автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Интенсификация технологии переработки какао бобов

щнжггзрсгво высьего и среднего СИЗ)¡иАРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР ШСКОВСКЙй ОРИЗИА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАйШ ТЕХНОЛОГЛЧЗСКИЙ

ллстлтут пго^дшешюста

На правах рукописи

СКОБЗЛЬШЯ Зинаида Григорьевна

УЖ: 663.913.001.57 (043.3)

шшс&шкащя технологии переработки

какао бобов

Специальность 05.18.01 - Технология хлебопекарных, макаронных и кондитерских продуктов

Автореферат диссертации на соискание учено« степени доктора технических каук

аосква - 1££9

Работа выполнена з Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевой промышленности

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техника РСйСР,

доктор технических наук, профессор Зубченко А.З.

Заслуженный деятель науки я техники РСФСР,

доктор технических наук, профессор Казаков ЕЛ.

Доктор технических наук, профессор Дорохович А.Ь.

Ведущая организация: Госагропром РСФСР

Засщта состоится "_" _ 198 г. в _ часов

на заседания специализированного Совета Д.063.51.01 при московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевой промышленности по адресу: 125080, г.Москва, Волоколамское шоссе, II.

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке иТЛГЩ.

Автореферат разослан "_"_ 198 г.

Учений секретарь специализированного Совета, к.т.н., доцент

¡1. С.Шуб

i. обт'.'я работ:;

1.1. Актуальность теин

Ш <»??д КПСС пос.йнкя г® дачу - улучить снабгв-

клз населения продуктами иягания. Пучл полктмчзсг.ого решвняя этой задачи намечены в Продогсльствэглой программа страны, реализация косороЗ грз<5ует нсрс?-^ сграскеЗ пгропроигпгзпного когдлэкса па путь антьас::$и::лц'".11 производства и вовзпоная его эффективности на научной основа.

Одним из направлений интенсивного разваизя экономики является всемерная экономия, рациональное использование материальных ресурсов и улучпзние качества продукции.

Какао бобы - основное сырье для выработки шоколада и вместе с другим импортным сырьем - орехами существенно влияют на экономику кондитерской отрасли.

В двенадцатой пятилетке вопрос рационального использования какао бобов решается путем снижения их доли при приготовлении I тонны шоколада за счет крупных добавлений (ореха, изюма, крошки печенья, взорванных круп), применения ПАВ, сокращзния потерь на отдельных технологических операциях.

Дальнейшее направление развития шоколадного производства -научно обоснованная организация технологического процесса и интенсификации производства.

В производстве шоколада в нашей стране а во многих других зтранах используют импортное сырье и оборудование для его переработки, что приводит к двойной зависимости.

Колебания в качестве сырья отракаются на цене, технологии 1ереработки, выходе продукции, а следовательно, на экономике цзедпраящй.

Вот почему создание технология рациональной переработки ка-

као бобов является важной народнохозяйственной проблемой.

1.2. Цель исследования. В связи с изложенным цель работы состояла в разработке интенсивной технологии переработки какао бобов на основе их специальной подготовки.

В соответствии с поставленной целью определены основные задача исследования:

1. Обосновать и разработать комплексные показатели и метода, позволяющие оценить качество какао бобов, эффективность их переработки и прогнозировать выход шоколадных полуфабрикатов.

2. Исследовать влияние гигротермической обработки на физические и технологические свойства какао бобов для обоснования максимального выхода поколадннх полуфабрикатов.

3. Исследовать я научно обосновать целесообразность применения гигротермической обработки для интенсификация процессов отделения какаовеллы и термической обработки какао крупки.

4. Изучать и обосновать закономерности, характеризующие связь меяду гранулометрическим составом и реологическими свойствами шоколадных полуфабрикатов.

5. Разработать рациональную технологию переработки какао бобов с максимально возможным выходом какао тертого и получением высокодисперсных порошков какаовеллы.

1.3. Объект исследования. Объектом явилась технологическая система переработки какао бобов.

1.4. Методы исследования. В работе использованы метода общей теории систем, теории вероятности и математической статистики, ма-тематичзского описания стохастических и детерминированных процессов, а также физические, химические, микробиологические, органолептике ские методы для оценки физико-химических процессов, качества полуфабрикатов и готового изделия.

Обработка результатов экспериментальных данных выполнена гра-фо-аналятическими методами и на ЭВМ.

Экспериментальное исследование технологических операций проведено на специальных лабораторных установках и в производственном цехе на опытных образцах созданных машин в условиях максимально приближенно к реальным.

1.5. Научная новизна. Опродзлзнн основные закономерности, связывающие морфологические, флзико-химические и технологические свойства какао бобов:

- установлены общие закономерности гигротермической обработки какао бобов;

- вскрыта кинетика физико-химических процессов термической обработки какао крупки;

- определены закономерности, характеризующие связь между гранулометрическим составом твердой фазы какао тертого и его реологическими свойствами;

- найдена зависимость выхода шоколадных полуфабрикатов от качества какао бобов и условий их переработки, что легло в основу прогнозирования выхода какао тертого.

1.6. Практическое значение работа

3 результате проведенных исследовэнл" разработан способ гяг-ротер?.'.:! ческой обработка какао бобов (а.с. 1007636) л установка для его осугдзсгвленчя (з.с. 1324526).

Разработана совместно с экспериментальной ордена Б.И.Ленина кондитерской фабрикой "Красный Октябрь" и утверждена Госагропро-мои 00 ;Р технологическая инструкция по производству какао тертого из какао бобов, обработанных паром.

Технологическая инструкция соноряиг исходные данные для проекта совании поточио-меха:-1:13''.раигика£ линии интенсивной переработки

какао бобов.

Разработана и у-гверэдена Госггроаромоы СССР методика прогнозирования выхода какао тертого при переработке какао бобов на предприятиях кондитерской промышленное из.

Использование методика позволяет обосновать плзкиревзняе выходов шоколадах полуфабрикатов из предприятиях а установить цеш на какао боба в соответствии с их качеством.

Разработаны способ и кокгролс качества к£зио б;бов (а.с, 1364962, а.с. I3S68S7).

1.7.0бсуЕ,неше работы. Основные полог.еная дпссертаизонной работы докладывалась я сбсуцдалдсь на:

научном совете Всесоюзного - научно-исследовательского института кондитерской промышленное та (1981 г.);

техначасках советах я "Днях наука" эг.спеол^ек^альнсл ордена В.И.Ленина кондитерской фабрики "Красный Октябрь" (ISB2, 1985, 1988 гг.);

"Днях наука" на московском ордена В.И.Ленина кондитерском комбинате "Рот-фронт" (IS82, 1984 гг.) л московской кондитерской фабрике и;.1. П.А.Бабаева (1288 г.);

научно-технических совещаниях секции кондитерской промышленное гл Косховского гсрсдского правления НТО ллцззоЗ прем пленное ти (IS8S-I9&7 гг.);

всесоюзных семинарах Гоеагропрсма СССР s АгрсЕГ;Тй!1Ш (Куй-бысав-1987 г., Трсс?якец-19££ г.);

не Едуна родных конференциях Т^кшулскетрая", проходок. ix в ГДР (Дрезден 1979, 1982, IS35, IS37 гг.); по центральному телеЕлденлз <1866 г.), По теме диссертации опубликована 51 работа, 1.8. Структура ? об^ем работы. Плссертаидонная работа состоят

из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы и приложения.

Диссертационная работа содержат 501 страницу машинописного текста, 117 иллюстраций,, 119 таблиц. Список литературы включает 400 источников отечественных а зарубежных авторов. В приложении (том '4) приведены математическая обработка результатов экспериментов, копии документов с данными о результатах производственных испытаний и внедрения, разработанные методики а инструкции, расчет экономической эффективности. Приложение содержит 341 страницу маыанописного текста, 35 иллюстраций, IS9 таблиц.

2. обзор тттж по чш ôccsftaiîm

Значктэльнщ" вклад в исследование производства шоколада внес- ' ли Раппопорт A.A., КагТка Б.В., Гр.'зкер B.C., Соколовский, А.Л., I.îap-иалкан Г.А., Кузнецова Л.С., Ермакова Т.П., Зубченко A.B., Клейко Г.ш., Харламова O.A., ¿инке у-'., Нидаек 3., Ыозикан it., Мор 3., Зил-вер Р., Кляинерт xi., 'Чойшнер »v., ХаЕценрайх 3., Мшс Т., Вакрилов Д., Перри ¿., Распер В., Рида 0., Бакех А., Сявиска Г. и многие другие исследователи .Однако, пало кто касался вопроса переработки какао бобов в шоколадные полуфабрикаты я особенно иктзнси$пкация этого производства.

Б работе впервые прдмепся системник подход к исследованию технологического производства. На основе системного подхода и ли-тэратурник данных традиционная технология переработки какао бобов в полуфабрикаты а натуральный коколад представлена как большая система I класса, типа S (рас. I).

