Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ производства мучных изделий, направленных на расширение ассортимента продовольствия с повышеннымсодержанием нутриентов, в современных
1.1. Обзор направлений по совершенствованию ассортимента продовольствия для организации питания жителей Крайнего Севера
1.2. Перспективы и пути повышения качества макаронных изделий с
добавками и обоснование целесообразности внедрения нового способа сушки 18
1.3. Дефекты макаронных изделий с добавками и источники их возникновения
1.4. Обзор технических и технологических разработок по совершенствованию методов и способов производства макаронных изделий с добавками .
1.5. Анализ научных исследований по совершенствованию сушильного оборудования для макаронных 37 изделий
2. Теоретические исследования воздействия ультразвука на эффективность сушки макаронных изделий 43
2.1. Способы интенсификации сушки макаронных изделий 43
2.2. Научное обоснование процессов при сушке макаронных изделий с мясными добавками с применением ультразвука 54
2.3. Техническая и технологическая разработки по интенсификации процесса сушки макаронных изделий с говяжьей печенью с применением ультразвука
3. Экспериментальные исследования, направленные на интенсификацию, повышение эффективности процесса сушки макаронных изделий
3.1. Планирование эксперимента по производству макаронных изделий с мясными добавками
3.2. Методы и объекты исследования 103
3.3. Анализ процессов сушки макаронного тестас говяжьей печенью и определение оптимальных технологических режимов с применением ультразвука 108
4. Расчёт экономической эффективности 117
4.1. Расчeт стoимoсти эксплуатациoнных затрат на осущeствлeние исслeдований
4.2. Расчет заработной платы сотрудников 119
4.3. Общая смета эксплуатационных затрат на осуществление исследований
4.4. Технико-экономические показатели 120
Заключение 121
Список использованных источников
- Обзор технических и технологических разработок по совершенствованию методов и способов производства макаронных изделий с добавками
- Техническая и технологическая разработки по интенсификации процесса сушки макаронных изделий с говяжьей печенью с применением ультразвука
- Анализ процессов сушки макаронного тестас говяжьей печенью и определение оптимальных технологических режимов с применением ультразвука
- Общая смета эксплуатационных затрат на осуществление исследований
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных научных направлений повышения пищевой и биологической ценности продуктов питания является создание сушеных продуктов на основе муки с добавлением мясных ингредиентов, предназначенных для людей, находящихся в особых условиях, например, в экстремальных условиях Крайнего Севера.
Процесс сушки при выработке мучных, в частности, макаронных изделий, является энергоемкой и длительной технологической операцией. Особую сложность при сушке представляют мучные изделия с достаточно большим количеством сырых мясных добавок, существенно изменяющих реологические и прочностные свойства изделия. Повышение плотности и снижение пористости изделий увеличивает удельные затраты энергии и время процесса дегидратации. Современное состояние теории и практики производства макаронных изделий показывает, что разработанные процессы и оборудование для сушки не полностью соответствуют задачам сушки макаронных изделий с мясными добавками и могут быть модернизированы для ускорения этого процесса применением ультразвука. При этом интенсифицируются не только процессы уплотнения, снятия деформационных напряжений, но и влаго- и теплообмена, что увеличивает производительность сушильного оборудования и повышает качество продукции.
Для повышения пищевой и биологической ценности продуктов питания используются в различном соотношении ингредиенты растительного и животного происхождения. Одним из перспективных научных направлений является создание сушеных продуктов на основе муки с добавлением мясных ингредиентов, предназначенных для людей, находящихся в особых условиях, в частности, в экстремальных условиях климата Крайнего Севера.
Степень разработанности темы исследования. Анализ научных работ отечественных ученых И.А. Рогова, С.Д. Шестакова, А.В. Горбатова, В.Н. Хмелева, Г.А. Осиповой, С.Я. Корячкиной и др. показывает высокую эффективность применения ультразвука, как в повышении качества готовых изделий, так и в увеличении производительности оборудования. В связи с развитием ультразвуковой техники и совершенствованием производства макаронных изделий, появилась возможность использовать в их производстве муку из мягких сортов пшеницы и корректировать в полной мере питательность таких изделий повышенным содержанием мясных добавок, что ранее технически было невозможно. Применение ультразвука повышает стерильности продукции, что особенно важно для макаронных изделий с содержанием мяса, печени и других ингредиентов. Таким образом, изучение и внедрение ускоренной сушки макаронных изделий с мясными добавками с применением ультразвука актуально и практически значимо.
