Повышение энергоэффективности процесса сушки солода в высоком слое тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Емельянов, Александр Борисович

• Емельянов, Александр Борисович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Емельянов, Александр Борисович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Анализ современного состояния техники технологии и теории сушки солода в пивоваренном производстве и проблемы

их совершенствования

1.1 Солод как объект производства и исследования

1.2 Общие закономерности и специфические особенности

конвективной сушки солода в высоком слое

1.3 Режимы сушки солода, их анализ и проблемы совершенствования

1.4 Анализ конструкций и работы солодосушилок

и проблемы их совершенствования

1.5 Анализ и краткий обзор методов и средств, используемых для совершенствования режимов сушки и

конструкций солодосушилок

1.6 Цель и задачи проведения исследования сушки солода в высоком слое

Глава 2. Разработка энергокинетичсского критерия оценки эффективности динамических режимов сушки

солода в высоком слое

2.1 Анализ теоретических основ и предпосылок создания энергокинетического критерия для оценки эффективности

процесса сушки

2.2 Разработка структуры и методики определения энергокинетического критерия оценки эффективности режимов сушки

2.3 Методика экспериментальных исследований сушки солода

в высоком слое и установка для их проведения

Глава 3. Анализ методов математического моделирования

и оптимизации динамических режимов конвективной сушки солода в высоком слое

3.1 Анализ современных методы математического моделирования конвективной сушки сыпучих материалов и оценка их применимости для расчета энергокинетического критерия оценки эффективности динамических режимов

конвективной сушки солода

3.2 Анализ современных методов оптимизации режимов конвективной сушки солода и оценка их применимости для синтеза динамических режимов конвективной сушки

солода в высоком слое с использованием энергокинетического критерия

Глава 4. Построение математической модели энергокинетического критерия, его использование для синтеза оптимального режима сушки и анализа эффективности способа ее проведения

4.1 Построение математической модели энергокинетического критерия

4.2 Синтез оптимального режима сушки высокого слоя

солода с использованием энергокинетического критерия

4.3 Оценка совершенства эффективности способа

конвективной циклической сушки солода в высоком

слое и разработка мер по его совершенствованию

Глава 5. Практическое применение результатов исследований

5.1 Технико-экономические и экологические аспекты

внедрение усовершенствованных режимов сушки

5.2 Расчет эффективности от внедрения оптимального режима

5.3 Разработка устройства для предварительного подогрева солода

Основные выводы и результаты

Библиографический список

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение энергоэффективности процесса сушки солода в высоком слое»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В настоящее время в России интенсивно развивается производство пищевых продуктов. Перед экономикой Российской Федерации стоит ряд сложных задач, к приоритетным среди них относятся энергосбережение [1] и интенсификация производства.

В условиях вступления России во ВТО эти факторы, наряду с качеством продукции, приобретают особую важность. Дополнительную актуальность проблеме энергосбережения придает сопряженная с ней проблема снижения объемов выбросов в атмосферу парниковых газов, ведущих к глобальному потеплению. При этом необходимо также учитывать стабильный рост цен на энергоносители.

Все вышеуказанные проблемы и задачи относятся и к производству солода, являющегося сырьем для изготовления пива, потребление которого в мире постоянно растет. К причинам этого относится и положительное влияние умеренного потребления пива на здоровье. Как отмечает доктор медицины К. Риксен [1], оно не только увеличивает продолжительность жизни, но и улучшает ее качество за счет снижения риска сердечно -сосудистых заболеваний, благотворно влияет на уровень сахара в крови, уменьшает стресс. По данным [1] потребления пива приводит к снижению заболеваний коронарных сосудов сердца на 30 - 40 %, возникновению инфаркта на 20 - 40 % и апокаплетического удара в среднем на 20%.

Пиво - это единственный алкогольный напиток, который содержит хмель. Наряду с тем, что хмель оказывает успокаивающее действие на психику, он содержит также в большом количестве полифенолы, которые оказывают не только защитное действие на сосуды, уменьшают изжогу, являются антиаллергеном и оказывают профилактическое действие при инфекционных заболеваниях, но защищают также от рака и свободных радикалов. Такое действие пива усиливается благодаря содержанию в нем

минеральных элементов (магния, калия), микроэлементов и витаминов (A, D, Е, К) и, прежде всего витаминов группы В.

