ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ТЕХНОЛОГІЇ

ТА ОРГАНІЗАЦІЇ ХАРЧУВАННЯ

СЕМЕНЮК ДМИТРО ПАВЛОВИЧ

УДК 658.511.5: 641.856

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ТА ВДОСКОНАЛЕННЯ

ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ М’ЯКОГО

МОРОЗИВА, ЗБАГАЧЕНОГО МОЛОЧНИМ БІЛКОМ

Спеціальність 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних

та фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківській державній академії технології та організації харчування Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

САФОНОВ Валентин Васильович,

Харківська державна академія технології

та організації харчування, завідувач кафедри

холодильної та торговельної техніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

МИРОНЧУК Валерій Григорович,

Український державний університет

харчових технологій,

завідувач кафедри технологічного

обладнання харчових виробництв

кандидат технічних наук, доцент

КІПТЕЛА Людмила Василівна,

Харківська державна академія

технології та організації харчування,

професор кафедри процесів, апаратів та

автоматизації харчових виробництв

Провідна установа: Інститут технічної теплофізики НАН України,

секція тепломасообміну Вченої ради ІТТФ,

м. Київ

Захист відбудеться “ 1 ” листопада 2001 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.088.01 Харківської державної академії технології та організації харчування за адресою: 61051, м. Харків, вул. Клочківська, 333.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківської державної академії технології та організації харчування за адресою: 61051, м. Харків, вул. Клочківська, 333.

Автореферат розісланий “ 27 ” вересня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Михайлов В.М.

ЗА-ГА-ЛЬ-НА ХА-РА-К-ТЕ-РИ-С-ТИ-КА РО-БО-ТИ

Ак-ту-а-ль-ність те-ми. Незмінно високим попитом у споживачів користується м'яке морозиво, виробництво якого зростає високими темпами на підприємствах громадського харчування і торгівлі. Ці підприємства, особливо в сфері малого бізнесу, який розвивається досить швидко, мають велику потребу в енергоекономічних, надійних, екологічно безпечних апаратах для заморожування багатокомпонентних харчових сумішей – фризерах, переважно невисокої продуктивності (5...10 кг/год). Поряд з цим, відповідно до вимог сучасної теорії раціонального харчування, для підвищення харчової цінності продукту є доцільним ввести в рецептури м'якого морозива певну кількість молочного білка, що покращує його органолептичні показники, зокрема, консистенцію. Поліпшені показники енергоекономічності апаратів для приготування м'якого морозива, відповідно до сучасних екологічних уявлень, сприятимуть зменшенню внеску від їхньої експлуатації в ефект глобального потепління клімату; екологічна безпека морозильних апаратів забезпечується також переведенням холодильних агрегатів, що їх обслуговують, на використання озонобезпечних холодоагентів відповідно до Монреальского протоколу країн – учасниць ЮНЕП від 1987 р. Розробка фризерів із поліпшеними техніко-економічними й екологічними показниками, спеціально призначених для приготування м'якого морозива, збагаченого молочним білком, є актуальною науково-технічною проблемою, оскільки широкомасштабне впровадження їх на підприємствах торгівлі і харчування дасть значний економічний та соціальний ефект, сприятиме стабілізації екологічної обстановки.

Зв’язок ро-бо-ти з на-у-ко-ви-ми про-гра-ма-ми, пла-на-ми, те-ма-ми. Ди-се-р-та-цій-ну ро-бо-ту ви-ко-на-но від-по-ві-д-но-до пла-нів держ-бю-дже-т-них ро-біт ХДА-ТОХ на за-мо-в-лен-ня Мі-ні-с-тер-с-т-ва осві-ти і на-у-ки Укра-ї-ни (тема №4 - 98 - 2000Б “Розробка та дослідження апаратів для одержання м'якого морозива, копченої риби та термостатування готових блюд”).

Ме-та і за-дачі до-слі-джен-ня. Ме-тою ди-се-р-та-цій-ної ро-бо-ти є дослідження особливостей процесу фризерування та створення прогресивного обладнання з поліпшеними показниками енергоекономічності та екологічної безпеки для приготування м’якого морозива з підвищеним вмістом молочного білка.