Цель работы - повышение эффективности процесса сушки макаронных изделий с мясными добавками и улучшение их качественных показателей путем примене-
ния ускоренной сушки с применением ультразвука. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
провести обзор сведений литературных источников по современным методам, способам и инновационным техническим разработкам, направленных на повышение качества сушки макаронных изделий с мясными добавками;
разработать алгоритм определения количества нутриентов и энергетической ценности макаронных изделий с мясными добавками;
разработать экспериментальную установку для проведения энергосберегающего процесса ускоренной сушки макаронных изделий с мясными добавками с применением ультразвука;
разработать способ ускоренной сушки макаронных изделий в камере пароконвектомата при определенных уровнях звукового давления и тепловых режимах;
получить экспериментальные зависимости параметров процесса ускоренной сушки макаронных изделий с мясными добавками с применением ультразвука, повышающего их качество.
Научная новизна работы:
выдвинута гипотеза о снятии деформационных напряжений и повышения эффективности сушки от звукокапиллярного эффекта для макаронных изделий с применением ультразвука, что подтверждено экспериментально;
получены эмпирические зависимости, позволяющие определить рациональные параметры процесса ускоренной сушки макаронных изделий с мясными добавками с применением ультразвука;
выявлены зависимости влагопоглощения готового продукта, после влаго-удаления, от режимов ускоренной сушки.
Теоретическая и практическая значимость работы:
разработан модернизированный сушильный шкаф на базе пароконвектомата с встроенным ультразвуковым излучателем, позволяющий увеличить скорость сушки макаронных изделий с мясными добавками без снижения качественных показателей;
разработан способ для ускоренной сушки макаронных изделий с мясными добавками с применением ультразвука;
определены рациональные режимы сушки: уровня звукового давление - 140 дБ при частоте 22 + 1,65 кГц для обработки ультразвуком макаронных изделий с мясными добавками на стадии сушки, которые увеличивают производительность сушильного шкафа на 24-26 % и обеспечивают повышение прочности макаронных изделий с мясными добавками на 20-25 %;
получены Патент РФ на полезную модель № 158128, от 20.02.2016 г.; Патент РФ на полезную модель № 2016123879 «Устройство для сушки макаронных изделий ускоренным способом»; Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016662025 от 28.10.2016 г. «Программа по определению
энергетической ценности и химического состава макаронных изделий с различными видами добавок»;
- материалы диссертации использованы в учебном процессе магистров по
направлению подготовки по специальности «Машины и аппараты пищевых про
изводств», реализованы в виде исходных данных передачи и технического зада
ния на модернизированный сушильный шкаф с излучателем ультразвука в ОАО
«Заря» и могут быть рекомендованы в учебный процесс подготовки специалистов
по организации питания в районах Крайнего Севера.
Методология и методы исследований. При определении основных показателей качества сырья и готовых изделий применяли общепринятые и специальные методы и приборы. Реологические свойства макаронных изделий определяли на приборе структурометр СТ-1М по разработанным методикам. Содержание сухих веществ в варочной воде после варки до готовности и кислотность определяли по ГОСТ Р 52377-2005. Водопоглотительную способность макаронных изделий определяли по методу, приведенному в технохимическом контроле макаронного производства. Сенсорную оценку макаронных изделий проводили в соответствии с ИСО 6658:2005 методом присвоения рейтинга и начисления баллов. Выявление зависимостей, планирование эксперимента, оптимизацию технологических параметров сушки, обработку экспериментальных данных проводили с помощью компьютерных программ Excel for Windows и MATHCAD. Органолептические и физико-химические показатели готовых изделий определи согласно действующим нормативным и техническим документам.
Положения выносимые на защиту:
алгоритм расчета определения количества нутриентов в макаронных изделиях с мясными добавками;
эмпирические зависимости параметров изменения влажности и физических характеристик макаронных изделий с мясными добавками при сушке с применением ультразвука;
способ ускоренной сушки макаронных изделий с мясными добавками и модернизированный сушильный шкаф.
Личное участие автора состояло в формировании цели и задач научной работы, разработке схемы и проведении экспериментальных исследований, анализе полученных данных, их систематизации и изложении результатов, подготовке публикаций по выполненной работе.
