CC BY
40
В соответствии с предлагаемой технологией термическая обработка экструдата может быть осуществлена в большом объеме теплоносителя или его тонком слое.
С позиций тепломассообменных процессов при экспандировании в большом объеме теплоносителя влагоперенос и термовлагоперенос в продукте осуществляются в противоположных направлениях, что в определенной мере замедляет интенсивность обезвоживания поверхностного слоя экструдата. Суммарное количество влаги, перемещенное при наличии градиента концентраций влаги и температурного градиента, равно разности:
т = т г — ть (1)
ту = — ((1с / йх) X, (2)
где ту— количество влаги, прошедшей через поверхность 5 за время г при градиенте концентраций йс/йх;
Ку- — коэффициент, зависящий от характера связи влаги с материалом и от его структуры;
т1 = — К{ Б {(11 /йх) X , (3)
где т; — количество влаги, прошедшей через поверхность 5 за время X при температурном градиенте й}/йх ;
А-/ — коэффициент, аналогичный К\\у в уравнении (2).
При экспандировании в тонком слое теплоносителя, разделяющем греющую поверхность и поверхность экструдата, направления влагопереноса и термовлагопереноса совпадают, поэтому интенсивность процесса обезвоживания поверхностного слоя экструдата выше. Суммарное количество влаги, перемещенное при наличии обоих градиентов, равно сумме:
т = ту + тг. (4)
Таким образом, экструдирование пищевого материала непосредственно в нагретую среду, температура и влажность которой соответствуют температуре и влажности экструдата, способствует интенсификации экструзионных процессов в производстве кондитерских изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Technical and economic advantages of extrusion cooking / /
Technische Milteilungen Krupp. — 1987. — № 2. — P.
95—109.
2. Ambroziak Z.,MurgrabiaJ. Extrusia-nowoczesna
metoda wytwarzania produkton spozywczych. 1. Tech-
noiogia i urzadzenia // Zagadnienie piekarstwa. — 1987.
— № 2. — S. 1 —8.
Кафедра машин и аппаратов предприятий общественного питания
Лаборатория полимерных материалов Поступила 13.07.92
664.762.003.12
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА КРУПЯНЫХ ПРОДУКТОВ
Г.В. КАЛАШНИКОВ, Ф.Н. ФИЛИППОВА Воронежский технологический институт
Совершенствование производства варено-су-шеных круп является одним из перспективных направлений развития пищеконцентратной промышленности. Главные недостатки выпуска крупяных концентратов — значительные энергозатраты. При этом затраты, связанные с потреблением пара в процессах варки и сушки при производстве крупы, не требуюшей варки, составляют 4—10% от полной себестоимости продукта. Вместе с тем первый закон термодинамики при исследовании энерготехнологических систем определяет энергию с количественной стороны, не учитывая качества энергии, потребляемой и отдаваемой системой, т.е. способность этой энергии быть превращенной в полезную работу [1]. Этот недостаток ликвидируется эксергетическим анализом, используемым при рассмотрении различных технологических процессов [2, 3].
Для повышения эффективности использования энергетического потенциала теплоносителя при выработке варено-сушеных круп предложена технологическая схема производства [4]. Распределение эксергии по данной схеме, на примере рисовой крупы с промежуточным плющением продукта, представлено на диаграмме потоков Сэнки (см. рисунок), рассчитанной на основе методики определения эксергетических потоков и потери от
необратимости в элементах энерготехнологической системы (4]. На диаграмме приведены также величины показателя эксергии на различных стадиях производства.
Контрольные поверхности: I — ГТО; II — варки;
III — сушки; IV — плющения продукта;
V — подогрева продукта; VI — подогрева воды; VII — калорифера.
Е — показатель, учитывающий содержание эксергии относительно эксергии, поступающей в калорифер сушилки с электрической энергией, %; АЕпм — показатель, характеризующий внутренние потери эксергии от необратимости вследствие тепло- и массообмена, а также потери эксергии внутри соответствующей контрольной поверхности, %; индексы: 1,2,3 — соответственно крупы, воды и теплоносителя; эн и эп — электроэнергия, потребляемая соответственно калорифером и плющилкой; и — соответственно приход и расход; о — потери в окружающую среду; технологические процессы: г — гидротермическая обработка; в — варка: с — сушка; п — плющение продукта; д и т — соответственно подогрев воды и продукта.
Эксергия, поступающая в калорифер сушилки с электрической энергией из внешней среды, для анализа затрат принята за 100%. Процессы гид-
J0-
1м-
j;:i
fi!"
I!i:-
т
LH
№ ргл *>■ .*/ ■
rev-ii j
Г// - У.
й'п;
К1-
N
17.Н2
3.I2
ГНЧС*
§Й.»ке
L 1ГГЙ-
зркк;
га;
к. .1.1-1;
•:zh кс
hvH h
ГНС К,
i ll у г
ЯЙМ-
Iplfipn = luA
!1 нС li-
’Г. —
in - КЗ-Ь“нНО rjlll.V I1”' p-'-'F'
Ul ■■■■': . ПС. 11:0
:гл f. и d'lil J ri^.T-
ротермической обработки ГТО и варки осуществляются при атмосферном давлении. В расчете эксергетической диаграммы при производительности 925 кг/ч по исходной крупе с влажностью 14% продукт имеет следующую влажность после: гидротермической обработки — 27%, варки — 36,3%, сушки — 9%.
