ИНЖЕНЕРНЫЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ТЕЧЕНИЯ ТЕСТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Аннотация
Обоснование. В современных условиях важное значение приобретает обеспеченность отечественными макаронными изделиями, вырабатываемых из твердых сортов пшеницы на современном технологичном оборудовании. При этом качество готовых макаронных изделий определяется также реологическими свойствами макаронного теста при прохождении через матрицу макаронного пресса, что и определило целью исследования разработку методики расчетной оценки взаимосвязи скоростных параметров течения макаронного теста в цилиндрических участках каналов формовочной матрицы с перепадами давления на преодоление вязкого сопротивления, размерами конструктивных элементов канала, а также с показателями реологических свойств макаронного теста.
Материалы и методы. Для исследования течения макаронного теста в качестве сырья в ступенчатых цилиндрических каналах была выбрана мука хлебопекарная высшего сорта М-54‑28. В методической части работы описана применяемая реологическая модель и приведена методика математического моделирования параметров течения макаронного теста в цилиндрических каналах. В связи с малым вкладом сдвиговой прочности макаронного теста в общие потери давления использована реологическая модель нелинейно-вязкой среды, описываемой степенным уравнением, содержащим физически детерминированные константы. Пренебрегая упругими деформациями теста вследствие их малости, принимали условие постоянства объемной производительности для каждого поперечного сечения канала.
Результаты исследования. В основной части работы приведены аналитические зависимости, связывающие изменение скорости по сечению канала с величиной развиваемого давления, необходимого для преодоления вязкого сопротивления, а также с радиусами и длиной канала и с реологическими свойствами макаронного теста. Эти зависимости составили теоретическую основу методики расчетной оценки параметров течения макаронного теста в цилиндрических каналах.
Заключение. На примере промышленной матрицы макаронного пресса, выполненной в виде системы цилиндрических каналов ступенчато- переменного диаметра в предформовочной зоне, произведены расчеты по определению средних и максимальных скоростей течения макаронного теста на каждом из участков канала и развиваемого давления. Результаты исследований могут быть использованы в инженерной практике при проектировании новых матриц для формования макаронного теста и в производственных процессах предприятий для расчета их производственных мощностей.
Скачивания
Литература
References
Akulich A.V., Samuylenko T.D., Timakova R.T. Development of component composition of dry composite mixtures for custard bread varieties of improved nutritional value. Storage and processing of agricultural raw materials, 2021, no. 4, pp. 158-174. https://doi.org/10.36107//spfp.2021.240
Bredikhin S.A., Marteha A.N., Kaverina Yu.E. Investigation of the rheo-logical model of pasta dough for additive manufacturing. Vestnik VGUIT, 2021, vol. 83, no. 3, pp. 55-60. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-55-60
Bredikhin S.A., Martekha A.N., Kaverina Yu.E. Investigation of structural and mechanical properties of pasta dough for additive manufacturing. Scientific Journal of NIU ITMO. Series: Processes and apparatuses of food production, 2021, no. 4(50), pp. 12-19. https://doi.org/10.17586/2310-1164-2021-14-4-12-19
Brekhov A.F., Ryazhskikh V.I. Rheological equation of caramel masses at low strain rates. Storage and processing of agricultural raw materials, 2001, no. 10, pp. 12-13.
Characterization of winter durum wheat varieties by grain quality and pasta properties / Kravchenko N. S., Samofalova N. E., Oldyreva I. M., Makarova T. S. Grain farming of Russia, 2020, no. 3(69), pp. 26-31. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2020-69-3-26-31
Chernov M.S. Medvedev G.M., Negrub V.P. Reference book on macaroni production. Moscow: Light and Food Industry, 1984, 304 p.
Chernykh V.Ya., Sarbashev K.A., Artemiev S.Yu. Theoretical basis of the process of mixing recipe components when kneading pasta dough. Khleboprodukty, 2017, no. 11, pp. 44-47.
Improvement of the method of rheological assessment of grain quality in the selection of spring durum wheat / Gaponov S. N., Shutareva G. I., Tsetva N. M., Tsetva I. S., Milovanov I. V. Grain farming in Russia, 2020, no. 1(67), pp. 49-53. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2020-67-1-49-53
Gun V.S., Reznikov S.I. Application of rheological equations in calcula-tions of mechanical processes of food production. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya, 1997, no. 2-3 (237-238), pp. 60-61.
