские, технические и другие цели.

В Российской Федерации селекционированы высокопродуктивные сорта топинамбура с различным содержанием инулина и объем его выращивания в ряде регионов, в частности, в Астраханской области, увеличивается, но следует

признать, что отсутствуют научно-обоснованные промышленные технологии комплексной переработки топинамбура, в частности, его клубней с получением инулина, что очевидно является сдерживающим фактором развития производств и вывода на внутренний и внешние рынки отечественного инулина и другой пищевой продукции.

Диссертационная работа посвящена разработке и обоснованию способа производства и технологических процессов ультразвуковой экстракции и конвективно-радиационной распылительной сушки инулина из клубней топинамбура и направлена на формирование научно-практического задела для налаживания отечественного эффективного производства инулина в рамках решения вопросов рационального использования сырья и обеспечения продовольственной безопасности РФ.

Исследования выполнялись в соответствии с тематическим планом НИР ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет».

Степень разработанности темы. Значимый вклад развитие теории, технологий и техники для получения растительных экстрактов, в том числе в развитие научно-практических основ процессов экстракции и сушки, внесли следующие ведущие ученые: А.В. Лыков, А.С. Гинзбург, М.В. Лыков, П.А. Ребиндер, Б.С. Сажин, И.А. Рогов, К.Г. Филоненко, Б.И. Леончик, Ю.М. Плаксин, Г.И. Касьянов, Р.И. Шаззо, С.П. Рудобашта, П.Г. Романков, А.Н. Остриков, С.Т. Антипов, И.Ю. Алексанян, М.А. Гришин, О. Кришер, А.В. Акулич, П.В. Акулич, О. Alves-Filho, P. Ditl, D. Gehrmann, T. Kudra, A. Mulet, F. Rieger, Xia Zhang и многие другие.

Разработке новых рационализации существующих технологий и технологических процессов получения сухих растительных материалов, в том числе экстрактов, посвящено значительное количество исследований и опытно-конструкторских разработок [3, 33, 62, 79, 80, 86, 89, 113, 118, 134]. Реализации математических моделей тепломассопереноса при сушке посвящен ряд исследований [4, 7, 28, 36, 38, 52, 53, 79]. Развитию научно-практических основ совершенствования технологии инулина для налаживания его промышленного

производства [27, 30, 32, 50, 54, 75, 76, 81, 146, 149, 162] и расширению области его применения в пищевой и фармацевтической промышленности посвящено большое число научно-исследовательских работ [44, 50, 116 139, 145].

Цель диссертационной работы - разработка технологических процессов, режимных параметров и конструкций аппаратов ультразвуковой экстракции и конвективно-радиационной распылительной сушки в технологии инулина из клубней топинамбура.

Для достижения цели решались следующие основные задачи:

1. Провести анализ научной, научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования.

2. Исследовать физико-химический механизм, особенности и основные закономерности процесса ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура, разработать рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок для ультразвуковой экстракции инулина.

3. Исследовать физико-химический механизм, особенности и основные закономерности процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта, разработать математическую модель тепломассопереноса, рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок для распылительной сушки инулинсодержащего экстракта.

4. Разработать способ, технологическую и машинно-аппаратурную схемы производства инулина из клубней топинамбура.

5. Выполнить опытно-промышленные испытания и апробацию технологических решений при производстве инулина из клубней топинамбура, разработать нормативно-техническую документацию для производства инулина.

6. Разработать рекомендации по практическому использованию результатов исследований и конструкторско-технологических решений, внедрить основные результаты.

7. Выполнить оценку экономической эффективности производства инулина из клубней топинамбура.

Научная новизна.

Изучен физико-химический механизм, установлены, проанализированы и математически описаны основные закономерности процесса ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура при механическом и циркуляционном перемешивании экстракционной смеси.

Разработана математическая модель тепломассопереноса; изучен физико-химический механизм; установлены, проанализированы и математически описаны основные закономерности процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта.

Впервые исследовано влияние температуры сушильного агента, начальной влажности инулинсодержащего экстракта и плотности теплового потока радиационного излучения на удельную производительность и удельную влагонапряженность рабочего объема сушильной камеры при конвективно-радиационной распылительной сушке инулинсодержащего экстракта.

Научно обоснованы технологические решения для производства инулина из клубней топинамбура, новизна которых подтверждается патентом РФ № 2831538 «Способ получения инулина из клубней топинамбура» (приложение А).

Теоретическая и практическая значимость.

Разработаны способ, рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок (патент РФ № 225428 «Ультразвуковой экстрактор», патент РФ №231856 «Ультразвуковой экстрактор») для ультразвуковой экстракции инулина (приложение А).

Исследовано влияние основных факторов на производительность процесса ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура при механическом и циркуляционном перемешивании экстракционной смеси.

Разработаны способ, рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок (патент РФ № 225345 «Распылительная сушилка», патент РФ № 222446 «Конвективно-радиационная распылительная сушилка») для сушки инулинсодержащего экстракта (приложение А).

Установлены функциональные зависимости для определения удельной

производительности процессов ультразвуковой экстракции инулина и конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта.

Разработаны способ, технологическая и машинно-аппаратурная схемы, практические рекомендации и нормативно-техническая документация для производства инулина из клубней топинамбура (приложение Б).

Выполнены опытно-промышленные испытания, апробация и внедрение результатов и конструкторско-технологических решений.

Обоснована экономическая эффективность производства инулина из клубней топинамбура.

Методология и методы исследования.

Теоретико-методологической основой диссертационного исследования являются труды отечественных и зарубежных авторов. Используемые при выполнении исследований анализ и синтез, проверка теории на практике, сравнение, формализация, наблюдение, интерпретация полученных результатов, эмпирический метод, статистико-вероятностный метод и моделирование в совокупности составляют методологическую основой диссертации.

Полученные в работе математические зависимости адекватны экспериментальным данным, что подтверждено статистической обработкой результатов опытов. Результатов исследований апробированы. Основные положения, выводы и рекомендации не противоречат основополагающим работам в области пищевых систем и исследованиям, направленным на совершенствование технологий и техники для производства пищевых добавок.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментально-аналитических исследований физико-химического механизма и основных закономерностей процесса ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура;

- рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок для ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура;

- результаты экспериментально-аналитических исследований физико-

химического механизма и основных закономерностей процесса конвективно -радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта;

- математическая модель тепломассопереноса, рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок для распылительной сушки инулинсодержащего экстракта;

- способ производства инулина из клубней топинамбура.

Степень достоверности результатов. Достоверность основных положений, результатов, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечивается проведением необходимого объема экспериментальных исследований, опытно-промышленных испытаний, апробацией и внедрением. Достоверность результатов подтверждается проработкой научной, научно-технической литературы и патентной информации в соответствии с задачами диссертации. Основные положения диссертации опубликованы в рецензируемых изданиях.

Личное участите автора. Автором разработан план исследований, проведены экспериментальные и аналитические исследования, осуществлен сбор и статистическая обработка данных, проанализированы результаты, разработана нормативно-техническая и патентная документация, сформулированы основные положения и выводы работы. Автор принимал участие в организации и проведении опытно-промышленных испытаний и апробации разработанных конструкторско-технологических решений.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Соответствует пунктам 20, 21, 22, 23 паспорта научной специальности 4.3.3. Пищевые системы.

Апробация результатов исследования. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы были представлены на следующих научных и научно-практических мероприятиях: Всероссийская междисциплинарная научная конференция «Наука и практика - 2023» ( Астрахань, 2023); Международная научно-практическая конференция, посвящённой 20-летию Технологического института «Пищевая индустрия: инновационные процессы, продукты и технологии» (Москва, 2024); XIII Национальная научно-практическая

конференция «Технологии и продукты здорового питания» , с международным участием (Саратов, 2024); VIII Международная научно-практическая конференция «Стратегии развития АПК России на основе рационального использования региональных генетических и сырьевых ресурсов» (Волгоград, 2024); Всероссийская научно-практическая конференции с международным участием «БиоТех-2024» (Санкт-Петербург, 2024); Всероссийская междисциплинарная научно-практическая конференции «Стратегические векторы развития современной науки, медицины, цифровых и образовательных технологий» (Кемерово, 2024); VIII Международная научно-практическая конференция «Наука, образование и инновации для АПК: состояние, проблемы и перспективы» (Майкоп, 2024); Международная научно-практическая конференция «Здоровое питание 2030: новые технологии, подходы к обеспечению качества и безопасности, подготовка кадров» (Москва, 2024); III Международный саммит молодых ученых по направлению «Синергия Deep Health и Deep Food Tech подходов» (Сириус, 2024); XXX Международная научно - практическая конференция «Современные тенденции развития науки и мирового сообщества в эпоху цифровизации» (Москва, 2025); 13-ая Международная конференция молодых учёных и специалистов (Краснодар, 2025).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 научные работ, в том числе 6 статей в журналах, входящих в Перечень рецензируемых изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, получен 1 патент РФ на изобретение, 4 патента РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 169 страницах, состоит из следующих разделов: введение, 6 глав, заключения, списка литературы и 8 приложений. Список литературы включает 163 наименования, в том числе 18 иностранных. Диссертационная работа содержит 25 таблиц и 43 рисунка.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНОЙ, НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

1.1 Общая характеристика топинамбура и перспективы его переработки

для производства инулина

Мировые объемы производства функциональных продуктов ежегодно возрастают на 15-20%. Инновационные технологии являются ключевым фактором успешного развития функционального питания в России. Новые технологии должны позволить создавать продукты, которые не только удовлетворят потребности российских потребителей, но и станут конкурентоспособными на мировом рынке, вытеснив импортную продукцию [139].

Топинамбур (ИвНаПИш шЬвгвзш) — представитель семейства астровых, характеризующийся высоким содержанием фруктоолигосахаридов, в частности инулина, в клубнях. Биологически активные вещества топинамбура оказывают выраженное гипогликемическое и гиполипидемическое действие, что делает его незаменимым продуктом при профилактике сахарного диабета и атеросклероза. Благодаря высокому содержанию пищевых волокон и пребиотиков, топинамбур улучшает работу кишечника и способствует нормализации веса. Он также богат витаминами и минералами [49, 67].

В настоящее время в России под промышленное выращивание топинамбура отведено около 3 тыс. га земли [66, 68]. В рамках развития отечественного сельского хозяйства были определены специальные регионы, где сосредоточены усилия на улучшении качества топинамбура и повышении эффективности его промышленного выращивания [131].

Химический состав клубней топинамбура во многом зависит от большого числа факторов и, прежде всего, от генетических особенностей сорта, а также от почвенно-климатических условий, в которых он выращивается. Среднее содержание сухих веществ в надземной части топинамбура находится в диапазоне 22-32%, и, примерно, 19-30% в клубнях. Масса клубней топинамбура

демонстрирует широкий диапазон - от 10 до 400 граммов. Количество клубней на одном растении может достигать 30 штук. Морфология клубней также характеризуется высокой степенью изменчивости, варьируясь от правильных геометрических форм до сложных конгломератов.

Отличительной особенностью топинамбура является высокое содержание инулина - природного полисахарида, образованного цепочками молекул фруктозы. Этот полисахарид, состоящий из множества молекул фруктозы, является не только ценным питательным веществом, но и определяет многие полезные свойства топинамбура (таблицы 1.1 и 1.2).

