«А.А. Оспанов, А.К. Тимурбекова ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЗЛАКОВЫХ ПРОДУКТОВ Учебное пособие Алматы 2011 УДК 664.71.012.013 (075.8) ББК 36.82 я 73 -1 О-75 Оспанов А.А., Тимурбекова А.К. О-75 Технология производства ...»

Казахский национальный аграрный университет

А.А. Оспанов, А.К. Тимурбекова

ТЕХНОЛОГИЯ

ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЗЛАКОВЫХ ПРОДУКТОВ

Учебное пособие

Алматы 2011

УДК 664.71.012.013 (075.8)

ББК 36.82 я 73 -1

О-75

Оспанов А.А., Тимурбекова А.К.

О-75 Технология производства полизлаковых продуктов: Учебное

пособие. – Алматы: ТОО "Нур-Принт", 2011. – 112 с.

ISBN 978-601-241-289-5 Представлен анализ современного состояния и тенденций развития крупяного производства в РК. Проанализировано техническое оснащение крупяных предприятий и существующих технических и технологических решений по производству продуктов питания быстрого приготовления.

Рассмотрены современные способы производства и основные вопросы расширения ассортимента продуктов питания из полизлакового зернового сырья казахстанской селекции. Приведены сведения о проблемах переработки полизлаковых зерновых и бобовых культур в пищевые продукты высокой степени готовности.

Для магистрантов вузов, обучающихся по специальности "Технология перерабатывающих производств" УДК 664.71.012.013 (075.8) ББК 36.82 я Рецензенты:

Чоманов У.Ч. – заведующий лабораторией "Технология переработки и хранения растениеводческой продукции" Казахского научноисследовательского института перерабатывающей и пищевой промышленности, академик НАН РК, доктор технических наук, профессор Алимкулов Ж.С. – директор Казахского научно-исследовательского института перерабатывающей и пищевой промышленности, д.т.н., профессор Рекомендовано к изданию на заседании УМС Казахского национального аграрного университета (протокол № 1 от " 14 " октября 2011 г.) © Оспанов А.А., Тимурбекова А.К., ISBN 978-601-241-289-

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……. …………………………..…………………………………. ОСНОВЫ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ…...………....

СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЗЛАКОВЫХ ПРОДУКТОВ...

СОСТОЯНИЕ РЫНКА ПРОДУКТОВ БЫСТРОГО

ПРИГОТОВЛЕНИЯ………………………………………………………......

СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ

ГОТОВНОСТИ…………………………………………………………...........

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛИЗЛАКОВЫХ ПРОДУКТОВ……………...………………………….. Процесс измельчения………..…………..…………………………..….. Процесс смешивания…………………….....…………………….…...… Процесс экструдирования……………….…...……………………..…...

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЗЛАКОВЫХ

ПРОДУКТОВ…………………………………….....………………………..... Технологическое оборудование для измельчения.……….………….... Технологическое оборудование для смешивания……….………….… Технологическое оборудование для экструдирования……….…….…

ОСНОВЫ СОСТАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУР ПОЛИЗЛАКОВЫХ

СМЕСЕЙ………………………………………………………………………. Теоретические основы составления рецептур……….………………... Способ расчета рецептур полизлаковой смеси……….……………..…

ОБРАЗОВАНИЕ МУЧНОЙ ПОЛИЗЛАКОВОЙ СМЕСИ В

ПРОЦЕССЕ СМЕШИВАНИЯ………………………………………..…..…

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕСТА ИЗ ОДНОРОДНОЙ

МУЧНОЙ ПОЛИЗЛАКОВОЙ СМЕСИ…………………………………....

ОПЫТНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛИЗЛАКОВЫХ ПРОДУКТОВ………………………………………….

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ЭКСТРУДИРОВАНИЯ

ПОЛИЗЛАКОВОЙ СМЕСИ…………………………………………...…….

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ ПРИ

ЭКСТРУДИРОВАНИИ ПОЛИЗЛАКОВОЙ СМЕСИ……………………

ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЗЛАКОВЫХ

ПРОДУКТОВ……………………………………………….………...…......…

ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ПРОДУКТОВ, НЕ ТРЕБУЮЩИХ ВАРКИ………….…………………… СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………

ВВЕДЕНИЕ

Стратегия развития экономики Казахстана предполагает достижение продовольственной безопасности, которая в официальных документах определяется как способность государства, гарантированная соответствующим ресурсным потенциалом, независимо от внешних и внутренних условий стабильно удовлетворять и население страны в целом, и каждого гражданина в отдельности продуктами питания в объемах, ассортименте и качестве, достаточных для полноценного физического и социального развития, обеспечения здоровья и расширенного воспроизводства.

Стратегия формирования товарных ресурсов представляет собой часть стратегии развития продовольственного рынка и с позиции продовольственной безопасности направлена на создание стратегических и оперативных резервов продовольствия, удовлетворение потребностей населения страны в продуктах питания, прежде всего за счет собственного ресурсного потенциала, а не поставок по импорту.

Проблема пищи становится одной из наиболее важных проблем современности. Огромный интерес к этой проблеме диктуется социальными, экономическими и медицинскими аспектами, наличием значительной нехватки пищевых ресурсов вообще и белка в частности, постоянством действия и определяющим влиянием фактора питания на состояние сложившегося положения при условии использования рекомендаций и практических выводов науки о питании.

Фундаментальным итогом исследования в области питания является вывод о том, что для лучшего обеспечения жизнедеятельности человека важным является не только снабжение его адекватными количествами энергии и белка, но и соблюдением определенных взаимоотношений между многочисленными незаменимыми факторами питания, каждому из которых принадлежит специфическая роль в обмене веществ.

В настоящее время различают более 60 факторов, которые должны присутствовать в определенных пропорциях в рационах питания для обеспечения здоровья человека, и в том числе различные аминокислоты, жирные кислоты, витамины, минеральные вещества, микроэлементы и т.д.

Формула сбалансированности важнейших пищевых веществ в рационах может несколько меняться в зависимости от условий труда, климатической зоны проживания, а также пола, возраста и индивидуальных особенностей человека.

Но главные ее черты сохраняют свое значение для питания всех контингентов населения.

В настоящее время в рационах питания населения резко возрастает роль продуктов быстрого приготовления (готовых к употреблению), а также диетических, лечебно-профилактических, оздоравливающих на основе зерновых культур.

Возросла потребность в продуктах быстрого приготовления с высоким содержанием белка и пищевых растительных волокон.

То же самое с основными зерновыми – кукуруза, пшеница перерабатываются в основном на муку и крупы, а овес в последнее время на производство овсяных хлопьев, другие зерновые вообще не используются, кроме как для производства обычных круп.

Продукты быстрого приготовления изменили привычки в питании и стали одной из традиционных форм питания во всем мире, они очень широко используются и населением многих стран в качестве готовых завтраков, продуктов оздоровительного питания. В США, например, рынок готовых к употреблению продуктов и легких закусок ежегодно увеличивается на 3 %. У нас этот спрос, также как и спрос на продукты белкового питания удовлетворяется за счет импорта.

Для приготовления продуктов быстрого приготовления чаще всего применяют экструзионную технологию.

Экструзионная технология один из самых перспективных и высокоэффективных процессов, который совмещает термо-, гидро- и механическую обработку сырья, что позволяет получить продукты и компоненты нового поколения с заданными свойствами, с новой структурой, продукты быстрого приготовления.

При экструзионной обработке крахмала и белкосодержащего сырья можно получить ряд преимуществ в сравнении с традиционными технологиями. Эти преимущества состоят в том, что при однократной краткосрочной обработке сухого зерна можно:

– получить готовые к применению пищевые продукты или компоненты, обладающие высокой водо- и жироудерживающей способностью, а также продукты готовые к употреблению;

– повысить усвояемость сырья и степень его использования;

– снизить микробиальную обсемененность сырья и нейтрализовать термолабильные антипитательные компоненты бобовых.

Очевидно, что использование экструзионной обработки перспективно при переработке сухого зерна злаковых и бобовых культур и для получения функциональных компонентов на его основе, из которых легко создавать самую разнообразную продукцию.

Таким образом, продукты питания высокой степени готовности, выработанные из полизлакового зернового и зернобобового сырья, обладают энергетической и питательной ценностью, и безусловно являются актуальными при решении проблем расширения ассортимента продуктов питания из зерновых и крупяных культур казахстанской селекции.

ОСНОВЫ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Состояние продовольственной безопасности Казахстана, несмотря на определенные достижения в агропромышленной сфере в последние годы, вызывает серьезные опасения. Высокая импортная зависимость страны по отдельным видам сельхозпродукции и продовольствия может спровоцировать продовольственный кризис. Однако в связи с формированием с 1 июля года единой таможенной границы стран Таможенного Союза есть оптимистичные прогнозы экспертов о преодолении либо исключении подобного кризиса.

Вместе с тем целесообразно констатировать о трех составляющих продовольственной безопасности.

Первая – это такое состояние экономики государства, при котором обеспечивается продовольственная независимость и стабильность. Вторая – любому человеку гарантируется физическая и экономическая доступность к продуктам питания в соответствии с физиологическими нормами. Третья – это качество и безопасность потребляемых продуктов питания.

Одной из важнейших составляющих экономической безопасности является обеспечение ее эколого-экономической составляющей на продовольственном рынке во всех регионах страны. При этом приоритетным направлением считается насыщение рынка экологически безопасной продукцией отечественных предприятий пищевой промышленности, успешная конкуренция с импортными товарами.

Данная проблема была и находится в центре внимания человечества на протяжении тысячелетий. При этом на сегодняшний момент вопрос об обеспечении населения основными продуктами питания менее актуален.

Главная задача – обезопасить население от некачественных в экологическом отношении продовольственных товаров, сохранить продовольственную независимость. Перечисленные проблемы обусловлены созданием открытой экономики, ростом научно-технического прогресса, падением нравственности предпринимателей и снижением действенности нормативно-контрольного института.

Общие методические подходы к оценке и мониторингу экологоэкономической безопасности продовольственного рынка страны в целом сохраняются и при решении региональных проблем. Однако оценка экологоэкономической безопасности регионального продовольственного рынка для любой территориальной единицы Казахстана имеет и свою специфику, обусловленную объективным разнообразием географического расположения, природно-климатическими условиями, неравномерностью экономического развития, различием в структуре потребления, разной зависимостью от импорта продовольственных товаров, различной степенью мониторинга и контроля рынка продовольственных товаров.

