CC BY
13РАЗДЕЛ 1. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства (технические науки) DOI: 10.25712^т2072-8921.2020.02.001 УДК 664.2
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО
КРАХМАЛА
Г.В. Алексеев, А.Г. Леу, И.П. Юхник
Настоящая статья посвящена вопросам совершенствования оборудования для переработки сельскохозяйственного сырья при обеспечении нужд пищевой промышленности, поскольку удовлетворение продуктами питания населения является одним из краеугольных вопросов самоидентификации и обеспечения безопасности любого государства. Расширение ассортимента таких продуктов на основе крахмала может быть достигнуто благодаря изменению физико-химических свойств его нативной формы и получения так называемых модифицированных крахмалов. Часто это позволяет более полно удовлетворять требованиям потребителей. Способность изменения этих свойств за счет определенного воздействия позволяет получать продукты питания, возможные к применению с необходимым эффектом для различных областей использования. В настоящее время наблюдается существенное увеличение продуктов питания, использующих крахмал в его различных формах и видоизменениях. Это обусловлено достаточно простыми технологиями его получения из крахмальных зерен и выделением из крахмалсодержащего сырья при его переработке. Наблюдается резкий рост объемов производства модифицированных крахмалов и сахаристых крахмалопродуктов. Набухающий крахмал и крахмалопродукты могут быть получены методом термопластической экструзии, а другие модифицированные крахмалы - путем воздействия на нативный крахмал определенными химическими веществами. Использование таких методов обработки сырья позволяет внести существенный вклад в обеспечение населения относительно недорогими высококачественными продуктами питания. Большие объемы внедрения инноваций, связанных с указанными производствами, основываются на интенсивных разработках технологий и оборудования в этой области и возможностями получать продукты с новыми полезными свойствами. Таким образом, тематику настоящей статьи можно считать актуальной. Целью настоящей работы является анализ возможностей совершенствования современного оборудования переработки продовольственного сырья в модифицированные крахмалы, а задачей - разработка конкретных рекомендаций по использованию современных подходов в конструировании оборудования.
Ключевые слова: технологии переработки, сельскохозяйственное сырье, пищевая промышленность, нативный крахмал, модифицированные крахмалы.
В настоящее время применяется оборудование, относящееся к технике переработки сельхозсырья, которое может быть использовано при производстве набухающих крахмалов для пищевой и других отраслей промышленности.
Достижение указанной цели можно обеспечить применением устройства следующего типа. Оно обычно используется в переработке сельскохозяйственной продукции в пищевой промышленности или сфере общественного питания для паровой очистки корнеклубнеплодов [1-3]. Основной целью его использования является снижение отходов и повышение качества обработки корнеклубнеплодов, хотя верхний слой картофеля, например, прилежащий к кожуре и обработанный на этом устройстве, содержит клей-
стеризованный крахмал, и с успехом может использоваться для производства модифицированного набухающего крахмала.
Рисунок 1 - Устройство для получения модифицированного набухающего крахмала
На рисунке 1 изображена принципиальная схема устройства, которое включает в себя турникетный затвор 1 с карманами 2 и загрузочный участок 3 транспортирующего шнека 4.
На другом его конце размещен узел 5 выгрузки. В турникетном затворе установлен цилиндрический элемент 6, в котором выполнены два вертикальных канала 7 и канал 8 для подачи острого пара, соединенный с верхним вертикальным каналом. В каждом кармане 2 выполнены радиальные сквозные отверстия 9. При совмещении отверстий 9 с каналами 7 и 8 происходит эжекция пара в карман 2. Пар может распространяться по всему корпусу шнека через отверстия 10. Разгерметизацию системы и сброс давления производят только через загружающийся и разгружающийся карманы в момент контактирования клубней картофеля 11 с окружающей средой.