¿¡ля большей наглядноетл технологическая система переработки какао бобов в юколадшо пояуЛабр/.кагн и натуральный шоколад дана в виде операторной .модели (рис. 2). Условнио обозначения типовых

С«

Рис. I Структура технологической системы переработки какао ообов в полуфабрикаты 'и.натуральный шоколад

Ст, СР, Со, С,, Сс, - подсистемы образования продукта с заданными технологическими показателями качества, нецентральные подсистемы}

В - подсистема образования пространственного тела с заданными показателями качества, центральная подсистема!

А, Ат, А? - подсистемы образования соответствующего кондитерского изделия и полуфабрикатов (товарных) с показателями качества,соответствующими стандарту, нецентральные подсистемы

лесой.

чпмадочныЕ

МАТЕРИАЛЫ

ШЛО

новы

КАКАО ЙРиПКА I--------' '-----

какао

ТЕРТОЕ

&ОДА Б ВИДЕ ПАРА

Г ВОДА, ШУЧиЕ КИШТЫ

ВОДА, ЛЕТУЧИЕ ЛЕТУчиЕ КИСЛОТЫ

кислоты

Рис.? Технологическая система "Переработка какао бобов в 1) полуфабрикаты и натуральный шоколад"

примеси

блага

ВОД.Л В ВИДЕ ПАРА, АЕТУЧМЕ НИСАОТЫ

сауар-

г I -2-

песок

, ^ 1 |Г1 2 1 1 Гг -1 ^

КАКАОВЕЛЛА В МЕШКАЯ

САМАРНА5)

г—А п

г i |----1

12 ' * I 1 г -I |

5 I I____\ I ла

какао тертое

4 5 2 1112 1

_Г_11___1

Продолжение рис. 2

-ш

Ч Ь 4=1--Ф-^

—ф— -6--0—

10 11

12

—|уу\/|— —| л > » 13 и

и 15

8

Рис. 3 Условные, обозначения типовых процессов: I - соединение без сохранения поверхности раздела исходных компонентов (смешивание)) 2 - соединение с сохранением поверхности раздела исходных компонентов (образование слоя покрытия или слоя начинки)} 3 - разделение) 4 - измельчение) 5 - сложный процесс (комплекс физических, химических и микробиологических процессов)) б - придание кондитерской массе формы) 7 - термообработка) 8 - охлаждение) 9 - темперирование (ввдерживание при перемешивании)) 10 - изменение агрегатного состояния) II - дозирование» 12 - ориентирование) 13 - ароматообразо-вание» 14 - стерилизация) 15 - разрежение) 16 - избыточное давление

- Е ■ -

процессов расшифрованы на рис. 3.

А - подсистема образования завернутой плитки шоколада с показателями качества, соответствующими стандарту: I - оператор образования завернутой шоколадной плитки, П - оператор образования ох-лааденной шоколадной плитки.

В - подсистема образования плитки шоколада с заданными показателями качества: I - оператор образования из темперированной шоколадной массы шоколадной плитки, П - оператор образования темперированной шоколадной массы.

- подсистема образования шоколадной массы с заданными технологическим показателями качества: I - оператор образования шоколадной массы, П - оператор образования измельченной рецептурной смеси, Ш - оператор образования рецептурной смеси.

Сд - подсистема образования темперированного какао тертого с заданными технологическими показателями качества: I - оператор образования темперированного какао тертого, П - оператор образования какао тертого, Ш - оператор образования какао крупки, 17 - оператор образования обжаренных какао бобов, У - оператор образования очищенных какао бобов.

Сд - подсистема образования какао массы с заданными технологическими показателями качества: I - оператор образования какао масла, П - оператор образования темперированного какао тертого, 111 - оператор образования какао тертого, 17 - оператор образования обжаренной какао крупки, У - оператор образования подсушенной какао крупка, 71 - оператор образования потаншрованной какой крупки.

С4 - подсистема образования сахарной пудры с заданными технологическими показателями качества: I - оператор образования сахарной пудры, П - оператор образования подсушенного сахара-песка, С -оператор образования очищенного сахара-песка.

- подсистема образования упакованной какаовеллы с показателями качества, соответствующими стандарту: I - оператор образования упакованной какаовеллы.

Сд - подсистема образования измельченной какаовеллы с заданными технологическими показателями качества: I - оператор образования измельченной какаовеллы.

А2 - подсистема образования упакованного какао порошка с показателями качества, соответствующими стандарту: I - оператор образования упакованного какао порошка.

С £ - подсистема образования какао порошка с заданныг/я технологическими показателями качества: I - оператор образования какао порошка с заданным гранулометрическим составом, П - оператор образования крупных гранул жмыха.

Системный анализ традиционной перэработкя какао бобов в полуфабрикаты и натуральный шоколад, проведенный на основании литературных данных, показал нерациональность переработки дефицитного и дорогостоящего сырья, что проявляется в отсутствии объективных показателей качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, нерациональной подготовке рецептурных компонентов к переработке и отсутствии научного обоснования проведения отдельных технологических процессов.

Используя литературные данные, выделены и проанализированы морфологические, анатомические, физико-химические и микробиологические свойства какао бобов.

Б процессе анализа литературных источников выявлено три воз-мойных направления интенсификации переработки какао бобов в полуфабрикаты а натуральный шоколад:

- придания сырью определенных свойств,

- сокращение операций в технологическом производстве;

- применение способов активизации технологических процессов. Применяя метод комплексного системного подхода к прогнозированию технологического производства и основываясь на достижениях научно-технического прогресса в мировой практике в области переработки какао бобов в полуфабрикаты и натуральный шоколад синтезирована новая система, которая мокет рассматриваться как среднесрочный прогноз в этой области.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПАРТИИ КАКАО БОБОВ Какао бобы (их количество и показатели качества) являются входным параметром в систему: "Переработка какао бобов в полуфабрикаты и натуральный шоколад". Показатели качества какао бобов обусловлены их морфологическими, анатомическими, физико-химическими и микробиологическими свойствами, формирование которых во многом определяется воздействием внешней среды.

В работе эти свойства систематизированы и представлены в табл. 4. Анализ данных таблицы показывает, что до настоящего времени не определены морфологические свойства какао бобов: форма, геометрические размеры и т.д. Не увязаны между собой выход шоколадных, полуфабрикатов и показатели качества какао бобов. Подобные исследования проведены впервые.

Исследование морфологических и физических свойств какао бобов

На основании изучения выборок из различных партий какао бобов, поступающих на кондитерские предприятия (партии отличалась местом произрастания какао бобов, видом урожая) с применением математической обработки результатов исследовании определены:

- геометрические размеры какао бобов - длина {£), ширина (&), толщина (О);

- зависимость между геометрическими размерами: §~ 6,21+0,27^(

толщина какао боба с изменением длины колеблется в пределах 7,5+2,5 мм;

- взаимосвязь меаду массой какао боба Ш\ и его длиной £ т = 2,201 - 0,186<? + 0,0064<?2 . (2)

- обосновано разделение какао бобов на фракции на основании взаимосвязи мекду величиной отношения геометрических размеров какао боба ( а длиной боба, а также взаимосвязи (2). При 6¿ 20 ш и /Л&ЪЬ г какао бобы соответствуют мелкой фракции; 20£ 6 < 24, 85</7?^120 - средней фракции; 24^ £ < 28,

/71 у 120 - крупной фракции.

- изучена форма какао бобов. На основания исследований коэффициентов геометрической формы, сферичности и деформации какао бобы классифицированы по форме как деформированные эллипсоида вращения. Выявлено, что на образование формы какао бобов существенно влияет толщина и длина. Определена площадь поверхности какао бобов и корреляционная связь меаду площадью поверхности какао боба и его размерами. Определены физические свойства какао бобов и их составных частей: объем какао бобов разных фракций, плотность какао бобов, ядра и какаовеллы, толщина какаовеллы.

Показатели, характеризующие качество партии какао бобов Для характеристики качестиа партии какао бобов разработаны единичные и комплексные показатели. Единичные показатели - средний размер какао бобов в партии средняя величина формы какао бо-

бов в партии и массовая доля какаовеллы (ИГ) - определены на

основании исследований закона распределения какао бобов в партии (по длине), зависимое га

= 0,35 - 0,01 & (3)

и взаимосвязи ¡C = 174,S5 - 14,37/ + 0,32 $ . (4)

Комплексные показатели - индекс качества {И) и критерий качества

а

Рис. 4. Морфологические, анатомические, физико-химические и микробиологические

свойства какао бобов

(¿г?^) - получены путем выбора единичных показателей качества, весомой оценки каждого показателя, расчета критерия качества и определения соответствия критерия категории опенки качества.

