close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка технологии электрофлотокоагуляционного извлечения белков из растительного и молочного сырья

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Тимофеев Игорь Вячеславович
Разработка технологии
электрофлотокоагуляционного извлечения
белков из растительного и молочного сырья
Специальность 02.00.05 - Электрохимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Саратов 2016
2
Работа
выполнена
в
Федеральном
государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
образования
«Саратовский
государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».
Научный руководитель:
Седелкин Валентин Михайлович,
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Казаринов Иван Алексеевич,
доктор химических наук, профессор,
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный
исследовательский государственный
университет имени Н. Г.Чернышевского»,
заведующий кафедрой «Физическая химия»
Титов Сергей Александрович
доктор технических наук, доцент,
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный
университет инженерных технологий»,
профессор кафедры «Физика, теплотехника
и теплоэнергетика»
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
образования «Тамбовский государственный
технический университет»
Защита состоится «23» декабря 2016 года в 13:00 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.242.09 при ФГБОУ ВО «Саратовский
государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу:
410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корп. 1, ауд. 414.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке
Саратовского государственного технического университета имени Гагарина
Ю.А. и на сайте www.sstu.ru
Автореферат разослан «___» октября 2016 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Ю.А. Кадыкова
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования.
Создание эффективных
технологий по переработке белоксодержащего молочного и растительного
сырья и получение пищевых и кормовых концентратов с регулируемыми
функциональными свойствами являются одними из наиболее перспективных
направлений в перерабатывающих отраслях АПК.
Существующие
в
настоящее
время
технологии
являются
многостадийными, недостаточно универсальными и имеют сравнительно
низкие технико-экономические показатели. В связи с этим актуальным
является поиск более эффективных методов обработки сырья, позволяющих
внедрять в отечественное производство ресурсоэнергосберегающие,
экологически чистые технологии нового поколения. Это, прежде всего,
электрофизические и электрохимические методы обработки жидких сред,
среди
которых
можно
выделить
методы
электрофлотации
и
электрокоагуляции. Неоспоримым преимуществом этих методов является
возможность, благодаря полиэлектролитным свойствам белков, на стадии их
выделения из раствора осуществлять безреагентную корректировку рН среды
путем регулирования плотности тока. Большим преимуществом методов
электрофлотации и электрокоагуляции является также низкая концентрация
электролита фона, вводимого в раствор для обеспечения необходимой
электропроводности.
Наиболее перспективным подходом к совершенствованию технологий
извлечения белков из растительного и молочного сырья является
организация совместного протекания процессов электрофлотации и
электрокоагуляции, позволяющая повысить выход белков из растворов.
Для выбора оптимальных параметров совмещенного процесса
электрофлотокоагуляции, отработки приемлемой конструкции электролизера
необходимы научные данные о влиянии различных факторов (плотности
тока, продолжительности процесса, температуры раствора, материала
электродов) на эффективность извлечения белков. Полученные данные
послужат
базой
для
разработки
эффективной
технологии
электрофлотокоагуляционного извлечения из растворов растительных и
молочных белков.
Целью диссертационного исследования является разработка
совмещенной электрофлотокоагуляционной технологии извлечения белков
из растительного и молочного сырья.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
 исследовать процессы извлечения белков из растворов нута и творожной
сыворотки методом электрофлотации. Выявить влияние режимных и
конструктивных факторов на степень и кинетику электрофлотационного
извлечения белков;
 исследовать и оптимизировать процессы извлечения белков из растворов
нута,
творожной
сыворотки
и
их
смесей
методом
электрофлотокоагуляции. Выявить влияние конструкции электролизера,
материала рабочих электродов, технологических параметров на степень
извлечения растительных и молочных белков, а также их смесей;
4
 изучить кинетические закономерности адсорбционно-электрохимического
поведения белков в режиме электрофлотокоагуляции с электродами из
различных материалов;
 разработать установку для электрофлотокоагуляционного извлечения
белков из растительного и молочного сырья;
 разработать технологии получения изолята белков нута и концентрата
сывороточных белков, использующие электрофлотационную установку.
 исследовать свойства полученных белковых продуктов и определить
рациональную область их применения.
