МАШИНА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНСИСТЕНТНОГО ЗАВАРИВАНИЯ И ВОЗДУШНО-ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КЛЕЙСТЕРИЗАЦИИ МУКИ

Заявляемая полезная модель относится к пищевой промышленности, а именно - к хлебопекарному производству, и предназначена для изготовления консистентного мучного клейстеризата, используемого в приготовлении тестов хлебобулочных изделий.
Известно использование для консистентного заваривания муки обычной тестомесильной машины непрерывного действия, представляющей собой установленное на станине месильное корыто, в котором вращается лопастной вал, с шестеренным приводом от мотор-редуктора с секторным мучным дозатором и приводом, зависимым от привода вала. Элементы и приборы управления такой машиной находятся в отдельном шкафу управления [1, стр. 189]. Машина данного типа может быть использована для изготовления консистентных заварок после осуществления значительной реконструкции с изготовлением дополнительных устройств и узлов.
Недостатками такой реконструированной тестомесильной машины при использовании для изготовлении консистентных заварок являются:
- неравномерность подачи и неорганизованность первичного контакта муки с «заварной» водой и дальнейших процессов заваривания и клейстеризации, приводящие к неоднородности получаемой заварной массы, а также повышенной липкости и недостаточной формоудерживающей способности получаемой заварки для использования в производстве хлебобулочных изделий при предельных влажностях тестов;
- недостаточность объема корыта для приготовления заварки и достижения необходимого уровня клейстеризации, осахаривания, гомогенности, а также укрепленности и эластичности клейковины при различной производительности по завариванию и тестоприготовлению;
- невозможность существенных изменений производительности машины;
- значительные габариты дополнительных устройств и узлов, затрудняющие размещение их в стесненных условиях действующих производств.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, принимаемым за прототип, является «Машина для непрерьюного консистентного заваривания и воздушно-окислительной клейстеризации муки», включающая
- установленное на станине месильное корыто, снабженное лопастным валом, систему перегородок, разделяющих рабочий объем корыта на зоны «первичного заваривания», клейстеризации и осахаривания, гомогенизации и ферментации; выходную перегородку, выполненную с окнами переменной высоты и сечения для перетока массы, и систему рассекателей массы, установленных в шахматном порядке на боковых стенках корыта между лопастями вала, привод вала, выполненный ременным с парами двухручьевых шкивов, шнековый мучной дозатор непрерывного действия с регулируемым приводом, снабженный загрузочной воронкой, канал подачи муки от дозатора в зону «первичного смешения заваривания» корыта;
- узел ввода «заварной» воды, с приборами контроля и регулирования температуры и патрубком подачи воды в зону первичного заваривания,
- закрытую систему направленной воздушно-окислительной продувки перемешиваемой в корыте массы, включающую радиальный вентилятор, распределительную трубу, впускной и выпускной каналы, выполненные на боковых стенках месильного корыта, расширительный выводной короб, а также отдельно располагаемый шкаф-пылеуловитель,
- выходной нагнетательный узел, включающий экструзионный шнек с приводом и экструзионной головкой и выводную охлаждаемую трубу.