Категория оценки Критерий опенки Индекс качества, качества качества, И

Высшее > 0,72 И ^ 53

Хорошее 0,5<^.£0,72 90£-И< 93

Среднее 0,30,5 84^ И < 20

Плохое #¿0,3 И <.64

/с

Взаимосвязь меад.у показателями качества партий какао бобов и выходом шоколадных полуфабрикатов

Безупречным по качеству какао бобам: крупным, чистым, хорошо . ферментированным присваивается индекс 100. За каждый дефект: наличие плесени, недоферментированные, поврежденные вредителями и т.д. снимается определенно число баллов. Низкая величина индекса соответствует невысокому качеству партии какао бобов. В табл. I и 2 дан пример расчета величины индекса качества для партии какао бобов. В первой графе табл. I перечислены наиболее часто встречающиеся дефекты какао бобов. Во второй - приводится величина снимаемых баллов за единицу дефекта. Экспериментально определяется доля каждого вида дефекта (3, 4, 5 грас[ы) и рассчитывается количество снимаемых баллов (6, 7 и 8 графы) и средняя величина при определении индекса в 3-х кратной повторноети.

На моделях партий какао бобов с разным значением индекса качества найдена взаимосвязь не ;дм выходом шоколадного полуфабриката и качеством перерабатываемой партии какао бобов, которое характеризуется комплексным числовым показателем - индексом.

Все дефекты какао бобов разделены на две группы. К первой группа относятся бобы недоферментированные, плесневелые, темно-серые,

Индекс качества какао бобов

Таблица I

Дефекты какао бобов

Количество баллов, снятых за единицу

Количество де- Баллы, снятые за фектных бобов,% дефект

Повторноетя определения качества какао бобов

3 I 2 3

I 2

I 2 3 4 5 6 7 8

Недоферментиро-

ванные, шт. См.табл. 2 9 9 5 I I 0

Плесневелые, % 2,0 4 5 2 8 10 4

Темно-серые, % 2,0 0 0 I 0 0 2

Поврекденные

вредителями, % 1,5 0 0 I 0 0 1,5

Растреснутые, % 1,0 3 2 3 3 2 3,0

Проросшие, % 1,5 0 0 0 0 0 0

Количество бо- За I боб

бов в навесе сверх 98 •

из 100 г 0,25 86 88 84 0 0 0

Бой, % 0,50 1,8 1,4 1,6 0,9 0,7 0,8

Отходы, % 1,50 0,2 0,4 0,8 0,3 0,6 1,2

Сумма снятых баллов - - - 13,2 14,3 12,5

Средний результат - - - - 13,3 -

Индекс - - - - - 86,7' -

Таблица 2

Баллы, снимаемые за недодврментированные бобы

Количество фиолетовых бобов 0-5 6-Ю II—15 16-20 21-25 26-30 31-35 36-4С

Снимаемые баллы

0

2

3

4

5

7

9

поврежденные вредителями, растресяутые, проросыие. Ко второй - количество бобов в навеске 100 г, бой, отхода.

Индекс, характеризующий качество партии какао бобов с учетом дефектов, относящихся к первой группе, соответствует Ир Взаимосвязь мекду выходом какао крупки (на предприятиях взвешивается какао крупка) и качеством партии какао бобов, характеризующимся Ир равна: Вкр = 72,87 +• 0,1В Ид- (5)

сндкение индекса И^ на I приводит к уменьшению выхода какао крупки на 0,16$.

Взаимосвязь менду выходом какао крупка В^ и содержанием мелких какао бобов (П. - количество бобов в стограммовой навеске /7? 98), боя (Б) и отходов (От) описываются уравнениям:

Вкр = 93,78 - 0,09/2 , (6)

Вкр = 87,1 - 0,03 Б , (7)

Вкр = 87,1 - 0,88 От (8)

Для расчета выхода какао крупки из партий какао бобов разного качестза вводится поправка П^.

П_ = 0,7858 + 0,0029 И (9)

где М рассчитан по методике, указанной в табл. I с учетом всех дефектов какао бобов в партии.

Прогнозирование шхода шоколадных полуфабрикатов с учетом качества перерабатываемой партии какао бобов

В настоящее время при расчете выхода какао тертого из I т какао бобов, качество их нз учитывается, подразумевается, что перерабатываются бобы среднего качества. Какдому предприятию планируется эта величина, исходя из практики производства.

Правильнее было бы прогнозировать выход какао тертого, тогда появляется возможность анализировать технологическую цепочку, вскрывать потери и создавать условия для их сокращения.

Выход какао тертого может снижаться из-за потерь на отдельных технологических операциях и в результате ухудшения качества перерабатываемых какао бобов. Этот показатель мото рассчитать.

где ~ масса перерабатываемых (товарных) какао бобов, кг; Пц- поправка на качество партии какао бобов, доли ед.; коэффициент извлечения товарных какао бобов после их очистки, доли ед. см. формулу (II); К - массовая доля какаовеллы товарных какао бобов, доли ед.; Clf, Од - массовые доли сухих веществ, соответственно товарных какао бобов я какао тертого, доли ед.; чистота какао крупки, доли ед.; Р^ , Риънг потери соответственно на операциях обжарки, дробления и отделения какаовеллы, измельчения какао крупки, доли ед.

Использование математической модели прогнозирования выхода шоколадных полуфабрикатов позволяет научно обосновать выход полуфабрикатов на конкретном предприятии с учетом оснащенности техникой и качества поступающего на переработку сырья.

4. АНАЛИЗ ТРАДИЦИОННОЙ ТЗШЛОШ ПЕРЕРАБОТКИ КАКАО БОБОВ В КАКАО ТЁРТОЕ

Обоснование необходимости очистки какао бобов: показатель,

характеризующий эффективность очистка

Очистка какао бобов преследует цель разделить поступающую на переработку смесь - товарные какао бобы - на фракции, отличающиеся свойствами частиц, какао бобы я примеси. Четкость разделения влияет на качество продукции и определяет эффективность проведения поелз-дующих технологических операций.

В работе на конкретных примерах показано, что неполное отделе-

нив примесей приводит к снижению чистоты какао тертого, доли в нем шровой фракции и требует дополнительного количества какао масла при приготовлении шоколадной массы для сохранения ее текучести. Общая доля какао продуктов для производства I т шоколада увеличивается, а, следовательно, увеличивается и расход какао бобов.

Эффективность проведения операции очистки какао бобов оценивается коэффициентом извлечения какао бобов который представляет собой отношение массы какао бобов в выделенной фракции к их массе в исходной смеси ^Р^'&д ,

где - масса товарных какао бобов, кг; - масса очищенных какао бобов, кг; доля какао бобов в партии товарных какао

бобов, поступающих на очистку, доли ед.; ^ - доля какао бобов в партии очищенных какао бобов, доли ед.; В - относительный выход очищенных какао бобов из партия товарных какао бобов, доли ед.

Анализ технологической операции очистки какао бобов на очисти-

V

тельно-соргировочшх машинах Е-549 объединения Маде/тга (ГДР), вРС-Ь Фирмы Сагде е Мо^алагс, (Италия) и -II Фирмы Ваиег/г7е1$£ег

(ФРГ) показал, что эффективность очистки не одинаковая. Она зависит от засоренности партии какао бобов а производительности машины.

Разработанный метод контроля очистки какао бобов позволит стабилизировать процесс отделения какао бобов от примесей и повысить качество проведения этой операции.

Исследование процесса термической обработки какао бобов

На предприятиях термической обработк? подвергаются целые какао бобы.

Анализ изменения массовой доли влаги в морфологических частях крупных, средних по размеру и мелких какао бобов при различных ре-

жимах обработки показал:

- скорость удаления свободной влаги из какаовеллы при 180°С (453 К) в 1,1 раза-выше, чем при 155°С (428 К) и в 2,2 раза по сравнению со 130°С (403 К) при одинаковой продолжительности обжарки. Объясняется это большей скоростью изменения градиента пара внутри тонкого слоя какаовеллы (средневзвешенная величина толщины какаовеллы составляет 0,23 мм). В этом случае изменение градиента напоминает испарение жидкости со свободной поверхности;

- при указанных темпесатурах скорость удаления свободной влаги из ядра мелкой франкцщ какао бобов по сравнению с крупной выше соответственно в 1,7; 1,4 и 1,2 раза, что обусловлено формой частиц. Мелкие какао бобы по форме приближаются к пару на Q0%, крупные - только на 40^. Относительная площадь поверхности мелких какао бобов в 1,25 раза больше, чем крупных.

Определены изменения массовых долей влаги и кира в ядре и ка-каовелле какао бобов разных фракций, термически обработанных при различных температурно-вреиенных режимах в аппаратах: STJi 8i/h£S2 (Швейцария), Conti-Ro$ts2 объединения Magernd (ГЦР) и ВИС-42-ДК (СССР). Выявлено, что массовая доля влаги в ядре и какаовелле мелких какао бобов меньше, чем в крупных и средних по размеру какао бобах на 0,5-0,6$.

