Совершенствование процесса охлаждения хлебобулочных изделий после выпечки с использованием модели прогнозирования температуры в центре изделия Пастухов Артем Сергеевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Обзор аппаратурно-технологических систем и анализ современного состояния вопроса охлаждения свежевыпеченных хлебобулочных изделий 14

1.1. Обоснование процесса охлаждения хлебобулочных изделий 15

1.2. Факторы, влияющие на усыхание хлебобулочных изделий 17

1.3. Аппаратурно-технологические решения процесса охлаждения хлебобулочных изделий 23

Глава 2. STRONG Анализ кинетических закономерностей процесса охлаждения хлебобулочных

изделий STRONG 30

2.1. Структурно-параметрическая схема процесса охлаждения хлебобулочных изделий 30

2.2. Каналы внесения корректирующих воздействий и технологические зоны контроля нормированной температуры готовой продукции 32

Глава 3. Экспериментальные и аналитические исследования и разработка математической модели процесса охлаждения хлебобулочных изделий 39

3.1. Программа и методика проведения исследований 39

3.2. Разработка и анализ математической модели процесса охлаждения хлебобулочных изделий 40

3.3. Экспериментальные исследования и обработка опытных данных 58

Глава 4. Формирование структуры процесса охлаждения хлебобулочных изделий на основе предвычисления температуры в центре изделия 68

4.1. Выбор принципа стабилизации процесса охлаждения с учетом операции предвычисления 68

4.2. Разработка алгоритмической структуры выбора каналов внесения корректирующих воздействий с учетом нормированных уровней параметров процесса охлаждения 73

4.3. Экономическая эффективность предлагаемой системы стабилизации процесса охлаждения хлебобулочных изделий 77

Заключение 79

Литература

• Факторы, влияющие на усыхание хлебобулочных изделий
• Каналы внесения корректирующих воздействий и технологические зоны контроля нормированной температуры готовой продукции
• Разработка и анализ математической модели процесса охлаждения хлебобулочных изделий
• Разработка алгоритмической структуры выбора каналов внесения корректирующих воздействий с учетом нормированных уровней параметров процесса охлаждения

Введение к работе

Актуальность работы.

В сложной аппаратурно-технологической схеме процесса производства хлебобулочных изделий одной из основных операций, обеспечивающих сохранение качественных показателей и уменьшение усушки является операция охлаждения продукции непосредственно после выпечки.

В современных системах охлаждение хлебобулочных изделий после выпечки на спиральной конвейерной установке, обдувом потоками охлажденного воздуха с нормированным значением температуры в диапазоне 15-26 С и скорости обдува 0,2-3,0 м/с. При этом необходимо обеспечивать температуру 30±5 С внутри мякиша хлебобулочного изделия на выходе из зоны охлаждения. К источникам возмущающих воздействий нарушения режима охлаждения, приводящих к отклонению температуры в центре хлебобулочного изделия на выходе из хлебопекарной печи от значений предыдущего установившегося режима, могут быть отнесены изменения на стадиях тестоприготовления, температурно-влажностных режимов в процессах расстойки и выпечки, форма и вид хлебобулочного изделия. Все это требует корректировки режима работы системы охлаждения. Однако, выборочный контроль температуры внутри хлебобулочного изделия в сегодняшней практике проводится на участке выхода изделия со спирального конвейера уже после завершения охлаждения, что исключает возможность корректировки температуры при отклонении от нормированного значения 30±5 С. В этом случае при снижении температуры от нормированного значения интенсивное охлаждение приводит к сверхнормированной усушке, которая может составить более 4,7%, что представляет собой более 8 тонн продукции в сутки для хлебозаводов с суточной производительностью 170 тонн, а превышение нормированного уровня температуры усложняет операцию нарезки и приводит к появлению конденсационной влаги внутри упаковки изделия, что сокращает сроки его хранения.

Таким образом, отмеченное выше обуславливает необходимость совершенствования системы охлаждения хлебобулочных изделий и повышения тем самым их качественных показателей, сроков хранения, а также экономических показателей, связанных с усушкой изделий и сокращением времени охлаждения, что и определяет актуальность представленной работы. При этом необходимо также отметить масштабность производства этого вида продукции, и его социальную значимость.

