Кинетика экструзионного процесса получения хрустящих хлебных палочек Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

нии выхода дробленого ядра; кроме того, при использовании способа ГТО, включающего увлажнение, отволаживание и сушку, существенно снижается содержание расколотых ядер (часть продукта, получаемого проходом через сито с отверстиями размером (1,4*20) мм и сходом сита с отверстиями й 2 мм) в общем выходе целого ядра, что способствует улучшению качества готовой крупы.

ВЫВОД

Оба исследованных способа ГТО позволяют повысить эффективность шелушения зерна овса. При этом если способ ГТО, включающий увлажнение и отволаживание зерна, приводит к увеличению коэффициентов цельности ядра и соответственно снижению выхода дробленого ядра, то способ ГТО с увлажнением, отволаживанием и сушкой — к росту и коэффициентов цельности ядра при одно-

временном снижении выхода дробленого ядра, и

коэффициента шелушения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анисимова Л.В.Анализ изотерм сорбции паров воды зерном гречихи и проса / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1997. — № 6. — С. 49-51.

2. Анисимова Л.В., Захарова Е.В., Свистунова Е.А. Гигроскопические свойства анатомических частей зерна проса // Тр. Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова. Вып. 6:

■ Техника и технология зерна и плодов / Алт, гос. тех. ун-т им. И.И.Ползунова. — Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 1996. —-С. 21-25.

3. Мельников Е.М. Технология крупяного производства. — М.: Агропромиздат, 1991. — 207 с.

4. Грачев Ю.П, Математические методы планирования экспериментов. — М.: Пищевая прсм-сть, 1979. — 200 с.

Кафедра технологии хранения и переработки зерна

Поступила 26.01.99 г.

664.665.002.2

КИНЕТИКА ЭКСТРУЗИОННОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ХРУСТЯЩИХ ХЛЕБНЫХ ПАЛОЧЕК

А.Н. ОСТРИКОВ, О.В. АБРАМОВ, A.C. РУДОМЕТКИН

Воронежская государственная технологическая академия

Исследование влияния условий экструзионной обработки крошки из черствого и деформированного хлеба ЧДХ с добавкой свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката на характер экс-трудирования и качество готового продукта позволяет глубже понять и оценить физику данного процесса.

С этой целью была проведена серия экспериментов при рациональных параметрах экструзионного процесса (температура смеси перед матрицей 433-453 К, влажность 12-15%, скорость вращения шнека 4,95-6,28 с массовая доля добавки свекольно-паточного порошка 3-5%), определенных путем оптимизации параметров экструдирования методом "крутого восхождения”. Полученные результаты оформили в виде табличных данных fl]. Эксперименты проводили в 3-, 5-кратной повторности. В таблицах были показаны средние значения из серии определений, по которым построили графические зависимости (рис. 1-4).

Во всех случаях была выбрана массовая доля добавки свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката 4%, так как при доле добавки 3 и 5% характер кривых практически аналогичен. Графики зависимости температуры продукта от времени нахождения его в экструдере при разлладьх значениях скорости вращения шнека, температуры в предматрице (I — 443 К, II — 453 К), фиксированном значении начальной влажности 12% и массовой доле добавки свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката 4% (рис. 1) свидетельствуют, что разогрев продукта в рабочей камере экструдера происходит гораздо интенсивнее с повышением скорости вращения шнека. При высоких скоростях пищевая смесь находится меньше времени в рабочей камере, что снижает вероятность разложения термолабильных питательных веществ при возрастании температуры в предмат-ричной зоне экструдера. Последующее падение ее обусловлено выходом экструдата из формующего канала матрицы. Повышение начальной влажности смеси также приводило к увеличению скорости протекания процесса экструзии.

Рас

рабоч

вращ<

резки

вплот

темпе

време

BbIXOi

ется , вьют вода когда за счб го K0J перат умен! При I обусл течен данш равнс так ! экстр распл ность Из: си с рабоч попа; ния, но вы 10-21 Пр

перат зоны нить ход п свекс рикат дуем( СТИК1 удель во хр

ядра, и

фов воды вая техно-

t Е.А. Гиг-зрна проса ia. Вып. 6: тех. ун-т Г, 1996. —

юдства. —

вания экс-■200 с.