Ви-хо-дя-чи з ме-ти ди-се-р-та-цій-ної ро-бо-ти, бу-ло сфо-р-му-льо-ва-но та-кі за-дачі до-слі-джень:

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Об'єкт дослідження. Процес приготування м'якого морозива, збагаченого молочним білком.

Предмет дослідження. Експериментальні зразки вдосконаленого обладнання для приготування м'якого морозива, збагаченого молочним білком.

Методи дослідження. Для вимірювання реологічних характеристик сумішей для приготування м'якого морозива, параметрів готового продукту застосовувались стандартні методики, при вимірюванні крутного моменту – нестандартна методика, математична обробка результатів вимірювань з використанням ПЕОМ.

На-у-ко-ва но-ви-з-на оде-р-жа-них ре-зуль-та-тів:

-

-

-

-

Прак-ти-ч-не зна-чен-ня оде-р-жа-них ре-зуль-та-тів:

-

-

-

-

Ре-а-лі-за-ція ре-зуль-та-тів ро-бо-ти. Про-ве-де-но впро-ва-джен-ня ре-зуль-та-тів ди-се-р-та-цій-ної ро-бо-ти в акціонерній компанії відкритого типу “О-нікс”, м. Ха-р-ків (акт впро-ва-джен-ня від 20 жовтня 2000 р.).

Осо-би-с-тий вне-сок здо-бу-ва-ча в отри-ман-ні на-у-ко-вих ре-зуль-та-тів, які ви-кла-де-но в ди-се-р-та-ції, по-ля-гає в: розробці нових рецептур м'якого морозива, збагаченого молочним білком; проведенні експериментальних досліджень реологічних властивостей харчових сумішей з підвищеним вмістом молочного білка, а також технологічних і органолептичних показників готового продукту; реалізації алгоритму розрахунку удосконаленого фризера з поліпшеними показниками енергоекономічності й екологічної безпеки; проведенні випробовувань експериментального зразка нового апарата; математичній обробці результатів досліджень і підготовці їх до публікації; практичному впровадженні дослідного зразка нового апарата.

Ап-ро-ба-ція результатів дисертації. Основні результати дисертації обговорено та схвалено на професорсько-викладацьких науково-практичних конференціях Харківської державної академії технології та організації харчування (1996…2001р.р.), Республіканській науково-практичній конференції “Стан і проблеми розвитку торгівлі і харчування в Україні” (Харків, 1997р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Наукові і практичні аспекти переробки м'яса і м’ясопродуктів” (Харків, 2001р.), а також на нарадах фахівців, присвячених питанням розробки прогресивних фризерів (Харків, 1996...2000р.р.).

Пу-б-лі-ка-ці-ї. За те-мою ди-се-р-та-цій-ної ро-бо-ти опу-б-лі-ко-ва-но 11 на-у-ко-вих праць, у то-му чи-с-лі: ста-тей у на-у-ко-вих фа-хо-вих ви-дан-нях, що за-твер-дже-ні ВАК Укра-ї-ни – 4; деклараційних патентів на винаходи – 3; тез до-по-ві-дей на на-у-ко-вих кон-фе-ре-н-ці-ях – 2.

Стру-к-ту-ра та об-сяг ро-бо-ти. Ди-се-р-та-цій-на ро-бо-та скла-да-єть-ся зі всту-пу, п’яти роз-ді-лів, ви-сно-в-ків, спи-с-ку ви-ко-ри-с-та-них дже-рел, що вклю-чає 141 на-ймену-вання, у то-му чи-с-лі 26 іно-зе-м-них, і до-да-т-ків. Ро-бо-ту ви-кла-де-но на 132 сто-рі-н-ках, во-на мі-с-тить 36 ри-су-н-ків, 17 таб-лиць і 6 до-да-т-ків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РО-БО-ТИ

У всту-пі обґрунтовано ак-ту-а-ль-ність те-ми, сфо-р-му-льо-ва-но ме-ту та ос-но-в-ні за-да-чі до-слі-джень, по-да-но ві-до-мо-с-ті про на-у-ко-ву но-ви-з-ну та прак-ти-ч-не зна-чен-ня оде-р-жа-них ре-зуль-та-тів.