Степень разработанности темы.

Работы по совершенствованию процесса охлаждения и основам тепло- и массопереноса при охлаждении пищевых продуктов рассматривали такие ученые как Гинзбург А.С., Филоненко Г.К., Михайлов Ю.А., Красников В.В., Дущенко В.П., Лебедев П.Д., Куцакова В.Е., Фролов СВ., Данин В.Б., Шамшин А.С., Галаган Т.В., а также зарубежные ученые - Саблани, Занони, Ле Бэйл и многие другие.

Цель работы - повышение эффективности процесса охлаждения хлебобулочных изделий в период от выхода изделий из хлебопекарной печи до выхода со спирального конвейера системы охлаждения. Для достижения указанной цели в работе решались следующие поставленные задачи:

1. Провести анализ кинетических закономерностей процесса охлаждения хлебобулочных изделий в режиме непрерывного потока на спиральном конвейере;

2. Установить зоны технологического контроля температуры внутри хлебобулочного изделия при охлаждении на применяемой в настоящее время установке для охлаждения хлебобулочных изделий;

3. Предложить способ определения температуры внутри хлебобулочного изделия по температуре его поверхности для обеспечения оперативного мониторинга температуры хлебобулочного изделия на выходе из печи и выборочно в процессе охлаждения;

4. Выполнить комплекс аналитических и экспериментальных исследований для установления зависимости температуры в центре мякиша изделия от температуры его поверхности, и на основе обработки данных по результатам исследований получить зависимость температуры в центре хлебобулочного изделия от известной температуры поверхности изделия, обеспечив тем самым возможность оперативного мониторинга температуры изделия в процессе охлаждения;

5. Сформировать аппаратурно-технологическую схему, реализующую совершенствование процесса охлаждения с использованием процедуры прогнозирования величины ожидаемого отклонения температуры на выходе изделия из хлебопекарной печи от нормированного значения для оперативного корректирования режимов охлаждения и алгоритм, обеспечивающий взаимное согласование селективной работы каналов процесса охлаждения в допустимых диапазонах варьирования параметров процесса.

Научная новина работы

Получена и экспериментально подтверждена математическая модель, обеспечивающая расчет температуры в центре хлебобулочного изделия по температуре внешней поверхности изделия в любой момент нахождения его в зоне охлаждения после выхода из хлебопекарной печи;

Предложен способ совершенствования процесса охлаждения хлебобулочных изделий, предусматривающий предвычисление и, соответственно, возможность корректирования режимов охлаждения по величине ожидаемого отклонения температуры внутри хлебобулочного изделия при выходе из хлебопекарной печи от нормированного значения;

Разработана структура процесса охлаждения хлебобулочных изделий и предложен алгоритм, реализующие предлагаемый способ предвычисления величины ожидаемого отклонения и возможность корректирования режимов охлаждения по предвычисленным и текущим отклонениям температуры в период процесса охлаждения.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Разработана процедура совершенствования процесса охлаждения хлебобулочных изделий путем сокращения времени запаздывания для выполнения корректирования режимов работы системы охлаждения;

В предложенном процессе охлаждения выявлены условия работы системы охлаждения в технологически разрешенных и взаимно согласованных пределах;

Разработанная методика определения температуры внутри хлебобулочных изделий по температуре их наружной поверхности с использованием бесконтактного способа контроля обеспечивает возможность мониторинга температуры внутри хлебобулочного изделия на всем этапе процесса его охлаждения;

Результаты исследований и их практическая реализация были переданы для использования в федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий (акт приемки этапа проекта №15042 «Повышение эффективности процесса производства хлебобулочных изделий» 19 апреля 2012 г.), а также использованы при написании учебно-методического пособия Автоматизированные комплексы технологической подготовки производства.

Основные положения, выносимые на защиту.

