CC BY
24
641.1:664.68
ПРОБЛЕМЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭКСТРУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Н. Н. ЛИПАТОВ, В.В. ЮКОВ, Е.В. сллвнов
Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова Пермский институт механики сплошных сред УрО РАЛ
М.:
датва.
В пищевой промышленности и массовом питании экструзию можно охарактеризовать как технологический процесс обработки сырья комплексным воздействием влажности, температуры, давления и напряжения сдвига с целью направленного изменения физико-химических свойств и получения полуфабрикатов и готовых к употреблению экструдированных продуктов.
Экструзионная технология совмещает в одной установке процессы дозирования, кондиционирования, смешивания, транспортирования, сжатия, термической обработки (охлаждения) и формования пищевых материалов. Ее отличают непрерывность технологического цикла, снижение потерь при обработке сырья, высокая степень автоматизации, сравнительно невысокие капитальные затраты, низкий удельный расход энергии, сокращение производственной площади и обслуживающего персонала, экологическая чистота {1].
Экструзия объединяет несколько технологических процессов, однако не обеспечивает всего производственного цикла. Традиционно она включает три стадии: подготовку сырья, экструзию и послеэкструзионную обработку экструдата.
В первую стадию входят дозирование исходных ингредиентов, их перемешивание и подача в экструдер. Основной стадией является собственно экструзия, которая может иметь несколько вариантов (холодная, тепловая и варочная) в зависимости от параметров технологического процесса (влажность материала, температура, давление и напряжение сдвига). Стадия послеэкструзионной обработки экструдата может включать сушку, охлаждение, выпечку, жарку, обогащение вкусовыми добавками, ароматизацию, гранулирование и т.п. [2].
Анализ литературы показал, что в настоящее рремя подготовка сырья к экструзии и собственно экструзия исследованы глубже, чем вопросы послеэкструзионной обработки экструдата. Проблемы интенсификации экструзионных процессов с целью сокращения их продолжительности и доведения до единого производственного цикла определяют потребность изучения
послеэкструзионной обработки экструдата, прежде всего тепло- и массообменных процессов.
Сотрудниками Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова и Пермского института механики сплошных сред УрО РАН проведены экспериментальные исследования экструзии теста в производстве кондитерских изделий. Для этого в лабораторных условиях на капиллярном вискозиметре изучены реологические свойства кондитерского теста, на одношнековом экструдере определены основные технологические параметры экструзии теста, получены результаты послеэкструзионной термической обработки экс-трудатов в пекарском шкафу и фритюрнице.
Результаты экспериментов показали, что в производстве экструдированных пищевых продуктов пенообразной структуры существуют два способа экструзии — с прямым и косвенным экспандированием.
При прямом способе выпрессовыв^емый экс-трудат экспандируется непосредственно в атмосферу с последующей выпечкой или обжаркой и покрытием вкусовыми веществами.
Недостатки прямо экспандированных продуктов:
1. Частичная клейстеризация крахмала и денатурация белков продукта вследствие кратковременности процесса экструзии (10—60 с);
2. Разрушение витаминов и разложение сахаров с образованием карамелей и меланоидинов, вызывающих нежелательное потемнение и ухудшение вкуса и аромата экструдата вследствие высоких температуры (110—170°С) и давления (15—20 МПа) экструзии;
3. Потеря экструдатом вкусовых и ароматических веществ, содержавшихся в исходном сырье, испарившихся вместе с влагой в результате резкого падения температуры и давления в момент выпрессовывания материала из фильеры экструдера в атмосферу;
4. Окисление экспандированного продукта кислородом атмосферного воздуха, проникшего в его поры;
5. Обсеменение экспандированного продукта микроорганизмами атмосферного воздуха.
При экструзии с косвенным экспандированием выпрессовывается плотный полуфабрикат с гелеобразной структурой, который сушится, охлаждается и экспандируется выпечкой в печи или жаркой в жире. Температура экструзии 90— 120°С, давление 5—10 МПа, время обработки 180—240 с. Преимущество такой технологии состоит в увеличении времени экструзии и снижении температуры, что устраняет деструктивные изменения сырьевых компонентов. При этом пищевые и вкусовые характеристики косвенно экспандированных продуктов выше, чем прямо экспандированных, за счет сохранения натуральных свойств сырья.
Недостатки экструзии с косвенным экспандированием в том, что это длительный, малопроизводительный, трудо- и энергоемкий технологический процесс.
Один из путей его интенсификации — экс-трудирование пищевого материала непосредственно в нагретую среду (теплоноситель) без промежуточных процессов сушки и охлаждения экструдата. При этом температура и влажность теплоносителя соответствуют температуре (105— 130°С) и влажности (14—22%) экструдата. В качестве теплоносителя применяются жир, масло, воздух, пар.