У пер-шо-му роз-ді-лі “Аналіз су-час-ного рі-вня виробництва м’якого морозива” про-ана-лі-зо-ва-но особливості процесу приготування м’якого морозива при різному хімічному складі, розглянуті прилади для дослідження реологічних характеристик харчових продуктів. Ана-ліз технічного рівня сучасних апаратів для приготування м’якого морозива до-зво-лив зро-би-ти ви-сно-вок про необхідність вдосконалення існуючих фризерів. Було визначено напрямок удосконалення апаратів для приготування м’якого морозива, їх основних вузлів та необхідність проведення експериментальних досліджень вдосконаленого апарата.

У дру-го-му роз-ді-лі “Об’-єк-ти та ме-то-дики до-слі-джен-ня” наведені рецептури вихідних сумішей для приготування м’якого морозива, які використовувались при порівняльних дослідженнях. Представлена методика реологічних досліджень сумішей для м’якого морозива, збагаченого молочним білком.

Рис. 1. Експериментальний стенд для дослідження процесу фризерування: 1 – робочий циліндр; 2 – шнек-мішалка; 3 – холодоагент; 4 – приймальний бункер; 5 – нагнітаючий трубопровід; 6 – зворотний трубопровід; 7 – терморегулюючий вентиль; 8 – терморегулятор; 9 – холодильний агрегат; 10 – термопари

Для проведення експериментальних досліджень процесу фризерування вихідних сумішей і одержання даних, що необхідні при проектуванні апарата, був створений експериментальний стенд (рис. 1).

Наведено методики вимірювання реологічних характеристик сумішей для приготування морозива, збагаченого молочним білком, крутного моменту на валу фризера, а також приведені рецептури сумішей, що досліджуються.

Методика досліджень передбачає також дослідження властивостей готового продукту – збитості, опору таненню, а також органолептичних показників якості.

Ма-те-ма-ти-ч-на об-ро-б-ка ре-зуль-та-тів екс-пе-ри-ме-н-та-ль-них до-слі-джень здій-с-ню-ва-ла-ся су-час-ни-ми ста-ти-с-ти-ч-ни-ми ме-то-да-ми за до-по-мо-гою ПЕ-ОМ з ви-ко-ри-с-тан-ням па-ке-ту про-грам Маthcad.

Рис. 2. Зсувні характеристики сумішей для приготування м'якого морозива з різним вмістом молочного білка: – традиційна рецептура; + – вміст білка 5%; – вміст білка 7%

У тр-еть-ому ро-зд-ілі “Р-езул-ьт-ати ек-сп-ер-им-е-нт-ал-ьних д-осл-іджень” н-ав-ед-ено резул-ьт-ати д-осл-ідже-ння реологічних властивостей досліджуваних сумішей, крутного моменту на валу фризера, зміни температури в процесі фризерування, а також властивостей готового продукту. Показано, що при введенні в рецептуру морозива молочного білка в різноманітних концентраціях форма кривих плину зберігається, але при збільшенні швидкості зсуву (), відбувається збільшення граничної напруги зсуву у тим більшій мірі, чим вища концентрація білка (рис. 2).

Повні реологічні криві (рис. 3) свідчать про істотне підвищення в’язкості () та темпу руйнування структури сумішей для приготування м'якого морозива при збільшенні вмісту в них молочного білка. Найбільша в’язкість практично незруйнованої структури для суміші, приготовленої за традиційною рецептурою, складає близько 2 Пас, для суміші з вмістом білка 5% – 6 Пас, для суміші з вмістом білка 7% – 24 Пас.