Как следует из анализа лчаграммы Сэнки, приход эксергии на стадиях ГТО и варки составляет 7—15% от эксергии, поступающей в калорифер сушилки, и основное потребление эксергии при производстве варено-сушеной рисовой крупы, не требующей варки, с промежуточным плющением продукта происходит на стадии сушки. Поэтому вопрос утилизации теплоты после сушки имеет очень важное значение.
Полная термическая эксергия исходной крупы перед ГТО, имеющей температуру окружающей среды, принята равной нулю. Относительно этого начального состояния приращение эксергии крупой после ГТО составляет 0,34% от эксергии, поступающей в калорифер. Наибольшую эксер-гию продукт имеет после варки (2,89%), что объясняется высокой влажностью сваренной крупы. Несмотря на дальнейшее повышение температуры продукта в процессе сушки (Тс = 393 К) его эксергия снижается до 2,17%. Вместе с тем анализ внутренних эксергетических потерь в контрольных поверхностях I—III показывает,что они не превышают 5% и составляют при ГТО, варке и сушке соответственно 2,13, 0,79 и 4,65%. Эти потери обусловлены необратимостью установления конечных разностей температур и равновесной влажности продукта, т.е. отклонением рассматриваемой термодинамической системы от
состояния равновесия. При этом изменение температуры крупы в этих процессах соответственно 303, 322 и 294 К, а изменение влажности — 13, 9,3 и 27,3%. Данное обстоятельство позволяет сделать предположение, что внутренние эксерге-тические потери в большей степени зависят от массообменных процессов и в меньшей — от теплообменных.
Из диаграммы следует, что наибольшие потери эксергии наблюдаются в калорифере. Это происходит от необратимости вследствие перехода электрической энергии в тепловую и от установления конечной разности температуры при нагреве теплоносителя.
Подогрев продукта перед окончательной сушкой обусловлен необходимостью меньшего возмущения системы в контрольной поверхности сушки при подаче плющеной охлажденной крупы и снижения внутренних эксергетических потерь при сушке.
В отличие от контрольных поверхностей I—III, V—VII внутренние потери эксергии в плющилке не зависят от тепло- и массообменных процессов и возникают от необратимости видоизменения механической энергии, что обусловлено необратимостью изменения структуры крупинки продукта.
Внешние по ;ери эксергии в контрольных поверхностях I—III, V—VII в основном обусловлены необратимостью потерь теплоты в окружающую среду. Наибольшие внешние эксергетические потери наблюдаются в контрольных поверхностях варки и сушки соответственно 2,66 и 3,45%. Это объясняется образованием при варке избыточного количества теплоты за счет конденсации пара и достаточно высоким значением коэффициента теплопередачи в окружающую среду при сушке крупы.
Высокий показатель эксергии теплоносителя в процессе сушки обусловлен его рециркуляцией на сушке, что позволяет значительно увеличить эксергетический к.п.д. процесса. Увеличению эксергетического к.п.д. сушки (rjc = 93,46%) способствует также использование эксергии вторичного пара на различных технологических стадиях производства. Например, эксергия перегретого пара, направляемого на варку крупы и нагрев воды, составляет 13,17%.
Степень реализации эксергии потока вторичного насыщенного пара при варке крупы имеет ограничения, обусловленные нарушением технологических режимов варки, и, как следствие, снижением качества продукта, а также увеличением количества пара, неиспользованного в процессе варки. Возрастание эксергии, приходящей с теплоносителем на ГТО, тоже имеет ограничения, связанные с температурой воды, которая не должна превышать температуру начала клейсте-ризации крахмала.
Как видно из диаграммы, после нагрева воды в контрольной поверхности VI и направления части эксергии вторичного насыщенного пара на варку крупы остается некоторое количество эксергии пара, которое теряется в окружающей среде, а оно может быть использовано для других технологических целей путем конденсации теплоносителя.
Представленный эксергетический анализ на основе рассчитанных эксергетических потоков позволяет снизить потери энергии при производстве варено-сушеных круп путем улучшения испольг.о-
вания энергетического потенциала теплоносителя вследствие применения замкнутого цикла использования теплоносителя.
Замкнутый цикл использования теплоносителя в схеме достигается за счет применения для варки крупы вторичного пара после сушки, подогрева этим паром воды, распыливаемои над слоем крупы в процессе варки, направления после варки крупы неиспользованного насыщенного пара на стадию ГТО для нагрева воды, а также рециркуляции теплоносителя при сушке продукта. Это позволяет сэкономить на стадиях ГТО и варки при переработке 1 т исходной рисовой крупы в крупу, не требующую варки, около 200 кг пара.
