CC BY
17
УДК 664.6.002
ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
TECHNOLOGY OF PASTA FORMATION WITH THE USAGE OF THE ELECTROMAGNETIC FIELD OF ULTRAHIGH FREQUENCY
В. С. Иванов, Г. В. Новикова V. S. Ivanov, G. V. Novikova
ФГОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. Высокотемпературный режим формования макаронных изделий достигается воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ). Для реализации такого режима разработан пресс, рабочая камера которого является объемным резонатором СВЧ-установки. При этом нагнетающий шнек обеспечивает пульсирующий режим при эндогенном нагреве сырья.
Abstract. High- temperature conditions of pasta formation are attained by the impact of electromagnetic fields of ultrahigh frequency (UHF). To implement such conditions a press, the working chamber of uhich is a volumetric resonator of (UHF) appliance is designed. At the same time a forcing screw provides a pulsating mode with endogenous heating of materials.
Ключевые слова: макаронный пресс, электромагнитное поле сверхвысокой частоты, высокотемпературное формование макаронных изделий.
Keywords: macaroni press, electromagnetic field of ultrahigh frequency, high-temperature formation ofpasta.
Актуальность исследуемой проблемы. В России объем производства макаронной продукции в год составляет 700.. .800 тыс. тонн при потреблении на душу населения около 7 кг и импорте макаронной продукции до 200 тыс. тонн. Что касается технологического оборудования, следует отметить, что дальнейшее развитие макаронного производства идет по пути совершенствования технологии и техники замеса, формования теста, сушки изделий. В этой связи актуальна разработка технологии и технических средств, обеспечивающих высокотемпературные режимы формования макаронных изделий, позволяющих ускорить процесс.
Научную новизну представляют технология и разработанная, изготовленная установка для высокотемпературного формования макаронных изделий с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ), рабочие режимы и комплекс ее конструктивно-технологических параметров.
Материал и методика исследований. С опорой на объективно существующие закономерности процесса эндогенного нагрева продуктов решена научно-техническая задача - разработка установки, обеспечивающей эффективные теплообменные процессы при использовании пульсирующих режимов СВЧ-нагрева сырья.
Результаты исследований и их обсуждение. Традиционный низкотемпературный режим формования макаронных изделий имеет чрезмерную продолжительность. Режимы высокотемпературного формования изделий предполагают конвективный или кондук-тивный методы подвода энергии. Традиционные режимы формования макаронного теста, используемые на шнековых прессах, допускают повышение температуры теста перед матрицей до 50...55 оС, исходя из того, что при больших температурах происходят денатурация белковых веществ, потери связующих свойств клейковины, следовательно, ослабление структуры макаронных изделий [1]. Более интенсивным методом передачи энергии сырью является воздействие на него электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона. Большая стоимость СВЧ-энергии по сравнению с кондуктивным методом перекрывает экономию от сокращения длительности формования изделий. Но при СВЧ-нагреве сырья испаряется влага, что может привести к образованию внутри сырых изделий паровоздушных пузырьков. В то же время, как показали исследования, эти недостатки можно преодолеть путем использования пульсирующих режимов, которые предусматривают чередование периодов эндогенного нагрева и остывания изделия.
Технологический процесс высокотемпературного формования макаронных изделий с использованием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) включает следующие операции: 1) подачу сырья в резонаторную камеру; 2) эндогенный нагрев сырья; 3) нагнетание теста в формующую головку; 4) формование макаронных изделий (рис. 1).
Готовая макаронная продукция
Рис. 1. Схема процесса формования макаронных изделий: 1 - СВЧ-генератор; 2 - излучатель;
3 - нагнетающий шнек; 4 - матрица; 5 - решетка; 6 - прижимное устройство;
7 - диэлектрический подающий шнек; 8 - вал для привода; 9 - диэлектрическое прижимное устройство;
10 - вторая решетка; 11 - крестообразный нож
На рис. 2 представлено реальное исполнение опытного образца установки для высокотемпературного формования макаронных изделий. Проектируемая электродинамическая система СВЧ-установки, т. е. рабочая камера, в которой происходит воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты, является резонаторной. В качестве объемного резонатора использовали замкнутый с обоих концов волновод с трапецеидальным поперечным сечением длиной, равной целому числу полуволн. Основные задачи при расчете и конструировании рабочих камер состоят в согласовании рабочей полосы частот резонатора и генератора и равномерном нагреве сырья. Объем камер должен быть достаточно большим для обработки значительного количества теста и полного использования мощности СВЧ-генератора.
а) б)
Рис. 2. Оборудование для высокотемпературного формования макаронных изделий: а) вид сверху, где виден объемный резонатор; б) вид сбоку с генераторным блоком, установленным над объемным резонатором
При увеличении продолжительности СВЧ-нагрева влажность сырья быстро снижается, что обусловлено ростом температуры внутренних слоев изделия. Поскольку сырье является пластичным материалом, резкий нагрев ее внутренних слоев приводит к превращению внутренней влаги в пар, который, расширяясь, образует пузырьки, снижающие прочность готового изделия и ухудшающие ее внешний вид. Поэтому необходимо использовать пульсирующий режим формования макаронных изделий. Для обеспечения такого режима в рабочей камере предусмотрен нагнетающий шнек, который расположен так, что является элементом стенки резонаторной камеры. Когда сырье находится между витками шнека, оно подвергается воздействию ЭМП СВЧ; при повороте шнека сырье окажется внизу, т. е. за рабочей камерой, в это время сырье отволаживается. Таким образом, происходит чередование периодов «нагрев - отволаживание». При нагнетании уплотненного нагретого теста к матрице в шнековой камере внутренние слои теста испытывают постоянные деформации сдвига и смещения слоев. Наблюдается турбулентный характер движения теста. При увеличении температуры до 60 оС структура теста не фиксируется: денатурирующаяся клейковина, находящаяся в постоянном смещении, не может сформировать устойчивую структурную решетку вплоть до продавливания теста через отверстия матрицы. Набухающие зерна крахмала увеличивают свою пластичность, повышая текучесть теста. В результате увеличение температуры приводит к постоянному росту скорости выпрессовывания изделий и снижению давления прессования.
Резюме. Использование пульсирующего многократного СВЧ-нагрева сырья при всех проанализированных интенсивностях нагрева позволяет значительно сократить энергетические затраты на формование макаронных изделий и получить изделия хорошего качества без трещин, со стекловидным изломом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Медведев, Г. М. Технология макаронного производства / Г. М. Медведев. - М. : Колос, 2000. - 272 с.