Таким чином, при заміні в рецептурі сухого знежиреного молока молочним білком консистенція продукту стає більш щільною. Структурно-механічні властивості, що характеризують густину сумішей, залежать від кількості білка, введеного в суміш: при цьому більш щільною є суміш, що містить більшу кількість білка.

Дослідження, проведені з сумішами, які мають різний вміст молочного білка,

довели недосконалість гвинтової шнек-мішалки, що використовується в більшості фризерів. Результати цих досліджень показали необхідність розробки удосконаленої шнек-мішалки. Така шнек-мішалка була запропонована в роботі. Подальші дослідження проводилися як із застосуванням традиційної, так і удосконаленої шнек-мішалки.

Рис. 3. Повні реологічні криві для сумішей з різним вмістом молочного білка: – традиційна рецептура; + – вміст білка 5%; – вміст білка 7%

Проведення досліджень крутного моменту на валу фризера продиктовано необхідністю правильного вибору потужності електродвигуна приводу вала мішалки. Практика показує, що найчастіше при проектуванні і виробництві фризерів двигун вибирався з явно завищеною потужністю; це негативно позначалося на енергоекономічності таких апаратів.

Рис. 4. Залежності крутного моменту (Т) від часу фризерування () при використанні традиційної шнек-мішалки для сумішей з різним вмістом молочного білка: – традиційна рецептура; + – вміст білка 5%; – вміст білка 7%

Результати вимірів крутного моменту на валу фризера для традиційної (гвинтової) шнек-мішалки показані на рис. 4. Отримані залежності свідчать, що початковий крутний момент декілька відрізняється для сумішей з різним вмістом білка. Як видно з отриманих раніше результатів досліджень, вихідні суміші, приготовлені за різними рецептурами, мають неоднакову в'язкість. Саме цим і можна пояснити різний початковий крутний момент для сумішей із неоднаковим вмістом молочного білка. Крутний момент на початку процесу фризерування зростає не дуже інтенсивно,

що пояснюється виходом фризера на робочий режим. Надалі крутний момент починає різко зростати і досягає 10 Нм для сумішей з вмістом молочного білка 7%.

Рис. 5. Залежності крутного моменту від часу фризеровання при використанні удосконаленої шнек-мішалки для сумішей з різним вмістом молочного білка: – традиційна рецептура; + – вміст білка 5%; – вміст білка 7%

Аналогічні виміри проводилися і при застосуванні удосконаленої шнек-мішалки, результати яких показані на рис. 5. Початковий крутний момент на залежностях збільшився у зв'язку з тим, що в удосконаленій шнек-мішалці лопатки ковзають по поверхні робочих циліндрів, збільшуючи тим самим крутний момент на валу електродвигуна приводу. З продовженням фризерування крутний момент росте більш інтенсивно, чим у випадку з гвинтовою шнек-мішалкою. Це пояснюється тим, що в міру зниження температури вихідної суміші лопатки шнек-мішалки починають зрізати прошарок суміші, який намерзає на поверхні циліндра, що призводить до збільшення крутного моменту. Крутний момент зріс від 10 до 20 Нм у процесі фризерування суміші з вмістом молочного білка 7%. Більш високий крутний момент було враховано при виборі двигуна приводу, холодильного агрегату, а також при розрахунку клиноременної передачі.

Дослідження процесу заморожування проводилися при приготуванні м'якого морозива з вихідної суміші на експериментальному стенді. При заморожуванні морозива із різноманітних сумішей було зроблено висновок, що склад суміші істотно не впливає на температурний режим процесу заморожування, тому результати представлені тільки однією залежністю (рис. 6). На графіку можна відмітити три характерні ділянки. Спочатку температура продукту змінюється порівняно повільно, що відповідає охолодженню загальної маси суміші. При досягненні кріоскопічної температури відбувається прискорення процесу охолодження. На заключній стадії здійснюється доморожування продукту до заданої кінцевої температури, причому цей процес відбувається більш повільними темпами. Подальше продовження заморожування не призводить до значної зміни кінцевої температури продукту, що в принципі і не доцільно, оскільки кінцева температура для м'якого морозива знаходиться в межах –5…–70С.

