CC BY
79
Из уравнения (36)
а Д 5) =
D
A + Bs
(40)
Поскольку А, В и Б - числа, то обратным преобразованием Лапласа получаем
€ l( х #=^DBb € l( х #="DB#ехр
- Ах
B
Окончательное решение получаем в виде
Т(£X) = Т_ +(То-Т_)D (1-X2)exp
B
- АХ B
.(41)
.(42)
Для псевдопластической жидкости (т = 1/3) получаем А = 1, В = 9/40, Б = 5/16, и формула (42) приобретает вид
Г(Х.Х)=Т- +(То -Т-) -(1-X2)exp |--х
9
(43)
Рис. 2
На рис. 2 приведено распределение температурных полей по сечению начинки при Т0 = 65°С, Тс = 150°С при установившемся течении (кривые: 1, 2, 3, 4, 5 - Т0, Ть Т2, Тз, Т4 соответственно).
Проведенные теоретические исследования показывают, что вдали от входа стабилизированное распределение температуры параболическое. Сравнительный анализ решений проводился на ЭВМ в системе аналитических вычислений Мар1е [5] и в математическом
пакете Mathcad [6]. Полученные результаты отличаются незначительно - на 3,5%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аладьев В.З., Богчавичус М.А. Maple 6. Решение мате -матических, статистических и физико-технических задач. - М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. - 824 с.
2. Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. - М.: Химия, 1984. - 632 с.
3. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (Механика процессов). - М.: Химия, 1977. - 464 с.
4. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. - М.: Наука, 1970. - 512 с.
5. Дьяконов В.П. Maple 7. Учебный курс. - СПб.: Питер, 2002. - 672 с.
6. Макаров Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс. - СПб.: Питер, 2003. - 448 с.
Кафедра процессов и аппаратов химических и пищевых производств
Поступила 21.03.07 г.
664.292:66.02
МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПЕКТИНО СОДЕРЖАЩИХ НАПИТКОВ
Л.В. ДОНЧЕНКО, С.А. ДРОЖЖИНА, С.Н. ЕДЫГОВА,
Т.Б. КОЛОТИЙ
Кубанский государственный аграрный университет Майкопский государственный технологический университет
В связи с ухудшением экологической обстановки в ассортименте безалкогольных напитков лечебно-профилактического назначения все большая роль отводится напиткам, обогащенным пектиновыми веществами (ПВ), так как именно в гидратированной форме пектин оказывает на организм человека более эффективное физиологическое воздействие [1-3].
Установлено, что «жидкие» пектины, т. е. пектиновые экстракты, обладают повышенной способностью к комплексообразованию с радиоактивными и тяжелыми металлами, с накапливающимися в организме человека шлаками. Также они обладают антиатеросклеро-тическими свойствами в большей степени, чем раство-
ры сухих пектинов [3]. Поэтому целесообразно получение лечебно-профилактических функциональных напитков на основе жидких пектиновых экстрактов с повышенным содержанием ПВ [1-3].
Известно, что наибольшей комплексообразующей способностью обладают гидратопектины с концентрацией 0,1-1,0%; использование концентратов с содержанием ПВ более 1,0% нецелесообразно из-за вязкости получаемых растворов [2, 3].
По рекомендациям медиков, профилактическая су -точная доза ПВ составляет 2-4 г в сутки. Таким образом, достаточно выпить 1-2 стакана функционального напитка в день для получения профилактической суточной дозы ПВ [3].
Для разработки рецептур функциональных напитков за базовую основу было взято содержание ПВ 0,5%, так как эта концентрация обеспечивает их суточную профилактическую дозу [3].
В период 2000-2007 гг. на факультете аграрных технологий Майкопского государственного технологического университета разработаны напитки профилактического назначения с повышенным содержанием ПВ - Майкопский грушевый и Майкопский грушево-яблочный, чайные напитки Ягодка, Бодрость, Лесной, соковые пектиносодержащие напитки с добавлением пектинового экстракта из айвы.