Научная новизна работы заключается в том, что:
 экспериментально доказана принципиальная возможность извлечения
растительных и молочных белков комплексным методом электрофлотокоагуляции;
 установлена пригодность электрофлотокоагуляционного метода для
совмещѐнного извлечения растительных и молочных белков путем
изменения параметров электролиза и направленного регулирования
изоэлектрического состояния белков;
 обоснован выбор стеклоуглерода и показаны его преимущества в качестве
материала рабочих электродов в электрофлотокоагуляционной установке;
 доказано, что процессы взаимодействия молекул белков с поверхностью
электрода протекают по адсорбционному механизму и лимитируются
диффузией водорода в твердой фазе, а кинетика процессов надежнее всего
описывается уравнением первого порядка;
 определены оптимальные параметры процесса электрофлотокоагуляции
для изученных видов белков; установлено, что максимальная степень
извлечения белков достигается при плотности тока ~ 105 А/м2 (для
растворов белков нута) и ~ 210 А/м2 (для растворов сывороточных
белков) и продолжительности процесса 30 мин;
 установлено,
что
изменение
температуры
подвергаемого
электрофлотокоагуляции раствора белков в диапазоне 20–50° С не
оказывает существенного влияния на эффективность извлечения белков.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в
расширении и углублении современных представлений о адсорбционноэлектрохимическом механизме процессов, протекающих на электродах в
электрофлотокоагуляционном модуле, и в разработке технологии
электрофлотокоагуляционного
извлечения
белков
из
растворов
растительного и молочного сырья.
Были решены следующие практические задачи:
 разработаны установка и технологические схемы для извлечения
растительных и молочных белков, основанные на совмещении процессов
электрофлотации и электрокоагуляции;
 проведены технологические испытания, позволившие определить
оптимальные условия, обеспечивающие наиболее высокий выход
продукта и его качественные показатели;
5
 получены готовые изоляты и концентраты белков нута и творожной
сыворотки, которые были
внедрены в производство и позволили
улучшить функциональные свойства пищевой продукции.
Методология и методы исследования. Методология исследования
базировалась на современных достижениях ведущих отечественных и
зарубежных исследователей в области электролиза растворов и создания
безреагентных технологий извлечения белков, а также на использовании
гостированных методик физико-химического анализа, рН – метрии,
потенциометрического и органолептического анализа, методов циклической
хроновольтамперометрии и бестоковой хронопотенциометрии.
Положения, выносимые на защиту:
 результаты исследований и оптимизации процессов электрохимического
извлечения белков из растворов нута и творожной сыворотки;
 кинетические закономерности процессов электрофлотации и электрофлотокоагуляции белков в циклических потенциодинамических режимах;
 конструкция установки и технологические схемы, использующие
электрофлотокоагуляцию для получения растительных и молочных
белков;
 физико-химические и функциональные свойства белковых изолятов и
концентратов, а также рациональная область их использования.
Степень достоверности и апробации результатов.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась использованием комплекса современных, независимых и взаимодополняющих
методов исследования растворов и белков: циклической вольтамперометрии,
метода снятия потенциодинамических кривых с различными электродами
(платиновыми, графитовыми, стеклоуглеродными), позволяющих получать
экспериментальные результаты с приемлемой и контролируемой точностью.
Воспроизводимость опытных данных оценивалась их статистической
обработкой с анализом погрешностей.
Результаты диссертационного исследования были доложены на:
Международной конференции «Композит – 2013» (Саратов, 2013);
«Композит – 2016» (Саратов, 2016); VII-ой международной научнопрактической конференции « Технология и продукты здорового питания»
(Саратов, 2013); Всероссийской научно-практической конференции
«Малоотходные,
ресурсосберегающие
химические
технологии
и
экологическая безопасность» (Стерлитамак, 2013); II Международной
конференции молодых ученых (Энгельс, 2014); Всероссийской молодежной
конференции «Новые материалы и технологии: состояние вопроса и
перспективы развития» (Саратов, 2014); IV Всероссийской научной
конференции молодых ученых «Актуальные вопросы биомедицинской
инженерии» (Саратов, 2014); Международной научно-практической
конференции «Инновационное развитие пищевой, легкой промышленности
и индустрии гостеприимства» (Алматы, 2014); XIV Международной
конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии»
(Казань, 2015); III Международной научно-практической конференции
6
«Актуальные вопросы технических наук в современных условиях» (Санкт –
Петербург, 2016).
