CC BY
15
Смешивание
многокомпонентных систем
для производства полуфабрикатов сухого кваса
В.А. Помозова, Т.Ф. Киселева, И.А. Бакин, Е.И. Бровко
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Высокая пищевая ценность кваса, его освежающие свойства определяют большую популярность кваса как жаждоу-толяющего напитка. В настоящее время возрастают объемы выпуска кваса промышленного производства, выработанного прежде всего на основе концентрата квасного сусла [1]. Однако квас как напиток домашнего производства не потерял своей привлекательности для населения. В настоящее время основным сырьем для домашнего квасоварения является сухой квас, имеющий нестабильный состав, недостаточную экстрактивность. Для сбраживания применяют хлебопекарные дрожжи, для которых необходимо учитывать условия жизнедеятельности, норму их внесения, что в домашних условиях проблематично. В качестве полуфабриката сухого кваса для получения напитка в домашних условиях мы предлагаем применять смесь сухих компонентов из измельченного зернового сырья, в состав которой включаются также сухие хлебопекарные дрожжи и добавки, способствующие повышению активности и стабилизирующие ферментные системы дрожжей.
Одна из основных и наиболее сложных технологических задач в производстве полуфабрикатов квасов — равномерное
16 14 12 10
распределение дрожжей по всему объему смеси, поскольку их соотношение составляет 1:400 относительно других компонентов. На показатели качества смеси в значительной степени оказывает влияние соотношение компонентов и их размеров. Эта задача значительно усложняется тем, что размеры частиц дрожжей отличаются от размеров других компонентов до 40 раз. В связи с этим готовая смесь не подлежит длительному хранению, поскольку происходит процесс, обратный смешиванию (сегрегация), то есть расслоение компонентов по массе и размерам частиц.
Один из способов уменьшения проявления сегрегации — предварительное измельчение компонентов смеси до получения размеров частиц приблизительно одного порядка.
Для исследования процесса смешивания многокомпонентных дисперсных систем проведены исследования по определению качества смешивания полуфабрикатов сухого кваса. Эксперимент проводили на центробежном смесителе — диспергаторе, работающем в периодическом режиме [2]. Конструкция аппарата обеспечивает движение материальных потоков в тонких, разреженных слоях с их многократным разделением и последующим пересечением, а также исполь-
0 10 20 30
Соотношение дисперсности основного и ключевого компонентов
Соотношение: — 1/100; — 1/200; — 1/300; — 1/400
Рис. 1. Влияние соотношения размеров компонентов на качество смеси
40
зованием прямых и обратных рециклов. Измельчение компонентов в процессе смешивания происходит при ударном воздействии режущих кромок разгрузочных лопастей и кромок перепускных окон ротора аппарата.
Компоненты, используемые во время исследований, имели различные физико-механические свойства, при этом отношение дисперсностей основного и ключевого компонента (дрожжей) d0/dK различалось от 10 до 40 раз, а их соотношение изменялось от 1:100 до 1:400. В качестве критерия оценки качества смеси применяли коэффициент неоднородности VC (%):
V
5-10— С
—— АI ——Е (С, - С) 2, (1)
где 5 — среднее квадратичное отклонение содержания ключевого_компонента в пробах, взятых из смеси; С — среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента в пробах, %; С. — значение концентрации ключевого компонента в пробах, %; п — число проб.
Результаты эксперимента представлены в виде графика (рис. 1).
На основании результатов исследований можно сделать вывод, что наилучшее качество смешивания сухого кваса достигается в случае, когда соотношение размеров основного и ключевого компонентов d0/dK различается не более чем в 10-15 раз. В этом случае влияние сегрегации и соответственно расслоение компонентов будет минимальным.
Существует иной способ уменьшить проявление сегрегации [3], заключающийся в том, что в смесь вводят связующую жидкость, которая образует пленку на поверхности более крупных ингредиентов, на которой закрепляются мелкодисперсные компоненты. Для смесей полуфабрикатов кваса можно использовать жидкости различной вязкости (сиропы, экстракты и т.д.).
Совмещение двух вышеперечисленных способов предотвращения сегрегации возможно в одном аппарате, если в нем создается интенсивное механическое воздействие на материал при одновременном вводе малого количества жидкости. Для этой цели предлагается применять центробежные смесители с конусным рабочим органом. В этих аппаратах смешивание сыпучих компонентов происходит в тонких, разреженных слоях, движущихся по поверхности вращающегося ротора при пересечении потоков, имеющих различные направления. Центробежные смесители с конусным ротором при определенных геометрических и режимных параметрах обладают хорошей диспергирующей способностью. Диспергирование частиц происходит во время их движения по поверхности конусов, при соударении между собой, корпусом аппарата и
4•2006
20
18
8
6
4
2
0
68
Добавки
1, 2, 3 — приемные бункера;
4 — дозатор объемного типа;
5 — ленточный транспортер;
6 — центробежный смеситель
периодического действия;
7 — весовой дозатор;
8 — фасовочный автомат.
