Научное обеспечение процесса экструзии модельных сред на основе крахмалсодержащего сырья и разработка высокоэффективного оборудования для его реализации

• Автор: Абрамов, Олег Васильевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 600 с. : ил. + Прил. (с. 399-600: ил.)

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ современного состояния теории,

техники и технологии производства экструдированных

продуктов

1.1. Основы теории и краткий обзор техники и

технологии процесса экструзии.

1.2. Основные компоненты экструдируемого сырья и

их свойства

1.3. Реологические уравнения и характеристики

пластических материалов
1.4. Анализ существующих математических моделей экструдеров. Основные уравнения движения и
теплообмена неньютоновских жидкостей.
1.5. Новые перспективные способы получения экструдированных продуктов.
1.6. Анализ обзора литературы, научная концепция
и задачи исследования
ГЛАВА 2. Системная оценка исходного пищевого сырья и рецептурных добавок как объектов исследования
2.1. Материалы и методы исследований
2.1.1. Сырье и методы его исследования.
2.1.2. Методы анализа экструдатов
2.2. Обоснование выбора рецептурных компонентов
модельной смеси.
2.3. Исследование реологических характеристик
модельных пищевых сред
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процесса
экструзии пищевых продуктов
3.1. Экспериментальные экструдеры и
методика проведения опытов.
3.2. Основные закономерности экструзионного процесса переработки модельных пищевых смесей
ГЛАВА 4. Математическое моделирование процесса экст рузии
4.1. Математическая модель неизотермического течения аномальновязкой среды в зоне дозирования одношнскового экструдера.
4.1.1. Постановка задачи
4.1.2. Математическая модель движения и теплообмена вязкой пищевой среды в дозирующей зоне
экструдера.
4.1.3. Численная схема решения задачи.
4.2. Математическая модель процесса экструзии при течении вязкой среды в предматричной зоне экструдера
4.2.1. Постановка задачи
4.2.2. Математическая модель движения вязкой жидкости
в предматричной зоне экструдера.
4.2.3. Инженерная методика расчета предматричной
зоны экструдера.
4.3. Математическая модель неизо термического течения
вязкой жидкости в формующих каналах матрицы
4.3.1. Постановка задачи и математическая модель
процесса
4.3.2. Сеточная модель предматричной зоны экструдера для расчета течения вязкой жидкости вблизи формующего отверстия матрицы.
4.3.3. Применение математической модели течения вязкой среды при анализе процессов в
матрице экструдера
4.3.4. Алгоритм реализации модели течения расплава эксгрудата в матрице
ГЛАВА 5. Комплексная оценка качества экструдированных пищевых продуктов функционального назначения.
5.1. Электронномикроскопические исследования изменения структуры компонентов рецептурной
смеси ЧДХ с добавкой СППП при экструзии.
5.2. Исследование показателей качества экструдированных хрустящих палочек с различными добавками.
5.3. Определение биологической ценности экструдатов.
5.4. Анализ качественного и количественного состава углеводов методом тонкослойной ионообменной хроматографии
5.5. Анализ пищевой ценности разработанных экструдированных продуктов.
ГЛАВА 6. Разработка перспективных конструкций
экструдеров
6.1. Система автоматизированного проектирования
шнековых рабочих органов экструдеров
6.2. Многомодульный экструдер.
6.3. Экструдер с вращающимся корпусом.
6.4. Усовершенствованный корпус экструдера
6.5. Корпус двухшнекового экструдера
6.6. Шнек экструдера с турбулизиругащими
штифтами
6.7. Шнек экструдера со сменными насадками
6.8. Шнековый экструдер с цилиндроконическим
наконечником.
6.9. Экструдер со ступенчатой сложной конфигурацией
шнека и вращающейся противоположно гильзой
6 Матрица экструдера с профилирующей пластиной.
6 Матрица экструдера с профилирующими пластинами
6 Шнековый экструдер для производства
продуктов с начинкой
6 Формующее устройство экструдера
с вращающимся дорном
ГЛАВА 7. Разработка технологической линии, способов производства продуктов функционального назначения и автоматического управления процессом экструзии
7.1. Линия производства экструдированных продуктов
7.2. Способ производства хрустящих хлебных палочек.
7.3. Способ производства гороховых палочек.
7.4. Способ производства картофельных палочек
7.5. Способ производства зерновых палочек
7.6. Способ автоматического управления работой
экструдера.
7.7. Способ автоматического управления работой
экструдера с вакуумкамерой
7.8. Способ автоматического управления работой экструдера с регулируемым сечением
выходного канала матрицы.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
ЛИТЕРАТУРА


