Красноярский край, Россия
Россия
Россия
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 исследования – технологическая линия производства текстурированной муки из зерна пшеницы. Исследования проводились в Инжиниринговом центре ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ. Производство муки осуществлялось по двум технологиям, отличающихся тем, что после очистки зерно либо экструдировали, либо предварительно увлажняли и отволаживали с использованием разработанного и запатентованного устройства для переработки зерна, а затем экструдировали. Полученные экструдаты измельчали до получения текстурированной муки. Ее анализ показал изменение пищевой ценности. Отмечено увеличение содержания белка, крахмала и жиров на 4,7 %, 1,4 и 29,4 % соответственно, снижение содержания сахаров – на 13,8 % и клетчатки – на 22,5 % при использовании предварительного отволаживания зерна. На основе оборудования, используемого в производстве, с учетом всех этапов переработки сырья был проведен анализ затрат энергии на производство текстурированной муки. Оценку энергетических потоков использовали для обоснования эффективности и целеесообразности ее производства. Для оценки энергетической эффективности производства использовался показатель энергетического дохода E (МДж/кг), показывающий разницу между энергией, заключенной в полученном продукте, и суммарными затратами энергии, вложенной в производство текстурированной муки на этапах очистки зерна, увлажнения и отволаживания, экструдирования и измельчения. Затраты на производство текстурированной муки в технологии без предварительного увлажнения и отволаживания зерна составили 3,72 МДж/кг, с предварительным увлажнением и отволаживанием – 3,73 МДж/кг, вместе с тем энергетический доход в предлагаемой технологии увеличился и составил 8,81 МДж/кг, по сравнению с исходной – 8,34 МДж/кг.
текстурированная мука, зерно пшеницы, очистка, увлажнение, отволаживание, экструдирование, измельчение, энергетический доход
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. Филатов О.К. Гуманитас. Humanitas. Т. 3. История российской пищевой промышленности. М.: МГУТУ, 2006. 272 с.
2. Чаплыгина И.А., Матюшев В.В. Совершенствование технологии производства муки из экструдата // Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2019. С. 166–168.
3. Чаплыгина И.А., Матюшев В.В. Совершенствование технологии получения хлеба с использованием муки из экструдата // Проблемы современной аграрной науки: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2018. С. 200–202.
4. Демский А.Б., Веденьев В.Ф. Оборудование для производства муки, крупы и комбикормов: справочник. М.: ДеЛипринт, 2005. 760 с.
5. Личко Н.М. Технология переработки продукции растениеводства. М.: Колос, 2000. 552 с.
6. Исследование влияния влажности зерна на процесс экструзии и качество готовой продукции / В.В. Матюшев [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2022. № 7. С. 228–234.
7. Пат. 201660 Российская Федерация, МПК В02В 1/04. Устройство для переработки зерна / В.В. Матюшев, А.В. Семенов, И.А. Чаплыгина, А.С. Миржигот, Н.В. Мясов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ (RU). № 2020114261; заявл. 07.04.20; опубл. 28.12.2020, Бюл. № 1. 6 с.
8. ГОСТ 13586.3-2015. Зерно. Правила приемки и методы отбора проб. Введ. 01.07.2016. М.: Стандартинформ, 2019. 14 с.
9. ГОСТ 27668-88 Мука и отруби. Приемка и методы отбора проб Введ. 30.06.1989. М.: Стандартинформ, 2019. 5 с.
10. ГОСТ 13586.5-2015. Зерно. Методы определения влажности. Введ. 01.07.2016. М.: Стандартинформ, 2019. 17 с.
11. Матюшев В.В. Энергосберегающая технология и технические средства производства растительных, экологически безопасных кормов в условиях Красноярского края: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Красноярск: 2005. 36 с.
12. Солонщиков П.Н. Оценка биоэнергетической эффективности разработанной установки для приготовления жидких кормовых смесей // Вестник КГИЭИ. 2021. № 8 (123). С. 33–43.
