DEVELOPMENT OF TECHNOLOGICAL FLOWS OF INSTANT GRANULATED DRINK PRODUCTION
Authors:
1.
Kemerovo Institute of Food Science and Technology(University)
Russian Federation
Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 123
to 128
Status:
Published
Received:
30.12.2016
Accepted:
30.12.2016
Published:
30.12.2016
Subject area:
UDK 663:615.322
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Technological flow, instant granulated drinks, technological system, extraction, fruit raw material, diagnostics of technological flows
Abstract (English):
The development of equipment for food processing enterprises caused by dissatisfaction with the reached level requires further improvement of methods for the development of the equipment-and-technology system, and also requires the analysis of all processes in a technological flow. Diagnostics of the corresponding technological system should become an indispensable condition of scientific justification of such developments. The article deals with quality evaluation of the integrity level of existing and adapted technological flows of instant granulated drink production. As a result of the research it has been established that the level of integrity of the existing production technology is low and constitutes Θ=-0.16. It has also been established that low stability of functioning of the line as a system considerably decreases in time because of instability of functioning of a subsystem of extraction (η=0.64) that is caused by instability of the process of extraction performed by a traditional method resulting in low quality of the produced drinks. To increase the stability of a subsystem of extraction the device for dispersing and extraction of plant raw materials has been developed. The use of the device makes it possible to intensify the process of extraction of fruit raw materials due to more effective impact on its cellular structure. As a result the output of extractives with preserved physiological value increases, and the need for preliminary crushing of the extracted raw materials passes. Thus, after performing repeated diagnostics of the modernized technological flow it has been established that stability of a subsystem of extraction has increased up to η=0.92 during the estimated interval of time. It has led to substantial increase of the level of integrity of a technological flow of instant granulated drink production up to Θ=0.21 followed by a shift of the level of integrity of a technological flow from the sphere of badly organized systems to the sphere of highly organized, complete systems.
The development of equipment for food processing enterprises caused by dissatisfaction with the reached level requires further improvement of methods for the development of the equipment-and-technology system, and also requires the analysis of all processes in a technological flow. Diagnostics of the corresponding technological system should become an indispensable condition of scientific justification of such developments. The article deals with quality evaluation of the integrity level of existing and adapted technological flows of instant granulated drink production. As a result of the research it has been established that the level of integrity of the existing production technology is low and constitutes Θ=-0.16. It has also been established that low stability of functioning of the line as a system considerably decreases in time because of instability of functioning of a subsystem of extraction (η=0.64) that is caused by instability of the process of extraction performed by a traditional method resulting in low quality of the produced drinks. To increase the stability of a subsystem of extraction the device for dispersing and extraction of plant raw materials has been developed. The use of the device makes it possible to intensify the process of extraction of fruit raw materials due to more effective impact on its cellular structure. As a result the output of extractives with preserved physiological value increases, and the need for preliminary crushing of the extracted raw materials passes. Thus, after performing repeated diagnostics of the modernized technological flow it has been established that stability of a subsystem of extraction has increased up to η=0.92 during the estimated interval of time. It has led to substantial increase of the level of integrity of a technological flow of instant granulated drink production up to Θ=0.21 followed by a shift of the level of integrity of a technological flow from the sphere of badly organized systems to the sphere of highly organized, complete systems.
