Моделирование технологической линии производства яблочно-медового бальзама

Введение. Изменение образа жизни, характера труда, возрастание стрессовых нагрузок, ситуаций и невысокая продолжительность жизни населения Восточной Сибири выдвигают на первый план решение важнейшего комплекса научных проблем по разработке высокоэффективных технологий и созданию на их основе нового поколения отечественных продуктов здорового питания повышенной пищевой и биологической ценности.

Мелкоплодные яблоки и тонизирующие травы Восточной Сибири являются уникальным источником сырья для полуфабрикатов пищевой промышленности, поскольку обладают необходимыми количествами полезных веществ, витаминов, минералов, микро- и макроэлементов [1–4]. Использование яблочномедового бальзама при разумном употреблении насыщает организм человека всеми необходимыми полезными веществами.

Актуальность исследований. Создание новой технологической линии с регулируемыми параметрами и мощностями переработки мелкоплодных яблок в конечный пищевой продукт, насыщенный натуральными биологически активными веществами, направлено на оздоровление и повышение качества питания людей.

Цель исследований. Разработка технологии и модели процессов получения спиртованных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири для улучшения качественного питания населения.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являются звенья технологической линии и закономерности производства яблочно-медового бальзама и ранетки спиртовой в глазури. Использованы методы теории дифференциальных уравнений и переходных процессов для установления состояния отдельных звеньев линии и описания динамики в целом.

Результаты исследований и их обсуждение. Предлагаемый проект технологической линии (рис. 1) включает в себя цикл обработки сырья, план расположения, распределения нагрузки между звеньями и оценку качества готового продукта.

Рис. 1. Схема линии по переработке мелкоплодных яблок

Мелкоплодные яблоки в качестве исходного сырья поступают в бункер В , затем на сортировку А, где гнилые уходят в отходы О , а не подходящие по размеру во вторичное сырье V . Далее яблоки нужных размеров, прошедшие сортировку, поступают на мойку М и вырезание сердцевин С, откуда сердцевины яблок поступают во вторичное сырье V а сами идут на дальнейший этап – спиртование S. После спиртования сушка яблок происходит во время перемещения по транспортеру в аппарат для измельчения и приготовления продукта-глазури G.

Вторичное сырье V спиртуется и подается на пресс-фильтр F 4 , где производится отделение жидкой массы (ароматизированный спирт) от твердой (яблочного жмыха). Жмых поступает во вторичный продукт переработки V 1 , а спирт в общий купажный чан K . В общий чан также поступает ароматизированная вода после грубой фильтрации F 1 ,F 2 ,F 3 из емкостей K 1 ,K 2 ,K 3 и мед D .

В общей емкости К происходит перемешивание для однородности состава и уже перед получением яблочно-медового бальзама N осуществляется последняя стадия – тонкая фильтрация F 3 .

Для моделирования процесса переноса массы сырья при обработке мелкоплодных яблок и тонизирующих трав введем обозначение: W_B(t) - функция состояния бункера с мелкоплодными яблоками; W_A(t) -состояния звена сортировки; W_M (t) - мойки; W_c (t) - вырезания сердцевин; W_s(t) - спиртования; W_G (t) - приготовления глазури; W_{S 1} (t) - спиртования; W_F 4 (t) - пресс-фильтра; W_F (t) - фильтра грубой очистки , W_{F 1} (t)- фильтра грубой очистки ; W_F 2 (t)- фильтра грубой очистки; W_K12 3 (t)— купажного чана № 1,2,3 ; W_K (t)- общего купажного чана ; W_F 3 (t) - функция фильтра тонкой очистки в соответствии со структурой технологической линии (см. рис. 1).

Представим производительности звеньев интенсивностями выходных потоков [5]: λ ВА – перемещение сырья из бункера на сортировку; λ АМ – перемещение отсортированных яблок на мойку и т.д.

Для представления взаимодействий звеньев технологической линии в первом приближении, в соответствии с положением теории переходных процессов, предложена следующая система дифференциальных уравнений:

~г^ = A ba • ^w b ^{(t) -} ^ ao • ^W A ^{(t) -} Л ам ' ^W A ^{(t) -} ^ av • ^w a ^{(t) ;}

dWo(t) dt dWM(t) dt dWc(t) dt dWs(t) dt dWv(t) dt dWS1 (t)

• — ^Л А0 • ^W A ^{(t) ;}

• ^{— Л} АМ • ^ A ^(t) - ^Л МС • ^W M ( УУ ;

= л

= л

• М С • ^W М ^(У) - ^Л CS • ^W С ^(У) - ^Л CV • ^W С (У) ; CS • ^ С (У) - ^ SG • ^W S ⁽ ty

dt dW _F4 (t) dt dW v1 (t) dt dW F (t) dt dW F1 (t) dt

^— ^ AV •^W A ⁽y) + ^Л CV • ^W C (У) - ^ VS 1 • ^W V (УУ

' ^— ^ VS 1 • ^W V (У) - ^ S 1 F 4 • ^W S 1 (УУ

' ^— ^ s₄f₄ • ^W s 1 УУ) - ^ f₄k • ^W f₄ (У) - ^ f₄V ! • ^W f₄ ^(уУ

' ^— ^ F 4 V 1 • ^W F ₄ (0;

• ^— ^ K j F • ^W K 1 (У) - ^ FK • ^W F ⁽УУ

• ’ ^{— Л} K₂F₁ • ^W K ₂ УУ) - ^ F 1 K • ^W F 1 ⁽УУ

d'W. (У) _ _Q ~d^ = ^

dW _K (t) _— ^

• ^W k₃ (У) - A f₂k ’ ^W f₂ (У);

■ F 4 K

+^ F 2 K • ^W F ₂ ^(У) - ^ KF ₃ dW _N (t ) _

^{— -A f} 3 ^N

• • W . (У) + A fk • W f (У) + A dk • W_D (У) + ^k • ^ f_x (У) • Ш к (У);

• •W f₃ (У) .

Методом вычислительного эксперимента при варьировании интенсивностей переходных процессов ^_F 4 _K, A _fk, h_{F 1 K}, X_F^_K, A _Dk , начальных данных показано, что технологическая схема устойчива и получена закономерность изменения массы сырья при обработке (рис. 2).

Рис. 2. Накопление яблочно-медового бальзама в лимитирующем звене массы сырья при обработке на технологической линии: 1 - М в (0) = m i ; 2 - М в (0) = m 2 ; t o - начало и t k - конец выхода продукции

Таким образом, проектирование технологической линии обработки мелкоплодных яблок с оптимальными интенсивностями процессов, сохраняющих функциональность конечного продукта, позволяет, исходя из имеющихся мощностей, определить и установить временные границы производства с учетом выбранных режимов переработки.

Выводы

• 1.    Предложенная модель получения функциональных продуктов – яблочно-медового бальзама и ранетки спиртованной в глазури на основе местного растительного сырья мелкоплодных яблок, меда и тонизирующих трав – позволяет выбрать оптимальные режимы переработки и сохранить большинство полезных свойств сырья.

• 2.    При моделировании технологической линии с изменением времени t масса накопленного продукта увеличивается до уровня загружаемого сырья за вычетом технологических потерь. Установлено, что в конечный момент обработки t к масса сырья достигает своего предельного значения.