В процессе термической обработки доля жара в какаовелле возра> тает до 3i (от массы какаовеллы) за счет миграция его из ядра кака бобов: доля аара, переходящая в какаовеллу, зависит от температуры и продолжительности обварки. В какаовелле мелкой фракц&:: какао бобов содеряание жара на 0,5-1,5% (по отношению к массе какаовеллы) выше по сравнению с крупной фракцией.

Следовательно, .для получения равномерно обваренного продукта и избежания потерь какао масла в какаовеллу целесообразно проводит

термический обработку но целых бобов, а какао крупки.

Исследование технологической одерацид получения какао крупки

По традиционной технологии обваренные какао бобы измельчаются, смесь какао крупки и какаовеллн разделяется на составные компоненты.

Измельчение представляет собой процесс разделения твердого тела на части в результате преодоления сил сцепления мекду частицами, благодаря чему образуются новые поверхности. Из известных способов механического разрушения материалов для измельчения какао бобов наиболее широко применяются сааше я удар.

Измельчение какао бобов в какао крупку классифицируется как мелкое. Степень измельчения 25,6.

Измельчение какао бобов в крупку в практике принято называть дроблением.

Анализ работы дробильно-сортировочных машин показал, что потери на операции дробления какао бобов и отделения какаовеллн часто превышают нормируемую величину - 0,32;?. Потери объясняются распылением мелких частиц какао крупки и какаовеллн, образующихся при дроблении обжаренных какао бобов.

Средний размер частиц какао крупки, полученной дроблением какао бобов на различных дробильно-сортировочных машинах (ДВД-ВЗ фирмы Lehmann (фрг); RCM&-17, bp-4i-e, bp-si-sh Фирт Baueimeistei

(ФРГ), 8S-Cüi-6 объединения Mage/üa{YW), составляет 3,4-5,3 мм, какаовеллн - 2,9-6,9 мм.

Отношение средних размеров частиц какаовеллн и какао

крупки ( djfo,) колеблется от 0,85 до I, 3.

Зависимость чистота какао крупки ^/trp. ог соотношения средних размеров частиц какаовеллы и какао крупка характеризуется уравнением: ^ = 1,52 - 1,007х + 0,46х2, (12) где х — •

Хорошее разделение часшц смеси наступает при ¿^Г-'^Я.З, ^ т.е. когда частицы какаовеллы значительно превосходят по размерам частипу какао крупки, или когда частицы какаовеллы меньше частиц какао крупки ( Исследования показала, что при от-

веивании какаовеллы из смеси частиц какао крупки и какаовеллы, которые получаются при измельчении какао бобов в дробильно-сортиро-вочных машинах, ( 0»58 - 1,12), нельзя добиться четкого

разделения и получить какао крупку 0,985.

Принцип разделения, заложенный в дробильно-сортировочных машинах, сначала по размерам частиц (ня кочеблшдихся ситах), а затем по разности аэродинамических свойств какао крупки и какаовеллы не работает в данном случае из-за образования большого количества мели (частиц какао крупки и какаовеллы размером менее I мм), которая представляет собой практически неделимую смесь.

Отделять мель от остальной партии какао крупки и использовать ее в других пооизводствах экономически не выгодно. Поэтому для решения вопроса более полного отпеления какаовеллы следует идти по пути создания технологии переработки какао бобов в какао продукты с измененным гранулометрическим составом, которая исключала образование мели.

Исследование влияния гранулометрического состава на

вязкость шоколадных полуфабрикатов

Какао тертое является не только конечным продуктом в подсистеме 02 (рис. 2), но и входным параметром, исходным продуктом подсистемы С2 - приготовление шоколадных масс. Следовательно, свойства какао тертого во многом определяются требованиями подсистемы Ср В свою очередь, продукт выхода из подсистемы С^ долкен отвечать требованиям готового шоколадного изделия (подсистема А). Поэтому дисперсность и гранулометрический состав шоколада, шоколадной массы и ка-

као тертого необходимо рассматривать в совокупности.

Эффективность процесса измельчения какао крупки характеризуется гранулометрическим составом и вязкостью какао тертого.

С позиций микрореологии вязкость структурированных систем (какао тертое, шоколадная масса) обусловлена: взаимодействием частиц мекду собой, размерами, формой и состоянием поверхности, концентрацией и ориентацией частиц дисперсной фазы, числом и прочность» контактов между ними, толщиной дисперсионной прослойки.

Поскольку твердую фазу шоколадах масс составляют различные по природе частицы, изучал;'! отдельно влияния частиц какао тертого, какаовеллы и сахарной пудры на структурообразованяе масс. Какаовел-ла как примесь всегда присутствует в какао тертом и соответственно в шоколадкой массе, частицы сахарной пудры - один из основных компонентов шоколадной массы.

Ваипейшим критерием, определяющим реологическое поведение дисперсных систем, является размер частиц дисперсной фазы. Усредненной характеристикой размеров частиц служит удельная поверхность, величина которой обратно-пропорциональна, размеру частиц твердой фазы. Поэтому в работе исследовано изменение удельной поверхности частиц дисперсной фазы какао тертого, какаовеллы, сахарной пудры в зависимости от размеров,формы и поверхности частиц.

где /С - коэффициент, учитывающий форму и состояние поверхности частиц. К ? I, в расчетах К = I для частиц сферической формы с гладкой поверхностью; Г1 - количество частиц в I кг; 3 - поверхность о^ной частицы, м^; /77- масса частиц в I кг; V - объем частиц обезжиренного какао тертого в I кг;

^р - плотность частиц обезжиренного какао тертого, равная 1440 кг/м^; - объем одной частиш, м^; - размер частиц, равный м.

Аналогично получены модели расчета удельной поверхности для частиц какаовеллы и сахарной пудры.

Зуд ~ & Ю--(какаовелла) (15)

С 3,80« Д ——- (сахарная пудра) (16)

Зависимости изменения удельной поверхности от размеров чаогид сферической формы, рассчитанные по формулам (13),(15) и (16), имеют следующий характер: с уменьшением размеров частиц от 10 до 5 мкм удельная поверхность возрастает, она соответственно в З'и 6 раз больше по сравнению с частицами размером 30 мкм. Поэтому присутствие в шоколадных массах частиц размером менее 10 мкм ненелагельно.

С увеличением размеров частиц более 35 мкм удельная поверхность изменяется незначительно, однако такие частицы отрицательно влияют на вкус шоколадных изделий.

Исходя из выаеизлояенного, область предполагаемых оптимальных размеров частиц - от 10 до 35 мкм, средний размер частиц - 22,5 мкм Область уточнена экспериментальным путем.

Ыегодом мокрого просеивания на сверхточных ситах производства ГЯР выделены частицы дисперсной фазы какао тертогс и сахарной пудры размером менее 15 мкм, 15-30 мкм, 40-60 ыкм и 80-100 мкм. Частицы какаовеллы - размером 50-100 мкм.

В указанных фракциях удельная поверхность рассчитывалась по формулам (13),(15),(16) и определялась экспериментально методом тепловой десорбции азота на хроматографе-сорбто.четре "Цвет-211".

Величина сдельной поверхности всех фракций сахарной пудры и частиц какао тертого размером менее 15 мкм, хорошо коррелирует с расчетными данными. Величина удельной поверхности частиц дисперсной фазы какао тертого и какаовеллы размером более 15 мкм превышала расчетные значения.

Различие результатов объясняется тем, что в расчетах принимается поверхность чаотиц ровная, а форма частиц правильная, шарообразная. Экспериментально определяется вся поверхность частиц с учетом неровностей, внутренних трещин и пор. Последнее подтверждается результатами изучения микроструктуры частиц.

По отношению экспериментальных значений удельной поверхности к расчетным найдены коэффициенты (К) в формулах (В), (Е). (16', для всех фракций сахарной пудры К = 1,2, для частиц какао тертого К возрастает с увеличением их размеров от 6,3 до 24,1. Наибольшее значение К установлено для частиц какаовеллы - 25,0.

Установленные особенности в микроструктуре и удельной поверхности частиц какао тертого, какаовеллы и сахарной пудры оказывают влияние на реологические свойства суспензий.

Изучение механизма взаимодействия частиц и закономерностей изменения эффективной вязкости, от гранулометрического состава проводили на модельных системах: суспензиях какао тертого, сахарной пудры и какаовеллы в какао масле, взятых в соотношении прябликен- • ных к реальным массам: соответственно к какао тертому и шоколадной массе.

¡Закономерности изменения эффективной вязкости с увеличением размеров частиц в суспензиях носят различный характер.

Для суспензий сахарной пудры наблюдается снижение вязкости с увеличением размера частиц. Взаимодействие частиц в суспензиях'' происходит за счет молекулярных сил сцепления меиду ними через прс*-

слойки дисперсионной среда - какао масло. Эти силы уменьшаются с возрастанием размеров частиц, так как уменьшается удельная поверхность я концентрация частиц твердой фазы,-что приводит к увеличению толщины каровой прослойки, уменьшению количества контактов между частицами я их прочности , и структура не оказывает большого сопротивления приложенному напрякению.