Либерализация внешней торговли и недостаточный уровень таможенной защиты привели к увеличению доли импортных товаров и снижению интереса к отечественному производителю. Поэтому по ряду товаров необходимы защитные меры в виде увеличения таможенных пошлин и других мер, направленных на недопущение сокращения производства. Приоритетными должны являться такие виды продукции, как: зерно, сахар, масло, молочные и мясные продукты, рыба.

Проблема поддержки отечественного производителя в части выпуска ими высококачественной продукции на сегодняшний день является одной из основных задач. Аграрное производство оказалось блокированным с одной стороны диспаритетом цен, а с другой – широким продвижением импорта, который привел к спаду в сельском хозяйстве: разрушению производственного потенциала, истощению почвенного плодородия, сокращению поголовья скота и, как следствие всего, обострению социальных проблем на селе.

В последнее время обострилась проблема биологической безопасности пищевых продуктов. Неконтролируемое использование передовых биотехнологических пищевых добавок (по оценкам специалистов в том или ином виде используется до 60 % продукции генной инженерии). Отсутствие обязательных требований к качеству приводит к тому, что ввозимая продукция имеет недостаточно жесткий контроль. В первую очередь это касается пищевых добавок, генетически модифицированных продуктов, пестицидов.

Широкое распространение получили различного рода стабилизаторы, консерванты, эмульгаторы, ароматизаторы. При этом производитель не всегда указывает соответствующую информацию на этикетке.

Многие пищевые продукты поступают в Казахстан в замороженном виде.

Например, мясо длительного хранения. Пищевая ценность этого продукта в результате хранения снижается, происходит старение белка, в результате чего он не усваивается организмом. Также происходит потеря витаминов А, В, D, Е, К, изменяется качество жиров. На качество и безопасность пищевых продуктов оказывает непосредственное влияние кормовая база (генетически модифицированные корма, гормоны).

Из-за резкого снижения доходов населения произошло снижение потребления продуктов питания. Приоритетом для большинства населения является ценовой фактор, поэтому большая часть населения совершает покупки на рынках, где качество товаров, обслуживание покупателей остаются на очень низком уровне. Но и стационарной торговле (торговле с прилавка) присущи случаи продажи фальсифицированных товаров.

Все выше перечисленные факторы влияют на эколого-экономическую безопасность продовольственного рынка Казахстана и регионов. Однако продовольственная независимость и безопасность системно, в связке с экологическими аспектами, практически не рассматривалась. Поэтому анализ потребительского рынка с позиции формирования продовольственных ресурсов, исследование проблемы его сбалансированности и товарной безопасности региона, а также с позиции развития рынка экологически безопасной и чистой продукции в настоящее время представляется актуальным и своевременным.

Для мониторинга и управления процессами эколого-экономической безопасности продовольственного рынка необходимы следующие шаги:

обосновать необходимость оценки и мониторинга экологоэкономической безопасности регионального продовольственного рынка;

выявить механизмы возникновения угроз эколого-экономической безопасности регионального продовольственного рынка и проанализировать эволюционную "цепочку" причинно-следственных связей;

предложить структурно-логическую модель оценки и мониторинга эколого-экономической безопасности продовольственного рынка с учетом сформулированных основных принципов и подходов;

сформировать систему индикаторов эколого-экономической безопасности продовольственного рынка региона, на их основе получить количественные характеристики;

предложить модель управления эколого-экономической безопасностью продовольственного рынка, в результате применения которой было бы возможно укрепление эколого-экономической безопасности региона;

усовершенствовать методологию оценки конкурентоспособности экологически чистых продуктов и продуктов с повышенной пищевой и биологической ценностью на основе интегрального показателя качества.

Несмотря на вышеперечисленное, одним из главных факторов обеспечения безопасности продовольственного рынка остается производство качественных, экологически чистых и конкурентоспособных на рынке продуктов питания. В этой связи производство пищевых продуктов высокой степени готовности на полизлаковой зерновой основе является привлекательным.

Именно к таким перспективным пищевым продуктам, отвечающим современной научной концепции рационального и здорового питания, относятся пищевые продукты, производимые из цельного или проросшего зерна, а также полизлаковые смеси, составленные по научно-обоснованному рецепту.

Поэтому важнейшей задачей современной пищевой промышленности является разработка научных, теоретических и практических основ получения новых форм продуктов питания, как качественно нового направления производства продовольственных продуктов.

В настоящее время известны многочисленные научные разработки отечественных и зарубежных ученых в области совершенствования технологии производства продуктов профилактического и лечебного действия на зерновой основе, обеспечивающие полную, практически безотходную переработку растениеводческой продукции (зернового сырья) на пищевые цели.

СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЗЛАКОВЫХ ПРОДУКТОВ

Основная составляющая продовольственного рынка – это рынок зерна и зернопродуктов, который представляет собой систему взаимосвязанных отраслей по производству, хранению и переработке зернового сырья.

Зернопродукты – многочисленная группа продуктов питания, получаемых в результате целенаправленной технологической переработки зерна продовольственных культур.

Мониторинг объемов производства зерновых культур за 2007-2009 гг.

показал, что сырьевой потенциал для производства зерновых продуктов используется не полностью.

Поэтому одним из основных критериев продовольственной безопасности страны является стабильное обеспечение населения Казахстана качественными продуктами питания на зерновой основе (рис. 1).

кг/год минимальные нормы потребления зернопродуктов на душу населения; зернопродуктов на душу населения;

производство зернопродуктов на душу населения.

Рисунок 1 – Показатели обеспеченности населения Казахстана зернопродуктами Анализ рис. 1 показывает, что производство зернопродуктов в республике не обеспечивает минимальные нормы потребления на душу населения и фактическую внутреннюю потребность. При этом необходимо отметить, что объем потребления зернопродуктов на душу населения в Казахстане превышает уровень производства более чем 3 раза.

Мука, крупа, хлебобулочные и мучные кондитерские изделия, а также другие продукты на зерновой основе являются наиболее распространенными и доступными продуктами питания, которые служат основным источником растительных белков, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов, пищевых волокон.

Мука – основной продукт переработки зерна пшеницы и ржи, который является сырьем для производства хлебобулочной, кондитерской и макаронной продукции.

В зависимости от вида злака различают муку ржаную, пшеничную, ячменную, кукурузную и т.д. Для макаронных изделий используется пшеничная макаронная мука. Пшеничная, овсяная и кукурузная мука находят применение в кондитерской промышленности. Просяная, гречневая, рисовая, овсяная, ячменная применяются при производстве полизлаковых продуктов питания и пищевых концентратов, продуктов детского и диетического питания, а также в технологии мучных полуфабрикатов.

Питательная ценность муки зависит от вида исходного сырья (зерна) и существенно зависит от технологии помола. Мука грубых помолов обладает повышенным содержанием пищевых волокон, содержит больше биологически ценных питательных веществ, чем мука высоких сортов (высший, первый, второй), в которой большее количество оболочечных частиц удаляются.

В результате проведенного анализа структуры производства продуктов питания, установлена динамика объемов производства мучной продукции в Республике Казахстан (рис. 2). Выпускаемая продукция соответствует предъявляемым требованиям нормативно-технической документации.

В настоящее время мукомольные заводы производят (рис. 3) сортовую (высшего, первого, второго сорта и макаронную) и обойную муку из зерна пшеницы, что составляет около 84 % от общего объема производства мучной продукции.

Мука второго сорта из зерна пшеницы состоит из измельченных частиц эндосперма со значительной примесью (8-10 % от массы зерна) оболочечных частиц. Размер частиц от 30-40 до 150-200 мкм. Мука содержит 70-72 % крахмала, белка в этой муке содержится 13-16 %, выход сырой клейковины не менее 25 %, количество сахаров составляет 1,5-2,0 %, жира – около 2 %, зольность – 1,1-1,2 %, содержание клетчатки в среднем 0,7 %. Цвет муки от светлого с желтоватым оттенком до более темного серого и коричневого.

Рисунок 3 – Доля производства сортов муки на предприятиях РК Обойную муку получают при обойном односортном помоле с выходом до 96 %. Обойная мука сравнительно крупная, неоднородная по размеру частиц (наибольший их размер достигает 600, а наименьший 30-40 мкм). Химический состав ее близок к составу исходного зерна (зольность на 0,07-0,1 %, а содержание клетчатки на 0,15-0,2 % меньше, чем в зерне). Эта мука обладает высокой влагоемкостью и сахарообразующей способностью, выход сырой клейковины от 20 % и более.

Из зерна ржи вырабатывают 14 % сортовой муки. Сеяная мука – наиболее высокий по качеству сорт ржаной муки. Она состоит из тонкоизмельченного эндосперма зерна ржи с небольшой примесью частиц алейронового слоя и оболочек (всего около 4 % от массы муки). Размер частиц от 20 до 200 мкм.

Цвет муки – белый с синеватым оттенком. Мука богата крахмалом (71-73 %), сахарами (4,7-5,0 %), содержит значительное количество водорастворимых веществ и сравнительно мало белка (8-10 %) и клетчатки (0,3-0,4 %). Зольность муки – 0,65-0,75 %.

Обойная мука представляет собой зерно ржи, размолотое после очистки его от примесей и обработки на обоечных машинах. Муку получают при односортном 95 %-ном помоле проходом через проволочные сита 067.

Обойная мука состоит из тех же тканей, что и зерно ржи (с несколько меньшим количеством плодовых оболочек и зародыша) и содержит наряду с измельченным эндоспермом 20-25 % измельченных оболочек и алейронового слоя. Размер частиц от 30 до 600 мкм. Цвет муки – белый с явно выраженным серым, желтоватым или зеленоватым оттенком в зависимости от цвета зерна ржи. Мука богата водорастворимыми веществами, сахаром и содержит 12-14 % белка, 60-64 % крахмала, клетчатки – 2-2,5 %, зольность – 1,8-1,9 %.

Обдирная мука отличается от обойной меньшим содержанием оболочек и алейронового слоя зерна (12-15 % от массы муки), а также более высокой степенью измельчения. Размер частиц от 30 до 400 мкм. Цвет муки белый с серым или коричневатым оттенком. Обдирная мука, как и обойная, богата водорастворимыми веществами, но содержит меньше белка (10-12 %), больше крахмала (66-68 %). Содержание клетчатки в этой муке – 0,9-1,1 %, а зольность муки – 1,2-1,4 %.

Вместе с тем недостаточны объемы производства муки из других злаковых культур, что составляет всего 2 %. Муку кукурузную, ячменную, овсяную, гречневую, соевую и гороховую вырабатывают в весьма ограниченном количестве для изготовления национальных или специальных продуктов. Производство грубых сортов муки из злаковых культур также минимально (2 %).

