CC BY
13
ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 664.8.047:536.24
Практические рекомендации по аппаратурному оформлению процесса нанесения и сушки защитного покрытия на основе шеллака капсулированных форм пищевых добавок
Practical recommendations about hardware registration of process of drawing and drying of a sheeting on the basis of shellac of the encapsulated forms of nutritional supplements
Профессор И.Ю. Алексанян, доцент Н.П. Васина (Астраханский государственный технический университет) кафедра технологических машин и оборудования, тел. (8512)61-41-91 E-mail: zolinatashka@mail.ru
Professor I.Yu. Alexanian, Associate Professor N.P. Vasina (Astrakhan state technical university) chair technological machines and equipment, tel. (8512)61-41-91 E-mail: zolinatashkaiamail.ru
Реферат. Поликомпонентные составы кислотолабильных биологически активных веществ (маточное молочко, пробиотики, иммуномодуляторы животного и растительного происхождения и др.) с различной устойчивостью отдельных ингредиентов имеют широкие перспективы использования в качестве добавок к пище. Результат применения таких добавок в значительной степени зависит от предотвращения инактивации биологически активных компонентов при прохождении через отделы желудочно-кишечного тракта с последующим локальным поступлением максимальной концентрации биологически активных компонентов в заданный участок кишечника. Представлена оригинальная конструкция аппарата, позволяющая осуществить нанесение и сушку защитного покрытия на капсулированные формы пищевых добавок, что позволит получить покрытие высокого качества. Отличительной особенностью предложенного решения является форма внутренней поверхности рабочей камеры аппарата, которая допускает контакт продукта с рабочей поверхностью исключительно в нескольких точках, что в процессе псевдоожижения позволяет исключить прилипание, либо длительную фиксацию форм на стенках рабочей камеры.
Summary. Multicomponent structures the kislotolabilnykh of biologically active agents (a uterine milk, a probiotics, immunomodulators of an animal and a phytogenesis, etc.) with various stability of separate ingredients have the broad prospects of use as additives to food. The result of use of such additives substantially depends on prevention of an inactivation of biologically active components when passing through departments of digestive tract with the subsequent local receipt of the maximum concentration of biologically active components to the set site of intestines.The original design of the device allowing to perform drawing and drying of protective coating on the encapsulated forms of nutritional supplements that will allow to receive a high-quality covering is provided. Distinctive feature of the proposed solution is the form of an internal surface of the working camera of the device which assumes contact of a product with a working surface only in several points that in the course of pseudo-liquefaction allows to exclude sticking, or long fixing of forms on walls of the working camera.
Ключевые слова: сушильная техника, процессы и аппараты пищевых производств, распылительная сушка.
Keywords: drying technology, processes and equipment for food production, spray drying.
© Алексанян И.Ю., Васина Н.П., 2017
Поликомпонентные составы кислотолабнльных биологически активных веществ (маточное молочко, пробиотики, иммуномодуляторы животного и растительного происхождения и др.) с различной устойчивостью отдельных ингредиентов имеют широкие перспективы использования в качестве добавок к пище [1]. Результат применения таких добавок в значительной степени зависит от предотвращения инактивации биологически активных компонентов при прохождении через отделы желудочно-кишечного тракта с последующим локальным поступлением максимальной концентрации биологически активных компонентов в заданный участок кишечника.
Покрытие оболочками пищевых добавок имеет цель: 1) защитить содержимое капсулы от неблагоприятных внешних воздействий; 2) улучшить вкус (сокрытие неприятного вкуса); 3) придать капсулированным функциональным пищевым добавкам красивый внешний вид (выравнивание неровностей поверхности, цвет); 4) перенести место воздействия активных веществ пищевых добавок за пределы желудка.
Технически более совершенным и перспективным способом нанесения покрытия на капсулированные формы пищевой добавки является использование псевдоожиженного слоя, позволяющего наносить тонкодисперсные материалы при наиболее щадящем механическом воздействии на недостаточно твердые капсулы, при «мягких» температурных режимах, что актуально при переработке термолабильных компонентов пищевой добавки. Также к преимуществам получения покрытий в псевдоожиженном слое следует отнести: высокую интенсивность процессов нанесения и сушки покрытия, равномерность требуемой толщины оболочки, исключение агрегирования/слипания продукта [1, 2, 3, 5, 6].
