автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Математическое моделирование процесса экструзии в двухшнековом экструдере при производстве зерновых чипсов

На правах рукописи

ПОПОВ Александр Сергеевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИИ В ДВУХШНЕКОВОМ ЭКСТРУДЕРЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗЕРНОВЫХ ЧИПСОВ

Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты

пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (ВГТА) на кафедре «Процессы и аппараты химических и пищевых производств».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

А.Н. Остриков

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Балюбаш В.А.

доктор технических наук, профессор Касьянов Г.И. Ведущая организация - Санкт-Петербургский филиал

государственного научно-

исследовательского института хлебопекарной промышленности

Защита диссертации состоится «10» мая 2006 года в М час. на заседании диссертационного совета при Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий Д 212.234.02 по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУНиПТ.

Автореферат разослан « (г » 0Ц 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

В.С. Колодязная

¿OOfcfl 723ÎT

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основным направлением развития пищевой промышленности в последнее время является создание сбалансированных пищевых продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности. Этому требованию удовлетворяет в полной мере один из наиболее эффективных способов переработки пищевого сырья растительного и животного происхождения - термопластическая экструзия. Она позволяет осуществлять комплексную переработку исходного сырья в одном виде оборудовании с приданием ему новых свойств в результате комплексного воздействия температурного поля и сдвиговых усилий от рабочих органов экструдера.

Значительный вклад в развитие теории экструзии внесли такие зарубежные и отечественные ученые как: Ch.I. Chung, Е. Colonna, Е.С. Bernhardt, В.Н. Maddock, R.S. Mallouk, J.M. McKelvey, G. Shenkel, Z. Tadmor, M. Williams, A.H. Богатырев, И.Э. Груздев, А.И. Жушман, В.Г. Карпов, Л.П. Ковальская, Е.К. Коптелова, Г.М. Медведев, В.П. Первадчук, В.А. Силин, Р.В. Торнер, И.Б. Хейфец, Н.П. Черняев, В.П. Юрьев, В.И. Янков и др.

Для повышения стабильности проведения процесса экструзии и повышения качества готовой продукции необходимо устранять застойные зоны, возникающие в предматричной зоне экструдера. Поэтому математическое моделирование движения расплава продукта в данной области и разработка новых конструкций формующих узлов экструдера являются актуальными задачами, имеющими важное теоретическое и прикладное значение.

Работа проводилась в соответствии с планом НИР Воронежской государственной технологической академии кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) ВГТА на 2001-2005 гг. «Исследование гидродинамики, тепло- и массообмена в системах: твердое тело - жидкость, твердое тело - газ при течении в каналах разной геометрической формы» (№ гос. регистрации 01.960.006217).

Цель и задачи диссертационной работы: Целью диссертационной работы являлось изучение гидродинамики расплава продукта в предматричной зоне двухшнекового экструдера, разработка на основании полученных данных новых конструкций

РОС НАЦИОНА. Н БИБЛИОТЕКА С.Петербург Q\

формующих узлов экструдера и обоснование параметров проведения процесса экструзии модельной зерновой смеси.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Математическое моделирование процесса экструзии пищевой среды в предматричной зоне двухшнекового экструдера;

2. Исследование основных закономерностей процесса обработки зерновой смеси на двухшнековом экструдере и выбор его рациональных параметров;

3. Исследование реологических свойств расплава модельной зерновой смеси;

4. Разработка методики инженерного расчета двухшнекового экструдера;

5. Разработка новых конструкций и способов производства экструдированных продуктов;

6. Разработка поликомпонентной смеси для производства продуктов питания сбалансированного состава;

7. Определение формы связи влаги в материале и условий терморазложения экструдируемой смеси;

8. Определение биологической, энергетической и пищевой ценности экструдированных чипсов;

9. Проведение промышленной апробации предлагаемого способа производства экструдированных зерновых продуктов функционального назначения.

Научная новизна. На основании проведенных исследований, обобщения и анализа разработан способ производства экструдированных амарантовых чипсов.

Определены реологические показатели зерновой смеси на основе шрота амаранта находящейся в виде расплава полимера в предматричной зоне.

Разработана математическая модель движения аномально вязкой жидкости в предматричной зоне двухшнекового экструдера. Определены поля скоростей и давления в рассматриваемой области и оптимизирована геометрия внутренней поверхности формующего узла, позволяющая предотвратить возникновение застойных зон и повысить производительность экструдера. Используя результаты математического моделирования, разработа-

ны новые конструкции формующих узлов экструдера (Пат. РФ № 2185286, 2213659,2241598,2251485).

Изучено влияние влажности продукта, поля температур по длине рабочей камеры экструдера, частоты вращения шнека, длины и диаметра формующего канала матрицы на кинетику исследуемого процесса, что позволило выявить научно обоснованные рекомендуемые области, в которых необходимо осуществлять экструдирования зерновой смеси при использовании двухш-нековых экструдеров.

Стабильность работы и качество получаемого продукта при переработке пищевого сырья с помощью экструзионной технологии зависит во многом от рабочих органов экструдера и предварительно прошедшей обработки перерабатываемого сырья. Для решения данной задачи были разработаны конструкции экструдеров, позволяющие повысить эффективность переработки исходного сырья (Пат. РФ № 2205105,2214918,2227783,2252871).

Практическая ценность работы заключается в том, что разработаны оригинальные конструкции экструдеров для получения продуктов питания нового поколения, получен экструдированный продукт - амарантовые чипсы, обладающий хорошими потребительскими свойствами и высокой пищевой ценностью. На основе математического моделирования разработана оптимальная геометрия предматричной зоны двухшнекового экструдера, позволяющая увеличить производительность экструдера и улучшить качество готового продукта за счет уменьшения застойных зон.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2001 по 2004 гг.); Екатеринбурге (2001), Тольятти (2001), Новосибирске (2002,2003), Уфе (2003), Казани (2004), Могилеве (2004,2005).

Результаты настоящей работы представлены на конкурсах и отмечены дипломами: 17-ой межрегиональной выставки «ПРОДТОРГ» г. Воронежа в 2003 г.; конкурса инновационных проектов «ПРОДТОРГ» г. Воронежа в 2003 г.; выставки «ЦЕН-ТРАГРОМАШ» г. Воронежа в 2004 г.; П-ой Всероссийской выставки-ярмарки «ИННОВ-2005» г. Новочеркасск, 2005 г.

По результатам работы получено звание лауреата премии администрации Воронежской области среди молодых ученых за 2002 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 31 работа, в том числе получены 8 патентов Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 79 рисунков и 20 таблиц. Список литературы включает 120 наименований, в том числе 18 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 52 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние и тенденции развития процесса экструзии, обоснована актуальность темы, приведены цели и задачи диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В обзоре литературы систематизированы литературные данные о современном состоянии и основных направлениях совершенствования техники и технологии получения экструдиро-ванных продуктов питания. Приведены конструкции двухшнеко-вых экструдеров, выпускаемых в России и за рубежом, рассмотрены их особенности и на основании этого представлена общая классификация экструдеров и сменных шнековых .элементов. Дан анализ достоинств и недостатков математических моделей двухшнековых экструдеров.

На основании проведенного системного анализа обоснован выбор объекта исследования, сформулированы задачи диссертационной работы и определены методы их решения.

Изложено описание экспериментальных исследований процесса экструзии модельной зерновой смеси, на экспериментальном двухшнековом экструдере, включающем рабочую камеру с наборными шнеками и матрицей, станину, регулируемый привод и блок контрольно-измерительной аппаратуры.

Исходя из требований максимальной биологической ценности и технологических особенностей экструзионной обработки зерновых продуктов, в частности общего содержания крахмала, обоснован состав исходной смеси, состоящей из 42 % шрота амаранта сорт «Ультра» (ТУ 9146-017-56459986-2003), 14 % риса (ГОСТ 6292-90), 38 % гороха (ГОСТ 28674-90) и 6 % картофельного крахмала (ГОСТ 7699-78).

Исследование процесса экструзии модельной смеси проводилось в следующих диапазонах изменения режимных параметров: начальная влажность IV = 18...25 %; частота вращения шнеков 0,5 до 2,5 с"1; температура экструдера по технологическим зонам от 323 К в зоне загрузки до 423 К в предматричной зоне.

Реологические исследования различных ученых позволяют отнести расплавы продуктов на зерновой основе находящиеся в зонах дозирования и формования к вязким неньютоновским жидкостям, подчиняющимся степенному закону Оствальда-де-Виля.

т = (1)

Коэффициенты ц и п находились согласно методике, предложенной Крыжановским В.О. Используя уравнение (1) и экспериментальные данные (давление в предматричной зоне экструдера и производительность) были определены расчетным путем без проведения дополнительных вискозиметрических исследований коэффициенты // и п и определена их зависимость от влажности исходного сырья (ЙР, %) и температуры расплава (Г, К).

