Эффективность обработки зерна гидродинамической кавитацией при производстве хлеба Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

ПЕРЕРАБОТКА: ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ

УДК 664:621.929.9 В.И. Лобанов,

В.В. Трушников

РАЗРАБОТКА СМЕСИТЕЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ С САМООЧИЩАЮЩИМИСЯ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ

В колбасном и мясоконсервном производствах после измельчения сырья его перемешивают с ингредиентами рецептур для получения однородных систем. Потребность в этой операции может возникнуть и при смешивании различных компонентов, для вымешивания сырья до определенной консистенции, в процессе приготовления эмульсий и растворов, для обеспечения однородного состояния продукции в течение определенного времени, в случае, когда необходимо интенсифицировать тепло- и массообменные процессы [1].

В мясной промышленности наибольшее распространение получило механическое перемешивание, применяемое в качестве основной (при производстве колбасных изделий, фаршированных консервов и полуфабрикатов) или сопутствующей (при производстве соленых и копченых мясных продуктов, пищевых и технических жиров, клея, желатина, переработке крови) операций.

Для перемешивания применяют мешалки, фаршемешалки, фаршесмесите-ли и др. Две первые группы машин относят к оборудованию периодического действия. Смесители могут быть как непрерывного, так и периодического действия [2].

Рассмотрев конструкции отечественных и зарубежных смесителей, мы пришли к выводу, что все они имеют существенные недостатки — налипание мате-

риала на рабочие органы в процессе смешивания (адгезия) и низкая производительность.

На кафедре МПСП предпринята попытка создания смесителя фарша непрерывного действия с самоочищающимися рабочими органами (заявка на патент № 2006116842) для цехов небольшой производительности, который может использоваться как на мясоперерабатывающих предприятиях малой мощности, так и в модульных колбасных цехах (типа МКЦ-300К или модульный колбасный цех фирмы CONVICЕ) и крупных подсобных хозяйствах, что немаловажно для данного этапа экономического развития нашей страны, когда до 60% всей продукции животноводства на рынке обеспечивают именно подсобные хозяйства.

Предлагаемый смеситель для вязких материалов состоит из корпуса 1 (рис. 1), выполненного на раме 2, в котором установлены рабочие органы 3, каждый из которых состоит из вала 4 с двумя рабочими лопастями 5, выполненными по длине рабочего органа по винтовой линии с углом подъема в пределах 0°30'-0°50', при этом винт одного рабочего органа закручен по часовой стрелке, а другого — против часовой стрелки. Привод 6 рабочих органов 3 сконструирован так, что органы синхронизированы между собой. Конструкция оборудована загрузочным лотком 7 и выгрузным лотком 8.

Рис. 1. Схема предлагаемого смесителя

Фарш после измельчения в мясорубке поступает в загрузочный лоток 8 и попадает под вращающиеся навстречу друг другу с одинаковыми угловыми скоростями (по пересеченной траектории) специально разработанные рабочие органы 3, которые самоочищаются в процессе работы за счет определенной формы их поперечного сечения. В смесителе фарш активно перемешивается рабочими органами 3 с лопастями 5, выполненными по винтовой линии, перетирается за счет зазора между валами 4 и перемещается вдоль рабочих органов к выгрузному лотку 7. Поступательное движение материала обеспечивает

винтовая линия, образованная равномерным смещением сечения рабочего органа по всей его длине на определенный угол а. Вращение рабочих органов осуществляется посредством привода 6.

Предполагаемая форма рабочих органов была взята из патента ФРГ № 1199737 [3], где две лопасти вращаются с постоянными скоростями навстречу друг другу по пересекающимся траекториям. Для построения профиля рабочих органов предлагаемого смесителя используем схему (рис. 2), где межосевое расстояние подобрано так, чтобы рабочие органы входили в зацепление под углом 45°.

Рис. 2. Схема к построению профиля рабочих органов

Исходя из вышеуказанного предложения можно записать

R+г = R-42 , (1)

где R — радиус рабочего органа, м; г — радиус вала рабочего органа, м.

Для того чтобы задать кривую SL, надо знать, как изменяется угол в и расстояние ОК в зависимости от угла а. Таким образом, будем задавать кривую в полярной системе координат углом в и радиусом кривизны р = ОК при изменении родительского угла а в пределах от 45 до 0°. Итак, свяжем угол в и а.

