Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние, цели и задачи исследования .16
1.1. Современное состояние технологии и оборудования для выпечки хлебобулочных изделий 16
1.1.1.Особенности влияния свойств теста на эффективность технологического процесса производства хлебобулочных изделий 20
1.1.2. Рационализация технологии выпечки хлебобулочных изделий 26
1.1.3. Современное состояние оборудования для выпечки хлебобулочных изделий 28
1.2.Обоснование эффективности влияния ультразвука на скорость и качество выпечки мелкоштучных изделий 36
1.2.1.Анализ состояния ультразвуковой техники и технологий в пищевой промышленности 36
1.2.2.Интенсификация технологических процессов в ультразвуковых полях 38
1.2.3. Перспективы повышения качества производства мелкоштучных булочных изделий под воздействием ультразвука 43
Выводы 49
Глава 2. Теоретические исследования ресурсосберегающей технологии и специального оборудования для реализации процессов выпечки мелкоштучных изделий из пшеничного теста 50
2.1. Теоретическое обоснование усовершенствования технологии производства мелкоштучных изделий из пшеничного теста с применением ультразвука 50
2.1.2 Особенности способа и конструкции устройств для выпечки мелкоштучных булочных изделий с наложением поля ультразвука 59
2.1.3. Математическое моделирование энергоподвода и тепломассообмена при выпечке хлебобулочных изделий при наложении поля ультразвука 66
2 1 .4Сравнительная характеристика хлебобулочных изделий после реализации выпечки в поле ультразвука по сравнению с традиционной технологией 79
Выводы 74
Глава 3. Постановка эксперимента. Выбор методов исследования и описание математического аппарата для планирования эксперимента 75
3.1 Цели и задачи экспериментального исследования 75
3.2 Объект исследования. Теоретические основы создания экспериментальной установки 76
3.2.1 Теоретические основы создания экспериментальной установки 87
3.3 Комплексная экспериментальная установка для выпечки мелкоштучных булочных изделий 89
3.4 Методика проведения эксперимента 91
3.4.1 Планирование многофакторного эксперимента 91
3.4.2. Определение числа измерений 98
3.4.3.Произвоственная апробация 98
3.5 Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований 100
3.5.1. Проверка воспроизводимости экспериментов 101
3.5.2. Определение порога чувствительности приборов 103
3.5.3. Определение метрологического показателя 104
3.5.4. Математическая обработка экспериментальных данных полученных в ходе исследования 104
3.6 Эколого-технико-экономическои обоснование предлагаемых технических решений 107
3.6.1. Технико-экономическое обоснование выпечки мелкоштучных булочных изделий в поле ультразвука 107
3.6.2. Экологические аспекты использования ультразвуковых технологий 112
Выводы 115
Список литературы 116
Приложение 1. Оборудование, приборы и измерительные устройства, применявшиеся для проведения эксперимента
Приложение 2.Таблица замеров при выпечке
Приложение 3.Заявка на изобретение способа выпечки мелкоштучных хлебобулочных изделий (Иванова М.А., Антуфьев В.Т., Горшков Ю.А.)
Приложение 4. Акт апробации результатов эксперимента на площадке №2 ОАО «Каравай»
Приложение 5. Акт внедрения в учебный процесс
Приложение 6. Графический способ определения корней характеристического уравнения для шара
Приложение 7. Технические условия на изготовление устройства воздушного генератора ультразвука для хлебопекарных печей
- Современное состояние оборудования для выпечки хлебобулочных изделий
- Особенности способа и конструкции устройств для выпечки мелкоштучных булочных изделий с наложением поля ультразвука
- Планирование многофакторного эксперимента
- Экологические аспекты использования ультразвуковых технологий
Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности выпечки является актуальной научно-технической проблемой, имеющей большое экономическое значение. Выпечка осуществляется в хлебопекарных печах, от степени совершенства которых во многом зависят как стоимость и свойства хлебобулочных изделий, так и общие затраты энергии на их получение. В настоящее время на долю процесса выпечки приходится 70% всех энергозатрат при производстве хлебобулочных изделий.
Относительно высокие потери энергии происходят из-за повышенных температур выпечки и соответственно, упека изделий. Кроме того упек увеличивается из-за принятой системы принудительной конвекции воздуха в пекарной камере.
