Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ШОКОЛАДНЫХ МАСС

Беззубцева М.М. 1 Волков В.С. 1 Котов А.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
В статье представлен анализ способов измельчения твердой фазы (сахара и какао) полуфабриката шоколадного производства – шоколадных масс. Выявлены недостатки традиционных мельниц классических технологических схем переработки какао бобов в готовую продукцию. Установлена возможность интенсификации схем путем совмещения стадий диспергирования при внедрении в аппаратурно-технологические системы электрофизических методов механоактивации. Проанализирована возможность улучшения качества продукции и сокращения энергозатрат при внедрении в классические схемы производства шоколадных масс способа механоактивации с использованием эффектов электромагнетизма.
измельчение
шоколадная масса
электромагнитные механоактиваторы
1. Беззубцева М.М., Платашенков И.С. Методика подбора оптимального усилия в измельчителях ударного способа действия. В сборнике: Технологии и средства механизации сельского хозяйства сборник научных трудов. М-во сел. хоз-ва РФ, Санкт-Петербургский гос. аграрный ун-т; [гл. ред. Л.В. Тишкин и др.]. Санкт-Петербург, 2007. – С. 10–14.
2. Беззубцева М.М. Способ измельчения шоколадных масс // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. – 1993. – № 5–6. – С. 65–67.
3. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Прикладная теория электромагнитной механоактивации (монография) // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 2 – С. 101–102.
4. Беззубцева М.М., Обухов К.Н. К вопросу исследования процесса электромагнитной механоактивации пищевого сельскохозяйственного сырья // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1–2. – С. 232–234.
5. Беззубцева М.М. К вопросу интенсификации процесса перемешивания продукта в аппаратах с магнитоожиженным слоем ферротел // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 8–3. – С. 135–136.
6. Беззубцева М.М. Исследование процесса измельчения какао бобов в электромагнитных механоактиваторах // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 3. – С. 171.
7. Беззубцева М.М. Исследование процесса диспергирования продуктов шоколадного производства с использованием электромагнитного способа механоактивации // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 5–2. – С. 78–79.
8. Беззубцева, М.М. Интенсификация классических технологических схем переработки сырья на стадии измельчения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 2–2. – С. 132–133.
9. Беззубцева М.М., Волков В.С., Обухов К.Н., Котов А.В. Определение сил и моментов, действующих на систему ферромагнитных размольных элементов цилиндрической формы в магнитоожиженном слое рабочего объема электромагнитных механоактиваторов // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–3. – С. 504–508.
10. Беззубцева М.М., Волков В.С. Исследование физико-механических процессов в магнитоожиженном слоеферрочастиц // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 1–1. – С. 13–17.
11. 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.
12. Беззубцева М.М., Волков В.С. К вопросу расчета энергетики рабочего процесса в электромагнитных механоактиваторах (ЭММА) // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2012. – № 7. – С. 129–130.

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].

bez1.tif

Рис. 1. Зависимость энергии начала разрушения частиц сахара (с) и какао (к) разных диаметров размольным элементом сферической формы диаметром d = 6 мм (динамическое сжатие)

bez2.tif

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

bez3.tif

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.


Библиографическая ссылка

Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ШОКОЛАДНЫХ МАСС // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-7. – С. 1160-1163;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35029 (дата обращения: 29.03.2024).

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 = 1,674