По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 6
работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на
изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
шести глав, заключения, списка используемой литературы и приложений.
Она изложена на 189 страницах, содержит 32 таблицы и 72 рисунка.
Автор считает своим долгом выразить благодарность и
признательность за научные консультации д.х.н., профессору кафедры
«Химическая технология» ЭТИ (филиала) СГТУ имени Гагарина Ю. А.
Поповой С. С.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности и степени
разработанности темы исследования, сформулированы цель и задачи работы,
изложены научная новизна, теоретическая и практическая значимость
полученных результатов, представлены методология и методы исследования,
основные положения, выносимые на защиту, а также приведена степень
достоверности и апробация результатов.
Глава 1. Современное состояние проблемы и задачи исследования
Приведен критический анализ методов и технологий извлечения
белков, их структуры и свойств в изоэлектрической точке, а также
рассмотрено электрохимическое поведение высокодисперсных белковых
систем. Показаны преимущества электрохимических методов извлечения
белков и пути их совершенствования.
Глава 2. Объекты и методы исследования
В данной работе в качестве сырья для получения растительных белков
был использован нут сортов: «Краснокутский 28» и «Приво 1»,
выращиваемых в Саратовской области. В качестве источника молочных
белков
была использована творожная сыворотка, соответствующая
требованиям ГОСТ Р 53438-2009.
Для обеспечения хорошей электропроводности рабочих растворов в
них добавлялся в качестве фона гидроксид калия КОН с концентрацией от
0,1 до 1,0 масс. %.
Для
снятия
циклических потенциодинамических
кривых
использовались электроды из платины, графитовой фольги и стеклоуглерода.
Для определения параметров растворов и белков были использованы
электрохимические
методы
(циклическая
хроновольтамперометрия,
бестоковая хропотенциометрия, электрофорез, рН-метрия), методы физикохимического анализа (спектрофотометрия, влагометрия, поляриметрия,
хроматография), органолептические методы (оценки внешнего вида,
консистенции, цвета, вкуса, запаха).
На основе опытных данных определялось абсолютное (мг/мл) и
относительное (%) количество извлекаемых белков. Полученные результаты
подвергались статистической обработке с определением выборочного
среднего, разброса, дисперсии, стандартного отклонения и точности (при
доверительной вероятности 95 %).
7
Глава 3. Исследование процессов извлечения белков из растворов
нута и творожной сыворотки методом электрофлотации
Основой всех электрохимических методов извлечения белков является
ячейка – электролизер, конструкция которой позволяет осуществлять те или
иные электрохимические процессы.
Для исследования электрофлотационного извлечения белков из их
растворов в работе был использован двухэлектродный электролизер с
электродами из различных материалов (сталь, графитовая фольга с
покрытием из полипропиленовой ткани, стеклоуглерод). Опыты показали,
что для промышленного использования наиболее перспективен
стеклоуглерод, который обладает высокой химической инертностью и
износостойкостью.
Выполнены
расчѐты
кинетических
параметров
процесса
электрофлотационного извлечения белков из растворов, результаты которых
приведены в таблице 1. Там же даны экспериментальные значения степени
извлечения белков.
Установлено, что изменение концентрации белков от времени их
извлечения из растворов (кинетика процесса) надежнее всего описывается
уравнением первого порядка.
Экспериментальным и расчѐтным путем установлено, что при
электрофлотации белковых растворов в двухэлектродном электролизере не
удается достичь степени извлечения белков нута выше 46 %, а сывороточных
белков – выше 50 %.