При дослідженні збитості м'якого морозива було відмічено, що при збиванні сумішей для приготування морозива з низькою густиною відбувається руйнування вже збитої структури і показник збитості падає до 35…45%. При приготуванні морозива із сумішей, збагачених молочним білком, традиційна шнек-мішалка ніби “перевертає” суміш, при цьому морозиво має збитість близько 40…50%. Тому виникнула необхідність у застосуванні удосконаленої шнек-мішалки, яка б дозволяла одержувати морозиво із збитістю 65…85% з сумішей, що мають різноманітну початкову густину.

Рис. 6. Графік зміни температури продукту в процесі заморожування

Було досліджено зміну збитості в залежності від швидкості обертання традиційної і удосконаленої шнек-мішалки для сумішей, збагачених молочним білком. За результатами отриманих даних побудовано залежності збитості (S) від частоти обертання вала шнек-мішалки (n) для контрольної суміші (рис. 7) та для сумішей із різноманітним вмістом молочного білка (рис. 8. 9).

Рис. 7. Залежності збитості від швидкості обертання шнек-мішалки для контрольної суміші: – традиційна шнек-мішалка; – удосконалена шнек-мішалка

При використанні удосконаленої шнек-мішалки збитість контрольної суміші становить майже 70%. При цьому інтервал зміни швидкості обертання шнек-мішалки, при якому збитість має високі значення, розширюється до (250…600)60-1 с-1. Для контрольної суміші криві зміни збитості поводяться аналогічно для різних шнек-мішалок, хоча збитість м'якого морозива при застосуванні удосконаленої шнек-мішалки збільшується більш ніж на 10%. Збитість м'якого морозива, збагаченого молочним білком, досягає 82%, а при застосуванні гвинтової шнек-мішалки – 72…75%.

Рис. 8. Залежності збитості від швидкості обертання шнек-мішалки для суміші з вмістом молочного білка 5%: – традиційна шнек-мішалка; – удосконалена шнек-мішалка

Рис. 9. Залежності збитості від швидкості обертання шнек-мішалки для суміші з вмістом молочного білка 7%: – традиційна шнек-мішалка; – удосконалена шнек-мішалка

Встановлено, що при використанні сумішей із вмістом молочного білка 7% інтервал допустимих значень обертів шнек-мішалки становить близько (300…550)60-1 с-1. На отриманих залежностях можна виділити діапазон зміни частоти обертання шнек-мішалки, в якому збитість морозива більше 80%. Частоту обертання шнек-мішалки рекомендується вибирати в межах (300...550)60-1с-1. При швидкостях обертання, менших за 30060-1 с-1, не відбувається достатнього насичення суміші повітрям, це стосується як традиційної, так і вдосконаленої мішалки. Для традиційної шнек-мішалки характерно руйнування вже збитої структури морозива при частоті обертання більшій, ніж 55060-1 с-1. В той же час при використанні удосконаленої шнек-мішалки руйнування збитої структури морозива не відбувається.

Дослідження динаміки збитості морозива в процесі фризерування (рис. 10) проводилися при використанні удосконаленої шнек-мішалки. Встановлено, що найбільшої збитості досліджувані суміші досягають через 210...240 с. При продовженні фризерування відбувається деяке зниження збитості, що можна пояснити гасінням уже збитої структури. Тим самим установлена раціональна тривалість процесу фризерування сумішей, збагачених молочним білком.

Для контролю однорідності і стабільності структури готового продукту була проведена серія експериментів по визначенню опору таненню (рис. 11).

Як видно з отриманих залежностей, морозиво, виготовлене за рецептурою з підвищеним вмістом молочного білка, має більшу стійкість до танення. При цьому спостерігається збільшення опору таненню при збільшенні концентрації молочного білка в складі вихідної суміші. Таким чином, введення молочного білка в суміш для приготування м'якого морозива сприяє одержанню більш однорідної і стабільної структури готового продукту.