В соответствии с предлагаемой технологией термическая обработка экструдата может быть осуществлена в большом объеме теплоносителя или его тонком слое.
С позиций тепломассообменных процессов при экспандировании в большом объеме теплоносителя влагоперенос и термовлагоперенос в продукте осуществляются в противоположных направлениях, что в определенной мере замедляет интенсивность обезвоживания поверхностного слоя экструдата. Суммарное количество влаги, перемещенное при наличии градиента концентраций влаги и температурного градиента, равно разности:
т = т г — ть (1)
ту = — ((1с / йх) X, (2)
где ту— количество влаги, прошедшей через поверхность 5 за время г при градиенте концентраций йс/йх;
Ку- — коэффициент, зависящий от характера связи влаги с материалом и от его структуры;
т1 = — К{ Б {(11 /йх) X , (3)
где т; — количество влаги, прошедшей через поверхность 5 за время X при температурном градиенте й}/йх ;
А-/ — коэффициент, аналогичный К\\у в уравнении (2).
При экспандировании в тонком слое теплоносителя, разделяющем греющую поверхность и поверхность экструдата, направления влагопереноса и термовлагопереноса совпадают, поэтому интенсивность процесса обезвоживания поверхностного слоя экструдата выше. Суммарное количество влаги, перемещенное при наличии обоих градиентов, равно сумме:
т = ту + тг. (4)
Таким образом, экструдирование пищевого материала непосредственно в нагретую среду, температура и влажность которой соответствуют температуре и влажности экструдата, способствует интенсификации экструзионных процессов в производстве кондитерских изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Technical and economic advantages of extrusion cooking / /
Technische Milteilungen Krupp. — 1987. — № 2. — P.
95—109.
2. Ambroziak Z.,MurgrabiaJ. Extrusia-nowoczesna
metoda wytwarzania produkton spozywczych. 1. Tech-
noiogia i urzadzenia // Zagadnienie piekarstwa. — 1987.
— № 2. — S. 1 —8.
Кафедра машин и аппаратов предприятий общественного питания
Лаборатория полимерных материалов Поступила 13.07.92
664.762.003.12
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА КРУПЯНЫХ ПРОДУКТОВ
Г.В. КАЛАШНИКОВ, Ф.Н. ФИЛИППОВА Воронежский технологический институт
Совершенствование производства варено-су-шеных круп является одним из перспективных направлений развития пищеконцентратной промышленности. Главные недостатки выпуска крупяных концентратов — значительные энергозатраты. При этом затраты, связанные с потреблением пара в процессах варки и сушки при производстве крупы, не требующей варки, составляют 4—10% от полной себестоимости продукта. Вместе с тем первый закон термодинамики при исследовании энерготехнологических систем определяет энергию с количественной стороны, не учитывая качества энергии, потребляемой и отдаваемой системой, т.е. способность этой энергии быть превращенной в полезную работу [1]. Этот недостаток ликвидируется эксергетическим анализом, используемым при рассмотрении различных технологических процессов [2, 3].
Для повышения эффективности использования энергетического потенциала теплоносителя при выработке варено-сушеных круп предложена технологическая схема производства [4]. Распределение эксергии по данной схеме, на примере рисовой крупы с промежуточным плющением продукта, представлено на диаграмме потоков Сэнки (см. рисунок), рассчитанной на основе методики определения эксергетических потоков и потери от
необратимости в элементах энерготехнологической системы (4]. На диаграмме приведены также величины показателя эксергии на различных стадиях производства.
Контрольные поверхности: I — ГТО; II — варки;
III — сушки; IV — плющения продукта;
V — подогрева продукта; VI — подогрева воды; VII — калорифера.
Е — показатель, учитывающий содержание эксергии относительно эксергии, поступающей в калорифер сушилки с электрической энергией, %; АЕпм — показатель, характеризующий внутренние потери эксергии от необратимости вследствие тепло- и массообмена, а также потери эксергии внутри соответствующей контрольной поверхности, %; индексы: 1,2,3 — соответственно крупы, воды и теплоносителя; эн и эп — электроэнергия, потребляемая соответственно калорифером и плющилкой; и — соответственно приход и расход; о — потери в окружающую среду; технологические процессы: г — гидротермическая обработка; в — варка: с — сушка; п — плющение продукта; д и т — соответственно подогрев воды и продукта.
Эксергия, поступающая в калорифер сушилки с электрической энергией из внешней среды, для анализа затрат принята за 100%. Процессы гид-