Аппаратурно-технологический анализ процесса охлаждения хлебобулочных изделий;

Математическая модель, обеспечивающая расчет температуры в центре хлебобулочного изделия по температуре его поверхности;

Процедура предвычисления величины ожидаемого отклонения температуры внутри хлебобулочного изделия на выходе из хлебопекарной печи для задач оперативного формирования корректировки режимов охлаждения;

Структура и алгоритм стабилизации работы многоканальной системы охлаждения хлебобулочных изделий в нормируемых режимами пределах и с взаимным согласованием.

Апробация работы.

Основные результаты докладывались на VI и VII Международных научных конференциях «Biosystems Engineering» в 2015 и 2016 гг. (г. Тарту, Эстония), Всероссийских конгрессах молодых ученых в 2013-2016 гг (Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург), научных и учебно-методических конференциях НИУ ИТМО в 2014-2016 гг. (Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург) и VII Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке»

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 3 статьи, индексированные в Scopus.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из 4 глав, выводов и списка литературы. Основное содержание работы изложено на 107 страницах машинописного текста, включая 17 таблиц, 16 рисунков, список литературы из 135 наименований, включая 30 зарубежных источников, 7 приложений.

Факторы, влияющие на усыхание хлебобулочных изделий

Как известно, хлебный мякиш – это капиллярно-пористое твердое тело[98]. Распределение температурных полей в нем определяется условиями взаимодействия тела с окружающей средой: 1. граничными условиями тепло- и влагообмена на поверхности тела, а в более полном объеме условиями однозначности; 2. геометрическими свойствами тела – формой и размерами тела, в котором протекает тепло- массообменный процесс; 3. теплофизическими свойствами тела (теплопроводностью , теплоемкостью с, плотность и др.)[103]; 4. начальными условиями. В более общем ( точном ) случае для капиллярно-пористого тела должна быть решена краевая задача (т.е. дифференциальные уравнения вместе с начальными и граничными условиями) совместного тепло- и массопереноса[41]. В курсе математической физики доказывается теорема единственности решения, из которой следует, что если некоторая функция t (x,y,z ,) для задачи теплопроводности (аналогично для системы уравнений) удовлетворяет дифференциальному уравнению теплопроводности, начальным и граничным условиям, то она является единственным решением данной задачи. В прочих случаях можно определить только усредненную по объему температуру изделия, но невозможно найти температуру в центре, либо какой-либо другой его точке. Решаемая в диссертационной работе задача чисто эмпирическая. Ниже кратко рассмотрено влияние, которое оказывают температура, относительная влажность и скорость воздушного потока вблизи поверхности изделий, форма выпечки и теплофизические свойства хлебобулочных изделий на величину усушки конечного продукта. Температура воздуха. Температура окружающей среды вокруг свежевыпеченного хлебобулочного изделия значительно влияет на время остывания изделия, и, следовательно, на величину усыхания продукта. Чем холоднее воздух вокруг изделия, тем быстрее оно преодолеет первый период усушки, в котором скорость усыхания хлебобулочных изделий наибольшая (Рис.1.1). Доказано, что при более высокой температуре омывающего продукт воздуха процесс усушки идет интенсивнее. Так, хлеб «Украинский» массой 1,2 кг, хранившийся при температуре 43...50 С за 8 часов усох на 5%, в то время как усушка хлеба хранящегося при температуре 11,5...19 С за тот же период составила 2%.

Относительная влажность воздуха. При более высоком значении относительной влажности воздуха вокруг хлебобулочных изделий процесс их усыхания замедляется за счет медленного испарения влаги с наружной поверхности охлаждаемого продукта, т.к. разность парциальных давлений паров вблизи поверхности хлеба и окружающего продукт воздуха при высокой относительной влажности воздуха довольно низкая. Поэтому влияние относительной влажности на интенсивность усыхания в первом периоде усушки хлеба очень невелико. Во втором периоде усушки хлебобулочных изделий, когда их температура не превышает температуры окружающего пространства, влияние значений относительной влажности воздуха на усушку изделий значительно возрастает.