Таблица 1 - Характеристики процесса электрофлотации растворов белков
нута и сывороточных белков
Показатель
Раствор белков
нута
Средний радиус пузырьков барботажного газа,
мкм
Средний радиус белковых частиц, мкм
50
Раствор
сывороточных
белков
50
20
40
Удельный расход барботажного газа, м/с ∙ 10-6
7,84
31,36
Коэффициент взаимодействия между частицей и
пузырьком
Коэффициент эффективности захвата частицы
пузырьком
Константа скорости процесса электрофлотации, с-1
0,0023
0,0033
30,3
3,73
3,56
1,78
Степень извлечения белков, %
46
50
В ходе исследования электрофлотации было обнаружено, что вблизи
поверхности рабочего электрода с течением времени происходят помутнение
раствора и образование на дне ячейки скоагулированного белкового осадка.
Это послужило основанием для постановки экспериментов по совмещению
процессов электрофлотации и электрокоагуляции с целью увеличения
степени извлечения белков.
8
Глава 4. Исследование и оптимизация процессов извлечения белков
из растворов нута и творожной сыворотки методом
электрофлотокоагуляции
Для исследования совмещенных процессов электрофлотации и
электрокоагуляции был разработан трехэлектродный электролизер, схема
которого приведена на рисунке 1. Новая конструкция электролизера
позволила увеличить плотность тока с 80 до 200 А/м2 (для растворов белков
нута) и с 150 до 350 А/м2 (для растворов сывороточных белков), что
способствовало росту скорости образования, концентрации и размеров
пузырьков барботирующих газов и, соответственно, повышению
эффективности извлечения белков из растворов. В разработанном
электролизере удавалось безреагентно изменять рН растворов белков с 10±1
до 4±1, что обеспечивало достижение изоэлектрического состояния для всех
белковых фракций нута, творожной сыворотки и их смесей.
Рисунок 1 - Схема трехэлектродного электролизера: 1 – анод; 2 – катоды;
3 –соединительный диск; 4 – контакты для подключения к цепи
Исследовано влияние на степень извлечения белков из растворов
методом электрофлотокоагуляции технологических параметров: плотности
тока, продолжительности процесса, температуры среды и исходной
концентрации белков в растворах.
Предварительными опытами было установлено, что для электрофлотационного процесса наиболее оптимальная начальная концентрация
белков нута и сывороточных белков в растворе составляет соответственно 15
и 30 мг/мл. Поэтому в исследованных растворах поддерживались указанные
начальные значения концентрации белков.
Анализ полученных результатов показал, что изменение температуры
растворов в диапазоне 20 - 50°С не оказывает существенного влияния на
выход белков. Учитывая полученные результаты, все последующие опыты
проводились при температуре растворов, равной 25°С.
Исследование
влияния
продолжительности
процесса
электрофлотокоагуляции на степень извлечения белков показало, что
максимальное значение этого параметра и для растворов белков нута, и для
9
растворов сывороточных белков достигается через 30 минут. При большей
длительности процесса электролиза степень извлечения уменьшается, что
можно объяснить возрастанием омической поляризации в системе электродраствор.
Анализ зависимостей степени извлечения белков от плотности тока
электролиза показал, что эти зависимости имеют экстремальный характер
для всех изученных белковых растворов. При низких плотностях тока (ниже
70 А/м2 – для растворов белков нута и ниже 120 А/м2 – для растворов
сывороточных белков) наблюдается индукционный период, когда степень
извлечения белков не превышает 20 - 40 %. Это можно объяснить
замедленностью процессов протонирования и адсорбции белков на
электродах. При плотностях тока выше оптимальных значений (для
растворов белка нута iопт ≈ 105 А/м2, для растворов сывороточных белков iопт
≈ 210 А/м2) процессы диссоциации молекул воды при электролизе и
накопления адсорбированного водорода на поверхности электродов
ускоряются. В результате доля свободной
поверхности электродов,
доступной для адсорбции белков, уменьшается и выход белков снижается.
Таким образом, наиболее оптимально процесс извлечения белков
протекает: при времени электролиза - 30 мин; начальной концентрации
белков - 15 мг/мл (для раствора белков нута) и 30 мг/мл (для растворов
сывороточных белков) и плотности тока ~ 105 А/м2 (для растворов белков
нута) и ~ 210 А/м2 (для раствора сывороточных белков). При этом
достигается степень извлечения 82 % (для белков нута) и 92 % (для белков
творожной сыворотки).
