Энергозатраты при подготовке жиросодержащих конфетных масс к формованию Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

СН3СО(Жа, ИаИОз, ЫН4С1, характеристики которых приведены в таблице. ,

Таблица

Водно- солевая система Температура плавления, “С Плотность, / 3 кг/м Теплота плавления, кДж/дм3

СН3СО(Жа- н20 -18+0,1 1130 310

Ыа>Юз-Н20 -18+0,1 1120 280

ЫН4С1-Н20 -15,2+0,2 1130 320

Из представленных данных был сделан вывод, что водный состав хлорида аммония по своим тепловым показателям наиболее подходит для применения в пищевой промышленности. Для получения разносторонней информации о тепловых свойствах системы вода—хлорид аммония были проведены дополнительные исследования, позволившие построить диаграмму плавления жидкое—твердое для этой двойной системы и уточнить координаты эвтектики. Свойства системы МН4С1—Н20 приведены ниже: ь.

Температура, °С Теплота плавления, Дж/г

-3

-“6,7

-10,3

-12.3

12

363/

60

214

279

294,18

320

305

309

247

268

На основании экспериментальных данных был разработан, изготовлен и испытан теплоаккумулирующий материал с температурой плавления -15,2°С, величиной переохлаждения 2°С и теплотой плавления 320 кДж/дм .

Испытания материала были проведены ООО ”Таис”, разработавшим контейнер КВ-03, который представляет собой герметичный стальной корпус с теплоизоляцией и теплопроводными элементами. Внутрь контейнера заливается холодоаккумулирующий материал.

Теплоту плавления определяли на приборе ДСМ-2М. В контейнер заливали водный раствор хлорида аммония из расчета 80% от внутреннего объема. После заправки контейнера проводили тепловые испытания в целях повторного определения температуры и теплоты плавления. Испытания осуществляли в следующем порядке: сначала производили замораживание контейнера до температуры -22...-25°С в холодильнике ТАВАУ, затем контейнер извлекали из холодильника и помещали в теплоизоляционный корпус. Замер времени производили до того момента, когда температура в контейнере станет -9°С. Проведенные эксперименты дали удовлетворительные результаты...

Следующим этапом была проверка соответствия холодоаккумулирующего материала своим характеристикам при многократном цикле замораживания—размораживания. Эксперименты, проведенные по описанной выше методике, полностью под: твердили первоначальные характеристики (температура плавления, теплота плавления, величина переохлаждения,и плотность).

В дальнейшем контейнеры КВ-03 были испытаны во время полета космического аппарата ’’Прогресс” на станцию ’’Мир”. За 20 ч до спуска летательного аппарата производилось замораживание контейнера в холодильнике до температуры -25°С. Во время .нахождения контейнера в холодильнике проводилась закладка в него ампул с биоматериалом. Непосредственно перед спуском контейнер вынимался из холодильника, помещался в теплоизоляционный корпус и закреплялся на борту спускаемого аппарата для доставки на Землю. Применение контейнера КВ-03 дало положительные результаты. !

Проведенные испытания контейнера КВ-03 показали его пригодность для хранения скоропортящихся пищевых продуктов при температуре — 15°С в течение не менее 12 ч при использовании материала на основе водного раствора как ацетата натрия при температуре -18°С, так и хлористого аммония при температуре -15,2°С.

Таким образом, разработанные в КубГТУ холодоаккумулирующие материалы могут обеспечить сохранность пищевых продуктов в транспортных контейнерах.

Кафедра физической и коллоидной химии

Поступила 04.08.2000 г.

663.916.1:66.012.37

ЭНЕРГОЗАТРАТЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ЖИРОСОДЕРЖАЩИХ КОНФЕТНЫХ МАСС К ФОРМОВАНИЮ;

С.М. НОСЕНКО, С.В. ЧУВАХИН

Московский государственный университет пищевых производств

Задачи ресурсосбережения в кондитерском производстве в условиях насыщенности рынка являются особенно актуальными. Вследствие этого развитие производства должно основываться на оборудовании, реализующем механические процессы,

режимы которых обеспечивают при минимально возможных ресурсозатратам высокое-качество продукции.

