CC BY
605.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки) DOI: 10.257127ASTU.2072-8921.2019.02.014 УДК 664
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОХЛАЖДЕНИЯ СВЕЖЕИСПЕЧЕННОГО ХЛЕБА В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
А. В. Кононов
Заключительным этапом производства хлеба является охлаждение. В целях ускорения процесса охлаждения свежеиспеченного хлеба без снижения качественных показателей готовой продукции предложено устройство для интенсификации охлаждения хлеба в особых условиях УОХ-2. Принцип работы УОХ-2 основан на использовании метода термостимуляции хлеба при отрицательном давлении вакуума в поле ультразвука в импульсном режиме и принудительной конвекции. Сущность технического решения заключается в резком снижении температуры мякиша за счет использования капиллярного эффекта, образующегося внутри мякиша и обеспечивающего сокращение усушки. Термостимуляция свежеиспеченного хлеба достигается за счет синергии эффектов отрицательного давления вакуума (0,05 МПа и ниже) и ультразвукового поля (интенсивность 1=4,0-5,0 Вт/см2, звуковое давление до 145 дБ). Конструкция шкафа содержит теплоизолированую камеру охлаждения, вакуу-мирующий компрессор, ультразвуковой генератор с ультразвуковым излучателем, воздухораспределительную систему, а также автоматизированную систему управления.
Новизной технического решения является применение синергии эффектов отрицательного давления вакуума (0,05 МПа и ниже), ультразвукового поля (интенсивность 4,0-5,0 Вт/см2) для ускорения процесса охлаждения свежеиспеченного хлеба в полевых условиях без снижения качественных показателей и больших потерь при усушке. Практическая значимость технического решения заключается в значительном сокращении (в 5-7 раз) времени и обеспечении возможности выдачи готовой продукции потребителям без снижения качественных показателей. При этом не требуется дополнительного помещения для хранения готовой продукции.
Предложенное техническое решение, в отличие от существующего способа, отличается тем, что обеспечивает сокращение сроков охлаждения хлебобулочных изделий, снижение усушки готовых изделий на 30 %, резкое замедление процессов образования микрофлоры в готовых изделиях. Следствием этого является увеличение времени хранения готовой продукции в 2-3 раза и сокращение потребности в складских помещениях и стеллажном оборудовании на 38-47 %.
Ключевые слова: хлебобулочное изделие, свежеиспеченный хлеб, термостимуляция, отрицательное давление вакуума, ультразвук, готовый продукт.
ВВЕДЕНИЕ
Процесс охлаждения хлеба является сложным и важным этапом при его производстве. Он требует создания необходимых специальных условий (влажность воздуха ^=80-85 %, температура окружающей среды 1 о = 27-35 °С, отсутствие посторонних запахов и др.). Охлаждение хлеба с использованием существующих технологий, отличающихся значительной продолжительностью 1 = (4-5 часов), приводит к усушке, увеличению его кислотности, развитию вредных бактерий, потере прочности корочки и другим нежелательным последствиям. При обеспечении хлебом особых условиях (полевые, чрезвычайные ситуации) требуется разработка принципиально новых технических решений.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В целях повышения эффективности производства хлеба и ускорения его выдачи
потребителям предлагается устройство для интенсификации охлаждения хлеба в особых условиях УОХ-2. Его технические возможности обеспечивают интенсификацию охлаждения свежеиспеченного хлеба без снижения показателей качества готовой продукции. Принцип работы УОХ-2 основан на использовании метода термостимуляции хлеба при воздействии синергии отрицательного давления вакуума (Р =0,05 МПа и ниже), поля ультразвука в импульсном режиме (интенсивность /=4,0-5,0 Вт/см2, звуковое давление до 145 дБ) и принудительной конвекции (Б=1,5-2 м/с). Сущность технического решения заключается в резком снижении температуры мякиша свежеиспеченного хлеба от t о = 95 0С до t = 30 0С за счет использования капиллярного эффекта, образующегося внутри мякиша и обеспечивающего сокращение усушки.
Конструкция устройства (рисунок 1) содержит камеру охлаждения теплоизолирова-ную, вакуумирующий компрессор, импульс-
ный ультразвуковой генератор с ультразвуко- ную систему, а также автоматизированную вым излучателем, воздухораспределитель- систему управления.