При практическом производственном применении машины прототипа
- «первичное смешение и заваривание» осуществляется в общем продуваемом объеме корыта под воздействием воздушных потоков и вихрей, которые распыливают остатки сухой муки и охлаждают массу заварки уже в процессе ее образования, в связи с чем, для достижения требуемой температуры «начальной заварной массы» и глубины клейстеризации приходится дополнительно повышать температуру «заварной» воды, что приводит к повышению липкости клейстеризата и теста с его использованием;
- муку и «заварную» воду в расчетных соотношениях по массам и температурам подают в «зону первичного смешения и заваривания»; вода по штуцеру в торцевой стенке корыта течет непрерывно, сразу попадая в перемешиваемую на холодном днище относительно холодную заварную массу; мука продвигаемая шнеком мучного дозатора по вводному мучному каналу, выталкивается из него и высыпается по торцевой стенке в перемешиваемую массу; в результате первичный контакт и смешивание происходит сначала между «заварной» водой, холодном днищем и заварной массой, и только затем - с поступающей мукой, поэтому фактические соотношения муки и «заварной» воды в зоне контакта отличаются от расчетных в несколько раз, вследствие этого в клейстеризате, кроме необходимого коллоида, образуются значительные количества агломератов набухших крахмальных зерен, склеенных пентозанными слизями, что придает неоднородность и добавочную липкость клейстеризату и изготавливаемому с его использованием тесту, создавая проблемы при формовке тестовых заготовок, и препятствует достижению максимальных влажностей и сроков сохранения свежести хлебобулочных изделий;
- закрытая система воздушной продувки включает каналы, по которым свежий воздух входит, а отработавший воздух выходит из закрытого крышкой корыта в отдельно расположенный габаритный шкаф-пылеуловитель, содержащий систему пылесборников; для подачи воздуха и преодоления сопротивления закрытой системы используют отдельно расположенный радиальный вентилятор;
- свежий воздух, поступающий от вентилятора, в закрытом объеме корыта смешивается с влажным и достигает поверхности обдуваемой массы уже во влажном состоянии, что снижает эффективность испарения, охлаждения и окисления; кроме того, избыток давления и влажности приводит к конденсации влаги на поверхности окна крышки корыта, не позволяя наблюдать за консистенцией массы при ее перемешивании и оперативно корректировать процесс образования «начальной заварной массы» (при открывании крышки корыта вращение вала автоматически останавливается и перемешивание прекращается);
увеличение усилия натяжения приводит к дополнительным нагрузкам на подшипники, что вызывает их износ и выход из строя.
- экструзионный шнек рассчитывают и изготавливают под конкретную консистенцию и массовую скорость подачи клейстеризата, что не позволяет оперативно изменять скорость подачи массы и производительность машины; для изменения производительности машины необходимо заменять экструзионный шнек и его корпус, для этого останавливать производство, демонтировать и заменять весь узел;
- при увеличении производительности машины и массы клейстеризата, перемешиваемой в корыте, нагрузка на вал увеличивается и ременный привод начинает проскальзывать на шкивах, что приводит к колебаниям скорости вращения вала и интенсивности перемешивания и требует увеличения усилия натяжения и частоты замены ремней;
- увеличения усилия натяжения ремней приводит к дополнительным нагрузкам на подшипники и вызывает их преждевременный выход из строя.
Недостатками полезной модели прототипа являются:
- невозможность поддержания оптимальных температур муки и «заварной» воды, необходимых для достижения полной клейстеризации мучного крахмала;
- неравномерность поступления муки и невозможность обеспечения непрерывного первичного контакта сухой муки с «заварной» водой в расчетных соотношениях для получения необходимых температуры и качества «начальной заварной массы» и далее - клейстеризата, теста и мякиша хлебобулочных изделий;
- расположение «зоны первичного смешения и заваривания» в общем продуваемом объеме корыта, приводящее к образованию мучной пыли и необходимости дополнительного повышения температуры заварной воды, что приводит к повышению липкости клейстеризата, препятствующей достижению максимальной влажности теста и продление срока свежести хлебобулочных изделий;
- излишние сложность, материалоемкость, габариты и потребляемая мощность закрытой системы воздушной продувки, недостаточная эффективность испарительного охлаждения и невозможность оперативного наблюдения за консистенцией клейстеризата в процессе его перемешивания для своевременного внесения необходимых корректировок в изготовление «начальной заварной массы»;
- невозможность оперативного регулирования скорости подачи клейстеризата и изменения производительности машины и невозможность оперативных замен рабочего органа без остановки производства;
- ненадежность ременного привода, колебания скорости вращения вала и интенсивности перемешивания, преждевременный выход из строя опорных подшипников вала. Задачей предложенной полезной модели является
- обеспечение непрерывного первичного контакта сухой муки с «заварной» водой в расчетных соотношениях, необходимых для достижения оптимальных температур и качества начальной заварной массы, а далее - клейстеризата, теста и изделия;
- создание возможности подогрева подаваемой на клейстеризацию муки до температур, оптимальных для получения «начальной заварной массы»;
- исключение потоков воздуха из «зоны первичного смешения и заваривания», а за счет этого, - снижение температуры «заварной» воды, исключение излишней липкости клейстеризата и теста для достижения максимальных рабочей влажности и срока сохранения свежести мякиша изделий; исключения пыления муки и дополнительных устройств для ее улавливания;
- упрощение конструкции, снижение материалоемкости, габаритов и энергозатрат системы воздушной продувки, повышение эффективности испарительного охлаждения, создание возможности оперативного наблюдения за консистенцией перемешиваемого клейстеризата и своевременного внесения необходимых корректировок в процесс изготовления «начальной заварной массы»;
- создание возможности оперативного регулирования скорости подачи клейстеризата и производительности машины и замены рабочего органа выводного узла без остановки производства;
- обеспечение надежности работы приводов вала и насоса и интенсивности перемешивания во всем диапазоне загрузок и производительностей машины.
