Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА СМЕСИ СУХОЙ ЙОГУРТНОЙ ОСНОВЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ БАРАБАННОГО СМЕСИТЕЛЯ

Комаров С.С. 1
1 ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)»
Представлен барабанный смеситель, обладающий низкой энергозатратностью, эффективностью смешивания, сохранением структуры смешиваемых компонентов при их соотношении в диапазоне от 1:10 до 1:40. На данном аппарате провели эксперименты по выявлению степени влияния конструктивных особенностей исследуемой конструкции на качество сухой йогуртной основы. Определили, что наилучшее качество получается при спиралевидном расположении Г-образных лопастей и коэффициенте заполнения барабана 20?%. Выявлено, что при работе барабанного смесителя с расположением Г-образных лопастей в шахматном порядке рекомендуется смешивать ингредиенты сухой йогуртной основы при частоте вращения барабана равной 10?об/мин с коэффициентом заполнения аппарата равным 20?%. При смешивании сухой йогуртной основы на барабанном смесителе со спиралевидным расположением Г-образных лопастей следует выбирать частоту вращения барабана, равную 25 об/мин, и коэффициент заполнения аппарата равную 20?%.
процесс смешивания
барабанный смеситель
молоко
йогуртная основа
конструктивные параметры
технологические параметры
1. Бородулин Д.М. Применение смесителя непрерывного действия для витаминизации муки / О.В. Салищева, А.А. Андрюшков // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2012. – № 9. – С. 58–61.
2. Бородулин, Д.М. Определение сглаживающей способности барабанного смесителя непрерывного действия с регулируемыми лопастями // Техника и технология пищевых производств. – 2013. – № 4. – С. 107–112.
3. Бородулин, Д.М. Исследование взаимосвязи критерия сыпучести с динамическими и энергетическими характеристиками в объеме смесителя непрерывного действия / Д.В. Сухоруков, С.С. Комаров // Известия вузов. Пищевая технология. – 2013. – № 5 – 6. – С. 74–78.
4. Бородулин, Д.М. Совершенствование смесительных процессов путем направленного формирования режимов дозирования / В.Н. Иванец, Д.В. Сухоруков // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2 (часть 15). – С. 3263–3266.
5. Журнал АВС / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.abc-gid.ru/news/show/2271/ (дата обращения: 28.10.11).
6. Коровье молоко – очень ценный пищевой продукт / [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://fatalenergy.com.ru/power/1195768968-0.html (дата обращения: 1.09.010).
7. Пат. 2508937 Российская Федерация, МПК B01F9/02. Барабанный смеситель / Иванец В.Н. Бородулин Д.М., Кома-
ров С.С. Заявитель и патентообладатель «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», № 2012128003/05, заявл. 03.07.2012; опубл. 10.03.2014, бюл. № 32
8. Технология кисломолочных продуктов / [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://engineertechnolog.jimdo.com/продукты/кисломолочные-продукты/технология-к-п/ (дата обращения: 08.01.14).
9. Ivanets V.N. Intensification of bulk material mixing in new designs of drum, vibratory and centrifugal mixers / V.N. Ivanets, D.M. Borodulin, A.B. Shushpannikov,
D.V. Sukhorukov // Foods and Raw Materials. – 2015. – Vol. 3, № 1. – P. 62–69.
10. Ivanets V.N. Design of drum type apparatus for processing of bulk materials / V.N. Ivanec, D.M. Borodulin, D.V. Sukhorukov, A.M Popov, V.V. Tikhonov // Procedia Chemistry. – 2014. – № 10. – P. 391–399.

Промышленная переработка молока – это сложный комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических, микробиологических, биохимических, биотехнических, теплофизических и других специфических технологических процессов, которые состоят из отдельных технологических операций, выполняющихся на разных машинах и аппаратах, укомплектованных в технологические линии [6, 9, 10].

Цель исследования. В Кемеровской области на ООО «Деревенский молочный завод» применяется резервуарный метод при производстве сладкого йогурта [8]. Стабилизатор в данном случае находится в сухом виде (модифицированный крахмал) и вносится в молоко совместно с сахаром и сухим молоком. Эти ингредиенты в необходимых пропорциях смешиваются в отдельном бачке ручным способом. Качество такого процесса не удовлетворяет современным требованиям [1, 2], в результате чего при внесении сухой йогуртной основы в жидкое молоко стабилизатор и сухое молоко слипаются в прочные и нерастворимые конгломераты. В этих условиях готовый продукт не соответствует заданной рецептуре, в результате этого страдает его конечное качество [3, 4].

Материалы и методы исследования

Для устранения данного недостатка и повышения качества производимого йогуртного продукта в лаборатории смесительно-дозировочного оборудования на кафедре «Технологическое проектирование пищевых производств» в КемТИПП был разработан барабанный смеситель [7, 9, 10], обладающий низкой энергозатратностью, эффективностью смешивания, сохранением структуры смешиваемых компонентов при их соотношении в диапазоне от 1:10 до 1:40.