Известные методы интенсификации теплообмена достигли своего предела и требуют применения новых эффектов. Анализ способов интенсификации теплообмена в других областях пищевой промышленности показывает, что особая роль отводится воздействию ультразвука.
В хлебопекарной промышленности применение ультразвука ограничено (например, при обработке зерна ультразвуком, в производстве сухарей, при создании водомасляных эмульсий для обработки форм перед выпечкой, при нарезке тортов и хлеба).
До настоящего времени научных работ по применению ультразвука для интенсификации процессов выпечки мелкоштучных булочных изделий не обнаружено. Влияние ультразвука на процесс теплообмена между тестовой заготовкой и газовой средой пекарной камеры, а так же влияние на удельные затраты не изучено и требует проведения исследований.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка ресурсосберегающего процесса выпечки мелкоштучных булочных изделий с наложением поля ультразвука и соответствующего аппаратурного оформления.
Для достижения поставленной цели определены основные задачи исследования:
-определить возможности модернизации хлебопекарных печей;
- предложить новые способы осуществления интенсификации процесса
теплообмена между газовой средой и хлебобулочными изделиями в
хлебопекарной печи;
-провести теоретические исследования воздействия ультразвука на тесто в процессе выпечки;
разработать математическую модель процесса выпечки при наложении ультразвука;
создать экспериментальную установку и изготовить дополнительные устройства;
- провести эксперименты по выпечке готовых мелкоштучных
хлебобулочных изделий по разработанной методике;
- получить экспериментальные зависимости динамики процесса
изменения температуры и упека хлебобулочного изделия в процессе
выпечки при наложении поля ультразвука на него;
- разработать технические условия на хлебопекарную печь повышенной
эффективности, существенно изменяющей темп и качество выпекаемого
хлебобулочного изделия.
На защиту выносятся следующие научные положения:
механизм интенсификации выпечки мелкоштучных булочных изделий в хлебопекарной печи в зависимости от параметров работы воздушного генератора ультразвука;
математическая модель процесса выпечки при наложении ультразвука;
методика расчета пекарной камеры с встроенным воздушным генератором ультразвука;
техническое решение конструкции хлебопекарной печи и вспомогательных устройств.
Научная новизна. Разработана математическая модель процесса тепло - и массообмена между газовой средой пекарной камеры и мелкоштучными булочными изделиями в присутствии ультразвука.
Определены характер процесса изменения температуры и упека хлебобулочного изделия в процессе выпечки и скорости выпечки при наложении поля ультразвука.
Предложен способ выпечки мелкоштучных булочных изделий в хлебопекарных печах с применением воздушного генератора ультразвука.
Предложено техническое решение интенсификации теплообмена между газовой средой и мелкоштучными булочными изделиями в хлебопекарной печи.
Практическая значимость. Разработан малозатратный метод интенсификации теплообмена между газовой средой и хлебобулочными изделиями в пекарных камерах посредством наложения поля ультразвука.
На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований предложена опытно-промышленная конструкция устройства, повышающего эффективность хлебопекарных печей.
Предложена методика расчета пекарной камеры с установленным в ней воздушным генератором ультразвука.
Производственная апробация работы осуществлялась на ПП №2 ОАО «Каравай» («Кушелевский хлебозавод») в 2011 г.
Результаты работы используются в учебном процессе для специальности «Машины и аппараты пищевых производств», для подготовки бакалавров по направлению: «Технологические машины и оборудование».
Материалы диссертации включены в рабочую программу повышения квалификации профессорско-преподавательского состава университета и других ВУЗов России «Вепольные технологии в пищевой промышленности».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников университета в 2009-2012 г. и межкафедральных семинарах СПбГУНиПТ(2009-2011 г.)
Публикации. По результатам исследований опубликованы четыре работы, в том числе две статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Положительное решение по заявке на изобретение № 2011125204/13 от 26.09.2011.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 106 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и дополнительно включает 53 таблицы, 36 рисунков, 7 приложений. Библиографический список состоит из 87 наименований, в том числе 10 иностранных источника.
