Процессы и аппараты пищевых производств. Рубрика в журнале - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Управление процессами влагопереноса при хранении кондитерских изделий студнеобразной консистенции
Статья научная
Кондитерские изделия студнеобразной консистенции при хранении подвержены, преимущественно, физическим изменениям, таким как черствение или увлажнение, однако, есть отдельные случаи их «плесневения» или брожения, причиной которых являются процессы влагопереноса, а движущей силой - градиент активности воды. Скорость перехода воды из одной фазы в другую зависит от разности равновесной и рабочей концентраций, физических свойств системы и «гидродинамической обстановки» процесса. Связь между факторами устанавливается при помощи уравнений диффузной кинетики. Исследовано влияние различных факторов на процессы влагопереноса кондитерских изделий студнеобразной консистенции на примере желейно-фруктового мармелада. Показано, что увеличение температуры хранения на 10 °С приводит к увеличению скорости влагопереноса желейно-фруктового мармелада, изготовленного без использования модифицированного крахмала, в 2,2 раза. Использование 2 % различных видов модифицированного крахмала позволяет уменьшить скорость влагопереноса желейно-фруктового мармелада в 1,3-1,7 раза. Использование модифицированного крахмала Е1412 позволяет уменьшить скорость влагопереноса в 1,7 раза по сравнению с контрольным образцом мармелада без добавления модифицированного крахмала. Использование модифицированного крахмала Е1401 при изготовлении желейного мармелада прогнозирует повышение сохранности изделий (отсутствие «корочки» при хранении). Для прогнозирования потерь влаги при хранении кондитерских изделий студнеобразной консистенции предложено использовать коэффициент молекулярной диффузии, который позволяет обосновать вид структурообразователя, толщину используемой упаковки и температуру хранения изделий с заданным сроком годности. Коэффициент молекулярной диффузии желейно-фруктового мармелада находится в диапазоне значений от 0,56?10-13 м2/с до 2,04?10-13 м2/с. Максимальный коэффициент соответствует наибольшей скорости процессов влагопереноса.
Бесплатно
Статья научная
В статье показана актуальность работы по созданию установки для дымогенерации позволяющей, повысить интенсивность процесса дымогенерации и надежности работы установки, за счет более эффективной генерации тепловой энергии в электромагнитном поле и своевременного разделения продуктов пиролиза.
Бесплатно
Статья научная
Разработана установка с автоматической системой управления для приготовления сбивного теста, которая позволяет отслеживать текущие значения всех режимных параметров, автоматически поддерживать их на установленном уровне или изменять в соответствии с предусмотренным алгоритмом управления. При необходимости контролируемые параметры должны выводиться для визуального контроля процесса, а также сохраняться в памяти компьютера, используемого в АСУ для последующего анализа, расчетов и поиска оптимальных значений.
Бесплатно
Учет активности воды в расчетах скорости усушки пищевого продукта
Статья научная
При холодильной обработке и хранении пищевого продукта происходят потери его массы вследствие усушки. Потери массы и качества пищевого продукта определяются температурными и влажностными параметрами окружающей среды и активностью воды самого продукта. Применение существующих формул для расчета тепломассообменных процессов холодильной обработки и хранения пищевых продуктов является ограниченным, так как они не учитывают активность воды и ее температурную зависимость от этого параметра. Получена формула для расчета скорости усушки пищевого продукта, учитывающая гигротермические и теплофизические параметры продукта и окружающей среды, а также условия тепломассообмена. В ней учтен технологический показатель «активность воды», с ростом которого скорость испарения влаги с поверхности продукта линейно возрастает. Для установления зависимости активности воды пищевых продуктов от температуры в области их отрицательных значений предложено использовать аналог тканевой влаги, обладающего свойствами разбавленного недиссоциированного молекулярного раствора...