Hydrodynamic modeling of the forming process of baking dough and confectionery masses / Kumitskiy B.M., Hasanov Z.S., Dolbilova M.A., Plaksina E.V. Vestnik VGUIT, 2022, vol. 84, no. 3, pp. 25-31. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-3-25-31
Kogan V.V., Semenova L.E. Engineering rheology in food industry. Bulletin of Astrakhan State Technical University. Series: Fishery, 2019, no. 4, pp. 147-156. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2019-4-147-156
Koryachkin V.P., Goncharovsky D.A., Koryachkina S.Ya. Influence of native and blanched carrot powders on the rheological characteristics of pasta dough. Technology and Commodity Science of innovative food products, 2020, no. 2 (61), pp. 10-14. https://doi.org/10.33979/2219-8466-2020-61-2-10-14
McKelvey D. M. Processing of polymers / D. M. McKelvey. Moscow: Khimiya, 1965, 444 p.
Merker A. A., Reva E. N., Serdyuk V. A. Influence of gluten-free flour on the qualitative indicators of dough during kneading of bakery products. Engineering Technologies and Systems, 2022, vol. 32, no. 2, pp. 313-323. https://doi.org/10.15507/2658-4123.032.202202.313-323
Ostrikov A.N., Abramov O.V., Rudometkin A.S. Extrusion in food tech-nology. Monograph. SPb.: GIORD, 2004, 288 p.
Pankov Yu.V., Minukhin L.A. Simulation modeling of the chain structure and rheological behavior of dough of the flour-water system under the force impact. Scientific and Technical Bulletin: Technical Systems in Agroindustrial Complex, 2020, no. 1(6), pp. 28-41.
Polynkova N.E., Zhilyaeva N.S. New technologies in the production of pasta. Education and Science without Borders: Fundamental and Applied Research, 2020, no. 12, pp.122-126. https://doi.org/10.36683/2500-249X/2020-12/122-126
Romanchikov S.A. Device for ultrasonic accelerated drying of pasta prod-ucts in the infrared radiation regiment. Polzunov Bulletin, 2018, no. 1, pp. 70-76. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2018.01.014
Shorstky I. A., Khudyakov D. A. Analysis of rheological properties of sunflower pulp pulp in the process of pressing with variation of temperature, pressure and oil content. Vestnik MSTU, 2019, vol. 22, no. 3, pp. 395-403. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2019-22-3-395-403
Stavrov V.P., Dedyukhin V.G., Sokolov A.D. Technological tests of reactoplasts. Moscow: Khimiya, 1981, 246 p.
Structural and mechanical characteristics of food products / A. V. Gorbatov [et al]; ed. by A. V. Gorbatov. Moscow: Light and Food Industry, 1982, 296 p.
Tarasenko S.S., Fedotov V.A., Gladnikov D.V. Dependence of rheo-logical properties of dough on the dispersibility of wheat pasta milling products. Khleboprodukty, 2017, no. 6, pp. 53-55.
Timakova R., Efremova S., Zuparova V. Ways to improve the technologic al properties of commercial grain and ensure its preservation. AIP Conference Proceedings: International conference on food science and biotechnology, 2021, vol. 2419(1), 020017. https://doi.org/10.1063/5.0069615
Cogswell F.N. Polymer melt rheology: A guide for industrial practice. Cambridge: Woodhead published Ltd., Elsevier science & technology, 1996, 176 p.
Chen G., Li Y. Aggregation behavior of semolina gluten during dough production and fresh pasta cooking upon kansui treatment. Food Chemistry, 2019, vol. 278, pp. 579-586. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.11.096
Dough rheological properties and texture of gluten-free pasta based on pros mill et flour / Romero H.M., Santra D., Rose D., Zhang Y. J. of Cereal Science, 2017, vol. 74, pp. 238-243. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.02.014
Dough rheology and physicochemical and sensory properties of wheat–peanut composite flour bread / Shongwe S.G., Kidane S.W., Shelembe J.S., Nkam-bule T.P. Legume Science, 2022, vol. 138, pp. 1-8. https://doi.org/10.1002/leg3.138
Grudanov V.Y., Torgan A.B. Test equipment and tooling for studying the processes of pasta formation with controlled flow of dough in the pre-matrix chamber. Bulletin of Yanka Kupala State University of Grodno. Series 6. Technics, 2021, vol. 11, no. 1, pp. 75-85.
