Krasnoyarsk, Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
The purpose of the study is to reduce energy costs for the production of textured flour by optimizing the technology of its production. Tasks: to develop a constructive and technological scheme for the production of textured flour and evaluate its technical and economic efficiency. The object of research is a technological line for the production of textured flour from wheat grain. Research was carried out at the Engineering Center of the FSBEI HE Krasnoyarsk State Agrarian University. Flour production was carried out according to two technologies, differing in that after cleaning, the grain was either extruded or pre-moistened and softened using a developed and patented grain processing device, and then extruded. The obtained extrudates were ground to obtain a textured flour. Its analysis showed a change in nutritional value. There was an increase in the content of protein, starch and fat by 4.7 %, 1.4 and 29.4 %, respectively, a decrease in the content of sugars – by 13.8 % and fiber – by 22.5 % when using preliminary grain conditionning. Based on the equipment used in production, taking into account all stages of processing of raw materials, an analysis of energy costs for the production of textured flour was carried out. The assessment of energy flows was used to justify the efficiency and feasibility of its production. To assess the energy efficiency of production, the energy income indicator E (MJ/kg) was used, showing the difference between the energy contained in the resulting product and the total energy costs invested in the production of textured flour at the stages of grain cleaning, moisturizing and tempering, extrusion and grinding. The cost of producing textured flour in the technology without pre-moistening and tempering of the grain amounted to 3.72 MJ/kg, with pre-moistening and tempering – 3.73 MJ/kg, at the same time, the energy income in the proposed technology increased and amounted to 8.81 MJ/kg. kg, compared with the original – 8.34 MJ/kg.
extured flour, wheat grain, cleaning, moisturizing, softening, extruding, grinding, energy income
Введение. Продукты питания, полученные в процессе переработки зерновых культур, являются основой питания человека. Около одной третьей части суточной нормы потребления пищи удовлетворяется хлебобулочными изделиями, крупами и другими продуктами, имеющими в своем составе зерновые компоненты [1]. Совершенствование существующих и поиск новых технологий переработки зерновых культур является актуальной задачей. Одним из способов направленного изменения физико-механических и биохимических свойств зерна является экструдирование [2, 3].
В настоящее время широкое распространение нашли две основные технологии получения экструдатов. Без предварительного кондиционирования зерна – «сухое» экструдирование – отличается простотой технологического процесса и экономичностью. Вторая технология предусматривает предварительную подготовку зерна к экструзии методом холодного или горячего кондиционирования, что позволяет более эффективно вести технологический процесс [4].
В производстве наибольшее распространение нашел второй способ, предусматривающий холодное кондиционирование. Недостатками, снижающими эффективность кондиционирования, является значительная материалоемкость и продолжительность отволаживания зерна. В связи с этим актуальными являются исследования, направленные на снижение энергетических затрат за счет оптимизации машин и оборудования, входящих в технологическую линию производства текстурированной муки.
Цель исследования – снижение энергетических затрат на производство текстурированной муки путем оптимизации технологии ее производства.
Задачи: разработать конструктивно-технологическую схему производства текстурированной муки и оценить ее технико-экономическую эффективность.
Объект и методы. Объектом исследования является технология производства текстурированной муки из зерна пшеницы. Экспериментальные исследования проводились в ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ на базе Инжинирингового центра.
Текстурированную муку получали по двум технологиям: из нативной пшеницы влажностью 8,5–9 % (без предварительного увлажнения и отволаживания); из пшеницы, прошедшей предварительное увлажнение и отволаживание (отлежку) до влажности 15–16,5 % в соответствии с рекомендациями [5, 6] с использованием устройства для переработки зерна [7].