зерна

65.002.2

¡ая доля »разного

1ВКИ 3 и

1ен. Гра-от вре-

лперату-453 К), зжности ночного :. 1) сви-рабочей ггенсив-:ка. При ся мень-ет веро-тельных 1редмат-1ение ее (ующего • влажно-о скоро-

W. %

:с

-----------¡о

Распределение температуры продукта по длине рабочей зоны экструдера при постоянной скорости вращения шнека 5,23 с 1 (рис. 2) характеризуется резким возрастанием ее, начиная с зоны сжатия вплоть до предматричной области. В матрице же температура продукта, из-за небольшого отрезка времени нахождения в ней, постоянна и при выходе его из формующего канала быстро понижается до 373-380 К. Это связано с тем, что при высоких давлениях и температурах в экструдере вода существует только в жидком состоянии и, когда экструдат попадает в атмосферные условия, за счет испарения воды и выделения значительного количества энергии, происходит снижение температуры. Увеличение мощности ТЭН приводит к уменьшению давления продукта в предматрице при некотором повышении его температуры, что обусловлено реологическими закономерностями течения исследуемой пищевой смеси. Характер данных кривых позволяет установить степень неравномерности выдавливания расплава продукта, так как с увеличением пульсации давления в экструдере уменьшается степень гомогенизации расплава, ухудшается его температурная однородность и, как следствие, качество экструдата.

Изменения начальной влажности пищевой смеси с количеством влаги (12-14%) по длине рабочей зоны экструдера не происходит вплоть до попадания экструдата в зону атмосферного давления, где аккумулированная им энергия мгновенно высвобождается, при этом испаряется примерно 10-20% воды.

Проанализированный характер изменения температуры и давления по времени и длине рабочей зоны экспериментальной установки позволил оценить влияние этих кинетических параметров на ход процесса экструзии крошки из ЧДХ с добавкой свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката, обосновать рациональные режимы исследуемого процесса и получить рабочие характеристики одношнекового экструдера при оптимальных удельных расходах электроэнергии на производство хрустящих хлебных палочек.

Зависимости давления в предматричной зоне экструдера от его производительности 0 при различных значениях влажности смеси (1 — 12%, 2

— 14%), температуры ее перед матрицей и массовой доле добавки свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката 4% представлены на рис. 3. Анализ полученных кривых показывает, что

рабочие характеристики экструдера для всех значений температуры и влажности имеют одинаковый вид, т. е. с увеличением производительности давление в предматричной зоне экструдера сначала растет, а затем с некоторого значения Q уменьшается. Очевидно, что в режиме полностью закрытого выхода при Q = 0 давление в предматричной зоне непрерывно нарастает, а в режиме открытого выхода Q = Qmax — непрерывно падает [2]. В реальном же процессе экструзии с ростом производительности давление продукта достигает некоторой величины, максимально возможной для данных условий работы экструдера, а потом неуклонно снижается. Это вызвано тем, что с интенсификацией механического воздействия на продукт (п -* max, Q -* шах) с некоторого момента происходит образование расплава и снижение его вязкости. Кроме того, все сильнее наблюдается эффект противодавления расплава материала (поток ’’утечки” через радиальный зазор), что в совокупности и обусловливает снижение развиваемого давления. Максимум на кривых смещается снизу вверх в сторону увеличения производительности.

Повышение температуры продукта перед матрицей для всех значений влажности смеси вызывает снижение развиваемого давления, так как интенсивный разогрев материала приводит к большему падению эффективной вязкости продукта и, как следствие этого, к уменьшению его давления.

Зависимость между содержанием влаги в сырье и давлением обратно пропорциональная. С уменьшением начальной влажности давление в предматричной зоне экструдера резко возрастает из-за того, что небольшое количество воды во время экструзии еще больше увеличивает вязкость продукта, и тем быстрее, чем меньше его температура перед матрицей.

Анализ графиков зависимости скорости вращения шнека п и удельных расходов электроэнергии Э от производительности экструдера @ при различных значениях влажности смеси, температуры ее перед матрицей и массовой доле добавки свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката 4% (рис. 4) показал, что между п и <Э существует прямо пропорциональная линейная зависимость. С увеличением скорости вращения шнека производительность экструдера возрастает, причем более интенсивно с повышением температуры продукта в предматричной зоне. Изменение начальной влажности с 12 до 15% (рациональные пара-

метры экструдирования) при увеличении температуры и скорости вращения приводит к росту производительности экструдера. Это обусловлено меньшим сопротивлением движению материала в винтовом канале шнека от зоны загрузки к выходу его из экструзионной машины.

Повышение производительности экструдера приводит сначала к уменьшению удельных расходов электроэнергии нг процесс, а затем с некоторого значения 0 к последующему их увеличению. Наличие экстремумов на кривых 'Э—0 показывает оптимаЛШую область экструзии крошки из ЧДХ, т. е. необходимую производительность экструдера при минимальных удельных расходах электроэнергии на проведение процесса. Возрастание массовой доли влаги в сырье с 12 до 15% при постоянной производительности экструдера приводило к снижению удельных расходов электроэнергии из-за уменьшения вязкости продукта, причем более интенсивно с увеличением его температуры перед матрицей.