В сезон переработки свежего плодового сырья на перерабатывающих предприятиях, как правило, не хватает технологических мощностей для одновременного производства соков и напитков из свежих плодовых выжимок, так как они вырабатываются на одних и тех же соковых линиях. Установка дополнительного оборудования сокового производства экономически неэффективна, поскольку оно не используется в межсезонный период. Поэтому целесообразно производить заготовку сырьевых полуфабрикатов в виде сушеных плодовых выжимок, пектиновых экстрактов дикорастущих и культурных плодов с последующей их переработкой в межсезонье перерабатывающими предприятиями на функциональные напитки с повышенным содержанием ПВ.
Экспериментально получены напитки Майкопский грушевый и Майкопский грушево-яблочный, изготовленные из жидкого пектинового экстракта сортосмеси сушеных прессовых выжимок плодов груш, яблок с добавлением сахара и минеральной воды Майкопская. Технологические схемы производства обоих напитков приведены соответственно на рис. 1 и 2.
На переработку не допускается сырье, в котором остаточное количество загрязнителей химической и биологической природы превышает максимально допустимые уровни, установленные гигиеническими
требованиями и стандартными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов. Инспекцию сырья проводят на инспекционном транспортере, отбирая при этом частицы выжимок, подгоревшие, с плесенью, больные, пораженные сельскохозяйственными вредителями, и посторонние примеси.
Сушеные частицы выжимок ополаскивают под душем при давлении воды в душевых насадках не менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) до полного удаления загрязнений с поверхности.
Подготовленные частицы выжимок загружают в двутельные котлы МЗС-244, заливают 0,25%-м раствором лимонной кислоты в соотношении, указанном в рецептуре, кипятят 5 мин при ґ 100°С, охлаждают до ґ 85°С и выдерживают в течение 5 ч.
Полученный экстракт сливают, оставшуюся массу отпрессовывают на прессах и жидкую фракцию добавляют к основному экстракту. Полученный жидкий пектиновый экстракт фильтруют на фильтр-прессах марки Ф-42Ж, либо на прессах других систем, либо через сито с применением фильтрующей ткани.
Сахар пропускают через просеиватель Пионер или просеивают через сито с отверстиями 2 х 2 мм и пропускают через магнитоуловитель.
Подготовка минеральной воды состоит из ее каптажа, вывода на поверхность земли, обработки-хранения, охлаждения, фильтрации и обеззараживания сульфатом серебра по ГОСТ 13273-88 с последующей подачей на смешивание после обработки УФ-лучами.
Полученные жидкий пектиновый экстракт, сахар и минеральную воду загружают в двутельный котел марки МЗС-244б, либо вакуум-аппарат, либо котлы дру-
Сахар
■1
Доставка
Приемка
Лимонная
кислота
і
Доставка
і
Приемка
І
Хранение
Груши -------
свежие
П е
Прессовые выжимки
груш свежих У
Приемка
Сок грушевый
Сок грушевый
Вода Минеральная
питьевая
Фильтрация
вода
Каптажи-
Хранение
Просеивание Инспекция и магнитная сепарация
I
Дозировка
Смешивание, кипячение (ї = 100 С, Т = 30 мин)
О беззаражива ние УФ -лучами • „ і Экстрагирование (кислотный гидролиз) (ї = 95~С, т = 5 ч) Д°зировка
Инспекция
1
Сушка
і
Хранение сушеных выжимок +
Инспекция
Ополаскивание
Дозировка
| рование
* *
Дозировка Первичная обработка
Транспортирование +
Охлаждение
Хранение не более 2 сут
Фильтрование
I
Декантирование пектинового экстр акта
л
Фильтрация
і