Для какао тертого эти закономерности носят иной характер. С увеличением размеров частиц до 30 мкм эффективная вязкость снижается, при дальнейшем увеличении размера частиц она возрастает. Снижение вязкости объясняется вышеуказанными факторами, поскольку механизм взаимодействия частиц какао тертого с размерами до 30 мкм аналогичен взаимодействию частиц сахарной пудры. Увеличение вязкости обусловлено акизодиамегрпческой формой крупных частиц и их ориентацией. Продолговатая форма частиц и шероховатость их поверхности способствует большему упрочнению структуры. При разрушении агрегатов крупные частицы прсникаит в соседние слои дисперсионной среди, взаимодействуют с частицами этих слоев и оказывают дополнительное сопротивление их движению.

Вязкость суспензии какаовеллы в какао масле обусловлена этиги ке факторами.

Таким образом, исследованы и обоснованы закономерности измене' ния эффективной вязкости от размеров частиц шоколадах полуфабрикатов, уточнен механизм вззямодейсгвня частиц какао тертого, какао Беллы и сахарной пудры различных размеров в суспензиях.

Проведенные иссследовэндя подтвердили и обосновал;! теоретлчзс ки выбранный размер частиц иоколадних полуфабрикатов - 15-30 мкм.

Получзшше закономерности объясняют влияние гранулометричзскс го состава на вязкость я технологические свойства шоколадных .масс,

Анализ гранулометрического состава какао тертого, получаемого на различном измельчающем оборудовании

Исследован гранулометрический состав какао тертого, полученного двумя способами измельчения какао крупки: одностадийным - на дезинтеграторной установке и трехетадийным - последовательно на молотковой, дифференциальной и шариковой мельницах.

Показано преимущество грехстадийного способа измельчения какао крупки в какао тертое по сравнению с одностадийным.

Б какао тертом, полученным грехсгадикным измельчением, больше средний размер частиц, однородность гранулометрического состава и массовая доля частиц размером 15-30 мкм, что приводаг к снижению его эффективной вязкости и экономии какао масла.

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГЛЧЗСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕРАБОТКИ КАКАО БОБОВ В ШОКОЛАДНЫЕ ПОЛУФАБРИКАТУ НА ОСНОВЕ ИГРОТЗК.ИЧЕСКОй ОБРАБОТКИ КАКАО БОБОВ

Исследование процесса гигрогермической обработки какао бобов

С целью получения максимального выхода чистого ядра и отделения какаовеллы в работе применена обработка какао бобов водой (гидрообработка) и паром (гигрогершческая обработка), позволяющая Целенаправленно изменять свойства какао бобов и его составных частей. При указанной обработке усиливаются различия в свойствах какаовеллы и ядра, повышается прочность какаовеллы.

Определены оптимальные регаты обработки какао бобов водой: количество воды, время вндеркивания после обработки, распределение влаги в ядре и какаовелле, минимальная засоренность какао крупки какаовеллой. Показано, что процесс интенсифицируется, если воду заменить паром.

Математическая модель, описывающая процесс обработки какао

бобов паром, представлена уравнением:

У = 0,42 + 0,16 ХХХ2, (17)

где У - доля какаовеллн в какао крупке, доли ед.; - давление пара, МПа; Х2 - продолжительность обработки, мин.

Выбранные параметры влияют на процесс в равной степени.

При гигротермической обработке какао бобов интенсивное проникновение влаги в какаовеллу в начале процесса объясняется сорбцией воды гидрофильным капиллярно-пористым телом. В последующее время влажность какаовеллн изменяется незначительно. Массовая доля влаги в какаовелле возрастает более чем в 2 раза, в ядре - в 1,31,5 раз. Крупные и средние по размеру какао бобы содержат практически одинаковую долю влага, мелкие набирает влаги на 0,5^ больше.

В процессе гигротермической обработки изменяются размеры какао бобов. Наибольшее изменение происходит по толщине какао бобов (за счет распрямления морщин, складок какаовеллн), наименьшее - по длине, причем в большей степени это характерно для мелкой фракции какао бобов.

Удельная внешняя поверхность мелких какао бобов больше, чем крупных в среднем на 25$, поэтому мелкие какао бобы быстрее увлажняются.

Закономерности изменения объема и формы какао бобов разных фракции при обработке паром аналогичны изменению геометрических размеров.

При обработке паром давлением не выше 0,25 ;«Па в течение нескольких минут температура ядра не поднимается выше 80°С, температура нарукных слоев какао бобов не превышает 120°С. Исследование микроструктуры внутреннего слоя какаовеллн (прилегающего к ядру) после гигротермической обработки какао бобов показало нарушение первоначальной структуры (в сравнении с товарными какао бобами).

Целлюлозные лепестки увеличились в размере, набухли и расплылись. Крахмальные зерна потеряли форму. Вероятно, произошла клейстерл-зация крахмала, что способствует приобретению какаовеллой пластичных свойств.

Количество микрофлоры какаовеллы после гигротермической обработке значительно нике, чем после термической обработки, что объясняется повышением теплопроводности среда с увеличением влааноота.

Методом ядерно-магнитного резонанйа проверено, что миграции ядра в какаовеллу в процессе гигротермической обработке не происходит.

В какао бобах после гигротермической обработки массовая доля влаги возрастает в 1,4 раза, амлнного азота и редуцирующих веществ в 1,2 раза, массовая доля сахарозы снижается в 1,3 раза, водорастворимых .дубильных веществ - в 1,2 раза, титруемая кислотность -1,1 раза.

Происходящие преобразования в какао бобах - повышение доли редуцирующих Сахаров, аминного азота и снижение доли водорастворимых дубильных веществ и кислотности - являются резервом для улучшения вкусовых качеств шоколадных полуфабрикатов и готовых изделий.

Увеличение дола влаги приводаг к изменению прочностных свойств какао бобов, которые характеризовались ударной вязкостью. Ударная вязкость возрастала почти в два раза.

Таким образом, обработка товарных какао бобов паром приводит к существенным изменениям их физических сеойств, что несомненно отразится на процессе дробления.

Исследование процессов .дробления какао бобов, обработанных

паром, и отделения какаовеллы из смеси раздробленных какао

бобов

Исследован гранулометрический состав партии какао крупки и ка-

каовеллы,получеиных дроблением какао бобов, обработанных паром, на вальцевом станке и на машине ударно-центробежного принципа действия.Гранулометрический состав какао крупки и какаовеллы меняется: уменьшается доля частиц размером менее I мм, средний размер частиц увеличивается, причем средний размер частиц какао крупки возрастает незначительно, а какаовеллы - в 1,5-2,0 раза.

При измельчении какао бобов, обработанных паром, предпочтение отдается способу ударно-центробекного принципа действия, поскольку при измельчении сжатием значительно снижается производительность оборудования.

Смесь частиц какао крупки и какаовеллы, полученных дроблением какао бобов, обработанных паром, неделима. Дифференциальные и интегральные полигоны скоростей частиц какао крупки и какаовеллы перекрывают друг друга. Разделение частиц возможно после предварительного фракционирования. Разделение какао крупки на фракции произведено на основании соотношений геометрических размеров какао крупки в зависимости от длины частицы. Фракции частиц какао крупки характеризуются следующими размерами: 6 Ъ- 7; 5 ^ С <■ 7; 3 2 С < 3.

Скорость витания частиц какао крупки и какаовеллы из какао бобов, обработанных паром, выше по сравнению со скоростью частиц, полученных по традиционной технологии, в 1,1-1,2 раза.

Влага, приобретенная какаовеллой з процессе гигрогермичзской обработки - свободная; поверхность какаовеллы - крупнопористая, поэтому влага быстро удаляется.

Выравнивание гранулометрического состава частиц какао крупки и какаовеллы, вследствие обработки какао бобов паром, облегчает процессы разделения частиц и термической обработки какао крупки.

Определение реяимов термической обработки какао крупки.

полученной дроблением какао бобов, обработанных даром

Оптимальные режимы термической обработки какао крупки из какао бобов, обработанных паром, определены по совокупности показателей изменения влагосодержания, сахароаминной реакции и ароматообразую-щих веществ.

Термическую обработку какао крупки проводили в условиях лаборатории, при конвективном подводе тепла. Интервал температур составлял П0-140°С (Х^), продолхятельноеть обжарки 20-40 мин (Ъ^). Математическая модель процесса обжарки какао крупки представлена уравнением:

7 = 1,57 - 0,35Х1 - 0,35Х2 + 0,26X^2 + 0,13Х2 (18)

При термической обработке какао крупки снижается массовая доля влаги, редуцирующих веществ, аминного азота, водорастворимых дубильных веществ, титруемая кислотность. рЕ какао крупки равно 5,4-5,6, то есть находится в области, благоприятной для протекания химических реакций.