Работает устройство таким образом. Когда очередной карман 2 через затвор 1 и канал 7 совмещается с отверстиями 9, за счет перепада давления пара в корпусе 3 шнека 4 и кармане 2, поток пара поступает с большой скоростью по каналу 7. В процессе этого движения происходит засасывание пара из канала 8 и ее эжекция - в полость кармана 2. Загружающийся картофель, обработанный паром, оказывается при дальнейшем повороте турникетного затвора 1 напротив загрузочного окна, отверстия 9 перекрываются, эжекция прекращается, а картофель 11 транспортируется в корпус 3. Попадая на транспортирующий шнек 4, корнеклубнеплоды с соответствующим термообработанным поверхностным слоем перемещаются вдоль оси корпуса 3 за счет потоков, проходящих через отверстия 10 в лопастях шнека. Новые порции пара, поступающие от парогенератора для компенсации потерь, возникающих при выгрузке в узле 5 и загрузке сырья в турникетном затворе 1, распределяются по объему корпуса 3, обеспечивая равномерность температурного поля. При попадании корнеклубнеплодов в узел 5 выгрузки происходит сброс давления, кожура с приповерхностным слоем, подвергаясь внутреннему избыточному давлению и предварительным усадочным напряжениям, лопается. Корнеклубнеплоды выгружаются из устройства. Кожура с приповерхностным слоем картофеля, в котором крахмал подвергся клейстеризации, собирается и отправляется на дальнейшую переработку.
Для других схем получения модифицированных крахмалов нами предложено новое устройство.
Оно также относится к пищевой промышленности и может быть использовано на
консервных и овощесушильных предприятиях, а также на предприятиях общественного питания.
В качестве прототипа нами выбрано устройство для приготовления картофельного пюре, включающее полые перфорированные ротор и прессующий вал, очистительные ножи и разгрузочные шнеки, расположенные внутри ротора и вала, которое также после сбора кожуры с остатками мякоти позволяет пустить их для переработки на набухающие крахмалы. Оно, обеспечивая получение готового пюре, не требует дополнительных затрат на получение специального клейстери-зованного крахмала. В нем более полно используются рабочие поверхности, однако требуется дополнительная установка скребков для сбора материала для дальнейшей переработки в модифицированный крахмал [4].
В данном устройстве в местах крепления разравнивающего и очистительного шнеков образуются застойные зоны и затруднено попадание продукта непосредственно в зону контакта ротора и вала.
Эти факторы снижают производительность, чему также способствует отсутствие очистительных элементов на внешнем ободе ротора в зоне попадания готового продукта в лоток. Особенно негативно это отражается на работе устройства в тех случаях, когда сквозь перфорацию продавливаются остатки кожуры, затрудняя отделение продавливаемого пюре, что требует остановки процесса и чистки рабочей зоны.
Предлагаемое устройство позволяет достичь устранения необходимости процедур до-очистки исходного сырья и застойных зон в местах крепления разгрузочных шнеков.
Сущность предложения поясняется на рисунке 2, где изображена общая схема устройства [5].
Рисунок 2 - Устройство для получения модифицированного крахмала ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2 2020
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
МОДИФИЦИРОВАННОГО КРАХМАЛА
Устройство для получения модифицированных крахмалов содержит корпус 1 с направляющей 2 и отверстием 3, перфорированные ротор 11 и прессующий вал 4, скребки 5 и разгрузочные шнеки 6, расположенные внутри полых ротора 11 и вала 4. Кроме того, оно снабжено пропиточной ванной 13 с необходимыми химическими реагентами, например, перекисью водорода и сернокислым двухвалентным железом, в которой установлены опорные валики 14 и прижимной валик 15, причем он имеет касание с правым валиком 14 на уровне заполнения ванны реагентами. На опорных валиках 14, огибая прижимной валик 15 и наружную поверхность прессующего вала 4, размещена сетка 12 из упругого материала, например, из стекловолокна.
