Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. Хлебопекарная промышленность Российской Федерации является одной из важнейших отраслей народного хозяйства, и темпы её развития в сторону увеличения объёмов производства, расширения ассортимента и улучшения качества готовой продукции непрерывно растут. Тема диссертационного исследования актуальна, имеет общественную и научную значимость для науки и практики.
Основной технологической операцией, определяющей процессы интенсификации производства хлебобулочных изделий, является замес теста. Данная технологическая рабочая операция происходит с использованием тестомесильных машин, которые непрерывно совершенствуются и модернизируются на основе выполненных научных исследований, позволяющих создать теоретическую базу процесса замеса, обосновать конструкцию новых тестомесильных машин и организовать их серийный выпуск.
Диссертационная работа является актуальной и востребованной, так как выполненное исследование ориентировано на углубление теоретических знаний в области технологических процессов замеса теста, а также на решение практических задач по внедрению в производство новой конструкции запатентованной тестомесильной машины.
Выполненное исследование имеет большое значение для понимания особенностей совершенствования технологического процесса замеса теста, а также разработки путей его интенсификации новой конструкцией тестомесильной машины, имеющей оптимальные параметры по производительности и энергозатратам.
Работа выполнена в соответствии с фундаментальными и прикладными научными исследованиями в рамках реализации Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук РФ и в соответствии с научно-исследовательским планом ФГБОУ ВО «Красноярский ГАУ» на 2012-2020 годы по разделу «Разработка технологий глубокой переработки сельскохозяйственного сырья с использованием технологических факторов различной физической и биохимической природы для получения пищевых продуктов, полуфабрикатов, кормовых добавок функциональной направленности». Направление исследования: развитие теоретических основ систем анализа трансформации биологических объектов сельскохозяйственного сырья и продуктов его переработки с целью создания инновационных технологий глубокой переработки сельскохозяйственного сырья и производства пищевых продуктов.
Степень разработанности проблемы. Вопрос изучения интенсификации технологического процесса механического замеса теста нашёл своё отражение в многочисленных исследованиях российских и зарубежных авторов, среди которых выделяются научные работы Л.Я. Ауэрмана, Е.И. Верболоз, Г.О Маго-медова, А.С. Романова, В.Д. Малкиной, Л.И. Воробьёвой, И.Н. Литовченко, И.М. Ройтер, Л.И. Пучковой, М.К. Садыговой, В.Я. Черных, Н.Ю. Быковой, А.В. Артамонова, Н.Н. Типсиной, N.Larsen, W. Bushuk, A.H. Bloksma и другие.
Вопросы конструктивного совершенствования рабочих органов тестомесильных машин и способов производства хлебобулочных изделий рассмотрены в научных работах Л.В. Анисимовой, А.В. Зубченко, В.Н. Невзорова, Н.В. Ла-бутина и др.
Комплексные вопросы совершенствования процесса замеса теста путем взаимосвязи изменения реологических свойств теста и основных параметров тестомесильной машины не получили до настоящего времени подробного научного освещения.
Причина недостаточного внимания исследователей к совершенствованию процесса замеса теста заключается в отсутствии научных разработок новых методов приготовления теста за счет конструкторской проработки и модернизации рабочих органов.
Цель работы - совершенствование технологического процесса производства теста путём интенсификации механического воздействия объемно-винтовым рабочим органом тестомесильной машины.
Для реализации цели решались следующие задачи:
Провести анализ технологий и конструктивных особенностей оборудования для замеса теста.
Разработать технологическую модель интенсификации технологического процесса с необходимостью использования предлагаемого объёмно-винтового способа замеса теста.
Обосновать конструкцию новой тестомесильной машины и разработать методику проведения испытаний по оптимизации технологических параметров процесса замеса теста.
Установить взаимосвязь кинематических параметров и режимов работы объёмно-винтового рабочего органа на процесс замеса теста и исследовать влияние технологических режимов работы объёмно-винтовой тестомесильной машины на реологические свойства теста.
Провести технико-экономическое обоснование применения тестомесильной машины с объёмно-винтовым рабочим органом.