VT
'///МУ/ ........
Рис. 2. Технологическая схема производства полуфабрикатов квасов
другими препятствиями, а также за счет быстровращающихся разгрузочных лопастей. Высокая инерционность позволяет равномерно распределять жидкость, вносимую в небольших количествах, по всему объему смеси.
С целью определения влияния соотношения размеров частиц основного и ключевого компонентов D = d0/ dК, количества вносимой влаги C (%) и ее вязкости р (мПат) на качество смеси, спланирован и реализован полный факторный эксперимент (ПФЭ 33). В качестве критерия оценки качества смеси применяли коэффициент неоднородности VC. Факторы варьировались на уровнях: С = 2-6 %; D = d0/ dК = 10-40; р = 10-130, мПат. Исследования проводили на центробежном смесителе — диспергаторе [2]. Ввод жидкости в сухую смесь осуществлялся при помощи форсунок, установленных в рабочей области аппарата. Для сокращения времени оценки однородности смеси в качестве ключевого компонента использовали ферромагнитный индикатор, концентрацию которого определяли косвенным методом. Технологическая схема приготовления полуфабрикатов квасов представлена на рис. 2.
После статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии в кодированном и натуральном видах, отражающие степень воздействия выбранных параметров на качество смеси:
у = 8,885 + 2,763х1 + 2,727x2 + + 0,646x3 + 2,851x1x2 + 0,819x1x3+ (2) + 2,864x2+1,125x2 +1,933x32, % ;
VC = -118,94 - 1,473C - 0,198D -- 0,0165p + 0,095CD + + 0,00686Cp + 1,43C2 + + 0,0749D2 + 0,03221p2, %.
(3)
Адекватность полученных моделей оценивали с помощью критерия Фишера Р и Р, значения которых составили Рт = 5,821 и Р = 5,317, из чего следует, что полученная модель адекватна.
Анализ коэффициентов уравнений регрессии в кодированном виде позволяет сделать следующие выводы. Наибольшее влияние на качество смеси оказывают
соотношение размеров частиц основного и ключевого компонентов и количество вводимой жидкости, а также их совместное воздействие. Для обеспечения наилучшего смешивания необходимо, чтобы соотношение размеров частиц различалось не более чем в 10 раз, а количество вводимой жидкости не превышало 4 %. Наименьшее влияние на качество смеси оказывает вязкость жидкости. Однако следует учитывать, что чем больше ее значение, тем выше удельные энергетические затраты и время смешивания. Следует отметить, что при большем объеме вводимой жидкости необходимо увеличивать ее вязкость, а средняя крупность частиц смеси должна быть более 40 мкм. Из результатов проведенных исследований следует, что при вводе жидкости в сухую смесь значение коэффициента неоднородности уменьшается в 1,7 раза, что свидетельствует об улучшении качества получаемой смеси.
Таким образом, для предотвращения расслоения компонентов смеси полуфабрикатов сухого кваса их необходимо измельчать, чтобы соотношение размеров частиц различалось не более чем в 10 раз. Кроме того, добавление жидкости в смесь (в количестве не более 4 %) также предотвращает сегрегацию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Помозова В.А. Производство кваса и безалкогольных напитков.— СПб: Гиорд. 2006. С. 192.
2. Иванец В.Н., Бакин И.А., Волков А.С. Центробежный смеситель. Патент 2246343, МПК С1 B 01 F 7/26.
3. Иванец В.Н., Бакин И.А., Бородулин Д.М. Разработка новых конструкций центробежных смесителей непрерывного действия для переработки дисперсных материалов.//Известия вузов. Пищевая технология. № 4. 2003. С. 94-98. &
11-12 декабря 2006 г. в Московском государственном университете пищевых производств
состоится
IV Международная научно-практическая конференция
«Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности»
В программе конференции:
• современные аналитические приборы;
• методики измерений различных параметров пищевых продуктов;
• новые методы и оборудование пробоподготовки.
Аудитория конференции: организации и фирмы, разрабатывающие аналитические приборы и методы измерений, представители пищевых промышленных предприятий, ведущих НИИ и вузов, специалисты АПК, санитарные врачи.
Место проведения конференции: г. Москва, МГУПП, Волоколамское шоссе, д. 11. Тел./факс: (495) 158-70-22; 727-11-74; 158-03-71 E-mail: media@mgupp.ru
4 • 2006
69