Рис. 11. Залежності, що характеризують опір таненню для різних рецептур морозива: – традиційної; + – з вмістом молочного білка 5%; – з вмістом мо лочного білка 7%

У четвертому роз-ді-лі “Розробка експериментального зразка апарата для приготування м’якого морозива, збагаченого молочним білком” наведено будову експериментального зразка та його технічну характеристику.

Рис. 10. Динаміка збитості в процесі фризерування для різних рецептур морозива: – традиційної; + – з вмістом молочного білка 5%; – з вмістом молочного білка 7%

Розрахунок режиму роботи і основних параметрів фризера проводився на основі формул теорії теплопередачі. Основні результати розрахунків представлені в табл. 1. Експериментальний фризер відрізняється від більшості фризерів застосуванням озонобезпечного холодильного агенту СУВА R134А, і при продуктивності 8 кг/год питома витрата електроенергії на одиницю готової продукції становить 0,15 (кВтгод)/кг, що знаходиться на рівні кращих із існуючих фризерів.

Таблиця 1

Основні параметри удосконаленого фризера

Параметр | Одиниця вимірювання | Значення

Продуктивність | кг/год | 8

Маса порції | кг | 0,25

Час приготування однієї порції | с | 240

Марка холодильного агрегату– | BF 103-A 55Y

Холодопродуктивність холодильного агрегату |

Вт |

1050

Марка холодильного агенту– | СУВА R134А

Температура кипіння холодоагенту | 0С– | 20

Потужність двигуна приводу | Вт | 600

Питома витрата електроенергії на одиницю продукту |

(кВтгод)/кг |

0,15

Рис. 12. Будова удосконаленої шнек-мішалки: 1 - вал; 2 - робочі лопатки; 3 – подаючі лопатки; 4 - штифт; 5 - пружини; 6 - допоміжні лопатки; 7 - фігурна вставка

Для створення високоефективного обладнання для приготування м'якого морозива, збагаченого молочним білком, виникла необхідність в удосконаленні основних вузлів фризера. На рис. 12 показано удосконалену шнек-мішалку, яка відрізняється тим, що завдяки встановленню робочих лопаток на пружини на внутрішній поверхні робочого циліндра не утворюється наморожений прошарок суміші. Результати випробувань показали, що вона забезпечує високу збитість кінцевого продукту. Запропоновано вдосконалений аератор, який автоматично регулює співвідношення суміші і повітря, завдяки чому апарат працює з максимальною продуктивністю. Такий ефект досягається встановленням окремої трубки для засмоктування повітря в робочий циліндр, що гарантує подачу повітря в кількості, необхідній для збивання суміші, при видачі кожної порції кінцевого продукту. Крім того, розмір отвору для подачі суміші регулюється поворотом внутрішньої частини аератора. Такий аератор, як показали дослідження, гарантує відмінне збивання суміші.

Удосконалений ручний випускний пристрій, призначений для двоциліндрових фризерів, дозволяє видавати морозиво як із кожного циліндра по черзі, так і з двох циліндрів одночасно.

У п’ятому розділі “Практична реалізація результатів досліджень” отримані експериментальні дані по органолептичній оцінці готового продукту, виготовленого на даному фризері.

Розроблено технічні умови та інструкцію з експлуатації на фризер для виробництва м'якого морозива, збагаченого молочним білком.

Надано рекомендації щодо раціональної експлуатації фризера на підприємствах торгівлі і громадського харчування для забезпечення його тривалої безвідмовної роботи.

Виготовлено експериментальний зразок удосконаленого фризера, який успішно пройшов виробничу апробацію на акціонерній компанії відкритого типу ”Онікс”, м. Харків. Економічний ефект від впровадження удосконаленого фризера для приготування м'якого морозива з підвищеним вмістом молочного білка полягає в досягненні економії енергії за рахунок раціонального добору електродвигуна приводу шнек-мішалки. Екологічне значення полягає в тому, що зменшення витрат електроенергії зумовлює зменшення викидів СО2 в атмосферу на теплових електростанціях і відповідно призводить до послаблення ефекту глобального потепління клімату.