Несмотря на стабильный рост производства муки, необходимо задействовать политику постоянного совершенствования технологии производства муки из зерна различных злаковых культур, а также повышения ее питательной ценности. Одним из способов повышения питательной ценности мучной продукции является искусственное обогащение муки пищевыми добавками и другими биологически активными веществами. Такой радикальный способ обогащения продуктов имеет следующую терминологию:

нутрификация (от английского – nutrification) – добавление с целью увеличения пищевой ценности продукта питания;

восстановление (от английского – restoration) – добавление пищевых веществ к продуктам питания для восполнения их потерь в процессе производства, хранения или использования;

фортификация (от английского – fortification) – укрепление химического состава продукта питания микронутриентами синтетической природы до уровня, превышающего их содержание в данном продукте.

Вместе с тем, мнения отечественных ученых в вопросах обогащения продуктов массового потребления (муки) искусственным путем расходятся.

Поскольку веществам химической природы свойственно разрушаться в процессе технологической обработки, правомерно изучить их стабильность при производстве фортифицированной муки, ее хранении, а также при выпечке хлебобулочной продукции. Однако в литературных данных приводятся неполные и противоречивые результаты.

Так, по данным научных исследований синтетические витамины и биологически активные вещества усваиваются при приеме во внутрь всего лишь на 10-15 %, в то время как витамины из натурального сырья усваиваются на 90 %.

В этой связи представляется перспективным и актуальным производство грубых сортов муки из зерна различных злаковых культур и разработка на их основе композитных смесей, сбалансированных по содержанию отдельных питательных веществ (клетчатки), витаминов, макро- и микроэлементов, обладающих определенными функциональными свойствами.

Крупа представляет собой целое или дробленое ядро, полученное путем полного или частичного удаления с покрова зерна цветковых пленок, зародыша, плодовых оболочек и алейронового слоя.

Пищевая и биологическая ценность круп зависят от вида зерновой культуры и характера технологической обработки, которой они подвергаются.

Степень удаления наружных оболочек, зародыша и других периферических частей обуславливает содержание в крупе витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон, что обуславливает физиологическую ценность крупы. Так, например, манная и рисовая крупы из-за низкого содержания клетчатки и высокой усвояемости рекомендуются для детского и диетического питания.

Каша из овсяной крупы имеет слизистую консистенцию и положительно влияет на деятельность желудочно-кишечного тракта человека. Крупа, содержащая большое количество клетчатки (гречневая, ячневая, овсяная), благотворно действует на органы пищеварения.

В результате проведенного анализы структуры производства продуктов питания, установлена динамика объемов производства крупяной продукции в Республике Казахстан (рис. 4).

В связи с ростом индустриализации зерноперерабатывающей промышленности, внедрения новых технологий, а также развития сырьевой базы увеличились объемы производства крупяной продукции в разрезе 2000гг. В настоящее время технологические мощности крупяных предприятий вырабатывают более 40,0 тыс. тонн крупяных изделий в год.

Полностью обеспечивается потребность населения в крупяной продукции, ассортимент которой представлен традиционными крупами: из зерна пшеницы – пшеничная, манная; из овса – овсяная, "Геркулес", толокно; из риса – рисовая; из гречихи – ядрица, продел; из проса – пшено; из ячменя – перловая, ячневая; из кукурузы – сортовая кукурузная крупа (рис. 5).

Вместе с тем, недостаточны объемы производства гречневой, гороховой и кукурузной круп. Вырабатываемая на промышленных предприятиях крупа имеет незначительные объемы производства высших сортов, а сельскохозяйственные крупяные цеха не обеспечивают требований действующих стандартов на готовую продукцию.

тонн Рисунок 4 – Динамика объемов производства крупяной продукции в РК Рисунок 5 – Доля производства различных сортов круп на предприятиях При существующих технологиях по приданию потребительских свойств крупе (дисперсности, формы, вида и так далее) сошлифовываются наиболее ценные и высокобелковые, насыщенные витаминами слои зерновки. При этом снижаются содержание белка, клетчатки, жира, витаминов и минеральных веществ за счет удаления оболочек, алейронового слоя и зародыша.

В связи с этим видится перспективным дальнейшее расширение ассортимента крупяных изделий, укрепляющих функциональный статус, путем создания продукции направленного действия с максимальным сохранением биологически активных веществ, сосредоточенных в периферийных частях сырья.

Одним из направлений обеспечения конкурентоспособности является расширение ассортимента, повышение питательной ценности и степени готовности крупяной продукции.

Повысить питательную ценность возможно путем комбинации различных злаковых и зернобобовых культур, содержащих максимальное количество питательных и минеральных веществ. Наиболее перспективным способом повышения питательной ценности зерновых продуктов является производство цельноплющенного, цельного зерна, а также составление полизлаковых смесей, сбалансированных по аминокислотному, минеральному и витаминному составу.

зерноперерабатывающей отрасли будет способствовать оздоровлению нации, повышению культуры питания населения, а также увеличению объема и расширению ассортимента выпускаемой продукции.

СОСТОЯНИЕ РЫНКА ПРОДУКТОВ БЫСТРОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Несмотря на столь малые производственные мощности крупяных предприятий, дефицита крупяных продуктов не наблюдается, что формирует жесткие условия конкуренции среди товаропроизводителей. Наиболее остро встала проблема повышения конкурентоспособности крупяной продукции.

На рынке стала преобладать продукция, более удобная к применению.

Перспективным направлением является повышение степени готовности пищевых продуктов. Одним из направлений развития крупяной продукции является фасовка ее в мелкую тару. Упаковка позволяет донести до потребителя много информации, способствующей повышению конкурентоспособности данной продукции, что обеспечивает возможность формирования и продвижения на рынок торгового бренда и утверждать в сознании потребителя образ стабильного и конкурентоспособного предприятия.

Вместе с тем состояние отечественного производства пищевых продуктов быстрого приготовления, изготовленных на основе зерна злаковых и зернобобовых культур, на стадии зарождения (рис. 6). Так, например, на нашем рынке продуктов быстрого приготовления, произведенных на основе зернового сырья, складывается следующая ситуация.

По данным МСХ РК, в настоящее время на казахстанском розничном рынке готовых пищевых продуктов и пищевых продуктов быстрого приготовления, произведенных на основе зернового сырья, присутствуют только зарубежные производители (доля на рынке составляет около 99,9 %).

Общий объем импорта зерна плющенного или в виде хлопьев (крупы быстрого приготовления, хлопья) составляет около 1530 тонн, а готовых пищевых продуктов (мюсли, хлебцы, вспученные зерна, снеки и тому подобное), полученных из зерна хлебных злаков, – около 1960 тонн.

Среди основных стран-импортеров зерна плющенного или в виде хлопьев в РК лидирует Россия. Ее доля составляет 96,3 % (1472,3 тонн). После России, второе место занимает Финляндия, ее доля составляет всего 2,1 % (32 тонны).

Доля остальных стран составляет около 1,4 %.

Среди стран-импортеров готовых пищевых продуктов, полученных из зерна злаковых культур, лидирует вновь Россия (91,4 % – 1 806,6 тонн), затем идет Польша (2,2 % – 42,7 тонн), Германия (1,6 % – 32,3 тонн) и ряд других стран (США – 1,1 %; Турция – 0,8 %; Великобритания – 0,7 % и другие страны – 2,2 %).

Если говорить о рынке готовых пищевых продуктов и продуктов питания быстрого приготовления, изготовленных на основе зернового сырья, то на сегодняшний день одновременно на рынке присутствуют до 20 торговых марок и производителей.

Рисунок 6 – Структура производства продуктов переработки зерновых культур Среди них есть довольно известные и популярные (лапша "Доширак"», несколько видов корейской и китайской лапши с невыделенными торговыми марками, супы быстрого приготовления "Магги", "Кнорр", "Галина Бланка", моментальные каши "Быстрое", "Союз-Пищепром", "Моменталь", "Nestle", сухие завтраки и хлопья и другие).

Вышесказанное свидетельствует о том, что для нас возможности конкурентного (импортного) замещения составляют до 99,9 %. То есть в силу специфической ситуации на рынке продуктов быстрого приготовления, произведенных на основе зернового сырья, для организации нового производства данных пищевых продуктов возможности для захвата рынка продуктов быстрого приготовления в Казахстане представляются просто уникальными. Фактически можно считать, что производство пищевых продуктов быстрого приготовления, изготовленных на основе зернового сырья, находится в Республике Казахстан на самой начальной стадии своего развития.

Стереотип потребления как продуктов быстрого приготовления вообще, так и круп быстрого приготовления в частности (в том числе и детского питания), сложился, и уже существуют обширные категории покупателей, которые определились как в цене, так и в ассортименте.

Какие же марки моментальных сухих каш сегодня известны рядовому казахстанскому потребителю? Их не совсем много: каши "Nordic" производства финского концерна "Raisio", каши "Quaker" производства Quaker Trading Ltd., каши "Бишоп" производства ООО "Овсяный проект", "Быстрое" компании "СиПро" (награда "Товар года" в номинации "Каши моментального приготовления" в 2000 году, награда "Бренд года" в номинации "Выведение Бренда на рынок" в 2000 году, Первое место в номинации "Этикетка и Упаковка" на Х-м Московском Международном Фестивале Рекламы), "Оба-на!" санктпетербургской компании "Фотрэкс" (медаль конкурса "Наша марка" на выставке "Петерфуд-2000", "Золотая медаль" на VIII-й Международной продовольственной выставке), крупы быстрой варки "Ангстрем" и несколько других марок. Широким ассортиментом представлена челябинская макаронная фабрика "Макфа". Возможно, что мы станем очевидцами маркетинговой войны на этом рынке.

Ассортимент каш велик: по разновидностям круп – овсяная, ржаная, рисовая, гречневая, ячменная, 5 злаков; по различным добавкам – фруктовые (ананас, клубника, черника, яблоко, виноград, персик, ежевика, малина, банан, вишня, изюм, дыня, черная смородина, ассорти, орехи, ассорти со сливками и пр.); куриные, мясные (курица, говядина, говядина в томатном соусе, говядина в сметанном соусе) и грибные. Некоторые каши содержат в своем составе минеральные вещества и витаминизированные добавки.

Каши быстрого приготовления, требующие кратковременной варки, фасуются в пакетики для варки (500 г – по 1-4 пакетика в коробке) или в картонные коробки (600-700 г), каши моментального приготовления фасуются в порционные пакетики (35-47 г по 10 пакетиков в коробке) или в картонные коробки (по 210-400 г). Розничная цена на каши моментального приготовления варьируется в зависимости от марки, ее позиционирования, вида хлопьев и вида наполнителя.