Таблица 1.1 - Химический состав топинамбура

Наименование показателя Содержание, %

клубни надземная часть

Массовая доля влаги 77,5 70,5

Массовая доля сухих веществ 22,5 29,5

В том числе: сахара 16,9 4,0

Массовая доля целлюлозы 1,9 10,9

Массовая доля жира 0,1 0,4

Массовая доля белка 2,3 2,2

Таблица 1.2 - Химический состав углеводного комплекса клубней топинамбура

Наименование показателя Содержание в массе, %

сырой сухой

Массовая доля инулина 11,82 48,31

Массовая доля крахмала 0,26 1,08

Массовая доля гемицеллюлозы 1,03 4,28

Массовая доля клетчатки 2,13 8,82

Массовая доля монозы 0,16 0,68

Массовая доля сахара типа тростникового (сахароза) 6,14 25,25

Ниже представлена общая характеристика основных компонентов состава клубней топинамбура.

В клубнях топинамбура наряду с высоким содержанием различных полисахаридов, присутствует большое количество инулина [34, 138]. Различают

три формы инулина: а, в и у. а-инулин - это белый порошок, в-инулин - бесцветные кристаллы. Различия между этими формами связаны с их молекулярной структурой, которая влияет на такие свойства, как растворимость, вязкость и способность образовывать гели.

Инулин относится к широкой группе полифруктанов с формулой (С6Н10О5). В полифруктозной цепи остатки D-фруктозы, которые достигают 94% связываются в-2,1-связью и при этом каждая цепь с нередуцированного конца оканчивается молекулой D-глюкозы (до 6%), соединенной с фруктозой в-1,2-связью.

Фруктоза - вторая значимая составная часть углеводного состава топинамбура и образуется из инулина в следствии совершающихся в корнях и клубнях различных биохимических процессов.

Клеточные стенки топинамбура богаты структурными полисахаридами, включая пектины, гемицеллюлозы и целлюлозу, содержание которых варьирует в зависимости от генотипа и агротехнических условий и может составлять до 3% сырой массы.

В клубнях топинамбура содержание органических кислот находится в диапазоне 6 - 9 % сухой массы и представлены яблочной, фумаровой, лимонной, янтарной кислотами.

По различным данным содержание азотистых веществ в клубнях составляет 0,9 - 2,2 %. Содержание белкового азота в клубнях топинамбура и картофеля находится в пределах 4,3-5,8 %, что свидетельствует о схожем белковом составе этих двух культур. Минеральный состав топинамбура отличается повышенным содержанием соединений железа, концентрация которых в клубнях более чем 3 раза выше, чем содержание соединений железа в других корнеклубнеплодах.

В клубнях топинамбура отмечается содержание ферментов: тирогиназа, инулиназа, оксигеназа, оксидоредуктаза, инулаза.

Топинамбур содержит широкий спектр витаминов, среди которых превалируют витамины группы В, каротины и аскорбиновая кислота. Содержание витамина В7 в топинамбуре в 5 раз превышает его концентрацию в картофеле.

Эффективность переработки топинамбура в значительной степени

определяется такими факторами, как урожайность, сроки созревания, форма и размер клубней, а также компактность клубневого гнезда. Эти характеристики влияют на выбор технологических процессов и качество получаемой продукции [65, 66, 130, 132]. Сорта топинамбура, предназначенные для промышленной переработки и производства продуктов с высоким содержанием углеводов, чаще всего относятся к среднепоздним и поздним группам спелости. Длительный вегетационный период этих сортов способствует максимальному накоплению углеводов в клубнях [133]. Оптимальные условия для выращивания топинамбура обеспечиваются климатическими зонами с достаточным количеством тепла и влаги, необходимыми для активной вегетации и накопления питательных веществ. Поздние сорта топинамбура, благодаря продолжительному периоду вегетации, имеют более высокое содержание биологически активных веществ, таких как инулин, белки и пищевые волокна, по сравнению с ранними сортами [151,157]. Сорта топинамбура, выведенные для южных регионов, часто имеют более короткий вегетационный период и менее развитую корневую систему, что делает их менее приспособленными к суровым условиям северного климата. Северные сорта, напротив, обладают большей пластичностью и способностью адаптироваться к различным климатическим условиям, включая холодные зимы.

Сроки и методы уборки топинамбура оказывают существенное воздействие на сохранность и качество полученного урожая. Любые механические повреждения, полученные клубнями топинамбура во время уборки, существенно сокращают сроки их хранения и снижают качество. Поврежденные клубни быстрее портятся и теряют свои полезные свойства. Содержание и состав олигосахаридов в топинамбуре изменяются в процессе хранения, что влияет на его технологические свойства [152, 159, 161].

Ниже приведен обзор современных публикаций начиная с 2020 года в изданиях, индексируемых в РИНЦ и МБД, в которых представлены результаты и основные положения исследований процессов переработки топинамбура, в том числе экстракции ценных компонентов из клубней топинамбура.

Основной целью работы [117] было изучение возможности использования

вегетативной части топинамбура для получения целлюлозы. Изучен химический состав вегетативной части топинамбура и влияние технологических параметров процесса делигнификации на выход и свойства целлюлозного продукта. Полученные результаты расширяют области использования вегетативной части топинамбура и показывают перспективность дальнейших более глубоких исследований по оптимизации процессов переработки топинамбура.

Работа [5] посвящена оптимизации процессов экстрагирования пищевых веществ из различного растительного сырья благодаря применению математической модели, выведенной на примере анализа процесса экстрагирования пектина и инулина из топинамбура. На основе полученных данных была создана математическая модель, описывающая процесс экстрагирования с переменным коэффициентом массопроводности, позволяющая определять оптимальные параметры процесса.

В работе [37] в соответствии с целью исследований был определен рациональный способ экстракции пектина из топинамбура. Результаты экспериментов свидетельствуют о возможности замены соляной кислоты при экстрагировании пектина лимонной и целесообразности промывки готового продукта горячей водой.

Авторами работы [125] предложено на основе грибного штамма Pénicillium verruculosum InuPel-10 получать комплексный ферментный препарат экзо-инулиназы/пектинлиазы, обеспечивающий снижение вязкости экстрактов топинамбура на 17-20 %, при этом выход восстанавливающих сахаров в ходе гидролиза увеличился на 10 %. Использование комплексного ФП в производстве фруктово-глюкозного сиропа позволит сократить расходы на ФП на 10-16 % за счет снижения операционных расходов.

Проведенные исследования химического состава образцов пищевых ингредиентов [1], полученных при комплексной переработке топинамбура, свидетельствуют об их ценности и перспективности применения в качестве пищевых ингредиентов, вне зависимости от стадии выделения. Полученные данные о составе пищевых ингредиентов показывают возможность их применения

в диабетических и пребиотических продуктах.

В работе [150] рассматриваются традиционный и инновационный подходы к получению экстрактов, богатых инулином, для последующего использования в пищевых целях из корней артишока. Клубнеплоды пяти сортов, выращенных в трех разных местах, подвергались как экстракции горячей водой, так и экстракции с помощью ультразвука. Была проведена физико-химическая характеристика экстрактов, а также оценены желирующие и пребиотические свойства. Использование ультразвука привело к увеличению выхода только для двух сортов. Результаты данного исследования свидетельствуют о том, что корни артишока могут быть подходящим источником инулина, хотя технология экстракции, место произрастания, сорт и другие переменные могут сильно повлиять на урожайность, свойства и пребиотическую активность экстрактов инулина.

В работе [146] представлены результаты исследовании по экстракции фенольных соединений из клубней топинамбура с использованием оптимизированных условий экстракции с помощью микроволновой печи. Применяя методологию поверхности отклика авторами оптимизированы условия выполнения экстракции и определены мощность микроволнового излучения, время экстракции и температуры экстракционной смеси.

В работе [149] представлены данные о совместной экстракции инулина и фенольных соединений из отходов топинамбура с использованием различных условий выдержки образцов и экстракции путем мацерации.

В исследовании [162] рассмотрены операционные переменные экстракции для получения более высоких выходов инулина из клубней топинамбура, а также оптимальные условия. Оптимальные условия экстракции были следующими: температура экстракции 74 °С, время экстракции 65 мин, соотношение жидкого и твердого вещества 4 мл/г. В этих условиях выход инулина составил 85,4 ± 0,5 %.

Благодаря многочисленным исследованиям, топинамбур сегодня является хорошо изученной культурой с широким спектром применения. Полученные результаты позволили оптимизировать технологии выращивания, хранения и переработки топинамбура. Благодаря богатому составу, включающему инулин,

ферменты, витамины и другие биологически активные вещества, топинамбур является перспективным сырьем для пищевой промышленности, в частности, для производства продуктов с функциональными свойствами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Коннова Ольга Ивановна, 2025 год

// / / 1

0,05 0, ¿5 0,25 0,35 0.45 0,55 0,65 0.75 0,85 С, кг/кг

Рисунок 4.8 - Кривые скорости сушки инулинсодержащего экстракта при Тс.а. = 433 К и Ер = 3,6 кВт/м2: (—) - при Жн = 0,85 кг/кг; (—) - при Жн = 0,9 кг/кг; (—) - при Жн = 0,95 кг/кг

Кривые скорости сушки носят экстремальный характер, что также отмечается в ряде исследований, посвященных распылительной сушке растительных экстрактов [62, 123, 129, 134, 135]. Опираясь на результаты собственных исследований и выводы, сформулированные в работах [56, 114, 120, 130], можно заключить, что при интенсивной конвективно-радиационной распылительной сушке повышение скорости dc/dт до максимальных значений и последующее ее резкое снижение происходит ввиду удаления в разные периоды влаги с различной связью с сухими веществами экстракта. При этом необходимо учитывать, что в процессе интенсивного обезвоживания диспергированных капель происходят процессы формирования капиллярно-пористой структуры частиц конечного продукта.

4.3 Исследование влияния основных факторов на производительность процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

С учетом выводов ряда научно-исследовательских работ [3, 62, 134, 140] с учетом собственных результатов [46] с целью рационализации процесса распылительной сушки, в том числе при комбинированном конвективно -радиационном энергоподводе, целевой функцией принята удельная производительность рабочего объема сушильной камеры по исходному экстракту

Р, кг/(м3ч), которая соответствует массе исходного инулинсодержащего экстракта, высушиваемого до требуемой конечной влажности, в единице рабочего объема сушильной камеры в единицу времени:

где Q - массовый расход исходного инулинсодержащего экстракта, кг/ч; V -рабочий объем камеры, в котором достигается конечная влажность, м3.

Время нахождения рабочем объеме сушильной камеры высыхающих в потоке сушильного агента распыленных капель экстракта зависит от ряда факторов: скорости, температуры, влагосодержания и других параметров потока сушильного агента; плотности теплового потока; параметров факела распыла экстракта; скорости витания частиц, которая в свою очередь является функцией изменяющихся в процессе сушки размера и массы частиц; условий активного аэродинамического взаимодействия продукта и сушильного агента и других факторов.

Следует учитывать, что при непрерывном установившемся процессе распылительной сушки, длина пробега частиц, и, как следствие, время нахождения продукта в сушильной камере до достижения требуемой конечной влажности порошка Тс, с (время сушки, время рабочего цикла) определяется параметрами процесса и зависит от задействованного рабочего объема сушильной камеры V, м3. Таким образом, для оценки целевой функции при рационализации процесса сушки, следует использовать эмпирическую зависимость, которая установлена для распылительного высушивания экстракта до конечной влажности на установке УС-015 при различном сочетании влияющих на процесс факторов:

Для принятия решений об эффективности и целесообразности различных режимов сушки инулинсодержащего экстракта, дополнительно, следует проанализировать зависимости удельной производительности по высушенному продукту (порошок) П, кг/(м3ч) и удельной влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры В, кг/(м3 ч):

(4.7)

V = 0,0204

с

(4.8)

(4.9)

где Qwк - производительность по высушенному продукту, кг/ч.