Зроблено висновок про доцільність широкомасштабного впровадження даного фризера на підприємствах нашої країни. Застосування цього фризера дозволить більш повно задовольнити зростаючий попит населення України в м'якому морозиві, збагаченому молочним білком.

ВИ-СНО-В-КИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

СПИ-СОК ОПУ-Б-ЛІ-КО-ВА-НИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕ-МОЮ ДИ-СЕ-Р-ТА-ЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

АНОТАЦІЯ

Семенюк Д.П. Дослідження процесу та вдосконалення обладнання для приготування м’якого морозива, збагаченого молочним білком. – Ру-ко-пис.

Ди-се-р-та-ція на здо-бут-тя науково-го сту-пе-ня ка-н-ди-да-та тех-ні-ч-них на-ук за спе-ці-аль-ні-с-тю 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв. – Ха-р-ків-сь-ка дер-жа-в-на ака-де-мія тех-но-ло-гії та ор-га-ні-за-ції ха-р-чу-ван-ня Мі-ні-с-тер-с-т-ва осві-ти і на-у-ки Укра-ї-ни, Ха-р-ків, 2001.

Ди-се-р-та-цію при-свя-че-но пи-тан-ням дослідження процесу фризерування та вдосконалення обладнання для виробництва м’якого морозива, збагаченого молочним білком. Встановлено, що навантаження на основні вузли зазначеного обладнання суттєво залежить від реологічних властивостей вихідних сумішей. З урахуванням цього обґрунтовано напрямки вдосконалення вузлів: аератора, шнек-мішалки, вихідного пристрою. На базі результатів досліджень розроблено фризер для приготування м'якого морозива, збагаченого молочним білком, з поліпшеними показниками продуктивності, енергоекономічності та екологічної чистоти. Запропоновано алгоритм розрахунку основних параметрів режиму роботи холодильного агрегату фризера з метою встановлення раціональних значень цих параметрів. Доведено високу якість кінцевого продукту, виробленого на вдосконаленому обладнанні при обраному режимі фризерування. Основні результати роботи знайшли промислове впровадження на підприємствах, які виробляють обладнання для харчової та переробної галузей виробництва.

Клю-чо-ві сло-ва: м'яке морозиво, збагачене молочним білком, фризер, вдосконалення вузлів, режим фризерування.

АННОТАЦИЯ

Семенюк Д.П. Исследование процесса и усовершенствование оборудования для приготовления мягкого мороженого, обогащенного молочным белком. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 – процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. – Харьковская государственная академия технологии и организации питания Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена вопросам исследования процесса фризерования и усовершенствования оборудования для приготовления мягкого мороженого, обогащенного молочным белком.

Разработан экспериментальный стенд, при помощи которого исследован процесс приготовления мягкого мороженого, обогащенного молочным белком. Для обеспечения точности и достоверности результатов измерений была разработана методика экспериментов, применялась современная измерительная техника. При обработке экспериментальных данных применялись апробированные методы математической обработки экспериментальных данных с применением ПЭВМ. Были обоснованы рецептуры исследуемых смесей.

Проведены экспериментальные исследования реологических свойств исходных смесей для производства мягкого мороженого, обогащенного молочным белком. Отмечено, что смеси с различным процентным содержанием молочного белка отличаются по вязкости. Наибольшая вязкость практически неразрушенной структуры возрастает с 2 Пас для смеси, приготовленной по традиционной рецептуре, до 24 Пас для смеси с содержанием молочного белка 7%. При разработке аппарата, реализующего процесс фризерования смесей, обладающих более плотной консистенцией в сравнении с традиционными, было учтено, что нагрузка на основные узлы фризера зависит от реологических характеристик исходных смесей..

При измерении крутящего момента установлено возрастание этой величины от 5,5 до 10 Нм в процессе фризерования смеси с содержанием белка 5% и от 10 до 20 Нм в процессе фризерования смеси с содержанием белка 7%. Определен диапазон рациональных оборотов шнека-мешалки (300…550)60-1 с-1, при котором обеспечивается высокая взбитость готового продукта. Рациональная продолжительность фризерования составила при этом 210…240 с.