Современное состояние оборудования для выпечки хлебобулочных изделий
Помимо радиационно-конвективной выпечки хлеба в обычных хлебопекарных печах, могут применяться и другие способы выпечки [12].
С точки зрения механизма подвода или генерации тепла, вызывающего прогрев выпекаемого теста-хлеба, все известные способы выпечки можно классифицировать следующим образом:
Способы, при которых тепло к выпекаемому тесту-хлебу подводится извне:
1) Радиационно-конвективная выпечка в обычных хлебопекарных печах;
2) Выпечка в хлебопекарных печах с генераторами инфракрасного (коротковолнового) излучения;
3) Выпечка в замкнутых камерах в атмосфере пара: а) В атмосфере насыщенного пара; б) Начало выпечки в атмосфере насыщенного пара и завершение выпечки - в атмосфере перегретого пара.
Способы, при которых тепло выделяется в массе прогреваемой тестовой заготовки:
1) Выпечка с применением электроконтактного прогрева;
2) Выпечка в электрическом поле токов высокой и сверхвысокой частоты (ВЧ-выпечка и СВЧ-выпечка).
Способы выпечки с комбинированным прогревом выпекаемого теста хлеба:
1) Выпечка в хлебопекарных печах с одновременным высокочастотным и инфракрасным (коротковолновым) прогревом тестовой заготовки;
2) Выпечка в печах с прогревом сначала в электрическом поле токов высокой частоты и заверщением выпечки при инфракрасном прогреве;
3) Выпечка с одновременным инфракрасным и электроконтактным прогревом;
4) Выпечка с последовательным прогревом сначала электроконтактным и затем инфракрасным.
Таким образом, в обзоре литературы проведен анализ основных способов интенсификации процесса выпечки мелкощтучных булочных изделий, применяемых в хлебопекарных областях промыщленности. Анализ показал, что имеется ряд фундаментальных и прикладных результатов, которые при соответствующей доработке могут быть внедрены при производстве хлеба. Установлено, что актуальным является применение ультразвука (УЗВ) в качестве фактора интенсификации процесса выпечки мелкощтучных булочных изделий для увеличения скорости достижения необходимой температуры на поверхности и внутри тестовой заготовки в пекарной камере, повышения экологической безопасности и экономической эффективности хлебопекарных печей. В то же время автором показано отсутствие методик расчета ультразвуковых устройств хлебопекарных печей. В настоящее время в числе передовых технологий превуалирует выпечка в печах с генераторами инфракрасного (коротковолнового) излучения.
В обычных хлебопекарных печах термоизлучение теплоотдающих поверхностей, имеющих температуру 300-400С, по максимуму длины волны электромагнитных колебаний (5,4-4,3 мкм) лежит в области инфракрасного излучения охватывающей колебания с длиной волны от 0,77 до 340 мкм. Поэтому, строго говоря, выпечку в обычных хлебопекарных печах также следует отнести к способу выпечки, при котором в прогреве ВТЗ большую роль играет инфракрасное излучение.
Когда речь идет о выпечке в печах с генераторами инфракрасного излучения, подразумевают обычно применение генераторов относительно коротковолнового инфракрасного излучения (с максимумом длины волны излучения 1-3 мкм).
Выпечка тестовых заготовок под воздействием регулируемого электромагнитного излучения инфракрасного спектра происходит в пекарной камере оснащённой специальными керамическими нагревателями диаметром 10 мм и размещенными эквидистантно относительно тестовых заготовок. Благодаря этому происходит равномерное и значительно более интенсивное облучение тестовых заготовок по всей поверхности. Длина волны составляет от 3,5 до 52 мкм, плотность потока регулируется в пределах от 5000 до 25000 Bт/м2, который создаёт через 4-5 мин облучения температуру 190 - 220С на поверхности тестовой заготовки.
