Ви є тут

Дослідження та математичне моделювання процесу формування екструзією вибродженого тіста

Автор: 
Сандул Олена Олександрівна
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2003
Артикул:
3403U003236
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ДЕФОРМУВАННЯ ДРІЖДЖОВОГО ТІСТА В УМОВАХ СИЛОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ
2.1. Об'єкти фізичних досліджень і математичного моделювання процесу екструзії. Фазовий склад тіста
При проведенні теоретичних і експериментальних досліджень одним з головних об'єктів, поведінка і стан яких потребують вивчення, є пшеничне дріжджове тісто з борошна вищого ґатунку, яке є складною гетерогенною колоїдно-дисперсною системою. З погляду реології виброджене пшеничне тісто характеризується як пружно-в'язко-пластичний матеріал, з притаманним йому невеликим граничним напруженням зсуву та залежністю в'язкості від швидкості деформації. Математично поведінка такого матеріалу з достатньою точністю описується ступеневим законом Гершеля - Балклі [76]. Властивості пружності, в'язкості, пластичності тією чи іншою мірою визначають різні стадії технологічного процесу.
Складові тіста можна об'єднати в три групи, що утворюють відповідні фази: рідку, тверду і газову. Рідку фазу представляє вода, яка може мати різні форми зв'язку з рештою інгредієнтів. Кількість її, необхідна для замісу, визначається рецептурним складом виробів і коригується з урахуванням гідрофільних властивостей компонентів зерна. Взагалі, залежно від виду і сорту виробів, способів технологічної обробки, вологість мучного тіста може досягати значної величини. Так, для тіста, що розглядається, цей показник становить 42%. При цьому деяка частина води, не зв'язана набухлими білками, зернами крохмалю або частками оболонки зерна, залишається вільною, утримуючись в тісті слабкими зв'язками капілярного змочування і не змінюючи своїх фізико-хімічних властивостей. Однак, незважаючи на слабку енергію зв'язку такої вологи, видалення її з тіста механічним шляхом неможливе, тому в подальшому викладенні тісто розглядається як двофазна система, де однією фазою є твердо-рідинна, іншою - газова. Аналогічний підхід до розгляду фаз тіста використано в роботі [119].
Газова фаза дріжджового тіста формується як за рахунок повітря, що вноситься ще до початку замісу з мукою і незначною мірою з водою, а також під час замісу завдяки його захоплюванню і утримуванню, так і за рахунок газоподібних продуктів (в основному вуглекислого газу), утворюваних при спиртовому бродінні. Надалі головна увага привернута саме до СО2, оскільки він більшою мірою визначає особливості газового складу тіста.
Газоподібні продукти, утворювані в тісті при бродінні, розчиняються у вільній воді, адсорбуються на поверхнях молекул гідрофільних полімерів, а їх надлишок в тісті призводить до виникнення пузирчиків газу, стінки яких утворені поверхнево-активними речовинами [67].
Збільшення об'єму пузирчиків пов'язано з дифузією СО2 через стінки пор в напрямку від більшого надлишкового тиску, характерного для пузирчиків малих розмірів, до меншого тиску, в результаті чого відбувається його вирівнювання. Для того, щоб пузирчик почав збільшуватися у розмірах, різниця тисків в середині та ззовні нього повинна перевищувати руйнівні ефекти поверхневої напруги та сил в'язкості [106], тобто

де ?P- різниця тисків в середині та ззовні пузирчика, Па;
? - поверхнева напруга, Н/м;
- критичний радіус пузирчика, м;
? - в'язкість матеріалу;
- швидкість зміни радіуса пузирчика з часом, м/с.
Подальше збільшення кількості та об'єму газових пузирчиків викликає зменшення товщини їх стінок аж до руйнування, злиття пор і видалення газу з поверхні тіста. Це можливо при наявності в тісті сусідніх пор з різними розмірами і тиском газу. Саме процеси руйнування і утворення нових пузирчиків призводять до нерівномірного розподілу газових включень в тісті та є причиною його реонестабільності [93].
Відносний вміст твердо-рідкої і газової фаз в тісті значно впливає на його структурно-механічні властивості. Так, збільшення кількості газоподібних продуктів і вологості тіста робить його структуру більш пористою, зменшуються міцнісні характеристики і питома вага.
Іншим об'єктом досліджень є конструкція екструдера, тобто визначення таких раціональних розмірів його елементів, зокрема формувальної матриці, при яких досягаються потрібні органолептичні показники продукції, задана продуктивність обладнання, покращуються умови його роботи.
Відомо, що превалююче значення в процесі формування екструзією для отримання якісної поверхні готових виробів має геометрія і матеріал формуючого каналу. Поява шорсткості і розривів на поверхні виробу, викликана невдалою конструкцією матриці, знижує газоутримуючу здатність тістової заготовки і погіршує товарний вид продукції [6]. Тому дослідження впливу кута входу у формувальний канал, його довжини, відношення діаметра камери стиснення до діаметра філь'єри на стан поверхні та явище розбухання джгута дозволять запропонувати найбільш раціональну форму матриці і власне екструдера, при якій вдасться уникнути застійних зон, огрублення поверхні екструдату і забезпечити більш рівномірну швидкість випресовування по фронту матриці.
Технологічні режими процесу формування тіста екструзією є третім об'єктом досліджень. Вплив факторів, від яких залежить хід процесу, розглянуто в підрозділі 1.4. Але літературні дані в найкращому випадку можуть дати лише загальне уявлення про характер цього впливу, адже числові значення, як правило, наведені для визначеної рецептури і конкретного обладнання, і перенесення їх на інші випадки викличе значні похибки. Наприклад, завищена величина тиску пресування призведе до перевитрати енергії, а занижена - не дозволить забезпечити потрібну швидкість випресовування.
Таким чином, потребують досліджень процеси, пов'язані з утворенням, кінетикою накопичення і впливом зовнішніх умов на газову фазу. Актуальними є і проблеми визначення оптимальної геометрії формуючого елемента, зокрема, профілю матриці, а також раціональних режимів екструдування. Саме від цих питань залежить якість і конкурентоспроможність готових виробів.
Частина дослідів, потреба в яких обґрунтована вище, була проведена на експеримент