Автореферат за темою магістерської роботи

Вступ

Нині в Україні існує безліч різних видів кондитерських виробів, серед яких карамель займає лідируючі позиції. Головним чином, це пов'язано із високим споживчим попитом на даний продукт. Продукцію високої якості можна випустити тільки при дотриманні всіх технологічних режимів виробництва і оперативному виправленні всіх можливих відхилень. Для цього необхідна постійна оперативна інформація про хід технологічного процесу, яку надає служба технохімічного контролю на основі систематичних аналізів, що проводяться, і свідчень контрольно-вимірювальних приладів.

Карамельна маса – це аморфна маса, отримана при уварюванні висококонцентрованих розчинів цукру в суміші з іншими вуглеводами до концентрації (96-99)% сухих речовин. Залежно від рецептури до складу карамелевої маси входять: сахароза, мальтоза, глюкоза, фруктоза, декстріни і інші олиго-сахариди - продукти неповного гідролізу крохмалю [1].

Карамельна маса поступово переходить з рідкого в напівтвердий пластичний стан, а потім в твердий аморфний або кристалічний стан залежно від температури. При температурах вище 100 °С карамель є гомогенною, багатокомпонентною в'язкою рідиною. Карамельну масу можна розглядати як сплав різнорідних речовин, в якому розрізнено розподілені молекули води. Молекули сахарози, глюкози, мальтози і інших речовин, що входять до складу карамелі, представляють компактну упаковку частинок, зв'язаних силами молекулярної взаємодії. Ці сили достатньо великі, про що можна судити по високій в'язкості карамельної маси (110 Па*с при 115 °С).

Для виробника величезне значення має в'язкість карамелевої маси. Чим вища в'язкість, тим карамель менше схильна до кристалізації – зацукровування. Карамельна маса є вельми нестійкою структурою: сахароза, що входить в її склад, прагне прийняти властивий їй кристалічний стан. При цьому швидкість кристалізації сахарози залежить від швидкості охолоджування і з пониженням температури (підвищенням в'язкості) швидко падає. Маса втрачає свої пластичні властивості, що надалі призводить до неможливості наступної обробки маси [2].

Для вимірювання в'язкості карамельної маси застосовуються різні методи, основними із яких є метод капілярного витікання, метод падаючої кульки, ротаційний і вібраційний методи [10]. Проте для всіх цих методів характерний істотний недолік - в процесі вимірювання карамель налипає на вимірювальний елемент і необхідне його постійне очищення. Тому доцільно виконувати вимірювання в'язкості за допомогою непрямих методів, беручи до уваги, що в'язкість залежить від температури, масової частки сухих речовин (вологості) і рецептури приготування карамелі.

Аналіз публікацій і розробок по темі

Огляд існуючих засобів вимірювання в'язкості напіврідких сумішей показав, що найбільше поширення набули контактні методи контролю. Проте карамель відноситься до липких речовин із жорстко заданим показником якості готової продукції, тому доцільно застосовувати безконтактні експрес-методи визначення складу речовин. До таких методів відносять і метод визначення в'язкості непрямим способом на основі прямовизначених параметрів шляхом побудови моделі, що самоорганізовується, на основі теорії Ивахненко. Найважливішим аспектом в проведених дослідженнях є визначення найбільш значущих показників якості карамелі. При цьому необхідно враховувати складнощі при виборі методів визначення вологості карамельної маси і вимірюванні температури, оскільки в процесі уварювання сиропу температура може змінюватися в діапазоні від 100 до 120 °С, а відсотковий вміст сухих речовин - в межах (80-86) % .

Постановка задач дослідження

В ході виконання дослідження необхідно вирішити наступні основні задачі:

• провести аналіз технологічного процесу виробництва карамельної маси;
• визначити основні параметри, що впливають на якість карамелі;
• вибрати методи і засоби вимірювання показників якості карамелевої маси відповідно до технологічних вимог карамелевого виробництва.

Основний матеріал і результати досліджень

Отримання карамельної маси складається з двох технологічних процесів: приготування карамельного сиропу і уварювання карамельної маси. На кондитерських фабриках застосовують періодичний і безперервний способи приготування карамелевого сиропу. Цукор, що входить в рецептурну суміш карамельного сиропу, нестійкий при тривалій дії високих температур. Глюкоза і фруктоза швидко розпадаються на ангидріди, оксиметілфурфурол, органічні кислоти, фарбувальні речовини. Продукти розпаду цукру знижують значення pH сиропів, що прискорює процес гідролізу сахарози, підвищують кольоровість сиропів, погіршують їх якість.

При аналізі основних факторів, що впливають на характеристики карамельної маси, важливо враховувати особливості технологічного процесу. Аналіз технології і техніки виробництва на кондитерських підприємствах показав, що приготування карамельних мас здійснюється по технологічній схемі, представленій на мал.1. Схема якнайповніше відображає основні стадії процесу: приготування сиропу і його уварювання (ділянка I), приготування начинки (ділянка II), охолоджування карамельної маси і формування із неї виробів (ділянка III), а також загортання карамелі і її упаковка (ділянка IV).