Grudanov V. Ya. Rheological and technological bases of forming visco-plastic food masses in pressing units / V. Ya. Grudanov, A. B. Torgan, V. G. Barsukov. Minsk: BGATU, 2021, 180 p.
Grudanov V.Ya., Torgan A.B., Barsukov V.G. Rheological modeling of the processes of pasta dough flow in the channels of confuser-diffuser inserts forming matrixes. Vestsі Natsyyanal'nay akademіі navuk Belarusі. Seryya agrarnykh navuk, 2021, vol. 59, no. 1, pp. 111-121.
Iuga M., Mironeasa S. Application of heat moisture treatment in wheat pasta pasta production. Food Control, 2021, vol. 128, p. 108176. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108176
Jaensson N.O., Anderson P.D., Vermant J. Computational interfacial rheology. J. of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 2021, vol. 290, p. 104507. https://doi.org/10.1016/j.jnnfm.2021.104507
Joyner S. (Melito) H. Explaining food texture through rheology. Current Opinion in Food Science, 2018, vol. 21, pp. 7-14. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2018.04.003
Lovkis Z.V., Grigel A.I. Pressing and drying of pasta. Food industry: sci-ence and technology, 2021, vol. 14, no. 1 (51), pp. 43-49.
New ingredients and alternatives to durum wheat semolina for a high 10quality dried pasta / Romano A., Ferranti P., Gallo V., Masi P. Current Opinion in Food Science, 2021, vol. 41, pp. 249-259. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.07.005
Quality prediction of bread made from composite flours using different parameters of empirical rheology / Torbica A.M., Blažek K.M., Belović M., Hajnal E.J. J. of Cereal Science, 2019, pp. 654-657. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2019.102812
Rheology of cocoa butter / Mishra K., Kohler L., Kummer N., Zimmer-mann S., Ehrengruber S., Kämpf F., Dufour D., Nyström G., Fischer P., Windhab E.J. J. of Food Engineering, 2021, vol. 305, p. 110598. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110598
Sarghini F., Romano A, Masi P. Experimental analysis and numerical simulation of pasta dough extrusion process. Journal of Food Engineering, 2016, vol. 176, pp. 56-70. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.09.029
Torgan A.B. Analysis of rheological aspects of pasta dough flow in chan-nels of stepped-variable cross-section using nonlinear Bulkley-Herschel model. Food Industry: Science and Technology, 2015, no. 3, pp. 64-71.
Torgan, A.B. Estimation methodology of the macaroni dough flow parameters in the stepped cylindrical channels. Bulletin of Yanka Kupala State University of Grodno. Series 6. Technics, 2022, vol. 12, no. 1, pp. 90-98.
Viscoelastic properties of durum wheat doughs enriched with soluble die-tary fibers in relation to pasta-making performance and glycaemic response of spa-ghetti / Peressini D., Cavarape A., Brennan M.A., Gao J., Brennan C.S. Food Hydrocolloids, 2020, vol. 102, p. 105613. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105613
Wykorzystanie pomiarów właściwości reologicznych płynów w praktyce inżynierskiej / Kiljański T., Dziubiński M., Sęk J., Antosik K. Warszawa: Wydawnictwo EKMA, 2009. https://cybra.lodz.pl/publication/19936
Список литературы
Акулич А.В., Самуйленко Т.Д., Тимакова Р.Т. Разработка компонентного состава сухих композитных смесей для заварных сортов хлеба улучшенной пищевой ценности // Хранение и переработка сельхозсырья. 2021. № 4. С. 158-174. https://doi.org/10.36107//spfp.2021.240
Бредихин С.А., Мартеха А.Н., Каверина Ю.Е. Исследование реологической модели макаронного теста для аддитивного производства // Вестник ВГУИТ. 2021. Т. 83. № 3. С. 55-60. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-55-60
Бредихин С.А., Мартеха А.Н., Каверина Ю.Е. Исследование струк-турно-механических свойств макаронного теста для аддитивного произ-водства // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. 2021. № 4(50). С. 12-19. https://doi.org/10.17586/2310-1164-2021-14-4-12-19
БреховА.Ф., Ряжских В.И. Реологическое уравнение карамельных масс при малых скоростях деформации // Хранение и переработка сельхозсы-рья.2001. № 10. С. 12-13.