Использование в процессе выпечки регулируемого электромагнитного излучения инфракрасного спектра позволяет в первоначальный момент времени сформировать на тестовых заготовках тонкую корочку, по своей консистенции более плотную, чем внутренняя часть тестовой заготовки. При дальнейшем ее прогреве вода, находившаяся в мякише, превращается в пар и, увеличиваясь в объеме, делает мякиш более рыхлым, т.к. пар не может сразу испариться из-за образовавшейся ранее корочки, а испаряется с некоторой задержкой, проделав работу в мякише по его "разрыхлению". Из предыдущих исследований известно, что этот способ выпечки на 15% сокращает длительность процесса производства хлебобулочных изделий, что в свою очередь повышает качество хлеба за счет сохранения в нем большего количества витаминов и улучшения структурно-механических свойств мякиша. Создание же в процессе выпечки изделий тонкой однородной корочки, в результате чего усушка через нее изделий уменьшается на 15 -18% по сравнению с прототипом, способствует продлению срока свежести выпекаемой продукции. Однако способ выпечки с помощью РЖ-излучения является довольно энергоёмким из-за недостаточного КПД генераторов ИК излучения.[16]
Для этого коротковолнового инфракрасного излучения характерна способность более глубокого проникновения в поверхностный слой ВТЗ, чем более длинноволнового в обычных печах. Поэтому теплота ИК-излучения воспринимается не только поверхностью ВТЗ, но и подповерхностным слоем толщиной в несколько миллиметров. Это обусловливает более быстрый прогрев ВТЗ при ИК-выпечке и в связи с этим сокращение длительности процесса выпечки. С этой точки зрения ИК-выпечка особенно эффективна для выпечки мелкоштучных булочных, бараночных и мучных тонкослойных кондитерских изделий, а также сладкой и соленой соломки и хлебных палочек. Они обладают направленным распределением тепла по определенному пространству или поверхности. Это подтверждено опытом эксплуатации промышленных туннельных печей с коротковолновыми кварцевыми ИК-излучателями, выпущенных Шебекинским машиностроительным заводом под маркой ПИК-8.
Выпечка в атмосфере пара.
В Германии и некоторых других странах отдельные специальные виды хлеба (хлеб из грубой шротовой муки, после выпечки заворачиваемый в специальную обертку и затем термически стерилизуемый для длительного хранения; хлеб из ржаной шротовой муки, после выпечки нарезаемый на тонкие ломти, заворачиваемые затем в обертку) не требуют наличия на их поверхности корки и в то же время должны иметь значительно большую, чем обычно, длительность выпечки[15].
Для выпечки такого хлеба, производимой обычно в формах, применяют специальные камеры с герметично закрывающимися дверцами. В эти камеры закатывают вагонетку с формами, заполненными расстоявшимися тестовыми заготовками, и после закрытия дверец впускают в камеру насыщенный пар под небольшим избыточным давлением.
Таким образом, температура паровоздушной среды в такой «пекарной» камере около 100 С, вследствие чего происходит более медленный прогрев ВТЗ и удлиняется время «выпечки» хлеба, не имеющего привычной нам корки. Такой хлеб с поверхности покрыт пленкой, практически не отличающейся по окраске от мякища хлеба. Длительность такой «выпечки» исчисляется часами и в зависимости от массы штуки хлеба, его вида и назначения может достигать 12-20 и более часов.
Выпечка в атмосфере пара может, как уже было отмечено, дать только «бескорковый» хлеб, представляющий собой тесто, превращенное прогревом в состояние мякища. Так же данный способ не экономичен.
Особенности способа и конструкции устройств для выпечки мелкоштучных булочных изделий с наложением поля ультразвука
Изобретение относится к способу и устройству для ускоренной выпечки хлебобулочных и кондитерских изделий, характеризующихся повышенным качеством изготовляемой продукции и возможностью как плавной, так и быстрой сменой тепловых режимов, поддерживаемых с высокой точностью. Способ характеризуется тем, что подвод тепла к обрабатываемому изделию осуществляют не только подачей нагретого воздуха по рециркуляционному контуру, но и за счет снижения термического сопротивления пристенного слоя теплоносителя у изделия путем создания ультразвука в объеме пекарной камеры. При этом скорость выпечки возрастает на 15-18 %.