Пиво стимулирует выделение кислоты в желудке, снижает опасность развития гастрита, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, регулирует моторику желудочно-кишечного тракта, улучшает ресорбцую, кровообращение, повышает секрецию желчи и, тем самым, предотвращает желчнокаменную болезнь, повышает иммунную защиту организма, предотвращает развитие инфекций и тормозит процесс старения, предохраняет организм от остеопороза. [ 1 ]

В России производство пива значительно выросло за последние несколько лет. Если в 2000 году объемы производства данного напитка составляли 515 632 тыс. декалитров, то в 2010 году - 1029310,32 тыс. декалитров [3] С 2000 года в России происходила модернизация пивоваренной отрасли, что позволило поднять уровень производства напитка на новый технологический уровень.

На 2007-2008 гг. приходится пик в производстве пива за 11 лет. В 2009 году объемы выпуска сократились к 2008 году на 4,2%, а в 2010 году к предыдущему периоду на 5,7%. За первый квартал 2011 года объем выпуска пива в России вырос относительно аналогичного периода 2010 года на 17%[3].

1600000

1400000

g 1200000 а.

s 1000000 с;

| 800000 t

I 600000 и

£ 400000 200000 0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Рис. 1- Динамика производства пива в России в 2000-2011 гг., тыс. декалитров [3].

Таким образом, производство пива в России находится на достаточно высоком и относительно стабильном уровне.

На российском рынке представлены как подразделения мировых пивоваренных групп, так и отечественные компании. Среди ведущих игроков «Пивоваренная компания «Балтика», «СабМиллер Рус», «Объединенные пивоварни Хейнекен», «Сан Инбев», «Пивоварня Москва-Эфес», «Московский пивобезалкогольный комбинат «Очаково».

Лидером на российском рынке является Пивоваренная компания «Балтика», вошедшая в 2008 году в состав международной группы Carlsberg. По официальным данным компании, в 2009 году ее доля на российском рынке равнялась 40%. Объем продаж «Балтики» в 2009 году составил 41,7 млн. гектолитров пива.

На втором месте по объемам производства находится компания SUN InBev Russia. В 2009 г объем производства SUN InBev Russia* составил 16 563,3 тыс. гектолитров, доля компании на рынке РФ - 15,2%. В 2010 году объемы производства SUN InBev Russia незначительно снизились, при этом доля на рынке выросла до 15,8% [3].

Замыкает тройку лидеров компания Heineken, на долю которой приходится порядка 13% рынка. На российском рынке Heineken существует с 2002 года. В состав группы входит 10 пивоварен, выпускающих 28 брендов пива [3].

Среди импортируемых сортов пива на российском рынке по объемам на первом месте товары производства Украины. В 2010 году импорт пива украинского производства снизился к 2009 году на 14,7%. Ведущая марка пива, ввозимая в Россию за 2010 год - «Оболонь» производства ЗАО «Оболонь», на долю которой приходится порядка 70% импорта в Россию. ЗАО «Оболонь» входит в состав корпорации «Оболонь», одного из крупнейших производителей пива в Украине. Рынок солода в Российской Федерации в настоящее время характеризуется нижеприведенными показателями.

и Ъ н

€Г

о.

ео п

ч: о

о

и О m

С ч

о m т s о о.

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200

- --. i i " •' i* Я. V. ¿шш

■ 1

а Г . V. ' i'v.vv; V-

• .

i_

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Рис. 2- Объем производства солода в РФ, тыс.т [3].

Россия входит в десятку ведущих производителей солода в мире, на ее долю приходится около 6 % мирового производства (рисунок 2).

Канада Австралия/Н.З. 6%

Великобритания

9%

Россия Бельгия Испания 6% 4% 3о/о

Прочие 20%

Франция 10%

Китай

США 10%

Германия 12%

Рис. 3 - Структура мирового производства солода [4]. Структура производства солода российскими компаниями приведена на следующем рисунке.

Балтика 21%

Очаково 10%

САН ИнБев 15%

Эфес 13%

Русский Солод 13%

Суффле 5%

Прочие 6%

Каргилл

5%

Малтюроп 6%

Хайнекем 6%

Рис. 4 - Структура производства солода в РФ [4].

и

3 I

I®

5 е.

о- н х 2

3 гГ

5 ©

2 ш 2 5

600000 500000 400000 300000 200000 100000

я 1 щ

] !

щ 1 i- ■ - Í| 7 -* -- " - Щ'- ? шш

— ■и — i

ЕЯ н -1 1 -¡

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Рис. 5- Объем суммарных розничных продаж пива в РФ, млн. руб. с НДС [4].

