в экономике промышленно развитых стран. Это связано как с резким ростом в последние десятилетия выработки сахаристых продуктов из крахмала, модифицированных крахмалов, так и с организацией производства биоразрушаемых полимерных материалов на его основе [17,25,101].

Для переработки на крахмал в различных странах используются, как правило, местные виды крахмалсодержащего сырья. Так, в Европе таким сырьем является картофель, пшеница, кукуруза, в Северной Америке - кукуруза, в Латинской Америке и Юго-Восточной Азии - маниок, батат и саговая пальма (рис 1.1) [2,29,30,91].

Основными производителями крахмала и крахмалопродуктов являются такие страны, как США, Канада, Германия, Франция, Дания, Голландия, Япония, Таиланд, где выработка крахмала на душу населения составляет более 20 кг, а в США с учетом сахаристых продуктов из крахмала - более 50 кг (рис. 1.1) [2, 101].

Мировое производство крахмала и крахмалопродуктов

Крахмал и его производные широко используются для пищевых целей как углеводные продукты, а также как студнеобразователи, загустители, эмульгаторы, обладающие высокой водоудерживающей способностью. В медицине крахмал применяется как наполнитель при таблетировании лечебных средств, как основа для получения кровезаменителей, а продукт полного гидролиза крахмала - глюкоза является незаменимым и широко распространенным медицинским препаратом. Крахмал как основной вид сырья используется в производстве этилового спирта пищевого и медицинского назначения. Ввиду многообразия свойств крахмал и его модификации нашли широкое применение в технических целях: в бумажной и текстильной индустрии, для приготовления формовочных смесей в литейном производстве, для стабилизации глинистых растворов при нефтебурении и др.

В отличие от полимеров, получаемых из природно невозобновляемого сырья - нефти и газа, крахмал является ежегодно возобновляемым биоразрушаемым материалом (полимером), который в ряде стран широко используется для производства упаковочных, укрывочных материалов и посуды разового пользования.

на основе создания экологически безопасных технологий получения крахмала с заданными молекулярным составом полисахаридов крахмала и функциональными свойствами, реализуемых с минимальными трудовыми и энергетическими затратами. Непременным условием достижения поставленной цели, имеющей важное народнохозяйственное значение, является формирование структуры научных исследований, установление функциональных связей между объектами этой структуры и постановка задач исследований.

На основе априорной информации о существовании функциональных связей между объектами исследований выявлено, что:

молекулярный состав крахмала (как микроструктура крахмалсодержащего сырья) и его функциональные свойства зависят от вида крахмалоноса (под крахмалоносами подразумеваются различные виды растений, в органах которых содержится крахмал в количестве, достаточном для их промышленной переработки с целью извлечения крахмала) и могут быть изменены его селекцией, включая создание трансгенных видов [22,67,70 - 74,76,86,90,96,97,99,100];
минимальные трудовые и энергетические затраты на производство крахмала зависят от крахмалистости, урожайности, технологических свойств сырья и совершенства процессов его переработки [7,28,42,50,51];
создание экологически безопасных технологий крахмала при переработке различных видов крахмалсодержащего сырья зависит от макроструктуры сырья, его технологических свойств, совершенства процессов утилизации сопутствующих крахмалу компонентов: белка, клетчатки, жира [15,16,19,23].

Структура системы научных исследований представлена на рис. 1.2.

Структура системы научных исследований в производстве нативных крахмалов

Функциональные связи между ее объектами определяются информационными факторами взаимодействия в виде способов изменения микро- и макроструктуры сырья, развития технологического потока его переработки и утилизации сопутствующих крахмалу компонентов.

Производство крахмала должно осуществляться не только с минимальными трудовыми и энергетическими затратами, но и с минимальными материальными затратами, которые характеризуются расходом сырья и вспомогательных материалов на единицу готовой продукции. Поскольку в себестоимости крахмала удельный вес стоимости сырья составляет более 50%, то для достижения поставленной цели вовлечения в промышленную переработку нетрадиционных видов сырья важным фактором является их экономическая оценка [2,12,13,19].

На основе анализа структуры системы научных исследований, установленных функциональных связей между ее объектами и с учетом степени влияния выявленных факторов на устойчивость этих связей сформулированы и задачи исследований объектов как отдельных подсистем.

Задачи исследований:

определить микроструктуру крахмала и его функциональные свойства на основе термодинамических и реологических характеристик;
обосновать принципы классификации крахмал содержащего сырья по технологическим признакам;
провести экономическую оценку каждого вида сырья для промышленной переработки на крахмал;
обосновать методы эффективного разрушения макро- и микроструктуры крахмалсодержащего сырья с целью извлечения из него крахмала;
исследовать способы разделения разрушенного сырья на крахмал и сопутствующие ему вещества;
разработать экологически безопасную систему выращивания и переработки крахмалсодержащего сырья;
провести диагностику технологического потока производства крахмала для адаптации его к переработке различных видов сырья.

Решение поставленных задач определяет и достижение цели исследования - вовлечение в промышленную переработку нетрадиционных видов крахмалсодержащего сырья (рожь, пшеница, ячмень, горох), совершенствование технологий переработки таких традиционных видов сырья, как картофель и кукуруза.

На основе анализа литературных данных и результатов исследований, проведенных по каждому объекту системы, нами сформулированы требования и определены способы их выполнения, начиная с селекции крахмалоносов, что нашло отражение в следующих основных положениях функционирования подсистем сырья и технологий его переработки:

селекция и культивирование трансгенных видов крахмалсодержащего сырья с заданной молекулярной структурой полисахаридов крахмала и технологическими свойствами, обеспечивающими слабую адгезионную связь компонентов сырья с крахмалом и упрощающими технологические процессы;
создание гибкой системы процессов переработки крахмалсодержащего сырья с разными технологическими свойствами, обеспечивающей высокое качество получаемых крахмалов.

Такой системный подход к научным исследованиям может быть использован также и при переработке других видов сельскохозяйственного сырья - сахарной свеклы, подсолнечника, ячменя, овощей и др.

Назад, на Главную страницу