1 - ультразвуковой излучатель; 2 - ультразвуковой преобразователь; 3 - ручка; поз. 4 - крепежная планка; 5 - дверка; 6 - вентилятор; 7 - сбросник; 8 - блок управления; 9 - импульсный ультразвуковой генератор; 10 - шина; 11 - кабель; 12 - компрессор; поз. 13 - корпус; поз. 14 - вакуумный насос; 15 - шланг
Рисунок 1 - Устройство для интенсификации охлаждения хлеба УОХ-2
Устройство для интенсификации охлаждения хлеба УОХ-2 работает следующим образом. Формованный хлеб после выемки из форм (температура корки 1=112±2 °С, мякиша 1=95±2 °С) размещается на сетчатых подах внутри охлаждающей камеры.
Подачу сигнала на вакуумный насос (14) для создания отрицательного давления вакуума Р=0,05 МПа в охлаждающей камере, а также включения генератора импульсного ультразвукового генератора (9) и подачу ультразвуковых волн (интенсивность /=4,0-5,0 Вт/см2) в камеру обеспечивает блок управления (8) с запуском программы. Включением вентилятора обеспечивает создание принудительная конвекция (Б=1,5-2 м/с) внутри камеры охлаждения (6).
Конструктивные особенности устройства для интенсификации охлаждения хлеба сводятся к следующему. Камера охлаждения содержит дверь загрузки-выгрузки. Внутри камеры охлаждения теплоизолированной расположены решетки-полки для охлаждения хлеба и хлебобулочных изделий. Решетки-полки изготовлены в виде прутков из метал-70
ла. Это обеспечивает равномерный доступ разреженного воздуха и ультразвука в импульсном режиме к горячему хлебу.
При откачивании паров из камеры охлаждения вакуумированием изменяется равновесие между фактическим давлением и давлением их насыщенных паров. Интенсивное испарение влаги, тем более в присутствии ультразвука в импульсном режиме, который ее выдавливает на поверхность изделия, сопровождается отбором тепла из мякиша и вызывает его охлаждение. В отсутствии теп-лопритоков извне испарение и кипение жидкости приводит к одновременному охлаждению каждой частицы мякиша до температуры насыщенных паров воды, соответствующей давлению в камере охлаждения. Так как па-ропроницаемость мякиша считается высокой, то в них не возникают заметные градиенты давления и соответствующие им градиенты равновесной температуры.
Мякиш подвергается микроколебаниям на глубину до десяти сантиметров (при интенсивности ультразвука более /=4,0 Вт/см2),
что способствует интенсивной отдаче тепла и равномерному распространению его внутри изделий. Под действием вакуума, градиента влажности и капиллярного эффекта происходит более быстрое перемещение влаги из внутренних слоев к поверхности хлеба. Влажность корки после выпечки быстро увеличивается, достигая значения равновесной влажности для остывшего хлеба (1АМ2-14 %) [4, 5].
Внутри влажного пористого хлебопродукта создаются условия для изоэнтропного объемного испарения и кипения жидкости. В отсутствии теплопритоков извне испарение и кипение жидкости приводит к одновременному охлаждению каждой частицы продукта до температуры насыщенных паров воды. Поэтому охлаждение хлеба под частичным вакуумом и в присутствии ультразвукового поля в импульсном режиме существенно ускоряется.
Передвижение одной волны возмущения способствует созданию вакуума у поверхности и подсосу новых порций воздуха-теплоносителя. Мякиш при этом охлаждается быстрее и равномернее, так как при озвучивании ультразвук многократно отражается от стен камеры и изделий и проникает во все трещины и раковины заготовки, снижая термическое сопротивление тепло- и массопе-реносу. При этом важную роль играет звуко-капиллярный эффект, увеличивая массооб-мен с паровой средой аппарата.
При использовании вакуумно-ультразвукового охлаждения повышается объем продукта, обеспечивается равномерная пористость изделия, исключается появление микротрещин на корочке хлеба и хлебобулочных изделий. При этом показатели качества (вкус, цвет, консистенция и др.) не ухудшаются. Более продолжительный срок хранения изделий обуславливается тем, что при вакуумном охлаждении происходит резкое снижение температуры. Известно [1, 2], что максимальное развитие плесневых грибов и прочих микроорганизмов происходит при температуре от 25 до 70 °С. При обычном охлаждении хлебобулочные изделия довольно продолжительное время (от 1 ч до 3 ч) находятся в этой среде [3].