Разработка процесса электрофлотокоагуляции, обеспечивающего
наиболее высокую степень извлечения белков из растворов нута, творожной
сыворотки и их смесей, потребовала углубленного исследования
электрохимического поведения белков. Для этого был использован метод
циклической вольтамперометрии с платиновым эталонным электродом.
На рисунках 2, 3 приведены циклические потенциодинамические
кривые (ЦПДК), снятые в растворах белков нута и творожной сыворотки с
Pt-электродом при различных скоростях развертки потенциала vp. Анализ
полученных результатов выявил сильную зависимость процессов
протонирования (депротонирования – при изменении направления тока)
аминокислотных фрагментов белковых молекул от параметров электролиза
их растворов.
Обработка ЦПДК позволила установить зависимости тока iмакс и
потенциала Емакс в точке их максимума от скорости развертки потенциала vp
(см. рисунки 2,3). Эти зависимости iмакс  vр и Емакс lg vр имеют вид прямых.
По значениям угловых коэффициентов Δiмакс / Δvр и ΔЕмакс /Δ lg vр,
приведенных в таблице 2, можно судить о закономерностях
электрохимического
поведения
белков
в
растворах
при
их
электрофлотокоагуляции. В частности, высокие значения коэффициентов
ΔЕмакс /Δ lg vр свидетельствуют о том, что в исследованных растворах процесс
взаимодействия молекул белков с электродом происходит по
адсорбционному механизму и лимитируется диффузией водорода в твердой
фазе.
10
8
i, мА/см2
6
4
2
0
-1500
-1000
-500
Eк, мВ
0
500
1000
1500
2000
Eа, мВ
-2
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-4
-6
ΔЕмакс/Δlg vр ≈ 0,39 В
-8
-2.1
-14
40 мВ/с
5
4
3
2
1
20 мВ/с
Δi макс/Δvр ≈ 0,02 А (В/с)1/2
0
-16
-1.1
6
i макс, мА/см2
10 мВ/с
-1.6
Lg vp (В/с)
-10
-12
2500
-Eмакс, В
-2000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
vр (В/с)1/2
100 мВ/с
-18
Рисунок 2 - Влияние скорости развертки потенциала на ход ЦПДК в
растворах белков нута с Pt-электродом при концентрации белков 15 мг/мл
(на фоне раствора КОН 0,1 масс. %)
11
20
i,мА/см2
15
10
5
0
-1500
-1000
-500
Eк, мВ
0
500
1000
1500
2000
Eа, мВ
1
-5
ΔЕмакс/Δlg vр ≈ 0,16 В
-10
-15
2500
-2
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
-E макс (В)
-2000
-1
Lg vp (В/с)
-20
20 мВ/с
40 мВ/с
-25
100 мВ/с
8
i макс мА/см2
10 мВ/с
6
4
2
Δi макс/Δvр ≈ 0,26 А (В/с)1/2
0
0
-30
0.1
0.2
0.3
0.4
vр (В/с)1/2
Рисунок 3 - Влияние скорости развертки потенциала на ход ЦПДК в
растворах белков творожной сыворотки с Pt - электродом при концентрации
белков в растворе 30 мг/мл
12
Таблица 2 – Значения угловых коэффициентов в зависимости от вида
растворов белков и материала электродов
Материал
электрода
Платина
Стеклоуглерод
Раствор белков нута
Еб/т, В
Δiмакс /
Δvр,
А (В∙с)1/2
ΔEмакс /
Δ
(lg vр),
В
0,06
0,037
0,02
0,002
0,39
0,16
ΔE /
Δ lg i,
В
(при
vp=100
мВ/с)
0,92
1,08
Раствор белков творожной
сыворотки
Еб/т,
Δiмакс /
ΔEмакс /
ΔE /
В
Δ
Δ
lg i,
Δvр,
1/2
(lg vр),
В
А (В∙с)
В
(при
vp=100
мВ/с)
0,1
0,026
0,16
1,63
0,082
0,02
0,10
2,49
0,016
0,14
Кроме рассмотренных выше факторов, исследовано влияние
взаимодействия белков с электродами из различных материалов. Результаты
обработки данных, полученных в опытах с электродами из различных
материалов, приведены в таблице 2. Видно, что угловой коэффициент ΔЕмакс
/Δ lg iмакс, в опытах с электродами из стеклоуглерода имеет более высокое
значение, чем с электродами из платины. На этом основании можно
утверждать, что скорость электрохимического процесса в данном случае
лимитируется диффузией выделяющихся газов в адсорбированном на
поверхности электродов слое белков. При этом скорость диффузии на
стеклоуглеродном электроде гораздо выше, чем на платиновом.
