CC BY
18
Оч = 0,81 + 0.86 + 1,0 + 1,0 - 3 = 0,67, для сахарного печенья
Оч =0,90+ 0,92+ 1,0+ 1,0-3 = 0,82.
При этом стабильность подсистем А и В на исследуемом производстве оказалась равной 1, т. е. в процессе обследования отмечена стабильная работа упаковочного оборудования, изделия были приятного песочного цвета, равномерной окраски, без сколов и дефектов формы.
Более низкую стабильность имела подсистема образования теста В2: для затяжного печенья - 0,86, для сахарного - 0,92. Наименьшая стабильность отмечена у подсистемы образования эмульсии С: соответственно 0,81 и 0,90. На основании полученных результатов сделан вывод, что подсистема С является наиболее важной в структуре потоков из рассматриваемых подсистем, предопределяющей качественные характеристики готовой продукции, в ней заложена потенция к развитию системы в целом.
Уровень целостности предлагаемых технологических потоков составил для затяжного печенья
0Ч-О,86+О,92 +-1,0+ 1,0-3 = 0,78, для сахарного печенья
б, = 0,92 + 0,94 + 1,0 + 1,0 - 3 = 0,86.
Установлено, что стабильность подсистемы образования эмульсии по предлагаемой технологии несколько выше, чем по традиционной, также незначительно выше стабильность подсистемы образования теста.
Проведенная сравнительная диагностика существующих и предлагаемых технологических систем показала, что в новых технологических потоках намечена тенденция повышения стабильности системы, произошедшая в основном за счет увеличения стабильности подсистемы образования эмульсии и как следствие подсистемы получения теста. Так, стабильность системы затяжного печенья повысилась на 16% по сравнению с существующей, а стабильность сахарного печенья на 4%. Выявленная тенденция позволяет отнести новые технологические потоки производства функциональных мучных кондитерских изделий к развивающимся системам.
Кафедра технологии кондитерског о производства
Поступила 17.02.03 г. ■
664.1.039.517.001.57
сис-
[ЦИМ
- по тес-1Э30-ако-рная ова-ктов
иых ш и
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ВОЗВРАТА НЕФИЛЬТРОВАННОГО ■ СОКА I САТУРАЦИИ НА ПРЕДЦЕФЕКАЦИЮ
В.А. ЛОСЕВА, И.В. КВИТКО
Воронежская государственная технологическая академия
В условиях предварительной дефекации протекают реакции коагуляции веществ коллоидной дисперсности (ВКД) и высокомолекулярных соединений (ВМС), происходят также нейтрализация и осаждение кальциевых солей некоторых кислот. Коагулят различных групп ВКД и ВМС представляет собой максимально дегидратированный осадок, который под влиянием избытка извести на основной дефекации не должен подвергаться пептизации.
На эффективность преддефекации влияют вид возврата, количество и зона pH его ввода. Сатурационный осадок представляет собой активные агломераты, включающие кристаллические формы карбоната и других трудно растворимых солей кальция, а также аморфные частицы коагулята ВКД и ВМС. Возвращаемый на преддефекацию положительно заряженный сатурационный осадок присоединяет отрицательно заряженные макромолекулы и частицы скоагулированных несахаров, в результате образуются плотные агломераты и улучшается очистка сока. Количество осадка в не-
фильтрованном соке или его суспензии, возвращаемых на преддефекацию, в основном определяется его элек-трокинетическим потенциалом и содержанием в диффузионном соке ВКД и ВМС. Увеличение количества и дисперсности добавляемого к диффузионному соку возврата карбоната кальция интенсифицирует процесс осаждения несахаров известью на преддефекации, однако при большом количестве возврата эффективность адсорбционной очистки несахаров на I сатурации снижается, что ухудшает качество очищенного сока [1].
Повысить эффективность очистки диффузионного сока можно активированием основных реагентов очистки [ 1 ]. Известны различные варианты активирования известкового молока и возврата, подаваемого на преддефекацию [2-10].
Одним из перспективных способов совершенствования технологических процессов в пищевой промышленности является электрохимическая активация (ЭХА) сырья и полуфабрикатов, позволяющая изменять физико-химические показатели и скорости протекания процессов в обрабатываемых продуктах. Она заключается в электрообработке продукта в электриче-
ском поле постоянного тока в катодной и анодной зонах электролизера.
Были подвергнуты ЭХА соки свеклосахарного производства на различных стадиях очистки: диффузионный; соки, отобранные из 1-У секций предцефекатора; преддефекованный; нефильтрованный сок I сатурации. Очистка соков проводилась до получения сока II сатурации. Наи лучшие показатели качества очищенного сока получены при активации нефильтрованного сока I сатурации, возвращаемого на преддефекацию в метастабильную зону.