Keywords:
Technological flow, instant granulated drinks, technological system, extraction, fruit raw material, diagnostics of technological flows
Technological flow, instant granulated drinks, technological system, extraction, fruit raw material, diagnostics of technological flows
Введение Представление о технологических потоках производства быстрорастворимых гранулированных напитков как о единой системе, состоящей из ряда процессов, каждый из которых в совокупности рабо- тает на единую цель - создание напитков высокого качества, обладающих комплексом полезных свойств, дает понимание взаимосвязи и ответствен- ности каждой операции за качество конечного про- дукта. Любое изменение в системе - качества сырья, технологических параметров и др. - приводит к изменениям свойств полуфабрикатов, готового продукта и вносит коррективы в функционирова- ние системы, оказывая влияние на ее организован- ность [1]. В настоящее время важное место отводят диагно- стике технологических потоков, что позволяет оце- нить уровень организованности отдельных подси- стем и стабильность их функционирования. Диагно- стика технологических процессов позволяет прово- дить не только качественный, но и количественный анализ рассматриваемых систем [2, 3]. Объекты и методы исследований С точки зрения развития технологических потоков производства быстрорастворимых гранулирован- ных напитков представляло интерес изучение суще- ствующих технологий. Экспериментальная часть работы выполнена на базе ООО НПО «Здоровое пи- тание» (г. Кемерово) и ФБГОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленно- сти (университет)». Проведена диагностика суще- ствующей технологической системы производства быстрорастворимого гранулированного напитка чер- ничного, которая может быть представлена в виде структурной схемы (рис. 1). Модель представленной технологической систе- мы производства быстрорастворимых напитков срав- нительно сложна и состоит из более двадцати опера- торов, которые объединены в подсистемы и разделя- ют технологический поток на функциональные участки, предназначенные для выполнения важных технологических процессов (экстрагирование, филь- трование, измельчение, сушка, гранулирование, вы- паривание, классификация и др.). Центральными яв- ляются подсистемы - выпаривания, экстрагирования, формирования и сушки гранул. Именно в них фор- мируются основные параметры качества быстрорас- творимых гранулированных напитков. Рис. 1. Структурная схема существующего технологиче- ского потока производства быстрорастворимых гранули- рованных напитков на основе плодово-ягодного сырья: A - подсистема инспектирования сырья; B - подсистема подготовки и хранения сырья; E - подсистема измельчения сырья и разделения его на составляющие; C - подси- стема экстрагирования; F - подсистема выпаривания; D - подсистема подготовки сухой основы; G - подсистема формирования гранул; J - подсистема сушки и классификации гранул Качественное исследование операторных моделей предполагает выбор показателей, которые отражают систематическую оценку качества, устойчивости и управляемости технологических процессов на выхо- де из этих подсистем и отдельных операторов, а так- же эффективность переработки плодово-ягодного сырья в полуфабрикаты, готовую продукцию и необ- ходимы при оценке стабильности технологии в це- лом [3, 4]. Определение стабильности подсистем и уровня целостности технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных напитков осуществлялось по методике, разработанной акаде- миком В.А. Панфиловым на основании результатов замеров контролируемых основных качественных показателей сырья и готовой продукции, а также ре- жимно-технологических параметров работы обору- дования [3]. Оценка стабильности технологии прово- дилась в течение месяца. За этот период брались вы- борки в количестве 100 образцов. Уровень целостности существующего технологи- ческого процесса в соответствии с его структурой определялся по уравнению, которое имеет вид: ΘABECFDGJ = ηA+ηB/A+ηE/AB+ηC/ABE+ηF/ABEC+ηD/ABEC+ + ηG/ABECFD+ηJ/ABECFDG-7, где η - условная стабильность подсистемы. Выход каждой из подсистем оценивали контролируемыми параметрами: А - температура воды (10- 11 °С), содержание