Учитывая взаимосвязь влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры и удельной производительности по высушенному продукту установлена следующая зависимость:

„ р л П ■ (Жн - Жк)/

В = Р~ П = /(\ - Жн) (410)

В ходе исследований распылительную сушку инулинсодержащего экстракта

при комбинированном конвективно-радиационном энергоподводе производили при следующих предварительно обоснованных (пункт 4.2) значениях режимных параметров:

- характеристики инулинсодержащего экстракта: начальная влажность Жн = 0,85 - 0,95 кг/кг и исходная температура Тпрод = 333±5 К;

- характеристики высушенного продукта (порошок): конечная влажность Wк < 0,05 кг/кг, температура 338 - 348 К, размер частиц 1 - 4 мкм;

- способ распыления инулинсодержащего экстракта (пневматический, акустический, механический) при диаметре распыленных частиц 5 - 15 мкм;

- радиационный энергоподвод реализуется инфракрасными излучателями, расположенными круговым массивом внутри и по высоте сушильной камеры, которые обеспечивают плотность теплового потока Ер = 3,6 кВт/м2;

- конвективный энергоподвод реализуется за счет подачи в сушильную камеру нагретого воздуха с исходной температурой Тс.а. = 413 - 433 К (исходный сушильный агент) при удельном расходе воздуха Qс.а. > 100 кг/кг на 1 кг испаренной влаги, температура отработавшего сушильного агента - воздуха на выходе сушильной установки < 363 К;

- время сушки (длительность рабочего цикла) составляет тс = 1 - 1,5 с;

- режим работы - автоматический.

Результаты экспериментального определения времени сушки тс по кривым сушки (раздел 4.2) до влажности Wк = 0,05 кг/кг и численные значения рассчитанных параметров процесса сушки инулинсодержащего экстракта представлены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Параметры процесса сушки инулинсодержащего экстракта

№ Тс.а., Жн, Тс, V, П, В, Р,

эксп. К кг/кг с м3 кг/(м3ч) кг/(м3ч) кг/(м3ч)

1 413 0,85 1,35 0,0275 2,867 15,289 18,155

2 423 0,85 1,25 0,0255 3,096 16,512 19,608

3 433 0,85 1,25 0,0255 3,096 16,512 19,608

4 413 0,9 1,45 0,0296 1,779 15,124 16,903

5 423 0,9 1,3 0,0265 1,985 16,869 18,854

6 433 0,9 1,25 0,0255 2,064 17,544 19,608

7 413 0,95 1,75 0,0357 0,737 13,268 14,006

8 423 0,95 1,65 0,0337 0,782 14,073 14,854

9 433 0,95 1,5 0,0306 0,860 15,480 16,340

Применяя математический метод точного попадания в узловые точки и после математических преобразований установлены эмпирические аппроксимирующие функциональные зависимости удельных производительности и влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры от влияющих параметров (4.11), (4.12) и (4.13), а также для анализа построены поля значений данных параметров процесса сушки инулинсодержащего экстракта (рисунки 4.9 - 4.11).

П(Жн,Тс.а.) = (0,05601356• Жн2 -0,087682522• Жн + 0,0329136891)• Тс.а.2 + + (-49,55934346• Жн2 + 78,035544827 • Жн - 29,5420486387) • Тс.а. + (4.11)

+ (10922,86948072• Жн2 -17310,3226070999- Жн + 6615,07635161207)

В(Жн, Тс .а) = •П (Жн, Тс .а) (4.12)

Р(Жн, Тс.а.) = П (Жн, Тс.а.)+В(Жн, Тс.а.) (4.13)

Размерность эмпирических коэффициентов равна отношению размерности функции к размерности аргумента (или произведения аргументов).

Анализ представленных полей значений показывает, что с увеличением температуры Тс.а. процесс удаления влаги из распыленных частиц экстракта интенсифицируется, что определяет рост значений целевой функции Р и, соответственно, отмечается рост значений, ее составляющих - удельной производительности по высушенному продукту П и влагонапряженности В.

Рисунок 4.9 - Поле значений удельной производительности рабочего объема сушильной камеры по высушенному продукту при сушке инулинсодержащего экстракта

Рисунок 4.10 - Поле значений влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры при

сушке инулинсодержащего экстракта

Рисунок 4.11 - Поле значений удельной производительности рабочего объема сушильной камеры по исходному инулинсодержащму экстракту

При распылительной сушке инулинсодержащего экстракта варьирование температуры сушильного агента в диапазоне Тс.а. = 413 - 433 К при плотности теплового потока Ер = 3,6 кВт/м2 и исходной температуре экстракта Тпрод = 333±5 К позволяет получать сухой порошок требуемого качества при значениях производительности, которые соответствуют производительности промышленных распылительных сушильных установок. Перегрев материала исключается при данных температурных режимах и, как следствие, на происходит снижение содержания инулина в порошке (приложение Д).

Характер зависимости значений целевой функции Р и ее составляющих П и В от начальной влажности Жн исходного инулинсодержащего экстракта, направляемого на сушку, нелинейный и при снижении начальной влажности скорость сушки увеличивается, в том числе за счет снижения общего количества удаляемой влаги при распылительной сушке. Принимая во внимание требования к организации процессов вакуум-выпаривания экстракта перед сушкой и его распылительной сушки, принят диапазон варьирования начальной влажности Жн = 0,85 - 0,95 кг/кг.

На основе выполненных исследований и используя полученные аппроксимирующие зависимости (4.11), (4.12) и (4.13) установлено, что внедрение разработанных режимов для конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта на практике позволит получать инулин с удельной производительностью рабочего объема сушильной камеры по высушенному продукту (порошок) П = 0,737 - 3,125 кг/(м3 ч); удельная влагонапряженность рабочего объема сушильной камеры В = 13,268 - 17,554 кг/(м3 ч); удельная производительность по исходному инулинсодержащему экстракту Р = 14,006 -19,759 кг/(м3ч).

Установленные зависимости (4.11), (4.12) и (4.13) позволяют оперативно определять производительность технологических промышленных установок для сушки инулинсодержащего экстракта при изменении технологических режимов на производстве.

4.4 Разработка рациональных режимных параметров конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

С учетом выводов ряда научно-исследовательских работ [3, 62, 129, 134, 140] при определении рационального режима конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта необходимо определить максимальное значение целевой функции - удельная производительность рабочего объема сушильной камеры по исходному инулинсодержащему экстракту P, кг/(м3ч) и, соответственно, установить численные значения режимных параметров при искомом максимуме целевой функции, что было осуществлено с использованием функциональной зависимости (4.13) и функции «Maximize» в среде Mathcad Professional.

Рациональный режим распылительной сушки инулинсодержащего экстракта при комбинированном конвективно-радиационном энергоподводе, который обеспечивает получение инулина при максимальном значении удельной производительности рабочего объема сушильной камеры по исходному инулинсодержащему экстракту P = 19,759 кг/(м3ч), необходимо производить при следующих значениях режимных параметров:

- характеристики инулинсодержащего экстракта: начальная влажность Wh = 0,93 кг/кг и исходная температура Тпрод = 333±5 К;

- характеристики высушенного продукта (порошок): конечная влажность Wk < 0,05 кг/кг, температура 338 - 348 К, размер частиц 1 - 4 мкм;

- способ распыления инулинсодержащего экстракта (пневматический, акустический, механический) при диаметре распыленных частиц 5 - 15 мкм;

- радиационный энергоподвод реализуется инфракрасными излучателями, расположенными круговым массивом внутри и по высоте сушильной камеры, которые обеспечивают плотность теплового потока Ер = 3,6 кВт/м2;

- конвективный энергоподвод реализуется за счет подачи в сушильную камеру нагретого воздуха с исходной температурой Тс.а. = 433 К (исходный сушильный агент) при удельном расходе воздуха Qc.a. > 100 кг/кг на 1 кг испаренной влаги,

температура отработавшего сушильного агента - воздуха на выходе сушильной установки < 363 К;

- время сушки (длительность рабочего цикла) составляет тс = 1 - 1,5 с;

- режим работы - автоматический.

При рациональном режиме достигается удельная производительность рабочего объема сушильной камеры: по высушенному продукту (порошок) П = 2,704 кг/(м3ч); удельная влагонапряженность рабочего объема сушильной камеры В = 17,055 кг/(м3ч).

Для внедрения рационального режима на промышленных предприятиях при организации выпуска сухого инулина необходимо либо модернизировать типовые сушильные установки путем установки инфракрасных излучателей в рабочем объеме сушильной камеры, либо применять специально разработанную конструкцию сушилки [98].

4.5 Моделирование тепломассопереноса и анализ механизма процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего

экстракта

Развитию теории, научно-практических основ и моделированию процесса сушки и тепловой обработки пищевых материалов посвящено большое количество научно-исследовательских работ. Основополагающими работами в области математического моделирования тепломассообменных процессов при сушке являются труды А.В. Лыкова, А.С. Гинзбурга, М.В. Лыкова, Б.И. Леончика, Л.М. Никитиной, С.П. Рудобашты и др. Реализации математических моделей тепломассопереноса при сушке пищевых материалов посвящен ряд актуальных исследований [2, 4, 36, 53, 62, 115, 120, 123, 126, 127].

Распылительная сушка очень энергоемка и предполагает мгновенное обезвоживание материала с высокой влажностью 0,8 - 0,97 кг/кг. От грамотной организации процесса и подбора рациональных параметров зависят качественные показатели готовой продукции и ее стоимость.

Распылительная сушка инулинсодержащего экстракта должна быть организована таким образом, чтобы либо минимизировать, либо полностью исключить вероятность перегрева экстракта выше температуры 353±5 К. Таким образом, необходимы контроль температуры материала и при необходимости ее регулировка в процессе в результате изменения значений основных параметров процесса. Контроль и регулировку температуры продукта (высушиваемого при распылении инулинсодержащего экстракта с получением порошка) можно организовать непрерывно при постоянном расчете температуры с помощью математической модели с учетом фактических значений параметров процесса и программно-аппаратного комплекса управления процессом и специализированного программного обеспечения.

Аналитический расчет температур материала в любой пространственной точке в объеме диспергированной частицы материала и изменение этих температур по сечению частицы в процессе сушки в при различных вариантах организации процесса, в частности, вида используемого энергетического подвода, типа распыления и др., может быть осуществлен при реализации математической модели тепломассопереноса, основанной на решении уравнения переноса тепла [57] с использованием для вычислений метода конечных разностей. Модель разработана в Астраханском государственном техническом университете под руководством профессора И.Ю. Алексаняна [2, 3, 4]. Развитие разработанная математическая модель получила в работах [62, 119, 121, 123, 124, 129, 134, 135, 137, 140] при адаптации модели для различных высушиваемых материалов.

Особенностью математической модели является необходимость учета при ее решении большого объема информации, полученной в ходе предварительных исследований, описывающей изменение свойств высушиваемого материала, статику и кинетику процесса, режимные параметры и т.д.

При сушке осуществляется равномерный объемный подвод энергии для шарообразной частицы диаметром de = 15 мкм (в соответствии с характеристиками сушилки распылительной YC -15). Размер высушиваемой частицы принят постоянным во всем времени процесса.

Искомая температурная функция ^х,у).

Первая координата х характеризует размер высушиваемой частицы, за х принят ее диаметр d, мкм, то есть х = Хп .. Хk, при этом Хп = 0 и Х1к = de соответствуют поверхности частицы.

Вторая координата у - зависящая от времени протекания процесса сушки т, с влажность частицы продукта Ж, кг/кг (или содержание сухих веществ с, кг/кг).

Координата Ж = от Жн до Жк (или с = от Сп до Ck):

- Начальное значение координаты Ж (или с), соответствующее началу процесса сушки в начальный момент времени при т=0: Жн (Сп = 1-Жн).

