Технологическая платформа инновационных технологий продуктов из молочной сыворотки

14-05-2014, 19:14

В соответствии с рыночной концепцией рационального использования молочной сыворотки, ее компонентов и их производных на основе промышленной обработки в настоящем разделе излагаются инновационные технологии альтернативных вариантов получения продуктов нового поколения. Теоретической основой при этом является парадигма формирования технологических платформ, применительно к сельскохозяйственному сырью животного происхождения. Содержательная часть технологической платформы, как системы машин и технологий по акад. В. А. Панфилову, рассматривается через блок-схемы алгоритма и операторные модели, позволяющие реализовать принципы «безлюдных» интенсивных технологий по законченному и замкнутому циклам производства. Научная база технологического оформления процессов — моделирование и экспертные системы с использованием методологии «нейронных сетей» (элементы искусственного интеллекта).
В качестве примера реализации приведенных выше положений ниже излагается технологическая платформа отечественного пребиотика лактулозы, синтез которой осуществлен из лактозосодержащего сырья — молочной сыворотки.
Современная технологическая система (технологическая платформа) получения лактулозы, разработанная творческим коллективом лауреатов премии Правительства РФ в области науки и техники (2001 г.), представляет совокупность физико-химических процессов и их аппаратурного оформления, обеспечивающих заданное качество и требуемое количество готового продукта.
Основными общепризнанными исходными принципами создания технологических систем в молочной промышленности являются: полное и комплексное использование сырья, экономическая эффективность, энергосбережение, экологическая чистота. Реализация этих принципов достигается в ходе синтеза оптимальной структуры системы, включающей научное обоснование последовательности основных технологических процессов, альтернативных вариантов и оптимальных условий их проведения. В соответствии с современной методологией оптимизации критических технологий пищевых производств, наряду с традиционным детерминированно-стохастическим подходом, в монографии использован интеллектуальный потенциал специалистов-экспертов в исследуемой области науки и практики. При этом следует иметь в виду, что все процессы синтеза лактулозы проходят на уровне нанокластеров (размеры около 1 нм) и требуют реализации особо тонких приемов нанобиотехнологий.
На первом этапе синтеза структуры технологической системы рассмотрены основные взаимосвязи системы с элементами внешней среды, важнейшими из которых являются сырьевые источники. В соответствии с этими принципами разработана принципиальная схема получения сиропов лактулозы и продуктов, содержащих лактулозу, из разных видов сырья (рис. III. I).

На схеме хорошо видна взаимосвязь, как между основными сырьевыми источниками, так и между сырьем и технологическими системами. Последние представлены в виде моделей «белого ящика», отражающих их внутреннее строение. Система получения сиропов лактулозы является структурно более сложной, чем система получения лакто-лактулозы, а также пищевых и кормовых добавок с лактулозой, т. к. кроме изомеризации и концентрирования включает также подсистемы подготовки сырья и выделения лактулозы из реакционной смеси.
Объединенная блок-схема алгоритма производства концентратов лактулозы разного уровня качества из лактозосодержащего сырья (растворов молочного сахара) показана на рис. III.2.
Подробно схема реализуется в 27 блоках.

Следующий этап синтеза структуры включает выбор элементов подсистем (операций), их последовательности, вариантов проведения и взаимосвязей между ними. Работа включает анализ информационного файла, изучение состава и свойств растворов лакто-лактулозы и сиропов лактулозы при различной последовательности операций. Результаты отображаются в виде операторной модели, разработанной по методике акад. В. А. Панфилова. Процесс формализации операторной модели состоит из семи подсистем, которые показаны на рис. III. 3.
Разработанная технологическая система производства сиропов лактулозы предусматривает применение разных видов лактозосодержащего сырья, выбор которого определяет дальнейшую структуру производственной линии. В целом предлагаемые технологические системы могут быть охарактеризованы как высокие инновационные технологии.
Для прогнозирования поведения технологической системы важно определить «чувствительные» точки системы, требующие жесткого контроля, и «критические» моменты времени, в которые наиболее целесообразно (или нежелательно) воздействие на подсистему. К «чувствительным» точкам» технологии лактулозы относятся операции термостатирования в подсистемах изомеризации и рафинации. «Критический момент» приходится на кристаллизацию, в ходе которой, с одной стороны, желательно воздействие в виде внесения затравки для ускорения процесса и максимально возможной выкристаллизации лактозы, а с другой — возможно обсеменение готового продукта микроорганизмами, в частности, спорами плесеней и дрожжей.

Основной целью следующего этапа создания технологической системы, включающего подробное рассмотрение ее структуры на уровне элементов (процессов и отдельных операций), является определение «диапазона» устойчивого функционирования технологии. Например, оптимальные режимы изомеризации зависят от вида сырья, определены в результате экспериментальных исследований и сведены в табл. III.1.

В соответствии с современной концепцией создания технологий структура системы на практике реализуется в виде отдельных аппаратурно-процессовых блоков, элементы которых могут переключаться в зависимости от заданного уровня качества готового продукта. Для аппаратурного оформления процессов получения сиропов лактулозы может быть использовано стандартное, использующееся в молочной промышленности и выпускаемое отечественными предприятиями оборудование.
Воспроизводимость параметров и их соответствие требованиям устойчивого функционирования разработанных технологических систем высоких технологий лактулозы подтверждена в ходе опытно-промышленных выработок на пилотных модулях и промышленной апробации. Результаты работы реализованы в отраслевых нормативных документах в соответствии с TP по ФЗ № 88.