На сегодняшний день на рынке продуктов высокой степени готовности присутствует бренд "Марка Мира". Мощность оборудования позволяет постоянно создавать новые рабочие места и задействовать при производстве продуктов быстрого приготовления более 200 человек. Ассортимент продукции представлен более 70 наименованиями, в том числе:

супы быстрого приготовления в тарелке – 9 видов;

картофельное пюре быстрого приготовления в стакане – 5 видов;

гречневая каша быстрого приготовления в стакане – 4 вида;

овсяные каши со сливками моментального приготовления в пакетиках – 9 видов;

гречневые каши моментального приготовления в пакетиках – 4 вида;

сухарики-гренки – 7 видов;

вермишель быстрого приготовления – 7 видов;

лапша быстрого приготовления – 7 видов.

На основе высококачественного сырья, уникальной технологии производства, использования новейшего импортного оборудования и постоянного контроля качества в процессе производства достигается натуральный вкус и сохраняются все питательные свойства продукции "Марка Мира".

Продукция производится без использования консервантов. Продукты фирмы "Марка Мира" изготовлены по традиционным рецептам, в них есть все те ингредиенты, которые опытная домохозяйка добавляет в любимые семейные блюда. Изысканный вкус блюдам быстрого приготовления придают грибы, красная ароматная паприка, душистая зелень, морковь, натуральные сушеные овощи, обжаренный золотистый лук, нежный зеленый горошек, которые превосходно сочетаются с восточными пряностями, поэтому продукция "Марка Мира – это сытная и вкусная еда в течение всего дня. Продукты быстрого приготовления "Марка Мира" имеют оригинальный дизайн и удобную упаковку из современных, универсальных и безопасных материалов. В нее входит одноразовая пластиковая ложечка, которая позволяет приготовить вкусный обед в любой обстановке с минимальными затратами времени.

Отличительные особенности продукции "Марка Мира" от других производителей продуктов быстрого приготовления:

1. Большой ассортимент выпускаемой продукции под одной торговой маркой.

2. Продукция выпускается с учетом сезонности:

вермишель быстрого приготовления (ВБП), супы – лето;

овсяные каши – зима;

3. Принципиальное отличие продукции от аналогов:

супы производятся в тарелке с ложкой;

бульонная основа сделана из дорогостоящих ароматизаторов "Quest";

вермишель и лапша быстрого приготовления выпускается только из муки высшего сорта по технологии и на оборудовании фирмы "Nissin" (Япония);

в состав бульонной основы ВБП входят гранулы текстурированной сои;

при производстве овсяных каш используются сублимированные фрукты, в которых сохранены полезные свойства и витамины;

высококачественные голландские и немецкие картофельные хлопья;

вся продукция имеет длительный срок годности, подтвержденный лабораторными испытаниями;

вся выпускаемая продукция фирмы "Марка Мира" сертифицирована.

В начале 1999 года руководство "Си-Про" решило переориентироваться на разработку и производство продуктов быстрого приготовления для более дорогого сегмента рынка. В сентябре 1999 года в российских магазинах появились каши "Быстров". Вначале месячный объем их производства составлял 50 тонн, к июню 2000 года он вырос до 300 тонн. В 2003 году численность постоянных сотрудников компании "Быстров" была около человек, а в настоящее время количество обслуживающих сотрудников превышает более 600 человек. По утверждению руководства "Быстров", их компания занимает около 75 % российского рынка каш моментального приготовления и удерживает лидерство с момента появления торговой марки на рынке.

На сегодняшний день "Быстров" может предложить Вам моментальные овсяные каши с фруктами – 13 видов, моментальные овсяные каши с фруктами и сливками – 6 видов, моментальные гречневые каши – 3 вида.

Каши овсяные "Быстров" (на основе сахара): с яблоком, с персиком, с ананасом, с изюмом, с черникой, ассорти (2 яблока, 2 персика, 2 ананаса, изюма, 2 черники), традиционная с бананом, с вишней, с малиной.

Каши овсяные "Быстров" со сливками: со сливками и малиной, со сливками и клубникой, со сливками и черной смородиной, со сливками и абрикосом, со сливками традиционная, ассорти (2 малины, 2 клубники, черные смородины, 2 абрикоса, 2 традиционные).

Каши гречневые "Быстров": с курицей, с говядиной, с грибами, с говядиной в сливочном соусе, с говядиной в томатном соусе, с грибами в сливочном соусе.

Каши рисовые "Быстров" со сливками: с клубникой, с абрикосом, с черной смородиной, с изюмом, традиционная.

Каши овсяные "Лайт": земляника, черная смородина, черника, яблоко.

Каши овсяные детские "Быстренок" (овсяные каши для детей с 3-х лет):

ассорти, клубника, персик, яблоко, банан, малина.

Моментальные каши в стаканчиках:

Овсяная моментальная каша: персик, яблоко, ананас.

Овсяная сливочная моментальная каша: клубника, абрикос.

Рисовая сливочная моментальная каша: клубника, изюм.

Каши 5 злаков: изюм с орехом, мед с орехом, чернослив, абрикос.

Фитокаши: с брокколи, кориандром и фенхелем, с курагой, черносливом и брусникой, с клюквой, шиповником и миндалем.

На рынке продуктов быстрого приготовления присутствует объединение предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности "СоюзПищепром" – крупнейший российский производитель муки всех сортов, всех видов крупяных изделий, круп быстрого приготовления, многозерновых хлопьев, готовых завтраков, хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий, супов и каш быстрого приготовления.

Ниже представлен следующий ассортимент производимой продукции.

Крупы быстрого приготовления – гречневая, рисовая, овсяная, пшеничная, гороховая, ячменная.

Каша с добавками – с грибами и зеленью, каша с капустой и паприкой, каша с морковью и зеленью, каша с тыквой, каша с фруктами, с витаминами.

Овсяные хлопья – "Геркулес", "Экстра".

Многозерновые хлопья – 3-злаковые, 4-злаковые, 5-злаковые.

Крупы – крупа гороховая цельная, гречневая, рисовая, овсяная, перловая, пшеничная, ячневая, манная.

Супы моментального приготовления – гороховый с копченостями, овсяный с овощами, рассольник, солянка, уха, харчо.

Каши моментального приготовления – гречневая с мясом, овсяная с бананами, овсяная с гренками и сырным соусом, перловая с грибами, пшеничная с курицей, рисовая с креветками, рисовая со сливками и ананасовыми цукатами.

Проведенный анализ тенденции развития перерабатывающих отраслей показал, что будущее крупяной отрасли за предприятиями большой производительности, объединенными в крупные компании с более устойчивой экономикой. В настоящее время в Казахстане функционируют более зерновых компаний, которые в своей структуре имеют посевные площади, элеваторы, мукомольно-крупяные и хлебопекарные предприятия, то есть образован зерновой кластер, включающий все стадии от производства сырья до получения готовой продукции.

Предприятия с менее развитой структурой производства в настоящее время находятся в более трудных условиях, так как нет устойчивой сырьевой базы, затруднена реализация готовой продукции из-за присутствия на рынке сильной конкуренции, меньшая гибкость технологических схем, которая позволила бы переориентироваться на выпуск другого ассортимента круп.

Кроме того, в крупяной промышленности следует уделить внимание распространению экономических интересов компаний более чем на одну подотрасль пищевой промышленности, без выделения новых проектов в самостоятельные подразделения. Такой тип диверсификации будет способствовать повышению экономической устойчивости предприятий, так как позволяет укреплять рыночные позиции сразу в нескольких сегментах, а также аккумулировать активы для обеспечения кредитных обязательств с целью обеспечения процесса реализации стратегии финансовыми ресурсами.

Подобный подход позволит перераспределить ограниченные финансовые, а также технические ресурсы от групп с наименьшими шансами на скорое и прочное завоевание рынка к потенциально более успешным группам.

В ближайшие годы в развитии крупяных мощностей в Казахстане существенных изменений возможно не будет наблюдаться. Однако будет идти постепенная модернизация имеющихся крупозаводов с целью расширения ассортимента продукции с учетом рыночной конъюнктуры.

Несмотря на это проведенный анализ показал, что предприятия крупяной отрасли могут обеспечить определенный сегмент продовольственной безопасности страны. В Казахстане имеются все предпосылки для увеличения экспорта полизлаковых круп в ассортименте. Для этого есть производственные мощности, а также сырьевые и трудовые ресурсы.

В то же время имеются проблемы с повышением конкурентоспособности продукции, которое связано с качеством сырья и готовой продукции, состоянием техники и технологии на перерабатывающих предприятиях. В мерах по повышению уровня конкурентоспособности производства необходимо уделять внимание расширению ассортимента предлагаемых круп, проведению инновационных разработок, внедрению прогрессивных технологий производства продуктов и внедрению устойчивого типа производства.

СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ

ГОТОВНОСТИ

Для приготовления продуктов быстрого приготовления чаще всего применяют экструзионную технологию. Экструзионная технология совмещает гидротермическую и механическую обработку сырья, позволяющую получать продукты и компоненты быстрого приготовления с заданными потребительскими свойствами.

Существуют несколько способов экструзионной обработки сырья в зависимости от температуры, при которой она проводится, и создаваемого давления, необходимого для получения продукта той или иной консистенции.

Процесс экструзии подразделяется на три группы (виды экструзии):

холодное формование (холодная экструзия); тепловая обработка и формование при низком давлении (тепловая экструзия); тепловая обработка и формование при высоком давлении (горячая экструзия) (табл. 1).

Параметры экструзии Необходимо отметить, что проведение переработки зернового сырья путем горячей экструзии приводит к тому, что в зоне плавления экструдера, при температуре 120-180 °С, происходит разрушение полимерной структуры основных компонентов крахмалосодержащего сырья, клейстеризация и желатинизация которого могут быть вызваны действием высокой температуры, возникающей при переходе механической энергии (энергии трения материала о поверхность экструдера и внутреннего трения материала при его перемещении) в тепловую энергию набухшего зерна крахмала. Тогда как набухание и растворение в воде зерен крахмала ограничено, процессы их термомеханической деструкции в данном случае протекают более активно.

В результате экструзии наблюдается сохранение белковых веществ наряду с превращением полисахаридов в более легкоусвояемые олигосахариды.

Основная технологическая машина для экструзии – пресс-экструдер. В практике известны различные его конструкции со специальной формой рабочих органов и определенными кинематическими и нагрузочными параметрами.

Экструдеры могут работать как в автономном режиме, так и с использованием теплоты дополнительных источников. На рынке технологического оборудования присутствуют следующие марки экструдеров:

КМЗ 2У, КМЗ-2М, КМЗ-2, ПЭК-1258, экструдеры фирмы "TRIPL-F" модель "Insta-pro" и др.

