CC BY
90
663.26.285.1
УВЛАЖНЕНИЕ ГРАНУЛ НА ОСНОВЕ ОТРУБЕЙ
С.П. ВАСИЛЕВСКАЯ, В.Ю. ПОЛИЩУК, В.П. ХАНИН
Оренбургский государственный университет
Структура зерновых отрубей обеспечивает их большую впитывающую способность. Это дает возможность использовать отруби для поглощения влаги из высоковлажных отходов бродильных производств с большим содержанием воды (88-95%). Такой подход использован в безотходной технологии утилизации этих отходов в компонент корма для животных [1].
Технология предполагает увлажнение дисперсионной средой отходов формованных агломератов на основе зерновых отрубей, полученных прессованием в шнековых экструдерах или грануляторах. Кинетика впитывания влаги экструдированными агломератами показала высокую впитывающую способность, позволяющую полностью впитывать дисперсионную среду с растворенными в ней органическими веществами достаточно малым количеством отрубей [1]. Однако высокая энергоемкость экструдирования ограничивает использование экструзии для утилизации отходов бродильных производств.
В связи с этим была исследована возможность формования отрубей пресс-грануляторами, энергоемкость которых ниже, чем шнековых экструдеров.
Изучение процесса увлажнения гранулированных полуфабрикатов проведено построением кривых увлажнения. Образцы предварительно увлажняли смешением с дисперсной фазой пивной дробины до технологической влажности процесса гранулирования, затем гранулировали и непосредственно после этого увлажняли погружением в дисперсионную среду дробины.
Гранулирование проводили на малогабаритном пресс-грануляторе ПГМ-05 с горизонтальной кольцевой матрицей, имеющей фильеры диаметром 10 мм и одним прессующим роликом.
Наполнителем служили пшеничные отруби, а также смесь отрубей с одним из компонентов: измельченной соломой, травяной мукой, дробленым зерном пшеницы. Перечисленные компоненты составляли 10% массы смеси.
Массу образцов определяли через каждую минуту их нахождения в избыточном количестве дисперсионной среды пивной дробины. При определении влажности учитывали, что в дисперсионной среде
содержатся водорастворимые вещества. Влажность вычисляли по стандартной методике.
На всех кривых увлажнения, так же, как и в слу -чае увлажнения экструдированного полуфабриката [1], можно выделить два периода: период постоянной скорости и период падающей скорости впитывания. Продолжительность первого периода 1 мин. Он описывается линейной зависимостью влажности Ш, %, от продолжительности увлажнения /, мин:
(1)
Второй период увлажнения описывается (с коэффициентом детерминации Я2 > 0,92) логарифмической зависимостью
Ш = А2 1п і + В2.
(2)
В зависимостях (1) и (2) Ль Л2, Вь В2 - коэффициенты, зависящие от вида предварительной обработки полуфабриката и применяемого сырья.
Исследование впитывания влаги полуфабрикатом на основе отрубей при начальной влажности после гранулирования 17-25% показало, что на границах этого диапазона скорость впитывания значительно меньше, чем при начальной влажности 19-23%. Поэтому дальнейшие исследования проводили в области максимальной скорости впитывания.
Эксперимент показал, что продолжительность увлажнения образца до начала его разрушения - отделения частиц с поверхности образца - не менее 17 мин. При этом наибольшую устойчивость к разрушению имеют образцы с начальной влажностью 21%. Максимальная достигнутая до разрушения образцами влажность при начальной влажности 19-23% изменяется от 62,2 до 67,6%. Дополнительные компоненты в составе полуфабриката не оказали существенного влияния на процесс впитывания.
На рис. 1 показаны характерные кривые увлажнения полуфабриката на основе отрубей (а) и на основе смеси отрубей с измельченной соломой (б) при начальной влажности 21%.
Точки замеров, нанесенные на графики, свиде -тельствуют о ступенчатом характере увлажнения гранул, которое можно объяснить их неоднородной структурой.
б
а
в
Рис. 1
При разбиении кривой на рис. 1, а на два участка получен график первого участка с постоянной скоростью впитывания, описываемый уравнением (1) с Л1 = 26,2 и В1 = 21, что соответствует начальной влажности образца. График второго участка с убывающей скоростью впитывания описывает уравнение (2) с Л2 = 6,3 и В2 = 46 при Я2 = 0,98. Для кривой на рис. 1, б коэффициенты в уравнении (1) составляют Л1 = 20,5 и В1 = 21, а в уравнении (2) Л2 = 8,1 и В2 = 40 при Я2 = 0,98. В диапазоне начальной влажности от 19 до 23 % скорость впитывания изменяется незначительно: при постоянной скорости 20,5 < Л1 < 26,7, а при убывающей 5,6 < Л2 < 8,7. Коэффициент В2 изменяется от 40 до 51.
В приближенных расчетах времени увлажнения можно принимать Л1 = 24,9 и Л2 = 7,1; В1 равно начальной влажности, В2 = 46.
Рекомендуемое время увлажнения 10 мин. За это время влажность достигает 60% без разрушения гранулы.
Для сравнения на рис. 1, в показана кривая увлажнения рассыпных отрубей при начальной влажности 4%.
Впитывание при постоянной скорости (Л\ = 18,5) происходит здесь менее интенсивно, чем у гранул, а при убывающей скорости (Л 2 = 10,4) более интенсивно. Следовательно, исходное состояние полуфабриката влияет на его способность впитывать влагу.
Исследование впитывающей способности гранул на основе пшеничных отрубей показало возможность их использования в предлагаемой технологии утилизации высоковлажных отходов бродильных производств.