// = 110412-2254,11 IV-174,52 Г+ 42,22 IV1, (2) п = -0,6564 - 0,0026 РГ + 0,00228Г. (3)

Полученные уравнения (2, 3) позволяет с достаточной точностью прогнозировать их изменения в исследуемом диапазоне значений факторов.

Проводилась серия экспериментов со шнеками четырех конструкций обеспечивающих степень сжатия продукта равную 1,7, 1,89, 1,89 и 2,125 м3/м3.В результате было определено, что температурный режим по зонам экструдера должен быть следующим: в зоне загрузки - 323...343 К; в зоне сжатия - 363...373 К; в зоне гомогенизации - 398... 408 К; в зоне дотирования -403...418 К, а создаваемое в экструдере давление принимает значение равное 4,5.. .6,0 МПа (рис. 1).

При постоянном подводе тепла 0,068 Вт/мм2 и изменении частоты вращения шнеков от 0,5 до 2,5 с"1 наблюдалось уменьшение температуры расплава на величину А Г, что свидетельствовало о необходимости подвода дополнительного количества тепла чтобы поддерживать постоянную температуру продукта в предматричной зоне

Рис. 1. Давление, температура и степень сжатия продукта по длине рабочей камеры при влажности % и диаметре частиц ¿/.,=0,32.. .0,63 мм.

АГ= -11,5+16,9-и. (4)

Из данной зависимости видно, что падение температуры носит линейный характер, что свидетельствует о том, что выделение тепла в результате сил внутреннего трения также носит линейный характер.

В результате математической обработки экспериментальных была определена также зависимость времени нахождения продукта в экструдере от частоты вращения шнеков (в диапазоне 0,5 ... 2,5 с'1).

т ОД 50 + 0,123 • 0,798 • п) ' Таким образом, время находится в обратно пропорциональной логарифмической зависимости от частоты вращения рабочих органов экструдера. Среднеквадратичное отклонение от экспериментальных данных при использовании зависимости (5) составило 17,2 %.

Установлено, что давление продукта в гтредматричной зоне экструдера носит гиперболический характер уменьшается с увеличением диаметра формующего канала от 0,004 м до 0,010 м. Причем, чем меньше влажность перерабатываемой зерновой смеси, тем больше развиваемое экструдером давление.

Приведено численное решение математической модели течения вязкой жидкости в предматричной зоне с учетом вращающихся конусов шнеков экструдера (рис. 2).

Задачей математического моделирования являлось выявление застойных зон в предматричной зоне экструдера и нахождение рекомендуемой геометрии формующей матрицы, позволяющей добиться выравнивания полей скоростей. Это позволит увеличить производительность экструдера за счет уменьшения сопротивления матрицы и улучшить качество готового продукта.

Для решения поставленной задачи использовался метод конечных элементов (МКЭ). Модели включают в себя классические уравнения механики сплошных сред: уравнения Навье-Стокса, неразрывности, которые дополнялись граничными условиями.

Вязкость зерновой смеси учитывается уравнением, которое выражается в виде степенного закона (1), реологические коэффициенты которого //и п определялись по формулам (2), (3).

При моделировании использовались следующие допущения: процесс стационарный, скорость на входе распределяется равномерно и принимается постоянной, температура расплава постоянна, давление на выходе из формующего канала равно 101300 Па.

Первоначально производилось моделирование движения жидкости в рассматриваемой области с помощью программы Рет-1аЬ 3.0а. Для этого осуществлялось построение предматричной зоны, задавались теплофизические (плотность) и реологические свойства жидкости (коэффициенты ¡и и п), г раничные условия, производилось разбиение области на конечные элементы с дальнейшим решением поставленной задачи нелинейным решателем, основанным на алгоритме обобщенной минимальной невязки.

В результате были получены поля скоростей (рис. 3) и давления (рис. 4) в рассматриваемой области при следующих условиях: температура расплава продукта в предматричной зоне 403 К; влажность зерновой смеси 22 %; динамическая вязкость равна 10118 Па с; диаметр формующего канала 0,006 м. Значения скоростей и давления определяются по цветовой палитре расположенной справа от основного поля.

10 987654^2 I

1Ю

Й

ыт

// А

С\

г

И* О* Ч £ * Л г *> I

Рис. 2. Предматричная зона

Полученная математическая модель позволяет с достаточной точностью (±13,54 %) рассчитать поля скоростей и давлений.

I

I

Рис. 3. Ноле скоростей Рис. 4. Поле давления

Однако решение поставленной задачи с помощью данной инженерной программы не позволяет учитывать влияние от вращающихся конусов шнеков, поэтому для учета этого фактора была написана программа в Maple 8.0.

Система уравнений Навье-Стокса решается методом конечных элементов. Скорости и давление в пределах конечного элемента аппроксимируются следующими выражениями:

«х = ¿>,М«, = №}; «у=5>,М V, = МИ, (6)

(=i

1=1

пр

(7)

где М,, Nр1 ~ функции форм для скоростей и давлений.

Применение метода Галеркина и ортогонализация невязки к функциям форм .V, и N^ приводят к следующей системе:

Л)

Фг Ф, ф if * ас у ф Sc Ке{

Аи, - —

х /

Ф„

ас

.у Фу ф I ж 3 у ф ф Re у

dA = 0; dA « 0; (8)

Фу ф

d4-0.

Применив формулу Грина и подставив выражения (6, 7) в (8), получаем следующую систему уравнений:

Ии=И, (9)

где

И=

^ии кир ®

кри 0 кру

О кУр кп

И-

■I

ОТ

зы

+ и,

Ж

сЫ оН + дЫ

& с\ А'

V х

ы= ¿м

&

сМ ду

с1Л-

ЛА;

!>гм Ш- ¿кГ

сЫ

ск

+ ГхЩсЫ;

(14;

[*„ь I

/V -,/> 1 Л

<3с

+ г/,

31

Ие

¿Эг I \ ¿к

г

А. А.

<1Л\

С помощью расчетных соотношений (9) формируется глобальная система уравнений следующего вида:

МфМ/г}. (10)

где [к] - матрица системы; {ф} - вектор узловых значений искомой функции; {/г} - вектор глобальной системы алгебраических уравнений.

Конусы шнеков присутствуют в первых пяти сечениях (рис. 2), поэтому расчет проводится только для них. Для этого производили разбиение сечения на конечные элементы, определялись координаты узловых точек квадратичного изопараметри-ческого элемента, задавались граничные условия, и производился расчет с дальнейшей обработкой полученных данных (рис. 5).

> ,Л

' А

-е

К'/

/,/--- л

■е

Масштаб 0 100 м/с

Л'л

Рис. 5. Поле скоростей в первом сечении В результате совместного анализа данных была получена оптимизированная форма предматричной зоны двухшнекового экстру-

дера для формования одного жгута продукта (рис. 6). В ней

устранены застойные зоны и повышена равномерность движения расплава продукта.

Приведены исследования по комплексной оценке качества экструдированных зерновых палочек. По цвету, вкусу и аромату экетрудат имеет удовлетворительные потребительские данные. Энергетическая ценность полученного продукта сосгав-

ЛГ ¿ггт-- 7

У

4/г

Рис. 6. Рекомендуемая форма предматричной зоны двухшнекового экструдера

ляет 1418^2 кДж/100 г (табл. 1),

Для определения биологической ценности экструдата исследовано содержание в нем аминокислот. Полученные чипсы обладают высокой биологической ценностью (76,9 %), отражающей сбалансированность аминокислотного состава, по сравнению с рекомендованным ФАО/ВОЗ. Соотношение углеводов и белков близко к рекомендованному в формуле Покровского и составляет 4,2:1,0.

Представлена методика инженерного расчета двухшнековых экструдеров с зацеплением и дано описание разработанных конструкций двухшнекового экструдера и формующего устройства.

В конструкции формующего устройства экструдера (Пат. РФ № 2185286) имеется подвижный дорн, обеспечивающий постоянство значения давления в предматричной зоне экструдера, за счет изменения проходного сечения формующего канала (рис. 7).