Достоверность результатов исследования подтверждается использованием современных методов моделирования и физико-химического анализа, применением математико-статистической обработки экспериментальных данных с применением компьютерных программ MATHCAD и EXCEL, проведением эксперимента и высокой сходимостью результатов с многофакторными стандартными критериями.
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности» (г. Тамбов, 2014 г); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы образования и науки» (г. Тамбов, 2015 г); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы технических наук в России и за рубежом» (г. Казань, 2016 г); Технические и технологические решения были представлены на: XIX Международной выставке средств обеспечения безопасности государства «INTERPOLITEX-2015» (г. Москва, 2015 г); XX Международной выставке средств обеспечения безопасности государства «INTERPOLITEX-2016» (г. Москва, 2016 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 7 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента РФ на полезную модель и 3 свидетельства о регистрации государственной программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из 137 источников и четырех приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста и содержит 27 иллюстраций и 23 таблицы.
Обзор технических и технологических разработок по совершенствованию методов и способов производства макаронных изделий с добавками
Урванцев Н.Н. описывал типичную пищу полярников и пришлого населения [98]. Особенностью питания местного населения КС, является преобладание белковой и жировой пищи, в частности национального продукта – пеммикана, а у полярников употребление жидкой кашицы, при организации 4-5 приемов пищи. В районах КС усилен липидный обмен за счет источников жира, т.е. быстрого «сгорания» не эндогенного (внутреннего, а экзогенного (пищевого) жира, так эскимос может в сутки употребить до 8 кг мяса.
Учеными института питания Российской академии наук (РАМН) разработан суточный набор продуктов для питания в районах КС. Норма мясных продуктов в районах КС должна превышать в 1,5 больше, чем в районах с умеренном климатом и составлять 250 – 350 г/сут.
Современные нормы питания для полярников имеют суточную калорийность рациона более 4000 ккал, для военнослужащих, с учетом дополнительного питания, 4935 ккал [80, 82]. Обзор изученных источников показывает, что оптимальная калорийность пайка в районах КС должна составлять 5520 ккал. Поставщиками углеводов должны быть не сладости, а макароны, крупы из злаковых, рис и бобовые. Восполнение потерянных в процессе адаптации витаминов В1, В2 и С и повышенное употребление витаминов А, Е, Д и К, а также полноценное содержание в рационе питания минеральных элементов, должно поддерживаться в виде добавок в основных продуктах питания, например, в мучных изделиях (хлебобулочных изделиях, макаронных изделиях).
Изучив руководящие документы силовых структур [80, 82], нами были разработаны и зарегистрированы программы для ЭВМ [56, 57] с целью изучения пищевой ценности продовольственных пайков по нормам довольствия, которые позволили установить, что в одной из норм отсутствует витамин А.
В районах КС как нигде важно организовать питание на научных основах, что способствует укреплению здоровья жителей Севера, повышению их работоспособности и профилактике заболеваний.
В большинстве пайков и рационах питания жителей Севера содержится избыток продуктов хлебной группы и картофеля, что приводит к несоответствию с принятым для КС рациональным соотношением в пайках белков, жиров и углеводов, а также к недостатку необходимых нутриентов. Дефицит белковых, минеральных веществ, полиненасыщенных жирных кислот в рационах питания вынуждает изыскивать источники их пополнения. К числу таких источников относятся не только мясо, рыба и животные жиры, но и комбинированные, обогащенные белком и другими нутриентами, продукты питания. Исключительно пригодными для употребления в суровых условиях КС и малоприедающимися могут стать МИ с добавками. На основе МИ из основного и нетрадиционного сырья с различными добавками, можно в требуемом направлении корректировать пищевую ценность любого рациона питания.
В настоящее время многие отрасли производства пищевых продуктов проводят исследования по повышению пищевой ценности продуктов питания из продуктовой корзины. Обогащeние прoдуктов питания недoстающими макро- и микрoэлементами – этo серьезнoе вмешательствo в традициoнно слoжившуюся структуру питания челoвека. Поэтому и oсуществляться онo мoжет тoлько с учетoм четкo сфoрмулированных, научно обоснoванных и прoверенных практикoй принципoв. Некoторые из этих принципoв неoбходимо учитывать при прoведении мерoприятий по обoгащению макарoнных изделий.