Из схемы материальных потоков и основных операций данной технологии, представленной на рис. 2, следует, что увлажнение является процессом, определяющим ее эффективность. Количество отрубей X, необходимое для впитывания высоковлажных отходов бродильных производств, определяется зависимостью
X = -
»ф + 14» -15»;
»т - »о
(3)
где »ф - влажность дисперсной фазы; 1¥с - влажность дисперсион -ной среды; - технологическая влажность полуфабриката перед
сушкой; »о - исходная влажность отрубей.
Наиболее экономичным будет технологический режим, при котором количество отрубей, равное X, будет увлажняться до технологической влажности процесса гранулирования »г только дисперсной фазой отходов. При этом для полного впитывания отходов должна быть обеспечена предельная технологическая влажность
» =-т.^р
»г ( »ф + 14 Ш- - Шо )-14 Ш- Шо
»ф + 14Г -15»
(4)
Если гранулы разрушаются до наступления величины влажности »т.пр, их приходится увлажнять до
Рис. 2
меньшей допустимой влажности »т.д, обеспечивающей цельность гранул. При этом дисперсной фазы не хватает для увлажнения полуфабриката до влажности »г, и в него, как показано на рис. 2, необходимо дополнительно вводить дисперсионную среду в количестве
(»ф + 14»- - 15»т.д )(» -»о)-
-(»ф - » )(»т.д - »о) ^
А =
(»т.д -»о)(»- -»г )
(5)
В формулах (3)-(5) учтено соотношение между дисперсной фазой и дисперсионной средой, указанное на рис. 2.
Из-за того, что »т.д < »т.пр, используется и обра -батывается большее количество отрубей. Поэтому эффективность предлагаемой технологии снижается с уменьшением »т.д относительно »т.пр.
Влияние влажностей при гранулировании и пе -ред сушкой полуфабриката на технологический ре -жим утилизации показано в таблице.
Таблица
Исходные данные
Результаты
»т.д »т.пр х Аф
19 67,4 67,4 7,27 -
21 72,4 72,4 5,43 -
12 70 96 23 19 76,0 76,0 67,4 4,28 0,31
21 60 72,4 10,7 0,62
23 76,0 0,92
Из таблицы видно, что технологическая влажность при гранулировании »г существенно влияет на предельную влажность при сушке »т.пр. Если »т.пр совпадает с допустимой влажностью при сушке »т.д, влажность при гранулировании сильно влияет на количество отрубей х, необходимое для впитывания высоковлажных отходов.
Если »т.пр не совпадает с »тд при сушке, количество отрубей х определяет »т.д. При этом влажность при гранулировании задает необходимое количество
дисперсионной среды, которое следует добавить в отруби перед гранулированием.
Таким образом, формование полуфабриката на основе отрубей гранулированием может быть применено в безотходной технологии утилизации отходов бродильных производств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Василевская С.П., Николаев А.Н., Полищук В.Ю.
Синтез технологии утилизации отходов бродильных производств. -Казань: ЗАО «Новое знание», 2007. - 170 с.
Кафедра машин и аппаратов химических и пищевых производств
Поступила 14.11.07 г.
664.951.037.5
ДИФФУЗИЯ ВЛАГИ НА ГРАНИЦЕ ТЕСТОВОЙ ОБОЛОЧКИ И НА ЧИНКИ В ЗАМОРОЖЕННЫХ ПОЛУФАБРИКАТАХ
С.В. ФРОЛОВ, В.Е. КУЦАКОВА, М.И. КРЕМЕНЕВСКАЯ,
В.П. ЧИБИРЯК, Н.В. ЧАСТАЯ
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Маркетинговые исследования [1] выявили, что 25% покупаемых населением продуктов питания приходится на замороженные полуфабрикаты, а для 79,4% покупателей решающим фактором при выборе продуктов являются их органолептические показатели. Особенным спросом пользуются блинчики с мясной и фруктовой начинкой. При дегустационной оценке замороженных блинчиков с начинками для 29,7% потребителей важнейшим параметром оказываются свойства тестовой оболочки, а именно слоистость и клеклость. Тестовая оболочка блинчиков после размораживания должна быть слоистой (слои теста не должны слипаться) и не клеклой, тесто не должно быть сырым и липнуть к зубам. Для обеспечения этих свойств, при изготовлении блинчиков необходимо соблюдать необходимую конечную влажность каждого тестового слоя. В процессе формовки, подготовки, замораживания и хранения свойства теста могут меняться. Чаще всего за счет диффузии влаги из начинки тестовое полотно увлажняется, что в свою очередь приводит к частичной или полной потере слоистости, появлению клеклости и снижению органолептических показателей готового
продукта. Количество влаги, продиффундировавшей из начинки в блинное полотно, во многом определяется свойствами начинки, а именно ее влагоудерживающей способностью.
Поскольку за время контакта блинной начинки с блинным полотном до попадания в морозильный аппарат влага не успевает продиффундировать глубоко в тело блина, будем считать начинку и блин полубеско-нечными массивами [2]. Выберем ось х перпендикулярно плоскости раздела блина и начинки, х > 0 отвечает начинке, х < 0 - блину. Концентрация влаги в начинке и блине Сн(х, т) и Сб(х, т) соответственно зависят от координаты х и времени т, с. Пусть в момент времени т = 0 блинная начинка с начальной концентрацией влаги С н0), кг/м3, приходит в соприкосновение с блином с концентрацией влаги С^0) < С®. Влага начинает диффундировать из начинки в блинное полотно.
Математическая постановка задачи выглядит следующим образом:
-Сн.
9т
■= А,
2С„
х > 0 ;-
-Сб
9т
2С
х< 0;
9х2 9т и 9х2
-С -С
Сн (0, т) = С6 (0, т); Ан —- (0, т) = А (0, т);
9х
Сн (х,0) = Сн0); Сб (х,0) = Сб0).
9х
(1)
Рис. 1
Рис. 2