Поставленная задача достигается тем, что
- в заявляемой в качестве полезной модели машине непрерывного консистентного заваривания и воздушно-окислительной клейстеризации муки, включающей установленное на станине месильное корыто с системой перегородок и рассекателей перемешиваемой массы, лопастной вал, привод вала, мучной дозатор с регулируемой непрерывной подачей муки, вводной мучной канал, узел непрерывной подачи «заварной» воды в «горячую зону первичного смешения и заваривания», систему воздушной продувки массы, выходной нагнетательный узел и выводную охлаждаемую трубу;
- вводной мучной канал направлен под острым углом к торцевой стенке корыта, с полированной внутренней поверхностью; а мучной дозатор расположен на высоте, необходимой для создания скользящего потока муки во вводном канале;
- мучной дозатор и вводной мучной канал снаружи снабжены плоскими электронагревательными элементами и теплоизоляцией, поддерживающей требуемые температуры стенок;
- «горячая зона первичного смешения и заваривания» отделена перегородкой от продуваемого объема корыта, снабжена отдельной крышкой с прямоугольным вырезом, а стенки и днище по длине горячей зоны снабжены электроподогревом и теплоизоляцией;
- для подачи муки и «заварной» воды в расчетных соотношениях в «горячую зону первичного смешения и заваривания» в виде направленных струй, встречающихся в «точке первичного контакта и заваривания» на сухом и подогреваемом участке днища корыта;
- ввод «заварной» воды в горячую зону производится по штуцеру с регулируемой головкой, формирующей и направляющей струю в «точку первичного контакта и заваривания»;
- для движения промешанной «начальной заварной массы» из «горячей зоны» в продуваемый объем корыта по нагретому днищу корыта под «толкающим» действием лопастей вала оставляется пространство под нижним краем «горячей» перегородки;
- вращение лопастного вала и насоса машины осуществляется с использованием цепных приводов;
- обдув «начальной заварной массы», преобразуемой в клейстеризат, производится направленным потоком воздуха, подаваемым от осевого вентилятора, встроенного в воздушную трубу, установленную на корыте, через выполненный по длине корыта наклонный щелевой канал, а вывод отработанного воздуха производится свободно вверх через решетку крышки корыта;
- выходной узел машины выполнен в составе выходного бункера корыта и соединенного с ним винтового насоса высокого давления с планетарным движением рабочего винта в эластичной обойме и частотным регулированием оборотов, на выходе которого с использованием быстросъемного соединения установлен поворотный отвод, соединяющийся с выводной охлаждаемой трубой, подающей клейстеризат на замес теста.
Принципиальная схема машины приведена на Фиг. 1 - продольный разрез и Фиг. 2 - поперечный разрез.