Стоимость тепловой энергии для производства 1т солода на крупнотоннажных импортных солодовнях составляет около 200-210 руб., электроэнергии 220-230 руб., при производительности солодовни 360т в сутки по ячменю. Эти затраты составляют основную часть (около 95%) расходов, обусловленных технологическими факторами. При этом большая часть теплоты и электроэнергии расходуется на проведение сушки. На современных солодосушилках удельный расход теплоты составляет, по данным фирм - изготовителей, около 2,7 МДж/т (750 кВт/т) при теоретически минимальном 1,86 МДж/т. Таким образом, расход теплоты

теоретически может быть снижен в 1.45 раза. Удельный расход электроэнергии на тех же установках составляет около 20-35 кВт ч/т, причем основная его часть приходится на привод вентиляторов, продувающих сушильный агент сквозь слой солода [5].

Соответственно при снижении удельного расхода теплоты в условиях неизменного температурного режима сократиться удельный расход сушильного агента, что вызовет уменьшение расхода электроэнергии на сушку.

Все эти обстоятельства обусловили постоянное стремление к совершенствованию режимов сушки и конструкции сушильных установок.

Решению этих задач посвящено значительное количество исследований, результаты которых отражены в многочисленных публикациях, монографиях, диссертациях, авторских свидетельствах и патентах. Среди них необходимо отметить работы Леберле, Шленка, В.И. Попова, И.Я. Веселова, Нарцисса, В.Е. Балашова, А.П. Макарова, A.M. Гавриленкова, В.И. Кулакова, К.В. Харченкова, В.А. Домарецкого, А.Н. Кашурина, A.A. Шевцова, В.В. Иванова и других.

При анализе этих и ряда зарубежных работ, а также патентов был выявлен ряд существенных, по нашему мнению, нерешенных вопросов. К ним относится раздельное рассмотрение вопросов интенсификации процесса и энергосбережения. При этом обычно для заданного времени сушки находится энергетически оптимальный режим. Однако обоснование принятой длительности процесса либо не проводиться, либо выполняется для какого-либо заданного режима. В то же время, очевидно, что эти взаимосвязанные характеристики должны рассматриваться и

оптимизироваться совместно. Поэтому представляется целесообразным обеспечить такую системную оптимизацию процесса.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры начертательной геометрии и инженерной графики ВГУИТ на 2011-2015 г.г. «Разработка оборудования и процессов с целью экономии энергетических и

материальных ресурсов в пищевой промышленности», № ГР 01201253872, коды ГРНТИ: 65.13.21.

Цель диссертационной работы:

Совершенствование процесса сушки пивоваренного солода путем разработки и создания энергосберегающего режима сушки и способов ее проведения на основе учета совокупности интенсивности процесса и энергозатрат.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выявить технологические требования к конвективной сушке солода в высоком слое как условия проведения энергосберегающих мероприятий, а также основные тенденции совершенствования конструкций солодосушилок;

- провести сбор, систематизацию и анализ информации по оценке энергетической эффективности сушки и ее взаимосвязи со скоростью процесса;

разработать энергокинетический критерий оценки энергоэффективности использования теплоты при сушки во взаимосвязи со скоростью процесса, а также методику проведения оценки эффективности энергозатрат в течение конвективной сушки солода в высоком слое;

- разработать методику создания режима сушки солода в высоком слое, оптимальных по совокупности энергозатрат и удельной производительности установки;

- создать и апробировать в промышленных условиях оптимальный энергосберегающий режим конвективной сушки солода в высоком слое;

- разработать технические средства реализации предложенных мер по энергосбережению при сушке солода в высоком слое;

предложить меры по энергосбережению при организации конвективной сушки солода в высоком слое;

определить экономическую эффективность оптимального энергосберегающего режима конвективной сушки солода в высоком слое.

В диссертационной работе развиты и дополнены теоретические положения о взаимосвязи интенсивности конвективной сушки, обеспечивающего ее энергоподвода их соотношениях и его динамике.

В результате проведенных исследований предложено характеризовать эффективность использования теплоты при сушке отношением удельных энергозатрат к скорости сушки или энргокинетическим критерием (далее -ЭК). Установлено, что он меняется с течением времени и зависит от режима сушки. ЭК является удобным средством анализа кинетики сушки, позволяющим выделить периоды как наименее энергоемкой интенсификации, так и сопровождающиеся нерациональным расходом теплоты (с точки зрения влагоудаления).