Дозировка ________і
Мезга------>
I
Фильтрация Жидкая фракция ♦
Дозировка
Прессование
Сухая мезга У
Корм скоту
Складские
операции
Смешивание компонентов напитка <I
Кипячение, фильтрация, деаэрация, подогрев
у Горячий роз-
_ Фасовка, укупорка, ^ лив в полипастеризация мерную тару
Складские
операции
Груши Яблоки свежие свежие I
+ у
► Сок яблочный
Сахар
і
Доставка
+
Приемка
1
Лимонная Прессовые Прессовые Вода Минеральная кислота выжимки выжимки питьевая вода
і і і + І
Доставка Приемка Приемка Фильтрация Каптажи* V у V рование
Приемка Хранение Хранение Дозировка — ¥
, (не более 3 ч) (не более 3 ч)
I + ♦
Хранение Хранение Инспекция Инспекция У > У і
Просеивание Инспекция Сушка Сушка
и магнитная і (тепловая, (тепловая,
с епарация | с олнечная) с олнечная)
I ^ У
Дозировка Хранение Хранение
У У
Первичная
обработка (А§23О4)
*
Транспортирование
Охлаждение Хранение не более 2 сут , у
Фильтрование Обеззараживание
УФ - лучами
. 1
Смешивание, кипячение (/ = 100 С, т = 5 мин) Дозировка ♦ о
Экстрагирование (кислотный гидролиз) (* 85-95 С, Т = 5 ч)
Декантирование Мезга —> Прессование
Дозировка
Инспекция Инспекция + У
Душирование Душирование У +
Дозировка Дозировка
пектинового экстракта |
Фильтрация Фильтрация Сухая мезга Доз ир овка Жидкая фр а кция Корм с коту
I *
I Дозировка
I У
- Смешивание компонентов напитка <---------
I
Кипячение, фильтрация, деаэрация, подогрев
I
Складские Фасовка, укупорка, Розлив в поли- ^ Складские операции пастеризация У мерную тару операции
гих марок согласно рецептуре, после чего смесь тщательно перемешивают и получают напитки.
Перед фасовкой напитки подвергают деаэрации и подогреву в деаэраторе ДПУ или вакуум-аппарате. Деаэрацию осуществляют при t 30-35°С и вакууме 0,096 МПа, подогрев - до t 80-95°С.
Готовый напиток фасуют в стеклянные банки вместимостью не более 3 л (ГОСТ 5717-91), используя наполнители марок Б4-КНП-1, АНС; в бутылки вместимостью не более 0,5 л (ГОСТ 10117-80) тип Х или XI на вакуумных разливочно-укупорочных автоматах, а также в тару из термопластичных полимерных и комбинированных материалов вместимостью не более 1 л. Стеклянную тару и крышки перед употреблением подвергают санитарной обработке.
Температура напитка перед розливом должна быть не ниже 80°С.
Допускается фасовка готового напитка методом горячего розлива. При горячем розливе напиток нагревают до t 95-97°С в трубчатых или пластинчатых пастеризаторах с автоматическим регулированием температуры или вакуум-аппаратах типа МЗС-320, сразу же разливают в горячие подготовленные к наполнению стеклянные банки и немедленно накрывают их горячими подготовленными крышками.
При фасовании в тару из термопластичных полимерных и комбинированных материалов напитки подогревают до t 20-25°С и подают на фасовку путем горячего розлива в бутылки вместимостью не более 0,5 л на поточно-механизированных линиях.
При использовании для пастеризации непрерывнодействующего пастеризатора ЕК-18 напиток предварительно должен быть нагрет в 3-секционном трубчатом теплообменнике (пастеризатор ЛП-8).
Для дополнительной стерилизации наполненную напитком и накрытую крышкой тару обрабатывают инфракрасными лучами. Излучатели помещают в за-
крытом кожухе над транспортером, по которому проходят банки. В качестве источника ИК-излучения могут быть использованы трубчатые кварцевые лампы накаливания КГ-220-1000-6У4 (ТУ 535-718) или эксгаустеры типа РЗ-КБГ, либо бактерицидные лампы.