- Конечное значение координаты Ж (или с), соответствующее концу процесса сушки при т = тс: Жк (или Сk = 1- Жк).

В качестве допущения принимаем, что структура частиц высушиваемого материала изотропна и исключен лучистый теплообменом между поверхностями высушиваемых частиц [2, 3, 4].

Дифференциальное уравнение переноса тепла [13, 57], с использованием ранее полученных зависимостей имеет вид:

д? д ( дк Л дЖ

с (Ж)-р(Ж) ■— = — Л(х,к,Ж) — +£■ г(х,к,Ж) -р(Ж)--+ w(х,к,Ж), (4.14)

дт дх ^ дх] дт

где .х - координата глубины частицы, м; Х(х^Ж) - теплопроводность материала,

Вт/(м-К); сл(Ж)р(Ж) = Су- объемная теплоемкость материала, Дж/(К-м3); р(Ж) -

плотность материала, кг/м3; т(х^Ж) - теплота испарения, Дж/кг - определенная при

термодинамическом анализе механизма внутреннего массопереноса; t -

температура пространственной точки в объеме материала, К; в = 1 - коэффициент

фазовых превращений, при влагопереносе в виде пара при допущении, что

структура материала изотропна [3, 13, 57]; дЖIдт - скорость сушки, кг/(кг с) - с учетом допущения, что структура материала изотропна [2, 3, 4], заменяем на дЖ/ дт - дифференциальное изменение средней по слою высушиваемой частицы влажности; w(х,t,W) - функция распределения объемной плотности поглощенной энергии излучения по глубине оптически тонкого слоя.

Данные по теплофизическим свойствам инулинсодержащего экстракта для

учета в модели приняты в соответствии с исследованиями [75], которые аппроксимированы для диапазона изменения влажности материала в процессе сушки. Математическая модель тепломассопереноса выполнена в среде Mathcad Professional (приложение Д) для предложенного рационального режима сушки инулинсодержащего экстракта.

Результаты расчета значений искомой функции t = f(x,W) и средней объемной температуры частицы tcp, К в зависимости от содержания сухих веществ обобщены таблице 4.5.

Анализ распределения значений температур (рисунок 4.12) и расчетные данные (таблица 4.5) свидетельствуют о незначительных (в пределах 2 - 5°К) перепадах температуры в объеме частиц материала.

Рисунок 4.12 - Поле распределения значений температур высушиваемой частицы по диаметру

и содержанию сухих веществ (искомая функция)

Совместное рассмотрение температурного поля (рисунок 4.12) с зависимостями для скорости сушки (рисунок 4.8) позволяет сделать обоснованные выводы о механизме внутреннего массопереноса при конвективно-радиационной распылительной сушке инулинсодержащего экстракта. Начальный период сушки характеризуется интенсивным, практически, мгновенным удалением прежде всего свободной влаги и при этом скорость процесса возрастает до максимальных значений, а капли продукта практически не нагреваются, а значит энергия теплоносителя расходуется на испарение свободной влаги, что согласуется с классическими работами по теории сушки [13, 14, 57].

Таблица 4.5 - Значения температур частицы по диаметру dе, мкм и содержанию сухих веществ частицы с, кг/кг (моделирование, рациональный режим сушки)

\с dе\ 0,08 0,167 0,254 0,341 0,428 0,515 0,602 0,689 0,776 0,863 0,950

0,00 333,00 330,72 331,90 331,38 330,46 328,05 327,55 329,04 330,4 335,27 345,82

1,50 333,00 330,69 331,87 331,34 330,42 328,00 327,49 328,96 330,31 335,16 345,71

3,00 333,00 330,66 331,85 331,31 330,38 327,96 327,44 328,9 330,24 335,08 345,62

4.50 333,00 330,64 331,84 331,29 330,36 327,93 327,4 328,86 330,19 335,02 345,56

6,00 333,00 330,63 331,83 331,28 330,35 327,91 327,38 328,84 330,16 334,99 345,52

7.50 333,00 330,62 331,83 331,27 330,34 327,9 327,37 328,83 330,16 334,98 345,51

9,00 333,00 330,63 331,83 331,28 330,35 327,91 327,38 328,84 330,16 334,99 345,52

10,5 333,00 330,64 331,84 331,29 330,36 327,93 327,4 328,86 330,19 335,02 345,56

12,0 333,00 330,66 331,85 331,31 330,38 327,96 327,44 328,9 330,24 335,08 345,62

13,5 333,00 330,69 331,87 331,34 330,42 328,00 327,49 328,96 330,31 335,16 345,71

15,0 333,00 330,72 331,9 331,38 330,46 328,05 327,55 329,04 330,4 335,27 345,82

^р 333,00 330,66 331,86 331,32 330,39 327,96 327,44 328,91 330,25 335,09 345,63

В периоде роста скорости сушки отмечается снижение температуры материала ввиду интенсивной влагоотдачи и сопровождается десорбционной усадкой капель при формировании капиллярно-пористой структуры частиц сухого материала. Последующее изменение температуры в периоде падающей скорости определяется видом связи влаги с материалом и изменение значений температуры при ее увеличении со временем указывает на удаление связанной влаги.

4.6 Конструкторские решения для конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта

Для внедрения разработанного рационального режима распылительной сушки инулинсодержащего экстракта на промышленных предприятиях при организации выпуска сухого инулина необходимо либо модернизировать типовые сушильные установки путем установки инфракрасных излучателей в рабочем объеме сушильной камеры, либо применять специально разработанные и

защищенные патентами РФ конструкции сушилок: патент РФ № 225345 «Распылительная сушилка» и патент РФ № 222446 «Конвективно-радиационная распылительная сушилка».

Предлагаемая конструкция (рисунок 4.13) позволяет применить комбинированный энергоподвод, что обеспечивает высушивание частиц при активном аэродинамическом контакте с сушильным агентом. Конвективный подвод энергии необходим для распыления продукта, пневмотранспорта высохших частиц и их отделения от потока отработавшего сушильного агента.

Рисунок 4.13 -Распылительная сушильная установка

1 - сушильная камера; 2 - малый цилиндр; 3 - большой цилиндр; 4 - распылитель; 5 -система отсоса; 6 - узел выгрузки; 7, 8 - патрубок; 9 - вертикальные прямоугольные перегородки; 10 - крепления; 11 - стержневые крепежные элементы; 12 - металлическая крышка; 13 -галогенные излучатели; 14 - патроны; 15 - защитный экран; 16 - опорное кольцо

Радиационная составляющая позволяет смягчить температурные режимы сушки. За счет комбинирования конвективного и радиационного энергоподвода при активном аэродинамическом контакте продукта и сушильного агента увеличивается интенсивность процесса сушки при снижении начальной температуры сушильного агента и, как следствие, снижении температуры высушиваемого продукта для обеспечения его качества.

Сушилка относится к технике пищевой промышленности, в частности к технике для сушки жидких продуктов, и может быть использована при производстве сухих дисперсных материалов, в частности, инулина.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СПОСОБА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ И МАШИННО-АППАРАТУРНОЙ СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА ИНУЛИНА ИЗ

КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА

5.1 Способ производства инулина из клубней топинамбура и описание

технологического процесса

На основе обобщения результатов исследований (главы 3 и 4), а также принимая во внимание выводы анализа научно-технической литературы и патентной информации, обоснован и разработан способ производства инулина из клубней топинамбура, основанная на рациональном сочетании взаимозависимых процессов подготовки сырья, экстракции, фильтрации, вакуум-выпаривания и распылительной сушки с учетом современных методов интенсификации тепломассообменных процессов (ультразвуковая экстракция и конвективно-радиационная распылительная сушка).

Технологические решения защищены патентом РФ №2831538 (приложение А) и заключаются в следующем:

- клубни топинамбура массой 1,5 кг измельчают до размеров частиц 1 - 5 мм для получения мезги, перед экстрагированием проводят бланширование мезги при температуре 343±2 К в течение 15 мин,

- формируют экстракционную смесь смешиванием мезги с водой в соотношении гидромодуля мезга:вода 1:4 - 1:8;

- экстрагирование проводят в течение 20 - 60 мин с использованием ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см2 на экстракционную смесь массой 7,5 - 13,5 кг при механическом перемешивании экстракционной смеси со скоростью 15 - 30 об/мин и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 20 - 30 объемов/час при температуре смеси 333 - 353 К;

- фильтрование экстракта проводят механически через фильтрующую перегородку с размером пор 20 - 25 мкм;

- осветление экстракта осуществляют смешиванием с активированным углем при соотношении уголь: экстракт 0,01: 1;

- фильтрование осветленного экстракта проводят через фильтрующую перегородку с размером пор 20 - 25 мкм;

- ультрафильтрацию экстракта осуществляют пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да;

- проводят концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта до содержания сухих веществ 5 - 10% при температуре 328 - 333 К и остаточном давлении < 4 кПа;

- проводят распылительную сушку экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе, температуре воздуха 393 - 433 К и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м2.

Химический состав любого растения, в том числе и топинамбура зависит от многих факторов: биологические особенности сорта; почвенно-климатических условия (погодные, географические и другие факторы) и т.д. Содержание инулина в клубнях топинамбура по усредненным данным находится в пределах 13 - 25% от сырой массы, что в свою очередь, влияет на скорость и характер протекания процессов переработки топинамбура с целью получения инулина [8, 15, 42, 50].

При осуществлении способа использовались клубни топинамбура сорта «Интерес», «Омский белый» и «Ранний», произрастающие в Астраханской области, характеризующиеся высокой урожайностью, с содержанием сухих веществ 0,22 - 0,235 кг/кг. Клубни топинамбура периодически исследовались на содержание сухих веществ по заявкам АО «ЧАГАНСКОЕ» (приложение Е).

Примеры осуществления способа представлены в описании разработанного патента РФ 2831538 (приложение А). Предлагаемый способ получения инулина из клубней топинамбура позволяет получить сухой продукт с более высоким содержанием инулина и меньшей влажностью [48, 114].

Операция бланширования мезги в технологическом режиме - температура 368±2 К в течение 15 мин - предназначена для понижения цветности продукта в результате инактивации нативных ферментов, которые гидролизуют фенолы с

образованием и накапливанием в растительных тканях темноокрашенных соединений.

Использование ультразвукового воздействия частотой 22 кГц и интенсивностью 50 Вт/см2 на экстракционную смесь при механическом перемешивании экстракционной смеси со скоростью 15 - 30 об/мин и ее циркуляционном перемешивании с кратностью циркуляции 20 - 30 объемов/час при поддержании температуры смеси 333 - 353 К способствует интенсификации процесса экстрагирования инулина из сырья. Ускорение процесса происходит за счет того, что ультразвуковое воздействие в жидкой среде приводит к возникновению кавитации - интенсивному образованию пузырьков разреженного пара или вакуума. Кавитационные пузырьки увеличивают объем при разрежении среды и сжимаются, попадая в область повышенного давления. Расширение и схлопывание пузырьков повышает площадь контакта жидкости с поверхностью частиц мезги. Использование ультразвуковой обработки позволяет сократить энергозатраты на этапе экстрагирования инулина из сырья.

Механическое и циркуляционное перемешивание экстракционной смеси повышает скорость внутреннего тепломассопереноса и массообмена на границе раздела фаз при экстрагировании, способствуя формированию развитой поверхности фазового контакта и ее обновлению посредством конвективных диффузионных процессов.

Использование распылительной сушки при конвективно-радиационном энергоподводе при температуре воздуха 393 - 453 К и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м2, в способе получения инулина, позволяет реализовать комбинированный энергоподвод.

Предлагаемый способ получения инулина из клубней топинамбура с использованием ультразвукового воздействия на экстракционную смесь и последующей распылительной сушки экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе позволяет интенсифицировать процесс в целом. Разработанная технологическая схема (рисунок 5.1) представляет собой универсальную модель, которая может быть адаптирована под различные производственные масштабы.