Скорость обдувающего продукт воздуха. Известно, что в первый период усушки целесообразно охлаждение продукта воздухом, движущимся вблизи поверхности охлаждаемого объекта со скоростью 0,3...0,5 м/с, что приводит к ускоренному охлаждению, сокращению длительности первого периода усушки и следовательно к снижению потерь массы хлеба. Также факторами, влияющими на усушку, являются влажность, упек и способ выпечки. Доказано, увеличение влажности мякиша ржаного хлеба из обойной муки па 2% вызывает увеличение усыхания хлеба: за 4 ч – на 0,26...0,42%, а за 7 ч – на 0,42...6,50% [4]. Усушка формового хлеба примерно на 1,1%. больше усушки подового.

Способ хранения. Усушка хлеба, уложенного горячим в ящики со сплошными стенками, после двенадцати часов хранения приблизительно на 1% больше по сравнению с хлебом, хранившимся при той же температуре на решетчатых полках, допускающих свободное омывание продукта воздухом.

Во время охлаждения хлебобулочных изделий начинается ретроградация крахмала. Крахмал теряет связанную во время выпечки влагу, и хлеб начинает черстветь [100]. Известно, что чем дольше влага удерживается в продукте, тем дольше хлеб остается свежим. При хранении хлеба из-за миграции и испарения влаги через корочку происходит понижение влажности мякиша. Увеличение скорости охлаждения продукта уменьшает его усушку. Применение более холодного воздуха и повышение его относительной влажности также замедляют усушку хлебобулочных изделий. Различают два периода усыхания хлебобулочных изделий, характеризующиеся высокой и падающей скоростью усушки соответственно. На рисунке 1.1 представлено условное разграничение периодов усушки.

Каналы внесения корректирующих воздействий и технологические зоны контроля нормированной температуры готовой продукции

Результаты проведенного аппаратурно-технологического анализа процесса охлаждения свежевыпеченных хлебобулочных изделий подтвердили многофакторность зависимости температуры изделий, а также позволили выявить степень влияния возмущающих воздействий и показали возможность обеспечения поддержания температуры и массы готового продукта на нормированном уровне.

Предложенный по материалам проведенного анализа способ стабилизации температуры охлаждаемого продукта, возможно реализовать на основе вычислительного комплекса на базе микропроцессора. Это обуславливает необходимость разработки математического описания и модели процесса охлаждения хлебобулочных изделий, обобщающей принятые аппаратурно-технологические факторы и создающей основу для разработки алгоритма и прикладного программного обеспечения системы стабилизации. Более того вопрос математического моделирования процесса охлаждения свежевыпеченных изделий является актуальным. Так как определяет усушку и сроки хранения готовой продукции.

Имеющиеся в настоящее время материалы научных исследований, связанные с математическим представлением зависимости температуры в центре мякиша хлебобулочного изделия от технологических и аппаратурных параметров процесса, не в полной мере отвечают многоканальному принципу стабилизации охлаждения, предложенному в работе. Это, в частности, обусловлено принятым сочетанием факторов температуры и скорости охлаждающего продукт воздуха, диапазоном их влияния и необходимостью предвычисления потенциально ожидаемых отклонений, а также обеспечением работы каналов внесения стабилизирующих воздействий в технологически рекомендованных режимах.

Математическое моделирование является одним из самых результативных и наиболее часто применяемых методов научного исследования[11]. Оно опирается на математику, физику, химию, биологию и многие другие научные дисциплины, играя синтезирующую роль. На рисунке 3.2 дана общая схема проведения аналитического исследования.

Постановка (формулировка) задачи моделирования: 1) изучение теоретических основ процесса (объекта); 2) выбор параметров процесса;3) определение цели и критериев. і Составление математического описания Построение модели ч г і Логический Выбор метода решения Аналитический Решение + Численный с применением компьютера і т Анализ полученной информации I Оценка адекватности модели изучаемому объекту 1Г Использование математической модели Рисунок 3.2 – Общая схема математического моделирования

В настоящее время разработка и проектирование почти всех технологических процессов осуществляется с использованием компьютерного моделирования. Не остался без внимания и процесс производства хлебобулочных изделий. Опубликованы научные работы, рассматривающих вопросы математического моделирования процессов выпечки хлеба[131],[132],[133],[125]. Однако проведено незначительное количество исследований по поиску оптимальных параметров охлаждения свежевыпеченного хлеба.