Из треугольника NPK:

NK = R - sinа ; (2)

^ = R - cos а

тогда

ON = r42 - NP = R(4l - cos а) (з)

, (4)

Из треугольника ОNК:

t в NK R • sin а sin а

ON R • (J2 - cos а ) {42 - cos а )

следовательно,

в = arctg

cos а у

Свяжем радиус кривизны p углы в и а:

из треугольника ONK:

(5) ОК и

cos в =

ON

OK =

on = r(V2 - cos а)

OK cos в cos в (6)

Таким образом, кривая в полярной системе координат задается следующей системой уравнений:

R + r = rV2

Р =

r • (V2 - cos а)

cos в

в = arctg

л/2 -

(7)

cos а у

[0 < а < 45 Для того чтобы перевести уравнение (7) в декартовую систему координат, введем угол т = в — а, тогда получим

R+r=rV2

p =

R(V2 - cos а) cos в

0 < а < 4 5 . (8)

<

\т = в -а Уо = р • sin т х0 = р^ COST

Пользуясь системой уравнений (8), предварительно задавшись радиусами рабочего органа R и вала рабочего органа r, а также изменяя угол а в пределах от 45 до 0°, можно с помощью программы «Компас-7» быстро построить профиль поперечного сечения рабочего органа.

В отличие от смесителей периодического действия предлагаемое устройст-

во обеспечивает непрерывность работы и исключает полностью налипание фарша на рабочие органы при максимальной производительности.

Кроме того, возможна полная автоматизация процесса при значительном снижении удельной металло- и энергоемкости.

Библиографический список

1. Технологические процессы и производства (пищевая промышленность) / Г.Д. Кавецкий, А.В. Воробьева. М.: КолосС, 2006. 368 с.

2. Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств / А.А. Курочкин и др.; под ред. А.А. Курочкина. М.: КолосС, 2007. 591 с.

3. Пат. 1199737 ФРГ, B01F7/04 обладатель OELSCHLEGEL GUENTHER, дата опубл. 1965-09-02.

+ + +

УДК 631.365.22.003.13 И.Я. Федоренко,

В.И. Лобанов, А.В. Синогейкин

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ БАРАБАННЫХ СУШИЛОК

Одним из основных поставщиков продовольственного зерна в России является Алтайский край. Однако следует учитывать, что энергозатраты на сушку зерна составляют в среднем от 30 до 50% от общих затрат, потраченных на подготовку зерна к хранению [1].

Важность проблемы интенсификации процесса сушки становится еще более очевидной ввиду резкого повышения стоимости электроэнергии.

В пищевой промышленности применяются разнообразные зерносушилки, которые должны обеспечивать равно-

мерный нагрев и сушку, максимальный съем влаги без потерь качества зерна, минимальный расход теплоты и электроэнергии. Наиболее приемлемыми и отвечающими вышеуказанным требованиям являются барабанные зерносушилки, патентный обзор которых приведен в таблице.

Основным недостатком большинства рассмотренных барабанных сушилок является низкая производительность вследствие длительного процесса сушки. С целью интенсификации процесса сушки нами предлагается усовершенствованная барабанная сушилка, в которой используется циклический нагрев просушиваемого материала.

Новизной настоящего изобретения является то, что в нижней части корпуса установлен ряд дискретно изолированных коробов с воздухоподводящими и воздухоотводящими патрубками.

Изобретательский шаг заключается в том, что подвод атмосферного (холод-

ного) воздуха позволяет охладить внешнюю поверхность материала и подтянуть из его наиболее теплой центральной части остатки влаги, а затем порцией горячего газа снять влагу с поверхности сыпучего материала.

Этот эффект относительно положительного влияния метода сушки, заключающегося в чередовании последовательных этапов «мягкого» нагревания с частичным охлаждением нагретого зерна как на качество зерна, так и на скорость обработки был в первые отмечен А.П. Гержой и В.Ф. Самочетовым, на него ссылаются американские исследователи в научном издании по оценке качества пшеницы [2, 3].

Учитывая то, что короба для подвода холодного воздуха установлены дискретно, процесс сушки материала повторяется несколько раз и интенсифицируется, что и является достижением поставленного технического результата.

Таблица

Анализ барабанных сушилок

Хо/юдиО боздух

Рис. Предлагаемая схема барабанной сушилки

Предлагаемая сушилка (рис.) состоит из корпуса 1, внутри которого установлена подъемно-лопастная насадка 3, а на консоле корпуса 1 закреплен неподвижный кожух 2, на котором установлен патрубок 4 для подачи горячего воздуха. По окружности патрубка 4 выполнены продольно-радиальные окна 5, а с торцов корпуса 1 установлен патрубок для загрузки материала 6, разгрузочная камера 7 с патрубками для отвода горячего воздуха 8 и вывода материала 9. На корпусе 1 под неподвижным кожухом 2 последовательно установлено несколько коробов 10 с подводящим патрубком 11 и отводящими патрубками 12 для подвода холодного воздуха. Подъемно-лопастная насадка 3 имеет специальный привод.