Сникение доли редуцирующих веществ и аминного азота подтверждает протекание реакции меланоадинообразования. Уменьшение доли Бодорастворимых дубильных веществ и титруемой кислотности способствует улучшению вкусовых достоинств какао крупки.

Высокая корреляционная связь между массовой долей влаги, редуцирующих веществ (0,90) и аминного азота (0,81) указывает на одновременность удаления влаги и сахароаминного взаимодействия.

Анализ изменения скорости убыли редуцирующих веществ и аминного азота позволяет говорить о том, что при обжарке крупки из бобов, обработанных паром, процесс сахароаминного взаимодействия происходит интенсивнее в 1,3-1,4 раза по сравнению с крупкой из товарных какао бобов. Изменение скорости убыли водорастворимых ду-

бильных веществ и титруемой кислотности также выше.

Физико-химические процессы интенсифицируются за счет разрыхления структуры какао бобов.

На основании проведенных исследований выбрана область темпера турно-временных режимов обжарки какао крупки из какао бобов, обработанных паром: температура обаарки 125-140°С, продолжительность 25-30 мин.

Качество обжарки характеризовали также отношением ароматооб-разующих веществ (экстрагированных ацетоном, хлороформом и спиртом) к водорастворимым меланоадинам, то есть количеством аромато-образующих веществ абсорбированных меланоидинами («7). «7 выше для партий какао крупки из бобов, обработанных паром = 0,56-0,52), по сравнению с партиями какао крупки из товарных какао бобов (¿7? = 0,46-0,83), что подтверждает положительное влияние гигро-термической обработки на формирование вкуса и аромата шоколадных полуфабрикатов и готовых изделий.

После обработки паром партий какао бобов с разными сортовыми особенностями «7 стабилизируется, что свидетельствует о снижении различий в сортовых особенностях какао бобов.

Исследование физико-химических свойств какао тертого с

различным содержанием какаовеллы

Влияние какаовеллы на вязкость какао тертого проверена на моделях какао тертого. С увеличением дола какаовеллы в какао тертом массовая доля какао масла (М,) в партиях какао тертого снижается. Этот процесс характеризуется уравнением:

= 55,42 - 1,128 К + 0,065 К2 (15)

Указанная зависимость справедлива при содержании какаовеллы от 0,5 до Юл, Снижение .доли какаовеллы в какао тертом уменьшает количество свободно вводимого какао пасла (¡а) при приготовлении шоколадной

массы. Взаимосвязь выражается уравнением:

М = 0,139 + 0,968 К - 0,054 К2 . (20)

При содержания какаовеллы от 0 до 10% эффективная вязкость какао тертого изменяется согласно уравнению:

? = 0,421 + 0,22 К - 0,013 К2 . (21)

Характер изменения доли вводимого какао масла с повышением чистоты какао тертого представлен на номограмме рецептур шоколадных масс (рис.5). Пдя приготовления шоколадной массы используется рецептурное количество какао тертого (Тпогг ). Какао тертое мокет содержать как примесь разную долю какаовеллы. На рис. 5 в качестве примера приведены три величины засоренности: нормируемая 1,5%, возможно достижимая 1,0$ и завышенная - 5%.

С повышением частоты какао тертого максимально возможное количество его в рецептуре шоколадной массы сникается:

Т„а>(= и : т, (22)

где М -. доля какао масла в шоколадной массе, %; /я - доля какао масла в какао тертом, доли ед. Прямая

Ш=Ы-/лт (23)

характеризует долю вводимого какао масла. Т- доля какао тертого в рецептуре шоколадной массы.

Рецептурное количество какао тертого (Тпа11 ) одинаковое неза-

уиц.

висимо от его чистоты. Следовательно, доля вводимого какао масла, тем меньше, чем чище какао тертое. При снижении засоренности какао тертого доля вводимого какао масла уменьшается на Л М.

Например, для рецептуры шоколада "Банальный" снижение засоренности какао тертого с 1,5 до 1,0$ позволяет экономить 0,08$ (или 3,8 кг) какао масла при приготовлении I т шоколада.

Согласно экспериментальным данным при снижения засоренности какао тертого с 1,5 до 1,0% количество вводимого какао масла умень-

70 Тта 1°/о

л

Рис. 5 Номограмма рецептур шоколадных масс: I, 2, 3. - засоренность какао тертого соответственно 5,0* 1,5 и I, 0%

шается на 0,42^ от рецептурного количества, или на 0,8 кг. Расчетные и экспериментальные данные хорошо согласуются.

Переработка какаовеллы в высокодисперсные порошки

Хакаовелла является продуктом, который не используется в подсистеме С2, но он остается в большой системе. Следовательно, необходимо иметь технологию для ее его переработки, с тем, чтобы полностью использовать какао бобы.

Переработка какаовеллы в большой системе представлена подсистемой Сд. Однако, имеются трудности в технологии переработки какаовеллы, которые связаны с загрязненностью и особенностью ее структуры, отрекающейся на измельчении. В связи с чем какаовелла в настоящее время используется ограниченно.

В работе показаны возможные направления использования какаовеллы:

- загрязненную, заплесневелую какаовеллу использовать для технических целей, например, в промышленности строительных материалов;

- с учетом химического состава какаовеллы развивать исследования в направлении получения натуральных красителей, ароматизаторов, алкалоидов, ншра;

- после тщательной очистки и эффективного измельчения приме-аять как наполнитель в кондитерские изделия.

Рекомендован способ измельчения какаовеллы в высокодисперсные порошки на отечественном оборудовании, дробилке А1-ДДЛ, отличительной особенностью которой является встроенный в помольную камеру классификатор, позволяющий получать порошки с заданным гранулометрическим составом.

На основании проведенных исследований разработана технология переработки какао бобов в шоколадные полуфабрикаты. Подсистема представлена операторной моделью на рис. 6.

ГРиМЕСи

Какао бобы

г X

"П

б

влага к

ВИДЕ ПАРА 5 4 3 1 1 ^

^Летучие кислоты

3 I 1 -

кш05елаа

Г"

Влага вйиде

ПАРА, АЕТУЧНЕ

иислЬты

ЙП |

Аетичие

КИСЛОТЫ

Л1" Гл_.

Аетучие кислоты

С2

КдКАО тертое

оо

Рис. б (Технологическая подсистема "Пераработка какао бобов в какао тертое на основе гигротермической обработки какао бобов"

I- оператор образования темперированного какао тертого; П -оператор образования какао тертоге; Ш -оператор образования обжаренной какао крупки; 1У- оператор образования какао крупки; У -оператор образования 'обработанных паром какао бобов; У1- оператор образования очищенных какао бобов.

Разработанные параметры технологических процессов проверены на отдельных опытно-производственных образцах оборудования. Получены положительные результаты, что позволило рекомендовать его использование при создании поточно-механизированной линии переработки какао бобов в шоколадные полуфабрикаты. Ашаратурно-технологи-ческая схема переработки какао бобов в какао тертое приведена на рис. 7.

Описание технологического производства. Какао бобы с индексом количества 84-90 (среднего качества) и массовой долей влаги не более 7,5;? подаются в воздушно-ситовой сепаратор типа А1-ШС-12 (или А1-БЛС-12) для очистка от примесей на ситах и в пневмосепа-рирующих каналах. С верхнего сига, .диаметр ячеек которого 18 мм, сходом идут крупные примеси. Мелкие примеси составляют проход через никнее сито с диаметром ячеек 7 мм. Какао бобы сходят о нижнего сита и направляются в пневмосепариругащий канал, где отвеиваются легкие примеси. Скорость воздуха в пневмосепарирующем канале 4-6 м/с.

Очищенные какао бобы подаются на гигротермическую обработку в установку, разработанную во |ЩШе. Какао бобы обрабатываются паром давлением 0,02-0,025 Ша в течение 5 мин с последующим выдерживанием. Общее время обработки составляет 10 мин.

После гигротермической обработки какао бобы поступают на дробление в машину А1-ДШЦ-Л, разработанную ВИИЭКИПРОДШШем. Оптимальные реаимы работы дробилки: окружная скорость ротора 23,6 м/с, количество ступеней - 3. Средний размер частиц какао крупки -4,9 мм, какаовеллы - 9,0 мм.

Какаовелла отделяется воздушно-ситовым сепаратором с обязательным набором сиг с размерами ячеек 10-14; 7; 5;_3 и 2 мм. Скорость воздуха в аспл рационных каналах соответственно равна: более

0

1

Рис. 7 | Аппаратурно-т ехнологич е екая схема переработки какао бобов в какао тертое (П = 3 т/ч)

1 I - воздушно-ситовой сепаратор А1-БИС-12»

2 - установка для гигротермическоЯ обработки какао бобов}

3 - дробилка А1-.ЩЩ-Л»

4 - воздушно-ситовой сепаратор типа ВЕ-51-Ш?