Выбор оптимальных параметров технологического процесса основывается на решении задач тепло- и массообмена. Для такого рода расчетов в настоящее время широко используются методы для нестационарного теплообмена для тел правильной формы, такие как метод регулярного режима и метод элементарных тепловых балансов (метод Ваничева)[31], [34], [9],[10], [52], [77], [78], [113].

Ван дер Слуис [130] адаптировал специализированную вычислительную компьютерную программу моделирования процесса охлаждения туш и полутуш крупного рогатого скота, использующую метод конечных элементов, для моделирования охлаждения хлебобулочных изделий. В этой программе автор учитывает конвекцию и излучение, однако не принимает во внимание потерю теплоты за счёт испарения.

Таким образом, проведя литературные изыскания можно найти информацию о математических моделях, основанных на знании теплофизических параметров тех или иных пищевых продуктов, а также методы и способы измерения этих параметров[124]. Однако довольно часто бывает очень трудно или даже практически невозможно проводить какие-либо измерения. Например, снять показания эффективной теплопроводности хлеба, только что вышедшего из печи, не представляется возможным, поскольку в это время процесс теплопередачи тепла от буханки к окружающему воздуху путем испарения является интенсивным и длится в течение очень короткого времени.

Расчеты тепло- и массобменных процессов невозможно проводить без знания теплофизических характеристик продукта. наиболее важные теплофизические свойства пищевых продуктов – это теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, а также плотность изделия.

Различия в теплофизических свойствах у продуктов одного товарного наименования обусловлено, прежде всего, различием их химического состава –содержания влаги, белка, жира, сухи веществ. Различия в теплопроводности связаны со структурной неоднородностью. Знание теплопроводности хлебобулочных изделий имеет большое значение для исследователей, которые используют методы моделирования в своих работах по совершенствованию процесса изготовления хлебобулочных изделий. Основная цель таких работ – это прогнозирование тепло- и массоперемещений, которые происходят в продуктах, для совершенствования технологических процессов производства[27],[128],[134]. Для измерения теплопроводности пищевых продуктов обычно используется метод линейного источника тепла [76].

Теплопроводность в значительной степени зависит от температуры и местного влагосодержания изделия[48], [49], [117]. Определение теплопроводности в соответствии с этими двумя переменными требует проведения определенного ряда измерений, на которые затрачивается значительное количество времени. Альтернативой является использование так называемого обратного метода. Обратные методы были разработаны для измерения теплопроводности образцов с простой геометрией пластины, цилиндра и параллелепипеда [88],[106], [108], [109], [129]. Данные методы могут быть использованы для оценки: начального состояния системы, например температурного поля; неизвестных параметров; граничных условий, например температурного профиля, или геометрии системы [110], [111]. Они зависят от модели системы, а модель, в свою очередь, – от того, используется она для расчета выходных переменных (прямая задача) в соответствии с искомыми параметрами, инициализированными заданными значениями или для сравнения выходных переменных с данными, полученными в экспериментах.

Разработка и анализ математической модели процесса охлаждения хлебобулочных изделий

Результаты исследований аппаратурно-технологических факторов процесса охлаждения хлебобулочных изделий подтвердили возможность использования многоканального внесения корректирующих воздействий, обеспечивающих стабилизацию температуры на заданном уровне и приемлемую по производительности синхронизацию оборудования технологической линии производства хлебобулочных изделий. При этом за время протекания процессе охлаждения хлебобулочных изделий происходит оперативное и качественная стабилизация температуры готового продукта.

Определенное сочетание суммарного влияния неуправляемых факторов может обусловить отклонение (превышение) температуры готового продукта до 6 С, что заставит производителя делать паузу между операциями охлаждения и нарезки/упаковки хлебобулочных изделий, так как последние операции возможны при температуре продукта не превышающей 37 С в центре мякиша[60],[71],[123]. Потенциальный уровень влияния управляемых факторов может обеспечить принудительное изменение температуры в пределах до 14%. Учитывая, что потенциальный уровень суммарного воздействия управляемых факторов, более чем в два раза превышает уровень воздействия неуправляемых факторов, очевидно, что возможно обеспечить гарантированную компенсацию отклонения температуры готового продукта, вызванное возмущающими воздействиями.