Предложена структура и получены числовые значения статистической модели ЭК. Рассмотрено использование ЭК как критерия оптимизации динамических режимов конвективной сушки. При оптимизации предложено проводить поиск режима во временном интервале с нефиксированной верхней границей, которая является функцией отыскиваемого режима. Таким образом, был синтезирован оптимальный режим сушки, обеспечивающий снижение энергозатрат на ее проведение.

На основании анализа процесса сушки с помощью ЭК предложено повысить эффективность работы солодосушилок путем предварительного подогрева и подсушки материала в отдельном аппарате с активным гидродинамическим режимом. Новизна конструкции подогревателя подтверждена патентом РФ № 2247144 по заявке № 2003129142 с приоритетом от 29.09.2003 на изобретение «Устройство для предварительной подготовки солода перед сушкой». На использование патента РФ № 2247144 был заключен Лицензионный договор № 35/09 от 06.11.2009 на использование изобретения «Устройство для предварительной подготовки солода перед сушкой» между ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» и ЗАО «Премиум» сроком на 10 лет.

Основные результаты исследований по теме диссертации были доложены и обсуждены на 15 научных конференциях в том числе на 5 международных.

По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК, а также получен патент РФ № 2247144 на изобретение «Устройство для предварительной подготовки солода перед сушкой».

Результаты работы экспонировались на 7 выставках и награждены 7 дипломами.

Динамический режим сушки солода, разработанный по теме диссертации, успешно апробирован на ОАО ПК «Балтика»-«Балтика-Ярославль». Результаты испытаний отражены в соответствующем акте.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений.

Во введении дан анализ текущего состояния рынков солода и пива и отмечен их стабильный высокий объем. Отмечено, что наибольшие энергозатраты при производстве солода происходят при его сушке, при этом фактический расход теплоты на современных солодосушилках почти в 1.5 раза превышает минимальный теоретически необходимый. Сочетание этих факторов делает целесообразным проведение исследований в этой области, с тем чтобы обеспечить энергосбережение на этой операции без снижения удельной производительности.

В главе 1 рассмотрены свойства солода как объекта биотехнологической и теплофизической обработки, дан анализ современного состояния техники, технологии и теории сушки пивоваренного солода и проблемы их совершенствования.

В главе 2 приведена разработка энергокинетического критерия оценки эффективности динамических режимов сушки солода в высоком слое.

В главе 3 содержится анализ методов математического моделирования и оптимизации динамических режимов конвективной сушки солода в высоком слое.

В главе 4 рассмотрено построение математической модели энергокинетического критерия, его использование для синтеза оптимального режима сушки и анализа эффективности способов его проведения.

В главе 5 рассмотрено практическое применение результатов исследований.

Глава 1. Анализ современного состояния техники, технологии и теории сушки солода в пивоваренном производстве и проблемы их

совершенствования

1.1. Солод как объект производства и исследования.

Основным полуфабрикатом для приготовления различных сортов пива является сухой пивоваренный солод [6].

Его получают из предварительно отсортированного ячменя, замоченного и проращенного в течение длительного времени (обычно 7 суток) при низких температурах (7-10°С) без света [6]. В этих условиях в зерне протекают специфические изменения, в дальнейшем определяющие его технологические качества, а также образуются несколько корешков длиной 5-12 мм. Эти изменения обусловлены внутренним строением зерна [6].

Ячменное зерно (рис. 1.1) делится на три основные части: зародышевую, мучнистое тело и оболочки. Зародышевая часть состоит из эмбрио (1) с вегетационными почками для зародыша листа (2) и зародыша корня (З).От эндосперма зародыш отделен тонким слоем ткани — щитком (зси^еПигп) (4) и слоем эпителия (5), то есть слоем клеток вертикальной формы с очень тонкими стенками. Эндосперм (мучнистое тело) (6) состоит из стабильных клеток, в которых находятся зерна крахмала. Стенки клеток представляют собой густое переплетение целлюлозы и высокомолекулярных белков.

В клетках находятся большие и малые зерна крахмала. Большие крахмальные клетки (тип А) имеют диаметр 20-30 мкм. Малые клетки (тип Б) диаметром 3-5 мкм составляют 70-95 % от общего числа крахмальных клеток в эндосперме, но их масса — всего лишь 3-10 % от общей массы крахмала [6]. Число малых зерен крахмала может изменяться в широких пределах и зависит от генетических характеристик данного сорта ячменя и условий окружающей среды во время развития зерна. Малые зерна крахмала влияют на солодовые свойства ячменя и качество получаемого солода. Промежуточное пространство между отдельными зернами крахмала обычно заполнено содержащей белки матрицей эндосперма.