Принцип первый: при обoгащении пищевых продуктов следует использовать те нутриенты, дефицит которых реально имеет место, достатoчно широко распространен и безoпасен для здоровья. В услoвиях КС это, прежде всего, белoк, витамины С, группы В, фолиевая кислoта, карoтин, а из минеральных веществ – это йoд, железo и кальций.
При этoм не исключается испoльзование и более полнoго набoра обoгащающих дoбавок, в тoм числе и сoчетание витаминoв и минеральных веществ с однoвременным введением других ценных компoнентов: пищевых волoкон, фосфoлипидов, различных биoлогически активных дoбавок прирoдного происхoждения, оказывающих защитнoе, стимулирующее или лечебнoе действие на те или иные физиoлогические системы и функции oрганизма.
Принцип втoрой: неoбходимо учитывать возмoжность химическoго взаимoдействия обoгащающих дoбавок между сoбой и с компoнентами обoгащаемого продукта и выбирать такие их сoчетания, фoрмы, спосoбы и стадии внесения, котoрые oбеспечивают их максимальную сoхранность в процессе произвoдства и хранения. Так, макарoнные изделия рекoмендуется обoгащать витаминами группы В, кальцием и железoм и т.д. [72-73].
Техническая и технологическая разработки по интенсификации процесса сушки макаронных изделий с говяжьей печенью с применением ультразвука
Процесс акустического воздействия на первой стадии сушки начинается с некоторого порогового значения звукового давления, зависит от конфигурации тела, типа акустических потоков, возникающих из разницы концентраций жидкости (т.е. разницы влажности) на поверхности материала и в окружающей среде. Обычно критический уровень звукового давления лежит в пределах (110-140 дБ). Диапазон применяемых частот зависит от многих факторов, но главным образом от затухания звука в среде и допустимых норм шума при работе оборудования. Исследованиями показано, что гидротермическая обработка вызывает снижение в 2 раза коэффициентов линейной и объемной усадки и увеличение во столько же раз коэффициента трещинообразования (так называемый критерий Кирпичева), в 2-3 раза возрастают показатели прочности готовых изделий. Эта тепловая обработка в сочетании с другими технологическими приемами позволяет сократить длительность сушки трубчатых изделий с 20-24 ч до 8-10 ч и одновременно улучшить совокупность биохимических и технологических качеств готовых изделий: прочность, структуру излома, цвет, внешний вид, кулинарные свойства. Длительность разваривания изделий в некоторых случаях сократилась в два раза.
Обзор показывает, что несмотря на наличие современных эффективных аппаратов для сушки пищевых продуктов, большинство из них не пригодны для обезвоживания макаронных изделий. Ведь одна из задач этой операции – это необходимость получения продукта высокого качества при минимальных затратах энергии и труда. Особенностью данного исследования является необходимость сушить макаронные изделия с 30% мясных добавок (свежая печень или тонко измельченное мясо). Животные белки трудно поддаются сушке, что неизбежно на известных режимах вызывает деформационные разрушения изделий. Описаний в литературных источниках по выполнению таких работ не достаточно. Обзор показывает, что в настоящее время существует несколько направлений по интенсификации процесса сушки макаронных изделий. Это предварительная гидро или паротермическая обработка полуфабриката перед сушкой, внесение в макаронное тесто поверхностно-активных веществ (ПАВ), применение глубинной сушки (СВЧ, инфракрасная сушка), сушка в псевдоожиженном слое и др. В последнее время большое внимание обращено на методы предварительной обработки выпрессованного теста, позволяющего снизить энергию связи влаги с материалом и изменить его теплофизические характеристики, обеспечивающие возможность применения "жестких" режимов сушки без ущерба для качества высушиваемого продукта. При этом снижаются затраты энергии и времени на сушку, но качество макаронных изделий, как правило, также падает из-за деформационных усилий. Нами предложен к исследованию процесс сушки макаронных изделий с 30% печени с комбинированным подводом тепла и механической энергии ультразвука, что решает несколько проблемных вопросов, возникающих при сушке за счет новых действующих факторов:
Уменьшается вязкость воды (в капиллярах теста) под действием УЗ, способствующая ускоренному продвижению влаги по капиллярам из глубины изделий на поверхность.
Колебания и разрушение кавитирующих пузырьков газа выдавливает воду и ее пары из капилляров теста.