Глава 5. Разработка технологий и оборудования
для электрофлотокоагуляционного извлечения белков из растительного
и молочного сырья
Для реализации электрофлотокоагуляционного способа извлечения
белков из их растворов была разработана установка, схема которой
представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема электрофлотокоагуляционной установки: А – подвод
раствора белков; Б – отвод коагулянта; В – отвод сфлотированных белков; Г
– отвод очищенной жидкости; 1 – система распределения потока раствора; 2
– электролизер с электродами; 3 – флоторазделительная камера; 4 –
полупогруженная перегородка; 5 – система сбора белковых хлопьев; 6 –
скребковый механизм; 7 – устройство для регулирования уровня раствора; 9
– камера для очищенного раствора; 10 – система сбора очищенного раствора;
11 – система сбора и выпуска скоагулированных белков
13
В предложенной конструкции, благодаря реализации восходящего и
нисходящего движения раствора, а также многокамерному исполнению
электролизера достигается глубокое извлечение белков из растворов.
С целью промышленной реализации полученных в диссертации
результатов были предложены набор и последовательность технологических
процессов, а также технологические схемы производства изолята нутовых
белков и концентрата сывороточных белков с использованием
электрофлотокоагуляционной установки.
Глава 6. Исследование физико-химических и функциональных свойств
белковых изолятов и концентратов и их использование в пищевом
производстве
Исследование и анализ полученных белковых продуктов показали, что
они обладают высокими физико-химическими и функциональными
свойствами и могут быть использованы в качестве эмульгаторов и
пенообразователей, для повышения водо- и жироудерживающей способности
пищевых систем, в частности, в технологии колбасного и кондитерского
производства. Кроме того, показано, что полученные белковые продукты
обладают высокой биологической ценностью.
Обосновано применение изолята белков нута в рецептурах овощных
консервов и соусов взамен традиционного загустителя (пшеничной муки),
позволяющее расширить ассортимент безглютеновых продуктов питания.
На базе результатов исследования разработаны и зарегистрированы в
органах стандартизации технические условия на соусы овощные
безглютеновые с продуктами переработки нута, а также получен патент РФ
на безглютеновый овощной соус.
Предложена рецептура сосисок с включением в их состав изолята
нутовых белков, позволяющая получать продукт с более высоким, по
сравнению с контрольными аналогами, содержанием белков. На основе
полученных данных разработаны и зарегистрированы в органах
стандартизации технические условия на сосиски «МиНУТка».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Изучены
основные
закономерности
процесса
электрофлотации
применительно к извлечению белков из растительного и молочного сырья.
Установлено, что степень извлечения белков из растворов методом
электрофлотации не превышает 50 %.
2. Разработана конструкция трехэлектродного электролизера для извлечения
растительных и молочных белков из растворов комплексным методом
электрофлотокоагуляции.
3. Изучены основные закономерности и экспериментально доказана
принципиальная
возможность
высокоэффективного
извлечения
растительных и молочных белков, а также их смесей, комплексным
методом
электрофлотокоагуляции.
Выявлена
универсальность
электрофлотокоагуляционного метода извлечения белков за счет
возможности изменения параметров электролиза растворов и
изоэлектрического состояния белков.
14
4. Выявлены оптимальные параметры процесса электрофлотокоагуляции для
растворов белков нута и творожной сыворотки. Установлено, что
максимальная эффективность извлечения белков
достигается при
2
плотности тока ~ 105А/м (для растворов белков нута) и ~ 210 А/м2 (для
растворов сывороточных белков) и продолжительности процесса 30 мин.