5 - установка А1-КУА$ „ . Ь~- диско-штифтовая мельница 13.110 (3 шт.;»

7 - дисковая мельница 310 (3 шт.)»

8 - шариковая мельница 292С (3 шт.)}

9 - дробилка А1-ДЦЛ с воздушной классификацией продукта

5,8; 5,75; 3,7; 2,2 и 0,9 м/с.

Обяарку какао крупки проводят в установке А1-КУА, разработанной ВНИЭКИДРОДМАШем.

Очищенная какао крупка в течение 10 мин проходит

термическую обработку при температуре греющего воздуха 140°С. Массовая доля влаги после термической обработки в виброкипящеы слое составляет ^ 2,5$.

Обдаренная какао крупка измельчается последовательно на трех мельницах: диско-штифтовой типа 13.110, дисковой типа 310 и шариковой типа 292 объединения Ладета (ГДР). В результате такой обработки массовая доля влаги снижается до 2,0$; средний размер частиц составляет 11,0 мкм; частиц размером 15-30 мкм содержится около 30$; массовая доля частиц размером менее 30 мкм - 98'3.

Производительность линии, составленной из указанного оборудования, 3 т/ч. Какаовелла после отделения от какао крупки измельчается в порошок с размером частиц менее 35 мкм на установке А1-ДДЛ. Число оборотов ротора составляет 2930 в I мин, классификатора - 320-435. Массовая доля влаги какаовеллы, подаваемой на измельчение, равна 8-205?; после измельчения - 5-6$. При измельчении какаовеллы, отделенной от какао бобов, обработанных паром, соотношение количества воздуха и какаовеллы составляет 10:1. Производительность установки - 500 кг/ч.

Органолептическая оценка образцов шоколада, приготовленных по традиционной технологии и на основе гигротермической обработки какао бобов проводилась методом парного сравнения. За контрольный образец принят шоколад, приготовленный до традиционной технологии.

Предпочтение по вкусу и аромату отдано шоколаду, приготовленному по новой технологии.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

В работе решена крупная народнохозяйственная проблема рациональной переработка дорогостоящего импортного сырья - какао бобов.

Разработана новая технология переработки какао бобов в какао продукты с учетом морфологических и физико-химических свойств какао бобов и их специальной подготовки (обработки паром), позволяющей получить максимальный выход какао продуктов с минимальной засоренностью какаовеллой.

- Установлены общие закономерности гигротермической обработки какао бобов, определены оптимальные реками обработки, показано преимущество гигротермической обработки по сравнению с градационной технологией при стерилизации какаовеллы, измельчении какао бобов и отделении какаовеллы за счет повышения теплопроводности среды, выравнивания гранулометрического состава частиц какао крупки

и какаовеллы.

- Исследована кинетика физико-химических реакций, протекающих при термической обработке какао крупки из какао бобов, обработают: паром; изменение влагосодеркания, массовок доли редуцирующих веществ, аминшго азота, титруемой кислотности, водорастворимых дубильных веществ, повышения доли ароматообразующих веществ и водорастворимых меланоиданом, на основании чего установлены режимы тер шческой обработки какао крупки.

Показано, что после гигротермической обработки какао бобов независимо от их сортовых особенностей, обкарка какао крупки, может осуществляться при одинаковых температурно-вредюнных режимах.

- Исследован гранулометрический состав, удельная поверхность, микроструктура, форма и состояние поверхности частиц измельченных семядолей какао бобов; установлены взаимосвязи мевду формой, пове] ностью и размерами частиц твердой фазы какао тертого, какаовеллы ]

сахарной пудры, что дало возможность оптимизировать процессы измельчения; установлены закономерности, характеризующие связь между изменения!,ш эффективной вязкости, массовой долей какао масла и размерами частиц шоколадных полуфабрикатов, позволяющие направленно воздействовать на процесс приготовления шоколадных масс, обеспечивая снижение вязкости последних и экономию какао масла.

- Разработана математическая модель прогнозирования выхода шоколадных полуфабрикатов в зависимости' от качества какао бобов и условий их переработки для обоснования выхода шоколадных полуфабрикатов и определения условий проведения процесса с максимально большим выходом.

- Новая технология переработки какао бобов на основе гигро-термической обработки исключает потери какао масла при миграции его в какаовеллу, сникает потери какао крупки при дроблении какао бобов и отделении какаовеллы, повышает чистоту.какао крупки, что способствует экономии какао продуктов при производстве шоколада.

- Ожидаемый экономический эффект при переработке I т какао бобов по нобой технологии составит 16,3 руб., в расчете на год по всей стране - 2,4 млн. руб.

х

х х

Таким образом, создание интенсивной технологии переработки какао бобов позволило решить основное противоречие технологического производства: качество какао бобов - выход готовой продукции.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

I. Маршалкин Г.А., Клдмовцева (Скобельская) З.Г., Дарменко О.П. Вы-кснтролируемых технологических параметров и параметров начест-

ва полуфабрикатов на всех стадиях производственного процесса и рекомендации методов и приборов контроля шоколадного производства. Отчет, J6 гос. регистрации 77030265 (рукопись), МГИШ, I977-IS79 гг., 504 с.

2. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г., Дарменко О.П. Влияние содеркания какаовеллы на вязкость какао тертого - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1979. й 2. С. 33-34.

3. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г., Дарменко О.П., Адкиашвили Г.И. Сферичность - показатель качества какао бобов. Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1979. К 9. С.35-36.

4. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г., Дарменко О.П., Кошелева Л.А. Содержание какаовеллы в какао бобах. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1979. № 10. С. 28-29.

5. Климовцева (Скобельская) З.Г., Маршалкин Г.А. Экспресс-метод определения дисперсности шоколадных полуфабрикатов. Сборник докладов на мекдународной конференции Гранулометрия-79, ГДР, Дрезден, 1980. С. 43-44.

6. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г., Балашова А.Е. Внедрение технологических инструкций по контролю качества товарных какао бобов и контролю качества нх переработки. Отчет, й государственной регистрации 78050645 (рукопись),.МТИПП, 1980,

83 с.

7. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г., Дроздова Н.В., Хайденрайх Е., Хуг В. Сравнение данных седиментационного и ситового методов. -.Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1982. & I. С. 35-36.

8. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г.. Новое в технологии переработки какао бобов. - Обзорная информация. Кондитерская промышленность. - М.: ЩШТЭИпищепром, 1982, 'вып. 4. 32 с.

9. Маршалкин Г.А., Кошелева Л.А., Климовцева (Скобельокая) З.Г. Оптимальный гранулометрический состав шоколадных полуфабрикатов. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1982. й 2. С. 27-28.

10. Маршалкин Г.А., Кошелева JI.А., Климовцева (Скобельокая) З.Г. Удельная поверхность частиц какао тертого в зависимости от их размера и формы. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1982. № 6. С. 34-35.

11. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельокая) З.Г., Кошелева Л.А., Хайденрайх Е. Использование изобутилового спирта и гексана при мокром просеивании. Реферативный сборник. Кондитерская промып-ленность. - U.: ЦШТШпацепром. 1982, серия 3, JS 10. С. 8-9.

12. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельокая) З.Г., Кошелева Л.А., Хайденрайх В., Фридрих Н. Определение гранулометрического состава продукта. Реферативный сборник. Кондитерская промышленность. - М., ЦНШТЭИпящепром. 1982, серия 3, & I. С. 10-11.

13. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельокая) З.Г., Балашова А.Е. Гидрообработка какао бобов. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1982. й 8. С. 32-33.

14. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельокая) З.Г., Балашова А.Е. Показатель очистка какао бобов. - Хлебопекарная и кондитере- ■ кая промышленность. 1982, Js 9. С. 35-36.

15. Маршалкин Г.А., Климовцева (Скобельокая) З.Г., Балашова А.Е. Расчет выхода какао тертого из товарных какао бобов. ЦНШТЭИпи-щепром. "Деп. рукописи", 1982, JS 8. С. 85-87.

16. Носиков B.C., Климовцева (Скобельокая) З.Г., Андропов В.Ф., Еу~ равлева И.А. Термическая обработка какао бобов в электромагнитном поле СВЧ. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1982. й 3. С. 37-38.

17. Маршалкин Г.А., Балашова А.К., Климовцзва (Скобельская) З.Г. Гидротершческая обработка какао бобов. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1983. Гг 4. С. 2S-30.

18. Маршалкян Г.А., Климовдева (Скобельская) З.Г., Балашова А.Е., Трусова И.А. Толщина и удельная масса какаовеллы. ЦНШТЭИпище-пром. "Дзп. рукописи", 1983. J) 4. С. Ill-112.

IS. Носиков B.C., Юшмовцева (Скобельская) З.Г., Куравлева И.А., Шутова О.Г. Эффективный способ обкарки какао бобов. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. IS83. 15 S. С. 33-35.