Можно предположить, что вода играет большую роль в процессе термопластической экструзии, хотя се содержание в экструдируемом сырье обычно не превышает 2, 3. Влажность сырья в процессе экструзионной обработки для получения экструдата необходимого качества имеет двойное технологическое значение. С одной стороны, влага должна обеспечить оптимальные структурномеханические свойства массы для требуемого изменения структуры биополимеров сырья, с другой стороны, влажность не должна быть большой, чтобы не увеличить расход энергии на сушку экструдата и его измельчение. Чем меньше в обрабатываемой массе свободной влаги, тем меньше прослойка ее между отдельными коллоидными частицами и выше механические свойства экструдируемой среды , 1. При этом, вероятно, сильнее будет изменяться структура крахмала в процессе экструзии. Низкое содержание влаги может увеличивать уровень сдвига и время обработки, что повышает степень желатинизации крахмала и, таким образом, экспандирование . Как показали исследования, даже небольшие добавки воды к сухим препаратам биополимеров приводят к снижению температуры их перехода в вязкотекучее состояние гораздо ниже температуры их разложения, что делает возможным проведение процесса термопластической экструзии рис. Таким образом, вода в процессе экструзии играет важную роль се содержание в экструдируемом сырье определяет температуру его перехода в вязкотекучее состояние и оказывает влияние на образование структуры экс1 трудатов 2. В настоящее время существует несколько концепций формирования микроструктуры экструдированных продуктов. По мнению О. В. Смита 3, при переходе биополимеров в вязкотекучее состояние, когда происходит денатурация белков и желатинизация крахмала, макромолекулы биополимеров разворачиваются и преимущественно ориентируются под действием сил сдвига в направлении течения расплава продукта. Ориентация цепей главным образом протекает в зоне дозирования, предматричной зоне и непосредственно в матрице. При охлаждении расплава биополимеров происходит сшивание макромолекул и создание протяженных агрегатов . То есть в основе структурообразования прежде всего лежит явление ориентации макромо
Содержание оды в нативных крахмалах, вес. Рис. Учитывая, что экструдируемое сырье представляет собой многокомпонентную систему, содержащую в основном белки и полисахариды, В. Б. Толстогузов выдвинул предположение 8, 8, согласно которому в основе формирования микроструктуры экструдатов лежит явление деформации дисперсных частиц под действием сил сдвига и растяжения при течении гстерофазного расплава смесей биополимеров. Необходимо отметить, что каждая из концепций опирается на определенные представления, но имеет гипотетический характер. Исследования структуры экструдатов в зависимости от содержания в них основных компонентов белков и полисахаридов, позволяют представить результаты в следующем виде рис. Их анализ показал, что экструзионные продукты питания, содержащие преимущественно крахмал, могут иметь изотропную и анизотропную микроструктуру, а продукты, основным компонентом которых являются белки, характеризуются анизотропной микроструктурой 2. Отмечено, что существует прямо пропорциональная зависимость между вязкостью конечного продукта и содержанием в нем воды, липидов и простых сахаров. Если перерабатываемый материал поступает в экструдер с повышенной влажностью или с содержанием жира более 5 , то может произойти полное прекращение экспандирования расширение струи выходящего из фильеры продукта изза падения давления в шнековой камере, кроме того, в экструдате могут появиться дефектные места пузыри, пятна и т. В процессе экструзии разрушается такая важная группа питательных веществ, как витамины. Наиболее лабильными при этом являются витамины А, Су Е наиболее стабильными витамины группы В 3. Поэтому рекомендуется вводить витамины в продукт после его обработки в экструдере. Установлено, что пищевые красители например, из чайного сырья, черноплодной рябины и т. Аналоги мясо рыбопродуктов Готовые завтраки, сухие закуски, регуляторы функциональных свойств фаршей. Белок . Крахмал . Белок . Крахмал . Рис.