Результаты исследования и их обсуждение

На данном аппарате были проведены эксперименты по выявлению степени влияния частоты вращения барабана n, коэффициента заполнения барабана K и расположения Г-образных лопастей на качество многокомпонентных смесей (сухая йогуртная основа), оцениваемое коэффициентом вариации Vc.

В ходе экспериментальных исследований изменялась частота вращения барабана n в диапазоне 10–40 об/мин, коэффициент заполнения барабана K в диапазоне 10–30 %, расположение Г-образных лопастей. Базовые (нулевые) точки и шаги варьирования приведены в табл. 1.

Рецептура сухой йогуртной основы и физико-механические характеристики смешиваемых компонентов, при которых осуществляется смешивание, представлены в табл. 2.

Экспериментальные данные и расчеты коэффициента неоднородности Vc приведены в приложении 5. Параметры и результаты экспериментов сведены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что наилучшее качество получается при спиралевидном расположении Г-образных лопастей. Это объясняется тем, что при данном расположении лопастей осуществляется большая рециркуляция смеси в рабочей зоне аппарата, приводящая к значительному усреднению материальных потоков и увеличению времени пребывания частиц в аппарате. Так же видно, что лучшие результаты получаются при K, равном 20 %, это объясняется тем, что при малой степени заполнения не происходит достаточного послойного перемешивания, характерного для барабанных смесителей, а при большой степени заполнения начинает создавать помехи центральный вал, на котором закреплены лопасти.

Для лучшего восприятия полученных данных представим их в виде поверхностей отклика полученных в программе Statistica 8.

Для шахматного расположения Г-образных лопастей поверхность отклика представлена на рис. 1.

Таблица 1

Базовые точки и шаги варьирования

Фактор и его обозначение

Верхний уровень

Нижний уровень

Центр плана

Интервал варьирования

Частота вращения барабана Х1

40

10

25

15

Коэффициент заполнения барабана Х2

30

10

20

10

Таблица 2

Рецептура сухой йогуртной основы

Наименование сырья

Количество сырья в 100 кг молока

Плотность, ?, кг/м3

Влажность, %

Диаметр частиц, мкм

Сахар

5,78 кг

900

0,05...0,1

940...960

Сухое молоко

1,66 кг

450

3...4

80...100

Стабилизатор

0,25 кг

560

18...20

150...250

Таблица 3

Варьируемые параметры и значения зависимой переменной Vc

В кодированном виде

В натуральном виде

Коэффициент неоднородности Vc, %

Х1

Х2

n, об/мин

К, заполнение барабана, %

Шахматное расположение лопастей

Спиралевидное расположение лопастей

10

10

9,61

9,11

+

40

10

10,25

8,27

0

25

10

11

7,38

+

10

30

7,25

7,40

+

+

40

30

8,29

6,5

0

+

25

30

6,89

5,4

0

10

20

6,08

6,7

+

0

40

20

9,32

6,12

0

0

25

20

7,54

5,05

pic_40.tif

Рис. 1. Зависимость коэффициента неоднородности от частоты вращения и коэффициента заполнения барабана

pic_41.tif

Рис. 2. Зависимость коэффициента неоднородности от частоты вращения и коэффициента заполнения барабана

Из рисунка видно, что чем ближе к темно-зеленому цвету окраска поверхности, тем ближе к нулю (идеальному значению) принимает значение коэффициент неоднородности. Поэтому при работе барабанного смесителя с расположением Г-образных лопастей в шахматном порядке рекомендуется смешивать ингредиенты сухой йогуртной основы при частоте вращения барабана равной 10 об/мин, с коэффициентом заполнения аппарата, равным 20 %.

Для спиралевидного расположения Г-образных лопастей поверхность отклика представлена на рис. 2.

Рис. 2 показывает, что при смешивании сухой йогуртной основы на барабанном смесителе со спиралевидным расположением Г-образных лопастей следует выбирать частоту вращения барабана, равную 25 об/мин, и коэффициент заполнения аппарата, равный 20 %.

Выводы

В барабанном смесителе новой конструкции изучено влияние конструктивных и технологических параметров на качество получаемой смеси. Анализ полученных результатов показал, что для получения сухой йогуртной основы хорошего качества необходимо смешивать исходные ингредиенты в смесителе с установкой Г-образных лопастей в спиралевидном порядке при n равной 25 об/мин, и коэффициенте заполнения барабана K = 20 %.

Рецензенты:

Попов А.М., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Прикладная механика», ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)», г. Кемерово;

Петрик П.Т., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «ЭПХиНТ», Кузбасский государственный технический университет, г. Кемерово.


Библиографическая ссылка

Комаров С.С. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА СМЕСИ СУХОЙ ЙОГУРТНОЙ ОСНОВЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ БАРАБАННОГО СМЕСИТЕЛЯ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-4. – С. 693-696;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39489 (дата обращения: 22.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252