») б) »> г)

Рис.7. Формующее устройство экструдера: 1 - рабочая камера экструдера; 2 - обтекатель; 3 - дорн; 4 - матрица; 5 - пружины; 6 - диск; 7 - цилиндрический вал; 8 - выступы; 9 - каналы; 10 - упоры; 11 - отверстия диска; 12 - отверстии матрицы; 13 - отверстия; 14 - кольцевой паз; 15 - упорные шайбы; 16 - кольцо; 17 - конус; 18 - промежуточный диск; 19 - отверстия; 20 - кольцевой паз.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

По результатам теоретических, экспериментальных и производственных исследований процесса экструзии зерновой смеси были получены результаты и сделаны следующие выводы:

1. Обоснован выбор и содержание компонентов модельной смеси, состоящей из 42 % шрота амаранта сорт "Ультра" (ТУ 9146-017-56459986-2003), 14 % риса (ГОСТ 6292-90), 38 % гороха (ГОСТ 28674-90) и 6 % картофельного крахмала (ГОСТ 7699-78).

2. Методами термического анализа выявлены температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной энергией связи, и установлена максимальная температура нагрева

зерновой смеси (407 К), при превышении которой происходит термическое разложение компонентов смеси.

3. Подтверждено, что расплав зерновой смеси находящийся в предматричной зоне экструдера относится к псевдопластическим жидкостям и может быть описан степенным законом Оствальда-де-Виля. Определена зависимость изменения реологических коэффициентов, входящих в степенной закон, от влажности и температуры.

4. Выявлено, что основными факторами, влияющими на протекание процесса экструзии являются: диаметр формующего канала, степень сжатия и частота вращения шнека. Получены рациональные режимы экструдирования: температура смеси в зоне загрузки 323...343 К, перед матрицей 403...413 К, частота вращения шнеков 1,4 с"1, начальная влажность смеси 20...22 %, диаметр формующего канала 0,004.. .0,006 м, степень сжатая шнека 2,125 м3/м3.

5. Разработана математическая модель движения расплава продукта в предматричной зоне двухшнекового экструдера, учитывающая влияние от вращающихся конусов шнека. В результате моделирования оптимизирована геометрия внутренней поверхности формующего узла, позволяющая устранить застойные зоны и добиться равномерной скорости движения расплава экструдата. Полученная математическая модель позволяет с достаточной точностью (±13,54 %) рассчитать поля скоростей и давлений.

6. Экструдированные чипсы содержат 15,68 % белка, 1,55 % жира и 66,83 % углеводов, обладают высокой биологической и пищевой ценностью. Их энергетическая ценность составляет 1464,4 кДж/100г.

7. Разработаны конструкции экструдеров и их формующих устройств, позволяющих выровнять поле скоростей в предматричной зоне и минимизировать пульсации давления от вращающегося шнека экструдера (Пат. РФ № 2185286, 2205105. 2213659, 2214918,2227783,2241598,2251485,2252871).

8. Проведены производственные испытания способа получения зерновых палочек в ОАО «Алексеевский хлебозавод» на промышленном экструдере А2-КХП, которые подтвердили рациональные технологические параметры.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Осгриков, А.Н. Разработка конструкции экструдера для получения продуктов питания с программируемыми свойствами [Текст]: Тезисы Международного симпозиума / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, A.C. Рудометкин, В.Н. Василенко, A.C. Попов. Федеральный и региональные аспекты государственной политики в области здорового питания. - Кемерово: КМТИ. - 2002. - С. 181-183.

2. Остриков, А.Н. Кинетика экструдированных хлебных палочек [Текст]: Сборник трудов III международной научно-практической конференции/ А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, A.C. Рудометкин, A.C. Попов. Пища. Экология. Качество. - Новосибирск: СибНИПТИП. - 2003. - С. 527-530.

3. Остриков, А.Н. Конструктивное решение вопроса стабилизации давления в предматричной зоне экструдера [Текст] / А.Н. Остриков, Р.В. Ненахов, A.C. Рудометкин, В.Н. Василенко, A.C. Попов. Техника машиностроения. - 2003. - № 4. - С. 90 - 93.

4. Остриков, А.Н. Производство экструдированных продуктов с белковыми добавками [Текст] / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, К.В. Платов, A.C. Попе». Пищевая промышленность. - 2003. - ЛИ 1. - С. 36 - 37.

5. Остриков, А.Н. Основные рекомендации по проектированию сбалансированных экструдируемых смесей [Текст]: Сборник тезисов / А.Н. Остриков, К.В. Платов, A.C. Попов, И.Ю. Соколов. Пищевые технологии. - Казань: КГТУ.- 2004. - С. 58 - 59.

6. Остриков, А.Н. Перспективные конструкции формующих устройств экструдера [Текст]: Междунар. сб. науч. тр. / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, A.C. Рудометкин, A.C. Попов. Проблемы пищевой инженерии и ресурсосбережения в современных условиях. - СПб.: СПбГУ-НиПТ. - 2004. - С. 182 - 186.

7. Остриков, А.Н. Оптимизация аминокислотного состава экструдированных продуктов на основе амарантового шрота [Текст] / А.Н. Остриков, A.C. Попов, И.Ю. Соколов. Изв. ВУЗов Пищевая технология. - 2004. - № 5-6. - С. 34 - 36.

8. Корчагин, В.И. Реологические характеристики теста с композитным экструдатом [Текст]: Сборник научных трудов / В.И. Корчагин, Н.М. Дерканосова, Л.И. Столярова, В.И. Карпенко, A.C. Попов. Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития. -Екатеринбург: УГЭУ. - 2005. - С. 33 - 34.

9. Остриков, А.Н. Влияние технологических параметров процесса экструзии на коэффициент вспучивания зерновых палочек [Текст] /

ZooCA

p-72 3 5

A.H. Остриков, O.B, Абрамов, A.C. Рудометкин, A.C. Попов. Доклады РАСХН. - 2005. - № 2. - С. 53 - 55.

10. Остриков, А.Н. Разработка перспективных конструкций экс-трудеров для производства комбинированных экструдированных продуктов [Текст] / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, A.C. Попов, И.Ю. Соколов. Техника машиностроения. - 2006. - № 1. - С. 42-45.

11. Пат. №.2185286 РФ, МКИ7 В 29 С47/22, 47/12. Формующее устройство экструдера [Текст] / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, A.C. Рудометкин, A.C. Попов (РФ). - № 2001128917/12; Заявлено 26.10.2001; Опубл. 20.07.2002; Бюл. №20.

12. Пат. №.2214918 РФ, МКИ7 В 29 С47/38, 47/20, А 23 Р 1/12. Экструдер [Текст] / А.Н. Остриков, В.Н. Василенко, A.C. Попов (РФ). -№ 2003100988/12; Заявлено 13.01.2003; Опубл. 27.10.2003; Бюл. №30.

13. Пат. №.2227783 РФ, МКИ7 В 29 С47/38, А 23 Р 1/12. Экструдер для производства комбинированных продуктов [Текст] / А.Н. Остриков, В.Н. Василенко, A.C. Попов (РФ). - № 2003110204/12; Заявлено 09.04.2003; Опубл. 27.04.2004; Бюл. №12.

14. Пат. №2241598 РФ, МКИ7 В 29 C47/I2,47/20. Экструдер для переработки термопластичных материалов (варианты) [Текст] / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, В.Н. Василенко, A.C. Попов (РФ). - № 2003122377/12; Заявлено 17.07.2003; Опубл. 10.122004; Бюл. №34.

15. Пат. №.2251485 РФ, МКИ7 В 29 С47/16. Экструзионная плоскощелевая головка с регулируемым профилем формующего канала

[Текст] / А.Н. Остриков, К.В. Платов, A.C. Попов, И.Ю. Соколов (РФ). - о

№ 2004109963/12; Заявлено 01.04.2004; Опубл. 10.05.2005; Бюл. №13. '

16. Пэт. №.2252871 РФ, МКИ7 В 29 С47/08, 47/10, 47/78, А 23 Р 1/12. Экструдер [Текст] / А.Н. Остриков, A.C. Попов, И.Ю. Соколов (РФ). - № 2004123781/12; Заявлено 05.08.2004; Опубл. 27.05.2005; Бюл. №15.

Подписано к печати З/.ОЗ 06. Формат 60*84 1/16. Бум. писчая. Печать офсетная. Печ.л. 1. Тираж 80 экз. Заказ № 93 СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9 ИПЦ СПбГУНиПТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9

ВВЕДЕНИЕ. Г л а в а 1. Современное состояние теории, техники и технологии производства продуктов питания на двухшнековом ^ экструдере.

1.1. Основы теории и краткий обзор двухшнековых экструдеров.

1.2. Технологии получения экструдированных продуктов питания

1.3. Выбор компонентов модельной зерновой смеси.

1.4. Анализ существующих математических моделей процессов, происходящих в двухшнековых экструдеров.

1.5. Анализ литературного обзора и задачи исследования.

Г л а в а 2. Теоретические и экспериментальные исследования

Ф процесса экструзии зерновой смеси в двухшнековом экструдере.

2.1. Обоснование выбора рецептурных компонентов.