Рисунок 5.1 - Технологическая схема получения инулина из клубней топинамбура

Приемка сырья и его хранение. Клубни топинамбура доставляются на производство в специализированной таре: сетчатых мешках или деревянных ящиках вместимостью 25 кг. В качестве альтернативы допускается транспортировка клубней навалом в кузовах автотранспорта и при условии их надежной защиты от внешних воздействий. Для этого кузова автомобилей укрывают чистыми пологами из натуральных или синтетических тканей, предотвращающими попадание солнечных лучей, осадков и пыли. С момента сбора урожая до начала переработки должно пройти не более 10 ч.

При поступлении на производство каждая партия клубней топинамбура проходит тщательную проверку качества в соответствии с требованиями

технических условий ТУ 10-1155-93. Клубни должны быть свежими, без признаков заболеваний, повреждений насекомыми или гнили.

Транспортные средства, задействованные в перевозке топинамбура, должны быть оборудованы таким образом, чтобы гарантировать сохранность качества сырья на протяжении всего процесса транспортировки и хранения. Тара, используемая для сбора урожая, перевозки и хранения клубней, должна быть чистой, сухой и соответствовать всем санитарным нормам. Она должна обеспечивать надежную защиту клубней от механических повреждений, загрязнений, воздействия влаги и экстремальных температур. Топинамбур на сырьевой площадке хранят в той же таре, в которой он был доставлен.

Очистка сырья, сортировка, мойка, инспекция. Поступившие на переработку клубни топинамбура сортируют на специальных конвейерах ленточного типа. Во время сортировки отбраковываются все клубни, имеющие признаки гнили, повреждения болезнями или вредителями, а также клубни неправильной формы. Кроме того, удаляются все посторонние предметы (камни, земля, солома и др.).

Для удаления загрязнений с поверхности клубней используется двухступенчатая система мойки. Сначала клубни очищаются от грубых загрязнений в барабанных или щеточных моющих машинах чистой проточной воды. В случае сильного загрязнения поступившего сырья перед мойкой выполняется продолжительное предварительное замачивание сырья в холодной воде. В итоге процесса мойки клубни топинамбура должны полностью быть очищены от загрязнений (допустимый уровень загрязненности <0,1%).

Бланширование, измельчение и смешивание с водой. После очистки и сортировки клубни топинамбура подвергают бланшированию для инактивации ферментов и уничтожения микроорганизмов в шнековых аппаратах при температуре 368 К в течение 15 минут.

Бланшированные клубни далее очищают и подвергают измельчению до частиц размером 1 - 5 мм в дробилках до получения мезги, которая перекачивается насосом в ультразвуковые экстракторы, смешивается с горячей водой (температура

333 - 353 К) в соотношении сырье:экстрагент от 1:4 до 1:8.

Экстрагирование и фильтрация. Для извлечения растворимых углеводов из клубней топинамбура применяется ультразвуковая обработка. Клубни, предварительно измельченные и смешанные с водой, помещаются в экстрактор, где под воздействием ультразвуковых волн частотой 24 кГц и интенсивностью 50 Вт/см2. Процесс экстракции длится от 20 до 60 мин.

После завершения экстракции полученную смесь разделяют на твердую и жидкую фракции с помощью фильтра. Размер пор фильтра составляет 20 - 25 мкм, что позволяет эффективно отделить жидкий экстракт, содержащий растворимые углеводы, от твердых остатков. Твердый остаток, полученный после фильтрации, подвергается прессованию для удаления остатков влаги и последующего использования в производстве пектина.

Осветление экстракта. Для удаления красящих веществ из раствора, содержащего инулин, используют активированный уголь марки ОУ-А. Процесс очистки осуществляется путем смешивания угля и экстракта в определенном соотношении (0,01:1при температуре 323 - 333 К). Контакт между углем и раствором поддерживается в течение 15-20 мин. Активированный уголь обладает большим количеством пористых структур, что позволяет ему эффективно адсорбировать пигменты и примеси в растворе. Процесс адсорбции проводят в статических или динамических условиях при перемешивании или пропускании экстракта через слой активированного угля. Фильтрование осветленного экстракта производят через фильтрующую перегородку с размером пор 20 - 25 мкм.

Для удаления примесей и получения прозрачного продукта полученный сок направляют в установку ультрафильтрации, где проводят фильтрование осветленного экстракта пропусканием через полупроницаемые мембраны с порогом задержания 5000 Да.

Концентрирование экстракта. После завершения процесса фильтрования экстракт направляют на выпаривание. Концентрирование путем вакуум-выпаривания экстракта до содержания сухих веществ 5 - 10% при температуре 328 - 333 К и остаточном давлении < 4 кПа.

Сушка. Для получения сухого инулина после сгущения в выпарной установке проводят распылительную сушку экстракта при конвективно-радиационном энергоподводе, при температуре воздуха 393 - 423 К и плотности теплового потока излучения 3,6 кВт/м2

Готовый продукт по качественным показателям должен соответствовать требованиям ТУ 10.62.11-047-00471704-2024 «Порошок инулина пищевой».

5.2 Машино-аппаратурная схема производства инулина из клубней

топинамбура

Разработана машинно-аппаратурная схема производства инулина, которая представлена на рисунке 5.2. Поступающие на предприятие с целью переработки клубни топинамбура загружают в приемный бункер 1. При существенной загрязненности клубней топинамбура осуществляется их предварительное замачивание в холодной воде в ванне для отмочки 3, для чего из бункера 1 клубни транспортером 2 доставляются в ванну 3. После замачивания промывную воду направляют в сток. С целью удаления с поверхности клубней загрязнений (земли, соломы, песка, камней и др.) их подвергают двухстадийной мойке с использованием чистой проточной воды в барабанной 4 и щеточной 5 моечных машинах. Мойка осуществляется до полного удаления всех видимых загрязнений, не допуская при этом механического повреждения клубнеплодов.

Часть отработанной от щеточной моечной машины воды возвращается на первую ступень мойки в барабанную моечную машину 4, часть воды через водоотделитель 6 поступает на инспекцию сырья. По окончании вторичной мойки проводят инспекцию. Операцию проводят с использованием отработанной воды. Клубни топинамбура осматривают на инспекционном транспортере 7.

Перед бланшированием подготовленные клубни топинамбура взвешивают с использованием устройства 8. Бланширование проводят в течение 15 мин в шнековых бланширователях 9 при температуре 368 К. Бланшированные клубни измельчают в дробилке 10 до частиц размером 1 - 5 мм.

Рисунок 5.2 - Машинно-аппаратурная схема производства инулина: 1, 29 - бункер; 2, 7 - транспортер; 3 - ванна; 4 - барботажная моечная машина; 5 - щеточная моечная машин; 6 - водоотделитель; 8 - весоизмерительное устройство; 9 - шнековый бланширователь; 10 - дробилка; 11 - гидротранспортер; 12 - ультразвуковой экстрактор; 13,16,18, 20, 23, 25 - насос; 14, 19 - фильтр; 15 - емкость для сбора экстракта; 17 - система очистки активированным углем; 21 - установка ультрафильтрации; 22- емкость; 24 - вакуум-выпарная установка; 26 - распылительная сушилка; 27 - циклон; 28 - фасовочная машина

Полученную мезгу гидротранспортером 11 направляют на ультразвуковое экстрагирование в экстракционные аппараты 12, где смешивают с водой, имеющей температуру 333 - 353 К в соотношении сырье:экстрагент от 1:4 до 1:8. Экстрагирование осуществляют при ультразвуковой обработке экстракционной смеси частотой 24 кГц, интенсивностью 50 Вт/см2 в течение 20 - 60 мин при механическом и циркуляционном перемешивании.

По окончании процесса экстракционную смесь перекачивают насосом 13 в фильтр 14 для разделения твердой и жидкой фракций. Полученный экстракт собирается в емкости 15 и при помощи насоса 16 поступает в систему очистки активированным углем 17, после чего насосом 18 пропускается через фильтр 19.

Для удаления примесей и получения прозрачного продукта полученный сок насосом 20 направляют в установку ультрафильтрации 21, где проводят фильтрование. После завершения процесса фильтрования экстракт направляют на выпаривание. Концентрирование осветленного экстракта проводится в двухкорпусной вакуум-выпарной установке 24, куда он при температуре не выше 60°С из емкости для экстракта 22 попадает с помощью насоса 23.

Для получения сухого инулина после сгущения в выпарной установке до содержания сухих веществ 5 - 15% экстракт подвергается сушке в конвективно-радиационной распылительной сушилке 26. Разделение воздуха, насыщенного водяными парами из распылительной сушилки, и сухих частиц инулина осуществляется в циклоне 27. Сухой порошкообразный инулин собирается бункере 28, откуда направляется в машину для фасования 29. Расфасованный сухой инулин взвешиваются и направляются на склад готовой продукции.

5.3 Опытно-промышленные испытания и апробация технологических решений при производстве инулина из клубней топинамбура

Выполнение комплексных исследований и опытно-промышленных испытаний осуществлялось в рамках договора № 10/1 о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЧАГАНСКОЕ» и ФГБОУ ВО «Астраханский

государственный технический университет» (приложение Е).

В производственных условиях АО «ЧАГАНСКОЕ» были реализованы стадии способа получения инулина из клубней топинамбура в соответствии с патентом РФ 2831538, далее для получения порошка последовательно использовалась вакуум-выпарная установка и модернизированная распылительная сушилка YC-15 на базе Научно-исследовательской лаборатории «Пищевые системы и биотехнологии». Осуществлена выработка опытно-промышленных партий порошка инулина пищевого и выполнен анализ качественных показателей образцов продукции, составлены и подписаны заинтересованными сторонами следующие подтверждающие документы: акт выработки опытной партии (приложение Ж); протокол анализа образцов (приложение В); акт внедрения и апробации (приложение И);

Показатели качества образцов порошка инулина соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011 (Технический регламент Таможенного союза о безопасности пищевой продукции) и государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам (СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов»; СанПиН 2.3.2.1293-03 «Гигиенические требования по применению пищевых добавок»).

По итогам исследований и опытно-промышленных испытаний разработан и утвержден комплект нормативно-технической документации № ТУ 10.62.11-04700471704-2024 (приложение Б) для производства порошка инулина пищевого.

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ИНУЛИНА ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА

6.1 Рекомендации по практическому использованию результатов исследований и конструкторско-технологических решений

1. Разработан эффективный способ ультразвуковой водной экстракции инулина из измельченных клубней топинамбура при механическом и циркуляционном перемешивании экстракционной смеси, которой также может быть использован для других видов растительного сырья при уточнении технологических режимов в ходе исследований и испытаний.

2. Разработанный ультразвуковой экстрактор (патент РФ 225428) рекомендуется для предприятий малой мощности при производстве инулина.

3. Для предприятий средней и большой мощности при производстве инулина разработан ультразвуковой экстрактор (патент РФ 231856), позволяющий осуществлять объемное ультразвуковое воздействие на экстракционную смесь при ее механическом и циркуляционном перемешивании в процессе экстракции.

4. Разработанные ультразвуковые экстракторы (патент РФ 225428 и патент РФ 231856) позволяют эффективно экстрагировать различные виды растительного сырья.

5. Разработаны рациональные режимные параметры для предложенного способа ультразвуковой экстракции инулина, реализация на производстве которых позволяет достигать следующие значения удельной производительности: при соотношении гидромодуля 1:4 - 14,566 кг/(м3ч); при 1:8 - 13,849 кг/(м3ч) и при 1:10 - 13,280 кг/(м3ч).