Стабилизировать процесс позволяет разработанная структурная схема, представленная на рисунке 4.1. Структура обеспечивает, сбор и обработку аппаратурных и технологических параметров процесса охлаждения хлебобулочных изделий, прогнозирование потенциально ожидаемых отклонений температуры в центре мякиша охлаждаемого изделия и формирование корректирующих воздействий на основе предвычисленных и текущих отклонений.

Структурная схема стабилизации, основу которой составляет вычислительный комплекс, обеспечивает выполнение операций, связанных со стабилизацией температуры охлаждаемых изделий, следующим образом: по результатам предварительного анализа технологических параметров процесса и теплофизических свойств, формы и массы охлаждаемых изделий и температуры поступающего на участок охлаждения изделия вычислительный комплекс на основе разработанного математического описания процесса охлаждения предвычисляет и прогнозирует ожидаемое отклонение температуры в центре изделия. По сигналу первичного преобразователя температуры на поверхности изделия вычислительный комплекс рассчитывает текущую температуру внутри изделия и формирует необходимые корректирующие воздействия одновременно по каналам температуры и скорости обдувающего продукт воздуха, а также по каналу скорости движения конвейерной ленты. В процессе охлаждения при отклонении текущей температуры охлаждаемых изделий от заданного значения вычислительный комплекс также вносит корректирующие воздействия.

В существующей системе в случае повышения температуры охлаждаемого продукта, обусловленного возникновением положительного возмущающего воздействия, оператор вносит корректирующие воздействия, как правило, по двум каналам внесения поправок: уменьшает скорость движения конвейерной ленты и увеличивает скорость обдувающего продукт воздуха. Уровни корректирующих воздействий по каналам, устанавливаемые в пределах, рекомендованных технологическими инструкциями, определяются с таким расчетом, чтобы каждый канал внесения коррекции независимо от другого мог обеспечивать снижение температуры продукта до заданного значения.

Уменьшение скорости движения конвейерной ленты приводит к снижению температуры продукта из-за увеличения времени пребывания изделий зоне охлаждения. Увеличение скорости обдувающего продукт воздуха также приводит к снижению температуры изделий с задержкой, обусловленной временем запаздывания корректирующего воздействия и выразится в снижении температуры продукции ниже заданного значения, что вынудит оператора увеличить скорость движения конвейера, что отрицательно скажется на синхронизации работы участков охлаждения, нарезки и упаковки хлебобулочных изделий.

При понижении температуры охлаждаемых изделий, обусловленном поступлением возмущающего воздействия, оператор уменьшает скорость обдувающего продукт воздуха и увеличивает скорость движения конвейерной ленты, чтобы сократить время пребывания охлаждаемой продукции в зоне охлаждения, в противном случае изделия подвергнуться усушке.

Предлагаемая система обеспечивает внесение предвычисляемых очередных корректирующих воздействий по трем каналам внесения поправок: температуре обдувающего продукт воздуха, его скорости и скорости движения конвейерной ленты. Предвычисляемые корректирующие воздействия вносятся с опережением на время запаздывания корректирующего воздействия соответствующего канала внесения коррекции. Время опережения по соответствующему каналу определяется таким образом, чтобы начало снижения («повышения») температуры продукта, вызванного корректирующими воздействиями, совпало по времени с началом «повышения» (снижения) температуры продукта, вызванного возмущающим воздействием. Уровень предвычисляемых корректирующих воздействий определяется исходя из того, что их суммарное воздействие по трем каналам стаббилизации должно компенсировать отклонение температуры продукта, вызванное возмущающим воздействием. При поступлении положительного возмущающего воздействия, вносятся корректирующие воздействия, снижающие температуру продукции, а при поступлении отрицательного возмущающего воздействия, вносятся корректирующие воздействия, сохраняющие температуру продукта в данный момент времени на данном уровне.