2.2. Исследование зерновой смеси методами термического анализа.

2.3. Экспериментальная установка.

2.4. Методика проведения эксперимента.

2.5. Влияние гранулометрического состава зерновой смеси на характер протекания процесса экструзии. ф 2.6. Исследование реологических характеристик расплава зерновой смеси в предматричной зоне двухшнекового экструдера

2.7. Кинетика процесса экструзии.

Г л а в а 3. Математическая модель движения аномально вязкой жидкости в предматричнои зоне двухшнекового экструдера.

3.1. Теоретические основы моделирования движения вязкой жидкости.

3.2. Обоснование метода решения задач течения реологических жидкостей. ф 3.3. Трехмерная модель движения жидкости в предматричной зоне двухшнекового экструдера.

3.4. Двухмерная модель движения жидкости в зазоре, ограниченном стенками матрицы и вращающимися конусами шнеков экструдера.

3.5. Результаты расчета математического моделирования.

3.5.1. Трехмерная модель.

3.5.2. Двухмерная модель.

3.6. Анализ математической модели.

Г л а в а 4. Комплексная оценка качества экструдированных продуктов.

4.1. Исследование качественных показателей экструдированных ф палочек.

4.1.1. Методы исследования физико-химических свойств образцов.

4.1.2. Анализ качественных показателей экструдированных палочек.

4.2. Определение микробиологических показателей экструдата.

4.3. Анализ пищевой ценности разработанного экструдированного продукта.

Г л а в а 5. Разработка конструкций экструдеров.

5.1. Методика инженерного расчета двухшнекового экструдера.

5.2. Двухшнековый экструдер.

• 5.3. Разработка конструкции формующего устройства экструдера

5.4. Расчет ожидаемого экономического эффекта от использования двухшнекового экструдера.

Основным направлением развития пищевой промышленности в последнее время является создание сбалансированных пищевых продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности. Этому требованию удовлетворяет в полной мере один из наиболее эффективных способов переработки пищевого сырья растительного и животного происхождения — термопластическая экструзия. Она позволяет осуществлять комплексную переработку исходного сырья в одном виде оборудовании с приданием ему новых свойств в результате комплексного воздействия температурного поля и сдвиговых усилий от рабочих органов экструдера.

Экструзия — идеальный технологический процесс для обогащения продуктов белками, волокнами, витаминами и другими веществами. Возможность регулирования состава продуктов в сторону увеличения содержания белков, витаминов или минеральных веществ, играет важную роль в профилактике многих заболеваний человека [51, 85, 95].

Значительный вклад в развитие теории экструзии внесли такие зарубежные и отечественные ученые как: J.F. Carley, Ch.I. Chung, Е. Colonna, Е.С. Bernhardt, P. Linko, B.H. Maddock, R.S. Mallouk, I.P. Melcion, J.M. McKelvey, C. Mercier, G. Shenkel, W. Seibel, K. Seiler, R.A. Strub, Z. Tadmor, M. Williams, C.H. Jepson, A.H. Богатырев, И.Э. Груздев, А.И. Жушман, В.Г. Карпов, Л.П. Ковальская, Е.К. Коптелова, Г.М. Медведев, А.Н. Остриков, В.П. Первадчук, В.А. Силин, Р.В. Торнер, И.Б. Хейфец, Н.П. Черняев, В.П. Юрьев, В.И. Янков и др.

Основным направлением развития пищевой промышленности является интенсификация технологических процессов, изменяющих физико-химические свойства природных сырьевых материалов путем сложного комбинированного воздействия на них рабочими органами аппаратов [1,6, 24, 29, 46, 70, 107].

Обработка растительного сырья термопластической экструзией обеспечивает большой объем и разнообразие производимой продукции и высокий экономический эффект, обусловленный, прежде всего тем, что один экструдер может заменить целый комплекс машин и механизмов, необходимых для производства продуктов. Его использование позволяет сделать процесс непрерывным, легко контролируемым, универсальным по видам перерабатываемого сырья и готовых продуктов.

Основным компонентом сырья, используемого в различных экструзион-ных технологиях, является высокомолекулярный природный полимер - крахмал. Учитывая, что крахмала содержится в большом количестве в зерновых и продуктах их переработки (48.71 %), в меньшей степени в зернобобовых и продуктах их переработки (35.42 %), а также тот факт, что данные продукта широко распространены в РФ, можно говорить о наличии широкой продовольственной базы, на основе которой возможно создание новых продуктов различной комбинации сырья, в том числе не пользующегося высоким спросом. Например, используя различные виды дробленой крупы или побочные продукты крупяного и мукомольного производств, получать новые продукты с уникальными наборами свойств, формы и структуры. Они могут применяться, как для пищевых (сухие зерновые завтраки, продукты детского лечебного и профилактического питания, в т.ч. с заданной пищевой и биологической ценностью, набухающие крахмалопродукты, модифицированные крахмалы и др.), так и для технических (модифицированные крахмалы, биологически разрушаемые полимеры и др.) целей. Это связано с тем, что при переработке исходного сырья, оно претерпевает существенные физико-химические изменения, при этом качество улучшается.

Основной технологической машиной в производстве экструдированных изделий является экструдер (дисковый, поршневой, шнековый и т.д.), конструктивное оформление которого может быть самым разнообразным [5, 16, 44, 77, 81,97].

На смену широко распространенных одношнековых приходят двухшнеко-вые экструдеры, имеющие перед одношнековыми машинами ряд преимуществ: в них реже возникают подъемы давления, так как не происходит накопления продукта; производительность определяется только геометрическими и кинематическими параметрами шнеков, и практически не зависит от размеров формующего инструмента, так как утечки через зазоры зацепляющихся шнеков малы. К преимуществам машин этого класса можно отнести: самоочищение шнеков, что предотвращает налипание ингредиентов на поверхность рабочих органов экс-трудера; принудительное нагнетательное действие, которое обеспечивает переработку более широкого диапазона материалов с влажностью до 90 %; эффективное смешивание, что дает возможность ввода жидких компонентов непосредственно в рабочую камеру; быстроту переналадки производства с одного вида продукции на другой; значительно лучший контроль процесса и самое главное улучшить качество готово продукта [70]. Основным же достоинством двухшнековых экструдеров является получение продуктов питания более высокого качества по сравнению с одношнековыми. К существенным недостаткам можно отнести значительный износ рабочих органов, относительно высокую стоимость и большее потребление энергии на 20.50 % из-за сложности конструкции по сравнению с одношнековыми машинами [23].

Двухшнековые экструдеры выпускают российские и зарубежные фирмы ООО «Арсенал», ООО «Апрель», «ОМТ-Инжинеринг», «Тронка-Агротех», «APV Baker», «Baker Perkins», «Brabender», «Biihler», «Clextral», «Cincinnati», «Simon Food Engineering», «Werner & Pfleiderer», «Wenger» и другие.

В процессе развития экструзионной технологии первоначально наибольшее распространение получила холодная экструзия, при которой происходит только придание продукта новой формы без изменения структуры и свойств перерабатываемого продукта. Данный вид экструзии применяется в основном для производства макаронных изделий. Однако за последние 15 лет бурное развитие получили другие два вида экструзии: теплая и горячая.

При теплой экструзии температура перед матрицей составляет 60. 120 °С и влажность продукта 20.28 %. Данный вид экструзии предусматривает наряду с механическим воздействием подвод тепла посредством внешних обогревателей. С ее помощью получают полуфабрикаты сухих завтраков, которые перед употреблением в пищу необходимо погрузить на 10.20 с в нагретое до 170. 190 °С растительное масло. После чего продукт приобретает упругоэла-стичные свойства, а аккумулированная в результате тепловой обработки в экс-трудере влага превращается в пар, который при выходе из продукта способствует образованию его пористой структуры [6, 99, 109]. Широкое распространение теплая экструзия нашла также в комбикормовой промышленности при получении легкоусвояемых комбикормов [50].

При горячей экструзии температура перед матрицей больше 120 °С и влажность продукта менее 20 %. С ее помощью получают готовые к употреблению продукты питания, которые не требуют дополнительной обработки. При этом возможно производство текстурированных продуктов на основе растительного и животного белка. В режиме горячей экструзии глобулярная структура белка переходит в фибриллярную, более усвояемую организмом человека и животных. В процессе горячей экструзии пищевое сырье подвергается фазовым превращениям из хрупкого стекловидного в высокоэластичное, а затем в вязко-текучее состояние.

