Кондитерская промышленность призвана обеспечить устойчивое снабжение населения высококачественными продуктами питания в объемах и ассортименте, необходимых для формирования правильного, всесторонне сбалансированного рациона питания на уровне физиологически рекомендуемых норм потребления.За последние годы во многих кондитерских организациях проведена модернизация производства с оснащением аппаратурно-технологических систем переработки какао бобов импортным оборудованием. Вместе с тем износ производственного оборудования в целом по отрасли составляет 40 процентов. В настоящее время актуальной является проблема модернизации шоколадного производства и наращивания мощностей за счет проведения технического перевооружения предприятий на основе инновационногоотечественного ресурсо- и энергосберегающего оборудования, обеспечивающего повышение качества и снижения энергоемкости готовых шоколадных изделий.
Целью исследования является обоснование возможности улучшения качества и снижение энергоемкости шоколадных масс при внедрении в аппаратурно-технологические системы производства шоколадных изделий электрофизических методов механоактивации.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являются способы интенсификации классических технологических схем производства шоколадных масс путем сокращения и совмещения операций перемешивания и диспергирования рецептурных компонентов сахара и какао. Использованы методы анализа и синтеза.
Результаты исследования и их обсуждение
Многостадийность процесса измельчения в классической технологической схеме производства шоколада вызванаразличными реологическими свойствами рецептурных компонентов (сахара и какао) и отсутствием промышленного оборудования, позволяющего совмещать стадии крупного, среднего, тонкого измельчения и перемешивания в одном аппарате. Поскольку сахар представляет собой хрупкий материал, то рациональным способом для его диспергирования является удар. Пластичное какао эффективнее измельчать истирающими нагрузками в сочетании со сжатием. Результаты исследований прочности частиц сахара и какао при динамических и статических нагрузках представлены на рис. 1, 2 и 3 [1].
Рис. 1. Зависимость энергии начала разрушения частиц сахара (с) и какао (к) разных диаметров размольным элементом сферической формы диаметром d = 6 мм (динамическое сжатие)
Рис. 2. Зависимость раздавливающего усилия Р, создаваемого размольными элементами сферической формы с диаметрами d = 2,4…12 мм и плоским наконечником от размера частиц δ какао
Рис. 3. Зависимость раздавливающего усилия Р, создаваемого размольными элементами сферической формы с диаметрами d = 2,4…12 мм и плоским наконечником от размера частиц δ сахара
Фракционный состав шоколадных масс
|
Размер фракции, мкм |
Доля дисперсной фазы( %) шоколадной массы |
||
|
Установка фирмы Wiener |
Установкаконструкции ПКБ Литвы |
Классический способ |
|
|
63–30 |
3,0 |
2,5 |
2,7 |
|
30–10 |
22 ,2 |
24,2 |
23,9 |
|
менее 10 |
74,8 |
73,3 |
73,4 |
Анализ зависимостей свидетельствует, что реализованный в мельницах способ измельчения [2] предопределяет качество и энергоемкость получаемой готовой продукции.
В технологии шоколадного производства практическое применение получили два основных вида измельчения: при помощи одной поверхности твердого тела (методом удара) и при помощи двух поверхностей твердого тела между валками, дисками или шарами (методом удара, сжатия и истирания). Эти способы диспергирования реализованы в шариковых, восьми и пятивалковых мельницах и др. Технологический эффект диспергированияшоколадных масс на мельницах традиционного принципа действия представлен в таблице [3].
Данные таблицы свидетельствуют о высоком содержании в продукте частиц дисперсной фазы с размером менее 10 мкм. На долю «вредных» фракций приходится около 74 %, что вызывает рост вязкости шоколадных масс и нарушает условия дальнейших технологических операций в производстве шоколадных изделий [4]. Снижение вязкости до регламентированных значений за счет добавления какао-масла увеличивает себестоимость готового продукта и приводит к нерациональному расходу дорогого импортного сырья – какао бобов.