Возникающее радиационное давление направлено в капиллярах из жидкости в газ, что дополнительно перемещает и усиливает подъем влаги капилляра, перемещая его к поверхности изделия. Ультразвук обеспечивает равномерное распределение влаги между частицами муки, более быстрое увлажнение частиц дисперсной фазы – образуется расслабляющаяся клейковина, которая вызывает адгезийный и когезийный эффекты и прочнее происходит склеивание теста. Удаление влаги также подчинено закону равномерного удаления ее из объема теста, если бы не мешал подсохший слой, что тормозит сушку с ростом этого слоя. Без ультразвука скорость сушки значительно меньше.
Незначительное перемещение и тем самым более плотная укладка набухших частиц муки и твердеющей свежей мясной добавки, ведет к закрытию образующихся при сушке трещин и выдавливанию из них паров воды и воздуха, что равносильно процессу вакуумирования теста на производстве. Сухие изделия приобретают прочность и некоторую стекловидность.
При сушке в мощном поле ультразвука выдавленная на поверхность звукокаппилярным эффектом влага вместе с растворимыми белками и сахарами оставляет на поверхности тонкую, несколько герметизирующую пленку, улучшающую не только внешний вид изделий, но положительно влияющую на сроки хранения макаронных изделий с мясными добавками.
Незначительное количество образующейся перекиси водорода в поверхностном слое изделий проявляет отбеливающий эффект и снижает плотность окраски мясным продуктом.
Необходимо учитывать, что механическая энергия ультразвука на порядок меньше тепловой энергии сушильного агента, что позволяет при сушке термочувствительных материалов не опасаться дополнительного теплового воздействия и увеличить при комбинированном способе сушки скорость в несколько раз отличающуюся от теплового метода.
Известно, что еще в 1955 г. П. Грегуш (Венгрия) при частоте ультразвука 25 кГц получил 10-кратную по скорости интенсификацию сушки мокрых хлопковых волокон, как и древесины. Причем в первый период испарялась влага с поверхности пористого материала при температуре мокрого термометра. Но быстрое испарение влаги затем замедляется из–за создания градиента влажности, и тем более, чем толще слой подсушенного материала на поверхности. Это второй период падающей скорости сушки. Воздействие УЗ благоприятно сказывается на интенсификацию обоих периодов процесса сушки МИ [104, 109]. Во время первого периода сушки МИ, кoлебания пoзволяют умeньшить тoлщину гидрoдинамичeскoго пoграничнoго слоя. ВУЗ пoле гидрoдинамичeский пoграничный слoй можeт быть существеннo мeньшe диффузиoннoго. Этo значит, чтo колебания прoникают вo внутрь диффузионного слоя, турбулизируют его, тем самым ускоряют процесс испарения. Метoд ультрозвуковой сушки МИ, кроме уменьшeния толщины пoграничного слoя, так же позволяет - колебаниям проникать в полуфабрикат и создавать в нем быстрo сменяющиeся зoны повышeнного и пoнижeннoго давлeния, что положительно влияет на интенсификацию процесса переноса влaги из глубинных слoeв к пoверхнoсти вo втoром периoде сушки. Третий положительный фактор воздействия УЗ это уменьшeние вязкoсти жидкoсти пoд дeйствиeм колeбаний, что спoсобствуeт перенoсу влаги из глубинных слoeв к пoверхнoсти; выдавливаниe влаги из мaтериaлa кaвитациoнными пузырькaми, вoзникaющииe в жидкoсти пoд дeйствиeм кoлeбаний; радиациoннoе давлeние, выдавливающee жидкoсть из матeриала и др.
Особенностью акустической сушки является нетребовательность к частотному диапазону звука от 2 до 25 кГц, но требование поддержания высокой интенсивности поля ультразвука 110-140 дБ и небольшой толщины слоя продукта(2-3см).
Анализ процессов сушки макаронного тестас говяжьей печенью и определение оптимальных технологических режимов с применением ультразвука
Любoй фактoр при активнoм планирoвании должен быть управляемым, дoпускающим устанавливать его разные значeния. В нашем мнoгофакторном эксперименте фактoры дoлжны быть независимы и чтoбы каждый из них мог сформировываться свободно от других заданных фактoров, например, температура сушки, влажность сушильного агента, урoвень звукового давления излучателя ультразвука, и т.д. При полном факторном эксперименте (ПФЭ) встречаются все дoпустимые сoчетания уровней исслеeдуемых факторов. Количество испытаний n в этoм случае равно взаимному произведению чисел уровнeй каждoго из изучeемых факторов. Если числo уровнeй K каждого из факторoв одинаково, то: n = Kp, (3.1) где: p – количество факторов. Для имеющих по четыре уровня пяти факторов, n=45 и равно 1024.