Із опису машинно-апаратурних схем потокових ліній карамельного виробництва видно, що для приготування карамельного сиропу і начинок на кондитерських підприємствах застосовується обладнання, яке компонується у вигляді сироповарочних і начинювальних комплексів і агрегатів, причому для них відводяться спеціальні приміщення, а сироп і начинки в лінії перекачують по трубопроводах насосами. Потокова лінія звичайно складається з наступних основних груп обладнання, призначених: для приготування карамельної маси; охолоджування і обробки карамельної маси; формування карамелі; охолоджування і обробки карамелі [9].

Ця схема відрізняється від схеми, наведеної на мал. 1, наявністю обладнання для обсипання, глянцеванія, фасування та пакування карамелі.
Карамель з охолоджуючого шафи 1 по лотку 2 подається до агрегату 3 для обробки (безперервного глянцеванія або обсипання). Після обробки карамель типу «подушечка» або «кулька» похилим конвеєром 4 направляється в фасовочно-пакувальну машину 5 для фасування в картонні коробки, які потім укладають в картонні ящики.

Для отримання карамелі заданої якості необхідно в процесі приготування контролювати температуру карамельної маси. Підвищена температура карамельної маси в процесі формування призводить до сповільненого структуроутворення, а при зниженій температурі швидшає процес кристалізації сахарози. В процесі уварювання сиропу температура може змінюватися в діапазоні від 100 до 120 °ІЗ, при цьому точність вимірювання температури повинна бути не гірше ±1 °С.

У загальному випадку температурна залежність в'язкості рідини виглядає таким чином:

де - динамічний коефіцієнт в'язкості при температурі t,°С,кг/(м*с), , , - постійні, характерні для даної рідини.

Щодо залежності в'язкості карамелі від температури необхідно врахувати, що карамельна маса переходить із рідкого стану в твердий в широкому інтервалі температур. При температурі більше 100 °С карамель є в'язким рідким розчином, охолоджуючись, стає в'язко-пластичною, піддається формуванню, а потім при температурі нижче 40 °С перетворюється на крихку аморфну прозору масу. При високій температурі аморфна карамельна маса нестійка внаслідок прагнення цукру перейти в кристалічний стан. При пониженні температури наростає в'язкість маси і зменшується можливість кристалізації цукрів, тому уварену карамельну масу швидко охолоджують до 85 - 90 °С. Враховуючи всі вище розглянуті особливості технології виробництва карамелі, спостерігаємо зміну в'язкості карамельної маси залежно від температури (мал.3).

Отже, для того, щоб отримати значення в'язкості карамельної маси, необхідно запровадити в потокову лінію виробництва карамелі канал вимірювання температури, який на даному етапі є безконтактним засобом вимірювання температури - пірометром. Принцип дії пірометра заснований на вимірюванні температури по тепловому випромінюванню об'єкту. Завдяки своїй простоті в роботі, широкому діапазону вимірюваних температур, малому часу відгуку, відсутності необхідності контактувати із об'єктом, своїм функціональним можливостям безконтактні засоби вимірювання температури знаходять широке застосування практично на будь-якому підприємстві. До того ж пірометри вимірюють температуру із похибкою до 0,3% від вимірюваної величини, що є допустимим при вимірюванні температури карамельної маси.

Вологість карамельної маси - найважливіший технологічний параметр, що визначає хід процесу і якість готової продукції. Вологість карамельної маси можна визначити, знаючи величину відсоткового вмісту сухих речовин по сахарозі. При високому вмісті сухих речовин в масі готова карамель за інших рівних умов довше зберігає свої аморфні властивості. Проте у зв'язку з тим, що в'язкість карамельної маси різко зростає із підвищенням вмісту сухих речовин, обробка такої маси, наприклад, при виготовленні карамелі із начинками, перешарованими карамельною масою, стає практично неможливою. Тому для отримання карамелі із начинками вміст сухих речовин в карамельній масі декілька нижчий. Залежно від виду начинок вміст сухих речовин в карамельній масі складає 96,5 - 98%. Для визначення вологості карамелі (у відсотках) необхідно відняти із 100 вміст сухих речовин карамелі [3].

Щільність карамельної маси також є функцією вмісту сухих речовин і рецептури і може бути обчислена по наступній формулі:

де - відносна щільність карамельної маси; - вміст сухих речовин, %; - відношення сухих речовин патоки до цукру в рецептурі карамельної маси.