После облучения банки с напитком немедленно укупоривают на автоматической укупорочной машине, затем передают на пастеризацию в вертикальных автоклавах марки АВ-2, АВ-4 либо автоклавах других марок.
Технологическая схема производства чайных напитков на основе дикорастущего сырья - Ягодка, Бодрость, Лесной - представлена на рис. 3.
Подготовленное чайное сырье экстрагируют при ґ 95°С в течение 0,5 ч при соотношении сырья и экстрагента 1 : 6. Затем экстракт фильтруют и смешивают с сахарным сиропом.
Для приготовления сахарного сиропа сахар просеивают через сито с отверстиями 2 х 2 мм с магнитным уловителем и дозируют, затем растворяют в воде в соответствии с рецептурой, смесь доводят до кипения в течение 5 мин. Готовый сироп фильтруют.
Подготовленные компоненты - жидкий концентрат чая и пектиновый экстракт смешивают в соответствии с рецептурой. Для улучшения гармоничности вкуса добавляют расчетное количество лимонной кислоты в виде 50%-го раствора.
После смешивания напиток в течение 15-20 с прогревают до ґ 120-135°С, быстро охлаждают до 30-40°С и разливают.
Асептическую фасовку напитка осуществляют на установках Тетра-Брик-Асептик.
Технологическая схема производства соковых пектиносодержащих напитков на основе яблочного сока с добавлением пектинового экстракта из айвы представлена на рис. 4.
Лимонная
кислота
I
Доставка
Приемка
Хр
Хранение
*
Просеивание
Магнитная
сепарация
Дозирование
Приготовление 50%-го ра створа
Подача на смешивание
Пектиновый экстракт из комбинированного сырья
Доставка
Хранение
Фильтрация
і
Дозирование
Чай
I
Доставка
і
Приемка
+
Хранение
Инспекция
Душирование
Дозирование
Экстр агирование У
Фильтрация
Сахар
I
Доставка
Приемка
Хранение
Просеивание
Магнитная
сепарация
Дозирование
Растворение в воде *
Кипячение
Фильтрация
_______I
Смешивание
Смешивание
I
Асептическое
консервирование
Фас овка
V
Укупорка
„ ч
Складские операции
Концентрат ананасового или апельсинового соков
I
Доставка
Приемка
Хранение
і
Фильтрация
+
Дозирование
Яблоки
Доставка
Приемка
Хранение
I
Сортировка
Мойка
I
Инспекция
I
Ополаскива ние Дро бление Бланш ирова ние
Протирание
Дозирование Соединение компонентов <
’ о
Нагревание ( = 60 С) Гомогенизация
I
Деаэрация
* о
Нагревание ( = 80 С) Фасовка
I
Складские о перации
Айвовый экстракт
1
Доставка
Приемка
Хранение
ч
Фильтрация
Дозирование
Сортированные, проинспектированные и вымытые плоды измельчают до размера 3-6 мм. Дробленные или целые плоды для размягчения мякоти нагревают в шнековых подогревателях или дигестерах до 90-95°С.
Извлечение сока проводится на непрерывнодействующих центрифугах НВШ-350, ФГШ-401К или экстракторах типа 2П8-1М. Полученный на центрифуге сок пропускают через финишер.
Подготовленные компоненты - плодовый сок и айвовый пектиновый экстракт дозируют, смешивают в соответствии с рецептурой. Напиток нагревают, гомогенизируют, подвергают деаэрации и подогреву.
Фасуют на разливочных машинах ТБА-19 и ТБА-21, формующих пакет емкостью 0,2 л.