6. Установленная функциональная зависимость удельной производительности процесса ультразвуковой экстракции инулина от влияющих параметров процесса позволяют оперативно определять производительность технологических промышленных установок для экстракции инулина при

изменении технологических режимов на производстве, а также при эксплуатации, пусконаладочных работах и проектировании оборудования.

7. Установлено, что инулин, получаемый распылительной сушкой, является гигроскопичным материалом и активно сорбирует влагу из окружающего воздуха, что необходимо учитывать при проектировании технологических операций по фасовке и упаковке. С учетом требований к влажности и температуре в производственных помещениях рекомендуется организовать фасовку и упаковку сразу после выгрузки инулина из сушилки в течении до 8 - 10 минут.

8. С целью хранения, транспортировки и реализации инулин следует упаковывать в герметичную упаковку (мешки) для сыпучих материалов. Хранение следует выполнять в затемненных и хорошо проветриваемых складских помещениях при соблюдении требований к климату на складе для сыпучих пищевых материалов (влажность не более 65%; температура хранения в пределах от 12 - 17°С), соблюдении чистоты и гигиенических норм.

9. Сушку инулинсодержащего экстракта требуется выполнять до влажности < 0,05 - 0,6 кг/кг, которая рекомендована для последующего продолжительного хранения.

10. Разработанный рациональный режим распылительной сушки обеспечивает получение инулина при удельной производительности рабочего объема сушильной камеры по исходному инулинсодержащему экстракту Р = 19,759 кг/(м3ч)

11. Для внедрения рационального режима на промышленных предприятиях при организации выпуска сухого инулина необходимо либо модернизировать типовые сушильные установки путем установки инфракрасных излучателей в рабочем объеме сушильной камеры, либо применять специально разработанную конструкцию сушилки (патенты РФ №№ 225345, 222446). Сушилка относится к технике пищевой промышленности, в частности к технике для сушки жидких продуктов, и может быть использована при производстве сухих дисперсных материалов, в частности, сухих порошковых форм растительных экстрактов и других материалов.

12. Установленные математические зависимости удельной производительности и влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры позволяют оперативно определять производительность технологических промышленных установок для сушки инулинсодержащего экстракта при изменении технологических режимов на производстве, а также при эксплуатации, пусконаладочных работах и проектировании оборудования.

13. На основе разработанной математической модели можно организовать на производстве контроль и регулировку температуры продукта при сушке и создать программно-аппаратного комплекс управления процессом.

14. Для внедрения на практике с целью организации выпуска порошка инулина пищевого разработан способ производства инулина из клубней топинамбура (патент РФ 2831538), основанный на рациональном сочетании взаимозависимых процессов подготовки сырья, экстракции, фильтрации, вакуум-выпаривания и распылительной сушки с учетом современных методов интенсификации тепломассообменных процессов.

15. Для организации на практике с целью организации выпуска порошка инулина пищевого разработана машинно-аппаратурная схема производства инулина из клубней топинамбура.

16. Для предприятий разработан и утвержден комплект нормативно-технической документации ТУ, ТИ № 10.62.11-047 - 00471704-2024 (приложение Б) для производства порошка инулина пищевого.

6.2 Внедрение результатов исследований и конструкторско-технологических решений

В соответствии с актом внедрения и апробации (приложение И) к внедрению на предприятии АО «ЧАГАНСКОЕ» приняты следующие результаты диссертационного исследования: способ получения экстракта из клубней топинамбура (конструкция экстрактора патент № 231856; конструкция ультразвукового экстрактора, патент № 225428), способ конвективно-радиационной сушки экстракта топинамбура (конструкция конвективно-

радиационной распылительной сушилки патент № 222446), практические рекомендации; режимные параметры сушки; рациональный режим сушки экстракта. Результаты будут использованы при налаживании производства порошка инулина в соответствии с планом развития предприятия.

Результаты диссертационного исследования рассмотрены экспертами Астраханской торгово-промышленной палаты и рекомендованы для внедрения на предприятиях пищевой промышленности (приложение И).

Кроме того, конструкторские решения были обсуждены со специалистами ООО «Вилитек», которое специализируется на производстве и поставках лабораторного оборудования, оборудования для испытаний / пилотных производств и промышленного оборудования. К внедрению приняты результаты научно-исследовательской работы (основные выводы, конструкция конвективно-радиационной распылительной сушилки патент № 222446; конструкция экстрактора патент № 223871; конструкция ультразвукового экстрактора патент №225428; практические рекомендации). Отмечено, что полученные результаты имеют научную новизну и представляют практический интерес, рассмотрены экспертами компании и рекомендованы для внедрения на предприятиях пищевой промышленности (приложение И).

6.3 Оценка экономической эффективности производства инулина из

клубней топинамбура

Перспективы промышленной переработки топинамбура привлекают внимание инвесторов. Существует ряд промышленных предприятий, например, ООО «ИстАгроДон» (Липецкая область), ООО «Топинамбур» (г. Москва) и другие, специализирующиеся на переработке топинамбура с получением пищевых волокон, муки, цукатов и т.д. В Астраханской области функционирует и динамично развивается АО «ЧАГАНСКОЕ» осуществляющее промышленную переработку клубней топинамбура на фруктозо-глюкозный сироп. АО «ЧАГАНСКОЕ» заинтересовано в налаживании выпуска инулина. Заключен договор о научно -техническом сотрудничестве между АО «ЧАГАНСКОЕ» и Астраханским

государственным техническим университетом (приложение Е).

Для переработки выращивание топинамбура осуществляется на землях, принадлежащих АО «ЧАГАНСКОЕ». При основном производстве создается централизованная машино-технологическая станция для проведения основных сельскохозяйственных мероприятий (посадка растений, агрообслуживание и уборка урожая), а также доставка сырья на завод. Таким образом, сводится к минимуму нагрузка по осуществлению агротехнических мероприятий для хозяйства.

В ходе выполнения работы обоснован и разработан способ производства инулина из клубней топинамбура, основанный на рациональном сочетании взаимозависимых процессов подготовки сырья, экстракции, фильтрации, вакуум-выпаривания и распылительной сушки с учетом современных методов интенсификации тепломассообменных процессов (ультразвуковая экстракция и конвективно-радиационная распылительная сушка) и энерго- и ресурсосбережения.

Разработанный способ обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с существующими:

- требуются меньшие объемы капитальных вложений по сравнению с традиционной кислотно-спиртовой технологии, сокращаются в 2,8 - 3,0 раза;

- технология является ресурсосберегающей, позволяет отказаться от применения дорогостоящих и небезопасных реактивов (минеральных кислот) на стадии экстракции и гидролиза сырья, а также спиртов и минеральных солей на последующих стадиях;

- производство существенно менее энергоемко в сравнении с существующими технологиями и т.д.

Оценка экономической эффективности производства проведена по методике, описанной в работе [78]. Принято, что производство (цех) будет размещено в имеющемся здании, которое обеспечено всеми необходимыми коммуникациями и инженерными сетями.

В таблице 6.1 представлены сведения по стоимости основного

технологического оборудования, составленная с учетом коммерческих предложений на его поставку от ведущих производителей и поставщиков промышленного пищевого оборудования в Российской Федерации.

Таблица 6.1 - Стоимость основного технологического оборудования

Наименование Цена, руб. Необходимое количество, шт. Общая стоимость, руб.

Водоподготовительная установка 1 200 000,00 1 1 800 000,00

Ленточный транспортер 150 000,00 1 950 000,00

Машина для мойки топинамбура 50 000,00 1 450 000,00

Промышленный измельчитель 560 000, 1 2 560 000,00

Ультразвуковой экстрактор 20 000 000 1 35 000 000,00

Фильтрационная установка 200 000,00 1 1 400 000,00

Вакуум-выпарная установка 9 700 000,00 1 10 700 000,00

Установка мембранная 800 000,00 1 1 800 000,00

Распылительная сушил ка 30 000 000,00 1 40 000 000,00

Фасовочно-упаковочный комплекс 970 000,00 1 1 970 000,00

Итого 10 96 630 000,00

Таблица 6.2 - Оплата труда сотрудникам предприятия по выпуску инулина

Наименование занимаемой должности Количество сотрудников Величина оплаты труда, руб.

Руководитель 1 95 000,00

Гл. бухгалтер 1 60 000,00

Технолог 1 70 000,00

Инженер 1 55 000,00

Лаборант 1 40 000,00

Рабочий персонал 5 45 000,00

Итого 10 545 000,00

В таблице 6.2 представлены сведения для оценки фонда оплаты труда сотрудникам предприятия по выпуску инулина, сведения по размеру оплаты труда предложены с учетом сведений Астраханьстата о среднемесячной заработной плате в Астраханской области (по состоянию на ноябрь 2024 г.).

В таблице 6.3 представлены результаты расчета основных показателей для оценки экономической эффективности предприятия.

Таблица 6.3 - Условные обозначения и значения показателей

Наименование показателя Условное обозначение Проектируемый вариант

Базовая ставка заработной платы обслуживающего персонала О 545 000,00

Количество календарных дней, затраченных на эксплуатацию аппаратуры в месяц Д 24

Средняя месячная производственная активность (в днях) К 24

Количество энергии, потребляемой в час, кВт А 296,8

Количество энергии, необходимое для освещения в час, кВт Н 1,0

Действующий тариф на электроэнергию, руб., кВтч к 4,52

Число дней в году, необходимых для работы аппаратуры, дн В1 250

Период времени в году, в течение которого функционирует освещение В2 150

Время работы аппаратуры в течение рабочего дня, час Ч1 8

Количество часов использования освещения в течение рабочего дня, час Ч2 8

Балансовая стоимость оборудования, руб. Кб 96 630 000,00

Норма отчислений на амортизацию аппаратуры, % а 10

Норма отчислений на износ, % в 3

Годовой полезный фонд рабочего времени, час ПФВР 2 000

Расчет объема капитальных вложений определяется стоимостью устанавливаемого оборудования. Следовательно, состав первоначальных инвестиций будет соответствовать общей стоимости планируемого к установке оборудования.

К = Коб = 78 030 000 руб. Расчет текущих затрат. В определении суммы затрат на эксплуатацию необходимо включить заработную плату работников, стоимость потребляемой электроэнергии, расходы на амортизационные отчисления и текущий ремонт оборудования.

Расчет заработной платы производим по формуле:

ЗП = (1 + 0,365) X (12 X О X Д), (6.1)

где ЗП - объем заработной платы обслуживающего персонала за год, руб.; О - должностной оклад обслуживающего персонала в месяц, руб.; Д - количество дней необходимых для работы аппаратуры в месяц, дней;

К - среднее число рабочих дней в месяце, дней.

Определим фонд оплаты труда за год (Д = 24), приходящийся на работников, в данном проекте их 10:

ЗП = (1+0,365)-(12-420 000) = 8 927 100 руб. По причине того, что объем работ и время их выполнения персоналом практически не изменяется в результате внедрения проекта, таким образом, принимаем, что в проектном варианте величина расходов на оплату труда остается без изменений.

Для расчета стоимости потребляемых энергоресурсов применима следующая формула:

Э = кх(АхВ хЧ1 + НхВ хЧ2) (6.2)

где Э - стоимость потребляемой электроэнергии, руб.; А - количество энергии, потребляемое компьютерной техникой в час, кВт; Н - количество энергии, необходимое для освещения в час, кВт; В1 - число дней в год, необходимых для работы аппаратуры, дней; В 2 - число дней в году, в течение которых происходит потребление энергии за счет освещения, дней;

к - действующий тариф на электроэнергию, руб./кВт-ч;

41 - Время работы аппаратуры в течение рабочего дня, час

42 - количество часов использования освещения в течение рабочего дня, ч.

