CC BY
23
УДК 664.6.002
УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ФОРМОВАНИЯ
МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
THE APPLIANCE FOR HIGH-TEMPERATURE FORMATION OF PASTA
В. С. Иванов, М. В. Белова V. S. Ivanov, M. V. Belova
ФГОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. Выявлено, что для снижения энергетических затрат на изготовление улучшенных по структуре и свойствам макаронных изделий необходимо осуществить воздействие электромагнитным излучением на тесто перед его формованием через матрицу. Техническая новизна разработанного пресса заключается в том, что камера, предназначенная для нагнетания теста в формующую головку, служит объемным резонатором сверхвысокочастотной установки. Подача тестовых заготовок в рабочую камеру осуществляется с помощью диэлектрического нагнетателя, привод которого связан с общим приводом пресса.
Abstract. It has been revealed that in order to decrease power expenses while improving structure and properties of pasta, the pastry should undergo electromagnetic radiation before its formation through a matrix. Technical novelty of the developed press consists in the chamber intended for feeding the forming head with pastry that serves as the volumetric resonator of superhigh-frequency installation as well the teeding of the pastry into the working chamber is carried out by means of the dielectric supercharger the drive of which is connected with general drive of the press.
Ключевые слова: макаронный пресс, электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), высокотемпературное формование макаронных изделий.
Keywords: macaroni press, electromagnetic field of ultrahigh frequency, high-temperature formation ofpasta.
Актуальность исследуемой проблемы. Объем производства макаронных изделий в Российской Федерации в 2010 г. составил более 1 млн тонн, а динамика потребительского рынка - 40 млрд рублей в год.
Обзор существующих технологий и технических средств для формования макаронных изделий показывает, что энергетические затраты достаточно высокие, они составляют 5,6 кВт-ч/кг и имеют производительность от 10 до 250 кг/ч. Термообработка макаронного теста на стадии замеса ограничена интервалом температур 60...65 °С, но с целью увеличения производительности пресса возможен кратковременный нагрев теста до более высоких температур [1]. В существующих технологиях это осуществляют путем нагрева матрицы. В этом случае нагревается лишь поверхностный слой формируемого изделия и может происходить заваривание теста.
С целью увеличения текучести теста, позволяющей увеличить скорость выпрессо-вывания, а значит, снизить энергетические затраты на формование макаронных изделий, нами разработан пресс с использованием энергии электромагнитных излучений и возможностью регулирования температурного режима (рис. 1).
Целью настоящей работы является разработка и обоснование конструктивнотехнологических параметров пресса для высокотемпературного формования макаронных изделий при минимальных энергетических затратах. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1) разработать принцип высокотемпературного формования макаронных изделий с использованием сверхвысокочастотной энергии;
2) обосновать режимы и конструктивные параметры пресса для формования макаронных изделий (производительность, удельная мощность и скорость термообработки макаронного теста, энергетический коэффициент полезного действия);
3) разработать, создать и испытать в производственных условиях пресс для высокотемпературного формования макаронных изделий;
4) оценить технико-экономическую эффективность применения модернизированного пресса для высокотемпературного формования макаронных изделий.
Материал и методика исследований. Источником СВЧ-энергии служил генератор Н-MW1317, работающий на частоте 2450 МГц, с потребляемой мощностью 1200 Вт. Измерение частоты электромагнитного поля проводили электронно-счетным частотомером Ч3-34. Контроль биологически опасных электромагнитных излучений (напряженность и плотность потока энергии) около СВЧ-установки осуществляли с помощью измерителя электромагнитных излучений П3-31 (до 40000 МГц, 615 В/м) в испытательной лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Чувашской Республике - Чувашия». Контроль за напряженностью электрического поля осуществляли также с помощью прибора, основанного на принципе свечения газа, интенсивность которого в баллончике при данной частоте прямо пропорциональна напряженности электрического поля.