Бесплатно
Учет потерь на вихревые токи в обмотках электродвигателей с полым якорем
Статья научная
Приведено обоснование целесообразности учета потерь на вихревые токи в обмотках малоинерционных электродвигателей постоянного тока с беспазовыми магнитоэлектрическими системами. Возросшая за последнее время мощность этих электродвигателей (за счет применения высококоэрцитивных постоянных магнитов) вызвала увеличение объёма меди в воздушном зазоре, а также величины магнитной индукции. Всё это явилось причиной возникновения существенных вихревых токов в обмотках, вынесенных в воздушный зазор, и, следовательно, необходимости учёта потерь от этих токов. Экспериментально получена зависимость потерь на вихревые токи от частоты вращения для электродвигателя постоянного тока с полым якорем мощностью 350 Вт. Величина этих потерь может достигать 30% от номинальной мощности электродвигателя. Рассмотрен механизм возникновения потерь. Вихревые токи возникают в зонах с переменной магнитной индукцией и вызывают появление силы, которая направлена навстречу вектору скорости и тормозит якорь. Показаны направления этих токов, векторы магнитной индукции, напряжённости магнитного поля и силы, действующей на проводник обмотки и тормозящей якорь. Предложены методы уменьшения потерь: дробление контуров вихревых токов, а также достижение равномерного распределения магнитной индукции в межполюсном пространстве электродвигателя. Показаны их сильные и слабые стороны. При дроблении контуров обмотки возникают уравнительные токи. Для устранения потерь на уравнительные токи необходимо обязательно применять транспозицию проводников. Приведена уточненная формула для нахождения потерь на вихревые токи в обмотке якоря, проводники которого выполнены в виде жгута из нескольких проволок. Формула показала хорошую сходимость с экспериментальными данными.
Бесплатно
Фильтрование механоактивированной морской воды
Статья научная
В данной статье представлены результаты комплексного экспериментального исследования воздействия механоактивации (виброактивации, вибромеханоактивации) на процесс фильтрования морской воды через фильтрующие перегородки, выполненного на физических моделях в лабораторных условиях, приближенных к производственным. В ходе экспериментальных работ определены основные показатели процесса фильтрования морской воды, на основе которых построены кривые, характеризующие зависимости данного процесса от применяемых режимов механического воздействия, а именно определены: средняя пропускная способность бумажного, тканевого и насыпного фильтров (песок, гравий) при фильтровании морской воды без ее предварительной активации, после ее предварительной виброактивации и вибромеханоактивации в течении 120 секунд при одинаковых условиях (температура воздуха в помещении, исходная температура воды, объем фильтруемой жидкости, ее масса, объем и высота столба и прочее); средняя разница давлений и средний объемный расход. Установлено, что виброактивация и вибромеханоактивация морской воды способствуют повышению пропускной способности - бумажный фильтр: виброактивация (до 60%), вибромеханоактивация (до 78%); тканевый фильтр: виброактивация (до 8%), вибромеханоактивация (до 71%); насыпной фильтр: виброактивация (до 41%); вибромеханоактивация (до 116%), прослеживается явное преимущество вибромеханоактивации перед виброактвацией: бумажный фильтр (на 18%), тканевый фильтр (63%), насыпной фильтр (75%). Наряду с этим исследование морской воды до и после механического воздействия нашло свое отражение в виде анализа изменения физико-химических показателей таких как температура, водородный показатель, плотность, соленость и общее количество растворенных твердых веществ, которые оказывают влияние на полученный результат.
Бесплатно
Фильтрование подсолнечного масла в поле виброакустического воздействия
Статья научная
Очистка сырого нерафинированного подсолнечного масла наряду с удалением первичных продуктов окисления актуальной задачей является удаление твёрдых составляющих, образуемых при переработке семян подсолнечника. Все они независимо от химического состава негативно воздействуют на качество пищевого продукта и с течением определенного времени насыщают масло коагулянтами, воздействующими на его органолептические и физико-механические характеристики. Рассмотрена задача очистки нерафинированного подсолнечного масла фильтрованием с использованием виброакустического воздействия. Приведена рассчетная схема процесса, и разработана экспериментальная установка, позволяющая изменять угол наклона фильтрующего элемента. Проведены исследования фильтрования подсолнечного масла в поле виброакустического воздействия. В исследовании принято решение о расширении энергетических воздействий для создания в жидкой среде совокупной системы, улучшающей гидродинамическую обстановку в масштабе установки для очистки масла. Установлено, что скорость процесса можно интенсифицировать путем создания дополнительных микропотоков, обеспечивающих активное воздействие на движение жидкости, газа и твёрдых частиц. Получены результаты, свидетельствующие об эффективности использования виброакустического воздействия при фильтровании подсолнечного масла.