Основными недостатками горячеэкструдированных продуктов являются большие площади для их хранения и значительные транспортные расходы. Именно поэтому все больше производят продуктов, полученных с помощью теплой экструзии. Полуфабрикаты представляют собой макаронные изделия или изделия разной формы, высушенные до влажности 8. 12 %. В таком виде они имеют способность к длительному хранению, большую плотность и прочность. По мере необходимости полуфабрикаты помещают в горячую среду (растительное масло, нагретое до 180.190 °С; воздух нагретый до 300 °С. и т. д.) в течение 5.20 с, в результате чего образуются пористые продукты.

Доля продуктов полученных с помощью экструзионной технологии на рынке производства пищевых продуктов постоянно растет, что связано с рядом достоинств перечисленных выше, которые позволяют успешно конкурировать экструдируемым продуктам с продуктами, полученными по традиционным технологиям.

Рынок готовых завтраков в России стал формироваться относительно недавно, в то время как за рубежом подобные продукты для многих давно являются частью повседневного рациона, говорить о высоком уровне их потребления в нашей стране не приходится. Менее 10 % жителей России относят себя к потребителям готовых завтраков. В Москве и Санкт-Петербурге этот показатель несколько выше, но эта разница незначительна. Однако стоит выделить постоянный и устойчивое увеличение объемов производства и высокий интерес зарубежных компаний к внутреннему рынку России в области производства готовых завтраков.

Сейчас основными потребителями экструдированных продуктов полученных с помощью теплой и горячей экструзии являются покупатели в возрасте 10. 15 лет, в несколько меньшей степени - 16.34 лет. По сведениям Ассоциации Производителей Снэков можно выделить факт, что, например, среди потребителей готовых завтраков в Санкт-Петербурге примерно две трети составляют женщины. Это, видимо, связано с тем, что ряд марок хлопьев и «Muesli» позиционируются как продукты, долго сохраняющие ощущение сытости при: относительно низкой калорийности, что в большей степени привлекает внимание женщин. Также прослеживается четкая зависимость потребления сухих завтраков от материального положения - в семьях с доходом выше среднего доля потребителей больше.

Приведенные данные позволяют утвердительно отметить, что экструзия является одним из наиболее перспективных направлений развития пищевой промышленности. Однако для дальнейшего роста производства и расширения ассортимента выпускаемой продукции следует принять ряд комплексных мер для дальнейшего успешного продвижения экструзионной техники и технологии. В первую очередь, для производства конкурентоспособной продукции необхо димо разрабатывать экструзионное оборудование, позволяющее перерабатывать различные виды исходного сырья в широких пределах как с помощью теплой, ф так и горячей экструзии. Во-вторых, пристальное внимание уделить разработке формующего оборудования, поскольку именно от него зависит качество и ас-^ сортимент готовой продукции.

Актуальность работы. Важным направлением совершенствования экстру-зионной технологии является создание зерновых продуктов с программируемыми свойствами и обоснование режимов экструзии с целью расширения ассортимента и снижения себестоимости выпускаемой продукции. Для повышения стабильности проведения процесса экструзии и повышения качества готовой продукции необходимо также проводить изучение гидродинамики движения рас-% плава продукта в предматричной зоне двухшнекового экструдера. Поэтому разработка новых конструкций формующего узла экструдера и производство экс-трудированных зерновых продуктов сбалансированного состава являются актуальными задачами, имеющей важное теоретическое и прикладное значение.

Работа проводилась в соответствии с планом НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) ВГТА на 2001-2005 гг. «Исследование гидродинамики, тепло- и массообмена в системах: твердое тело -жидкость, твердое тело - газ при течении в каналах разной геометрической формы» (№ гос. регистрации 01.960.006217).

Цели и задачи диссертационной работы: Приведенные выше данные позволяют определить цели и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы являлось изучение гидродинамики расплава продукта в предматричной зоне двухшнекового экструдера, на основании полученных данных разработка новых конструкций формующих узлов экструдера и обоснование параметров проведения процесса экструзии модельной зерновой смеси.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: 1. Математическое моделирование процесса экструзии пищевой среды в предматричной зоне двухшнекового экструдера;

2. Исследование основных закономерностей процесса обработки зерновой смеси на двухшнековом экструдере и выбор его рациональных параметров;

3. Исследование реологических свойств модельной зерновой смеси и экструдированных палочек;

4. Разработка методики инженерного расчета двухшнекового экструдера;

5. Разработка новых конструкций экструдеров при переработки сырья растительного происхождения;

6. Разработка поликомпонентной смеси для производства продуктов питания сбалансированного состава;

7. Определение формы связи влаги в материале и условий терморазложения экструдируемой смеси;

8. Определение биологической, энергетической и пищевой ценности экструдированных зерновых палочек;

9. Проведение промышленной апробации предлагаемого способа производства экструдированных зерновых продуктов функционального назначения.

Научная новизна. На основании проведенных исследований, обобщения и анализа разработан способ производства экструдированных амарантовых палочек.

Определены реологические показатели зерновой смеси на основе шрота амаранта, находящейся в виде расплава в предматричной зоне. Подтверждено, что расплавы зерновых продуктов подчиняются закону Оствальда-де-Виля.

Разработана математическая модель движения аномально вязкой жидкости в предматричной зоне двухшнекового экструдера. Определены поля скоростей и давления в рассматриваемой области и оптимизирована геометрия внутренней поверхности формующего узла для предотвращения возникновения застойных зон и повышения производительности. Используя результаты математического моделирования, разработаны новые конструкции формующих узлов экструдера, новизна которых подтверждается патентами РФ № 2185286, 2213659, 2241598, 2251485.

Изучено влияние влажности продукта, поля температур по длине рабочей камеры экструдера, частоты вращения шнека, длины канала матрицы и диаметр проходного отверстия матрицы смеси на кинетику исследуемого процесса, что позволило выявить научно обоснованные рекомендуемые области, в которых необходимо осуществлять экструдирования зерновой смеси при использовании двухшнековых экструдеров.

Стабильность работы и качество получаемого продукта при переработке пищевого сырья с помощью экструзионной технологии зависит во многом от рабочих органов экструдеров и предварительно прошедшей обработки перерабатываемого сырья. Для решения данной задачи были разработаны конструкции экструдеров, позволяющие повысить эффективность переработки исходного сырья. Новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2205105, 2214918, 2227783,2252871.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработаны оригинальные конструкции экструдеров для получения продуктов питания нового поколения и способ получения амарантовых палочек, экструдируемых из зерновой смеси шрота амаранта, риса, гороха и картофельного крахмала, а так же определены рациональные параметры процесса ее переработки. Получен экструдиро-ванный продукт - амарантовые палочки, обладающий хорошими потребительскими свойствами и высокой пищевой ценностью. На основе математического моделирования разработана оптимальная геометрия предматричной зоны двухш-некового экструдера, позволяющая увеличить производительность экструдера и улучшить качество готового продукта за счет уменьшения застойных зон.

Апробация работы. Проведенные производственные испытания способа получения зерновых продуктов на ОАО «Алексеевский хлебозавод» на промышленном экструдере А2-КХП подтвердили рациональные технологические параметры. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2001 по 2004 гг.); Екатеринбурге (2001), Тольятти (2001), Новосибирске (2002, 2003), Уфе (2003), Казани (2004), Могилеве (2004, 2005).

Результаты настоящей работы представлены на конкурсах и отмечены дипломами:

Диплом в рамках 17-ой межрегиональной выставки «ПРОДТОРГ» г. Воронеж, 2003 г., за разработку «Перспективных конструкций экструдеров для производства комбинированных продуктов».

Диплом конкурса инновационных проектов в рамках 17-ой межрегиональной выставки «ПРОДТОРГ» г. Воронеж, 2003 г., за проект «Совершенствование конструкций экструдеров для производства продуктов питания с высокой пищевой ценностью».

Диплом выставки «ЦЕНТРАГРОМАШ» г. Воронеж, 2004 г., за исследование темы «Научное обеспечение производства экструдированных продуктов».

Диплом в рамках И-ой Всероссийской выставки-ярмарки научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Российской Федерации «ИН-НОВ-2005» г. Новочеркасск, 2005 г., за проект «Разработка экструдеров для производства продуктов нового поколений».

По результатам работы получено звание лауреата премии администрации Воронежской области среди молодых ученых за 2002 г.

Работа выполнялась на кафедре процессов и аппаратов химических и пищевых производств (ПАХПП) Воронежской государственной технологической академии. Хотелось бы выразить благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Острикову Александру Николаевичу за оказанную помощь и консультации при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

По результатам теоретических, экспериментальных и производственных исследований процесса экструзии зерновой смеси были получены результаты и сделаны следующие выводы:

1. Разработана математическая модель движения расплава продукта в предматричной зоне двухшнекового экструдера, учитывающая влияние от вращающихся конусов шнека. В результате моделирования оптимизирована геометрия внутренней поверхности формующего узла, позволяющая устранить застойные зоны и добиться равномерной скорости движения расплава экструдата в рассматриваемой области. Полученная математическая модель позволяет с достаточной точностью (±13,54 %) рассчитать поля скоростей и давлений.