Результаты исследований и их обсуждение. Известно, что для придания тесту оптимальных реологических свойств производится подогрев головки пресса с помощью электрических нагревателей. Одним из направлений модернизации конструкций пресса, применяемых в макаронном производстве, может быть поиск устройства рабочих органов для заключительной обработки теста перед выпрессовкой, которые будут осуществлять воздействие на продукт более энергетически экономично и благоприятно, чем использование электрических нагревателей в виде ТЭНа.
Для получения тестовой заготовки определенной формы и размера для макаронного изделия тесто прессуется в предматричной камере шнекового пресса и продавливается через отверстия в матрице. В ходе осуществления данной операции тесто подвергается дополнительному механическому воздействию с обработкой в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) с целью изменения структуры и его свойства.
Для теоретического обоснования конструктивно-технологических параметров пресса изучены диэлектрические характеристики макаронного теста в зависимости от температуры нагрева на частоте 2450 МГц. Анализ показывает, что диэлектрическая проницаемость макаронного теста влажностью 10,5 % при изменении температуры от 50 до 125 °С колеблется в пределах 4,6...6,5, а тангенс угла диэлектрических потерь -0,13...0,15.
На основе анализа машинно-аппаратных схем производства макаронных изделий мы сделали вывод, что пресс, разрабатываемый с использованием энергии электромагнитных излучений, следует устанавливать после тестомесильной машины.
Последовательность технологического процесса высокотемпературного формования макаронных изделий в установке следующая: подача сырья в резонаторную камеру; эндогенный нагрев; нагнетание теста в формующую головку; формование макаронных изделий. Разработанный нами пресс состоит из СВЧ-генератора 1, нагнетающего шнека 3, матричного механизма 5, 6, 7, устройства предварительно выпрессовывания сырья 8, 9, 10, 11, 12 и мотора-редуктора 13 (рис. 1).
Исходное сырье подается в загрузочную емкость и нагнетается с помощью шнека 7 в резонаторную камеру 1, где происходит процесс нагрева теста в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. При этом происходит положительное изменение свойств белка и крахмала в каждой частице продукта. Далее макаронное тесто с помощью шнека-нагнетателя 3 продавливается через матрицу 4 и решетку 5, где формуется готовая макаронная продукция. После чего изделия направляются на сушку.
Рис. 1. Установка для высокотемпературного формования макаронных изделий (а) общий вид; б) установка без генераторного блока):
1 - СВЧ-генератор; 2 - корпус; 3 - нагнетающий шнек; 4 - объемный резонатор;
5 - прижимное устройство; 6 - матрица; 7 - решетка формующая; 8 - вторая решетка и крестообразный нож; 9 - диэлектрическое прижимное устройство; 10 - защитный экран; 11 - диэлектрический шнек; 12 - корпус предварительного выпрессовывателя;
13 - привод нагнетающего шнека
В предварительных исследованиях нами было установлено, что при высокотемпературном формовании макаронных изделий за счет использования СВЧ-энергии происходит снижение энергетических затрат при высоком качестве продуктов.
13
а)
б)
Продолжительность воздействия, с
Рис. 2. Динамика нагрева макаронного теста в ЭМП СВЧ при разных удельных мощностях: 1-16 Вт/г; 2-8 Вт/г
При высокотемпературном способе формования сырье следует эндогенно нагревать до 45...50 °С за 8.. .12 с при удельной мощности 16...8 Вт/г соответственно (рис. 2). При этом энергетические затраты составляют 0,028 Вт-ч/г. В базовом варианте при использовании трубчатого электронагревателя матрицы энергозатраты на нагрев макаронного теста составляют более 0,035 Вт-ч/г.
Резюме. На основе разработанного алгоритма согласования конструктивнотехнологических параметров установки для высокотемпературного формования макаронных изделий выявлены эффективные режимы.
Разработанная СВЧ-технология формования макаронных изделий дает реальный эффект при производстве вермишели, лапши, макарон, ракушек и т. п. Разработанная методика расчета и согласования конструктивно-технологических параметров СВЧ-установки является предпосылкой для применения принципиально новой энергосберегающей электротехнологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хромеенков, В. М. Технологическое оборудование хлебозаводов и макаронных фабрик / В. М. Хро-меенков. - СПб. : ГИОРД, 2002. - 496 с.
