Анализ технологии растворимого кофе. Характеристика различных приемов утилизации кофейного шлама. Перспективы вакуумных и микроволновых технологий в задачах концентрирования и экстрагирования из кофепродуктов. Конструкция выпарного аппарата и экстрактора.
При низкой оригинальности работы "Повышение ресурсоэнергоэффективности технологии растворимого кофе", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Одеська національна академія харчових технологій падіння [6] та ін.) Існують також методики розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі при охолодженні вологого повітря з урахуванням тепло-масообміну при конденсації.В експериментах у теплообміннику-рекуператорі вдалося реалізувати наступний процес охолодження вологого повітря з 40 до 36 ОС, утилізовано тепловий потік 360 Вт. Розрахунковий коефіцієнт тепловіддачі від вологого повітря до стінки дорівнює 60 Вт/м2?К. Досягнуто умов часткової конденсації пари, що знаходиться в вологому повітрі, що викидається з сушарки. В умовах експериментів утилізовано 12 % підведеної теплоти, що дозволяє знизити енерговитрати рекуперативної зерносушарки до 3 МДЖ/ кг вид. вол. Кінетика сушіння пшениці в апаратах на базі термосифонів [Текст] / О. Г.С каждым годом спрос на кофе растет на 2 % и превышает предложение. В структуре продаж кофейной продукции в Украине превалирует растворимый кофе (табл.1). потеря ценных легколетучих вкусовых и ароматических веществ (более 80 % от начального количества в обжаренных зернах), обуславливающих качество конечного продукта, на стадиях измельчения, хранения, экстрагирования и сушки в процессе производства; Несмотря на предельно высокие значения температур и давлений в аппаратах (табл.2), с отходами экстрагирования (кофейным шламом) теряется до 15 % от общего содержания водорастворимых веществ в сырье. Кофейный шлам имеет полноценный химический состав (содержит до 4% экстрактивных веществ), который не уступает по качеству основных компонентов содержащихся в кофе, поэтому шлам является ценным дополнительным источником для увеличения выхода готового продукта (табл.3).Внедрение принципов вакуумной и волновой техники в оборудовании технологической линии производства растворимого кофе является основой для комплексного решения вопросов энергетики, ресурсоэффективности и экологии. предложенные в ОНАПТ технические решения являются инновационными и перспективными.
Введение
Кофе является экономически важным сырьевым продуктом в мире. С каждым годом спрос на кофе растет на 2 % и превышает предложение. Кофейный рынок Украины за последние 10 лет стал самым динамично развивающимся рынком кофе в мире. Так, в 2012 г. производство кофе в стране увеличилось на 16,6 % по сравнению с 2011 г. В структуре продаж кофейной продукции в Украине превалирует растворимый кофе (табл.1).
Таблица 1 - структура продаж кофейной продукции в Украине
№ кофейная продукция 1 растворимый кофе
2 молотый кофе
3 кофейные смеси доля продаж, % 40 35 25
Половину рынка кофейной продукции Украины занимает «Галка». Производители одесского предприятия «Энни Фудз» имеют 13 % в общей доле продаж. Дорогое, импортируемое сырье и энергоемкое производство главного в секторе продаж - растворимого кофе, определяют постоянную актуальность
Наукові праці, випуск 45, Т.2 195
Одеська національна академія харчових технологій совершенствования технологии растворимого кофе, повышения энергетической эффективности производства и решения проблем сокращения потерь сырьевых ресурсов.
Проблемы современных технологий производства растворимого кофе. Высокий уровень термического воздействия на сырье в процессе переработки определяет основные недостатки производства: - значительная энергоемкость оборудования и длительность технологического процесса (7...8 ч);
- потеря ценных легколетучих вкусовых и ароматических веществ (более 80 % от начального количества в обжаренных зернах), обуславливающих качество конечного продукта, на стадиях измельчения, хранения, экстрагирования и сушки в процессе производства;
- низкий выход целевого компонента (20...33 % от массы сырых зерен);
- отходы производства - кофейные шлам, не утилизируются, создают экологически опасную ситуацию, загрязняя окружающую среду.
Вместе с тем, кофейный шлам содержит значительное количество ценных компонентов, извлечение которых имеет коммерческую целесообразность.
Задачи исследований. Растворимое кофе производят из дорогого импортируемого сырья. Основные процессы этого производства требуют высоких затрат энергии, а использование сырья не эффективно. Очевидно, что любые решения по сокращению затрат энергии, по глубокой переработке сырья являются актуальными. Поэтому в работе ставятся задачи повышения ресурсоэнергоэффективности технологии производства растворимого кофе.
Ключевым процессом технологии рtrialримого кофе является экстрагирование. Рассмотрим подробней процесс экстрагирования в производстве растворимого кофе и определим направления его со-вершеtrialвания.