Залежність в'язкості карамельної маси від відсоткового вмісту сухих речовин представлена на малюнку 4:

Для визначення вологості карамельної маси скористаємося інфрачервоним термогравіметричним методом [4]. Теперішній стандарт поширюється на цукристі кондитерські вироби і може бути застосований при проведенні експрес-аналізу вологості на потоковій лінії виробництва карамельної маси. Даний метод полягає у вимірюванні маси зразка аналізованої речовини до і після його висушування під дією інфрачервоного випромінювання. Інфрачервоні термогравіметричні вологоміри різних типів характеризуються різними джерелами інфрачервоного випромінювання, їх геометрією, потужністю випромінювання; діапазоном і точністю підтримки температури в робочій камері; діапазоном і погрішністю зважування. Дія інфрачервоного випромінювання є результатом його поглинання і полягає в нагріві, видаленні вологи і фізико-хімічним перетворенням усередині опромінюваних речовин, при цьому глибина проникнення інфрачервоного випромінювання досягає декількох міліметрів. Використовуваний метод забезпечує отримання результатів вимірювань вологості кондитерських виробів із показником точності в діапазоні від 0,5 до 1,3 із довірчою вірогідністю 0,95. При цьому діапазон вимірювань ІЧ-вологомірів складає від 10-4 до 100 %, температурні впливи на результат вимірювань незначні. Характерними особливостями ІЧ-вологомірів є висока вибірковість, чутливість, точність і відтворність. Методи ІЧ-вологометрії дозволяють аналізувати багатокомпонентні суміші, створювати автоматичні і напівавтоматичні прилади. На малюнку 4 приведена структурна схема двоххвильового ІЧ-вологоміра харчових продуктів, заснованого на спектрометрії дифузійного відображення в ближній інфрачервоній області спектру поглинання аналізованого матеріалу.

ІЧ-випромінювання від джерела 1 проектується конденсатором 2 на біхроматор 3, в якому відбувається виділення двох променів із довжиною хвиль 1,73 мкм (опорна довжина хвилі) і 1,95 мкм (вимірювальна довжина хвилі). Інфрачервоний промінь із довжиною хвилі 1,73 мкм не поглинається водою, що знаходиться в досліджуваному зразку 5. Між зразком 5 і біхроматором 3 знаходиться модулятор 4 із фільтрами, які по черзі пропускають на зразок ІЧ-промені із опорною і вимірювальною довжинами хвиль. Відображений вимірювальний і опорний сигнали поступають на фотоприймач 6, з виходу якого електричні сигнали передаються на підсилювач 7 і далі – на детектори 8 і 9. Детектори виділяють опорний і вимірювальний сигнали і подають їх на індикатори 10 і 11. Опорний сигнал є постійною величиною. Вміст вологи в досліджуваному зразку описується залежністю

яка реалізується за допомогою вимірювального блоку 12.

Проведені дослідження дозволяють виконати реалізацію структури приладу вимірювання в'язкості, заснованого на непрямій залежності в'язкості карамелі від показників якості, яка представлена на малюнку 6.

Висновки

Підводячи підсумки, слід зазначити, що для визначення в'язкості карамельної маси необхідно враховувати температуру карамелі. Для цієї мети використовується канал вимірювання температури, який представлений безконтактним засобом вимірювання - пірометром. Також важливим параметром при вимірюванні в'язкості є величина вологості карамельної маси, яка на даному етапі визначається за допомогою інфрачервоного термогравіметричного методу. На основі виконаних досліджень є передумови для наступної розробки відповідного приладу.

Список літератури:

1. Зубченко А.В. Технологія кондитерського виробництва. – Вороніж: ВГТА, 1999. – 440 з
2. Драгилев А.І, Лурье І.С. Технологія кондитерських виробів. М.: ДеЛіПрінт, 2001г.-284с.
3. ГОСТ 5900 – 73. Вироби кондитерські. Методи визначення вмісту вологи і сухих речовин.
4. ГОСТ Р 8.626 - 2006 ГСИ. Вироби кондитерські цукристі. Інфрачервоний термогравіметричний метод визначення вологості.
5. Петров І.К. Технологічні виміри і прилади в харчовій промисловості.
6. Івахненко А.Г., Мюллер Й.А. Самоорганізація моделей, що прогнозуються.- К.:Техника, 1985
7. Виміри в промисловості. Довідн. видавництво У 3-х кн. Кн. 2. Способи виміру і апаратура. Пер. з йому. /Под ред. Профоса П.- М.: Металургія, 1990. - 384 с.
8. Бойко В.І. Схемотехніка електронних систем. Аналогові і імпульсні устройства/ Автори: В.І. Жваво, А.Н. Гуржій, В.Я. Жуків, А.А. Зорі, В.М. Співак/ - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 496 с.
9. Драгилев А.І., Сезанаєв Я.М. Устаткування для виробництва цукрових кондитерських виробів: Навчал. для нач. проф. утворення. - М.: ІРПО; Видавництво центр «Академія», 2000. - 272 с.
10. Характеристика методів виміру в'язкості [Електронний ресурс]: курс лекцій. - Режим доступу: http://kristall.lan.krasu.ru/Education/Lection/FXA/lec7/lec7.html