Характеристика сортов озимой твердой пшеницы по качеству зерна и макаронным свойствам / Кравченко Н. С., Самофалова Н. Е., Олдырева И. М., Макарова Т. С. // Зерновое хозяйство России. 2020. № 3(69). С. 26-31. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2020-69-3-26-31
Чернов М.С. Медведев Г.М., Негруб В.П. Справочник по макарон-ному производству. Москва: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 304 с.
Черных В.Я., Сарбашев К.А., Артемьев С.Ю. Теоретические осно-вы процесса смешивания рецептурных компонентов при замесе макаронного теста // Хлебопродукты. 2017. №11. С. 44-47.
Усовершенствование метода реологической оценки качества зерна в селекции яровой твердой пшеницы / Гапонов С. Н., Шутарева Г. И., Цетва Н. М., Цетва И. С., Милованов И. В. // Зерновое хозяйство России. 2020. № 1(67). С. 49-53. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2020-67-1-49-53
Гун В.С., Резников С.И. Применение реологических уравнений в расчетах механических процессов пищевых производств // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 1997. № 2-3 (237-238). С. 60-61.
Гидродинамическое моделирование процесса формования хлебопекарного теста и кондитерских масс / Кумицкий Б.М., Гасанов З.С., Долбилова М.А., Плаксина Е.В. // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. № 3. С. 25-31. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2022-3-25-31
Коган В.В., Семенова Л.Э. Инженерная реология в пищевой про-мышленности // Вестник Астраханского государственного технического уни-верситета. Серия: Рыбное хозяйство. 2019. № 4. С. 147-156. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2019-4-147-156
Корячкин В.П., Гончаровский Д.А., Корячкина С.Я. Влияние по-рошков из нативной и бланшированной моркови на реологические характери-стики макаронного теста // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. 2020. № 2 (61). С. 10-14. https://doi.org/10.33979/2219-8466-2020-61-2-10-14
Мак-Келви Д. М. Переработка полимеров / Д. М. Мак-Келви; пер. с англ. Ю. В. Зеленева [и др.]. М.: Химия, 1965. 444 с.
Меркер А. А., Рева Е. Н., Сердюк В. А. Влияние безглютеновой муки на качественные показатели теста при замесе хлебобулочного изделия // Инженерные технологии и системы. 2022. Т. 32, № 2. С. 313-323. https://doi.org/10.15507/2658-4123.032.202202.313-323
Остриков А.Н., Абрамов О.В., Рудометкин А.С. Экструзия в пищевой технологии. Монография. СПб.: ГИОРД, 2004. 288 с.
Панков Ю.В., Минухин Л.А. Имитационное моделирование цепочной структуры и реологического поведения теста системы мука-вода при силовом воздействии // Научно-технический вестник: Технические системы в АПК. 2020. № 1(6). С. 28-41.
Полынкова Н.Э., Жиляева Н.С. Новые технологии при производ-стве макаронных изделий // Образование и 3наука без границ: фундаменталь-ные и прикладные исследования. 2020. № 12. С.122-126. https://doi.org/10.36683/2500-249X/2020-12/122-126
Романчиков С.А. Устройство для ультразвуковой ускоренной суш-ки макаронных изделий в полк инфракрасного излучения // Ползуновский вестник. 2018. № 1. С. 70-76. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2018.01.014
Шорсткий И. А., Худяков Д.А. Анализ реологических свойств мезги подсолнечника в процессе прессования с вариацией температуры, давления и масличности // Вестник МГТУ. 2019. Т. 22, № 3. С. 395-403. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2019-22-3-395-403
Ставров В.П., Дедюхин В.Г., Соколов А.Д. Технологические испытания реактопластов. Москва: Химия, 1981. 246 с.
Структурно-механические характеристики пищевых продуктов / А. В. Горбатов [и др.]; под ред. А. В. Горбатова. М.: Легкая и пищевая промыш-ленность, 1982. 296 с.
Тарасенко С.С., Федотов В.А., Гладников Д.В. Зависимость реологических свойств теста от дисперсности продуктов макаронного помола пшеницы // Хлебопродукты. 2017. № 6. С. 53-55.
Timakova R., Efremova S., Zuparova V. Ways to improve the technologic al properties of commercial grain and ensure its preservation // AIP Conference Proceedings: International conference on food science and biotechnolo-gy. 2021. Vol. 2419(1), 020017. https://doi.org/10.1063/5.0069615
Cogswell F.N. Polymer melt rheology: A guide for industrial practice.Cambridge: Woodhead published Ltd., Elsevier science & technology, 1996. 176 p.