Отсутствие перспективных разработок в области производства пищевых защитных (энтеросолюбильных) пленочных покрытий для твердых дозированных форм обусловливает целесообразность проведения исследований, направленных на поиск новых биологически активных компонентов пищевых добавок и их эффективных комбинаций.
Разрабатываемый способ получения оригинальных покрытий основан на совмещении стадий диспергирования, нанесения и сушки покрытия, предполагает сонаправленное, специально организованное движение потоков диспергируемого продукта и псевдоожижающего агента, что при высокой интенсивности процесса, позволит осуществить его непрерывность, практически полностью исключить агломерацию капсул, потери наносимой композиции, достигнуть равномерного напыления покрытия требуемой толщины, сократить энергозатраты.
На получение качественного покрытия капсулированных форм значительное влияние оказывает конструкция аппарата. В связи с этим аппаратурное оформление должно соответствовать свойствам обрабатываемого материала, а также необходимой производительности и требуемому качеству готового покрытия.
Для того чтобы начать проектирование, нужно обозначить требования к сушильному аппарату, которые необходимы для выбора конструкции и размеров агрегата, а именно: свойства исходного материала, вид связи влаги с материалом, плотность, начальное и конечное влагосодержание, производительность и т.д.
Затем необходимо выбрать конструкцию агрегата, которая обеспечит выполнение этих требований при наименьших экономических затратах. В основном сушильные аппараты не являются универсальными, т.е. не применяются для обработки сырья различных форм и свойств. В каждом конкретном случае необходимо модернизировать или дополнять существующие конструкции или разрабатывать новые [4].
В аппарате для нанесения защитного покрытия на капсулированные формы целесообразнее использовать беспровальную газораспределительную решетку в виде сетки с размерами ячейки, не превышающими размеры капсулированных форм, с большим живым сечением, а следовательно, низким гидродинамическим сопротивлением.
Также следует отметить, что при выборе активного гидродинамического режима нужно учитывать характеристики материала, подвергаемого сушке и технологическую задачу. Таким образом, учитывая поставленную технологическую задачу, а именно напыление композиции для получения защитного покрытия на капсу-лированные формы, эксперименты были проведены в цилиндрическом аппарате постоянного сечения при продувании слоя восходящим потоком ожижающего агента. Несмотря на низкие параметры гидродинамических режимов кипящего слоя возможно получение качественного покрытия при относительно простой конструкции аппарата, а также минимальных энергетических затратах.
Для обеспечения необходимых характеристик защитного покрытия (толщина, равномерность) была предложена новая конструкция сушильной установки [7] (рисунок).
а 6
Рисунок. Аппарат для нанесения пленочных покрытий на гранулированные и капсу-лированные формы: а - общий вид аппарата с разрезом рабочей камеры; б - внутренняя поверхность рабочей камеры аппарата; 1 рабочая камера; 2 газоход для подачи псевдо-ожижающего агента; 3 - газораспределительная решетка; 4 - газоход для отвода псевдо-ожижающего агента; 5 трубопровод; б циклон; 7 распылительное устройство; 8 - трубопровод; 9 - шнековый дозатор; 10 - бункер
Аппарат состоит из вертикальной рабочей камеры 1 в форме полого цилиндра, газохода 2, предназначенного для подачи ожижающего агента, который выполнен в виде полого усеченного конуса, большее основание которого соосно совмещено с нижним основанием рабочей камеры 1, газораспределительной решетки 3, выполненной в форме диска, которая соосно установлена между рабочей камерой 1 и газоходом 2 для подачи ожижающего агента, газохода для отвода ожижающего агента 4, который выполнен в виде полого усеченного конуса, большее основание которого соосно совмещено с верхним основанием рабочей камеры 1, а малое основание соединено через трубопровод 5 с циклоном 6, распылительного устройства 7 для распыления пленочного покрытия, которое подается через трубопровод 8, шнекового дозатора 9 с бункером 10 для загрузки нативных гранулированных, капсулированных, таблетированных форм [7].
ывающей промышленности питания, № 3, 2017
В рабочую камеру 1 аппарата из бункера 10 с помощью шнекового дозатора 9 подаётся необходимое количество нативных форм. Затем в рабочую камеру 1 через газоход 2 подается ожижающий агент, и реализуется процесс псевдоожижения нативных форм. Посредством распылительного устройства 7 осуществляется диспергирование покрытия в псевдокипящий слой капсулированных форм. После формирования покрытия на поверхности капсулированных форм увеличивается скорость ожижающего агента в газоходе 2 с целью обеспечения пневмотранспорта покрытых оболочкой форм через трубопровод 5 в циклон 6, в котором за счет возникающей центробежной силы осуществляется отделение готового продукта от отработавшего ожижающего агента, который направляется на регенерацию.