Показано, что изменение температуры растворов белков в диапазоне 20 –
50°С не оказывает существенного влияния на эффективность извлечения
белков.
5. Изучены
кинетические
закономерности
процессов
извлечения
растительных
и
молочных
белков
из
растворов
методами
электрофлотации
и
электрофлотокоагуляции.
Экспериментально
доказано, что взаимодействие белков с электродами из различных
материалов протекает по адсорбционному механизму и лимитируется
диффузией водорода в твердой фазе, а кинетика процессов надежнее всего
описывается уравнением первого порядка.
6. Разработана установка непрерывного действия для извлечения белков из
пищевых растворов, в которой реализован метод электрофлотокоагуляции
с безреагентной корректировкой рН среды.
7. Предложены технологические решения промышленного производства
изолята нутовых белков и концентрата сывороточных белков,
использующие разработанную электрофлотокоагуляционную установку
для извлечения белков из пищевых растворов.
8. Изучены физико-химические и функциональные свойства полученных
белковых продуктов (изолята белков нута и концентрата сывороточных
белков). Доказана эффективность комбинирования белков нута и
творожной сыворотки для повышения энергетической ценности,
аминокислотного состава и функциональных свойств полученных
белковых изолятов и концентратов.
9. Показаны
целесообразность и перспективность использования
полученных электрофлотокоагуляцией изолятов нутовых белков в
технологии производства колбасных и овощных консервных изделий с
низким содержанием глютена и пониженной калорийностью. Разработаны
технологические рекомендации для внедрения белковых изолятов в
рецептуры безглютеновых пищевых продуктов.
Список публикаций по теме диссертации
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
1.
Тимофеев И.В. Разработка электрохимической технологии выделения
пищевого белка из нута / Ю.А. Тырсин, И.Л. Казанцева, С.С. Попова, И.В.
Тимофеев // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья.- 2014. №6. - С. 10 - 13.
2.
Тимофеев И.В. Использование нутовой муки в рецептуре
безглютеновых пищевых продуктов / Ю.А. Тырсин, И.Л. Казанцева, И.В.
Тимофеев // Известия вузов. Пищевая технология. – 2015. - №4. - С. 42-46.
3.
Тимофеев
И.В.
Кинетические
закономерности
процесса
электрофлотокоагуляции при выделении пищевого белка из нута в
15
циклическом потенциодинамическом режиме / С.С. Попова, И.Л. Казанцева,
И.В. Тимофеев // Вестник Казанского технологического университета. - 2015.
- Т.18. - №6. - С.127-132.
4.
Тимофеев И.В. Исследование кинетики извлечения белковых агрегатов
из щелочных экстрактов нута путем электрофлотации / И.Л. Казанцева, С.С.
Попова, И.В. Тимофеев, В.М. Седелкин, С.Н. Бутова // Вестник Саратовского
государственного технического университета. - 2015. - №4 . – С. 29-35.
5.
Тимофеев
И.В.
Адсорбционно-электрохимическое
поведение
аминокислот на графитированном медном Cu(C) – электроде / С.С. Попова,
Н.А. Окишева, Т.О. Рябухова, И.В. Тимофеев // Вестник Казанского
технологического университета.– 2016. - Т.19. - № 9. – С. 144 – 148.
6.
Тимофеев
И.В.
Кинетические
закономерности
процесса
электрофлотокоагуляции при выделении пищевого белка из творожной
сыворотки в циклическом потенциодинамическом режиме / И.В. Тимофеев,
В.М. Седелкин, С.С. Попова // Вестник Казанского технологического
университета. – 2016. – Т.19. - №13. – С.178-182.
Публикации в других изданиях
7.
Тимофеев И.В. Глубокая переработка нута / Н.В. Воробьева, И.Л.
Казанцева, Л.Ф Рамазаева, И.В. Тимофеев. – Энгельс. технол. ин-т Сарат. гос.
техн. ун-та. - Энгельс, 2012. – 42 с. Деп. в ВИНИТИ: 26.11.2012, №434B2012.
8.
Тимофеев И.В. Мясные продукты с изолятом нутового белка / И.Л.