Работает устройство для получения модифицированного крахмала следующим образом. Заранее подготовленное крахмалсо-держащее сырье загружают в корпус 1 с направляющей 2 и отверстием 3. Оно попадает в зону контакта перфорированных ротора 11 и прессующего вала 4, где продавливается через отверстия перфорации. Скребки 5, прилегая к рабочим поверхностям, убирают инородные включения, а разгрузочные шнеки 6, внутри полого перфорированных ротора 11 и прессующего вала 4 удаляют крахмал-содержащий измельченный продукт в разгрузочный лоток 7. Поскольку он установлен эквидистантно внутренней поверхности полого ротора 11 с возможностью углового перемещения, а сам ротор 11 размещен на опорных роликах 8, на перфорированной платформе 9, которая примыкает к емкости с отверстиями 10 для сбора счищенной кожуры, то при изъятии остатков кожуры в отверстиях перфорации разгрузочный лоток 7 смещается на угол не менее 90 ° и устройство промывается через перфорацию платформы 9 и отверстие 10. При реализации этого процесса при продавливании крахмалсодержащего сырья через перфорацию ротора 11 и прессующего вала 4, выделяемый крахмал соприкасается со смоченной химическими реагентами сетку 12. Эта сетка, проходя в ванне 13 между опорным 14 и прижимным 15 валками, упруго сжимается и после этого, восстанавливая форму, впитывает химические реагенты. Дополнительные эффекты равномерности распределения по прессующему валу используемых реагентов обеспечивалось использованием конструкции и взаимного расположения валков 14 и 15, которые помещались в пропиточную ванну 13 по срезу заполняющих ее реагентов [6].
Описанное устройство опробовано при различных концентрациях FeSO4 и Н2О2 для выяснения их влияния на изменение кислотности раствора после реакции (У1), условной (ВЗ-4) ^2) и относительной (ВПЖ-1) (Уэ) вязкости получаемого клейстера. Результаты испытаний удобно анализировать графически по построенным уравнениям регрессии (рисунки 3, 4).
20
у1(т:>15
уад
% 0.05 е.: о.1з о.:
концентрация масс.% Рисунок 3 - Влияние FeSO4
\ 11 -1-
. \
\ 'V—"
\
- -
-1' 1 1 1
О С 02 О" • :-
концентрация, масс. %
Рисунок 4 - Влияние Н2О2
Сравнение полученных графиков говорит о существенной разнице во влиянии концентрации реагентов на условную вязкость, что дает основания для корректировки раствора для более полного удовлетворения требований, предъявляемых к конечному продукту. Интерес представляют также точки пересечения различных зависимостей, которые определенным образом следует учитывать при построении процесса получения модифицированного крахмала.
Использование описанного устройства позволяет не только достаточно просто измельчать корнеклубнеплоды, обеспечивая высокую производительность за счет соответствующего выбора диаметра отверстий перфорации и геометрических размеров рабочих органов, но и получать различные виды модифицированных крахмалов, выбирая необходимые химические реагенты и их кон-
центрацию.
Выполненный обзор используемого в настоящее время технологического оборудования и процессов получения различных видов модифицированных крахмалов говорит о том, что наиболее распространенным сырьем для этого является картофель, хотя имеются и разработки получения данного ценного продута из других сырьевых источников, например, кукурузы или зерна. Широкий ассортимент применяемых технических средств и технологий свидетельствует о достаточно большом опыте, накопленном в отечественной пищевой промышленности и широком круге решаемых проблем: от повышения качества готового продукта до увеличения производительности оборудования. Вместе с тем выбор тех или иных технических и технологических решений должен обязательно опираться на теоретический анализ условий, в первую очередь, гидродинамических и тепловых, для реализации конкретных случаев процессов истечения и разбрызгивания жидких ингредиентов [6-9].