Известен способ тепловой обработки, преимущественно выпечки, предусматривающий подвод тепла к обрабатываемому изделию в зоне технологической обработки путем подачи горячего воздуха по рециркуляционному контуру с нагревом. [9] Большим недостатком известного способа, носящим принципиальный характер, является обеспечение нагрева тестовой заготовки за счет подачи нагретого воздуха на ее поверхность с температурой значительно выше технологической, необходимой для выпечки, при которой тепло от верхних слоев тестовой заготовки постепенно распространяется за счет теплопроводности и тепломассобмена внутрь ее. В результате низкой влажности и достаточно большой скорости воздуха в течение некоторого времени температура на поверхности очень быстро повышается, и образуется корка-теплоизолятор с низкой влажностью. В то же время температура внутри тестовой заготовки по мере углубления внутрь оказывается значительно ниже, и тесто еще остается сырым и недостаточно пористым, так как в нем не развились процессы газообразования в достаточной мере. Основной целью данного способа, а также реализующего его устройства является предотвращение указанных выше недостатков, а именно создание такого способа выпечки, при котором из тестовой заготовки получались бы хлебобулочные или кондитерские изделия (а также другие выпекаемые продукты) повышенного качества за счет использования многочисленных ультразвуковых эффектов нагрева изделия с присущими ему особенностями теплопередачи. Предложенный способ и устройство позволяют изготавливать выпекаемые изделия значительно более высокого качества по сравнению с приведенным выше и другими традиционными способами.
Кроме того, существенно сокращается время приготовления выпекаемой продукции за счет ультразвуковых эффектов. Известно, что ультразвук уменьшает толщину ламинарного слоя за счет изменения равномерности обтекания потока в соответствии с колеблющейся скоростью звукового давления. Механизм воздействия ультразвука при выпечке изделий в основном связан с появлением акустических завихряющих течений, обусловленных поглощением энергии в среде и в пограничном слое у их поверхности, а также поглощением части энергии внутри хлеба. Преимущество акустических потоков перед обычными аэродинамическими — в малой толщине их пограничного слоя 6,м
Из формулы видно, что существует реальная возможность его уменьшения путём увеличения частоты колебаний. Это в свою очередь приводит к уменьшению толщины температурного (концентрационного) пограничного слоя и увеличению тем самым градиентов температуры, определяющих скорость переноса массы и тепла.
Интенсифицирующее действие акустических колебаний на тепломассообмен в ультразвуковом поле проявляется, начиная от некоторых пороговых значений звукового давления. В условиях свободной конвекции этот порог определяется соотношением двух сил, действующих на элемент объёма среды: силы, связанной с акустическим потоком, и подъёмной. Ультразвуковой воздушный генератор позволяет при малой затрачиваемой мощности ( о,2-0,5 BT/CMZ) в значительной степени разрушить пограничную пленку воздуха у хлебобулочного изделия, играющую роль теплоизолятора, и соответственно, увеличить коэффициент теплоотдачи в 2-4 раза. Это изменяет, как показывают расчеты, скорость выпечки на 15 - 18% даже при некотором снижении температурного режима в печи (на 12-15 С). Замеры интенсивности звукового излучения в объеме пекарной камеры показывают, что рассеяние и отражение ультразвуковых волн в камере приводит к усреднению акустического поля (12-18%), интерференционная картина сглаживается и поле приобретает ярко выраженный мелкомасштабный диффузионный характер, что согласуется с другими источниками информации [60,61,64].
Теоретические исследования показывают, что возмущения от генератора волн в воздухе приводят к турбулизации пограничного слоя, а их отражения к автоколебаниям этого слоя с интенсивным теплообменом с воздухом пекарной камеры. То есть передвижение одной волны возмущения способствует созданию вакуума у поверхности, и подсосу новых порций воздуха - теплоносителя. Естественно, тесто при этом будет выпекаться быстрее и равномернее, так как при озвучивании ультразвук многократно отражается от стен камеры и хлебобулочного изделия, и проникает во все трещины и раковины хлеба, снижая термическое сопротивление тепло- и массопереносу. Мякиш хлеба за счет периодического изменения местного давления также подвергается автоколебаниям на глубину от миллиметров до нескольких сантиметров, что способствует интенсивному проникновению тепла внутрь хлеба (звукокапиллярный эффект, локальный нагрев). Так ультразвуковой капиллярный эффект может увеличивать скорость и высоту подъема жидкостей в капиллярах при непосредственном воздействии ультразвука на порядок [64]. Расчеты показывают, что при этом наружные частицы хлеба получают ускорения до 3-4q при мощности около 0,5 Вт/см .Ультразвуковой воздушный генератор кроме звуковой мощности вносит и определенную тепловую мощность с нагретым до 120 - 140С озвученным воздухом, у которого кинетическая энергия частично перешла в тепло. Другой ультразвуковой эффект временного «разжижения» теста положительно сказывается на равномерности распределения газовых пузырьков в объеме изделия и пористости мякиша.