Барабанная сушилка работает следующим образом. Исходный материал через патрубок 6 поступает в корпус 1. При вращении подъемно-лопастной насадки 3 ее лопасти захватывают материал и поднимают его. Ссыпаясь с лопастей, материал образует продольные струи, которые пронизывают тепловые потоки, прошедшие через патрубок 4 и продольно-радиальные окна 5. Происходит съем влаги с наружной поверхности материала. Затем материал продвигается вдоль корпуса 1 к выходу за счет наклона барабана и скорости теплового потока. В момент продвижения материала по внутренней поверхности корпуса он попадает в зону крепления коробов 10, по которым подается холодный воздух. Холодный воздух подается

через подводящие патрубки 11, охлаждает локально часть корпуса 1 и отводится по патрубкам 12. Соприкасаясь с охлажденной частью корпуса, поверхность материала охлаждается, в то время как середина его остается нагретой. Находящаяся в материале влага будет стремиться из центра к периферии. Затем при прохождении зоны кожухов материал вновь окажется на горячей поверхности корпуса, а воздушный поток теплоносителя будет снимать влагу с поверхности материала. Этот процесс повторяется несколько раз (в зависимости от количества коробов 10). Затем сыпучий материал поступает в разгрузочную камеру 7, где отделяется от теплоносителя и выводится из барабанной сушилки.

В настоящее время изготавливается экспериментальная установка для сушки зерна и других сыпучих материалов.

Библиографический список

1. Энергосберегающая сушка зерна / Н.И. Малин. М.: КолосС, 2004. 240 с.

2. Зерносушение и зерносушилки / А.П. Гержой, В.Ф. Самочетов. 3-е изд. М.: КолосС, 1958. 255 с.

3. Пшеница и оценка ее качества / под ред. и с предисл. д-ра биол. наук проф. Н.П. Кузьминой и засл. деятеля науки РСФСР проф. Л.Н. Любарского; пер. с англ. канд. биол. наук К.М. Селивановой и И.Н. Серебренного. М.: КолосС, 1967. 496 с.

УДК 664.7 В.В. Горшков,

А.С. Покутнев

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ХЛЕБА

Введение

В настоящее время сохраняет актуальность вопрос расширения ассортимента хлебобулочных изделий. Первостепенную роль имеет повышение вкусовых и питательных свойств хлеба при сохранении его невысокой цены. Это достигается совершенствованием технологии хлебопечения путём изменения параметров подготовки зерна, степени и способа его помола, разнообразия рецептуры за счёт включения других зерновых и иных компонентов при замесе, совершенствования технологии разрыхления теста и условий выпечки хлеба.

Одним из возможных вариантов модернизации стадии помола зерна является использование мельниц кавитационного измельчения. Это позволяет отказаться от многократного прогона зерна через измельчители с последующим разделением на фракции. Одновременно ввиду того, что в кавитационной мельнице происходит мокрое измельчение, в цехе подготовки зерна отсутствует вредный фактор запыленности. В результате на выпечку подаётся гомогенизированная суспензия измельчённого зерна.

Методика исследований

Целью исследований было изучение возможности получения зернового хлеба на основе зерновой суспензии, полученной в диспергаторе Петракова.

Химический анализ зерна и суспензии проводили в лаборатории Алтайского госагроуниверситета по показателям влажности, клейковины и стекловидно-сти. Качество полученного хлеба определяли в Испытательном центре пищевых продуктов и сырья ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет» по органолептическим показателям — форма, поверхность, мякиш, пористость, запах, вкус, цвет и физико-химическим — влажность, ки-

слотность, посторонние включения, признаки болезни и плесени, хруст от минеральных примесей [1, 2]. По результатам исследований был проведён расчёт экономической эффективности производства пшеничного хлеба на основе зерновой суспензии, полученной кавитационным диспергированием.

Результаты исследований

Для проведения эксперимента предусматривалось использование цельного нешелушенного зерна пшеницы и воды питьевой в соотношении 1:2.

Для исследований был использован опытный образец кавитационного теплогенератора ротационного типа с мощностью электродвигателя 11 кВт, расходом жидкости 0,15-0,5 л/с и давлением 0,2-0,4 МПа.

Из зерновой суспензии добавлением 35% муки получили тесто. Замес проводился вручную, до однородной консистенции теста.

Брожение теста продолжалось два часа с двукратной обминкой, которая проводилась вручную. Первая обминка была произведена через 40 мин. после начала брожения, вторая — спустя ещё 40 мин. (1 ч 20 мин после начала брожения). Разделка осуществлялась механическим способом в стандартные формы. Продолжительность расстойки составила 50 мин. при температуре 40°С. Длительность выпечки — 25 мин. при температуре 240°С.

Для постановки опыта была взята пшеница со слабыми хлебопекарными свойствами. Зерно с такими характеристиками было выбрано не случайно. Это позволило оценить минимально возможное качество сырья при производстве хлеба и свести затраты на него к минимуму. При этом хлебопекарные свойства теста выравниваются добавлением к нему муки. Показатели, харак-

теризующие качество исходного зерна, приведены в таблице 1.