Гидротермическую обработку зерна проводили способом холодного кондиционирования. Увлажняли зерно расчетным количеством воды с температурой 18–20 °С по методике, изложенной в [4]. Отбор проб зерна и текстурированной муки, анализ влажности проводили согласно действующей нормативной документации [8–10]. Биохимические показатели текстурированной муки, полученной по различным технологиям, определяли в научно-исследовательском испытательном центре Красноярского ГАУ. Для определения технико-экономической эффективности сравниваемых технологий за критерий оценки принят показатель энергетического дохода E (МДж/кг) показывающий разницу между энергией, содержащейся в муке, E1 и энергией, вложенной в технологический процесс ее производства, E2 за время работы t, ч [11]:
(1)
Энергия, содержащаяся в текстурированной муке (E1), рассчитывается исходя из ее биохимических показателей. Энергия, вложенная в технологический процесс производства текстурированной муки (E2), рассчитывается как сумма затрат совокупной энергии переносимой основными средствами производства Qо.с.п., электрической энергии Qэ.э., трудовыми ресурсами Qт.р., МДж/кг:
. (2)
Совокупную энергию, переносимую основными средствами производства, определяли по формуле
(3)
где Li – энергетический эквивалент i машины, МДж/ч на 1 кг массы машины; t – время работы машины, ч; mi – масса i машины (оборудования), кг.
Энергосодержание расходуемой электрической энергии определяли по формуле [12]
(4)
где 
– энергетический эквивалент 1 кВт·ч электрической энергии, МДж/(кВт·ч); 
– суммарное потребление электрической энергии технологической линией, кВт/ч.
(5)
где П – количество машин в технологической линии, шт.; N – установленная мощность единичной машины, кВт; 
– коэффициент использования мощности, 
= 0,8.
Энергосодержание затрат трудовыми ресурсами определяли по формуле
(6)
где 
– энергетический эквивалент трудовых ресурсов, МДж/чел.·ч; t – время работы технологической линии, ч.
Результаты и их обсуждение. Технология производства текстурированной муки включает этапы очистки зерна от примесей, увлажнения и отволаживания и экструдирования зерна, охлаждения и измельчения экструдата, фасовки и упаковки текстурированной муки (рис. 1).
Рис. 1. Схема технологического процесса производства текстурированной муки
Перечень и характеристики оборудования, используемого в линиях производства текстурированной муки без и с предварительным кондиционированием, представлены в таблице.
Перечень оборудования линии производства текстурированной муки
|
Этап производства |
Наименование |
Марка |
Кол-во, ед. |
Установленная мощность, кВт |
Масса, кг |
|
Очистка зерна |
Нория |
Н3-3 |
3 |
1,1 |
280 |
|
Бункер |
БГП-5 |
2 |
– |
400 |
|
|
Дозатор |
УРЗ-1 |
2 |
0,28 |
40 |
|
|
Воздушный сепаратор |
МС4/2 «Алмаз» |
1 |
2,2 |
150 |
|
|
Триер куколеотборник |
АЗТБ07.800 |
1 |
2,2 |
506 |
|
|
Триер овсюгоотборник |
АЗТБ07.800 |
1 |
2,2 |
508 |
|
|
Магнитный сепаратор |
У1-БМЗ-01 |
1 |
– |
5,2 |
|
|
Обоечная машина |
СИГ-3010 |
1 |
5,5 |
560 |
|
|
Пневмосепарирующее устройство |
УПС-06 |
1 |
1,35 |
450 |
|
|
Увлажнение и отволаживание зерна |
Нория |
Н3-3 |
1 |
1,1 |
280 |
|
Устройство для переработки зерна |
Пат. 201660 |
1 |
1,5 |
260 |
|
|
Экструдирование, охлаждение, измельчение экструдата, упаковка текстурированной муки |
Шнековый транспортер |
ЭШ-12/380 |
2 |
1,1 |
65 |
|
Экструдер |
ЭК-100 |
1 |
11,12 |
250 |
|
|
Отсекатель стренга экструдата |
– |
1 |
0,75 |
15 |
|
|
Охладитель |
СО-1 |
1 |
1,1 |
283 |
|
|
Молотковая дробилка |
«МОЛОТ 200» |
1 |
1,1 |
30 |
|
|
Машина фасовочно-упаковочная |
МФДШ НОТИС-1,0 |
1 |
1,2 |
80 |
|
|
Компрессор |
DK-1800/50 |
1 |
1,8 |
33 |
Используя технические характеристики оборудования представленного в таблице, в соответствии с методикой расчета энергии, затраченной на процесс производства текстурированной муки из нативной пшеницы без предварительного кондиционирования, затрачено 3,72 МДж/кг, с предварительным кондиционированием на разработанном и запатентованном устройстве для переработки зерна – 3,73 МДж/кг.
Химический состав и энергетическая ценность текстурированной муки из нативного и отволоженного зерна представлены на рисунке 2.