примесей (0,4-0,5 %); В - содер- жание влаги в высушенном плодово-ягодном сырье (12-14 %), температура сушки плодово-ягодного сы- рья (50-55 °С), содержание витамина С в высушен- ном плодово-ягодного сырье (≥170 мг/100 г); Е - сте- пень измельчения высушенного плодово-ягодного сырья (0,5-1,0 мм); D - содержание влаги в высу- шенном шроте (12-14 %), температура сушки (50- 55 °С); С - массовая доля сухих веществ в экстракте (≥4,0 %), температура процесса экстрагирования (45- 50 °С), содержание витамина С в экстракте (≥7,0 мг/100 г); F - давление в вакуум-выпарном аппарате (≤4,8 кПа), температура выпаривания (48-50 °С), со- держание витамина С в концентрированном экстрак- те (≥83,0 мг/100 г), массовая доля сухих веществ в концентрированном экстракте (55-60 %); G - массо- вые доли компонентов напитка согласно рецептуре; J - содержание влаги в высушенных гранулах (5- 6 %), температура сушки (50-55 °С), время растворе- ния гранул (30-35 с), содержание витамина С в гра- нулированном продукте (≥35,0 мг/100 г). При выполнении работы использованы общепри- нятые и стандартные методы исследования. Результаты и их обсуждение В результате исследования установлено, что уро- вень целостности существующей технологической системы производства быстрорастворимых гранулированных напитков оказался низким и составил ΘABECFDGJ = 0,92+0,92+0,92+0,64+0,86+ + 0,86+0,92+0,81-7 = -0,16. Установлено, что низкая стабильность функцио- нирования линии как системы во времени значитель- но снижается из-за нестабильности функционирова- ния подсистемы С (η = 0,64), что обусловлено не- устойчивостью процесса экстрагирования и, как следствие, невысоким качеством производимых быстрорастворимых напитков. В результате неэф- фективности данного процесса, проводимого по тра- диционному способу, происходит отклонение вита- мина С и содержания сухих растворимых веществ в экстракте, которое приходится компенсировать более длительным упариванием, что приводит к повышен- ным энергозатратам и дополнительным потерям тер- молабильных биологически активных веществ. Вследствие этого уровень целостности технологиче- ского потока находится в области плохо организо- ванных суммативных систем (поз. 1, рис. 2). Рис. 2. Модель процесса развития технологической системы производства быстрорастворимых гранулированных напитков: 1 - зона уровней целостности существующей технологической системы; 2 - зона уровней целостности адаптированной технологической системы мельчения сырья и разделения его на состав- ляющие). Рис. 4. Структурная схема адаптированного технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных напитков на основе плодово-ягодного сырья Рис. 3. Аппарат для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного сырья: 1 - корпус; 2 - ультразвуковые излучатели (3 шт., установлены друг относительно друга под углом 120º); 3 - термостатирующая рубашка; 4 и 5 - ротор и статор (РПА); 6 - ножи; 7 - направляющий конус На основе проведенной диагностики для увеличе- ния стабильности подсистемы С был разработан ап- парат для диспергирования и экстрагирования сырья растительного происхождения (рис. 3) и проведен ряд дополнительных исследований [5]. Применение аппарата позволяет интенсифицировать процесс и увеличить глубину экстракции плодово-ягодного сырья за счет более эффективного воздействия на его клеточную структуру. В результате повышается вы- ход экстрактивных веществ с сохраненной физиоло- гической ценностью. Также отпадает необходимость в предварительном измельчении экстрагируемого сырья, что позволяет сократить подсистему Е (из- Таким образом, применение разработанного ап- парата для диспергирования и экстрагирования в технологическом процессе позволяет представить структурную схему адаптированного технологиче- ского потока в виде, показанном на рис. 4. Тогда рас- чет уровня целостности выполняется по формуле ΘABCFDGJ = ηA+ηB/A+ηC/AB+ηF/ABC+ηD/ABC+ +ηG/ABCFD+ηJ/ABCFDG-6. После проведения необходимого комплекса ис- следований и практической апробации полученных результатов была повторно проведена диагностика процесса и установлены значения стабильности функционирования подсистемы экстрагирования и уровня целостности технологического потока в