Без модернизации рабочей камеры в процессе псевдоожижения неизбежно происходит хаотичное столкновение форм со стенками рабочей камеры. Наносимое покрытие имеет сравнительно высокие адгезионные и когезионные характеристики, поэтому до достижения конечной влажности покрытия псевдоожиженные формы склонны к налипанию на рабочую камеру и агломерации. Таким образом, несмотря на условия активного воздействия псевдоожижающего агента в процессе нанесения, высока вероятность прилипания и фиксации форм на стенках рабочей камеры, что в свою очередь, приводит к увеличению доли некондиционной готовой продукции.
Предлагаемая форма внутренней поверхности рабочей камеры аппарата допускает контакт продукта с рабочей поверхностью исключительно в нескольких точках, что в процессе псевдоожижения позволяет исключить прилипание, либо длительную фиксацию форм на стенках рабочей камеры. Увеличение расстояния между центрами оснований смежных сфер более 1 диаметра полусферы приводит к образованию застойных зон между сферами, где возможно накопление наносимого покрытия. Высыхание покрытия в пустотах обусловливает сложность процесса очистки рабочей камеры, при этом последующее попадание сухих частиц оболочки в рабочую зону аппарата является дополнительным фактором для снижения качества наносимого покрытия. Уменьшение расстояния между центрами оснований смежных сфер менее 1 диаметра полусферы обусловливает увеличение количества точек контакта на единицу рабочей поверхности, что с учетом наличия оболочки между контактирующими поверхностями приводит к повышению вероятности прилипания и фиксации псевдоожиженных форм.
Количество точек контакта непосредственно зависит от формы псевдоожиженных форм, в результате чего рекомендуется выдерживать соотношение 1 < х < 21, где х - наибольший размер псевдоожиженной формы, мм; 1 - расстояние между центрами оснований смежных сфер, мм.
Разработана рациональная конструкция аппарата для нанесения и сушки защитного покрытия капсулированных форм пищевых добавок. Устройство позволяет осуществить равномерное нанесение пленочных покрытий на гранулированные, капсулированные и таблетированные формы в псевдоожиженном состоянии, что позволит повысить качество готовой продукции. Предлагаемая форма внутренней поверхности рабочей камеры аппарата допускает контакт продукта с рабочей поверхностью исключительно в нескольких точках, что в процессе псевдоожижения позволяет исключить прилипание, либо длительную фиксацию форм на стенках рабочей камеры.
1. Патент РФ 2554991 Биологически активная добавка к пище [Текст] / Лисо-вой В.В., Корней H.H., Купин Г.А., Корнена Е.П., Прудников С.М. 19.05.2014
2. Тугуз, И.М. Изучение качества и технологически функциональных свойств БАД из клубней топинамбура [Текст] / И.М. Тугуз, Р.И. Шаззо, Р.И. Екутеч, В.В. Ли-совой , Е.Ю. Бондаренко // Новые технологии,- 2012,- № 2,- С. 54-57.
ЛИТЕРАТУРА
промышленности
3. Алексанян, И.Ю. Математическое моделирование тепломассопереноса при распылительной сушке растительных экстрактов [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Ю.С. Феклунова // Вестник АГТУ. Серия: управление, вычислительная техника и информатика,- 2013,- № 1. - С. 9 - 13.
4. Алексанян, И.Ю. Совершенствование тепломассообменных процессов при конвективной сушке растительного сырья в диспергированном состоянии [Текст]/ И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Ю.С. Феклунова// Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания,- 2014,- № 3,- С. 48-53.
5. Максименко, Ю.А. Автоматизация технологических процессов при переработке сырья растительного происхождения [Текст]/ Ю.А. Максименко, Э.П. Дячен-ко, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина / / Вестник АГТУ. Серия: управление, вычислительная техника и информатика.-2014,- № 3,- С. 21 - 29.
6. Максименко, Ю.А. Моделирование и совершенствование тепломассообменных процессов при конвективной сушке растительного сырья в диспергированном состоянии [Текст] / Ю.А. Максименко // Вестник АГТУ. Серия: управление, вычислительная техника и информатика.- 2013.- № 2,- С. 19 - 24.