Новизной технического решения является применение синергии эффектов отрицательного давления вакуума (Р=0,05 МПа и ниже), ультразвукового поля в импульсном режиме (интенсивность 1=4,0-5,0 Вт/см2, звуковое давление до 145 дБ) и принудительной конвекции (Б=1,5-2 м/с) для ускорения процесса охлаждения свежеиспеченного хлеба в
полевых условиях без снижения качественных показателей и потерь при усушке [10-13].
Практическая значимость технического решения заключается в значительном сокращении в 5-7 раз времени и обеспечении возможности выдачи готовой продукции потребителям без снижения качественных показателей. При этом не требуется дополнительного помещения для хранения готовой продукции.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В целях апробации и подтверждения эффективности предложенных технических решений и подтверждения эффективности предложенного технического решения была изготовлена экспериментальная установка (рисунок 2). Исследования, проведенные с использованием экспериментальной установки, позволили получить следующие результаты [14].
1) Установлено, что ультразвук в импульсном режиме (интенсивность /=4,0-5,0 Вт/см2) обеспечивает продвижение тепла из центра мякиша по капиллярам. Отрицательное давление вакуума (Р=0,05 Мпа и ниже) внутри камеры охлаждения позволяет обеспечить кипение жидкости при температуре от 70 до 30 оС.
По результатам исследования время на охлаждение хлеба до 30 °С в центре мякиша составило т = 6-7 минут, что ускоряет процесс термостимуляции по сравнению с прототипом на 22-30 %. На рисунке 3 приведены графики динамики температуры и влажности хлеба в зависимости от синергии воздействия отрицательного давления вакуума и ультразвука. Из рисунка видно, что по сравнению с традиционной технологией применение технического решения позволяет сократить время охлаждения хлеба в 6-7,2 раза.
2) Применение синергии полей в предложенном устройстве позволяет преодолеть критический этап формирования бактерий при температуре в 1 о = 70-30 °С, что интенсифицирует процесс охлаждения без снижения показателей качества хлеба и увеличивает срок его хранения. При этом охлажденный хлеб соответствует требованиям стандартов по влажности (ГОСТ 21094-75); пористости (ГОСТ 5669-96); кислотности (ГОСТ 5670-96); количеству мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) (ГОСТ 10444.15-94); бактерий группы кишечной палочки (БГКП) (ГОСТ Р 52816-07), патогенных, в т. ч. сальмонелл
(ГОСТ Р 52814-07); дрожжей и плесневых грибов (ГОСТ 10444.15-94). В таком состоянии изделие готово к нарезке и упаковке.
3) Установлено, что совместное воздействие вакуума и ультразвука в импульсном режиме обеспечивает получение плотной и очень тонкой корочки, препятствующей потере паров мякиша, определяющих в значительной степени аромат и вкус готового хлеба.
4) Выявлена достаточная адаптивность предлагаемых технических решений к сложным условиям эксплуатации и удобство их технического обслуживания, а также надежность всех узлов и автоматики.
5) Обоснованы технические характеристики устройства для интенсификации охлаждения хлеба (УОХ-2) (таблица 1).
Рисунок 2 - Экспериментальное устройство для интенсификации охлаждения хлеба УОХ-2
И »
се
П 80
а
Я 7С
и с
% 60 и
Динамика влажности при традиционном способе охлаждения
Динамика температуры при традиционном спосоое охлажоеныя
1 X Динамика влажности при ускоренном способе охлаждения
/ Динамик
А
Н о о
И
*
св
ч ш
-температура при ускорении
—X—температура —Ж1— влажность при ускорении
- влажность
Время, т. мин
Рисунок 3 - Зависимость производительности устройства для интенсификации охлаждения хлеба УОХ-2 от использования ультразвука в импульсном режиме и отрицательного
давления вакуума
Таблица 1 - Технические характеристики устройство для интенсификации охлаждения хлеба
УОХ-2
Наименование параметра Количественные показатели
Размер, мм 750x470x1800
Материал изготовления Нержавеющая сталь
Производительность за 1 технологическую операцию (масса булки 1,2), кг 192
Время охлаждения, мин 7-10
Площадь охлаждения, м2 0,9
Количество размещенных хлебных лотков, шт 10
Вакуумный насос компрессор поршневой безмасляный FINI CIAO 25/185 с электроприводом
Импульсный ультразвуковой генератор Соловей модель УЗАГС-0,3/22-О
Вентилятор Лопастной
Компрессор Fini Genius 230
Потребляемая мощность, кВт вакуумный насос импульсный ультразвуковой генератор компрессор вентилятор 1,1 0,4 1,1 0,9
Потребляемая мощность, кВт 3,5
Питание от сети переменного тока, В частота тока, Гц 220±22 50
Таким образом, предлагаемое техническое решение, в отличие от существующего аналога, обеспечивает интенсификацию сроков охлаждения хлеба на 22-30 %, снижение усушки готовых изделий в 2 раза, увеличение сроков хранения на 10-18 % и сокращение потребности в складских помещениях и стеллажном оборудовании на 22-25 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 158128 Российская Федерация, МПК А21В 1/00, Устройство для производства хлебобулочных изделий [Текст]/ Романчиков С.А. ^и), Без-гин М.В. ^и), Антуфьев В.Т. ^и), Иванова М.А. ^и), Николюк О.И. ^и), Стулов С.В ^и), Пахомов В.И ^и); заявитель и патентообладатель Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева» ^и). - № 201500836/10; заявл. 12.01.2015 г. опубл. 20.12.2015 г. Бюл. № 35. -10 с. : ил.