це- лом. Диагностика модернизированной технологиче- ской системы проводилась за тот же период, что и диагностика существующей технологии. Результаты этих исследований приведены в табл. 1. Таблица 1 Стабильность подсистем адаптированного технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных напитков на основе плодово-ягодного сырья 1 2 Подсистема Число проб и изделийв интервале Вероятность исходов Р Информационная энтропия Н, бит Стабильность подсистем η Целостность потока, Θ n n A 99 1 0,99 0,08 0,92 0,21 B 99 1 0,99 0,08 0,92 C 99 1 0,99 0,08 0,92 F 98 2 0,98 0,14 0,86 D 98 2 0,98 0,14 0,86 G 99 1 0,99 0,08 0,92 J 97 3 0,97 0,19 0,81 Примечание: n1 - число образцов, находящихся в пределах допуска; n2 - число образцов, выходящих за допуск. Проведенное повторное исследование показало, что стабильность подсистемы экстрагирования возросла до η = 0,92 в течение оцениваемого отрезка времени. Это привело к значительному повышению уровня целост- ности технологического потока производства быстро- растворимых гранулированных напитков, благодаря чему произошло смещение уровня целостности иссле- дуемой технологической системы из области плохо организованных, суммативных систем в область высо- коорганизованных целостных систем (поз. 2, рис. 2). В координатах H (информационная энтропия состояния подсистем) и L (количество подсистем в системе) пока- заны эквидистантные кривые, которые представляют собой уровни целостности Θ той или иной технологи- ческой системы. Заштрихованная область - область высокоорганизованных целостных систем, остальное поле графика - область плохо организованных, сумма- тивных систем [6, 7]. Для повышения общего уровня целостности под- систем представляется целесообразным дополнительно оснастить их оборудованием дозирования, средствами автоматического управления и регулиро- вания, а также использовать вакуумные сушилки, обеспечивающие температурные режимы, не оказы- вающие деструктивного влияния на термолабильные биологически активные вещества сырья растительно- го происхождения и продуктов его переработки в ходе технологического процесса. Таким образом, применение системного подхода на уровне малых пищевых предприятий позволяет взаимосвязанно решить многочисленные задачи обеспечения качества в условиях многовариантности качественных показателей сырья за счет формирова- ния в оптимальную совокупность (оборудования и технологии) разобщенных по функциональной нагрузке технологических процессов. Это, в свою очередь, позволит поднять качество выпускаемых быстрорастворимых гранулированных напитков на новый уровень, а стабильное качество обеспечит на них постоянный спрос.
1. Tumanova, A.E. Funkcionirovanie tehnologicheskih potokov proizvodstva pechen'ya / A.E. Tumanova // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Pischevaya tehnologiya. - 2003. - № 4. - S. 66-67
2. Gurevich, M.A. Diagnostika biotehnologicheskogo kompleksa krupnotonnazhnogo proizvodstva limonnoy kisloty / M.A. Gurevich, A.K. Ryabcheev // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya. - 1999. - № 5. - S. 28-30
3. Panfilov, V.A. Diagnostika tehnologiy pri razrabotke sistemy oborudovaniya dlya proizvodstva syrov / V.A. Panfi- lov, L.A. Ostroumov, M.P. Schetinin // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya. - 1997. - № 10. - S. 6-9
4. Kravchenko, S.N. Proizvodstvo obogaschennyh produktov s ispol'zovaniem ekstraktov i ih tovarovednaya ocenka / S.N. Kravchenko, S.S. Pavlov. - M.: Rossiyskie universitety; Kemerovo: Kuzbassvuzizdat, 2006. - 151 s
5. Kravchenko, S.N. Nauchnoe obosnovanie razrabotki tehnologicheskih potokov i ocenki kachestva bystrorastvori- myh granulirovannyh produktov: dis. … d-ra tehn. nauk: 05.18.15 i 05.18.12 / S.N. Kravchenko. - Kemerovo, 2011. - 322 s
6. Panfilov, V.A. Organizaciya pischevyh tehnologiy buduschego i fundamental'nye izyskaniya nastoyaschego / V.A. Panfilov // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya. - 2008. - № 12. - S. 6-9
7. Panfilov, V.A. Sistematizaciya teoreticheskih osnov pischevyh tehnologiy kak neobhodimoe uslovie ih innova- cionnogo razvitiya / V.A. Panfilov // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya. - 2008. - № 12. - S. 24-30