Согласно принципиальной схеме, см. Фиг. 1 и 2, Машина-клейстеризатор содержит расположенное на станине 1 месильное корыто 3 с установленным в подшипниковых опорах 2 лопастным валом 6 с лопатками 7, приводимым во вращение от мотор-редуктора 14 цепной передачей 15, закрытой кожухом 16, прозрачный стакан 23 для приема муки с датчиками 24 уровня муки, дозатором 19 с приводом 20, управляемым частотным регулятором 21, и вводной мучной канал 22;
- в стенку горячей камеры врезан поворотный штуцер 33 для формирования и направления струи «заварной» воды; в днище корыта вварены перегородки - 9, 10, 11, на бортах между лопастями вала расположены рассекатели массы 8; поперек сечения корыта выполнена перегородка 4, отделяющая «горячую зону первичного смешения и заваривания» от остального объема корыта и оставляющая от нижнего края до днища пространство, достаточное для вывода «начальной заварной массы»; снаружи на цилиндрическом днище горячей зоны наложен гибкий электронагревательный элемент 13, снабженный терморегулятором; горячая зона имеет отдельную крышку 5 с прямоугольным вырезом, а торцевая стенка, борта и днище корыта по длине горячей зоны покрыты снаружи слоем 17 теплоизоляционного материала;
- в непосредственной близости от «горячей» перегородки 4 врезан штуцер 40 для подачи рецептурного растительного масла; открытая система обдува воздухом перемешиваемой заварной массы содержит осевой вентилятор 18, встроенный в торце воздушной трубы 36, от которой по касательной отводится распределительный канал 37, а от него - наклонный щелевой направленный канал 38; верхний периметр продуваемой части корыта накрыт защитной решеткой 39, предотвращающей контакт с вращающимся лопастным валом, но не создающей препятствий для свободного выхода отработавшего воздуха и визуального наблюдения за консистенцией перемешиваемого клейстеризата; в окончании корыта выполнен выходной бункер 12 для приема клейстеризата, к которому снизу фланцами 41 присоединен винтовой насос 42 с приводом 43, установленный на платформе 30 с помощью клиновых шайб 48; на выходе из насоса быстросъемной гайкой 44 закреплен поворотный отвод 45, к которому фланцевым соединением закреплена выводная труба 46 с верхним отводом 47, к которому присоединена охлаждаемая труба, подающая клейстеризат на замес теста; пульт управления 49 установлен на платформе 50, смонтированной на стойке 51, установленной на фланцевом разъеме на упоре стойки52, жестко вваренном в каркас станины, и содержит измеритель-регулятор температуры 28 и блок управления подачей муки на машину 25.
Машина работает следующим образом:
- после включения машины блок управления 25 пульта включает внешний шнек подачи муки; мука поступает в стакан 23 и достигает в нем уровня, автоматически поддерживаемого между датчиками 24;
- дозатор 19 равномерно и непрерывно подает муку с расчетной производительностью по каналу 22 в виде струи в горячую «зону первичного смешивания и заваривания» при прохождении через дозатор и канал мука подогревается до необходимой температуры;
- «заварная» вода с расчетной производительностью и температурой непрерывно и равномерно подается в зону из штуцера 33, направляющего струю в точку контакта с мукой;
- сухая мука и «заварная» вода равномерно и непрерывно контактируют, смешиваются о образуют «первичные заварные массы», которые продвигаются лопастями 7, сориентированными на максимальный сдвиг образующихся «первичных заварных масс», с точки первичного контакта в единую «начальную заварную массу»;
- соотношение температур сухой муки и «заварной» воды поддерживаются таким образом, чтобы температура «начальной заварной массы» превышала «точку заваривания» 61±1°C, с целью сохранения тепла для дальнейшей клейстеризации, осахаривания и гомогенизации;
- «начальная заварная масса» после интенсивного промешивания в «горячей зоне» выводится в продуваемый объем корыта «толкающими» лопастями вала по нагретому днищу корыта под краем «горячей» перегородки; наличие 100% влажности в объеме «горячей зоны», интенсивное перемешивание и нижний вывод заварной массы исключают прорывы сухой муки и ее пыление;
- постепенно корыто заполняется массой до установленного перегородкой 11 уровня, и процесс становится стабильным: непрерывная подача муки и «заварной» воды в начале корыта и соответствующий выход массы через перегородку 11 в выходной бункер 12, - в конце корыта
- при интенсивном перемешивании в продуваемой части корыта при воздействии кислорода воздуха, температуры и собственных ферментов муки в заварной массе протекают стадии клейстеризации, осахаривания, гомогенизации и насыщения кислородом воздуха;