2. Выявлено, что основными факторами, влияющими на протекание процесса экструзии являются: диаметр формующего канала, степень сжатия и частота вращения шнека. Получены рациональные режимы экструдирования: температура смеси в зоне загрузки 323.343 К, перед матрицей 403.413 К, частота вращения шнеков 1,4 с'1, начальная влажность смеси 20.22 %, диаметр

2 -J формующего канала 0,004.0,006 м, степень сжатия шнека 2,125 м /м .

3. Подтверждено, что расплав зерновой смеси находящийся в предматричной зоне экструдера относится к псевдопластическим жидкостям и может быть описан степенным законом Оствальда-де-Виля. Определена зависимость изменения реологических коэффициентов, входящих в степенной закон, от влажности и температуры.

4. Разработаны конструкции экструдеров и их формующих устройств, позволяющих выровнять поле скоростей в предматричной зоне и минимизировать пульсации давления от вращающегося шнека экструдера (Пат. РФ № 2185286,2205105, 2213659, 2214918,2227783, 2241598, 2251485, 2252871).

5. Обоснован выбор и содержание компонентов модельной смеси, состоящей из 42 % шрота амаранта сорт «Ультра» (ТУ 9146-017-56459986-2003),

14 % риса (ГОСТ 6292-90), 38 % гороха (ГОСТ 28674-90) и 6 % картофельного крахмала (ГОСТ 7699-78).

6. Методами термического анализа выявлены температурные зоны, соответствующие испарению влаги с различной энергией связи, и установлена максимальная температура нагрева зерновой смеси (423 К), при превышении которой происходит термическое разложение компонентов зерновой смеси.

7. Экструдированные чипсы содержат 15,68 % белка, 1,55 % жира и 66,83 % углеводов, обладают высокой биологической и пищевой ценностью. Их энергетическая ценность составляет 1464,4 кДж/100 г.

8. Проведены производственные испытания способа получения зерновых палочек в ОАО «Алексеевский хлебозавод» на промышленном экструдере А1-КХП, которые подтвердили рациональные технологические параметры.

1. Абрамов, О.В. Разработка способа производства хрустящих хлебных палочек с применением одношнекового экструдера Текст. / О.В. Абрамов. Дисс. канд. техн. наук. - Воронеж: 1999. - 241 с.

2. Аладьев, В.З. Maple 6. Решение математических, статистических и физико-технических задач Текст. / В.З. Аладьев, М.А. Богчавичус. М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. - 824 с.

3. Андерсон, Д. Вычислительная гидродинамика и теплообмен. Ч. 1. Текст. / Д. Андерсон и др. М.:Мир, 1990. - 382с.

4. Андерсон, Д. Вычислительная гидродинамика и теплообмен. Ч. 2. Текст. / Д. Андерсон и др. М.:Мир, 1990. - 426 с.

5. Белаковская, И.В. Двухшнековый экструдер Текст. / И.В. Белаков-ская, В.А. Воскобойников, А.И. Мануйко, О.Е. Павловская, И.А. Рейтблат, В.В. Чернаков. Пищ. пром-сть. 1989. -№ 7. - С. 26-28.

6. Бурцев, А.В. Современная техника и технология термопластичной экструзии в производстве «сухих завтраков» Текст. / А.В. Бурцев, В.А. Гриц-ких, Г.И. Касьянов. Краснодар: Экоинвест, 2004. - 112 с.

7. Васильев, Ф.В. К вопросу оптимизации аминокислотного состава поликомпонентных продуктов с использованием методов вычислительной математики Текст. / Ф.В. Васильев, И.А. Глотова, Л.В. Антипова. Хранение и переработка сельхозсырья. 2002. - № 2. - С. 58-61.

8. Васильева, Т.В. Экструзионные продукты Текст. / Т.В. Васильева. Пищевая промышленность. 2003. - № 12. - С. 6-9.

9. Виноградов, Г.В. Реология полимеров Текст. / Г.В. Виноградов, А .Я. Малкин. М.: Химия, 1977. - 438 с.

10. Володько, Ю.И. Математическое моделирование подбора композитного состава продуктов на зернистой основе, не требующих варки, для детей раннего возраста. Методика расчетов Текст. / Ю.И. Володько, Н.В. Дремина,

11. С.С. Хованская. Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. - № 2. - С. 44-46.

12. Годунов, С.К. Разностные схемы: Введение в теорию Текст. / С.К. Годунов, B.C. Рябенький. М.: Наука, 1977. - 439 с.

13. Голоскоков, Д.П. Уравнения математической физики. Решение задач в системе Maple Текст. / Д.П. Голоскоков. СПб.: Питер, 2004. - 539 с.

14. Гопцш, T.I. Амарант: бюлопя, вирощувания, перспективи и викори-стания, селекщя: Монограф1я Текст. / T.I. Гопцш. Харюв: Харк. держ. аграр. ун-т., 1999.-273 с.

15. Госмен, А.Д. Численные методы исследования течения вязкой жидкости Текст. / А.Д. Госмен, В.М. Пан, А.К. Рингел и др. М.: Мир, 1972. - 324 с.

16. ГОСТ 50365-92. Завтраки сухие. Хлопья кукурузные и пшеничные. Общие технические условия. Текст. М.: ИПК Издательство стандартов, 1992.

17. Груздев, И.Э. Обработка пищевых масс в шнековых устройствах Текст. / И.Э. Груздев. Дисс. докт. техн. наук. Ленинград: 1985.-461 с.

18. Груздев, И.Э. Теория шнековых устройств Текст. / И.Э. Груздев, Р.Г. Мирзоев, В.И. Янков. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978. - 144 с.

19. Дериватограф системы «Паулик-Паулик-Эрдей» Теоретические основы. Будапешт: Венгерский оптический завод, 1974.

20. Донченко, Л.В. Безопасность пищевой продукции Текст. / Л.В. Донченко, В.Д. Надыкта. М.: Пищепромиздат, 2001. - 528 с.

21. Дьяконов, В. Maple 7: учебный курс Текст. / В. Дьяконов. СПб.: Питер, 2002. - 672 с.

22. Дьяконов, В. Matematica 4: учебный курс Текст. / В. Дьяконов. -СПб.: Питер, 2001. 656 с.

23. Жеребцов, Н.А. Углеводы в сырье и продуктах питания Текст. / Н.А. Жеребцов, Л.П. Пащенко. Воронеж: ВГТА, 1999. - 107 с.

24. Жушман, А.И. Новое в технике и технологии производства экструзи-онных крахмалопродуктов Текст. / А.И. Жушман, В.Г. Карпов, Е.К. Коптело-ва. М.: ЦНИИТЭИ пищепром. Сер. Машины и оборуд. для перераб. отраслей1. АПК. 1991.-32 с.

25. Жушман, А.И. Экструзионная обработка крахмала и крахмалсодер-жащего сырья Текст. / А.И. Жушман, Е.К. Коптелова, В.Г. Карпов. М.: ЦНИИТЭИ пищепром. Сер. Крахмало-паточная пром-сть. Вып. 3. - 1980. - 36 с.

26. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике Текст. / О. Зенкевич. -М.: Мир, 1975. 541 с.

27. Калиничев, Э.Л. Свойства и переработка термопластов Текст. / Э.Л. Калиничев, М.Б. Саковцева. — JL: Химия, 1983. 322 с.

28. Каплун, Я.Б. Формующее оборудование экструдеров Текст. / Я.Б. Каплун, B.C. Ким. М.: Машиностроение, 1969. - 160 с.

29. Карпов, В.Г. Получение набухающих крахмалопродуктов экструзи-онным методом Текст. / В.Г. Карпов. Дисс. канд. техн. наук. — М.: 1981. 184 с.

30. Карпов, В.Д. Влияние состава сырья на физико-химические свойства экструзионных крахмалопродуктов Текст. / В.Д. Карпов, Л.А. Витюк. Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. - № 3. - С. 16-20.

31. Ключкин, В.В. Основные направления переработки и использования пищевых продуктов из семян люпина и амаранта Текст. / В.В. Ключкин. Хранение и переработка сельхозсырья. 1997. - № 9. - С. 30-33.

32. Кононков, П.Ф., Гинс В.К., Гинс М.С. Амарант — перспективная культура XXI века Текст. / П.Ф. Кононков, В.К. Гинс, М.С. Гинс. М.: Изд-во РУДН, 1999.-275 с.