Chen G., Li Y. Aggregation behavior of semolina gluten during dough production and fresh pasta cooking upon kansui treatment // Food Chemistry. 2019. Vol. 278. Р. 579-586. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.11.096
Dough rheological properties and texture of gluten-free pasta based on pros mill et flour / Romero H.M., Santra D., Rose D., Zhang Y. // J. of Cereal Sci-ence. 2017. Vol. 74. Р. 238-243. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2017.02.014
Dough rheology and physicochemical and sensory properties of wheat–peanut composite flour bread / Shongwe S.G., Kidane S.W., Shelembe J.S., Nkam-bule T.P. // Legume Science. 2022. Vol. 138. Р. 1-8. https://doi.org/10.1002/leg3.138
Груданов В.Я., Торган А.Б. Испытательное оборудование и оснастка для изучения процессов формирования макаронных изделий с управляемым потоком теста в предматричной камере // Вестник Гродненского государственного университета имени Янки Купалы. Серия 6. Техника. 2021. Т. 11. № 1. С. 75-85.
Груданов В. Я. Реологические и технологические основы формования вязко-пластичных пищевых масс в узлах прессования / В. Я. Груданов, А. Б. Торган, В. Г. Барсуков. Минск: БГАТУ, 2021. 180 с.
Груданов В.Я., Торган А.Б., Барсуков В.Г. Реологическое модели-рование процессовтечения макаронного теста в каналах конфузорно-диффузорных вставок формующих матриц // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя аграрных навук. 2021. Т. 59, №1. С.111-121.
Iuga M., Mironeasa S. Application of heat moisture treatment in wheat pasta production // Food Control. 2021. Vol. 128. Р. 108176. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108176
Jaensson N.O., Anderson P.D., Vermant J. Computational interfacial rheology // J. of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2021. Vol. 290. Р. 104507. https://doi.org/10.1016/j.jnnfm.2021.104507
Joyner S. (Melito) H. Explaining food texture through rheology // Cur-rent Opinion in Food Science. 2018. Vol. 21. Р. 7-14. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2018.04.003
Ловкис З.В., Григель А.И. Прессование и сушка макаронных изде-лий // Пищевая промышленность: наука и технология. 2021. Т. 14. № 1 (51). С. 43-49.
New ingredients and alternatives to durum wheat semolina for a high 10quality dried pasta / Romano A., Ferranti P., Gallo V., Masi P. // Current Opinion in Food Science. 2021. Vol. 41. Р. 249-259. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.07.005
Quality prediction of bread made from composite flours using different parameters of empirical rheology / Torbica А.M., Blažek К.М., Belović М., Hajnal Е.J. // J. of Cereal Science. 2019. Р. 654-657. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2019.102812
Rheology of cocoa butter / Mishra K., Kohler L., Kummer N., Zimmer-mann S., Ehrengruber S., Kämpf F., Dufour D., Nyström G., Fischer P., Windhab E.J. // J. of Food Engineering. 2021. Vol. 305. Р. 110598. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110598
Sarghini F., Romano A, Masi P. Experimental analysis and numerical simulation of pasta dough extrusion process // Journal of Food Engineering. 2016. Vol. 176. Р. 56-70. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2015.09.029
Торган А.Б. Анализ реологических аспектов течения макаронного теста в каналах ступенчато-переменного сечения с использованием нелиней-ной модели Балкли-Гершеля // Пищевая промышленность: наука и технологии. 2015. № 3. С. 64-71.
Торган А.Б. Методика расчетной оценки параметров течения мака-ронного теста в ступенчатых цилиндрических каналах // Вестник Гродненского государственного университета имени Янки Купалы. Серия 6. Техника. 2022. Т. 12. № 1. С. 90-98.
Viscoelastic properties of durum wheat doughs enriched with soluble dietary fibres in relation to pasta-making performance and glycaemic response of spaghetti / Peressini D., Cavarape A., Brennan M.A., Gao J., Brennan C.S. // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 102. Р.105613. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2019.105613
Wykorzystanie pomiarów właściwości reologicznych płynów w praktyce inżynierskiej / Kiljański T., Dziubiński M., Sęk J., Antosik K. Warszawa: Wydawnictwo EKMA, 2009. https://cybra.lodz.pl/publication/19936
Copyright (c) 2024 Anna B. Torgan, Vladimir Ya. Grudanov, Vladimir G. Barsukov, Roza T. Timakova
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