Например, в экструдере ПЭК 1258 сырье нагревается как в результате преобразования механической энергии рабочих органов машины в тепловую энергию, так и вследствие дополнительно регулируемого внешнего источника теплоты электрообогрева.

Горячее экструдирование осуществляется при высоких нагрузках, давлении и температуре. Здесь имеет место регулируемый подвод тепла извне, как непосредственно в продукт, так и через стенки корпуса экструдера. Такая обработка приводит к различным по глубине изменениям в сырье.

Относительно сухой материал влажностью 10-20 % переходит в пластическую массу, способную течь, а содержащийся в сырье крахмал почти полностью клейстеризуется. При выходе массы из матрицы происходит «взрывание»

продукта и разрыхление его структуры в результате резкого падения давления и температуры.

Влияние влаготермической обработки на свойства основных компонентов сырья. Для оптимизации технологического процесса производства экструдированных продуктов необходимо знать свойства перерабатываемого материала и его возможные изменения в процессе переработки. Помимо свойств экструдируемого материала на консистенцию продукта оказывает влияние эффект полного взаимодействия целого ряда факторов, таких как, например, частота вращения шнека и температура. Это подтверждает положение о том, что экструзия является процессом комплексного воздействия на материал влаготермических напряжений.

Наибольшим изменениям в процессе экструзионной обработки подвергается углеводный комплекс сырья, особенно крахмал. Степень изменения крахмала в этом случае зависит от ряда факторов: свойств исходного материала; скорости и предела повышения температуры нагрева;

интенсивности механического воздействия; состояния крахмальных полисахаридов; количества воды.

Соотношение основных параметров экструдирования и индивидуальные особенности обрабатываемого сырья определяют глубину изменения его свойств. При экструзионной обработке полученные продукты будут иметь ряд пищевых и технологических достоинств:

готовые к применению пищевые продукты или компоненты обладают высокой водо- и жироудерживающей способностью;

обладают повышенной усвояемостью пищевых продуктов;

обладают пониженной микробиологической обсемененностью сырья и способностью нейтрализации термолабильных и антипитательных компонентов химического состава семян зернобобовых культур.

Каждый из компонентов сырья в процессе экструзии претерпевает ряд изменений. Технологическая переработка зернобобовых и крупяных культур представляет собой совокупность различных операций, с помощью которых исходное зерно превращается в изделия с заранее заданными пищевыми, биохимическими, микробиологическими качественными свойствами и формой.

Совместными исследованиями Государственного научного центра ВНИИ ЗБК и соисполнителей (ВНИИ крахмалопродуктов, завод "Арсенал") установлено, что для повышения биологической ценности, питательности и потребительских свойств белков и полисахаридов бобовых и крупяных культур наибольший интерес представляет экструзионная гидротермомеханическая и термолучевая обработки зерна.

Экструзионная гидротермомеханическая обработка позволяет получать белково-полисахаридное сырье без антипитательных веществ, использование которого в чистом виде и в сочетании с животными белками дает возможность производить большой ассортимент продуктов питания (более 100 видов) повышенной биологической ценности.

Термолучевая обработка не только улучшает питательную ценность продуктов, но и в зависимости от режима работы дает продукцию, аналогичную экструзионной, или сырье для быстрого приготовления блюд.

Сырьем для переработки по новой технологии является зерно гороха, других зернобобовых культур, гречихи и проса. Перед переработкой зерновое сырье подвергается очистке от посторонних примесей на серийно выпускаемых зерноочистительных машинах. Если сырье используется для детского питания, зерно подвергается шелушению и освобождению от оболочек. При использовании сырья на другие цели шелушение не нужно, так как оболочки содержат волокнистые вещества, полезные для пищеварения.

В результате проведенного анализа установлено, что в зависимости от типа используемого экструдера подготовка гороха для экструдирования осуществляется до состояния частиц типа манки. При изготовлении горохового полуфабриката на экструдере типа КМЗ горох не дробится, а направляется непосредственно в приемный бункер экструдера в виде целых частиц.

Влажность продукта определяет его потребительские свойства. Так, палочки бобовые имеют влажность не более 8 %, а гороховый полуфабрикат, используемый в плавленых сырах в виде муки, должен иметь влажность не более 12 %. Путем экструзионной и термолучевой обработки зерна зернобобовых и крупяных культур произведено белково-полисахаридное сырье (полуфабрикат) (табл. 2). Итоги проведенного анализа существующих технических и технологических решений показали, что при производстве продуктов высокой степени готовности применяются два способа:

баротермический и экструзионный.

Баротермический способ отличается большей трудоемкостью и сопровождается большими энергозатратами. В отличие от этого экструзионная обработка пищевых продуктов, готовых к употреблению, имеет ряд преимуществ. Формование подготовленного к переработке сырья при высоком давлении и температуре приводит к повышению качества исходного продукта, способствует снижению степени обсемененности микроорганизмами готовой продукции; модификации и клейстеризации крахмала; уменьшает содержание неусвояемых соединений; улучшает сенсорные (органолептические) показатели.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛИЗЛАКОВЫХ ПРОДУКТОВ

В условиях диверсификации зернового производства особую актуальность приобретают вопросы переработки зерна. А зерноперерабатывающая отрасль в большей степени определяет продовольственную независимость любого государства.

Современная технология переработки растениеводческой продукции в пищевые продукты (мука, крупа, хлебобулочные изделия) на основе полизлаковых смесей из цельносмолотого зерна (пшеница, ячменя, овса, гречихи, проса, кукурузы) предусматривает подготовку (очистку от посторонних примесей, очистку поверхности зерна, гидротермическую обработку) зернового сырья и его переработку (измельчение, сортирование, смешивание, гранулирование, экструдирование, выпечка).

Современная технология переработки зерна базируется на результатах теоретических и практических исследований отечественных и зарубежных ученых: Казакова Е.Д., Трисвятского Л.А., Лыкова А.В., Резчикова В.А., Журавлева А.П., Егорова Г.А., Бутковского В.А., Гинзбурга А.С., Ребиндера П.А., Вашкевича В.В., Остапчука Н.В., Мачихиной Л.И., Дулаева В.Г., Глебова Л.А., Сорочинского В.В., Закладного Г.А., Пункова С.П., Комышника Л.Д., Оспанова А.А., Налеева О.Н., Джанкуразова Б.О., Изтаева А.И. и многих других.

Одним из основных технологических процессов, предопределяющих качество и лучшие потребительские свойства, является механическая обработка – измельчение зерновых компонентов и смешивание при получении полизлаковых зерновых смесей с последующим экструдированием.

Измельчение относится к тем важнейшим и наиболее энергоемким технологическим процессам в пищевой промышленности, для которых еще не разработана надежная теория, как это уже удалось сделать для других основных процессов. И если еще не разработана количественная теория измельчения, то это объясняется отнюдь не малой заинтересованностью или же недостаточным количеством проведенных исследований, а сложностью самого процесса измельчения.

Все множество работ в области измельчения можно условно разделить на четыре основных направления.

К первому направлению относятся работы, которые выявляют взаимосвязь между дисперсностью измельчаемых тел и затратами энергии на процесс измельчения. Эта группа исследователей наиболее близко соприкасается с физикой твердого тела и пользуется ее открытиями.

Представителями этого направления являются: Риттингер П., Кирпичев В.А., Кик Ф., Танака, Бонд Ф.,Чарльз Р., Гарднер Р., Оспанов А.А. и другие.

В работах второго направления представлены исследования закономерностей разрушения и методы исчисления характеристик гранулометрического состава измельчаемых материалов. К этому направлению относятся материалы Колмогорова A.Н., Розина П., Раммлера Е., Хусид С.Д., Шумана Р., Андреева С.Е., Мартина Ж., Гаудина А., Свенсона И., Товарова В.В., Басса Д., Седлачека К., Аустина Л., Глебова Л.А. и многих других.

К третьему направлению можно отнести исследования в области конструктивного оформления мельниц. Данному направлению посвящены работы Акунова В.И., Романдина В.П., Смирнова Н.М., Розе Г., Беренса Д., Спандиярова Е., Блиничева В.Н., Мизонова В.Е., Севостьянова В.С., Барабашкина В.П., Жайлаубаева Д.Т. и других.

В работах, относящихся к четвертому направлению, представлены исследования физико-механических и физико-химических явлений, происходящих при механическом воздействии (растирание, раздавливание, измельчение) на исследуемый объект. Представителями этого направления являются: Освальд В., Таманн Ж., Вонетич П., Хейнике И., Болдырев Г., Аваккумов С., Хинт И.А., Ходаков Г.С. и многие другие.

Первые попытки по выявлению взаимосвязи между дисперсностью измельчаемых тел и затратами энергии на процесс измельчения были предприняты в конце прошлого столетия Ритинггером П., Кирпичевым В.А., Киком Ф. и Бондом Ф. Каждый из них обосновал свою теорию, подробно описанную во многих работах. Впоследствии эти три закона были объединены Чарльзом Р. и Рунквистом А.К. и описаны одним уравнением.

Перечисленные выше законы измельчения преследуют цель – установить связь между затратами энергии на процесс измельчения и средней степени измельчения материала. Однако главной задачей этого направления является определение, на какие процессы при разрушении затрачивается механическая энергия.

Нет сомнения, что в будущем вполне возможно создание большого числа теорий измельчения. С этой целью многие исследователи изучали измельчение образцов различных материалов. Основой этих опытов явились первые работы Гриффитса А., который применил разработанные Инглизом С. методы математического анализа напряжений.

В результате решения дифференциальных уравнений для напряжений деформации Инглиз С. показал, что наличие дефектов в находящемся в напряженном состоянии теле может вызвать концентрацию напряжений. Таким образом, предполагается, что начало трещин обусловлено дефектами частиц.

Теория дефектов Гриффитса А. безусловно верна лишь в случае, когда рассматривается развитие процесса раскалывания малых дефектов. Однако, математический анализ является неполным, поскольку при составлении энергетического баланса не учитывалась, например, кинетическая энергия волн напряжения, распространяющихся одновременно с раскалыванием, пластической деформацией материала и многое другое. Со времени появления работ Гриффитса А. был предпринят ряд исследований изменения внутренних напряжений и энергетических условий распространения трещин.

Из этих работ видно, что при наличии трещин, рассматриваемых Гриффитсом А., разрушение материала наступает при напряжениях в 100 и даже в 1000 раз меньше, чем при максимальных, определяемых теоретически.

Согласно закона Ребиндера П.А., подведенная к телу энергия затрачивается на образование новой поверхности и на деформацию измельчаемого материала.