33. Котова, Д.Л. Термический анализ ионообменных материалов Текст. / Д.Л. Котова, В.Ф. Селеменев. М.: Наука, 2002. - 156 с.

34. Красовский, В. Н., Воскресенский Л. М. Сборник примеров и задачпо технологии переработки полимеров Текст. / В. Н. Красовский, Л. М. Воскресенский. Минск: Вышайшая школа, 1975. - 320 с.

35. Крыжановский, В.О. Определение реологических характеристик расплава полимера путем использования уравнения его течения Текст. / В.О. Крыжановский, Н.В. Арутюнян, С.А. Шагинян. Пласт, массы. 1991. - №4. -С. 52-53.

36. Лыков, А.В. Тепломассообмен Текст.: Справочник. / А.В. Лыков. -М.: Энергия, 1971. 560с.

37. Лынский, Л.В. Методы расчета самоочищающейся поверхности рабочих органов двухшнекового экструдера Текст. / Л.В. Лынский, А.П. Лифа-нов, Б.А. Устиновский, В.И. Степанов. Хранение и перераб. сельхозсырья. -1996.-№6.-С. 17-19.

38. Мазур, П.Я. Вода в технологии приготовления хлеба Текст. / П.Я. Мазур, Г. О. Магомедов. Воронеж: ВГТА. - 2001. - 206 с.

39. Мак-Келви, Д.М. Переработка полимеров Текст. / Д.М. Мак-Келви, пер. с англ. под ред. С.И. Гдалина. М.: Химия, 1965. - 444 с.

40. Матвеева, И.В. Применение муки из семян амаранта при производстве хлеба Текст. / И.В. Матвеева, Л.И. Пучкова, У.Н. Луценко, В.В. Писковец, Т.А. Юдина. М.: ЦНИИТЭИ хлебопродуктов. Сер. Крахмало-паточная пром-сть. Вып. 3.- 1994.-32 с.

41. Мачихин, Ю.А. Инженерная реология пищевых материалов Текст. / Ю.А. Мачихин, С.А. Мачихин. -М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981.-216 с.

42. Мачихин, Ю.А. Формование пищевых масс Текст. / Ю.А. Мачихин. -М.: Колос, 1992.-272 с.

43. Машины и аппараты химических производств. Т. IV-V Текст. / М.Б.

44. Генералов, В.П. Александров, В.В. Алексеев и др.; Под. ред. М.Б. Генералова. -2004-832 с.

45. Медведев, Г.М. Использование режимов теплой экструзии для формования макаронных изделий и полуфабрикатов крекеров на шнековых прессах Текст.: тр. / Г.М. Медведев. М.: ЦНИИТЭИ хлебопродуктов. Сер. Хлебопекарная и макаронная пром-сть. - 1992. -33 с.

46. Моделирование и оптимизация тепло- и массообменных процессов пищевых производств/ Ю.П. Грачев, А.К. Тубольцев, В.К. Тубольцев. М.: Легк. и пищ. пром-сть, 1984.-215 с.

47. Налеев, О.Н. Сушка и хранение зерна риса Текст. / О.Н. Налеев, В.А. Резчиков. -М.: Агропромиздат, 1989. 168 с.

48. Нечаев, А.П. Пищевая химия Текст. / А.П. Нечаев. С.-Пб.: Гиорд. -2001.-581 с.

49. Орлов, А.И. Производство комбикормов с применением экструзионной технологии Текст. / А.И. Орлов, Н.М. Подгорнова. М.: ЦНИИТЭИ ВНПО Зернопродукт. Сер. Комбикормовая пром-сть. - 1990. - 56 с.

50. Остриков, А.Н. Экструзия в пищевой технологии Текст. / А.Н. Ост-риков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. СПб.: Гиорд, 2004. - 288 с.

51. Офицеров, Е.Н. Углеводы амаранта и их практическое использование Текст. / Е.Н. Офицеров, В.И. Костин. Ульяновск: УлГУ, 2001. - 179 с.

52. Павлова, С.-С.А. Термические анализ органических и высокомолекулярных соединений Текст. / С.-С.А. Павлова, И.В. Журавдева, Ю.И. Тол-чинский. М.: Химия. - 1983. - 120 с.

53. Пасконов, В.М. Численное моделирование процессов тепло- и мас-сообмена Текст. / В.М. Пасконов, В.И. Полежаев, Л.А. Чудов. М.: Наука,1984.-288 с.

54. Пат. №.2185286 РФ, МКИ7 В 29 С47/22, 47/12. Формующее устройство экструдера Текст. / Остриков А.Н., Абрамов О.В., Рудометкин А.С., Попов А.С.; заявитель и патентообладатель ВГТА. № 2001128917/12; заявлено 26.10.2001; опубл. 20.07.2002; Бюл. №20.

55. Пат. №.2213659 РФ, МКИ7 В 29 С47/12, 47/22. Формующая головка экструдера Текст. / Остриков А.Н., Василенко В.Н., Попов А.С.; заявитель и патентообладатель ВГТА. № 2002132775/12; заявлено 05.12.2002; опубл. 10.10.2003; Бюл. №28.

56. Пат. №.2214918 РФ, МКИ7 В 29 С47/38, 47/20, А 23 Р 1/12. Экструдер Текст. / Остриков А.Н., Василенко В.Н., Попов А.С.; заявитель и патентообладатель ВГТА. № 2003100988/12; зявлено 13.01.2003; опубл. 27.10.2003; Бюл. №30.

57. Пат. №.2241598 РФ, МКИ7 В 29 С47/12, 47/20. Экструдер для переработки термопластичных материалов (варианты) Текст. / Остриков А.Н., Абрамов О.В., Василенко В.Н., Попов А.С. № 2003122377/12; заявлено 17.07.2003; опубл. 10.12.2004; Бюл. №34.

58. Пат. №.2251485 РФ, МКИ7 В 29 С47/16. Экструзионная плоскощелевая головка с регулируемым профилем формующего канала Текст. / Остриков А.Н., Платов К.В., Попов А.С., Соколов И.Ю. № 2004109963/12; заявлено 01.04.2004; опубл. 10.05.2005; Бюл. №13.

59. Пат. №.2252871 РФ, МКИ7 В 29 С47/08, 47/10, 47/78, А 23 Р 1/12. Экструдер Текст. / Остриков А.Н., Попов А.С., Соколов И.Ю.; заявитель и патентообладатель ВГТА. № 2004123781/12; заявлено 05.08.2004; опубл. 27.05.2005; Бюл. №15.

60. Пащенко, Л.П. Биотехнологические основы производства хлебобулочных изделий Текст. / Л.П. Пащенко. М.: Колос, 2002. - 368 с.

61. Пащенко, Л.П. Комбинированная смесь для выработки хлебобулочных изделий Текст. / Л.П. Пащенко, И.А. Никитин, Ю.В. Васильева, М.В. Ла-годенко. Хлебопечение России. 2004. - №4. - С. 19-21.

62. Пащенко, Л.П. Экструдированная композиция как компонент питательной смеси жидких биологических разрыхлителей Текст. / Л.П. Пащенко, И.А. Никитин, О.С. Парченко. Хлебопечение России. 2004. - №5 - С. 26-28.

63. Пилоян, Г.С. Введение в теорию термического анализа Текст. / Г.С. Пилоян. М.: Наука, 1984. - 252 с.

64. Рогов, И.А. Химия пищи. Книга 1 Текст. / И.А. Рогов, Л.Н. Антипо-ва, Н.И. Дунченко, Н.А. Жеребцов. М.: Колос, 2000. - 384 с.

65. Роуч, П. Вычислительная гидродинамика Текст. / П. Роуч. М.: Мир, 1980.-616 с.

66. Рудометкин, А.С. Разработка и научное обоснование способа производства зерновых продуктов на двухшнековом экструдере Текст. / А.С. Рудометкин. Дисс. канд. техн. наук. Воронеж: - 2002. - 189 с.

67. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов Текст. / Под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутеляна. М.: Брандес, Медицина, 1998.-340 с.

68. Самарский, А.А. Методы решения сеточных уравнений Текст. / А.А. Самарский, Е.С. Николаев. М.: Наука, 1978. - 592 с.

69. Сигерлинд, JI. Применение метода конечных элементов Текст. / JI. Сигерлинд. М.: Мир, 1979. -392 с.

70. Скачков, В.В. Моделирование и оптимизация экструзии полимеров Текст. / В.В. Скачков, Р.В. Торнер, Ю.В. Стунгур, С.В. Реутов. JL: Химия, 1984.- 152 с.

71. Скачков, В.В. Теоретические основы химической технологии Текст. / В.В. Скачков, B.C. Ким, Ю.В. Стунгур, 1982. т. 16, № 2 - С. 238-244.