Жиросодержащие, в частности, пралиновые конфеты составляют значительную долю продукции кондитерской промышленности как в денежном, так и в объемном выражении. Одной из важнейших операций в их производстве является подготовка кондитерской массы к формованию

(отминка), при которой сыпучий полуфабрикат — пралине смешивают с вкусовыми добавками и некоторым (по рецептуре) количеством свободного жира, в результате чего образуется вязкопластичная масса, которую обычно формуют выпрессовы-ванием [1].

Цель работы — определение влияния режимов механической обработки и технологических показателей пралиновой массы на энергозатраты при отминке.

Опыты проводили на универсальной установке Эо-Согс1ег (Германия), снабженной смесителем с рабочей камерой объемом 0,9 л, в которой расположены два ^-образных рабочих органа с соотношением частот вращения 1:1,5. Привод позволял плавно изменять частоту вращения тихоходной лопасти от 5 до 250 об/мин. Сигнал с системы измерения крутящего момента на приводном вале непрерывно фиксировался на ленте самопишущего прибора в координатах ’’момент—время”. Для контроля температуры в камере установлен датчик температуры, сигнал с которого также фиксировался самописцем. Структурно-механические свойства массы оценивали по результатам измерений на приборе Норр1ег-Коп5151оте1г (Германия), позволяющем определить вязкость материала методом погружения шарика при постоянной нагрузке.

Методика опытов состояла в следующем. В соответствии с планом 22 двухфакторного плана [2] (таблица) в месильную емкость помещали пралине (массовая доля жира 33,4%) и определенное количество масла какао, выражаемое в % к массовой доле жира в пралине. Температура стенок камеры поддерживалась 32±0,5°С. Заранее устанавливали необходимую частоту вращения рабочих органов и включали привод установки. В течение опыта непрерывно на лентах самописцев фиксировали крутящий момент и температуру массы.

Таблица

Факторы

Уровни Массовая доля добавляемого жира х^ % Частота вращения .с2, об/с

Основной (0) 7,3 1,67

Верхний (+) 9,8 2,50

Нижний (-) 4,8 0,83

Интервал варьирования 2,5 0.83

Типичные для всех опытов зависимости, представленные на рисунке, имеют три характерных участка:

АВС — смешение, характеризующееся нестабильным изменением момента и относительно быстрым повышением температуры; при этом происходит распределение жира по объему смеси;

СО — пластикация, характеризующаяся незначительным увеличением момента и малым повышением температуры; происходит выравнивание неоднородности распределения жира на уровне размеров частиц пралине, масса по визуальным оценкам делается однородной, в конце участка температура становится постоянной, что в сово-

купности с равномерным распределением жира стабилизирует структурно-механические характеристики пралиновой массы;

ИЕ — темперирование, характеризующееся постоянством температуры и незначительным уменьшением момента с последующей его стабилизацией (£).

Предварительные опыты показали, что образцы, изготовленные из пластицированной массы (О), сохраняли форму, изготовленные из оттемпериро-ванной (Е) — расплывались. Для определения реологических характеристик обрабатываемой массы отбирали образцы в моменты перехода от пластикации к темперированию (£>) и по окончании темперирования (£) для измерений на пласто-метре Норріег-Копзізіотеїх.

По полученным данным строили кривые течения, которые аппроксимировали уравнением Бингама

т 37 7е + А1И'Л (О

где г — касательное напряжение, Па;

гп — предельное напряжение сдвига, Па;

г)т — пластическая вязкость массы, Па-с;

7 — скорость сдвига, 1/с.

Предельное напряжение сдвига и пластическую вязкость рассчитывали методом наименьших квадратов.