Кафаров В.В. с сотрудниками предложил выделить три составляющие затрат подведенной к измельчаемому телу энергии. Первая составляющая связана чисто с процессом измельчения. Вторая составляющая затрачивается на сопутствующие процессы и третья составляющая не связана с процессом измельчения.

Ходаков Г.С. считает, что при тонком измельчении энергия затрачивается (кроме упругой энергии) на образование новой поверхности и пластическую деформацию. При этом работа разрушения частицы (Ар) может быть записана в следующем виде:

где i – степень измельчения; – средняя объемная плотность энергии, затраченной на пластические деформации; x – размер частиц; a, b – постоянные; – предел прочности частиц.

При грубом измельчении величины энергий пластического деформирования и поверхностной энергии малы по сравнению с величиной упругой деформации, и поэтому ими можно пренебречь.

Разрушающие силы, возникающие в большинстве промышленных машин для измельчения, в значительной мере являются комплексными и сочетают в себе ударные воздействия, давление, а также трение и сдвиг, вследствие чего они не поддаются четкому математическому анализу.

Нестандартный подход к изучению хрупкого разрушения твердых тел осуществил в своих работах проф. Родин Р.А. Впервые процесс разрушения предложено оценивать не по необходимым энергозатрататам, как главному критерию, определяющему конечный результат разрушения, а на основе силового воздействия в течение последовательно протекающих стадий, составляющих физическую сущность процесса разрушения. Согласно проведенным исследованиям Родин Р.А. установил, что процесс разрушения твердого изотропного тела можно представить в виде последовательных стадий: контактного взаимодействия и упругих деформаций в материале;

создания зоны всестороннего сжатия до момента появления эффективной трещины; появления эффективной трещины и ее увеличения до критических разборов; полной реализации потенциального запаса упругой энергии путем скоростного развития эффективной трещины и окончательного разрушения куска материала.

По данным Клушанцева Б.В., расход энергии на первой стадии разрушения тела не превышает 10 % общего расхода энергии. Если всю полезную работу дробления принять за 100 %, то на образование зоны всестороннего сжатия расходуется 73,4 %, на развитие эффективной трещины до критического размера – 22,5 % и на скоростное развитие трещин – 4,4 %.

Поверхность частиц, находящихся в зоне всестороннего сжатия, составляет около 97 % вновь образованной поверхности. Частицы подвергаются огромному напряжению (до нескольких тысяч мегапаскалей) и интенсивному трению между собой, до момента появления первой трещины, на что расходуется 95 % всех энергозатрат.

Из приведенных данных можно сделать важный вывод для теории и практики измельчения в свете современных представлений о механизме разрушения хрупких тел. Учитывая доминирующие энергозатраты расходуемые на создание напряженного состояния деформируемого тела, до появления в нем первой трещины, поиск неиспользуемых резервов (снижения энергозатрат) следует вести в области совершенствования механизма силового воздействия на измельчаемый материал.

В реальных условиях вряд ли можно реализовать в чистом виде энергетически выгодный способ разрушения материалов разрывом, но при создании дробильно-помольного оборудования целесообразно стремиться к рациональному сочетанию в них нормальных ( S ) и касательных ( ) напряжений, воздействующих на разрушаемый материал. Кроме того, учитывая утвердившееся в настоящее время теоретическое положение о разрушении твердых тел под воздействием локальных пиков напряжений, концентрирующихся по краям дефектных трещин, развитое в трудах Гриффитса А. и его последователей, то при обеспечении раздавливающесдвигового силового воздействия на деформируемое тело следует ожидать появления трещин критических размеров при меньших энергозатратах. При этом создаются наиболее благоприятные условия для проявления разрывающих моментов (по Родину Р.А.), обеспечивающих напряжения растяжения возникающих в устье микротрещин.

Касаясь теоретических воззрений ученых-сторонников теории трещинообразования (теории Гриффитса А.) следует отметить, что, соглашаясь с основополагающими положениями теории, каждый из авторов привнес в нее некоторые отличительные особенности.

Таким образом, проведенный анализ научных работ в области теории разрушения хрупких тел и связанных с ней процессов позволяет сделать вывод о жизнеспособности и перспективности развития теории трещинообразования, дополненной и развитой в трудах отечественных и зарубежных ученых.

Подтверждена целесообразность рационального сочетания нормальных и касательных напряжений на всех стадиях измельчения материала. Для достижения критической прочности разрушаемых частиц при минимальных энергозатратах и повышения эффективности связанных с разрушением процессов целесообразно обеспечить непрерывное сдвиговое силовое воздействие на деформируемые частицы при постоянном их внутреннем рецикле.

Смешивание – механический процесс образования однородной смеси сыпучих компонентов. Процесс смешивания материалов широко применяется во всех отраслях пищевой промышленности для различных целей равномерного распределения продуктов, составляющих смесь:

интенсификации массообмена, то есть, переноса вещества из одной фазы в другую;

интенсивности теплообмена в различных тепловых аппаратах;

ускорения биохимических, химических и других процессов;

получения суспензий, эмульсий и тому подобное.

Смешивание проводится в смесителях либо в аппаратах, где проводятся процессы массо- и теплообмена, биохимические, химические и др.

Смешиванию подвергают различные материалы – жидкие, газообразные, твердые (сыпучие). При этом перемешиванию могут подлежать как продукты, находящиеся в одинаковом агрегатном состоянии, например, две жидкости, два твердых (сыпучих) материала, так и в разном – жидкости и твердые тела.

Существуют следующие способы перемешивания материалов:

механический;

пневматический.

Различают три механизма смешивания:

диффузионное смешивание, то есть беспорядочное движение отдельных частиц в ограниченном пространстве, при этом каждая частица имеет равные возможности отклониться в любую сторону при столкновении с другой частицей;

конвективное смешивание, при котором смежные частицы группами перемещаются из одного положения в другое;

сдвиговое – смежные слои частиц движутся относительно друг друга.

В общем виде эффективность процесса зависит от конструктивных, технологических и кинематических параметров:

где K – коэффициент заполнения; W1...Wn1, Wn – соотношение компонентов в смеси; n – частота вращения рабочего органа; t – время смешивания.

Вследствие различных физико-механических свойств смешивание сыпучих компонентов сопровождается одновременно процессом, противоположном приведенным, – сегрегацией готовой смеси. Сегрегация – сосредоточение частиц, имеющих близкую характеристику (массу, размер, форму и др.), под действием гравитационных и инерционных сил. Окончание процесса смешивания необходимо устанавливать в тот момент, когда явление сегрегации не начало проявляться.

Для лучшего представления физической картины смешивания строят график зависимости коэффициента вариации ( Vc ) от времени смешивания ( t ).

Кривая, характеризующая процесс смешивания называется "кривой смешивания". Анализ кинетики смешивания (рис. 7) показывает наличие трех зон:

I зона – интенсивное смешивание в результате сдвиговых и конвективных процессов;

II зона – замедленное диффузионное смешивание;

III зона – проявление процесса сегрегации, увеличивающего коэффициент вариации.

Рисунок 7 – Кривая кинетики смешивания сыпучих компонентов Причем первые два процесса (сдвиговой и конвективный) в отличие от диффузионного смешивания не зависят от характеристики смешиваемых компонентов. За время смешивания компонентов следует принимать то, при котором Vc min. Учитывая данную физическую картину смешивания необходимо различать два главных параметра – качество процесса и продолжительность операции до достижения заданного качества.

Таким образом, в существующих смесителях смешивание осуществляется по принципу случайного процесса с ожиданием вероятности благоприятного исхода. Это является существенным недостатком существующих конструкций смесителей.

Экструдирование – механический процесс, использующий статистические режимы воздействия, так и динамический эффект давления, температур, осмоса и так далее. В основе процесса экструдирования имеется два процесса – "механохимическая деструкция", наблюдаемая на всех этапах процесса, и "взрыв" или "декомпрессионный шок", происходящий на выходе продукта из матричной зоны экструдера.

На практике для описания течения сыпучего материала в процессе экструзии чаще применяется степенное уравнение Оствальда-де Виля где – напряжение сдвига в материале; – коэффициент консистенции материала; – скорость сдвига; n – индекс течения.

В результате проведенных экспериментальных исследований Зубковым Т.М., Абдрафиковым Д.А. и Мусиенко Д.А. установлено, что предположение о происхождении слоя проскальзывания за счет локального разогрева материала не подтверждается, поскольку в этом случае отсутствует заметное проскальзывание по дну канала шнека.

В результате чего авторы эксперимента дают следующее объяснение возникновения пограничного слоя с реологическими параметрами, отличающимися от параметров основного материала в канале шнека, которое заключается в распределении мощности послойного течения в материале.

Уравнение удельной мощности послойного течения величины примет следующий вид где xy – напряжение сдвига в прессуемом материале;

В формуле (4) учтено, что скорость прессуемого материала рассматривается как обращенное движение шнекового прессующего механизма. С учетом уравнения (3) формула (4) преобразуется к виду где – градиент нормальных напряжений в прессуемом материале; yo – координата плоскости, на которой касательные напряжения xy 0.

Экструдирование является недостаточно изученным процессом.

Причиной этого является недостаточная технологическая база для разработки и создания универсальных экспериментальных установок и дефицит теоретических знаний о закономерностях протекания процесса, что препятствует выбору оптимальных технологических параметров экструзионной обработки различного растительного сырья.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЗЛАКОВЫХ

ПРОДУКТОВ

Современные технологии по приданию потребительских свойств пищевым продуктам применяют большое многообразие различных технологических средств и оборудования. Так, например, для придания более выровненного гранулометрического состава применяют измельчающие устройства, для равномерного распределения компонентов, входящих в рецептуру полизлакового продукта, применяют смесители, для повышения степени готовности применяют машины для экструдирования.

На сегодняшний день казахстанский спрос на технологическое оборудование для зерноперерабатывающей промышленности в большей степени удовлетворяется за счет продукции машиностроительных комплексов ближнего и дальнего зарубежья. Так на рынке технологического оборудования присутствуют такие компании как ОАО "ВНИИКП" и ЗАО "Агроэскорт" (РФ, г. Санкт-Петербург), АО "КБ Химмаш" (РФ, г. Москва), фирмы "СпроутМатадор", "Амандус Каль" и "Элеватормельмаш", ЗАО "Совокрим", НПО "Агро-Симо-Машбуд", АО "Мельинвест", АО "Белохолуницкий машзавод", Кропоткинский завод "ЭММ", ЗАО "Жаско", ОАО "Прибордеталь", Днепропетровский завод "Продмаш", ОАО "Точмаш", "Тензом" и "Технекс" (РФ, г. Екатеринбург), АО "Ростпродмаш", фирма "TRIPL-F" и многие другие.