72. Скульский, О.И. Механика аномально вязких жидкостей Текст. / О.И. Скульский, С.Н. Аристов. Москва-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2003. - 156 с.

73. Скульский, О.И. Разработка методов расчета одно- и двухчервячных машин для полимеров и дисперсных систем с учетом гидромеханических, тепловых и ориентационных явлений Текст. / О.И. Скульский. Дисс. докт. техн. наук. Пермь: 1992. - 322 с.

74. Скурихин, И.М. Все о пище с точки зрения химика Текст.: Справ, издание. / И.М. Скурихин, А.П. Нечаев. М.: Высш. школа, 1991. - 288 с.

75. Скурихин, И.М. Химический состав пищевых продуктов. В 2 кн. Кн. 2 Текст.: Справочник / Под ред. И.М. Скурихина, М.Н. Волгарева. М.: Агро-промиздат, 1987. - 360 с.

76. Смоляр, В.И. Рациональное питание Текст. / В.И. Смоляр. К.: Наукова думка, 1991. - 176 с.

77. Современное состояние и основные направления совершенствования экструдеров Текст. / А. Н. Остриков, О. В. Абрамов, В. Н. Василенко, К. В. Платов. М., 2004. - 41 с.

78. Спандияров, Е. Исследование реологических свойств комбикормов Текст. / Е. Спандияров. Дисс. канд. техн. наук. М.: 1983. - 156 с.

79. Справочник по электроизмерительным приборам Текст. / Под. ред.

80. К.К. Илюнина. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 784 с.

81. Тадмор, 3. Теоретические основы переработки полимеров Текст. / 3. Тадмор, К. Гогос. -М.: Химия, 1984. 632 с.

82. Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование Текст. / Под ред. А.Н. Богатырева, В.П. Юрьева. М.: Ступень, 1994. -200 с.

83. Технология крахмала и крахмало-продуктов Текст. / Н.Н. Трегубов, Е.Я. Жарова, А.И. Жушман, Е.К. Сидорова. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981.-472 с.

84. Толстогузов, В.Б. Новые формы белковой пищи Текст. / В.Б. Тол-стогузов. М.: Агропромиздат, 1987. - 303 с.

85. Торнер, Р.В. Оборудование заводов по переработке пластмасс Текст. / Р.В. Торнер, М.С. Акутин. М.: Химия, 1986. - 400 с.

86. Торнер, Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (Механика процессов) Текст. / Р.В. Торнер. М.: Химия, 1977. - 464 с.

87. Трегубов, Н.Н. Технохимический контроль крахмало-паточного производства Текст. / Н.Н. Трегубов, В.Г. Костенко. М.: Агропромиздат, 1991.-271 с.

88. Уэндландт, У. Термические методы анализа Текст. / У. Уэндландт. -М.: Мир, 1978.-526 с.

89. Формование пищевых масс Текст. / Ю.А. Мачихин, Г.К. Берман, Ю.В. Клаповский. М.: Колос, 1992. - 272 с.

90. Чигарев, А.В. ANSYS для инженеров Текст.: Справ. Пособие. / А.В. Чигарев, А.С. Кравчук, А.Ф. Смалюк. М.: Машиностроение, 2004, - 512 с.

91. Чижов, В. П. Патент № 2158522 РФ, МПК7 А 23 L 1/10. Способ экс-трудирования пищевых волокон Текст. / В. П. Чижов, ООО «Биокор» (РФ). — № 98123387/13; Заявл. 23.12.1998; Опубл. 10.11.2000.

92. Чувахин, С.В. Смесители и экструдеры в кондитерской промышленности Текст. / С.В. Чувахин. М.: ЦНИИТЭИ пищепром. Сер. Кондитерскаяпром-сть. Вып. 3. 1986. -20 е.

93. Швыдский, B.C. Механика жидкости и газов Текст. / B.C. Швыд-ский, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордон, B.C. Шаврин, А.С. Носков. -М.:ИКЦ Академкнига, 2003. 464 с.

94. Шестернина, С.А. Применение экструзионной технологии в комбикормовой промышленности Текст. / С.А. Шестернина. М.: ЦНИИТЭИ хлебопродуктов. - 1994. - 29 с.

95. Шнейдер, Т.Н. Использование амаранта в макаронных изделиях Текст. / Т.И. Шнейдер, Е.В. Петрова. Пищевая пром-сть. 2002. - №7 - С. 76-77.

96. Эйнгор, М.Б. Технология производства кондитерских изделий с использованием экструзионной техники Текст. / М.Б. Эйнгор, M.JI. Парцуф, С.Н. Павловецкая, А.С. Овчинникова. М.: АгроНИИТЭИПП. Сер. Кондитерская пром-сть. Вып. 6. - 1987. - 32 с.

97. Экструзионные системы "Венгер", США Текст. / Комбикорм, пром-сть.-1993.-№ 5-6.-С. 25.

98. Янков, В.И. Процессы переработки волокнообразующих полимеров (Методы расчета) Текст. / В.И. Янков, В.П. Первадчук, В.И. Боярченко. М.: Химия, 1989.-320с.

99. Alavi S.H., Gogoi В.К., Khan М., Bowman В.J., Rizvi S.S.H. Structural properties of protein-stabilized starch-based supercritical fluid extrudates // Food Research International, 1999. vol. 32. - p. 107-118.

100. Alavi S.H., Kwan-Han Chen, Rizvi S.S.H. Rheological characteristics of intermediate moisture blends of pregelatinized and raw wheat starch // J. Agric. Food Chem., 2002. vol. 50. -№ 23. - p. 6740-6745.

101. Alavi S.H., Rizvi S.S.H., Harriott P. Process dynamics of starch-based microcellular foams produced by supercritical fluid extrusion. I: model development // Food Research International, 2003. vol. 36. p. 309-319.

102. Alavi S.H., Rizvi S.S.H., Harriott P. Process dynamics of starch-based microcellular foams produced by supercritical fluid extrusion. II: Numerical simulation and experimental evaluation // Food Research International, 2003. — vol. 37. p. 321-330.

103. Brisset A., Bouvier J.M. Twin screw extruder in confectionery // Confect. Prod. 1994. - vol. 60. - № 9. - p. 648-650.

104. Chavez-Jauregui R.N., Silva M.E.M.P., Areas J.A.G. Extrusion Cooking Process for Amaranth (Amaranthus caudatus.) // J. Food Sci. 2000. - vol. 65. - № 4.-p. 671-677.

105. Extrusion cooking on Deeside // Food Trade Rev. 1989. — vol. 59. - № 3. -p. 137-139.

106. Gonzalez R.J., Torres R L., Greef D.M.De, Tosi E., Re E. Effects of popping and extrusion processes on some hydration properties of amaranth // Braz. J. Chem. Eng. 2002. vol. 19 - Oct./Dec. №.4 - p. 391-395.

107. Hauck B.W., Ben-Gera I. Single and twin screw extruders // Milling -1987-№ 3 p. 18-20.

108. Mahungu S.M., Drozdek K.A., Artz W.E., Faller J.F. Residence time distribution and barrel fill in pet food twin-screw extrusion cooking // Cereal chemistry, 2000. vol. 77. - № 2. - p. 220-222.

109. Mendoza C, Bressani R. Nutritional and functional characteristics of extrusion-cooked amaranth flour// Cereal Chem. 1987. vol. 64 - p. 218-222.

110. Pfaller Werner Заявка № 1219177 ЕПВ, МПК7 A 23 К 1/00. Процессэкструзии и аппарат для его осуществления / Pfaller Werner, Heck Ernst, Horis-berges Jean; Soc. des Produits Nestle A. A. № 00204760.3; Заявл. 29.12.2000; Опубл. 03.07.2002.

111. Sheri J. Batterman-Azcona, John W. Lawton, and Bruce R. Hamaker Effect of specific mechanical energy on protein bodies and a-zeins in corn flour extru-dates // Cereal chemistry, 1999. vol. 76. - № 2. - p. 316-320.

112. Wang N., Bhirud P.R., Sosulski F.W., Tyler R.T. Pasta-like product from pea flour by twin-screw extrusion // J. Food Sci. 1999. - vol. 64. - № 4. - p. 671-677.

113. Wulansari R., Mitchell J.R., Blanshard J.M.V. Starch conversion during extrusion as affected by added gelatin // J. Food Sci. 1999. - vol. 64. - № 6. - p. 1055-1058.

114. Yuan-Hui Lin, Chia-Sheng Yeh, Shin Lu Evaluation on Quality Indices and Retained Tocopherol Contents in the Production of the Rice-Based Cereal by Extrusion // Journal ofFood and Drug Analysis, 2002. vol. 10. -№ 3. -p. 183-187.