Поставленная авторами цель работы, состоящая в анализе возможностей совершенствования современного оборудования переработки продовольственного сырья в модифицированные крахмалы, в целом выполнена, а вытекающие из нее задачи получили воплощение в разработке новых устройств для производства модифицированных крахмалопродуктов [1, 5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 1303131 Российская Федерация, МПК 23 1_ 1 /216. Бланширователь для паровой очистки корнеплодов / Г.В. Алексеев, Е.Л. Иванов ; Ленинградский институт советской торговли им. Ф.Энгельса. - № 3763102/31-13, заявл. 09.07.87 ; опубл. 15.04.87, Бюл. № 14. - 3 с.
2. Пат. 1354459 Российская Федерация, МПК А 231_1 /216. Способ получения пищевого продукта из картофеля / Г.В. Алексеев, Е.Л. Иванов ; Ленинградский институт советской торговли им. Ф. Энгельса. - № 387106/31-13, заявл. 25.03.85 ; опубл. 20.07.86, Бюл. № 20. - 3 с.
3. Пат. 1333288 Российская Федерация, МПК 23 1_ 1 /216. Способ получения пюреобразной картофельной массы / Г.В. Алексеев, Е.Л. Иванов ; Ленинградский институт советской торговли им. Ф. Энгельса - № 3871107/30-13, заявл. 25.03.85 ;
опубл. 30.08.87, Бюл. № 2. - 5 с.
4. Пат. 1204171 Российская Федерация, МПК 23 L 1 /216. Устройство для приготовления картофельного пюре / Г.В. Алексеев, Е.Л. Иванов ; Ленинградский институт советской торговли им. Ф. Энгельса. - № 377176/28-13, заявл. 10.07.84 ; опубл. 15.01.86, Бюл. № 2. - 3 с.
5. Пат. 2650554 Российская Федерация, МПК 23 L 1 /216. Устройство для измельчения пищевых продуктов / А.Г. Леу, О.И. Аксенова ; Национальный исследовательский университет ИТМО. - № 3763102/31-13, заявл. 09.07.2016 ; опубл. 16.03.2017, Бюл. № 14. - 3 с.
6. Пат.2646423 Российская Федерация, МПК 23 L 1 /216. Устройство для разделения жидкостей по плотности / Г.В. Алексеев, Е.Н. Кириллова ; Национальный исследовательский университет ИТМО. - № 3763102/31-13, заявл. 02.04.2017 ; опубл. 05.03.2018, Бюл. № 7. - 23 с.
7. Алексеев, Г.В. Возможности моделирования измельчения пищевых добавок для продуктов функционального питания / Г.В. Алексеев, Е.А. Да-ниленко // Вестник Международной академии холода. - 2011. - № 2. - С. 16-18.
8. Алексеев, Г.В. Ресурсосберегающие направления развития абразивной обработки пищевых материалов / Г.В. Алексеев, М.И. Дмитри-ченко, М.В. Гончаров // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2013. - № 4 (26). - С. 57-61.
9. Изучение режимов кавитационного разрушения пищевого сырья как элемента нанотехнологий / В.А. Арет [и др.] // Известия Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий. - 2007. - № 3. - С. 29-31.
10. Алексеев, Г.В. Абразивная обработка картофеля и овощей с дискретным энергоподводом : монография // Г.В. Алексеев, Н.А. Мосина. -Саратов, 2013.
Алексеев Геннадий Валентинович,
д.т.н., профессор факультета пищевых биотехнологий и инженерии, Университета ИТМО, Санкт-Петербург, тел.8-921-335-07-96, e-mail: gva2003@mail.ru.
Леу Анна Геннадьевна, аспирант факультета пищевых биотехнологий и инженерии, Университета ИТМО, Санкт-Петербург, тел.8-965-752-71-11, e-mail: anna.le u@mail.ru.
Юхник Иван Петрович, аспирант факультета пищевых биотехнологий и инженерии, Университета ИТМО, Санкт-Петербург, тел. 8-911-209-49-6, e-mail: romanchkovspb@mail.ru.