Технологическое оборудование для измельчения Процесс измельчения зернового сырья является основным и энергоемким технологическим процессом на зерноперерабатывающих предприятиях.

Современный уровень энергетических затрат в зависимости от вида вырабатываемой продукции составляют от 40 до 70 % всех энергетических затрат на их производство.

Разнообразие физико-механических свойств зернового сырья и технологические требования к степени измельчения частиц предусматривают использование различные методы измельчения. При этом эффективность процесса измельчения зависит от характера и вида приложенной на тело нагрузки. Условное обозначение и краткая характеристика измельчающих машин приведена в табл. 3.

Классификация измельчающих машин приведена в зависимости от методов воздействия рабочих органов на обрабатываемый материал (табл. 4).

Обзор существующих инженерных решений показал, что имеется большое количество конструкций измельчаемых устройств, применяемых в технологических схемах пищевых производств.

Условные обозначения измельчающих устройств Наименование и краткая характеристика Дисковая мельница с перфорированными дисками.

Предназначена для измельчения сахара, какао-бобов (порошок), крахмала, горчицы, мускатных орехов, перца. Скорость вращения рабочего органа 80-160 м/с Машина типа дробоструйного аппарата. Конструкция устройства предназначена для измельчения сахара, какао-бобов (порошок), сухого белка, желатина, пектина, перца, гранулированных супов. Скорость вращения рабочего органа 40-120 м/с Крыльчатая ударная мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать водоросли, перец, лекарственные растения, жмых, сухие овощи. Скорость вращения рабочего органа 50-70 м/с Дисковая ударная мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать следующие продукты: сухое молоко, лактоза, сухая молочная сыворотка, пластмассы, обычные хлебные злаки. Скорость вращения рабочего органа 70-90 м/с Шаровая вибрационная мельница. Конструкция устройства предназначена для тонкого или сверхтонкого помола какао-массы Вальцовая дробилка. Конструкция устройства позволяет измельчать зерновое сырье, солод, плоды, жмых Молотковая корзиночная мельница. Устройство позволяет измельчать альгинат, лекарственные корневища и кору, листья и стебли табака. Скорость вращения рабочего органа 40-50 м/с Продолжение таблицы Зубчатая дисковая мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать грильяж, кофейный экстракт, головки и кубики сахара, пластмассу, зерновые продукты. Скорость вращения рабочего органа 4-8 м/с Молотковая мельница. Конструкция устройства предназначена для измельчения крупнокусковых продуктов, жмыхов, обезжиренной кости, зерна и зерновых продуктов. Скорость вращения рабочего органа составляет 40 -50 м/с 10 Машины типа жернова (жерновой постов). Конструкция устройства позволяет измельчать зерно и продукты его переработки.

11 Шаровая мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать какао-массу 12 Гранулятор. Конструкция устройства предназначена для измельчения сухих овощей, фруктов и других пищевых продуктов, которым необходимо придать определенный гранулометрический состав. Скорость вращения основного рабочего органа составляет 5-18 м/с 13 Воздушно-электронная мельница. Устройство не применяется в пищевом производстве 14 Струйная мельница. Устройство не применяется в пищевом производстве 15 Машина роторно-барабанного типа с винтовыми ножами. Конструкция устройства предназначена для измельчения грубых и сочных кормов Окончание таблицы 16 Бичевая машина. Конструкция устройства позволяет измельчать зерновое сырье и продукты его переработки 17 Соломосилосорезка. Конструкция устройства предназначена для измельчения грубых кормов для крупного рогатого скота 18 Машина системы шнек-нож-решетка. Устройство предназначено для измельчения овощей, фруктов, мясных и других пищевых продуктов в пастообразную 19 Шнековая или челюстная дробилка. Конструкция устройства позволяет измельчать известковую и каменистую породу при производстве строительных материалов 20 Конусная дробилка. Устройство предназначено для измельчения хрупких и не очень прочных материалов 21 Ножевая мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать мясокостное сырье, крупнокусковые материалы 22 Конусная коллоидная мельница. Конструкция устройства предназначена для измельчения овощей и фруктов при приготовлении концентрированных соков 23 Дробилка с зубчатыми рифлеными валками.

Конструкция устройства предназначена для измельчения крупнокусковых продуктов растительного происхождения, а также для предварительного измельчения Классификация измельчителей в зависимости от методов воздействия рабочих органов на обрабатываемый материал

СЖАТИЕ СВОБОДНЫЙ УДАР ИСТИРАНИЕ СДВИГ, СРЕЗ

I II III IV

Анализ табл. 4 показал, что в измельчающих устройствах реализуются следующие виды деформаций: сжатие, свободный удар, истирание, сдвиг и срез. При этом установлено, что наиболее часто конструкции измельчающих устройств совмещают несколько способов воздействия рабочих органов на обрабатываемый материал.

Например, вальцовый станок реализует одновременно сжатие, сдвиг и срез зернового сырья, машина типа жернова реализует сжатие и истирание, молотковая дробилка совмещает следующие виды измельчения – свободный удар и срез, а также сдвиг и истирание продуктов размола между рабочими органами.

Для измельчения зернового сырья на зерноперерабатывающих предприятиях наибольшее применение нашли вальцовые станки и молотковые дробилки. Для доизмельчения промежуточных продуктов размола применяют дезинтеграторы, дисковые, ножевые, штифтовые, зубчатые, а также плющильные станки и др.

Анализ конструкций измельчающих устройств показал, что применяемое в пищевой и зерноперерабатывающей промышленности оборудование далеко от совершенства и имеет существенные недостатки. В связи с этим, повышение эффективности процесса образования новых поверхностей и разработка усовершенствованных конструкций измельчающих устройств представляют собой научный и практический интерес.

Технологическое оборудование для смешивания На предприятиях по переработке зернового сырья после дозирования измельченного сырья для получения однородной по составу смеси, в которой содержание компонентов в любом ее объеме не должно отличаться от содержания их во всей смеси, применяют самые разнообразные смесители, отличающиеся как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. Их можно разделить на две группы по принципу действия:

периодического и непрерывного. По конструктивным признакам различают смесители: лопастные, барабанные, шнековые, вибрационные, вертикальные, горизонтальные, одновальные и двухвальные. Ниже приведена классификация смешивающих машин (табл. 5).

На предприятиях по переработке зерна после дозирования измельченного сырья, полученную массу смешивают до однородного по составу состояния.

Для этого применяют самые разнообразные смесители, отличающиеся как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. Их можно подразделить на две группы по принципу действия: периодического и непрерывного. По конструктивным признакам различают: лопастные, барабанные, шнековые, ленточные, вибрационные, вертикальные, горизонтальные, одновальные и двухвальные.

Смеситель с прямыми лопастями и вертикальным вращающимся валом Смеситель с вращающимися пропеллерными лопастями и цилиндрическим неподвижным корпусом Смеситель с фигурными лопастями различной конфигурации, имеющий вертикальные и наклонные оси вращения Высокоинтенсивный смеситель со штыревыми и фигурными месильными лопастями Горизонтальный смеситель с вращающимися лопастями и неподвижной емкостью Одновальные горизонтальные шнековые смесители непрерывного действия Продолжение таблицы Червячно-лопастные смесители; одно- и двухвальные с горизонтальными камерами Шнековые смесители с вертикальными камерами Вертикальный смеситель с гладким диском С оребренным диском для более интенсивного смешивания С гладким диском и приемным оребренным конусом С тормозными сегментами, применяются для вязкопластичных смесей С дисками в форме тарелок, способствующие усилению осевого перемещения Продолжение таблицы Горизонтальный смеситель периодического принципа действия радиальными перегородками Горизонтальный смеситель, выполненный в виде многогранного цилиндра Горизонтальный смеситель с закрепленными направляющими лопастями Барабанный, наклонный смеситель, с внутренней поверхностью, имеющей наклонные рифли Барабанный, наклонный бочкообразный смеситель, с внутренними лопастями Лопастной смеситель, размещенный на вибрирующей платформе Горизонтальный лопастной вибросмеситель с неподвижным корпусом Окончание таблицы Тарельчатый смеситель, где вибрация возникает в результате течения жидкости по волнистой поверхности тарелки Горизонтальный вибросмеситель с цилиндрической камерой, разделенной на две зоны Наклонный смеситель, представляющий собой закрепленный на качающихся опорах наклонный или горизонтальный металлический желоб Гидродинамический вибрационный смеситель Повышение требований к качеству выпускаемых полизлаковых смесей потребовало создания нового поколения смесителей, обеспечивающих однородность готовой смеси не менее 92...95 %.

Ведущими машиностроительными заводами разработаны смесители периодического и непрерывного действия, позволяющие смешивать с высокой однородностью компоненты комбикормов, премиксов, белково-витаминноминеральных добавок и сыпучих продуктов с жидкостями: мелассой, жиром животным, маслом растительным.

В основу конструкции двухвальных лопастных смесителей периодического действия положен "псевдоожиженный" метод смешивания, позволяющий смешивать компоненты с различными размерами частиц и разной объемной массой и обеспечивающий получение однородной смеси за достаточно короткий промежуток времени.

Смесители выпускаются в двух исполнениях: для смешивания сыпучих продуктов и для смешивания сыпучих продуктов с жидкими компонентами. Во втором исполнении в смесителе дополнительно устанавливается роторный разрыхлитель и распределительный коллектор с форсунками.

Основные достоинства смесителей: высокое качество смешивания, однородность смеси составляет 95 %, быстрое смешивание; время смешивания для сыпучих продуктов не превышает 1 мин; время смешивания сыпучих продуктов с жидкими компонентами составляет 2...5 мин в зависимости от количества ввода жидких компонентов в диапазоне от 1 до 4 %; быстрое время разгрузки; время разгрузки составляет 5...10 с, возможность ввода жидких компонентов (жира, мелассы, масла растительного и др.) в количестве от 1 до Анализ технических характеристик, приведенных выше, показал, что увеличение производительности устройства приводит к увеличению энергоемкости процесса, а также замедлению кинетики смешивания, увеличивая продолжительность технологической операции.

Ввиду малой изученности процесса, отсутствия универсальной физической модели перераспределения частиц материала внутри смесителя, необходимы экспериментальные и теоретические исследования кинетики смешивания с целью совершенствования методов расчета и конструкций смесителей.

Создание новых и модернизация существующих смесителей часто базируется на данных экспериментальных исследований без детального изучения кинетики процесса смешивания сыпучих компонентов полизлаковой смеси. Одним из возможных путей совершенствования смесительного оборудования для сыпучих материалов является применение конструкций смесителей с возможностью упорядоченного перемещения частиц внутри рабочей камеры смесителя, а также разработка методики расчета основных режимных и конструктивных параметров, которые обеспечивают данные перемещения частиц и стабильное достижение требуемого качества смеси.