Из данных, представленных на рисунке 2, видно, что в текстурированной муке, полученной из зерна, прошедшего предварительное отволаживание, по сравнению с нативным количество белка увеличилось с 12,03 до 12,59 %; крахмала – с 62,40 до 63,24; жира – с 0,92 до 1,19 %; одновременно количество клетчатки снизилось с 2,93 до 2,27 %, сахара – с 1,59 до 1,37 %. Энергетическая ценность продукта возросла с 12,26 до 12,54 МДж/кг.
Несмотря на увеличение затрат на производство в технологии с отволаживанием зерна по сравнению с технологией без отволаживания с 3,72 до 3,73 МДж/кг, энергетический доход увеличился с 8,54 до 8,81 МДж/кг.
Рис. 2. Химический состав и энергетическая ценность текстурированной муки
из нативного и отволоженного зерна
Заключение. Результаты проведенного исследования свидетельствуют о качественном изменении химического состава текстурированной муки, произведенной из зерна пшеницы, прошедшего предварительное увлажнение и отволаживание. Содержание белка в текстурированной муке при использовании отволаживания возросло на 4,7 %; крахмала – на 1,4; жира – на 29,4 %, вместе с тем содержание клетчатки снизилось на 22,5 %, сахара – на 13,8 %.
Энергетический доход в технологии с отволаживанием зерна по сравнению с технологией без отволаживания увеличился с 8,54 до 8,81 МДж/кг.
1. Filatov O.K. Gumanitas. Humanitas. T. 3. Istoriya rossiyskoy pischevoy promyshlennosti. M.: MGUTU, 2006. 272 s.
2. Chaplygina I.A., Matyushev V.V. Sovershenstvovanie tehnologii proizvodstva muki iz ekstrudata // Nauka i obrazovanie: opyt, problemy, perspektivy razvitiya: mat-ly mezhdunar. nauch.-prakt. konf. / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2019. S. 166–168.
3. Chaplygina I.A., Matyushev V.V. Sovershenstvovanie tehnologii polucheniya hleba s ispol'zovaniem muki iz ekstrudata // Problemy sovremennoy agrarnoy nauki: mat-ly mezhdunar. nauch.-prakt. konf. / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2018. S. 200–202.
4. Demskiy A.B., Veden'ev V.F. Oborudovanie dlya proizvodstva muki, krupy i kombikormov: spravochnik. M.: DeLiprint, 2005. 760 s.
5. Lichko N.M. Tehnologiya pererabotki produkcii rastenievodstva. M.: Kolos, 2000. 552 s.
6. Issledovanie vliyaniya vlazhnosti zerna na process ekstruzii i kachestvo gotovoy produkcii / V.V. Matyushev [i dr.] // Vestnik KrasGAU. 2022. № 7. S. 228–234.
7. Pat. 201660 Rossiyskaya Federaciya, MPK V02V 1/04. Ustroystvo dlya pererabotki zerna / V.V. Matyushev, A.V. Semenov, I.A. Chaplygina, A.S. Mirzhigot, N.V. Myasov; zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VO Krasnoyarskiy GAU (RU). № 2020114261; zayavl. 07.04.20; opubl. 28.12.2020, Byul. № 1. 6 s.
8. GOST 13586.3-2015. Zerno. Pravila priemki i metody otbora prob. Vved. 01.07.2016. M.: Standartinform, 2019. 14 s.
9. GOST 27668-88 Muka i otrubi. Priemka i metody otbora prob Vved. 30.06.1989. M.: Standartinform, 2019. 5 s.
10. GOST 13586.5-2015. Zerno. Metody opredeleniya vlazhnosti. Vved. 01.07.2016. M.: Standartinform, 2019. 17 s.
11. Matyushev V.V. Energosberegayuschaya tehnologiya i tehnicheskie sredstva proizvodstva rastitel'nyh, ekologicheski bezopasnyh kormov v usloviyah Krasnoyarskogo kraya: avtoref. dis. … d-ra tehn. nauk. Krasnoyarsk: 2005. 36 s.
12. Solonschikov P.N. Ocenka bioenergeticheskoy effektivnosti razrabotannoy ustanovki dlya prigotovleniya zhidkih kormovyh smesey // Vestnik KGIEI. 2021. № 8 (123). S. 33–43.