Таким образом, предложенная технологическая схема производства крупы, не требующей варки, предусматривающая промежуточное плющение продукта, характеризуется повышенной степенью использования эксергии энергетических потоков по сравнению с известными схемами
производства при наименьших потерях энергии
теплоносителя в технологических процессах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ш а р г у т Я., Петела Р. Эксергкя. — М.: Энергия. 1968. — 278 с.
2. Г и н з 6 у р г А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. — М.: Пищевая пром-сть, 1973. — 528 с.
3. К р е т о в И. Т., Калашников Г. В., Кравченко В. М., О с т р и к о в А. Н. Эксергетический анализ производства крупы // Пищевая пром-сть. — 1989. — № 2. — С. 30—32.
4. Калашников Г. В. Совершенствование процесса гидротермической обработки и варки круп с использованием перегретого пара атмосферного давления: Дис. ... канд. техн. наук. — Воронеж, 1991. — 249 с.
Кафедра технической механккя Кафедра промышленной энергетики
Поступила 06.05.92
664.696:002.612
ФУНКЦИИ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН В ФОРМИРОВАНИИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ
Л.Г ВИННИКОВА
Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова
Вопросы совершенствования структуры питания и профилактики заболеваний, связанных с недостаточным потреблением пищевых волокон ПВ, стоят сейчас весьма остро. Этим обусловлен бурный рост производства продуктов с включением ПВ, в том числе полученных методом термопластической экструзии.
Несмотря на всю перспективность этого направления, оно является малоизученным. Можно сказать, что практические достижения в этой области существенно опережают уровень теоретических представлений о сущности биохимических и физико-химических процессов, происходящих в крахмалсодержащем сырье под влиянием ПВ в условиях реакций термоэкструзии.
Целью работы было выяснение степени воздействия ПВ на качественные показатели экстру-датов и структурообразование, а также расширение представлений о механизме действия ПВ на процесс экструзии.
Исследования проводили на модельных системах на основе крахмалсодержащего сырья — кукурузной муки с массовой долей ПВ 0—15%.
В качестве источника ПВ использовали концентрат волокон, полученный из пшеничных отрубей методом кислотного гидролиза (разработка ОТИПП). Он представляет собой комплекс биополимеров, состоящий преимущественно из нерастворимых полисахаридов и лигнина.
Испытания проводили в двухшнековом экструдере «АРУ Ве1кег» при следующих параметрах экструзии: влажность экструдируемой смеси — 16%; температура в последней зоне экструдера — 160° С; частота вращения шнеков — 6,7 с'1 ; подача смеси — 46 кг/ч.
Экспериментальные данные отрабатывали на ПЭВМ типа 1ВМ РС АТС. Содержание влаги,
белка, жира определяли стандартными методами,
гемицеллюлоз, целлюлозы, лигнина —- методом [1], амилозу и амилопектин — калориметрическим методом [2].
Физико-химические свойства экструдатов определяли с помощью представленных ниже методов: объемный вес — взвешиванием; длину и диаметр — как средние 25 образцов продукта, измеренных микрометром; индекс радиального растяжения — с использованием отношения между диаметрами экструдата и матрицы (йм = 4 мм).
Средний диаметр газовых ячеек, количество их на единицу площади и количественное распределение по размерам устанавливали не менее чем в 30 поперечных срезах с помощью компьютизи-рованной системы приборов «Ляйц Тас Плюс». Исследование механических характеристик экструдированных продуктов проводили на универсальной испытательной машине *1п51гоп-112!!г путем пенетрации цилиндрического индентора (ёи =1,61 мм) в толщу изучаемых образцов при скорости движения ленты Ул = 50 мм/мин и глубине пенетрации И = 5‘ Ю'3 м.
Микроструктуру экструдатов исследовали методом электронного сканирования на растровом электронном микроскопе 5 = 2500. Образцы после размалывания в порошок и закрепления на смотровом стекле покрывали золотом. Поверхности исследовали при 2000-разовом увеличении.
Растворимость и водоудерживающую способность определяли, используя метод (3].
Анализируя основные показатели химического состава сырья (табл. 1), можно отметить, что внесение ПВ вызывает незначительное увеличение массовой доли белка и жира, связанное с достаточно высоким содержанием этих компонентов в ПВ.
іЧ-ЗШ.
Ь.11
бы
жк;[
иы
Ч
ПНГІ
ОПшю
річ
Й)
І ЩИ ! ШкЯ і1
0'
сЛІІЙДі
0-4 мш у£Г£Н! сьоАг
Ж>ІБ1П
ивь pH, ч; гфН у;
СН.
СПҐІҐ-П?
Пі:
рмдуді
МЛІМ і]
ваЛМ: Ні. и роду,
Е12гНСН|
П]55ЦД! ИЫЧ Ы
детгї.ш.
“ г.1 Н_І-^ЫгЮ >
Зй сче
Весок
II НС Г/ІІ
п
Ус;
харвдо
ссдера
•грудні С
Ой
ва я Ггья
ИИ! НІН С.
ж'е '-ІІ уедгна