Бесплатно
Формализация инновационных процессов развития техники пищевых технологий
Статья научная
Повышение эффективности научных и инженерных работ по развитию методов преобразования сельскохозяйственного сырья в продукты питания - важнейшее условие выхода перерабатывающих и пищевых отраслей АПК в шестой технологический уклад. Цель статьи - формализовать процесс создания прогрессивной техники технологий продуктов питания. Рассмотрен процесс самоорганизации технологической системы, представлена модель двухконтурного механизма управления применительно к процессам пищевых технологий. Показано, что в процессе адаптационного развития технологической системы целенаправленно совершенствуется как структура, так и функционирование системы: повышается эффективность взаимодействия с внешней средой. При этом сглаживаются противоречия технологической системы и ее главное, основное техническое противоречие: «производительность - качество». Рассмотрены действия, которые необходимо предпринять, чтобы обеспечить технологической системе условия для интенсивного развития. Сделано заключение о том, что потенциал развития одних технологических систем скрыт в перспективе работ по их автоматизации, а других - связан с адаптационным развитием процессов в конкретных машинах, аппаратах и биореакторах. В статье показано, что инновационные, действительно прорывные разработки, ведущие к созданию принципиально нового технологического оборудования и новых поколений технологических систем, возможны лишь при установлении закономерностей организации, строения, функционирования и развития открытых систем, какими являются современные технологии АПК. При этом механизм управления технологическим объектом выступает как стержень адаптационного развития, который реализует антиэнтропийную сущность управления объектом, формализуя инновационный процесс создания прогрессивной техники пищевых технологий.
Бесплатно
Статья научная
Сущность формализованного подхода к экстремальному управлению процессом сушки растительного сырья перегретым паром состоит в том, что коррекция режима сушки осуществляется в зависимости от начальной влажности и температуры исходного продукта. При этом ведется поиск оптимального расхода исходного продукта, соответствующего максимуму удельной производительности сушилки по испаренной влаге.
Бесплатно
Статья научная
Приведено описание существующего способа получения инвертного сиропа стадийно в большом объеме в условиях использования одного вида потока энергии. Целью настоящей работы является разработка принципов перехода от макростатического равновесия к разработке каждого микростатического объема жидких дисперсных систем в процессе их получения в условиях неравновесного состояния, создаваемого совмещением двух видов кавитационных воздействий: гидродинамического и акустического воздейстия. Описаны свойства дисперсных систем и выбран объект исследований - инвертный сироп с количеством сухих 80% и редуцирующих 79-80% веществ. Инвертный сироп со 100% инверсией сахарозы на глюкозу и фруктозу широко применяется при производстве мучных кондитерских изделий и ряда пастило-мармеладных изделий. Установлены принципы образования агрегатов из молекул сахарозы на стадии растворения сахара, образование пустот и зарождение пузырьков газовой фазы. Рассмотрены условия создания неравновесного состояния сиропа в условиях использования двух видов потоков энергии, путем совмещения гидродинамической и акустической кавитации. Показан характер преобразования состояния пузырьков в условиях изменения геометрии потока газожидкостных систем и возбуждением в них звуковых колебаний. Описан механизм структурообразования газо-жидкостной системы в условиях влияния акустических колебаний на структуру. Показан характер превращения высококонцентрированных газожидкостных систем после схлопывания пузырьков газовой фазы, что явилось определяющим фактором образования новых видов материалов. Практическим выходом настоящей работы явилось создание инвертного сиропа со 100% содержанием фруктозы и глюкозы в сухих веществах. Получение эмульсии для мучных кондитерских изделий, и мармелада на основе свежих фруктов и овощей. Эффективность совмещения двух видов кавитационного воздействия открывает перспективу создания новых видов кондитерских изделий с принципиально новыми свойствами, с сохранением нативных витаминов и микроэлементов.
Бесплатно
Численные подходы к моделированию процесса экспандирования
Статья научная
Кормопроизводство в настоящее время переживает период интенсивного обновления и внедрения самых современных технологий и оборудования. В настоящее время все чаще применяются такие приемы как поджаривание ячменя, экструдирование зерна, пропаривание и плющение зерна, взрыв в кипящем слое, обработка инфракрасными лучами зерновых и зернобобовых компонентов с последующим плющением и одноразовое или двухразовое гранулирование очищенного целого зерна без увлажнения в матричных прессах с последующим измельчением гранул. Упомянутые способы требуют специальных аппаратов, машин, вспомогательного оборудования, создаваемых на базе разными способами составленных математических моделей. При поджаривании, моделируя возникающие в рабочей камере тепловые поля, обеспечивают такие условия, распада части крахмала до моносахаров, что делает зерно сладковатым на вкус, но при этом вследствие денатурации белка несколько снижаются переваримость протеина и доступность аминокислот. Зерно поджаривают в основном для молодняка животных с целью приучения их к поеданию корма в раннем возрасте, стимуляции секреторной деятельности пищеварения, лучшего развития жевательных мышц. Кроме того, высокая температура губительно действует на бактериальную обсемененность и различные виды грибов зерна, что позволяет в значительной степени избежать возможных заболеваний желудочно-кишечного тракта. Данный метод нашел широкое применение непосредственно в хозяйствах. Применяют при использовании в кормлении животных и зернобобовые: горох, сою, люпин и чечевицу. Эти корма предварительно измельчают, а затем в течение 1 ч варят или пропаривают 30–40 мин. в кормозапарнике. Такая обработка кормов позволяет инактивировать находящиеся в них антипитательные вещества, снижающие эффективность их использования. После обработки зернобобовые используют в качестве белковых добавок в количестве 25–30% от общей питательности рациона. Но рекомендуется варить и запаривать зерно хорошего качества. Недоброкачественное, длительно хранившееся и пораженное патогенной микрофлорой зерно подлежит обязательной обработке. К числу наиболее перспективных в настоящее время относят технологию экспандирования.
Бесплатно
Статья научная
Одним из перспективных направлений совершенствования процессов переработки растительного сырья является биоконверсия с использованием ферментных препаратов, применение которых позволяет существенно изменить, интенсифицировать и усовершенствовать существующие технологии получения продуктов питания как систему энергоэффективных процессов. Объектом исследования является ферментный препарат инулиназы Bacillus polymyxa 29, обеспечивающий превращение растительного полимера инулина во фруктозу. Фруктоза имеет повышенный интерес в пищевых технологиях как более безопасная для здоровья человека альтернатива сахарозе. Выход фруктозы достигает 90-95%; коэффициент сладости фруктозы выше, по сравнению с сахарозой в 1,73 раза. Получение фермента с максимальной активностью достигается вакуум-сублимационной сушкой при программированном по времени режиме управления теплоподводом с учетом ограничений, обусловленных качеством фермента и экономической целесообразностью процесса. Предложена методология выбора оптимальных решений при вакуум-сублимационной сушке ферментного препарата Bacillus polymyxa 29 по показателю прибыли. Предлагаемый подход позволяет разрешить главное техническое противоречие между производительностью и энергозатратами. Установлена оптимальная загрузка сублиматора, обеспечивающая минимизацию удельных затрат электроэнергии для различных значений начального влагосодержания фермента.
Бесплатно
Эксергетический анализ технологии осциллирующей сушки семян масличных культур
Статья научная
В последние десятилетия эксергетический метод термодинамического анализа стал неотъемлемой частью научных исследований, особенно проводимых в области техники и технологий сушки зерна. Известно, что информация, полученная при проведении эксергетического анализа недоступна при использовании других видов анализа, например, энергетического. В статье продемонстрированы преимущества и перспективы углубленного эксергетического анализа, целью которого является расширение информации, полученной исследователями при анализе энергопреобразующей системы, в разработке стратегий при термодинамическом совершенствовании энергопреобразующих систем, частным случаем которых являются сушилки и холодильные машины. В работе приведена оценка термодинамической эффективности технологии осциллирующей сушки семян масличных культур с учетом степени использования различных видов энергии, затрачиваемых в технологических процессах, исходя из свойств сырья, осуществленной над системой работы и суммарного количества всех видов энергии, привлеченных извне. Основной задачей являлась оценка на основе второго закона термодинамики степени термодинамического совершенства технической системы в целом, а также выявление этапов технического процесса, на которых сосредоточены основные потери эксергии, с целью повышения эффективности ее работы. Для оценки энергоэффективности рассматриваемой технологии нами был выполнен анализ, основанный на методике Бродянского, в соответствии с моделью окружающей среды Шаргута, который показал ее высокую степень термодинамического совершенства за. счет использования отработанных теплоносителей и организации работы системы в замкнутом цикле. Высокая энергоэффективность рассматриваемой теплотехнологической системы свидетельствует о целесообразности использования холодильных машин, работающих в режиме теплового насоса при осциллирующей сушке с организацией замкнутых циклов теплоносителей. Смешивание холодного и горячего воздуха в различных пропорциях дает возможность оптимизировать параметры сушки в соответствии с видом масличного сырья и его начальными свойствами.
Бесплатно
Статья научная
Посредством эксергетического анализа проведена оценка термодинамической эффективности технологических линий холодного отжима растительных масел с учетом степени использования различных видов энергии, затрачиваемых в технологических процессах, исходя из свойств сырья, осуществленной над системой работы и суммарного количества всех видов энергии, привлеченных извне.
Бесплатно
Эксергетический анализ технологической линии производства фруктовых цукатов
Статья научная
Задача эксергетического анализа - оценка на основе второго закона термодинамики степени термодинамического совершенства технической системы в целом, а также выявление тех стадий технического процесса, на которых сосредоточены основные потери эксергии, с целью повышения эффективности ее работы. Использование эксергетического анализа позволяет решать широкий круг технических задач на основе унифицированной термодинамической методики. Эксергетический анализ выполнен по методике, в соответствии с которой теплотехнологическая система производства фруктовых цукатов условно отделена от окружающей среды замкнутой контрольной поверхностью. Схема обмена рассматриваемых теплотехнологических производств фруктовых цукатов материальными, тепловыми и энергетическими потоками с окружающей средой, а также между контрольными поверхностями. Эксергия вводимых в систему внешних материальных потоков: атмосферного воздуха, питьевой воды и раствора лимонной кислоты, а также выводимых потоков, не получивших приращение эксергии в процессе прохождения через контрольную поверхность - отработанных воздуха и воды после мойки, находящихся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, равна нулю. В суммарное количество внутренних эксергетических потерь входят потери от конечной разности температур в результате теплообмена между высушиваемым сырьем и нагретым воздухом, электромеханические, возникающие при необратимом изменении структурно-механических свойств продукта, и гидравлические потери, обусловленные внезапным увеличением удельного объема воздуха при ее поступлении в рабочую камеру сушилки.Полученный эксергетический КПД равен 8,87 %, что на 3,7 % выше, чем при использовании технологии-прототипа, основанной на воздушно-солнечной сушке продукта. Это говорит о повышении степени термодинамического совершенства системы при использовании СВЧ-нагрева продукта в сочетании с отводом влаги в атмосферу низкотемпературным теплоносителем, что исключает значительные внешние потери эксергии на этапе сушки.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены экспериментальные исследования кинетики процесса сушки зерна тритикале при противоточно-прямоточном продувании зернового слоя. В экспериментальной установке осуществлялось программированное изменение направления потока сушильного агента через слой зерна и эмитировались реальные условия подачи сушильного агента через подводящие и отводящие короба шахтной зерносушилки. Анализ кривых сушки и скорости сушки зерна тритикале показал наличие только периода убывающей скорости сушки, в котором интенсивность диффузии влаги значительно меньше интенсивности влагообмена. Организация эксперимента позволила в полной мере обеспечить его адаптацию к промышленным шахтным зерносушилкам, в которых процесс сушки осуществляется в непрерывном режиме. По результатам исследования предложена эмпирическая модель процесса сушки в виде экспоненциальной функции, устанавливающей однозначную функциональную связь между текущей влажностью зерна и основными параметрами процесса: температурой, скоростью, влагосодержанием сушильного агента и толщиной продуваемого слоя. С учетом требований к технологическим режимам сушки зерна тритикале проанализировано соотношение между температурой зерна и его влажностью при различных значениях режимных параметров, которое предложено использовать в качестве ограничения на температурный режим сушки.
Бесплатно
Экструдирование зернового сырья с использованием процесса рекуперации пара
Статья научная
Преимуществом экструзионного процесса переработки сельскохозяйственного сырья в продукты питания и корма перед традиционными технологиями является высокая удельная производительность, энергоэффективность и универсальность использования. Наличие большого количества факторов управления и влияния на качество сырья, таких, как режимные параметры и конструктивные элементы, делают экструзию сложновоспроизводимым процессом при масштабировании или переходе с одной установки на другую. Но этот аспект является причиной максимальной гибкости систем экструдирования и возможности постоянного их совершенствования. Одним из путей развития экструзионнй технологии является совершенствование техники и конструкционных решений в области энергосбережения. Проведены исследования процесса термопластической экструзии помола пшеницы с использованием рекуперации теплоты пара, генерируемого специальной конфигурацией элементов шнеков и его дегазации с подачей в перерабатываемый материал. Для решения поставленной цели использовался модернизированный экструдер Werner&Phleiderer Continua 37, дополненный разработанным рекуперативным узлом и паропроводом...
Бесплатно
Статья научная
Актуальной задачей пищевой промышленности является утилизация вторичных ресурсов переработки плодоовощного сырья и их использование в производстве обогащенных продуктов питания. Это позволяет более эффективно и рационально использовать сырье с большим содержанием биологических активных веществ. Проведены исследования возможности использования нативных выжимок моркови в качестве ингредиента при получении экструдированных, готовых к употреблению продуктов на основе пшеницы. Изучено влияние дозировки выжимок на режимные параметры экструзии и свойства получаемых экструдатов. Установлено, что увеличение содержания выжимок более 20% негативно сказывается на качестве продукта, коэффициент взрыва снижается более чем в 2 раза, насыпная плотность повышается на 40%. Исследован способ дополнительного отбора пара в средней части камеры экструдера непосредственно в процессе варочной экструзии смесей с содержанием выжимок более 20% и влажностью 26,5, 28,9 и 34,5%. Показателем отвода пара являлось снижение давления в устройстве, в результате чего происходило снижение влагосодержания материала в предматричной зоне камеры экструдера...
Бесплатно
Статья научная
Предложен технологический цикл комплексной переработки масличных семян с получением растительного масла, растворимой и нерастворимой фракции из смеси измельченной выжимки с нагретой водой; белка из растворимой фракции, высушенной нерастворимой фракции. Основным принципиальным решением по снижению энергозатрат являлся оптимальный выбор перепадов температур в испарителе и секциях двухсекционного конденсатора при получении сушильных агентов, охлаждающего воздуха и теплой воды. Отклонение от этих значений неизбежно приводит к увеличению потребляемой энергии: понижение температуры кипения хладагента в испарителе на 1о С приводит к необходимости увеличения расхода рабочего пара в эжектор пароэжекторного теплового насоса, а следовательно к перерасходу энергии на 5-7%, а повышение температуры конденсации на 1о С приводит к увеличению расхода энергии на 2,0-2,5%. Предлагаемая технология расширяет границы энергоэффективного сопряжения объектов различных температурных потенциалов на основе утилизации и рекуперации вторичных энергоресурсов...
Бесплатно
Энергоэффективность - важнейший показатель качества пищевых измельчителей
Статья научная
Выполнен краткий анализ способов измельчения технологического сырья с позиций энергоэффективности. Исследования показывают, что разрезание (измельчение) исходного сырья на кусочки определенного размера является наиболее энергозатратным. Существующие конструкции режущих элементов механизмов измельчения (режущее лезвие, режущая кромка) не являются оптимальными с позиций энергоэффективности. Например, режущее лезвие в рабочем отверстии имеет угол заострения, равный 90°, а угол заострения режущего лезвия на лопасти подвижного ножа также находится в пределах 80-90°. Предлагается сделать углы заострения режущих лезвий на лопастях подвижного ножа равными 5-8°. Кроме того, лопасти такого ножа должны иметь во всех поперечных сечениях форму классического клина. Уменьшение угла заострения режущего лезвия в рабочем отверстии решетки до таких величин не удается по конструктивным особенностям (в частности, не нарушая показателей прозрачности). Показаны резервы уменьшения угла заострения режущего лезвия в рабочем отверстии (этот угол может быть меньше 90°)...
Бесплатно