20. Клмовцева (Скобельская) З.Г., Носиков B.C., Куравлева И.А. Сравнительная характеристика шоколадных полуфабрикатов из какао бобов, обжаренных в поле СВЧ и конвективным способом, научно-технический сборник. Кондитерская промышленность. - Л.: ЦНИИТсИ-пищэпром. IS83, й 3. С. 5-7.

21. Маршалкин Г.А., Юшмовцева (Скобельская) З.Г., Войно Л.И., Туманова А. 13., Батакова О.Ю. Стерилизация какао бобов паром. Научно-технический сборник. Кондитерская промышленность. - IL: ЩЩТЭЛпищепром, IS83. & S. С. 20.

22. Ыаршалкин Г. А., Остапенков АЛл., Носиков B.C., Юшмовцева (Скобельская) З.Г. Применение СВЧ-поля для термической обработка какао бобов. Обзорная информация. Пищевая промышленность. -

М.: ЦшЫТЭИпищепром. IS84, вып. 3, серия 17. 16 с.

23. шаршалкин Г.А., Климовцева ССкобельская) З.Г., Ермакова Л.А., Гундоров И.М. Измельчение продуктов на установке с ударно-цент-рсбез'ной мельницей. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. IS34. й 3. С. 31-32.

24. ;/аршалкан Г.А., Климовцзва (Скобельская) Ь.Г., Комарова Т.В. Сравнительная характеристика ароматических веществ ядра какао бобов и какаовеллы. Экспресс, информация. Пищевая прошшлен-

носгь, отечественный производственный опыт. - 1,1.: ЦИ/ГЛТЗИшще-пром, 1985, вып. 3, серая 14. С. 18-19.

25. Климовцева (Скобельская) З.Г., Дарменко О.П., Дмитриева Л.П. Контроль частоты какао крупки и какаовзллы. Экспресс информация. Кон,-я терская промышленность. - М.: ЦНШЭЛпищепрогй, 1285, вып. 2, серая 14. С. 8-10.

26. Климовцева (Скобельская) З.Г., Дарменко О.П., Дмитриева Л.П. Дробление казсю бобов после гядротермпческой обработки. Экспресс информация. Серия хлебопекарная, кондитерская, макаронная и дроккевая промышленность. Отечественный псоизводствен-шй опыт. - М.: ЩШТЭИпищепром, 1986, И 4. С. 8-9.

27. ¿йршалкан Г.А., Скобельская Б.Г. Исследование структурно-механических свойств пищевых масс и готовых изделий и совершенствование их технологии. Разделы 3-5, 1985 г. JS гос. рех'пстра-цни 0I86007I8I0. Отчет (рукопись). 31, IB6 с.

:8. 1-1аршалкин Г.А., Скобельская З.Г. Оптимизация производства какао продуктов. Отчет. !3 гос.регистрации 01630046377 (Рукопись). ШШ, IS85. 112 с. :9. маршалкин Г.А., Скобельская З.Г., Дарменко О.П. Исследование процесса гидротершческой обработки какао бобов с целью получения какао продуктов с минимальной засоренностью накаовеллой. Отчет. i.i гос.регистрации 11821056571 (Рукопись). 1ШПП, 1985. 39 с.

Скобельская З.Г., Еуравлева Л.А. .0б;:-:арка какао крупкп, получсл-ной из какао бобов, обработанных парс:?.. Экспресс информация. Отечественный производственный опит. - ;'<;.: ДКГЛТЗИшщепром, 1986, вып. 5, серия 4. С. 12-13. ".. Скобельская З.Г,, ауравлгва Л.А. Определение общего салпрэ п рейдирующих зещзспв в какао бобах я ьоколадинх долуЯабгг"'."-

тах. Экспресс-информация. Отечественный производственный опыт. -М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1986, вып. 7, серия 4, С. 11-13.

32. Скобельская 5.Г., Алехина И.О. Определение качества какао бобов. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1986, й 12. С. 38-39.

33. Маршалкин Г.А., Ьдамовцева З.Г. (Скобельская З.Г.), Комарова Т.Б. Яовое в использовании какаоБеллы. Обзорная информация. Кондитерская промышленность. - ш.: АгроНШТЗИШ, 1985, серия 17, вып. 6. 13 с.

34. Скобельская З.Г., шуравлева П. А. Физико-химические показатели какао крупки из обработанных паром бобов. Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1986. й II. С. 40-41.

35. Скобельская З.Г., Мариалкан Г.А. Определение удельной поверхности частиц какао. Сборник докладов конференции "Грануломег-рия-8о", часть 3. ГЕР, Дрезден, 1986 г. С.23-24.

36. ¡¿¡аршалкйк Г.А., Скобельская З.Г., Гарменко О.П. Интенсификация переработки какао бобов. Сборник научных трудов по комплексной научно-технической программе "Продовольствие". :ЛуПШ, 1286.

С. 43-44.

37. каршалкип Г.А., Скобельская З.Г., Дарненко О.П., Лрагилев А.И. Подготовка какао бобов к измельчению и отделению какаовеллы. Хлебопекарная и кондитерская промынленность, 1С£7. гё I. С.ЗБ-39

38. Маршалкин Г.А., Скобельская З.Г., Дарменко О.П. Новая технология переработки какао бобов. - Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1987. й 2. С. 38-39.

39. ¡ларшалкин Г.А., Скобельская З.Г., Дарменко О.П. Интенсивная технология переработки какао бобов, леквузовский сборник /Разработка и совершенствование технологических процессов, машин

т

и оборудования для производства, хранения и транспортировка продуктов питания. 1.1., 1187. С. 16-18.

40. Скобельская З.Г., ыаршалкин Г.А. Переработка какао бобов на кондитерской фабрике "Гриф". Зкспресс-информация. Кондитерская промышленность. Зарубежный опыт. - М. : ЩШТЭИпищепром, 1987, серия S, Га 3. С. 12-14.

41. Скобельская З.Г. Доклад на Всесоюзном семинаре "О мерах по расширению ассортимента, повышению качества продукции и рациональному расхо_ованию сырья в кондитерской промышленности. -Хлебопекарная и кондитерская промышленность. 1987, й 9. С. 10-II.

42. A.c. 695646 СССР МКИ А230 1/02. Способ получения какао крупки /Ыаршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г., Дарменко О.П. /СССР. Заявл. 11.07.77, опубл. 05.11.79, Бюл. 41.

43. A.c. 1007636, СССР Шл А230 1/02. Способ получения какао крупки /Ыаршалкин Г.А., Климовцева (Скобельская) З.Г., Мельников S.M., Балашова А.Е. (СССР). ЗаяБЛ. 13.06.81, опубл. 30.03.83. Бюл. 12.

44. A.c. 1324626 СССР МКИ А230 1/02. Установка для гидротермической обработки какао бобов /Маршалкия Г.А., Драгилев А.И., Скобельская З.Г., Дарменко О.П./ СССР; заявл. 30.05.85. опубл. 23.07.87. Бюл. 27.

15. A.c. 1364962 СССР 001, /¿21/64. Способ контроля качества пищевых продуктов /Тимошкин З.И., Красников В.В., Кишковский З^Н., Тяткова A.B., Пучкова Л.И., Маклюков B.II., Маршалкин Г.А., Скобельская З.Г., Алехина И.С./ СССР; заявл. 30.12.85, опубл.

07.01.ob. Бюл. I.

16. А.о. 1386897 СССР 001, Я 33-02. Способ контроля качества какао бобов /Скобельская З.Г., Алехина И.С./ СССР; заявл. 30.06.86, опубл. 07.04.Ь8. Бюл. 13.

:7. Скобельская Э.Г., "рхипова ¡0. Использование какаовеллы. Науч»

но-технический реферативный сборник, зарубзсный опыт. Кондитерская промышленность. - ¡.1. : ШШЭИАгропром, 1987. С. 6-7. 43. Скобельская З.Г., Симонова В.К. Средний размер какао бобов. -Хлебопекарная и кондитерская промышленность, IS87. D II. С.

49. Скобельская З.Г., Даркзнко О.П., Силаев О.Г., Негрозова М.П., 1'римберг З.Ы., Рохлина А.И. Дробление какао бобов на отечественном оборудовании - Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1587. В 12. С. 36-37.

50. Скобельская З.Г. Размер и форма какао бобов и какао крупки. Сборник докладов на мовдународной конференции "Гранулометрия", часть 2, ГДР, Дрезден, 1987. С. 52-53.

51. Скобельская З.Г. Прогнозирование выхода какао шоколадных полу-

фабрикатов с учетом качества какао бобов и условий их переработки. Научно-технический реферативный сборник. Передовой науч но-производственный опыт в лицевой промышленности, рекомендуемый .для внедрения. - и.: АгроНЯЩ £Ш, 1985, вып. 3. С. 5-8.

32-33.