Обработку графиков (рисунок) проводили следующим образом. Работа, затраченная при обработке вращающимися рабочими органами:

А fM„dp/ (2)

где А -- работа, кДж;

— вращающий момент, Н‘м;

<р — угол поворота, рад.

Учитывая

d<p - 2 nndt, (3)

где п — частота вращения, об/с;

t — время, с, получаем из (1) и (2)

А = 2jrnfMB?dt, (4)

о

в котором интеграл определяется по площади, ограниченной кривой ABCD на рисунке.

Удельную работу (кДж/кг) рассчитывали по формуле

Луд = А/ т, (5)

где т — масса обрабатываемого материала, кг, удельную мощность (Вт/кг) — по формуле

= AJt. (6)

После обработки данных эксперимента получены адекватные уравнения регрессии в физических переменных

Ау„ = 26,3 - 0,88 х{ - 0,54 х2; (7)

, ’ Лт = 296 - 3,2 х, - 47,4 х2; (8)

г0 = 6190 - 158 х, - 1070 х2. (9)

Зависимость продолжительности обработки (соответствует О на рисунке) от частоты вращения аппроксимирована зависимостью

Ыа = С, (10)

где а = 1,2; С = 800 — эмпирические коэффициенты.

Показатель степени а, зависящий от свойств обрабатываемого продукта, совпадает со значением, приведенным в [3] для смесителя; реализующего интенсивные режимы. Величина коэффициента С, характеризующая конструктивные особенности смесителя, в два раза больше, чем в [3].

Из формул следует, что при повышении доли жира и увеличении частоты вращения рабочих органов пластическая вязкость и предельное напряжение сдвига уменьшаются. Необходимые величины структурно-механических характеристик определяются способом формования, а от их стабильности зависит качество отформованных корпусов и, следовательно, готовых изделий. Количество жира, вводимого при отминке пралиновой массы, определяется типом оборудования, на котором осуществляется эта операция. Традиционные рецептуры жиросодержащих конфетных масс были разработаны для малоскоростных смесителей периодического действия, отминка в которых требует относительно большого количества добавляемого жира. С другой стороны, согласно стандартам на пралиновые конфеты, допуск на содержание жира в корпусе составляет22%.

Примем, что количество добавляемого жира соответствует верхнему уровню — 9,8%. Подставляя

эту величину в формулы (7), (8) и (9), получим при частоте вращения рабочих органов 1,67 об/с: Ап = 16,7 кДж/кг; г]ш = 185 Па-с; г0 = 2680 Па. Если добавлено 4,8% жира, соответствующее нижнему уровню, то для достижения рассчитанных значений реологических характеристик необходимо повысить частоту вращения до 2,6 об/с, А = = 20,7 кДж/кг.

По формуле (10) получим, что при добавлении 9,8% жира продолжительность обработки составляет 432 с, при добавлении 4,8% — 254 с. Удельная мощность (6) составляет соответственно 39 и 85 Вт/кг. Таким образом, необходимая консистенция массы может быть получена повышением интенсивности ее механической обработки. При этом количество добавленного жира уменьшается, что обеспечивает экономию этого дорогостоящего сырья.

ВЫВОДЫ

1. Повышение интенсивности механической обработки при подготовке пралиновых конфетных масс к формованию является ресурсосберегающей основой технологии.

2. Уменьшение доли добавляемого жира компенсируется большими удельными затратами энергии при отминке пралиновой массы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Конфеты / М.М. Истомина, Т.А. Соколовская, М.А. Та-лейсник и др. — М.: Пищевая пром-сть. 1979. — 293 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.

— М.: Наука, 1976. — 279 с.

3. Чувахин С.В. Научно-практические основы интенсификации механических процессов при образовании высоковязких кондитерских масс: Автореф. дис.'д-ра техн. наук.

— М.: МТИПП, 1990. — 50 с.

Кафедра технологии металлов и пищевого машиностроения

Поступила 18.02.2000 г.