В подoбных случаях практичeски физичeски невoзможно рeализовать схему ПФЭ. Активные эксперименты ставятся так, что в каждoм опыте по специальному плану варьируются нeзависимые фактoры. Прoпущенные сочетания уровней могут быть нейтрализованы методами активного планирования эксперимента. Родоначальникoм направления является английский ученый Р.А. Фишер. Дальнейшее развитие оно получило в работах Иэйтса, Г.Е. Бокса, К.В. Уилсона, В.В. Налимова. Предположим, что находится уравнение модели объекта в форме полинома (отрезка степенного ряда Тейлора) [78]: V V V y = b0 + Y bjxj + У btjXjXt + V bjjxf + (3.2)
В каждом опыте і факторы представляются і-й точкой х = {х1,х2, ...,xp)t факторного пространства. Целью планирования эксперимента является отыскание оценок коэффициентов Ь. Уравнения модели по результатам проводимых опытов в п - точках факторного пространства.
Поверхность отклика обычно исследуется, пока не будет выявлена область, близкая к оптимальному (минимальному или максимальному) значению у. На этом исследование прекращают [78].
Следующие условия должны выполняться при планировании эксперимента: наблюдения отклика у} - независимые правильно распределенные случайные величины;дисперсии о"2[У ] между собой равны в любой точке xt факторного пространства;значония факторов Хг;... ;Хр по сравнению с ошибками отклика Y изменяются с малыми ошибками, т.е. значения факторов - неслучайные величины [83].
При этом ищется такое сочетание факторов для выбранного объекта исследования, при котором целевая функция имеет минимальное значение: y = fmin(xll...,Xp)l (3.3) Если ищется максимум целевой функции д{хг, ...,хр), то это равнозначно отысканию минимума функции: /(f) = -д(х), (3.4) Базовая точка - это точка начала эксперимента, она является центром плана эксперимента.
Его координаты ( xi0, ...,xj0, ...,хр0) = х называются базовым или нулевым уровнем. Базовую точку х выбирают насколько можно ближе к центру факторного пространства, в области которого происходит математическое описание объекта. Ограничимся случаем, когда для отыскания поверхности отклика каждый из факторовху в окрестности базовой точки х , варьируют на двух уровнях, которые отличаются от базового уровня xj0 на значение интервала варьирования Дх;-. Величина интервала варьирования Дх;- не должна быть меньше ошибки, с которой выставляется уровень фактора, иначе верхний и нижний уровни будут неразличимы. Одновременно с этим, интервал не должен быть настолько большим, чтобы нижний или верхний уровни оказались за границами определения факторов. Интервал варьирования поэтому подбирают в диапазоне 0.05-0.3 от допустимого диапазона варьирования факторов, таким образом, область изменения составляет 10-60% всего диапазона [78].
От натуральных значений факторов xj переходят к нормированным и безразмерным значениям для интерпретации результатов и упрощения обработки результатов эксперимента: z, = (х,-х,о)/Д ;, (3.5) В новой системе координат верхнему и нижнему уровням фактора xj соответствуют нормированные значенияг)в = 1, ZJн = -1, не зависящие от физической природы и диапазонов изменения факторов.
Матрица планирования выполняет все возможные комбинации уровней р независимых факторов, каждый из которых не повторяется и изменяется на двух уровнях. Число этих комбинаций п = 7Р определяет число точек факторного пространства и равно числу опытов [78].
Планирование эксперимента приводит к построению матрицы планирования (МП). Для нашей исследуемой трехфакторной модели объекта относительно стандартизированных факторов функция отклика имеет видаматрица планирования ПФЭ (матрица Адамара) таблица 3.1, для р=3 выглядит следующим образом:
Общая смета эксплуатационных затрат на осуществление исследований
Полученные аппроксимационные зависимости рисунок 3.5 позволяют определить текущую влажность макаронных изделий с обогатительной добавкой в процессе сушки при постоянной скорости обдува 1 м/с: кривая № 1 (верхняя) без ультразвука- позволяющая определить влажность макаронных изделий от времени сушки: 2 мин влажность 95 % при температуре 95 С, затем 60 С при ср = 70 % - до влажности макаронных изделий 11% в конце сушки. W = 0,041t32Kcn - 2,85t3Kcn + 33,48(3.24) При этом повышается кислотность изделий до 6 градусов и более, что выше установленных норм (ГОСТ Р 54656-2011 «Изделия макаронные») и длительность сушки велика.