Воздушный ультразвуковой генератор успешно работает при высоких температурах в печи, дает возможность получения высоких значений энергии колебаний при малой амплитуде, т.к. энергия колебаний пропорциональна квадрату частоты, не требуя при этом крупногабаритной аппаратуры. Ультразвук неслышим и не создаёт дискомфорта обслуживающему персоналу, исключительно просто изолируется от окружающей среды.
Таким образом, указанная выше цель достигается тем, что в способе тепловой обработки изделий, преимущественно выпечки, предусматривается интенсификация подвода тепла к обрабатываемому изделию не за счет скорости нагретого воздуха, а, согласно изобретению, за счет снижения термического сопротивления пристенного слоя тепло - и массопереносу при прогреве изделия. Только благодаря использованию ультразвукового генератора с присущими ему и описанными выше совокупностью общих существенных признаков, обеспечивается выпечка качественной продукции. Таким изделиям присущи равномерная пористость теста с одновременным образованием тонкой корки с хорошим колерным цветом. Авторы проделали многочисленные расчеты и установили, что отвеченный выше положительный технический эффект обеспечивается в широком диапазоне мощности ультразвука. Предложенный споеоб позволяет выпекать изделия значительно более высокого качества по сравнению с другими традиционными споеобами. Так сокращается время приготовления выпекаемой продукции за счет повышения коэффициента теплоотдачи к изделиям и затраты электроэнергии, уменьшаются потери на упек. Именно, в применении эффектов ультразвука выражается сущность заявляемого способа, принципиально отличающаяся от других известных способов выпечки.
Планирование многофакторного эксперимента
Основным преимуществом планирования многофакторного эксперимента является возможность одновременного влияния на эффективность процесса большого числа факторов. Кроме того, этот метод позволяет наряду с количественным учетом каждого отдельного фактора, установить наличие в системе межфакторных взаимодействии и оценить эффекты последних, а также определить значение параметров при оптимальной эффективности процессов.
Во время выпечки теста для производства хлебобулочных изделий возникает задача выбора оптимальных параметров таких как:
- температура и влажность выпечки,
-время выпечки,
-частота и мощность энергии облучения ультразвуком для получения качественного продукта.
Речь идет, прежде всего, об управляемых факторах, т.е. о таких, которые можно менять в широком диапазоне значений.
Нашей задачей являлось нахождение с помощью некоторого количества экспериментов при разных сочетаниях уровней факторов максимальной или минимальной величины выбранного критерия (параметра) оптимизации.
Метод планирования активных экспериментов позволяет при непр ерывном “покачивании” технологического процесса в допустимых интервалах его нормального режима определить коэффициенты уравнения, которые характеризуют его математическую модель[13].
Кроме того, планирование эксперимента позволило уменьшить количество ошибок в ходе исследований, сократить количество опытов и определить наиболее оптимальные режимы и условия замеса теста по предложенной технологии. Учитывая, что при решении задач исследования применение единственного метода довольно сложно, в работе принята методологическая концепция планирования, объединяющая ряд методов.
Реализация и анализ результатов настоящего исследования осуществлялась в несколько этапов, включающих проведение опытов по выбранному плану эксперимента, проверку воспроизводимости опытов, получение уравнения регрессии, проверку статистической значимости его коэффициентов и проверку адекватности уравнения. Конечной целью анализа было выяснение коэффициентов регрессии, отличных от нуля и адекватности описания полученной моделью экспериментальных данных.