Как свидетельствуют данные, представленные в таблице 1, анализируемые образцы зерна имели средние показатели качества: по белку и клейковине соответствовали слабым сортам пшеницы, а по стекловидности — сильным. Средние сорта по техническим свойствам пригодны для получения хлебопекарной муки без добавления улучшите-лей.

Для получения хлеба была разработана рецептура. Отличие рецептуры заключается в том, что она ведётся не на 100 кг муки, а на 100 кг смеси. Это связано с тем, что основу теста составляет не мука, а её смесь с зерновой суспензией. Суспензия же была получена из цельного зерна без применения муки. Смесь включала в себя 65% зерновой суспензии и 35% муки пшеничной 1-го сорта. На 100 кг смеси добавляли 0,9 кг соли поваренной пищевой «Экстра» и

0,3 кг дрожжей.

Проведённый после выпечки органолептический анализ показал, что готовый продукт имел форму — характерную

для формового, соответствовал хлебной форме, в которой производилась выпечка; поверхность — без крупных трещин и подрывов; мякиш — пропечённый и эластичный; пористость — развитая без пустот и уплотнений; вкус и запах — свойственные данному виду изделия; цвет — коричневый.

Оценка физико-химических показателей приведена в таблице 2.

Результаты, приведённые в таблице 2, показывают, что по физико-химическим показателям полученный хлеб соответствует: по влажности — Дарницкому [3], по кислотности и пористости — белому хлебу 1-го сорта [4].

Экономический эффект от внедрения технологии оценивался по уменьшению себестоимости хлеба и определялся с учётом затрат на процесс диспергирования и экономии средств на сырьё. Для сравнения был взят хлеб из пшеничной муки первого сорта. Данные экономической эффективности производства пшеничного хлеба на основе зерновой суспензии, полученной кавитационным диспергированием, представлены в таблице 3.

Таблица 1

Оценка качества зерна пшеницы, %

Показатель Опытный образец Слабые сорта пшеницы Сильные сорта пшеницы

Влажность 14,23 - -

Белок, % 11,49 9-12 14

Клейковина 20,59 До 20 28

Стекловидность 59 До 40 40-60

Таблица 2

Физико-химические показатели зернового хлеба

Показатель Результат испытаний ГОСТ 26983-86 «Хлеб Дарниц-кий» ГОСТ 26984-86 «Хлеб Столичный» ГОСТ 26987-86 «Хлеб белый из пшеничной муки 1-го сорта»

Влажность, % не более 48,0±0,71 48,5 47 45

Кислотность, град. не более 2,0±0,36 8 8 3

Пористость, % не менее 68,0±1,0 59 65 68

Посторонние включения Не обнаружено - - -

Признаки болезней и плесени Не обнаружено - - -

Хруст от минеральных примесей Не ощущается - - -

Таблица 3

Экономический эффект производства хлеба на 1 т

Статьи затрат на производство Продукт

хлеб из муки 1-го сорта (базовый вариант) зерновой хлеб (проектный вариант)

1. Общепроизводственные и общехозяйственные расходы, руб. 7570 7809

2. Сырьё, руб. 6713 4335

3. Итого затраты на производство 1 т хлеба, руб. 14283 12114

4. Экономический эффект, руб. - 2139

Экономия средств происходит за счёт снижения стоимости сырья вследствие замены части муки на зерновую суспензию. Из таблицы 3 следует, что экономический эффект на 1 т готовой продукции (хлеб) составит 2139 руб.

Вывод

Полученные данные позволяют рекомендовать на этапе помола при производстве пшеничного хлеба на основе зерновой суспензии использовать гидродинамическую кавитацию, что позволит отказаться от многократного прогона зерна через измельчители, с последующим рассевом на фракции, устранить потери от образования мельничной пыли и получить экономический эффект 2139 руб/т.

Библиографический список

1. ГОСТ 5667-65. Хлеб и хлебобулочные изделия. Правила приёмки, методы отбора образцов, методы определения органолептических показателей и массы изделий.

2. Романов А.С. Экспертиза хлеба и хлебобулочных изделий. Качество и безопасность: учеб.-справ. пособие / А.С. Романов, Н.И. Давыденко, Л.Н. Шатнюк, И.В. Матвеева, В.М. По-зняковский; под. общ. ред. В.М. Позня-ковского. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005. 278 с.

3. ГОСТ 26983-86. Хлеб Дарницкий. Введ. 01.12.86 до 01.01.92. М.: Изд-во стандартов, 1986. 6 с.

4. ГОСТ 26987-86. Хлеб белый из пшеничной муки высшего, первого и второго сортов. Технические условия.

+ + +