Системы синтеза производных компонентов молочной сыворотки

14-05-2014, 19:11

Научно-технические основы подхода к формированию Систем получения производных отработаны на примере лактулозы проф. С.А. Рябцевой. Кратко остановимся на сути, как основе инноваций, принципы которых могут быть масштабированы на любое из 100 производных лактозы, а также сывороточных белков.
Методологической основой создания современных инновационных (высоких или критических) технологий является системный подход, т.е. рассмотрение объектов исследования как целостных систем. Концептуально и практически школой акад. Россельхозакадемии В.А. Панфилова разработан системный подход к созданию технологического потока пищевых производств, включающего технологию, оборудование, средства автоматизации — система машин и технологий.
Системный анализ, как частный случай системного подхода — это совокупность методов, путей, средств исследований, конструирования систем и управления ими. Методология системного анализа имеет практическую ориентацию, она не подразумевает строгого и единого теоретического обоснования или унифицированной совокупности методологических процедур. Поэтому для каждой конкретной задачи строится своя особая методология, которая без существенных модификаций не может быть перенесена на другую задачу.
Для систематизации накопленной информации, выявления недостатков существующих технологий лактулозы и тенденций ее развития С.А. Рябцевой была разработана методология системного анализа, как первый этап формирования «Системы получения производных», включающая ряд последовательных и взаимосвязанных этапов.
Анализ взаимосвязи системы и среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой. Основные направления такого взаимодействия наиболее четко можно показать с помощью модели типа «черный ящик», которая отображает только связи системы «Технология лактулозы» с внешней средой в виде перечня «входов» и «выходов» показана на рис. 15.11.

Из показанных на схеме «входов» самыми важными в технологическом отношении являются «сырье» и «основные и вспомогательные материалы». Для технико-экономических расчетов требуются показатели расхода энергии и воды. При создании безотходной и экологически чистой технологии лактулозы большое значение имеют «выходы» в виде побочных продуктов и сточных вод. Уровень качества готового продукта должен определяться требованиями потребителей. Для подробного рассмотрения этих взаимодействий необходимо построение более сложной модели, которая раскрывает структуру системы, а также связи между элементами системы и окружающей средой.
Построение структурной модели системы. Важным этапом системного анализа является описание элементов системы и взаимодействий между ними. На первом уровне декомпозиции в качестве элементов были выделены основные технологические процессы, характерные для большинства известных способов получения лактулозы: подготовка сырья, изомеризация, очистка изомеризованного раствора, сгущение, кристаллизация и выделение лактозы, сушка или кристаллизация лактулозы. Эти элементы связаны между собой в основном последовательными линейными связями, но в системе имеются и более сложные взаимодействия. Так, например, непрореагировавшая лактоза может быть возвращена в технологический цикл, а кристаллы лактулозы используются в некоторых способах как затравка при получении тригидратной формы.
Структура системы «Технология лактулозы», функциональные связи между элементами и внешней средой показаны на рис. 15.12 в виде модели «белого ящика».

На схеме видно, что все элементы тесно взаимосвязаны друг с другом. В качестве лактозосодержащего сырья используются продукты переработки молочной промышленности, в которой лактулоза применяется как добавка для производства продуктов лечебно-диетического питания. Для получения лактулозы необходимы катализаторы, ионообменные смолы, адсорбенты, утилизация которых существенно влияет на загрязнение окружающей среды. Все процессы требуют энергетического обеспечения, а после обслуживания оборудования на всех этапах производства остаются сточные воды.
Важнейшими потребителями лактулозы являются предприятия-производители продуктов детского и лечебно-диетического питания, а также медицина. Во всех этих отраслях лактулоза может быть использована в виде сиропов, порошков или в кристаллической форме.
На схеме (рис. 15.12) показаны только основные элементы системы «Технология лактулозы». Более подробно внутреннее строение системы рассмотрено на следующем уровне декомпозиции, целью которого является разработка классификации известных способов получения лактулозы.
Разработка и анализ классификационной схемы. Для классификации технологий лактулозы использован принцип дерева целей (рисунок 15.13).
На основе принципа иерархичности в системе «Технология лактулозы» выделены две основных подсистемы — «Изомеризация лактозы в лактулозу» и «Выделение лактулозы из реакционной смеси». Каждая подсистема включает ряд элементов — операций, которые находятся на следующем уровне иерархической подчиненности и могут быть выполнены разными способами. Рассмотрим характеристику подсистем.
Подсистема «Изомеризация лактозы в лактулозу» включает три элемента: подготовка сырья, внесение катализатора и термостатирование. Теоретической основой декомпозиции подсистемы являются данные о том, что все промышленные способы получения лактулозы основаны на внутримолекулярной перегруппировке молекулы лактозы в щелочной среде по механизму LA-трансформации. На изомеризацию существенно влияют вид и доза катализатора, температура и продолжительность термостатирования, состав и свойства исходного сырья.
Подсистема: «Выделение лактулозы из реакционной смеси» включает ряд операций, целью которых является комплексная очистка изомеризованных растворов от катализаторов, побочных продуктов реакции и других углеводов, а также повышение концентрации лактулозы в готовом продукте.
Задача формирования Системы получения и использования лактулозы сводится к совершенствованию существующих и разработанных, либо поиску новых, м. б. нетрадиционных способов. Именно в этом направлении проводятся исследования во всем мире, в т. ч нашей стране и творческом коллективе научного направления «Живые Системы» СевКавГТУ. Аналогичное положение распространяется на протеолоиз (гидролиз) сывороточных белков, с усложнением задачи — направленное элюирование, например, фенилаланина.