Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ПИЩЕВОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ

Беззубцева М.М. 1 Обухов К.Н. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
В статье изложены результаты исследования процесса электромагнитной механоактивации сельскохозяйственного сырья (смеси каковеллы и сахарного песка), которые представлены в виде зависимости степени измельчения от продолжительности обработки и функций распределения зернового состава полученной смеси – полуфабриката шоколадной массы. Полученные данные согласуются с результатами предыдущих исследований. В результате проведенных исследований установлена возможность получения на ЭММА шоколадной массы порошкообразной сыпучей консистенции со стандартизированной степенью измельчения непосредственно из какао-крупки и сахарного песка без предварительного их измельчения.
механоактивация
процесс диспергирования
сельскохозяйственное сырье
измельчающее усилие
1. Беззубцева М.М. Исследование процесса измельчения какао бобов в электромагнитных механоактиваторах // Успехи современного естествознания. – 2014. – №3. – С. 171.
2. Беззубцева М.М. Исследование процесса диспергирования продуктов шоколадного производства с использованием электромагнитного способа механоактивации // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 5-2. – С. 78-79.
3. Беззубцева М.М. Электромагнитное устройство для измельчения и перемешивания продуктов шоколадного производства // Патент России № 2043727, 20.09.1995. Бюл. № 93025336/13.
4. Беззубцева, М.М. Интенсификация классических технологических схем переработки сырья на стадии измельчения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 2-2. – С. 132-133.
5. Беззубцева М.М. Энергосберегающие технологии диспергирования сырья растительного происхождения. В сборнике: Инновации – основа развития агропромышленного комплекса материалы для обсуждения Международного агропромышленного конгресса / Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Комитет по аграрным вопросам ГосДумы РФ, Правительство Санкт-Петербурга, Правительство Ленинградской области, С.-Петербургский государственный аграрный университет, ОАО «Ленэкспо», 2010. – С. 65-66.
6. Беззубцева М.М., Волков В.С. Обеспечение условий управления процессом измельчения продуктов в электромагнитных механоактиваторах (ЭММА) // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2012. – № 7. – С. 93–94.
7. Беззубцева М.М., Ружьев В.А., Волков В.С. Теоретические исследования деформированного магнитного поля в рабочем объеме электромагнитных механоактиваторов с магнитоожиженным слоем размольных элементов цилиндрической формы // Фундаментальные исследования. – 2014. – №6-4. – С. 689-693.
8. Беззубцева М.М., Ружьев В.А., Загаевски Н.Н. Формирование диспергирующих нагрузок в магнитоожиженном слое электромагнитных механоактиваторов // Современные наукоёмкие технологии. – 2014. – №10. – С. 78–80.
9. Беззубцева М.М., Прибытков П.С. Пастернак П.П. Расчет электромагнитного механоактиватора с применением программного комплекса ANSYS // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: сборник научных трудов. – СПб.: Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, 2009. – С. 245–246.
10. Bezzubceva M.M., Ruzhyev V.A., Yuldashev R.Z. Electromagnetic mechanoactivation of dry construction mixes. International Journal оf Applied And Fundamental Research. – 2013. – № 2. – URL: www.science-sd.com/455-24165 (16.11.2013)

Переход предприятий АПК к энергосберегающим технологиям предусматривает разработку и внедрение в аппаратурно-технологические системы переработки растительного сырья инновационных электротехнологий с использованием электрофизических методов механоактивации. Ведущее место при переработке какао бобов в готовую продукцию занимают многочисленные процессы измельчения (механоактивации). Эффективность проведения процессов определяет качественные показатели готовых шоколадных изделий и энергоемкость всего производства. Перспективным направлением в этой области является применение инновационного способа создания измельчающего усилия в магнитоожиженном слое ферроэлементов – размольных органов механоактиваторов. Проведенные за последние годы работы по формированию фундаментальной теории электромагнитного способа измельчения и создание на этой основе аппаратов нового типа – электромагнитных механоактиваторов (ЭММА), расширили представление о возможности практического использования постоянных электромагнитных полей для диспергирования продуктов различного целевого назначения, в том числе и полуфабрикатов шоколадного производства.

Целью исследования является интенсификация процесса механоактивации полуфабрикатов шоколадного производства электромагнитным способом.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования являются кинетические закономерности измельчения полуфабрикатов шоколадного производства при различных энергетических и скоростных режимах работы ЭММА. Анализ закономерностей проведен экспериментально-статистическими методами.

Результаты исследования и их обсуждение

С целью установления времени обработки пищевого сельскохозяйственного сырья шоколадного производства(смеси каковеллы и сахарного песка) [1, 2, 4] на инновационных аппаратах – ЭММА [3, 7, 8, 10] исследованы кинетические закономерности процесса диспергирования в режимах работы устройства [5, 6]: n = 23 с-1, В = 0,4 Тл. Механоактивацию проводили в течение 10 минут. Пробы для дисперсионного анализа отбирали через каждые 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 минут от начала обработки.