Разработка алгоритмической структуры выбора каналов внесения корректирующих воздействий с учетом нормированных уровней параметров процесса охлаждения

Разработанный алгоритм позволяет обеспечить стабилизацию охлаждения хлебобулочных изделий после их выпечки до технологически рекомендованной температуры 30±5 оС.

Для поиска оптимальных сочетаний значений управляемых факторов применен метод последовательного перебора. Интерфейс разработанного программного обеспечения обеспечивает взаимодействие между оператором и информационно-соответствующей системой в диалоговом режиме.

Данные поступают в вычислительный комплекс в автоматическом режиме либо их вводит оператор в диалоговом режиме. По окончании расчета новые значения корректирующих факторов поступают в систему каналов внесения стабилизирующих воздействий, а также на пульт оператору, который в зависимости от производственной ситуации, может внести изменения в работу системы.

Вся информация, полученная в ходе охлаждения каждой партии свежевыпеченных хлебобулочных изделий, хранится в банке данных вычислительного комплекса. Разработанный алгоритм и программное обеспечение позволяют осуществлять стабилизацию температуру хлебобулочных изделий различного ассортимента в процессе их охлаждения. 4.3. Экономическая эффективность предлагаемой системы стабилизации процесса охлаждения хлебобулочных изделий

Известно, что свежевыпеченные хлебобулочные изделия невозможно качественно нарезать сразу после выхода их из хлебопекарной или кондитерской печи, и упаковка продукта в пленку также нерекомендуема из-за последующей конденсации паров влаги на внутренней поверхности упаковки[37]. Поэтому эти операции производятся только тогда, когда температура мякиша в центре изделия достигнет 25…30 оС. Различные хлебобулочные изделия, благодаря своим отличающимся теплофизическим свойствам, форме, размерам и массе достигают этой температуры за разные промежутки времени. Так, например, теплоемкость хлеба пшеничного белого изготовленного из муки первого и второго сортов варьируется о 2,5 до 2,7 и от 2,7 до 2,8 кДж/(кгК) соответственно.

Влияние теплоемкости хлебобулочного изделия массой в момент выхода из печи 513 г, приготовленного из муки первого и второго сортов, на время достижение температуры 25 оС в центре мякиша и величину усушки за это время. Температура воздуха 22 оС, относительная влажность воздуха 50%, скорость воздуха 1,5 м/с. Параметр Мука сорт 1 сорт Теплоемкость, кДж/(кгК) 2,5 2,6 2,7 2,8 Время достижения 25 оС в центре мякиша, мин 167 174 180 187 Усушка за время остывания до 25 оС в центре мякиша. % 2,48 2,58 2,68 2,77

Из таблицы 4.2 видно, что изделия из муки второго сорта, обладающие меньшей теплоемкостью достигают температуры 25 оС в центре мякиша на 6…20 минут быстрее, чем изделия из муки первого сорта, обладающие большей теплопроводностью. При этом хлеб, выполненный из муки первого сорта теряет на 0,10…0,29 % больше массы чем хлеб, приготовленный из муки второго сорта[27], [28], [29] . Аналогично, хлеб из пшеничной муки первого сорта и хлеб из смеси ржано-пшеничной муки (40%+60%) при охлаждении воздухом температурой 18 оС, относительной влажностью 50% и скоростью движения воздуха вблизи поверхности изделия 1,5 м/с охлаждаются до температуры 30 оС в центре мякиша за 100 и 130 минут соответственно. Движение ленты спирального конвейера подобрано так, что продукт на ней находится 145 минут[64]. Для формового хлеба из ржано-пшеничной муки указанные параметры охлаждения являются оптимальными. В случае же с хлебом из пшеничной муки продукт уже готовый к переходу на стадию нарезки и упаковки продолжает подвергаться охлаждению «лишние» 45 минут. Именно поэтому для увеличения энергоэффективности и повышения экономичности процесса охлаждения, необходимо проводить процесс с учетом теплофизических свойств охлаждаемых изделий[70], [73], [75]. Таким образом, экономическая эффективность разработанной системы заключается в уменьшении энергозатрат на охлаждения продукции вплоть до 30%.