Технологическое оборудование для экструдирования 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.

Основной технологической машиной для производства продуктов высокой степени готовности является экструдер. В соответствии с принятой классификацией экструдеров (рис. 8) систематизированы типы машин по различным признакам. Например, по типу основного рабочего органа, экструдеры подразделяют на одно- и двухшнековые, многошнековые, дисковые, поршневые, валковые, винтовые, шестеренные и комбинированные.

Конструкции экструдеров также могут быть классифицированы: по частоте вращения рабочего органа на тихоходные и быстроходные; по конструктивному исполнению – на стационарные, с вращающимся корпусом, с горизонтальным расположением рабочего органа; по физическим признакам - с коротким шнеком (автогенные), с большим уклоном режущей кромки матрицы, с незначительным уклоном режущей кромки матрицы.

С коротким шнеком Низкого давления Среднего давления Высокого давления Короткоствольные Среднествольные Длинноствольные Общий вид экструдера приведен на рис. 9. Конструкция экструдера состоит из следующих основных узлов и деталей: корпуса, оснащенного нагревательными и охлаждающими элементами, рабочего органа (в данном случае, шнека), размещенного в корпусе профилирующей матрицы с фильерами различной конфигурации, узла загрузки перерабатываемого продукта, силового привода, системы задания технологических параметров процесса и поддерживания температурного режима и других контрольноизмерительных и регулирующих устройств.

Рисунок 9 – Общий вид пищевого экструдера Р3-КЭД- 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 (горячая экструзия – до 25 МПа), происходит разрушение полимерной структуры основных компонентов крахмалосодержащего сырья, клейстеризация и последующая его желатинизация, вызванные высокой температурой t (до 120-250 °С), 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.

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, при этом наблюдается повышение питательной ценности пищевых продуктов.

Экструдеры могут функционировать в автономном (заданном) режиме.

На рис. 10 приведена автоматизированная система задания и контроля технологических параметров давления и поддерживания температурного режима процесса экструзии, а также других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.

Рисунок 10 – Контрольно-измерительная система экструдера Для контроля эффективности предусмотрена автоматизированная система, позволяющая регистрировать возрастающие значения частоты вращения шнека – n (об/мин) и переменные значения давления в предматричной зоне устройства (МПа).

Эффективность работы устройства регулируется путем контроля следующих параметров:

влажности экструдируемого материала, W, (%);

температуры в различных зонах экструдера, t, (°С);

частоты (скорости) вращения шнека экструдера, n, (об/мин);

давления в рабочей зоне,, (МПа).

Установление влияния влаготермической обработки на свойства основных компонентов сырья очень важно. Для оптимизации технологического процесса производства экструдированных продуктов необходимо знать физикомеханические и биохимические свойства перерабатываемых материалов и их возможные изменения в процессе переработки.

Помимо свойств экструдируемого материала на консистенцию продукта оказывает влияние эффект полного взаимодействия целого ряда факторов, таких как частота вращения шнека и температура. Это подтверждает положение о том, что экструзия является процессом комплексного воздействия на материал влаготермических напряжений.

Наибольшим изменениям в процессе экструзионной обработки подвергается углеводный комплекс сырья, особенно крахмал. Степень изменения крахмала в этом случае зависит от ряда факторов: свойств исходного сырья; скорости и предела повышения температуры нагрева; интенсивности механического воздействия; состояния крахмальных полисахаридов;

количества воды.

Это подтверждает гипотезу о том, что взаимодействие основных параметров экструдирования и индивидуальные особенности обрабатываемого материала определяют глубину изменения свойств производимой продукции.

Рассматривая преимущества экструдера необходимо отметить то, что конструкция экструдера позволяет совмещать несколько технологических операций в одной машине: перемешивать, сжимать, нагревать, стерилизовать, варить и формовать сырье практически одновременно.

Рассматривая протекание процесса экструзии в установке, можно выделить несколько основных зон конструкции (рис. 11): зона питания, зона плавления и дозирования, а также – головку экструдера (рисунок 12) с фильером (рисунок 13).

1 – зона питания; 2 – зона дозирования и выпресовывания;

Рисунок 12 – Головка экструдера с устанавливаемой матрицей Рисунок 13 – Матрица с фильерами различной конфигурации Каждая из зон характеризуется тем, что позволяет изменять физикохимические и структурно-механические свойства обрабатываемого материала.

Назначение зоны питания заключается в подаче в зону сжатия холодного дисперсного материала, поступающего через загрузочное устройство. Так как производительность экструдера лимитируется зоной дозирования, то очень важно, чтобы эта зона была способна подавать количество материала, достаточное для ее постоянного заполнения.

Следует отметить, что транспортирование таких материалов, как крахмалопродукты, имеющих низкую сыпучесть и насыщенную массу, представляет собой большие трудности, и для обеспечения непрерывной и равномерной подачи сырья в машину питатели оборудуются различными устройствами – вибраторами, механическими перемешивателями и тому подобное. Для этих целей используют также двухшнековые экструдеры, конструкция которых позволяет решить проблему транспортировки и подачи сырья.

В зоне дозирования происходит выпрессование, обрабатывание материала под давлением, через отверстия матрицы, и в результате за счет перепада давления и температуры в прессе по отношению к окружающей среде происходит вспучивание материала и образуется высокопористая структура.

Наиболее интенсивно процесс образования биополимеров протекает под действием сил сдвига и растяжения в головке экструдера (рис. 12) и в фильере матрицы (рис. 13), что обусловлено изменением реологических условий течения сырья в этих зонах.

В зависимости от конструкций фильеров можно получить экструдаты всех типов микроструктур – пористой, волокнистой, однородной и различной формы: в виде колец, снеков, палочек. Экструдаты пористой структуры получают, используя короткие неохлажденные фильеры. При выходе биополимеров через такой фильер происходит резкий сброс давления, так называемое "взрывное" испарение воды и образование пористой микроструктуры. Волокнистую охлажденную микроструктуру получают, используя охлаждаемые фильеры.

Одним из основных достоинств экструдеров является то, что они имеют большой коэффициент теплоотдачи, то есть в течение короткого времени (30 с) в них возможен гомогенный теплообмен. Многие продукты питания чувствительны к термическому воздействию, поэтому подвергать их нагреву нужно быстро. Кроме того, в экструдере можно получить высокое давление сжатия до 25 МПа (при горячей экструзии) без применения дополнительных воздействий. Благодаря особенностям конструкций происходит быстрое перемешивание материала в экструдере, а совмещение в нем нескольких операций позволяет сократить время всего технологического процесса, а также снизить трудоемкость и энергопотребление.

Экструзия пищевых продуктов является достаточно прогрессивным способом получения перспективных продуктов питания. К ее основным преимуществам можно отнести гибкость технологических схем, высокую производительность при малых габаритах оборудования, непрерывность процесса и сравнительно низкую себестоимость продукции.

ОСНОВЫ СОСТАВЛЕНИЯ РЕЦЕПТУР ПОЛИЗЛАКОВЫХ СМЕСЕЙ

Теоретические основы составления рецептур В ближайшей перспективе необходимо уделить внимание расширению ассортимента полизлаковых круп в соответствии с запросами рынка:

– производство перспективных видов круп, то есть полизлаковые продукты высокой степени готовности (сухие завтраки, снеки, хлопья и так далее);

– выпуск полизлаковых круп, обогащенных натуральными биологически активными веществами и пищевыми волокнами.

К сожалению, такие продукты в настоящее время отечественная промышленность не выпускает, но есть большая зарубежная практика.

Известно, что ассортимент круп за рубежом составляет более сотни наименований. Для решения этой проблемы у нас необходимо создавать на производственных предприятиях специализированные цеха и технологические линии с "гибкой" технологической схемой для производства широкого ассортимента круп. Перспективным направлением является разработка рецептуры композитных мучных смесей из цельносмолотого зерна злаковых и крупяных культур.

Вместе с тем, в основу разработки рецептуры продуктов высокой степени готовности из композитных мучных смесей цельносмолотого зерна злаковых и крупяных культур может быть положена методология конструирования его состава, позволяющая регулировать содержание нутриентов в продукте, удовлетворяющих требования рационального и адекватного питания, обеспечивая профилактическую направленность.

Для решения таких задач разработано достаточно много математических методов, отличающихся стратегией поиска экстремума. Математическая модель постановки задачи составления рецептуры продуктов высокой степени готовности на основе композитных смесей, рассматривается как система линейных уравнений:

.............................................

в этом случае целевая функция примет следующий вид:

где: c1, 2... n – содержание в смеси белка, углеводов и жира; 1, 2... n – содержание компонента в составе композитной смеси; a11, a12.....amn – средняя величина содержания в полизлаковой смеси белка, углеводов и жира; d1, d 2... d n – суточная энергетическая потребность человека.

Решение поставленной экстремальной задачи заключается в нахождении совокупности значений независимых переменных, при которой заданная функция этих переменных имеет максимальное или минимальное значение.

При поиске экстремума функции многих переменных наибольшее распространение получил метод шагового поиска, реализация которого осуществляется последовательными шагами. В дальнейшем полагается, что всегда ищется экстремум, являющийся минимумом заданной функции искомых переменных. Задачи на поиск максимума сводятся к задаче на поиск минимума простым изменением знака функции. Одним из методов поиска экстремума является метод наискорейшего спуска, основной идеей которого является то, что движение к минимуму идет в направлении антиградиента до тех пор, пока значение функции уменьшается. В противном случае заново вычисляется направление антиградиента, вдоль которого выполняется последующие шаги.

На сегодняшний день широкое применение нашли различные справочноинформационные системы, предназначенные для хранения, поиска и сортировки данных. В основе таких систем лежит программное обеспечение, которое представляет собой совокупность структурированной информации.

Разработанный объект интеллектуальной собственности относится к области информационного обеспечения сельскохозяйственного производства, в частности зерноперерабатывающих предприятий, основным видом деятельности которых, является производство муки, крупы и продуктов высокой степени готовности.

Программное обеспечение составлено на основе данных химического анализа отобранных проб отечественных сортов селекции зерна пшеницы, ячменя, овса, кукурузы, просо, гречихи и сои; алгоритма решения поставленной задачи, написанной на языке "Delphi" для персонального компьютера системными требованиями Р3-700 (1 GHz), 256 МВ RAM, 32 МВ 3D Card.

Программа предусматривает расчет рецептуры по следующим показателям: