CC BY
14
УДК 637.1
РАЗРАБОТКА СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫПЕЧКИ ТВОРОЖНЫХ, МУЧНЫХ И КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ
DEVELOPMENT OF THE MICROWAVE UNIT FOR BAKING CURD,
FLOUR AND CONFECTIONARY PRODUCTS
О. В. Науменко
О. V. Naumenko
ФГБОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. Объектом исследования является сверхвысокочастотная установка с цепным конвейером для выпечки творожных, мучных и кондитерских изделий. На основе результатов, полученных ведущими учеными в области переработки пищевых продуктов, анализа процессов и работы аппаратов пищевых производств, а также с учетом объективно существующей закономерности кинетики процесса нагрева решена научно-техническая задача - обеспечение тепло- и массообменных процессов в смеси под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Abstract. The object of the research is the microwave unit with a chain conveyor for baking curd, flour, and confectionary products. According to the results of the research work of the leading scientists in the field of food processing and analysis of the processes and function of food production machines, as well as to considering the laws objectively existing in kinetics of the heating process, the scientific and technical problem of providing heat and mass exchange processes in the mixture under the influence of the electromagnetic field of ultrahigh frequency is solved.
Ключевые слова: сверхвысокочастотная установка, выпечка творожных изделий, тепло-и массообменные процессы.
Keywords: microwave unit, baking curd products, heat and mass exchange processes.
Актуальность исследуемой проблемы. Творожные, мучные и кондитерские изделия имеют большое значение для человека и являются неотъемлемой частью русской национальной кухни. Они высококалорийны благодаря содержанию углеводов (крахмала, сахара), жиров, белков, минеральных веществ и витаминов группы В, РР, А.
Проанализировав существующие способы выпечки творожных, мучных и кондитерских изделий (поверхностный, объемный, комбинированный), а также технические средства (шкафы жарочно-пекарные с расстоечной камерой, печи кондитерские конвейерные, модульные разных типоразмеров [4]), мы приняли решение разработать установку для выпечки этих изделий с применением сверхвысокочастотных волн, которая позволит снизить энергетические затраты, плановую себестоимость творожных, мучных и кондитерских изделий, повысить интенсивность труда.
Материал и методика исследований. В процессе работы проводились теоретические исследования с использованием теории тепломассообмена, теории машин и механизмов, дифференциального и интегрального исчисления, а также аналитических методов. При экспериментальных исследованиях применялись методы активного планирования трехфакторного эксперимента. Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием компьютерных программ «Microsoft Excel» и «Statistic».
Изучен материал по ресурсам и объемам перерабатываемого сырья, проведен анализ существующих способов и технических средств для выпечки творожных, мучных и кондитерских изделий, исследованы органолептические, микробиологические, физико-химические и физико-механические свойства творога (кислотность, плотность, вязкость, поверхностное натяжение, осмотическое давление, теплоемкость, жирность, содержание влаги, сухого вещества, диэлектрическая проницаемость, поверхностное натяжение, удельная теплопроводность) и их изменения под воздействием электромагнитного поля, создаваемого сверхвысокочастотной печью.
Разработан опытный образец установки с цепным конвейером для выпечки творожных, мучных и кондитерских изделий.
Предварительное испытание сверхвысокочастотной установки проводилось в МПЦ «ЭкоДар». Результаты научных исследований используются в учебном процессе АНО ВПО «Региональный институт технологии и управления».
Результаты исследований и их обсуждение. Для приготовления кондитерских изделий используются различные основные и вспомогательные продукты, которые в зависимости от их вида, структуры, а также назначения подвергаются предварительной подготовке и обработке.
Основными видами сырья в кондитерском производстве являются мука, сахар, сливочное масло и яйца. Наряду с ними применяются молочные продукты, фрукты, яйца, орехи, вино, эссенции, разрыхлители и др.
Качество сырья, поступающего в производство, должно отвечать требованиям, установленным государственными стандартами и техническими условиями, а красителей - требованиям действующих санитарных правил. В связи с этим очень важно правильно организовать хранение сырья и продуктов.
Творог представляет собой белковый кисломолочный продукт, обладающий высокими пищевыми и лечебно-диетическими свойствами. Его вырабатывают путем сквашивания пастеризованного цельного, нормализованного или обезжиренного молока закваской, приготовленной на «чистых» культурах молочнокислых бактерий, с применением сычужного фермента или без него, раствора хлорида кальция и с последующим удалением из полученного сгустка части сыворотки и отпрессовыванием белковой массы.
Творог имеет «чистые» кисломолочные вкус и запах. Консистенция его нежная и однородная: для жирного допускается несколько рыхлая и мажущаяся, для нежирного -рассыпчатая с незначительным выделением сыворотки, для мягкого диетического -пастообразная. Цвет творога белый, для жирного - с кремовым оттенком, равномерным по всей массе, для творога с плодово-ягодными наполнителями цвет обусловлен введенными наполнителями.
Значительное содержание в твороге жира (от 1,8 до 23,0 %), и особенно белка (от 14,0 до 18,0 %), обуславливает высокую питательную и биологическую ценность этого продукта. В твороге содержится значительное количество минеральных солей, которые
необходимы для роста, образования костной системы и обмена веществ в организме. Особенное значение имеют соли кальция и фосфора, которые в твороге находятся в соотношении 1,0:1,5-1,0:2,0, наиболее благоприятном для усвоения организмом человека [5].
Технологический процесс производства творожных изделий включает следующие стадии: прием и подготовка сырья; приготовление смеси для запекания; заполнение форм массой для запекания; запекание; охлаждение; упаковка; маркировка; отпуск.
При необходимости творог вальцуют, сухие компоненты просеивают через сито, нормализуют творог по массовой доле жира, далее к нему добавляют компоненты в соответствии с рецептурой. Смесь тщательно перемешивают и заполняют ею формы, уплотняя массу.
Процесс приготовления творожных изделий существующим способом с применением электропечи происходит следующим образом: выпекают творожные изделия в несколько приемов при температуре 180...220 0С до готовности. Затрачиваемое время составляет 398 минут.
Процесс выпечки на предлагаемой сверхвысокочастотной установке с цепным транспортером происходит следующим образом: включают электропривод цепного транспортера, закладывают все ячейки в установку. Далее включают печи с помощью ручек таймера и мощности. Цепной транспортер передвигает контейнеры с творожной смесью через печи, где происходит их нагрев за счет токов поляризации. За пределами печей температура и давление в творожной смеси выравниваются [6]. Таким образом, происходит многократный циклический процесс «нагрев-пауза» до тех пор, пока температура в творожной массе не достигнет 180 0С, т. е. до готовности. Затрачиваемое при этом время составляет 45 минут.
Изделия охлаждают при комнатной температуре до 40 0С и упаковывают. Упакованный продукт доохлаждают в холодильной камере до температуры не выше 6 0С, после чего технологический процесс считается завершенным и продукт готов к реализации.
Конструктивные параметры и режимы работы сверхвысокочастотной установки: установка для выпечки творожных, мучных и кондитерских изделий состоит из трех печей, рабочего лотка с крышкой, цепного транспортера, электропривода [7].
Сверхвысокочастотная печь - бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева пищи, размораживания продуктов, а также разогрева материалов [1].
В микроволновой печи продукт разогревается не с поверхности, а по всему объему, содержащему полярные молекулы (например, воду), так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это сокращает время разогрева продукта. Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига» [2].
Молекулярный дипольный сдвиг происходит в материалах, содержащих полярные молекулы, под действием электромагнитного поля соответствующей длины волны. Энергия электромагнитных колебаний поля обуславливает постоянный сдвиг молекул, выстраивание их согласно силовым линиям поля, что называется дипольным моментом. А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам этого материала. Так как температура - это средняя кинетическая энергия движения атомов или молекул в материале, то такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, диполь-ный сдвиг - это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.
Также под дипольным сдвигом понимают высокочастотное нагревание, которое мы наблюдаем в микроволновой печи, где нагревается вода, но гораздо хуже нагревается лед, жир и сахар, потому что последние содержат меньше полярных молекул, чем вода, и меньше подвергаются влиянию переменного электромагнитного поля. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решетке и потому не могут сдвигаться и разгоняться под действием электромагнитной силы, вызываемой электромагнитными волнами. Поэтому на этом физическом принципе можно нагревать только те твердые, жидкие и газообразные вещества, которые содержат диполи [3].
Микроволны идут снаружи вовнутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, в результате чего разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи [8].
Резюме. Разработанная нами установка позволяет осуществлять тепло- и массообменные процессы в творожных, мучных и кондитерских изделиях под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты при сниженных энергетических затратах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азаров, Б. М. Технологическое оборудование пищевых производств / Б. М. Азаров, Х. Аурих, С. Дичев. - М. : Агропромиздат, 1988. - 463 с.
2. Гинзбург, А. С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов / А. С. Гинзбург, М. А. Громов, Г. И. Красовская. - М. : Пищевая промышленность, 1980. - 288 с.
3. Кавецкий, Г. Д. Процессы и аппараты пищевой технологии / Г. Д. Кавецкий, Б. В. Васильев. - М. : Колос, 1997. - 551 с.
4. Кавецкий, И. Ф. Оборудование предприятия общественного питания / И. Ф. Кавецкий. - М. : Колос, 2004. - 304 с.
5. Ковалев, Ю. В. От амфоры до тетрапака / Ю. В. Ковалев. - М. : Агропромиздат, 1983. - 206 с.
6. Свиридов, В. Т. Электроника сверхвысоких частот / В. Т. Свиридов, Ю. Н. Пчельников. - М. : Радио и связь, 1981. - 96 с.
7. Харламов, С. В. Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов пищевых производств / С. В. Харламов. - Л. : Агропромиздат, 1991. - 256 с.
8. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / под ред. И. А. Рогова. - М. : Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.