Традиционные подходы при экстрагировании из зерен кофе. Для технологии определились серьезные научно-технические противоречия. С одной стороны, с целью повышения выхода целевых компонентов, температура процесса повышается до 170…180 ?С [1]. Однако это требует высоких давлений в аппарате. В этой связи исключаются традиционные методы интенсификации процесса экстрагирования: перемешивание, движение экстрагента и т.п. Кроме того, повышенные температуры в процессе неблагоприятно сказывается на качественных показателях продукта.
Процесс протекает в батарее экстракционных колон, в которых после загрузки последовательно повышается температурный режим (табл.2).
Таблица 2 - Режимные параметры работы экстракционных колон
Несмотря на предельно высокие значения температур и давлений в аппаратах (табл.2), с отходами экстрагирования (кофейным шламом) теряется до 15 % от общего содержания водорастворимых веществ в сырье. Анализ показывает, что остаток содержит полнокачественные экстрактивные вещества. В процессе производства растворимого кофе шлам составляет 60-65 % исходного сырья, который в настоящее время не имеет дальнейшего практического применения. На 1 т готовой продукции, приходится 1,5-2 т шлама. Кофейный шлам имеет полноценный химический состав (содержит до 4% экстрактивных веществ), который не уступает по качеству основных компонентов содержащихся в кофе, поэтому шлам является ценным дополнительным источником для увеличения выхода готового продукта (табл.3).
Таблица 3 - Состав кофейного шлама
№ п/п Основные компоненты
1. Жир
2. Клетчатка
3. Азотистые вещества 4. Кофейная кислота
5. Хлорогеновая кислота
Количество в пересчете на сухое вещество, %
16 - 22 55 9,8 7,0
6,2
Процессы утилизации кофейного шлама. На первом этапе исследований сформулирована научно-техническая гипотеза, объясняющая причины потерь целевых компонентов со шламом. Суть ее в том, что остатки водорастворимых веществ находятся в микро- и нанокапиллярах зерен, поэтому их не удается извлечь промышленными технологиями. Ставится задача найти пути повышения ресурсоэнергоэффективности процесса.
В настоящее время растет интерес к методам, при которых интенсификация процесса достигается за счет использования электроимпульсных технологий, электромагнитных полей. Применение микроволнового (МВ) излучения в ряде технологий позволило: повысить эффективность процесса; уменьшить массообменные характеристики оборудования и снизить величину затрат электрической энергии; улучшить качество получаемого продукта [2-4]. Представляется, что применение в процессе экстрагирования из кофе продуктов электромагнитного подвода энергии, позволит организовать массоперенос при эффективном противоточном движении сырья и экстрагента. Процесс можно осуществлять в условиях атмосферного давления, при извлечении из капиллярной структуры зерен экстрактивных веществ за счет специфического гидродинамического потока, возникающего при взаимодействии импульсного микроволнового поля с полярными молекулами жидкости в капиллярах сырья [3].
При извлечения остатков целевых компонентов из шлама за счет инициирования мощного бароди-фузионного потока экстрактивных веществ, существенно интенсифицируется массоперенос из твердой фазы. Сокращаются расходы энергии за счет комбинированного воздействия на растительное сырье, противоточного движения сырья с экстрагентом, циклического электромагнитного микроволнового поля при адресной доставке энергии в микроканалы твердой фазы.
В результате комплексных исследований гидродинамики, энергетики, кинетики массопереноса водорастворимых веществ из кофейного шлама установлены конструктивные и режимные характеристики аппарата для утилизации шлама.
Разработан и изготовлен экспериментально - промышленный образец МВ экстрактора непрерывного действия производительностью по сырью 1?10-3 кг/с (или 4 кг/ч), что обеспечивает дополнительное извлечение экстрактивных веществ из кофейного шлама на 0,24 т/год, при этом удельный расход энергии составляет 250 КДЖ на 1кг извлеченных сухих веществ.
Данная технология позволит на 8% увеличить выход готовой продукции или на 7% сократить расходы сырья.
Исключение процесса сушки из технологии растворимого кофе.
Заключительным этапом технологии является сушка кофейного экстракта в распылительной сушилке. Проведенный аудит показал, что за год из сушильной установки в окружающую среду теряется 4,5 т порошка кофе (это после батареи циклонов механической очистки), 8200 ГДЖ тепловой энергии [3]. Спецификой отработавшего сушильного агента является то, что он содержит значительное количество пыли пищевого продукта и применение традиционных утилизаторов теплоты не эффективно. Для решения этой проблемы созданы основы тепломассопереноса паропылегазового потока в пучке термосифонов и разработан оригинальный аппарат - тепломассоутилизатор [4]. Аппарат внедрен в производство и успешно функционирует.