Для определения оптимальных параметров ЭХА возврата проведены исследования в соответствии с ротатабельным методом планирования эксперимента, позволяющим получить наиболее точное математическое описание процессов [11]. Исследования проводили на диффузионном соке с чистотой 86,64%. Нефильтрованный сок I сатурации, возвращаемый на преддефекацию, подвергали ЭХА в активаторе фирмы «Эсперо» с вводом в анодную зону аппарата соли -сульфата аммония. Активированный возврат вводили в ту секцию предцефекатора, где сок имел минимальную электропроводность. Дальнейшую очистку сока осуществляли по типовой схеме.
Критериями для оценки влияния различных факторов на процесс ЭХА нефильтрованного сока I сатурации были приняты: Ч - чистота сока II сатурации, %; Цв - цветность сока II сатурации, уел. ед; Са - содержание солей кальция, % СаО.
В качестве основных факторов, влияющих на ЭХА нефильтрованного сока I сатурации, были выбраны: Кв - количество активированного возврата, % к массе возврата; Кс - количество соли, необходимое для активации, % к массе активированного возврата; т - продолжительность ЭХА нефильтрованного сока I сатурации, с. -
Основные характеристики плана эксперимента приведены в таблице.
Таблица
У словия планирования Пределы изменения факторов
К„, % к массе возврата Кс, % к массе активир. возврата т, с
Основной уровень 25,00 0,06000 75,0
Интервал варьирования 8,93 0,02381 26,8
Верхний уровень 33,93 0,08381 101,8
Нижний уровень 16,07 . 0,03619 48,2
Верхняя «звездная» точка 40,00 0,10000 120,0
Нижняя «звездная» точка 10,00 0,02000 30,0
Оптимальными параметрами ЭХА нефильтрованного сока I сатурации являются такие значения Кв, Кс и т, при которых чистота сока II сатурации максимальна, а цветность и содержание солей кальция - минимальны.
Предельные значения Кв выбраны с учетом того, что при введении активированного возврата в предде-фекатор в количестве не соответствующем выбшигно-
му пределу не наблюдалось заметного улучшения качественных показателей сока II сатурации; кроме того, ЭХА возврата в количестве более 40% нецелесообразна, поскольку увеличиваются затраты электроэнергии.
Минимальные значения К0 и т приняты исходя из того, что их уменьшение улучшало показатели качества очищенного сока.
Выбор максимального значения Кс обусловлен тем, что с введением соли более 0,1% к массе активированного возврата чистота сока II сатурации снижается вследствие увеличения содержания несахаров в соке.
Максимальное значение т определено из того, что при проведении ЭХА свыше 120 с происходит десорбция адсорбированных несахаров с поверхности осадка в раствор, приводящая к ухудшению качества сока; кроме того, возрастают энергозатраты.
Результаты экспериментов обработаны в соответствии с методикой [11]. Уравнения регрессии имеют вид
Ч = 90,39904 + 0,13356К„ + 47,181541^ + 0,0544т- . ,
-0,003371с,2 - 839,63056КС2 - 0,00055т2; .* ?
Цв = 17,541756 - 0.367328К, - 56,209487Кс - 0,066275т + +0,00921КВ2 + 1011,091591^ + 0,000676т2; )
Са = 0,04847 - 0,000663Кв - 0,101142К^ - 0,000093т+
+0,000017КВ2 + 1,908572КС2 + 0,000001т2. '
Регрессионный анализ зависимостей показывает, что при выбранных пределах варьирования Кв, Кс и т чистота сока II сатурации в большей степени зависит от количества соли, подаваемой при активации, а в меньшей - от количества активированного возврата. Цветность и содержание солей кальция в соке II сатурации в большей степени зависят от количества активированного возврата, а в меньшей - от продолжительности активации.
Рис. 1 ~
На рис, 1, 2 приведены графические зависимости чистоты сока II сатурации от количества активированного возврата, подаваемого на преддефекацию (рис. 1: количество соли, % к массе ЭХА возврата: 1 - 0,02; 2 -0,04; 3 - 0,06; 4 - 0,08; 5-0,1), и количества соли, необходимого для ЭХА (рис. 2: продолжительность актива-
Ч,%
94
93
92
I
91
90
89
88
20 30 40
----->-
Количество ЭХА возврата, %
(1)
(2)
(3)
--------------------1
40
сти
ан-
1:
2-
об-
ва-
Ч, %
94
92
90
А- д
i л W /
-'«si '"S|4 / 1
4/5/
0,02
0,04
0,06
0.08
0,1
Количество СОЛИ, 1
"' % к массе ЭХА возврата
Рис. 2
ции нефильтрованного сока I сатурации, с: 1 - 52,5; 2 -30; 3-75; 4 -97,5; 5 -120).
Представленные зависимости имеют вид парабол, ветви которых направлены вниз. Следовательно, для определения оптимальных параметров ЭХА нефильтрованного сока I сатурации по чистоте необходимо и достаточно выражение (1) продифференцировать в частных производных и приравнять данные выражения к нулю. В результате получено: оптимальное значение Кв 19,82% к массе возврата, Кс 0,0281% к массе активированного возврата, х 49,5 с, при этом чистота сока И сатурации 93,73%. ■ '■■■.. . .. *;
Были также построены графические зависимости цветности и содержания солей кальция в соке II сатурации от КЕ, Кс и т. Полученные кривые имели вид парабол, ветви которых направлены вверх. В связи с наличием точек перегиба для определения оптимальных параметров ЭХА нефильтрованного сока I сатурации по цветности и содержанию солей кальция в очищенном соке необходимо и достаточно выражения (2) и (3) продифференцировать в частных производных и приравнять полученные выражения к нулю.