Э = 4,52-(296,8-250-8+1,0-150-8) = 2 688 496 руб. По проекту устанавливается новое оборудование, соответственно, расходы на электроэнергию увеличиваются на 2 688 496 руб.

Сумма расходов на амортизацию и текущий ремонт рассчитана по следующей формуле:

САМ =-100 х В1 х = к6-100 х в х ч (6.3)

АМ ПВФР 1 1 АМ пвфр 11 у ;

к хо±£

Сам = пвфр° х В1 х Ч1где

Кб - балансовая стоимость оборудования; а, в - норма отчислений на амортизацию и текущий ремонт соответственно; В1 - число дней работы оборудования;

Ч1 - количество часов работы оборудования;

ПФВР - годовой полезный фонд рабочего времени, дней.

Амортизационные отчисления для оборудования составят:

Сам =12 561 900 руб. Выполнена оценка затрат сырья на производство 300 кг готовой продукции, выпускаемой в сутки (таблица 6.4). Сырьевые затраты на производство 1 кг готовой продукции составили 267,5 руб.

Учитывая, что годовой полезный фонд рабочего времени (ПФВР) 2 000 ч, то годовой объем произведенного инулина составит: 75000 кг.

Таблица 6.4 - Затраты сырья на производство 300 кг готовой продукции

Наименование Цена, руб./ед Количество Стоимость, руб.

Клубни топинамбура 40,00 2000 кг 80 000,00

Вода питьевая 24,52 10 м3 245,20

Итого 80 245,20

На основании результатов анализа рыночных оптовых цен основных поставщиков на инулин установлена отпускная цена на инулин из клубней топинамбура - 590 - 650 руб./кг. Для выхода на рынок и налаживания сбыта производимого инулина предлагается установить цену в 560 руб./кг с ежегодным увеличением на 5%. В таблице 6.5 представлены результаты оценки себестоимости инулина производимого по разработанному способу.

Таблица 6.5 - Калькуляция себестоимости инулина

№ Статья калькуляции Затраты, руб. / год

1 Сырьё 20 061 300,00

2 Оборудование 96 630 000,00

3 Топливно-энергетические ресурсы 2 688 496,00

4 Затраты на оплату труда 8 927 100,00

6 Отчисления на социальное страхование 2 678 130,00

7 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования 3 181 500,00

8 Амортизация 12 561 900,00

9 Условно-постоянные расходы 4 400 600,00

Всего: 151 129 026,00

Принято, что сотрудники цеха работают 250 дней в году и за этот период им необходимо выплатить 8 927 100 руб. заработанной платы. Предприятие должно проводить отчисления на социальное страхование (30%), в которое входят обязательное пенсионное страхование (22%), обязательное медицинское страхование (5,1%) и пособие по временной нетрудоспособности (2,9%). Таким образом, отчисления на страховые выплаты составляют 2 678 130 руб. / год.

Количество рабочих дней также влияет на транспортные и условно-постоянные расходы. Обычно за год затраты на содержание и эксплуатацию оборудования равны 3 - 5% от его стоимости. Согласно проведенным расчётам, суммарная цена основного и вспомогательного оборудования составляет 96 630 000,00 руб. (по ценам 2024 года).

Рентабельность производства - соотношение чистой прибыли к стоимости основных фондов (стоимость имущества предприятия) и оборотных средств (стоимость сырья, материалов, расходного инвентаря, расходов будущих периодов). Рассчитав рентабельность, получено значение 27,8%. Высокая рентабельность свидетельствует о том, что производство имеет конкурентное преимущество на рынке, за счет низких издержек производства и внедряемого способа.

В течение 250 рабочих дней в год будет произведено 75 т инулина (порошок). Предприятие получит за год 42 млн руб. дохода. Срок окупаемости составит 3 года 6 мес., а рентабельность производства - 27,8%.

Таким образом, производство инулина из клубней топинамбура по разработанному способу экономически эффективно.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ научной, научно-технической литературы и патентной информации в области техники и технологии получения инулина: изучены технологии и основные технологические процессы производства инулина; проанализированы традиционные и перспективные методы экстракции инулина и сушки экстракта; проанализированы конструкторские решения для организации процессов экстракции инулина и сушки инулинсодержащего экстракта. Изучены основные свойства инулина и требования к организации его производства. Проанализированы перспективы использования клубней топинамбура в качестве сырья для производства инулина и других продуктов. Изучены области применения инулина, современное состояние и перспективы развития производств инулина и инулинсодержащей продукции. Обобщая результаты анализа, можно заключить следующее: в настоящее время перспективны, обладают новизной и практической значимостью исследования для обоснования способа производства инулина из клубней топинамбура на основе разработки технологических процессов ультразвуковой экстракции и конвективно-радиационной распылительной сушки.

Сформулирована цель и задачи диссертационной работы. Разработана концептуально-структурная схема диссертационной работы.

2. Представлено научно-практическое обоснование применения ультразвуковой обработки экстракционной смеси для интенсификации процесса экстракции инулина из клубней топинамбура. На основе результатов комплексных экспериментально-аналитических исследований разработан эффективный способ ультразвуковой водной экстракции инулина из измельченных клубней топинамбура при механическом и циркуляционном перемешивании экстракционной смеси. Исследовано влияние основных факторов на производительность и решена задача рационализации процесса ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура. Разработаны рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок (патент РФ №225428, патент РФ №231856) для ультразвуковой экстракции инулина.

Установлена функциональная зависимость удельной производительности процесса ультразвуковой экстракции инулина от влияющих параметров процесса.

Изучен физико-химический механизм процесса ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура при механическом и циркуляционном перемешивании экстракционной смеси. Установлены, проанализированы и математически описаны основные закономерности процесса ультразвуковой экстракции инулина.

3. Представлено научно-практическое обоснование применения способа конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта для получения порошка инулина пищевого. Исследованы гигроскопические характеристики инулина и выполнен анализ механизма его взаимодействия с водой. Исследована кинетика процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта. Изучен физико-химический механизм процесса конвективно-радиационной распылительной сушки инулинсодержащего экстракта. Установлены, проанализированы и математически описаны основные закономерности процесса сушки инулинсодержащего экстракта и разработана математическая модель тепломассопереноса.

Исследовано влияние основных факторов на производительность и решена задача рационализации процесса конвективно-радиационной сушки инулинсодержащего экстракта. Установлены функциональные зависимости удельной производительности и влагонапряженности рабочего объема сушильной камеры от влияющих параметров процесса. Разработаны способ, рациональные режимные параметры и конструкции технологических установок (патенты РФ №№ 225345, 222446) для сушки инулинсодержащего экстракта.

4. На основе обобщения результатов исследований, а также принимая во внимание выводы анализа научной, научно-технической литературы и патентной информации, обоснован и разработан способ производства инулина из клубней топинамбура, основанный на рациональном сочетании взаимозависимых процессов подготовки сырья, экстракции, фильтрации, вакуум-выпаривания и

распылительной сушки с учетом современных методов интенсификации тепломассообменных процессов. Технологические решения защищены патентом (патент РФ № 2831538 «Способ получения инулина из клубней топинамбура»). Разработаны технологическая и машинно-аппаратурная схемы производства инулина из клубней топинамбура.

5. Проведены опытно-промышленные испытания и апробация технологических решений при производстве инулина из клубней топинамбура. Произведены опытные, опытно-промышленные партии порошка инулина и проанализированы его качественные показатели. Разработана и утверждена нормативно-техническая документация для производства порошка инулина пищевого.

6. Разработаны рекомендации по практическому использованию результатов исследований и конструкторско-технологических решений. Результаты исследований и конструкторско-технологические решения внедрены и приняты к использованию.

7. Выполнена оценка экономической эффективности производства инулина из клубней топинамбура. В ценах 2024 г. объем капитальных вложений составляет 78 млн. руб. при годовой производительности 75 т порошка инулина пищевого и доходе 42 млн. руб. Срок окупаемости составит 3 г. 6 мес., а рентабельность производства - 27,8%. Таким образом, обосновано, что производство инулина из клубней топинамбура по разработанной технологии рентабельное и экономически эффективное.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамова, И.М. Исследование химического состава пищевых ингредиентов, получаемых при переработке топинамбура на спирт / И.М. Абрамова, М.В. Туршатов, А.О. Соловьев [и др.] // Пищевая промышленность. -2024. - № 3. - С. 47-51.

2. Алексанян, И.Ю. Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов. Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование: Монография / И.Ю. Алексанян,

A.А. Буйнов // Астрахань: АГТУ, 2004. - 380 с.

3. Алексанян, И.Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения: автореф. дис. ... доктора техн. наук : 05.18.12/Алексанян Игорь Юрьевич. - М., 2001. - 52с.

4. Алексанян, И.Ю. Физико-математическая модель процесса комбинированной сушки продуктов в различном агрегатном состоянии и численно-аналитический метод расчета эволюции полей температур, давлений и определения коэффициентов потенциалопроводности и молярного переноса пара с учетом динамики обезвоживания на основе аппроксимации кривых кинетики сушки / И.Ю. Алексанян // Труды второй Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005» :тез. докл. - М., 2005. Т.1. С. 175-179.

5. Алексеев, Г.В. Анализ возможностей оптимизации процесса экстракции компонентов с высокой биологической ценностью / Г. В. Алексеев, Е.

B. Кравцова, В. А. Шанин // Естественные и технические науки. - 2022. - №2 5(168). - С. 287-288.

6. Алексеев, Г.В. Интенсификация процессов экстракции за счет воздействия ультразвука / Г.В. Алексеев, И.Ж. Искаков, Е.Е. Ланина [и др.] // Slovak International Scientific Journal. - 2021. - № 52-1. - С. 21-24.

7. Бессарабов, А.М. Моделирование высокоинтенсивных процессов сушки в технологии особо чистых веществ / А.М. Бессарабов, Т.А. Николенко, Д.А.

Баранов, А.Г. Вендило // V Международный научно-технический симпозиум «Современные энергосберегающие тепловые технологии (Сушка и термовлажностная обработка материалов (СЭТТ - 2014). - Иван. гос. хим.-технол. ун-т. -Иваново, 2014. - С. 29 - 33.

8. Болтасов, Н.М. Земляные груши / Н.М. Болтасов. - М: Вдохновение, 1991. - 69 с.

9. Вайсман, Г.А. Применение ультразвука для получения настоек и экстрактов из растительного сырья / Г.А. Вайсман, М.И. Гуревич, Е.С. Сквирская // Аптечное дело. - 1962. - № 6. - С. 17-21.

10. Вобликова, Т.В. Процессы и аппараты пищевых производств / Т.В. Вобликова, СН. Шлыков, А. В. Пермяков. - Санкт-Петербург: Издательство "Лань", 2019. - 204 с. - (Учебники для вузов. Специальная литература).

11. Гинзбург, А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности / А.С. Гинзбург // М.: Пищевая промышленность, 1966. - 408 с.

12. Гинзбург, А.С. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов / А.С. Гинзбург, И.М. Савина // М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 280 с.

13. Гинзбург, А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов / А.С. Гинзбург// М.: Пищевая промышленность, 1975. - 527 с.

14. Гинзбург, А.С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. Справочник / А.С. Гинзбург, М.А. Громов, Г.И. Красовская. - М. Пищевая промышленность, 1980. - 288 с.

15. Голубев, В.Н. Топинамбур. Состав, свойства, способы переработки, области применения / В.Н. Голубев, И.В. Волкова, Х.М. Кушалаков. - М.: Медицина, 1995. - 81 с.

16. Голямина, И.П. Ультразвук / И.П. Голямина. - Москва.: Советская энциклопедия, 1979, - 400 с.

17. ГОСТ 32790-2014 «Топинамбур свежий. Технические условия» - М.: Стандартинформ, 2015.- 12 с.