На основе полученных значений технических характеристик фризера для получения мягкого мороженого, обогащенного молочным белком, разработан усовершенствованный аппарат и его основные узлы: выпускное устройство, аэратор, шнек-мешалка. Усовершенствованный шнек-мешалка лишен многих недостатков, присущих традиционной мешалке. Благодаря установке рабочих лопаток на пружинах обеспечивается плотность прилегания к внутренней поверхности рабочего цилиндра, вследствие чего не образуется намораживаемый слой смеси. Шнек-мешалка обеспечивает высокую взбитость готового продукта при различных плотностях исходных смесей. Усовершенствованный шнек-мешалка позволяет получать мороженое более высокой взбитости – до 82%, чем при применении традиционного шнека – 72…75%. Разработана конструкция нового выпускного устройства, предназначенного для двухцилиндрового фризера. При помощи этого выпускного устройства можно осуществлять выдачу мороженого как из каждого цилиндра поочередно, так и из обоих цилиндров одновременно. Установлено, что выпускное устройство не оказывает негативного воздействия на показатели качества готового мороженого. Данное устройство удобно в обращении, простое в обслуживании и может быть использовано для любого двухцилиндрового фризера. Усовершенствованный аэратор благодаря установке отдельной трубы для засоса воздуха гарантирует подачу воздуха в цилиндры в необходимом количестве, что обеспечивается регулируемым отверстием. На основании полученных экспериментальных данных был изготовлен и испытан экспериментальный образец нового аппарата производительностью 8 кг/ч при установленной мощности приводного электродвигателя 600Вт и холодопроизводительности агрегата 1050 Вт, который обладает улучшенными показателями энергоэкономичности и экологической чистоты.

На усовершенствованный аппарат разработаны технические условия и инструкция по эксплуатации. Получены положительные отзывы с мест производственной апробации, оценены экономический, социальный и экологический эффекты его практического внедрения. Разработанный аппарат обеспечивает приготовление мягкого мороженого, обладающего высокими показателями качества. Предложен промышленный выпуск фризера для производства и реализации мягкого мороженого, обогащенного молочным белком, а также внедрение его в сеть предприятий питания и торговли Украины.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение на предприятии, изготавливающем оборудование для пищевой и перерабатывающей отраслей промышленности.

Ключевые слова: мягкое мороженое, обогащенное молочным белком, фризер, усовершенствование узлов, режим фризерования.

ANNOTATION

Semenjuk D.P. Research of process and improvement of equipment for the production of soft ice-cream enriched by milk protein. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 05.18.12 – processes and equipment for food, microbiological and pharmaceutical production. – Kharkiv State Academy of Food Technology and Management Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2001.

The dissertation is devoted to the topics of research of freezing process and improvement of equipment that is used for the production of soft ice-cream enriched by milk protein. There is established that the load on basic assemblies of said equipment depends essentially on the rheological properties of initial mixtures, and with regard for it the improcvement of assembies – aerator, worm-mixer, discharge mechanism – is grounded. On the base of research results the freezer for production of soft ice-cream enriched by milk protein is elaborated with improved indices of productivity, energoeconomy and oecological purity. The algorithm for calculation of basic parameters of freezer cooling machine work conditions is proposed with the purpose of stating the rational values of there parameters. The high quality of ultimate product that is prepared in improved equipment by selected freezing conditions is shown. The basic results of the work have found an industrial utility at the enterprises that product an equipment for food and processing branches of industry.

Key words: soft ice-cream, enriched by milk protein, freezer, improvement of assemblies, freezing conditions.

Підп. до друку 12.09.2001. Формат 60х84 1/16. Папір газ.

Друк. офс. Обл.-вид. арк 1.0. Умов. друк. арк. 1,2. Умов. фарб. -відб. 1,2.

Тираж 100 прим. Замов. №329

ДОД ХДАТОХ, вул. Клочківська, 333, 61051, Харків – 51.