При разработке способа производства хрустящих хлебных палочек необходимо знать корреляционную связь между отдельными кинетическими, технологическими и конструкционными параметрами экструзионного процесса. С целью прогнозирования изменения кинетических параметров: температуры и давления исследуемого продукта в рабочей камере экструдера — рассмотренные графические зависимости удалось аппроксимировать методом множественной корреляции, получив следующее регрессионное уравнение:

' Р = -239,67184 - 0,017301 г - 0,92206 У/ + ■ + 1,62975 М + 1,1733 Т + 2,03459 п -- 0.0003 хЧ 0,01684 1Г2 - 0,17376 М2' - ,

- 0,00137 7й - 0,21532 гД ; где Р, Т —давление, МПа, и температура продукта в предматричной зоне экструдера;

г — время нахождения продукта в рабочей камере экструдера, с;

№ — влажность экструдируемой смеси,

п — скорость вращения шнека, с ;

М — массовая доля добавки свекольно-. ... паточного порошкообразного по-' ; луфабриката, %;

- свободный член учитывает конструкционные параметры экструзионного процесса (степень сжатия продукта).

Проверка на адекватность полученного уравнения по значению критерия Фишера (^ асч = 17,49) дала положительный результат.

Таким образом, уравнение, описывающее зависимость давления продукта в предматричной зоне экструдера от переменных параметров экструзионного процесса, позволяет с достаточной точностью прогнозировать его изменение в исследуемом диапазоне значений факторов и сделать предположения о характере протекания процесса термопластической экструзии крошки из ЧДХ с добавкой свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката.

Построение поверхностей равного выхода по регрессионным уравнениям дает возможность наглядно описать кинетические зависимости температуры и давления в предматричной зоне экстру-

\у,%

16

6,18 14

О

1

7.5 \.

7 ЧЧ ' Ч' \ е х5,5 .МП«

\ к

42С 430 ¿-»С ‘¿0 ”','К

4,19

16

¡4

12

У/,%

16

7 МПа4

— - . <. 5Гч V» >-о \5'5 МПа

\4 \ \

420 430 440 450 Т, К.

14

12

6,5 МЛ* ч

\>5 , 4$ N. ^ЛПа

V к

¡о

420 430 440 450 Т, К

Рис. 5

дера от основных параметров процесса переработки многокомпонентных пищевых смесей.

Анализ кривых (рис. 5) позволяет определить закономерности 'изменения давления в зависимости от влажности исходного продукта, его температуры в предматричной зоне экструдера и частоты вращения шнека. Их применение решает задачу выбора оптимальных параметров экструдирования пищевых смесей со свойствами, сходными с ЧДХ, для получения высококачественных экструзионных продуктов нового поколения.

При анализе графиков зависимостей (рис. 1-5) и регрессионного уравнения было установлено, что характер экструдирования крошки из ЧДХ с добавкой свекольно-паточного порошкообразного полуфабриката не противоречит теоретическим основам экструзионного процесса [2-5] и отражает его физическую сущность. Получение хрустящих хлебных палочек возможно при скоростях вращения шнека менее 6,28 с^1, а также при соблюдении остальных рациональных параметров экструдирования [1]. При этом удельные расходы электроэнергии на проведение процесса находились в пределах, сопоставимых с расходами электроэнергии зарубежных промышленных экструдеров [6].

' 1; ЛИТЕРАТУРА г •

1. Абрамов О.В. Разработка способа производства хрустящих хлебных палочек с применением одношнекового экструдера: Дис. ... канд. техн! наук. — Воронеж, 1999. — 241 с.

А.Т.

А.Ж.

Ташк

Пред

Янги

ната:

ресс<

низк

полу

обра:

стокг

Ис

масл;

зател

рафи

меха]

К.ч.,

Цветн

1,0

жел

Влага

Отсто!

В

щело1 устич 16,5 и жите.4 мин, а от ма<^ Сы| (опыт! бам. 8 траци! и про,! в конт] кой К(] ляций В опьп добавл

2-3, 2001

2. Янков В.И., Первадчук В.П., Боярченко В.И. Процессы переработки волокнообразующих полимеров (Методы расчета). — М.: Химия, 1989. — 320 с.

3. Силин В.А. Динамика процессов переработки пластмасс в червячных машинах. — М.: Машиностроение, 1972. — 150 с.

4. Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование / Под ред. А.Н. Богатырева, В.П. Юрьева. — М.: 1994. — 200 с.

5. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (Механика процессов), —г М.: Химия, 1977. — 464 с.

6, Эйгнор М.Б., Парцуф М.Л., Павловецкая С.Н., Овчинникова А.С. Технология производства кондитерских изделий с использованием экструзионной техники: Об-зорн. информ. Сер. Кондит. пром-сть. Вып. 6. — М.: АгроНИИТЭИПП, 1987. — С. 1-32.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 20.12.2000 г.

665.335.9:66.064

ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ДРОБНОЙ РАФИНАЦИИ ХЛОПКОВОГО МАСЛА

реработ-

)ЄДЄЛИТЬ

вйсимо-0 1УМ нечистоты г задачу рования С ЧДХ, грузион-

ис, 1-5) ювлено, ЧДХ с разного ским ос-тражает устящих враще-ІЮДЄНИИ

грудиро-электро-ились в гроэнер-эов [6].

за хрустя-ового экс-1999. —

А.Т. ИЛЬЯСОВ, К.П. СЕРКАЕВ, Д.З. ВАХАБОВА, А.Ж. ЕРКАРИЕВ

Ташкентский химико-технологический институт

В последние годы на маслоперерабатывающих предприятиях Узбекистана — в частности, на Янгиюльском и Кокандском масло-жировых комбинатах МЖК (1991-1996), на Чимбайском маслопрессовом заводе (1998-1999) — при переработке низкосортных хлопковых семян участились случаи получения масла, рафинация которого приводит к образованию трудноосаждаемого неплотного соап-стока.

Исследовали процесс рафинации хлопкового масла, выработанного на Кокандском МЖК, показатели которого представлены в табл. 1. Перед рафинацией масло отфильтровывали для удаления механических примесей.

Таблица 1

Показатели

Черное (сырое) масло

прессовое экстракционное

К.ч., мг КОН 7,53 9,01

Цветность по Ловибонду в

1,0 см кювете при 35 ' желтых, кр. (син.) ед. 56 (1) Не прасм.

Влага и летучие вещества, % 0,64 0,52

Отстой, % 0,18 0,15

В контрольных опытах объекты рафинировали

щелочью концентрацией 300 г/л при расходе каустической соды 15 и 17,4 кг/т (прессовое масло), 16,5 и 18,0 кг/т (экстракционное масло). Продолжительность нейтрализации составляла 25-30 мин, а обводнения соапстока при расходе воды 5% от массы сырого масла — 2-3 мин.

Сырые масла рафинировали по щелочному (опыт 1) и щелоче-карбамидному (опыт 2) способам. В обоих основных исследованиях при концентрации щелочи 500 г/л расход каустической соды и продолжительность процесса очистки были, как в контроле. В связи с использованием более высокой концентрации щелочи расход воды на коагуляцию соапстока выдерживали в пределах 7-8%. В опыте 2 в сырое масло одновременно со щелочью добавляли раствор карбамида концентрацией 40%

(0,25% кристаллического карбамида от массы сырого масла), согласно рекомендациям [1, 2].

Температура масла в начале нейтрализации составляла 23~25°С, а в конце — 60°С [3]. Растворы каустической соды и карбамида при их введении в масло имели температуру 25°С.

Из сравнительных показателей рафинации масла, проведенной с применением одностадийного обводнения соапстока (промышленная технология), виден низкий выход нейтрализованного масла как в контроле, так и в опытах 1 и 2 из-за образования неплотного трудноосаждаемого соапстока. Причем потери масла и его цветность в контроле выше, чем в основных исследованиях, что связано с применением в них высококонцент-|эированных растворов щелочи и карбамида (табл.

Таблица 2

Расход каустической соды, кг/т

показатели Контроль Опыт 1 Опыт 2

11,0 12,4 11,0 12,4 11,0 12,4

Выход нейтрализованного масла, % 69 67 72 70 71 70

Цветность в 13,5 см кювете при 35 желтых, кр. (син.) ед 21 (1) 16 14 (1) 10 14 10

К.ч., мг КОН 0,19 0,16 0,20 0,15 0,14 0,14

Влага и летучие вещества, % 0,15 0,17 0,13 0,15 0,15 0,14

Изменение климатических условий в весенне-летний период (облачность, частые дожди), очевидно, привели к изменению физико-химических свойств фосфолипидов хлопкового масла, т.е. к переходу части из них в трудногидратируемое и негидратируемое состояния. Такие фосфолипиды, оставаясь в составе нейтрализованных масел, при добавлении воды в конце рафинации как амфи-фильные соединения удерживают частицы образовавшегося соапстока во взвешенном состоянии. В результате получается трудноосаждаемый соап-сток, имеющий высокую маслоемкость.

В решении возникшей проблемы мы руководствовались следующими,заключениями, во-первых, необходимо увеличить плотность частиц соапсто-