Научная новизна работы
К научной новизне исследований относятся:
- проведены теоретические исследования технологического процесса
механического замеса теста и обоснована необходимость использования объ
ёмно-винтового способа замеса теста;
- получены математические зависимости влияния основных конструк
тивных параметров опытной экспериментальной установки на реологические
показатели теста;
исследовано влияние динамики изменения качественных и производственно-энергетических характеристик замеса теста на выбор оптимальной частоты вращения месильного органа, температуру рецептурных компонентов, вносимых в тесто, и её поддержание в процессе замеса;
разработаны математические модели технологического процесса приготовления теста с объёмно-винтовым рабочим органом;
выявлены технологические особенности процесса замеса теста при использовании объёмно-винтового способа;
разработанное и испытанное тестомесильное оборудование выполнено на уровне изобретений, и новизна научно-технических решений подтверждается полученными патентами Российской Федерации № 2379893 и № 2571907.
Теоретическая и практическая значимость
-Разработана математическая модель интенсификации технологического процесса замеса хлебопекарного теста на тестомесильной машине с объёмно-винтовым рабочим органом.
-Разработана конструкция новой тестомесильной машины, позволяющая производить интенсивный замес теста, влияющий на реологические показатели при оптимальных конструкторских и технических характеристиках машины с увеличением производственной эффективности.
-Результаты исследований используются в учебном процессе, включены в лекционно-практические курсы студентов, обучающихся по направлениям подготовки: «Технологические машины и оборудование» и «Продукты питания из растительного сырья», реализуемые Институтом пищевых производств ФГБОУ ВО «Красноярский ГАУ».
Объект исследования. Объектом исследования является
технологический процесс механического замеса теста, обеспечивающий стандартные реологические показатели качества и повышение интенсификации процесса его приготовления.
Предмет исследования. Предметом исследования является
совершенствование технологического процесса производства пшеничного теста и разработка путей его интенсификации с использованием объёмно-винтового способа замеса теста модернизированной конструкцией нового рабочего органа тестомесильной машины с размещением тестомесильных лопастей по винтовой линии.
Методология и методы исследования. В основу работы положены теоретические исследования технологических процессов замеса теста на основе законов физико-механических, коллоидных и биохимических процессов.
Уравнения полученных математических моделей решались
приближенными или численными методами с использованием вычислительной техники. Проверка полученных математических моделей проводилась путём сравнения существующих результатов с результатами исследований, выполненных на экспериментальном опытном образце объёмно-винтовой тестомесильной машины в производственных условиях хлебопечения на хлебозаводе №1 ПАО «Красноярский хлеб» (город Красноярск).
В отдельных случаях для анализа полученных результатов и сравнения с ранее выполненными научными работами использовались опубликованные в открытой печати результаты исследований отечественных и зарубежных авторов.
Основные положения, выносимые на защиту
На защиту выносятся следующие результаты исследования:
-
Разработанная математическая модель интенсификации технологического процесса приготовления хлебопекарного пшеничного теста.
-
Разработанная конструкция тестомесильной машины с объёмно-винтовым рабочим органом и методика испытаний процесса замеса теста.
-
Результаты оптимизации кинематических параметров и режимов работы тестомесильной машины с объёмно-винтовым рабочим органом.
-
Результаты экспериментальных исследований, качественных показателей хлеба и экономическое обоснование применения тестомесильной машины.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность исследований подтверждается совокупностью результатов проведённых научных исследований, а также информационно-патентными данными в соответствии с тематикой диссертационной работы, постановкой экспериментов, проведением современных методов анализа, математической обработкой результатов исследований, публикацией основных положений работы в научных изданиях.
Материалы диссертационной работы и результаты исследований опубликованы, докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: Всероссийская очно-заочная научно-практическая и научно-методическая конференция с международным участием «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (г. Красноярск, 2009-2011); Международная научно-практическая конференция «Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития» (г. Красноярск, 2013, 2014); IX Всероссийская студенческая научная конференция «Студенческая наука – взгляд в будущее» (г. Красноярск, 2014); Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы здорового питания. Инновации и традиции» (г. Барнаул, 2014); Международная заочная научная конференция «Проблемы современной аграрной науки» (г. Красноярск, 2011,2015).
Личное участие автора в получении результатов состоит в выборе направления исследования, проведении анализа литературных источников по проблеме диссертационного исследования, в постановке задачи, планировании исследований, оформлении технической документации на изобретения, изготовлении опытного образца, проведении экспериментальных исследований, обработке статистической информации и обобщении полученных научных результатов.
Публикации. По результатам проведённых исследований опубликовано 16 работ, в том числе – 2 в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений, изложена на 122 страницах машинописного текста. Рукопись включает 25 таблиц, 38 формул, 47 рисунков, приложения на 12 страницах, список литературы содержит 164 источника.