В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований, направленные на изучение изменения давления в предматричной зоне экструдера от влажности и частоты вращения рабочего органа. В результате установлено, что увеличение частоты вращения рабочего органа n с 80 до 250 мин-1 приводит к увеличению значений давления в предматричной зоне до 25 мПа, такая обработка высоким давлением приводит к различным глубоким изменениям в полизлаковой смеси. Наблюдается сохранение белковых веществ наряду с превращением полисахаридов в более легкоусвояемые олигосахариды, изменяется питательная ценность готового продукта.
Осы жұмыста экструдердің предматрицалық аумағы қысымының өзгеруі, жұмыс мүшесінің дымқылдылық пен айналу жиілігінің өзгеруіне байланыстылығының эксперименталды зерттеулер нәтижелері келтірілген. N жұмыс мушесінің айналу жиілігі 80-нен 250 минутқа дейін ұлғайғанда предматрицалық аумағының қысымы 25 мПа дейін ұлғайғаны анықталды. Мұндай жоғары қысымды пайдалану полидәнді қоспаны әр түрлі терең өзгерістерге әкелетіні анықталды. Ақуыз заттарының өзгергені байқалмағанменен, полисахаридтердің тез сінетің олигосахаридтерге айналатыны анықталды, дайын азықтың тағамдық құндылығы артады.
In this work there are results of experimental tests directed at study of pressure variations in pre- matrix zone of extruder from moisture and frequency of rotation of the working body. Finally it is defined that increase of frequency of rotation of the working body n from 80 to 250 min-1 leads to increase of pressure in pre- matrix zone up to mPa, such treatment by high pressure causes different profound changes in poly-cereal mixtures. Protein substances are preserved along with transformation of polysaccharides into easy digestible oligosaccharides, nutritive value of a readymade product is being changed.
В настоящее время все большее распространение и признание в рационе человека получают пищевые продукты высокой степени готовности, полученные путем применения различных способов экструзионной обработки зернового сырья [1-3].
Основной технологической машиной для производства продуктов высокой степени готовности является экструдер. Общий вид экструдера приведен на рис. 1.
Рис. 1- Общий вид пищевого экструдера Р3-КЭД-88
Основным рабочим органом экструдера является шнек усиленной конструкции, который компонуется из отдельных заменяемых элементов различной конфигурации. Конструктивные и кинематические параметры шнека определяют технологические режимы обработки сыпучих материалов, производительность установки и качество готового продукта.
Сущность процесс экструзии заключается в том, что в зоне плавления экструдера, под действием вращающегося прессующего щнека с возрастанием давления Р (горячая экструзия - до 25 мПа), происходит разрушение полимерной структуры основных компонентов крахмалосодержащего сырья, клейстеризация и последующая его желатинизация, вызванные высокой температурой t (до 120о-250оС), возникающей при переходе механической энергии (энергии трения материала о поверхность экструдера и внутреннего трения материала при его перемещении между рабочими поверхностями рабочего органа) в тепловую энергию, в результате чего происходит активная термомеханическая деструкция. После, при выходе массы из матрицы, происходит «взрывание» продукта и разрыхление его структуры в результате резкого падения давления и температуры [1-4].
Такая обработка приводит к различным по глубине изменениям в сырье. В результате экструзии наблюдается сохранение белковых веществ наряду с превращением полисахаридов в более легкоусвояемые олигосахариды.
Экструдеры могут функционировать в автономном (заданном) режиме. На рис. 2 приведена автоматизированная система задания и контроля технологических параметров давления и поддерживания температурного режима процесса экструзии, а также других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.
Рис. 2 - Контрольно-измерительная система экструдера
Автоматизированная система позволяет контролировать эффективность процесса экструдирования путем регистрации возрастающих значений частоты вращения шнека - n (мин-1), переменные значения давления в предматричной зоне устройства Р (мПа).
С целью определения оптимальных режимов механической обработки мучной полизлаковой смеси «Фитнес» на основе муки из цельносмолотого зерна злаковых культур при производстве продуктов высокой степени готовности проведены экспериментальные исследования по изучению процесса экструдирования на промышленном двушнековом экструдере. Рецептура полизлаковой смеси приведена в табл. 1.
Таблица 1 - Рецептура мучной полизлаковой смеси «Фитнес»
|
№ |
Наименование компонента |
Содержание |
|
1 |
Цельносмолотая ячменная мука |
6,36% |
|
2 |
Цельносмолотая кукурузная мука |
42,75% |
|
3 |
Цельносмолотая овсяная мука |
20,0% |
|
4 |
Цельносмолотая гречневая мука |
24,54% |
|
5 |
Цельносмолотая просяная мука |
6,35% |
Полученные результаты экспериментальных исследований заносили в таблицы текстового процессора Microsoft Exel, далее на основе полученных данных строили графики зависимости давление создаваемое в предматричной зоне (Р, мПа) от переменных значений частоты вращения шнека экструдера n, (мин-1) и влажности экструдируемой полизлаковой смеси «Фитнес», W (%) (рис. 3).
 |
|||
|
|||
1 - область, характеризующаяся давлением в предматричной зоне 20-25 мПа;
2 - область, характеризующаяся давлением в предматричной зоне 15-20 мПа;
3 - область, характеризующаяся давлением в предматричной зоне 10-15 мПа
Рис. 3 - Зависимость изменения давления в предматричной зоне экструдера (P, мПа) от влажности (W, %) и частоты вращения рабочего органа (n, об/мин)
Анализ поведения трехмерной поверхности показал, что с увеличением частоты вращения рабочего органа n с 80 до 250 мин-1 приводит к увеличению значений давления в предматричной зоне. При этом влажность обрабатываемой мучной полизлаковой смеси снижают значений P в процессе экструдирования. Так, например, при влажности мучной полизлаковой смеси 12% и частоте вращения шнека 80 мин-1 значение Р составило 11,0 мПа. При W=13,5% и n=80 мин-1 значение Р составило 11,7 мПа. Увеличение влажности до 15% приводило к увеличению значений Р до 12,0 мПа. Дальнейшее увеличение влажности до 18% снижало значения давления до 11,45 мПа.
Анализ трехмерных пространственных моделей показал, что необходимые значения критерия оптимизации Р достигаются в рассматриваемой области поиска. На приведенных графиках существуют оптимальные области переменных значений величины W и n, при которых протекание процесса экструдирования осуществляется с оптимальным давлением в предматричной зоне экструдера.
Литература:
1. Платова Е.Ю. Разработка технологии экструзионных продуктов на основе комбинированного крупяного сырья: Дисс…. кандид.техн.наук: 05.18.02, Москва, 1993.
2. Рудась П.Г. Разработка экструзионной технологии получения новых видов и специальных форм пищевых продуктов на основе зернового сырья. дисс…. кандид.техн.наук: 05.18.01, Москва, 1998.
3. Курцева В.Г. Разработка новых мучных продуктов для диетического и детского питания из зернового сырья. Дисс…. кандид.техн.наук: 05.18.01, Москва, 1997.
4. Мачихин Ю.А., Клаповский Ю.В. Современные способы формования конфетных масс. – М.: Пищевая промышленность, 1974.- 184с.