- изначально вязкая и неподвижная «начальная заварная масса», непрерывно подвергаясь механическому перемешивающему воздействию вращающихся лопастей вала и неподвижных рассекателей, установленных на стенках корыта, создающих сдвиговое движение слоев массы и ускоряющих тепло- массообмен; к концу корыта становится однородным клейстеризатом вязкотекучей консистенции, позволяющей ему перетекать через основную перегородку корыта в выходной бункер, а из него - в приемную горловину винтового насоса, рабочим органом которого является стальной полированный винт, совершающий планетарное вращение в эластичной обойме;
- насос машины при прокачивании клейстеризата выполняет дополнительную диспергирующую функцию, - «раздавливая» между винтом и обоймой оставшиеся в массе агломераты, и делая структуру клейстеризата более тонкой, однородной и текучей;
- в выходном бункере корыта поддерживается заданный уровень клейстеризата, обеспечивающий постоянный подпор для нормальной работы насоса, а скорость подачи насоса с помощью частотного регулятора оборотов устанавливается такая, чтобы уровень в бункере оставался постоянным, т.е. какое количество клейстеризата изготовлено и поступило в бункер, такое же количество прокачивается насосом на замес теста;
- при изменении производительности машины одновременно с изменением подачи муки и воды изменяются обороты насоса и далее контролируется поддержание постоянного уровня массы в бункере;
- поворотный выходной отвод с быстросъемным соединением позволяет оперативно, без остановки производства (во время обычной технологической паузы), произвести замену рабочего органа, - эластичной обоймы насоса, для этого отворачивается быстросъемное соединение, отвод убирается, и выходная часть насоса становится доступной для замены обоймы; после замены обоймы сборка производится в обратном порядке;
- в ходе прокачивания насосом под высоким давлением массы клейстеризата по охлаждаемой трубе происходит дополнительное взаимное проникновение и объединение крахмального коллоида и набухшей клейковины, приводящее к усилению структурирующего и формоудерживающего действия клейстеризата в тесте;
- при прохождении клейстеризата по трубе продолжается его аэробная ферментация (для этого в клейстеризате содержится достаточное количество кислорода воздуха, вовлеченного при продувке и перемешивании в корыте);
- время протекания процесса (нахождения массы в машине) для неизменной производительности (подачи муки и воды) регулируется изменением высоты перегородки 11 (уровня и объема массы в корыте);
В итоге процесса непрерывно получается гомогенный клейстеризат с заданной конечной влажностью, содержащий крепкий и однородный гидрофильный коллоид, оптимальное количество Сахаров, активированные ферменты, вовлеченный кислород воздуха и укрепленную клейковину. Введение такого клейстеризата в тесто обеспечивает формоудержание на предельных влажностях, длительное сохранение начальной свежести и превосходные вкусовые качества мякиша хлебобулочных изделий.
Замес теста с использованием полученного таким образом клейстеризата осуществляют порционным или непрерывным способом.
Заявляемая машина непрерывного изготовления клейстеризата позволяет осуществлять замес теста как в непрерывном режиме, синхронно подавая клейстеризат в зону замеса основной тестомесильной машины, так и в порционном режиме, подавая клейстеризат через дозаторы в дежу для проведения замеса.
Примеры изготовления клейстеризата с использованием машины, а также характеристики получаемого клейстеризата, тестов и хлебобулочных изделий приведены в таблице 1.
Как следует из данных Таб. 1, заявляемая полезная модель обеспечивает:
- возможность подогрева клейстеризуемой муки до необходимой температуры;
- первичный контакт сухой муки с «заварной» водой в расчетных соотношениях для обеспечения оптимальной температуры и качества «начальной заварной массы», а далее, - клейстеризата, теста, изделия;
- исключение потоков воздуха из «горячей зоны первичного смешения и заваривания»;
- снижение температуры «заварной» воды;
- исключение излишней липкости клейстеризата и достижение максимальной влажности и свежести мякиша изделий;
- исключения пыления и необходимости использования пылеулавливающих устройств;
- упрощение конструкции, уменьшение материалоемкости, габаритов и энергозатрат системы воздушной продувки; повышение эффективности воздушно-испарительного охлаждения клейстеризата;
- возможность оперативного контроля первичного контакта муки и «заварной» воды в горячей зоне и образованием «начальной заварной массы»;
- возможность оперативного регулирования скорости подачи клейстеризата при изменении производительности машины;
- безостановочную работу машины во всем диапазоне производительности;
- надежность работы приводов вала и насоса машины и интенсивности перемешивания.
Источники информации:
1. Цыганова Т.Б. «Технология хлебопекарного производства», М. Профиздат, 2001 г.
2. Патент РФ №73767, A21C 1/06, 2006 г.