Оптимальные значения параметров процесса ЭХА нефильтрованного сока I сатурации по цветности: Кв 19,94% к массе возврата, К« 0,0278% к массе активированного возврата, т 49 с; при этом цветность сока II сатурации 11,47 уел. ед.
Оптимальные значения параметров процесса ЭХА нефильтрованного сока I сатурации по содержанию солей кальция в соке II сатурации: Кв 19,50% к массе возврата, Кс 0,0265% к массе активированного возврата, т 46,5 с; при этом содержание солей кальция в соке II сатурации 0,0385% СаО.
Расхождения в оптимальных значениях параметров процесса ЭХА нефильтрованного сока I сатурации для рассмотренных функций отклика обусловлены погрешностями при проведении эксперимента и математической обработки экспериментальных данных, однако относительные погрешности параметров не превышают 5%.
Так как в технологическом процессе переработки сахарной свеклы первостепенным показателем качества очистки сока является его чистота, то рекомендуе-
мыми значениями параметров процесса ЭХА нефильтрованного сока I сатурации, возвращаемого на предде-фекацию, будут: К„ 19,82% к массе возврата, Кс 0,0281% к массе активированного возврата, х 49,5 с.
С целью проверки адекватности полученных результатов проводили очистку диффузионного сока до сока II сатурации по указанной выше схеме. При рекомендованных параметрах процесса чистота сока составила 93,66%, цветность- 11,49усл. ед., содержание солей кальция - 0,03852% СаО. Относительная погрешность между расчетным и экспериментальным значениями чистоты составляет 0,07%.
Для сравнения проводили очистку диффузионного сока того же качества до сока II сатурации по типовой схеме. Чистота полученного сока составила 90,91%, цветность - 17,06 уел. ед., содержание солей кальция -0,03767% СаО. Таким образом, применение ЭХА нефильтрованного сока I сатурации, возвращаемого на преддефекацию, позволяет повысить чистоту сока II сатурации на 2,75% и снизить цветность на 5,57 уел. ед. при неизменном содержании солей кальция.
Нами разработан способ очистки диффузионного сока с применением ЭХА нефильтрованного сока I сатурации, подаваемого на преддефекацию.
Электрохимиеская активация характеризуется большой эффективностью и легкостью управления процессом, простотой аппаратурного оформления, а также невысокими затратами для ее проведения, что делает целесообразным использование ЭХА на свеклосахарных заводах.
, ЛИТЕРАТУРА , ;.
1. Бобровник Л.Д. Физико-химические основы очистки в сахарном производстве. - Киев: Вища школа, 1994. - 255 с.
2. Vasatko J., Dandar A. Influence de la concentration en saccharose du lait de chaux sur lepuration des jus de betterane // La Suckerie Bslge. - 1971. - № 4. - S. 194 - 198; № 10. - S. 485-489.
3. Grabka J. Epuration de jus de sucrerie aves le sucrocarbonate de chaux // La Suckerie Beige. - 1982. -101. - № 2. - P. 43-48.
4. Пат. 1708851 РФ. Способ очистки диффузионного сока / В. А. Лосева, И.С. Наумченко, В.М. Перелыгин и др. - Опубл. в Б.И.-1992,- № 4.
5. Рева Л.П., Симахина Г.А., Логвин В.М. Преддефекация возвратом частично отсатурированного дефекованного сока // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1980. - № 3. - С. 49-52.
6. Vukov К. Entwicklung eines Verfahren mit erhohen Saftreinigungseffekt // Z. Zuckerind. - 1982. - № 5. - S. 531-533.
7. Озеров Д.В., Сапронов A.P., Батталов X.X. Повторное использование фильтрационного осадка// Сах. свекла: производство и переработка - 1988. - № 2. - С. 45-46.
8. Пат. 631535 СССР. Способ очистки сахарсодержащего раствора / Л.Г. Белостоцкий, В.В. Супрунчук, А.Л. Шойхет и др. -Опубл. в Б.И. - 1978. - № 41.
9. Пат. 1717637РФ. Устройство для электрохимической очистки жидкости / В.А. Лосева, Н.Г. Кульнева, В.В. Лакяза и др. - Опубл. в Б.И.-1992,-№9.
10. Пат. 2186114 РФ. Способ получения известкового молока для очистки сахарсодержащих растворов / В. А. Лосева, И.С. Наумченко, А.А. Ефремов и др.// Опубл. в Б.И. - 2002. - № 21.
11. Саутил С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии - Л.: Химия, 1975. - 48 с.
Кафедра технологии сахаристых веществ
Поступила 03.10.02 г. '