18. ГОСТ Р 54705-2011 «Методы определения массовой доли влаги и

летучих веществ» - М.: Стандартинформ, 2013.- 9 с.

19. ГОСТ Р 51433-99 Соки фруктовые и овощные. Метод определения содержания растворимых сухих веществ рефрактометром. - М.: Стандартинформ, 2008.- 7 с.

20. ГОСТ 26929-94 Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсических элементов.- М.: Стандартинформ. 2010.-12 с.

21. ГОСТ 26930-86 Сырье и продукты пищевые. Методы определения мышьяка. - М.: Стандартинформ. 2010.-6 с.

22. ГОСТ 26927-86 Сырье и продукты пищевые. методы определения ртути.- М.: Стандартинформ. 2010.-15 с.

23. ГОСТ Р 52816-2007 Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформных бактерий) - М.: Стандартинформ, 2010.- 19 с.

24. ГОСТ 10444.15-94 «Продукты пищевые. Методы определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов» - М.: Стандартинформ, 2010.- 7 с.

25. ГОСТ 30726-2001 «Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий вида Escherichia coli» - М.: Стандартинформ, 2015.- 9 с.

26. ГОСТ 10444.12-2013 «Микробиология пищевых продуктов и кормов для животных. Методы выявления и подсчета количества дрожжей и плесневых грибов» - М.: Стандартинформ, 2024.- 14 с.

27. Гулюк, Н.Г. Технология инулина из топинамбура / Н.Г. Гулюк, Т.С. Пучкова, Д.М. Пихало, Н.Д. Лукин // Картофелеводство: история развития и результаты научных исследований по культуре картофеля : сборник научных трудов международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию ВНИИКХ, п. Красково, 05-06 октября 2015 года. - п. Красково: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха", 2015. -

С. 337-343. -.

28. Гутер, Р.С. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта / Р.С. Гутер, Б.В. Овчинский. - 2-е изд., перераб.// М.: Наука, 1970. - 428 с.

29. Джуманазарова, А.З. Ультразвуковая интенсификация процессов экстракции растительного сырья / А.З. Джуманазарова, Т.К. Чунгулова // Известия Ошского технологического университета. - 2020. - № 2. - С. 9-14.

30. Дьякова, Н.А. Экспериментальный подбор оптимальных технологических параметров ультразвуковой экстракции инулина / Н.А. Дьякова // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. - 2021. - Т. 20, №2 4. - С. 188-193.

31. Екутеч, Р.И. Исследование изменения содержания углеводного комплекса клубней топинамбура сорта «Интерес». Сохраняемых в грунте / Р.И. Екутеч, Р.И. Шаззо, Г.А. Купин, В.В. Кондратенко, Р.С. Шаззо // Матер. докладов Межд. науч.-практич. конф. «Олимпиада 2014:Технологические аспекты производства продуктов здорового питания». Краснодар, КНИИХП, - 2009. - С.96-97.

32. Екутеч, Р.И. Определение оптимальных условий экстрагирования инулина из клубней топинамбура/ Р.И. Екутеч, В.В. Кондратенко, Г.А. Купин// Современные технологии хранения и переработки сельскохозяйственного сырья. Краснодар. - 2010. - С.13-17.

33. Журавлев, А.В. Разработка конструкции сушильной камеры с закрученными потоками теплоносителя и ИК-энергоподводом / А.В. Журавлев, А.С. Марухин, А.В. Кирносов // Материалы LVII отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ за 2018 год, Воронеж, 02-04 апреля 2019 года / Под редакцией О.С. Корнеевой. - Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2019. - С. 38.

34. Запруднова, Е.А., Гладилкина, А.Г. Практикум по биохимии. Владимир, Владимир: Издательство Владим. гос. ун-та, 2011. - 56 с.

35. Зибарева, Л.Н. Влияние ультразвукового воздействия на экстракцию

биологически активных соединений растений семейства CaryophyПaceae / Л. Н. Зибарева, Е. С. Филоненко // Химия растительного сырья. - 2018. - № 2. - С. 145151.

36. Зуева, Г.А. Математическое моделирование процесса осциллирующей инфракрасной сушки семян / Г.А. Зуева, С.П. Рудобашта, Н.А. Зуев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2014. - № 4 (54) - С. 23-26.

37. Искаков, И.Ж. Совершенствование процесса извлечения пектина из топинамбура / И.Ж. Искаков, В.Я. Кучеренко, Г.В. Алексеев [и др.] // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2022. - № 3. - С. 223-231.

38. Казарцев, Д.А. Математическое моделирование процесса вакуумной сушки сахара / Д.А. Казарцев, А.А. Славянский, В.А. Ермолаев [и др.] // Сахар. -2022. - № 5. - С. 30-34.

39. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии : учебник для вузов : учебник для студентов химико-технологических специальностей вузов / А.Г. Касаткин, А.Г. Касаткин. - Изд. 15-е, стер.. - Москва : АльянС, 2009. - 750 с.

40. Кайшев, В.Г., Лукин Н.Д., Серегин С.Н., Корниенко А.В. Рынок инулина в России:возможности развития сырьевой базы и необходимые ресурсы для создания современного отечественного производства // Пищевая промышленность, 2018. - №5. - С. 8-17.

41. Кахана, Б.М. Биохимия топинамбура / Б.М. Кахана, В.В. Арасимович. - Кишинев: Штиинца, 1974. - 88с.

42. Кахана, Б.М. О накоплении инулина в клубнях топинамбура / Б.М. Кахана, Н.И. Шелухина // Материалы научной конференции молодых ученых Молдавии. - Кишинев, 1966. - С. 60-63.

43. Квитайло, И.В. Сравнительный биохимический анализ клубней топинамбура различных сортов / И.В. Квитайло, М.А. Кожухова, М.В. Степуро // Известия вузов. Пищевая технология. - 2010. - №2-3. - С. 20-21.

44. Конкурентоспособные технологии производства функциональных продуктов из топинамбура / А.А. Манохина, В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова [и др.]. - Москва : Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса, 2020. - 84 с.

45. Коннова, О.И. Гигроскопические параметры инулина, полученного из топинамбура / О.И. Коннова, Ю.А. Максименко, И.Ю. Алексанян // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2023. - № 4. - С. 144-148.

46. Коннова, О.И. Исследование влияния основных факторов на производительность процесса конвективно-радиационной распылительной сушки экстрактного раствора инулина / О.И. Коннова, Ю.А. Максименко, Н.П. Мемедейкина // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2024. - № 4. - С. 264-271.

47. Коннова, О.И., Максименко Ю.А. Экспериментально-аналитическое исследование процесса ультразвуковой экстракции инулина из клубней топинамбура // Вестник ВГУИТ. 2024. Т. 86. № 3. С. 102-108.

48. Коннова, О.И. Технология получения инулина из клубней топинамбура / О.И. Коннова, Ю.А. Максименко // Индустрия питания. - 2025. - Т. 10, № 1. - С. 23-29.

49. Королёв, Д.Д., Симаков Е.А., Старовойтов В.И. и др. Картофель и топинамбур - продукты будущего. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. -292 с.

50. Ладнова, О.Л. Применение инулина и стевии при разработке рецептур продуктов нового поколения / О.Л. Ладнова, Е.Г. Меркулова // Успехи современного естествознания. - 2008. - № 2. - С. 33-34.

51. Леонтьев, В.Н. Инулин из топинамбура: биосинтез, структура, свойства, применение / В.Н. Леонтьев, В.В. Титок, Д.А. Дубарь [и др.] // Труды Белорусского государственного университета. Серия: Физиологические, биохимические и молекулярные основы функционирования биосистем. - 2014. - Т. 9, № 1. - С. 180-185

52. Леончик, Б.И. Особенности моделирования сушки распылением // Вторая Международная научно-практическая конференция «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005». Труды конференции. Т. 1. - М.: Издательство ВИМ, 2005. С. 71-73.

53. Липин, А.Г. Моделирование периодического процесса сушки дисперсного материала / А.Г. Липин, А.А. Липин // Материалы четвертой международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)» (СЭТТ-2011). - Москва: МГАУ, 2011. - С. 162 - 168.

54. Лисовой, В.В. Разработка исходных требований к технологии производства инулина из топинамбура / В.В. Лисовой, Е.П. Викторова, Т.А. Шахрай, А.Н. Матвиенко // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2016. - № 2(10). - С. 4348.

55. Лыков, М.В. Распылительные сушилки / М.В. Лыков, Б.И. Леончик // М:, Машиностроение. 1966 - 330 с.

56. Лыков, А.В. Сушка в химической промышленности / А.В. Лыков// М.: Химия, 1970. - 499 с.

57. Лыков, А.В. Теория сушки / А.В. Лыков// М.: Энергия, 1968. - 471с.

58. Лыков, А.В. Тепло- и массообмен в процессах сушки / А.В. Лыков// М.: Гостоптехиздат, 1956. - 464 с.

59. Лыков, А.В. Тепломассобмен / А.В. Лыков// М.: Энергия, 1978. - 478 с.

60. Максименко, Ю.А. Гидромеханическое оборудование химических и пищевых технологий / Ю.А. Максименко, И.Ю. Алексанян, А.Х. Х. Нугманов, В.Н. Лысова ; Астраханский государственный технический университет. - Астрахань : Астраханский государственный технический университет, 2020. - 116 с.

61. Максименко, Ю.А. Конвективно-радиационная распылительная сушилка для пищевых материалов / Ю.А. Максименко, С.А. Свирина, Н.П. Мемедейкина, Э.Р. Теличкина, Ю.С. Феклунова // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2022.

- № 4. - С. 254-261.

62. Максименко, Ю.А. Развитие научно-практических основ и совершенствование процессов сушки растительного сырья в диспергированном состоянии: Дис. ... докт. техн. наук. Астрахань, 2016. 502 с.

63. Максименко, Ю.А. Совершенствование тепломассообменных процессов при сушке кормовых дрожжей в диспергированном состоянии: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 01.04.14. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2005. - 21 с.

64. Максименко, Ю.А. Термодинамика взаимодействия инулинового комплекса с водой / Ю.. Максименко, О.И. Коннова, И.Ю. Алексанян // Новые технологии. - 2023. - Т. 19, № 4. - С. 111-118.

65. Манохина, А.А., Старовойтов В.И., Старовойтова О.А. Инновационная технология возделывания топинамбура // Основные направления развития техники и технологий в АПК: сб. матер. VII Всерос. науч.-практ. конф. (г. Княгинино, 17 декабря 2015 г.). - Княгинино: НГИЭУ, 2016. - С. 277-279.

66. Манохина, А.А., Старовойтов В.И., Старовойтова О.А. Возделывание топинамбура в странах ЕАЭС // Доклады ТСХА: сб. статей. - Вып. 288. - Ч. 2. - М.: РГАУ - МСХА, 2016. - С. 80-83.

67. Манохина, А.А., Старовойтова О.А. Использование нетрадиционных сельскохозяйственных культур для повышения продовольственной безопасности: сб. матер. Междунар. науч.-практ. конф. молодых учёных и специалистов (26-27 ноября 2015 г.). - Ч. 3. - Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2015. - С. 233237.

68. Манохина, А.А., Старовойтова О.А., Старовойтов В.И. Методика выращивания топинамбура // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сб. статей Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, посвящ. 65-летию ФГБОУ ВО «Пензенская ГСХА». - Т. II. - Пенза: РИО ПГСХА, 2016. -С. 160-162.

69. Матвеев, Д.А. Жидкостное экстрагирование растительных материалов с максимальным сохранением биологически активных веществ / Д.А. Матвеев, Ю.В. Родионов, Д.В. Никитин [и др.] // Технологии пищевой и перерабатывающей