Полученные в ходе эксперимента данные представлены в виде зависимости степени измельчения от продолжительности обработки (рис. 1) и функций распределения зернового состава полученной смеси – полуфабриката шоколадной массы (рис. 2).

Анализ полученных результатов показал, что с увеличением продолжительности обработки степень измельчения смеси увеличивается с перераспределением фракционного состава частиц в область более измельченного материала. За 6 минут обработки массовая доля частиц размером менее 50 мкм составляет 97,5 %, за 8 и 10 минут такую же долю составляют частицы размером 40 и 30 мкм. Характерно, что функции распределения частиц в пробах шоколадных масс, полученных за разные промежутки времени, расположены параллельно друг другу, что свидетельствует об одинаковых свойствах гранулометрического состава продуктов, характеризующихся показателем однородности δ =1,59 для всех проб.

Как видно из графика D = ϕ(t), наиболее интенсивно процесс диспергирования происходит за первые 8 минут обработки. При этом содержание контролирующих стандартом фракций размером менее 30 мкм составляет 92,5 % и соответствует требованиям, предъявляемым к качеству обыкновенных шоколадных масс. При увеличении времени обработки от 8 до 10 мин скорость измельчения падает за счет упрочнения частиц при увеличении их дисперсности и за 10 минут количество регламентированных фракций в смеси увеличивается до 97,5 %, что отвечает требованиям стандарта на качество десертного шоколада.

Таким образом, в зависимости от назначения шоколадных масс и технологии обработки (гомогенизации – для обыкновенных сортов шоколада и коншировании – для десертных) процесс механоактивации рецептурной смеси электромагнитным способом практически заканчивается за 8 минут для обыкновенных шоколадных масс и за 10 минут при производстве десертных сортов шоколада. При этом необходимо отметить, что доля мелких фракций (δ < 10 мкм) составляет для обыкновенной шоколадной массы 20 %, а для десертной – 40 %, что примерно в 2 раза меньше, чем при измельчении шоколадных масс на традиционном оборудовании (пятивалковые и шариковые мельницы).

Полученные данные согласуются с результатами предыдущих исследований, что подтверждает правильность предпосылок положенных в основу электромагнитного способа формирования измельчающего усилия [6, 7, 8, 10]. Возможность тонкого управления процессом измельчения позволила подчинить работу ЭММА технологическим требованиям диспергирования и определить рациональные режимы работы для получения продукта с заданным технологией гранулометрическим составом. При величине индукции магнитного поля в рабочем объеме аппарата В =0,37 Тл, частоте вращения ротора n = 23,4 с-1 и коэффициенте объемного заполнения размольными элементами сферической формы диаметром 4 мм К = 0,35 достигается оптимальное соотношение между однородностью шоколадной массы = 1,55 и степенью ее измельчения D = 97,2 % (по Реутову). При этом доля частиц в диапазоне от 10 до 30 мкм увеличивается (по сравнению с традиционными способами измельчения) примерно в 2 раза и составляет 66 %, что приводит к экономии какао-масла в производстве готового шоколада до 2,5 %.

bezz1.tif

Рис. 1. Кинетика диспергирования смеси на ЭММА

bezz2.tif

Рис. 2. Функции распределения частиц смеси, полученной на ЭММА за время обработки τ, мин: 1 – τ = 6 мин; 2 – τ = 8 мин; 3 – τ = 10 мин

В результате проведенных исследований установлена возможность получения на ЭММА шоколадной массы порошкообразной сыпучей консистенции с жирностью Ж = 18,5 % и стандартизированной степенью измельчения непосредственно из какао-крупки и сахарного песка без предварительного их измельчения. Это позволяет интенсифицировать классическую технологическую схему производства шоколадных масс путем сокращения стадий диспергирования (сахарного песка до сахарной пудры и какао-крупки до какао-тертого) [1, 2, 4, 5]. Одностадийное диспергирование сокращает потери сырья (какао продуктов и сахара) с 1,8 % до 1,2 %.

Заключение

Внедрение электромагнитного способа измельчения [7, 8, 9, 10] в технологию производства шоколадных масс позволяет заменить импортное оборудование инновационным отечественным аппаратом (ЭММА), способствует повышению выхода продукции при снижении энергоемкости и улучшении качества готовых изделий.


Библиографическая ссылка

Беззубцева М.М., Обухов К.Н. К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИИ ПИЩЕВОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-2. – С. 232-234;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34818 (дата обращения: 09.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074