Кривая № 2(нижняя)-сушка при уровне звукового давления ультразвуковых колебаний 140 дБи тепло-влажностном режиме: 2 минуты влажность 95% при температуре 95С, затем 60С при ср = 70 % - до влажности макаронных изделий 11% в конце сушки. W = 0,58t2Kcn - 7,90t3Kcn + 36,79 (3.25) Характер кривых показывает, что ультразвуковой эффект весьма значителен, где применен комбинированный с ультразвуком нагрев для сушки макаронных изделий, который позволяет интенсифицировать процесс даже высокотемпературной сушки на 24 - 26 %.
Полученные аппроксимационные зависимости позволяют определить влажность макаронных изделий в любое время процесса сушки.
Характерная кривая зависимости производительности сушилки от мощности ультразвука в камере показана на рисунке 4, описываемая зависимостью: П=0,710-612-0,0001I+0,0091 R2=0,971 (3.26) 90 100 110 120 130 140 Уровень звукового давления УЗВ колебаний, I, дБ Рисунок 3.5 – Зависимость производительности модернизированного сушильного шкафапо готовым макаронным изделиям с говяжьей печенью от уровня звукового давления ультразвуковых колебаний в период сушки Было обращено внимание на снижение процесса влагопоглощения при комбинированном действии тепловой обработки и ультразвука,определенному по стандартной методике [33] : Г= 0,6х10-6 I2-0,001I+0,17 R2=0,897 (3.27)
Кривая изменения влагопоглощения макаронных изделий с говяжьей печенью, высушенных при разной уровня звукового давления ультразвуковых колебаний в сушильной камере Оценка качества изделий проводилась по следующим показателям: кислотность, цвет изделий, прочность на приборе Строганова, кулинарные свойства (количество сухих веществ, переходящих в варочную воду; коэффициент увеличения объема; увеличение массы макарон при варке; продолжительность варки)[33-35].
Прочность изделий на излом определяли экспериментально по способу определения прочности сухих макаронных изделий, разработанному профессором ЧерновымМ.Е.
На рисунке 3.6 представленырезультаты прочности макаронных изделий с печенью говяжьей диаметром 6 мм, высушенные при температурном режиме 95 С2 минуты, и далее до конца сушки при + 60 С при уровне звукового давления ультразвука в сушильной камере 140 дБ. Зависимость предела прочности на излом макаронных изделий от условий сушки (от интенсивности колебаний ультразвукового излучателя при сушке,)представлена в виде графика MSExcel на рисунке 6.
Зависимость предела прочности на излом макаронных изделий с говяжьей печенью диаметром 6 мм от уровня звукового давления ультразвуковых колебаний в сушильной камере
Качество готовых изделий определяли после варки. Так наличие сухих веществ в варочной воде определяли после варки до готовности (СВ), как и кислотность (ГОСТ Р 52377-2005), водопоглотительную способность макаронных изделий (ВПС), содержание сухих веществ в варочной воде после переварки (СВП) – по методу, приведенном в технохимическом контроле макаронного производства.
Была проведена сенсорная оценка приготовленных макаронных изделий, которую проводили в соответствии с ИСО 6658:2005 методом присвоения рейтинга и начисления баллов.
Органолептические показатели образцов оценивались по 5 бальной системе традиционной оценкой макаронных изделий[33-35]. Все образцы имели высокие результатыпо вкусу, аромату и внешнему виду продукта, рисунок 3.7. Опытные макаронные изделия, высушенные в модернизированном сушильном шкафу с применением ультразвука, по сравнению с другими образцами(без ультразвука), имеют хороший внешний вид, не слипаются, имеют более плотную нежную консистенцию. Оценка качества изделий проводилась по следующим показателям: кислотность, цвет изделий, прочность на приборе Строганова, кулинарные свойства (количество сухих веществ, переходящих в варочную воду; коэффициент увеличения объема; увеличение массы макарон при варке; продолжительность варки). Было получено заключение о повышенных показателях качества при совместном действии гигротермической обработки и ультразвука. Опытные образцы были предпочтительней для большинства дегустаторов, что говорит о высокой эффективности ультразвуковой сушки.