Согласно технологическим схемам, производство новых пектиносодержащих функциональных напитков можно осуществлять на механизированных и автоматизированных линиях сокового производства, включающих следующее технологическое оборудование: инспекционный транспортер ТСИ, сушилку марки Фермерская, двутельные котлы МЗС-244, фильтр-прессы СФ-42Ж, просеиватель Пионер, деаэратор ДТУ, вакуум-аппарат ВНИИКОП, наполните-
ли В4-КНП-1 и АНС, паровой стерилизатор ВК-75, пастеризатор ЕК-18, автоклавы АВ-2, центрифугу НВШ-350.
Таким образом, разработанные технологические схемы позволят перерабатывающим предприятиям рационально использовать оборудование и выпускать высококачественную экологически чистую продукцию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Донченко Л.В. Функциональные продукты питания -проблемы и перспективы пектинового производства // Междунар. конф. «Функциональные продукты питания (Кубань - 2001)»: Тез. докл. - Краснодар, КубГАУ, 2001. - С. 13-18.
2. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродук-тов. - М.: ДеЛи, 2000. - 255 с.
3. Родионова Л.Я. Применение жидких пектинопродук-тов в производстве консервированных изделий и напитков // Хране -ние и переработка с.-х. сырья. - 1994. - № 3. - С. 25-26.
Кафедра технологии хранения и переработки растениеводческой продукции
Кафедра сервиса транспортного и технологического оборудования
Поступила 05.10.07 г.
663.45
МА ТЕМА ТИЧЕСКАЯМОДЕЛЬ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА БРОЖЕНИЯ СУСЛА
Е.Н. КОНСТАНТИНОВ, Т.Г. КОРОТКОВА, Р.С. ШАЗЗО
Кубанский государственный технологический университет
Проектирование спиртовых производств, оптимизация технологического режима брожения, прогноз параметров процесса при переходе на новое сырье или расу дрожжей с использованием минимума экспериментальных данных требует разработки математической модели кинетики процесса брожения.
Брожение рассматривают обычно как ферментативную реакцию [1], которая протекает во всем объеме бродящего сусла. Однако в реальных условиях ферментативные процессы протекают в дрожжах, а наряду с ферментативной реакцией происходит массообмен между поровой (содержащейся в дрожжах) и наружной жидкими фазами и между наружной жидкой фазой и парогазовоздушной смесью, находящейся над ней. Влияние всех этих факторов является аддитивным.
Указанные особенности учтены нами при математическом описании кинетики брожения. Допустим, что ферментативная реакция протекает только в дрожжах по следующей схеме:
F + С12Н22О11 • Н2О • AF ® 4С2Н5ОН + 4СО2 + F,
где С12Н22О11 - сахароза; F - фермент; Н2О - вода; AF - промежу -точный компонент; С2Н5ОН - этиловый спирт; СО2 - углекислый газ; Kl, ^ - константы скоростей прямых реакций; Kз - константа скорости обратной реакции.
Введем обозначения: А - С12Н22О11; В - С2Н5ОН; Г - СО2. Тогда реакцию можно представить в виде
F + А• Н2О • AF ® 4В + 4Г + F.
Фермент не переносится из поровой жидкости твердой фазы в фазу наружной жидкости, т. е. не участвует в процессе массообмена и не теряется при испарении. При применении закона действующих масс для описания скорости ферментативной реакции использованы концентрации в поровой жидкости. Химической реакцией в наружной жидкой фазе пренебрегли.
Массопередача происходит между поровой и наружной жидкостью. При этом спирт переходит из пор в наружную жидкость, а сахар - из наружной жидкости в поровую. Учитывая, что концентрации переносимых компонентов невелики, можно использовать уравнения массопередачи в бинарных смесях.
В результате идентификации получены следующие значения параметров поровой адсорбционной модели [2]:
ЬмА = 5080,13; Aua2 = 2577,17;
N = 0,0570, Na = 0,0249.
' zN. Ъ\ —— 1 zN ^ І2 —— 1
Потери спирта от испарения происходят из-за утечки газов через неплотности и за счет дыхания бродиль-