2. Пат 2636759. Российская Федерация, МПК А2Ю 8/00 А2Ю 8/02 Способ производства мелкоштучных хлебобулочных изделий [Текст]/ Романчиков С.А. ^и); Безгин М.В. ^и); заявитель и патентообладатель Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования «Военная академия матери-
ально-технического обеспечения» имени генерала армии А.В. Хрулева ^и). — № 2017101776 приор 19.01.2017, опубл 28.11.2017 Бюл. № 34.
3. Романчиков, С. А. Шкаф для термостимуляции хлеба при отрицательном давлении вакуума в поле ультразвука // Вестник Международной академии холода. - 2018. - № 4. - С. 22-27.
4. Романчиков, С. А. Устройство для ультразвуковой ускоренной сушки макаронных изделий в поле инфракрасного излучения // Ползуновский вестник. - 2018. - № 1. - С. 70-76.
5. Верболоз, Е. И. Особенности низкотемпературной тепловой обработки мясопродуктов в пароконвектомате с наложением ультразвуковых колебаний / Верболоз Е. И., Романчиков С. А. // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2017. - Т. 79. - № 3 (73). - С. 35-41.
6. Исследование работы электронного генератора ультразвукового технологического аппарата в импульсном режиме / В. Н. Хмелев, Р. В. Барсуков, Г. В. Леонов, Е. В. Ильченко // Ползуновский вестник, 2014.- № 2.
7. Хмелев, В. Н. Ультразвуковые многофункциональные и специализированные аппараты для интенсификации технологических процессов в промышленности / В. Н. Хмелев. - Барнаул: АлтГТУ, 2007. - 416 с.
8. Малахов, Л. Н. Совершенствование основного технологического оборудования мини-пекарен / Малахов Л.Н., Дьяченко С.В. // Пищевая промышленность. - 2000. - № 3. - С.60-61.
9. Галаган, Т. В. Вакуумно-испарительное
охлаждение пищевых продуктов / Т. В. Галаган // Материалы международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг». - Орел, 2002 г. -С. 93-94.
10. Конвективное и вакуумно-испарительное охлаждение пищевых продуктов / Н. Н. Малахов, Н. Б. Горбачев, Т. В. Галаган, С. И. Меркушев // Краснодар: Известия вузов. Пищевая технология. -№1 . - 2003 г. - С. 89-90.
11. Романчиков, С. А. Инновационные решения для повышения пищевой ценности продовольственного пайка / Романчиков С.А., Николюк О.И. // Ресурсное обеспечение силовых министерств и ведомств: вчера, сегодня, завтра : сборник статей II Международной научно-практической конференции, 2016. - С. 308-311.
12. Романчиков, С. А. Пути совершенствования технических средств продовольственной службы / Романчиков С.А., Фитерер Д.В. // Актуальные
вопросы совершенствования системы технического обеспечения : сборник научных трудов всероссийской научно-практической конференции (с международным участием, 2017. - С. 141-148.
13. Романчиков, С. А. Изменение условий разработки новых продуктов питания для импорто-замещения в условиях экономических санкций / С. А. Романчиков // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2017. -№ 4 (49). - С. 178-183.
14. Акт экспериментальных исследований ООО «СПТ», № 4, 4-5.10.2018.
Кононов Александр Валерьевич, адъюнкт Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева.199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова д.8. e-mail: avkon1976@yandex.ru, тел 8-913-988-30-78.