Наукові праці, випуск 45, Т.2 197
Одеська національна академія харчових технологій
Вместе с тем, проводились серьезные исследования по переходу на оригинальные концентраты жидкого кофе. Известно, что в Портланде, США, в 1993 г. начал изготавливаться жидкий концентрат кофе (X Cafe)Предусматривались: упаковка для предприятий общественного питания объемом 1 галлон (3,8 л) или 500 чашек готового кофе (разбавление 1:30) и упаковка в маленькие пластиковые контейнеры по 1 унции (28,4 г), по 6 упаковок в пачке. При разбавлении с водой 1:7 из одной упаковки получается 1 чашка кофе. Срок хранения запакованного кофейного экстракта - 30 дней при температуре 2-50С.
В настоящее время в США жидкий кофе отвоевал свой сегмент рынка (около 2 млн. $ в год). Это кофе класса премиум, характеризуется высокой сохранностью вкусоароматических веществ зерен. Производитель отмечает следующие достоинства X Cafe: 1. Возможность его использования как для домашнего применения, так и в сфере общественного питания, позволяет производить широкий ассортимент кофе;
2. Возможность использовать его в качестве топингов для мороженого; 3. Готов к применению и прост в использовании.
В ОНАПТ на кафедре процессов, аппаратов и энергетического менеджмента создана для производства высококонцентрированных экстрактов кофе оригинальная микроволновая вакуум-выпарная установка (рис.1) на основе микроволнового вакуум-выпарного аппарата (МВВА). пары воздух вакуум насос вход экстракта генератор микроволновой энергии сепаратор
М В В А
конденсатор холодная вода кофейная вода жидкий концентрат кофе
Рис. 1 - Схема микроволновой вакуум-выпарной установки
Экстракт, полученный потрадиционной технологии, поступает в колонну МВВА. Объемный подвод энергии к экстракту не требует перемешивающих устройств, исключает перегревы продукта у стенок аппарата, минимизирует тепловые потери. Образовавшиеся пары конденсируются в поверхностном теплообменнике. Уровень давлений в аппарате, а. следовательно, и температур выпаривания, обеспечивается вакуумным насосом. Возможна работа в непрерывном и в периодическом режимах.
Образцы неэнергоемких концентратов жидкого кофе. На установке (рис.1) были наработаны опытные партии жидких концентратов кофе. Образцы прошли дегустацию потрадиционной методике. Результаты режимов производства образцов и их дегустации представлены в табл.4.
Полученные результаты свидетельствуют о перспективности предложенных решений. Дальнейшие исследования следует развивать в направлениях определения зависимостей технологических, энергетических, экономических параметров от режимных и конструктивных характеристик оборудования.
Ассортимент жидких концентратов кофе. На основе полученных на установке (рис.1) концентратов купажированы новые продукты: «кофе с сахаром», «кофе с коньяком», «кофе с молоком», «кофе с сахаром и коньяком». Образцы получили высокую оценку при дегустации.
Дальнейшее повышение вкусовых качеств образцов требует совершенствования самого процесса экстрагирования из зерен кофе. Для этих целей разработан микроволновой экстрактор, технические характеристики которого сведены в табл.5.
Таблица 5 - Технические характеристики микроволнового экстрактора
Параметры
Частота излучения МВ генераторов, МГЦ
Выходная мощность МВ излучения, КВТ
Магнетроны (0,9 КВТ), шт.
Габаритные размеры установки (l/b/h), м: Производительность по сырью, кг/ч
В настоящее время проводится отработка технологии экстрагирования из зерен кофе на созданной установке.
Вывод
Внедрение принципов вакуумной и волновой техники в оборудовании технологической линии производства растворимого кофе является основой для комплексного решения вопросов энергетики, ресурсоэффективности и экологии. предложенные в ОНАПТ технические решения являются инновационными и перспективными. Образцы неэнергоемких концентратов кофе имеют коммерческую ценность.
Список литературы
1. Нахмедов Ф.Г. Технология кофепродуктов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 184 с. 2. Бурдо О.Г., Ряшко Г.М. Экстрагирование в системе «кофе- вода».- Одесса, 2007.- 176с.
ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СПОСОБУ ОХОЛОДЖЕННЯ ЗЕРНА
Ялпачик В.Ф., д-р техн. наук, професор, Кравець О.В., канд. екон. наук., доцент Верхоланцева В.О., аспірант
Таврійський державний агротехнологічний університет, м.Мелітополь
В статті розглядається економічне обґрунтування впровадження інноваційної технології для зберігання зерна.
The article discusses the feasibility of implementation of innovative technologies for grain storage.
Ключові слова: капіталовкладення, витрати, прибуток, термін окупності, вартість, річний економічний ефект.
У період інтеграції України до світових структур, питання впровадження інноваційних технології надається особливе значення. Для досягнення підвищення ефективності діяльності сільськогосподарських підприємств ми пропонуємо застосовувати інноваційну технологію охолоджування зерна з можливістю регулювання режимів обробки.
Запропонована нами технологія охолоджування зерна, дозволить господарствам: Наукові праці, випуск 45, Т.2 199
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