В связи с тем, что эксперименты проводились без повторностей, для определения дисперсии воспроизводимости ставилась специальная серия опытов: один из вариантов факторного эксперимента дублировался несколько раз. В этом случае дисперсия воспроизводимости определялась по формуле[13]
Гипотезу адекватности уравнения не отвергали, если расчетное значение F - отношения оказывалось меньше соответствующего критического значения Fa(f„f0 ) для числа степеней свободы fr и f0 выбранного уровня значимости а ,
В связи с тем, что влияние температуры на процесс выпечки хлебобулочных изделий описывается нелинейными функциями отклика, эксперименты по определению скорости выпечки были реализованы с использованием планов третьего порядка типа неполного факторного эксперимента Зк . План третьего порядка позволил получить математическое описание в виде полной квадратичной модели, содержащей кроме основных эффектов bt. все парные взаимодействия by . и квадратичные эффекты Сравнивая дисперсии, полученные делением сумм квадратов на соответствующие степени свободы, определяли интересующие нуль-гипотезы.
Таким образом, постановка исследования по определению скорости выпечки хлебобулочных изделий включила в себя выбор модели объекта и плана эксперимента, оптимального для этой модели.
Критерий Фищера определяли по формуле: = (Sa2xr)/S2 (3.27.)
Найденный критерий Фищера сравнивали с его табличным значением и варьируя управляющими параметрами (X) и временем определяли оптимальные технологические режимы выбора условий нагрева пекарной камеры, времени выпечки мелкоштучных хлебобулочных изделий с доверительной вероятностью Р = 0.95.
Экологические аспекты использования ультразвуковых технологий
Исследования влияния ультразвуковых технологий на состояние окружающей среды[40,50,74] показывают необходимость изучения , во-петэвых процессов взаимодействия человека и природы при выполнении производственной функции, а во-вторых, влияние непосредственно ультразвука и сопутствующих факторов на человека и окружающую среду.
Негативные последствия от использования ультразвуковых аппаратов могут быть выявлены по факторам материальных и энергетических выбросов. Однако если предположить, что технологические процессы переработки сельскохозяйственной продукции по используемым материальным потокам являются экологически чистыми, то интенсификация этих процессов ультразвуком не приведет к ухудшению экологической обстановки. Кроме того, как показывает опыт, ультразвуковые технологии переработки сельскохозяйственного сырья способствуют более полному выделению целевых продуктов, повышению их качества и прочих потребительских свойств. В конечном счете, все это обеспечивает более полное решение задачи рационального использования природных ресурсов и, следовательно, большей сохранности окружающей природной среды.
Исследование проблем экологической опасности сопутствующих энергетических выбросов приводит к выводу, что разработанные ранее мощные ультразвуковые приборы и системы с использованием электронных компонентов низкой степени интеграции действительно были потенциально опасными для здоровья человека. Снижение возможных сопутствующих вредных излучений приборов может быть достигнуто, во-первых, снижением единичной мощности УЗ-приборов и выбором для конкретных технологий УЗ-параметров достаточных для реализации процесса. Во-вторых, при использовании современной элементной базы и соответствующих изменений схемных решений ультразвуковых генераторов, а также конструкций волноводов, применении современных схем автоматической стабилизации режимов и аварийной защиты, экспериментально доказано, что приборы разработанного многофункционального ряда не являются источниками вредных энергетических полей и излучений.
Доказано, что ввод в технологический процесс ультразвукового излучения во многих технологиях переработки сырья является фактором, существенно снижающим подвод к технологической операции других энергетических потоков и прежде всего - тепловой энергии. Экологическая выгода от этого не требует доказательств. И, наконец, интенсификация многих процессов, например, эстракции в поле ультразвука способствует снижению и полному исключению из реагирующей массы ряда экстрагентов, признаваемых вредными для окружающей среды.
Таким образом, ультразвуковые технологии с аппаратным обеспечением на базе многофункциональных маломощных генераторов во многом удовлетворяют требованиям, предъявляемым к реутилизационным, ресурсосберегающим, экологически безопасным процессам и обеспечивают более рациональное по сравнению с традиционными использование природных ресурсов.
Таким образом, в результате анализа литературных источников и опыта использования ультразвука в предполагаемых областях контакта с живым организмом, можно утверждать, что при обоснованном выборе диапазона технологических параметров, соотнесенных с объектом приложения излучения, его вредное влияние отсутствует или является минимальным. Поэтому есть все основания утверждать, что ультразвук, как достижение научно-технического прогресса, может быть экологически безопасным, если при проектировании его практических приложений выполняются необходимые ограничения по мощности, интенсивности и защиты.