Казанцева, И.В. Тимофеев, Д. И. Черкасов // Технология
и
продукты
здорового питания: материалы VII Междунар. науч.-практ. конф.- Саратов:
Буква, 2013.- С.136 - 138.
9.
Тимофеев
И.В.
Применение
растительных
экстрактов
с
антиоксидантными свойствами в пищевых системах /
И.Л.
Казанцева,
И.В. Тимофеев, Д. И. Черкасов // Технология и продукты здорового питания:
материалы VII Международной науч.-практ. конф. – Саратов: Буква, 2013. –
С. 150 – 152.
10. Тимофеев И.В. Электрохимическая технология получения изолята
белка из нута и функциональные мясные продукты на его основе / И.В.
Тимофеев, И. Л. Казанцева.- Энгельс. технол. ин-т Сарат. гос. техн. ун-та.Энгельс, 2013 .- 57 c. Деп. в ВИНИТИ 03.12.13 № 350-В2013.
11. Тимофеев И.В. Ресурсосберегающая технология выделения пищевого
белка /
С.С. Попова, И.Л. Казанцева, И.В. Тимофеев // Малоотходные,
ресурсосберегающие химические технологии и экологическая безопасность :
сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Стерлитамак: Фобос, 2013 .- С. 17-18.
12. Тимофеев И.В. Нут: перспективы переработки для производства
продуктов питания / И.Л. Казанцева, И.В. Тимофеев // Инновационное
развитие пищевой, легкой промышленности и индустрии гостеприимства:
материалы Междунар. науч.-практ. конф.- Алматы: АТУ, 2014. – С. 215 217.
16
13. Тимофеев И.В. Разработка электрохимической технологии выделения
пищевого белка из нута / И.В. Тимофеев, С.С. Попова, И.Л. Казанцева //
Новые материалы и технологии: состояние вопроса и перспективы развития:
сб. материалов Всерос. молодежной конф. - Саратов: Наука, 2014. - С. 273276.
14. Тимофеев И.В. Рациональная переработка сыворотки с применением
электрохимического метода / И.Л. Казанцева, С.С. Попова, И.В. Тимофеев //
Актуальные проблемы теории и практики электрохимических процессов:
матералы II Междунар. конф. молодых ученых. – Саратов: СГТУ, 2014. - С.
268-273.
15. Тимофеев И.В. Безглютеновые пищевые продукты с добавкой нутовой
муки / И.В. Тимофеев, И.Л. Казанцева // Актуальные вопросы
биомедицинской инженерии: сб. науч. работ конкурса IV Всерос. науч. конф.
для молодых ученых, студентов. – Саратов: СГТУ, 2015. – С. 65 – 70.
16. Тимофеев И.В. Извлечение белкового изолята из нута методом
электрофлотокоагуляции / С.С. Попова, И.Л. Казанцева, И.В. Тимофеев //
Пищевые технологии и биотехнологии: сб. тез. докл. XIV Междунар. конф.
молодых ученых.- Казань: БРИГ, 2015. - С.121 - 122.
17. Тимофеев И.В. Электрофлотокоагуляционная технология извлечения
белков животного и растительного происхождения / С.С. Попова, В.М.
Седелкин, И.В. Тимофеев // Актуальные вопросы технических наук в
современных условиях: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. – СПб.:
ИЦРОН, 2016. - С. 96 – 99.
Патенты
1.
Патент № 2527492 Российская Федерация, МПК 7 А23L 1/39 А23L
1/24, А23L 1/212. Безглютеновый овощной соус. / Казанцева И.Л., Рамазаева
Л.Ф., Тырсин Ю.А., Тимофеев И.В; заявитель и патентообладатель: «СГТУ
имени Гагарина Ю.А.»; № 2013118950; заявл. 23.04.2013; опубл. 10.09.14,
Бюл. № 25. – С.9.
Подписано в печать
Формат 60x84 1/16
Бум. офсет.
Усл. печ. л. 1,0
Уч.-изд. л. 1,0
Тираж 100 экз.
Заказ
Бесплатно
Саратовский государственный технический университет
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Отпечатано в Издательстве СГТУ, 410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа