АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Научная статья УДК 637.04

DOM0.52653ZPPI.2021.12.12.011

Анализ технической системы процесса производства многокомпонентных продуктов питания

Татьяна Викторовна Шевченко1, Юлия Владиславовна Устинова2, Константин Борисович Плотников3, Анатолий Михайлович Попов4

'' 2 3' 4Кемеровский государственный университет, г. Кемерово yul48888048@yandex.ru

Аннотация. Фрукты служат источником энергии, витаминов, минералов и пищевых волокон. В целом, фруктовые батончики имеют гораздо большую питательную ценность, чем свежие фрукты, потому что все питательные вещества сконцентрированы и, следовательно, будут представлять собой ассортимент полуфабрикатов, чтобы извлечь выгоду из пользы фруктов для здоровья. Потребители предпочитают фруктовые батончики, которые имеют более насыщенный вкус, за которыми следуют надлежащие текстурные особенности, которые могут быть получены путем установления равновесия ингредиентов, правильного выбора этапов производства и контроля конечного продукта. Кроме того, фруктовые батончики также являются важными источниками углеводов и минералов. Учитывая широкий спектр биологически активных факторов в свежих фруктах, которые сохраняются во фруктовых батончиках, вполне вероятно, что их потребление оказывает положительное влияние на снижение риска многих заболеваний. Представлены результаты исследований оценки качества снековых плодово-ягодных батончиков, который включает отбор проб, оценку органолептических, физико-химических, функциональных показателей качества и безопасности. Результаты исследований потребительских свойств плодово-ягодных батончиков проводили в соответствии с разработанным алгоритмом. Показатели качества соответствуют добавкам, вносимым в рецептуру батончиков. Технология производства снековых плодово-ягодных батончиков состоит из пяти взаимосвязанных этапов, для каждого из которых подобрано оборудование. Для усовершенствования технологии производства снековых плодово-ягодных батончиков в работе предложена новая конструкция барабанного виброгранулятора. В результате работы барабанного виброгранулятора образуются структуры разных размеров за счет агломерирования частиц, которые обладают разной потенциальной энергией. Находящиеся в зоне перераспределения частиц по размерам частицы больших размеров поднимаются на поверхность образовавшегося слоя. Частицы при перемещении из центрального слоя к поверхности соударяются с другими частицами. С целью разработки мехатронного модуля в работе выявлена зависимость энергозатрат на проведение процесса гранулирования от режимных параметров. Затраты энергии на механическую работу установки происходит за счет разностей показателей ваттметров на холостом ходу и в рабочем режиме.

Ключевые слова: плодово-ягодный батончик, техническая система, функциональные продукты, барабанный виброгранулятор

Для цитирования: Шевченко Т. В., Устинова Ю. В., Плотников К. Б., Попов А. М. Анализ технической системы процесса производства многокомпонентных продуктов питания // Пищевая промышленность. 2021. № 12. С. 60-63.

Original article

Analysis of the technical system of the process production of multicomponent food products

Tat'yana V. Shevchenko1, Yuliya V. Ustinova2, Konstantin B. Plotnikov3, Anatoliy M. Popov4

'' 2 3' 4Kemerovo State University, Kemerovo, yul48888048@yandex.ru

Abstract. Fruits are a source of energy, vitamins, minerals and dietary fiber. In general, fruit bars have much more nutritional value than fresh fruit, because all the nutrients are concentrated and, therefore, will be an assortment of semi-finished products to benefit from the health benefits of fruit. Consumers prefer fruit bars that have a richer taste, followed by proper textural features that can be obtained by establishing the balance of ingredients, choosing the right stages of production and controlling the final product. In addition, fruit bars are also important sources of carbohydrates and minerals. Given the wide range of biologically active factors in fresh fruits that are preserved in fruit bars, it is likely that their consumption has a positive effect on reducing the risk of many diseases. The results of studies on the quality assessment of snack fruit and berry bars, which includes sampling, evaluation of organoleptic, physico-chemical, functional quality and safety indicators, are presented. The results of studies of consumer properties of fruit and berry bars were carried out in accordance with the developed algorithm. The quality indicators correspond to the additives added to the recipe of the bars. The technology of production of snack fruit and berry bars consists of five interrelated stages, for each of which the equipment is selected. To improve the production technology of snack fruit and berry bars, a new design of a drum vibrating granulator is proposed in the work. As a result of the operation of the drum vibrating granulator, structures of different sizes are formed due to the agglomeration of particles that have different potential energy. Large particles located in the particle size redistribution zone rise to the surface of the formed layer. When moving from the central layer to the surface, the particles collide with other particles. In order to develop a mechatronic module, the dependence of the energy consumption for the granulation process on the operating parameters was revealed. The energy consumption for the mechanical operation of the installation is due to the differences in the indicators of the wattmeters at idle and in operating mode.

Keywords: fruit and berry bar, technical system, functional products, drum vibrating granulator

For citation: Shevchenko T. V., Ustinova Yu. V., Plotnikov K. B., Popov A. M. Analysis of the technical system of the process production of multicomponent food products // Food processing industry. 2021;(12):60-63 (In Russ.).

Автор, ответственный за переписку: Устинова Юлия Владиславовна, yul48888048@yandex.ru Corresponding author: Yuliya V. Ustinova, yul48888048@yandex.ru

© Шевченко Т. В., Устинова Ю. В., Плотников К. Б., Попов А. М., 2021

Введение. Питание - важнейший фактор внешней среды, который определяет правильное развитие, состояние здоровья и трудоспособность человека [1].

На сегодняшний день состояние здоровья населения зависит во многом от употребляемой пищи. Особо развита система быстрого питания, поскольку образ жизни потребителя складывается из постоянного дефицита времени [2]. Международные программы занимаются вопросами организации здорового питания отдельных групп населения. Для развития отечественного производства пищевых ингредиентов необходимо соблюдать требования качества и безопасности технологии. Благодаря разработкам новых видов специализированных и функциональных продуктов население получает более качественное питание [3-4]. Остается нерешенной проблема адекватной обеспеченности населения макро- и микронутриентами. Данные свидетельствуют о массовых заболеваниях, поэтому для профилактики необходимо производить продукцию, отвечающую потребностям населения на сегодняшний день. Продукты с направленными функциональными свойствами набирают популярность в России в последнее время. Они представляют собой, как правило, концентраты в виде сухих завтраков. Дополнительная кулинарная обработка продуктам быстрого приготовления не требуется. Более 40 % населения в России связывают питание с сухими завтраками, отдавая предпочтение снековым батончикам [5]. При воздействии вредных факторов и неправильном питании функциональные продукты сохраняют и укрепляют здоровье. Расширению ассортимента продуктов быстрого приготовления необходимо уделять больше внимания. К таким продуктам, которые всегда можно взять с собой и в любом месте перекусить, при этом получив быстрый заряд энергии, относятся батончики [6-9].

Методика эксперимента. В качестве объектов для проведения экспериментов использовались образцы плодово-ягодных батончиков функциональной направленности, полученных в лабораторных условиях, техническая система процесса производства, новая конструкция барабанного виброгранулятора.

Методы исследования. Определяли по ГОСТ следующие показатели качества плодово-ягодных батончиков: органолеп-тические показатели - по ГОСТ 5897-90, содержание влаги - по ГОст 5900- 2014, определение массовой доли золы и ме-

талломагнитной примеси - по ГОСТ 59012014, зараженность вредителями - по ГОСТ 32751-2014.

Результаты и обсуждение. В литературе отсутствуют данные по оценке качества снековых плодово-ягодных батончиков, поэтому представлен алгоритм экспертизы для исследования показателей качества, который включает отбор проб, оценку органолептических, физико-химических, функциональных показателей качества и безопасности. Результаты исследований потребительских свойств представлены в табл. 1, 2.

По органолептическим показателям выявлено, что вкус и запах соответствуют добавкам, вносимым в рецептуру батончика.

Сроки хранения снековых плодово-ягодных батончиков исследованы в течение 5 мес. при относительной влажности воздуха 70 % и комнатной температуре. Полученные данные позволяют заключить, что при соблюдении установленных режимов хранения регламентируемые показатели качества снековых плодово-ягодных батончиков остаются неизменными. Окрашенные плодово-ягодные батончики сохраняли цвет в течение всего периода хранения.

На рис. 1 представлена структурная схема технических систем, обеспечивающих технологический процесс производства функциональных плодово-ягодных батончиков.

Для структурной схемы была предложена новая конструкция барабанного виброгранулятора (БВГ). На рис. 2 представлен общий вид предложенной установки.

БВГ работает следующим образом. Исходная смесь сыпучих компонентов подается в обечайку 2. Установленная на четырех пружинах сжатия 17, 20 через загрузочный патрубок 1 исходная смесь

сыпучих компонентов подается в обечайку 2.

Угол наклона корпуса БВГ к горизонтальной плоскости составлял 30. Жестко соединен с корпусом БВГ с помощью хомутов вибровозбудитель дебалансо-вого типа с набором сменных дебалан-сов 19. За счет этого переводится в ви-броожиженное состояние смесь сыпучих компонентов и формирующихся гранул. В сторону разгрузочного патрубка 16 она перемещается. Подается на поверхность виброожиженного слоя связующий раствор через форсунку капельного типа 5. С упрощенным изображением структуро-образования в машине на рис. 3 представлен сегмент установки.

Образуются структуры разных размеров в результате агломерирования частиц. Данные частицы обладают разной потенциальной энергией.

Частицы больших размеров поднимаются на поверхность образовавшегося слоя, находящиеся в зоне перераспределения частиц по размерам. Происходят множественные соударения с другими частицами при их перемещении из центрального слоя к поверхности.

В область, которая соответствует минимуму потенциальной энергии, движутся частицы меньшего размера. Они обладают большей подвижностью, что приводит к их росту [10].

С целью разработки мехатронного модуля было необходимо выяснить за-

Таблица 2 Физико-химические показатели снековых плодово-ягодных батончиков

Наименование показателя Значение

показателя

Влажность, %, не более 9

Массовая доля металломаг-нитных примесей, мг/кг, не более 2,5

Зараженность вредителями Не допускается

Таблица 1

Органолептические показатели плодово-ягодных батончиков

Наименование Характеристика

показателя Образец № 1 Образец № 2

Вкус и запах Ясно выраженные, характерные для данного наименования, без посторонних привкуса и запаха Ясно выраженные, характерные для данного наименования, без посторон-негоих привкуса и запаха

Цвет Окраска равномерная, достаточно выраженная, от светло-черного до темно-черного цвета Окраска равномерная, достаточно выраженная, от бледно-розового до розового цвета

Внешний вид: форма, состояние поверхности Поверхность блестящая, ровная. Правильная прямоугольная форма, поддающаяся деформации. Допускаются незначительные повреждения поверхности Поверхность блестящая, ровная. Правильная прямоугольная форма, поддающаяся деформации. Допускаются незначительные повреждения поверхности

Консистенция Полутвердая Полутвердая

Бункер для плодово-ягодного сырья

весы Машина

1 для

i мойки

Конвейер сырья

Конвейер И/

Весы

Сушилка

_I

Емкость для сыворотки

Дозатор

смеситель

для осаждения

Дозатор -

Фильтрационная установка

Л

весы

I

сушилка

Оборудование для подготовки сырья

оборудование для получения концентрата сывороточных белков

оборудование для подготовки товарного продукта

весы

Дозатор

смеситель

весы

Дозатор

Бункеры для сухих ингредиентов

Емкости для жидких ингредиентов

валковый формователь тип WE

Дозатор

весы сушилка

Фасовочно-

упаковочный

автомат

оборудование для производства плодово-ягодных батончиков

оборудование для товарного оформления

Рис. 1. Структурная схема технических систем, обеспечивающих технологический процесс производства функциональных плодово-ягодных батончиков

Рис. 2. Барабанный виброгранулятор 1 - патрубок для загрузки, 2 - обечайка, 3 - форсунка, 4, 10 - хомут опоры, 5 - вал, 6 - стержень, 7 - лопатка, 8 - хомут опоры вибровозбудителя, 9 - мешалка ленточная, 11 - двигатель привода ленточной мешалки, 12, 24 - подшипник скольжения, 13, 25 - крышка сквозная, 14, 23 - крышка, 15, 22 - фланец, 16 - разгрузочный патрубок, 17, 20 - пружина сжатия, 18 - двигатель вибровозбудителя, 19 - дебаланс, 21 - основание

висимость энергозатрат на проведение процесса гранулирования от режимных параметров.

Определение затрат энергии на совершение механической работы:

- для ленточной мешалки и привода вибровозбудителя устанавливалась необходимая частота;

- тахометром магнитоиндукцион-ным ТЭ-4В проводили измерения частоты вращения валов двигателей 11, 18 (рис. 1);

- тахометр часового типа ТЧ-10Р (класс точности 1) использовали для определения частоты вращения;

- снималась с ваттметра Д 5065 (класс точности 0,2 по ГОСТ 8476-78) мощность, затрачиваемая электродвигателями.

За счет потерь в подшипниковых узлах (позиция 12 и 24 на рис. 2) определяется значение затрат энергии на холостом ходу. Также потери влияют на гашение сил инерции в виброопорах и трение ленточной мешалки (позиция 9) о внутреннюю поверхность обечайки. Затраты энергии на механическую работу установки происходит за счет разностей показателей ваттметров на холостом ходу и в рабочем режиме.

Список источников

1. Frans & Zanden Folkvord, Maud & Pabian Sara. Taste and Health Information on Fast Food Menus to Encourage Young Adults to Choose Healthy Food Products: An Experimental Study // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. 17. 7139. 10.3390/ ijerph17197139.

2. Торкова А. А., Николаев И. В., Попов В. О., Королёва О. В. Продукты быстрого приго-

Рис. 3. Схема сегмента БВГ

1 - зона распыла связующего раствора, 2 - зона перераспределения частиц по размерам, 3 - зона захвата и подъема несформированных гранул, 4 - зона активного перемещения гранул, 5 - зона перераспределения частиц по размерам

товления на основе белковых гидролизатов животного происхождения // Пищевая промышленность. 2012. № 7. С. 22-25.

3. Одуд Д. А., Аветисян К. К., Цымбал М. В. Быстро и вкусно: крекеры, чипсы и шоколадные батончики // Международный журнал экспериментального образования. 2016. № 9-1. С. 46-51.

4. Штерман С. В., Сидоренко М. Ю., Штерман В. С., Сидоренко Ю. И. «Спортивные» батончики для спорта и современной жизни // Пищевая промышленность. 2017. № 9. С. 56-59.

5. Добровольский В. Ф. Пищевые концентраты и продукты специального назначения: наука и практика // Пищевые ингредиенты. Сырье и добавки. 2005. № 2. С. 52-53.

6. Попова Е. И. Инновационная технология приготовления фруктовых снеков для функционального питания из калины обыкновенной // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2017. № 3. С. 122-126.

7. Притчко Т. Г., Дрофичева Н. В. Использование перспективных сортов яблок в производстве продуктов питания с функциональной значимостью // Пищевая промышленность. 2015. № 1. С. 26-28.

8. Бондаренко В. А., Миргородская О. Н. Российский рынок снековой продукции: реалии и возможные перспективы // Экономика и предпринимательство. 2015. № 9-1 (62-1). С. 920-923.

9. Суруханова И. В., Лобанов В. Г., Минако-ва А. Д., Гаманченко А. И., Овсянникова О. В. Разработка технологии фруктово-злаковых снеков функционального назначения // Известия вузов. Пищевая технология. 2014. № 1 (337). С. 32-34.

10. Мищенко В. Я. Применение вибрационных технологий в массообменных процессах в пищевой и перерабатывающей промышленности // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 1. С. 123125.

References

1. Frans & Zanden Folkvord, Maud & Pabian Sara. Taste and Health Information on Fast Food Menus to Encourage Young Adults to Choose Healthy Food Products: An Experimental Study. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. 17. 7139. 10.3390/ ijerph17197139.

2. Torkova A. A., Nikolaev I. V., Popov V. O., Koroleva 0. V. Fast food products based on protein hydrolysates of animal origin. Pischevaya promyshlennost' = Food industry. 2012;(7):22-25 (In Russ.).

3. Odud D. A., Avetisyan K.K., Tsymbal M.V. Fast and delicious: crackers, chips and chocolate bars. Mezhdunarodnyj zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya = International Journal of Experimental Education. 2016;(9-1):46-51 (In Russ.).

4. Shterman S. V., Sidorenko M. Yu., Shterman V. S., Sidorenko Yu. I. «Sports» bars for sports and modern life. Pischevaya

promyshlennost' = Food industry. 2017;(9):56-59 (In Russ.).

5. Dobrovol'skiy V. F. Food concentrates and special purpose products: science and practice. Pischevye ingredienty. Syr'e i dobavki = Food ingredients. Raw materials and additives. 2005;(2):52-53 (In Russ.).

6. Popova E. I. Innovative technology of preparation of fruit snacks for functional nutrition from viburnum vulgaris. Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of the Michurinsk State Agrarian University. 2017;(3):122-126 (In Russ.).

7. Pritchko T. G., Droficheva N.V. The use of promising apple varieties in the production of food with functional significance. Pischevaya promyshlennost' = Food industry. 2015;(1):26-28 (In Russ.).

8. Bondarenko V. A., Mirgorodskaya 0. N. The Russian market of snack products: realities and possible prospects. Ekonomika i predprinimatel'stvo = Economics and entrepreneurship. 2015;9-l(62-l):920-923 (In Russ.).

9. Suruhanova I. V., Lobanov V. G., Minakova A. D., Gamanchenko A. I., Ovsyannikova 0. V. Development of technology of fruit and cereal snacks for functional purposes. Izvestiya vuzov. Pischevaya tekhnologiya = News of universities. Food technology. 2014;1(337):32-34 (In Russ.).

10. Mischenko V. Ya. Application of vibration technologies in mass transfer processes in the food and processing industry. Sovremennye naukoemkie tekhnologii = Modern hightech technologies. 2013;(1):123-125 (In Russ.).

Информация об авторах

Шевченко Татьяна Викторовна, д-р техн. наук, профессор, Устинова Юлия Владиславовна, канд. техн. наук, Плотников Константин Борисович, канд. техн. наук, Попов Анатолий Михайлович, д-р техн. наук, профессор Кемеровский государственный университет, 650043, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6, tatyana.shevchenko.1948@mai1.ru, yul48888048@yandex.ru, k.b.p1otnikov@mai1.ru, popov4116@yandex.ru

Information about the authors

Tat'yana V. Shevchenko, Doctor of Technical Sciences, Professor, Yuliya V. Ustinova, Candidate of Technical Sciences, Konstantin B. Plotnikov, Candidate of Technical Sciences, Anatoliy M. Popov, Doctor of Technical Sciences, Professor Kemerovo State University, 6, Krasnaya str., Kemerovo, 650043, tatyana.shevchenko.1948@mail.ru, yul48888048@yandex.ru, k.b.plotnikov@mail.ru, popov4116@yandex.ru

Статья поступила в редакцию 08.10.2021; принята к публикации 18.11.2021. The article was submitted 08.10.2021; accepted for publication 18.11.2021.