7. Максименко, Ю.А. Разработка рационального режима радиационно-конвективной распылительной сушки водного экстракта корня имбиря [Текст] / Ю.А. Максименко, Н.Э. Пшеничная // Естественные и технические науки.-2015.-№ 10 (88).- С. 355-356.
8. Максименко, Ю.А. Совершенствование процесса распылительной сушки продуктов из сырья растительного происхождения [Текст] / Ю.А. Максименко, Э.Р. Теличкина, Ю.С. Феклунова // Естественные и технические науки.-2015.- № 6 (84). - С. 509 -511.
9. Патент 141899 РФ Аппарат для нанесения пленочных покрытий на гранулированные, капсулированные и таблетированные формы / Васина Н.П., Дяченко Э.П., Алексанян И.Ю. и др..2014
1. The patent of the Russian Federation 2554991 Dietary supplement to food of [Text] / Lisova V.V., Kornen N.N., Kupin G.A., Kornena E.P., Prudnikov S.M. 5/19/2014
2. Tuguz, I.M. Studying of quality and technologically the dietary supplements functional properties from tubers of a girasol [Text] / I.M. Tuguz, R.I. Shazzo, R.I. Ekutech, V.V. Lisova, E.Yu. Bondarenko//New technologies. - 2012.-No. 2. - Page 5457.
3. Aleksanyan, I.Yu. Matematicheskoe modelirovanie teplomassoperenosa pri raspylitel'noy sushke rastitel'nykh ekstraktov [Mathematical modeling of heat and mass transfer in spray drying of herbal extracts], I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, Yu.S. Feklunova, VestnikAGTU. Nauchnyy zhurnal. Seriya: UPRAVLENIE, VYChISLITEL"NA-Ya TEKhNIKA IINFORMATIKA. 2013. Nol (Fevral'). Astrakhan': AGTU, 2013. pp. 9-13 (Russian).
4. Aleksanyan, I.Yu. Sovershenstvovanie teplomassoobmennykh protsessov pri konvektivnoy sushke rastitel'nogo syr'ya v dispergirovannom sostoyanii [Improvement of heat and mass transfer processes in convective drying of vegetable raw materials in a dispersed condition], I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, Yu.S. Feklunova, Nauchno-teoreticheskiy zhurnal. Tekhnologii pishchevoy i pererabatyvayushchey promyshlen-nosti APK - produkty zdorovogo pitaniya, No3. Voronezh, 2014. pp. 48-53 (Russian).
5. Maksimenko, Yu.A. Avtomatizatsiya tekhnologicheskikh protsessov pri pere-
REFERENCE
6. Maksimenko, Yu.A. Modelirovanie i sovershenstvovanie teplomassoobmennykh protsessov pri konvektivnoy sushke rastitel'nogo syr'ya v dispergirovannom sostoyanii [Modeling and improvement of heat and mass transfer processes in convective drying of vegetable raw materials in a dispersed condition], Yu.A. Maksimenko, Vestnik AGTU. Nauchnyy zhurnal. Seriya: UPRAVLENIE, VYChISLITEL"NAYa TEKhNIKA I INFORMAT-IKA. 2013. No2 (Avgust). Astrakhan': AGTU, 2013. pp. 19 - 24 (Russian).
7. Maksimenko, Yu.A. Razrabotka ratsional'nogo rezhima radiatsionno-konvektivnoy raspylitel'noy sushki vodnogo ekstrakta kornya imbirya [Development of rational regime of radiative-convective spray drying of aqueous extract of ginger root], Yu.A. Maksimenko, N.E. Pshenichnaya, Estestvennye i tekhnicheskie nauki. No 10 (88), 2015. Moskva: Izd-vo «Sputnik+», 2015. pp. 355-356 (Russian).
8. Maksimenko, Yu.A. Sovershenstvovanie protsessa raspylitel'noy sushki produk-tov iz syr'ya rastitel'nogo proiskhozhdeniya [Improving the process of spray drying of products from raw materials of plant origin], Yu.A. Maksimenko, E.R. Telichkina, Yu.S. Feklunova, Estestvennye i tekhnicheskie nauki. No6(84), 2015. Moskva: Izd-vo «Sputnik+», 2015. pp. 509 - 511 (Russian).
9. Vasina N.P., Dyachenko E.P., Aleksanyan I.Yu. i dr. Apparat dlya naneseniya plenochnykh pokrytiy na granulirovannye, kapsulirovannye i tabletirovannye formy, Patent RF No 141899, 2014 (Russian).