Необходимо отметить, что в настоящее время основным оборудованием для тонкого диспергирования шоколадных масс являются пятивалковые мельницы, выпускаемые зарубежными фирмами Bauermeister, Buhler, Carle Моntari и др. Установлено, что пятивалковые мельницы не отвечают современным условиям производства, так как имеют небольшую производительность (200–500 кг/ч) и высокую энергоемкость (125 кВт∙ч/т), гранулометрический состав продуктов помола находится в широком диапазоне дисперсности. Поэтому в последние годы предпринимаются попытки заменить пятивалковые мельницы другим видом измельчающего оборудования, в частности шариковыми или струйными мельницами. Фирмой Wiener (Голландия) разработана установка для приготовления шоколадных масс, в которой измельчающим устройством является аттритор (шариковая мельница). В процессе циркуляции рецептурной смеси по замкнутому контуру «коншмашина-аттритор-вкусопреобразователь» происходит ее измельчение, гомогенизация и конширование. На установке ПКБ Литвы процесс измельчения и гомогенизации шоколадных масс также происходит непрерывно в шариковой мельнице. Применение струйных мельниц улучшает качество помола только в сочетании с классификатором, что усложняет схему производства и повышает энергоемкость готовой продукции. Применение шариковых и струйных мельниц несколько интенсифицирует классический способ производства и позволяет получить более гомогенную массу, но не приводит к заметным изменениям дисперсности твердой фазы шоколадных масс (таблица), а также не позволяет решить актуальную современную проблему производства – проблему ресурсо- и энергосбережения.
Одним из основных направлений повышения эффективности шоколадного производства является совершенствование классической технологической схемы приготовления шоколадных месс за счет совмещения [5] или сокращения многочисленных стадий диспергирования путем внедрения в конструктивное исполнение мельниц электрофизических методов механоактивациии [6, 7, 8]. Наиболее перспективными являются способы диспергирования продуктов в смеси с мелющими телами при высоких скоростях соударений, которые реализуются в энергонапряженных измельчающих устройствах, использующих для создания измельчающего усилия эффекты электромагнетизма. В нестоящее время для ускорения процессов измельчения и перемешивания продуктов используют переменные (вращающееся, пульсирующее и др.) магнитные поля, воздействующие на ферромагнитные размольные элементы (шары, цилиндры, ролики различных размеров), размещенные в рабочей камере вместе с обрабатываемым продуктом. К таким аппаратам относятся электромагнитные измельчители (ЭМИ), вихревые электромагнитные аппараты (ВЭА) и электромагнитные механоактиваторы (ЭММА).
На основании анализа теоретических и экспериментальных исследований [9,10,11] выявлены следующие преимущества ЭММА:
1. Использование постоянного по знаку и регулируемого по величине электромагнитного поля для формирования в магнитоожиженном слое ферромагнитных размольных элементов ударно-истирающих нагрузок через прослойку обрабатываемого продукта обеспечивает энергонапряженный характер диспергирующих сил и легко подлежит автоматизации, что соответствует требованиям организации процесса измельчения продуктов различного целевого назначения, в том числе и твердой фазы шоколадных масс.
2. Внедрение в линии производства аппаратов типа ЭММА не нарушает технологических условий переработки какао бобов в готовую продукцию и позволяет интенсифицировать классическую схему производства шоколадных масс путем совмещения стадий диспергирования и перемешивания.
3. ЭММА можно рассматривать как усилитель мощности, что позволяет сократить энергоемкость процесса в 1,7 раза.
4. За счет энергонапряженного и управляемого силового воздействия на продукт повышается степень измельчения до 97,2 % и снижается в 1,8 раза массовая доля частиц размером менее 10, что способствует улучшению качества продукции и сокращению расхода дорогостоящего импортного сырья – какао масла на 2,5 %.
Заключение
В результате исследований выявлен энерго- и ресурсосберегающий электромагнитный способ измельчения полуфабрикатов шоколадного производства, реализованный в аппаратах отечественного производства – электромагнитных механоактиваторах. Установлена возможность улучшения качества и снижения энергоемкости шоколадных масс путем ее обработки электромагнитным способом по технологической схеме с совмещенными стадиями перемешивания и измельчения.