СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОКОВ ПРОИЗВОДСТВА БЫСТРОРАСТВОРИМЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ НАПИТКОВ
Авторы:
1.
ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)»
Россия
Россия
Тип:
Статья
Страницы:
с 123
по 128
Статус:
Опубликован
Получено:
30.12.2016
Одобрено:
30.12.2016
Опубликовано:
30.12.2016
Классификаторы:
УДК 663:615.322
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
УДК 60 Прикладные науки. Общие вопросы
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
УДК 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
Технологический поток, быстрорастворимые гранулированные напитки, технологическая система, экстрагирование, плодово-ягодное сырье, диагностика технологических потоков
Аннотация (русский):
Развитие техники пищевых предприятий ввиду неудовлетворенности их достигнутым уровнем требует дальнейшего совер- шенствования методов разработки системы оборудования и технологии, а также требует анализа всех процессов в техноло- гическом потоке. Непременным условием научной обоснованности таких разработок должна стать диагностика соответ- ствующей технологической системы. В статье дана качественная оценка уровня целостности существующего и адаптиро- ванного технологических потоков производства быстрорастворимых гранулированных напитков. В результате исследова- ния установлено, что уровень целостности существующей технологии производства оказался низким и составил Θ = -0,16. Установлено, что низкая стабильность функционирования линии как системы во времени значительно снижается из-за не- стабильности функционирования подсистемы экстрагирования (η = 0,64), что обусловлено неустойчивостью процесса экс- тракции, осуществляемого традиционным способом, и, как следствие, низким качеством производимых напитков. Для по- вышения стабильности подсистемы экстрагирования разработан аппарат для диспергирования и экстрагирования сырья растительного происхождения. Применение аппарата позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования плодово- ягодного сырья за счет более эффективного воздействия на его клеточную структуру. В результате увеличивается выход экстрактивных веществ с сохраненной физиологической ценностью, а также отпадает необходимость в предварительном измельчении экстрагируемого сырья. Таким образом, после проведения повторной диагностики модернизированного тех- нологического потока установлено, что стабильность подсистемы экстрагирования возросла до η = 0,92 в течение оценива- емого отрезка времени. Это привело к значительному повышению уровня целостности технологического потока производ- ства быстрорастворимых гранулированных напитков до Θ = 0,21, благодаря чему произошло смещение уровня целостности технологического потока из области плохо организованных систем в область высокоорганизованных целостных систем.
Развитие техники пищевых предприятий ввиду неудовлетворенности их достигнутым уровнем требует дальнейшего совер- шенствования методов разработки системы оборудования и технологии, а также требует анализа всех процессов в техноло- гическом потоке. Непременным условием научной обоснованности таких разработок должна стать диагностика соответ- ствующей технологической системы. В статье дана качественная оценка уровня целостности существующего и адаптиро- ванного технологических потоков производства быстрорастворимых гранулированных напитков. В результате исследова- ния установлено, что уровень целостности существующей технологии производства оказался низким и составил Θ = -0,16. Установлено, что низкая стабильность функционирования линии как системы во времени значительно снижается из-за не- стабильности функционирования подсистемы экстрагирования (η = 0,64), что обусловлено неустойчивостью процесса экс- тракции, осуществляемого традиционным способом, и, как следствие, низким качеством производимых напитков. Для по- вышения стабильности подсистемы экстрагирования разработан аппарат для диспергирования и экстрагирования сырья растительного происхождения. Применение аппарата позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования плодово- ягодного сырья за счет более эффективного воздействия на его клеточную структуру. В результате увеличивается выход экстрактивных веществ с сохраненной физиологической ценностью, а также отпадает необходимость в предварительном измельчении экстрагируемого сырья. Таким образом, после проведения повторной диагностики модернизированного тех- нологического потока установлено, что стабильность подсистемы экстрагирования возросла до η = 0,92 в течение оценива- емого отрезка времени. Это привело к значительному повышению уровня целостности технологического потока производ- ства быстрорастворимых гранулированных напитков до Θ = 0,21, благодаря чему произошло смещение уровня целостности технологического потока из области плохо организованных систем в область высокоорганизованных целостных систем.
Ключевые слова:
Технологический поток, быстрорастворимые гранулированные напитки, технологическая система, экстрагирование, плодово-ягодное сырье, диагностика технологических потоков
Технологический поток, быстрорастворимые гранулированные напитки, технологическая система, экстрагирование, плодово-ягодное сырье, диагностика технологических потоков
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. Туманова, А.Е. Функционирование технологических потоков производства печенья / А.Е. Туманова // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 2003. - № 4. - С. 66-67
2. Гуревич, М.А. Диагностика биотехнологического комплекса крупнотоннажного производства лимонной кислоты / М.А. Гуревич, А.К. Рябчеев // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1999. - № 5. - С. 28-30
3. Панфилов, В.А. Диагностика технологий при разработке системы оборудования для производства сыров / В.А. Панфи- лов, Л.А. Остроумов, М.П. Щетинин // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1997. - № 10. - С. 6-9
4. Кравченко, С.Н. Производство обогащенных продуктов с использованием экстрактов и их товароведная оценка / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов. - М.: Российские университеты; Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. - 151 с
5. Кравченко, С.Н. Научное обоснование разработки технологических потоков и оценки качества быстрораствори- мых гранулированных продуктов: дис. … д-ра техн. наук: 05.18.15 и 05.18.12 / С.Н. Кравченко. - Кемерово, 2011. - 322 с
6. Панфилов, В.А. Организация пищевых технологий будущего и фундаментальные изыскания настоящего / В.А. Панфилов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. - № 12. - С. 6-9
7. Панфилов, В.А. Систематизация теоретических основ пищевых технологий как необходимое условие их иннова- ционного развития / В.А. Панфилов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. - № 12. - С. 24-30