Все стенки, окружающие крахмальные клетки, очень стабильны. Их толщина является признаком, сильно зависящим от сорта ячменя и условий его произрастания. Толщина стенок клеток — важный фактор для солодоращения, так как толстые стенки дольше противостоят растворению. Они препятствуют обмену веществ и защищают содержимое клеток.

Мучнистое тело окружено слоем богатых белком клеток — алейроновым слоем (рис. 1.1 (8)). При солодоращении он является важнейшим «исходным пунктом» ферментообразования.

Оболочки зерна состоят из семи различных слоев, которые принято объединять в три основных. Внутренняя оболочка снаружи алейронового слоя называется семенной оболочкой или «тестой» (9). Она окружает все зерно и пропускает только чистую воду, задерживая растворенные в ней соли, что обусловливается ее полунепроницаемостью.

Следующая за ней снаружи плодовая оболочка или «перикарп»- (10) плотно срослась с семенной оболочкой. Она охватывает тесту, а та, в свою очередь, охватывается эпидермисом, который защищен снаружи мякинной оболочкой (11) зерна.

Рис. 1.1. Ячменное зерно (продольный разрез) [6]:

1 — зародыш стебля; 2 — зародыш листа; 3 — зародыш корня; 4 — щиток; 5 — слой эпителия; 6 — эндосперм; 7 — пустые израсходованные клетки; 8— алейроновый слой; 9— оболочка семени; 10— оболочка зерна; 11 — мякинная оболочка.

Во избежание дальнейших превращений и потерь веществ процесс проращивания прерывают путем подвяливания и сушки. При этом ставяться следующие цели:

понизить влажность с более чем 40 до 5 % (к общей массе) и тем самым обеспечить необходимую механическую и биологическую пригодность солода для длительного хранения;

путем снижения влажности приостанавливают в солоде все жизненные процессы, прежде всего прорастание и растворение, а также дальнейшую активность ферментов;

- сохранить образованный потенциал ферментов;

- обеспечить образование (или предотвращение образования) красящих и ароматических веществ (в зависимости от типа солода);

- создать предпосылки для удаления ростков.

В зависимости от происходящих в солоде превращений процесс его сушки можно разделить на три основные фазы [6].

1. Физиологическая фаза, во время которой процессы, происходившие при солодоращении, продолжают протекать при более благоприятных температурных условиях. Продолжается рост листового зародыша и корешков, протекают ферментативные процессы. Эта фаза заканчивается при достижении температуры 40-45°С и влагосодержания солода около 0,43.

2. Ферментативная фаза, в течение которой жизнедеятельность зерна солода как биологического объекта подавляется в результате повышения его температуры и снижения влагосодержания. При прогреве выше 45°С процессы роста прекращаются, но гидролитические ферментативные процессы развиваются сильнее, так как оптимум действия этих ферментов находится между 45 и 60°С.

Ферментативная фаза заканчивается при повышении температуры солода до 70 °С и снижении его влагосодержания до 0,087 - 0,111 кг/кг [6].

3. Химическая фаза, характеризующаяся протеканием химических превращений в солоде, сопровождающихся образованием специфических ароматических, вкусовых и красящих веществ. Накопившиеся продукты распада белков и углеводов приходят во взаимодействие под влиянием высоких температур с образованием новых соединений, обеспечивающих специфические органолептические свойства продукта. При температуре выше 75°С все ферментативные процессы прекращаются, ферменты частично инактивируются, а частично адсорбируются коллоидами солода и переходят в неактивное состояние.

Длительность этой фазы зависит от скорости химических превращений, протекающих при снижении влагосодержания солода до 0,035-0,015 кг/кг [6].

Так как сушка должна обеспечить требуемые качественные показатели солода, рассмотрим подробнее основные реакции, обуславливающие их получение.

При сушке влажного солода следует учитывать, что при высокой температуре и влажности уничтожаются все ферменты. Поскольку они не-

обходимы по технологическим требованиям, важно, чтобы они сохранялись как можно лучше.

Поэтому для сохранения ферментов солод перед его нагреванием следует провести предварительную подсушку.

Влажный крахмал свежепроросшего солода при сильном нагревании клейстеризуется и после охлаждения образует не пригодный для дальнейшего применения солод, внутренняя часть которого на срезе выглядит как стекло («стекловидный солод»). Исходя из этого температура не должна подниматься выше 50 °С до тех пор, пока влажность не снизится до 10-12 % [6]. Медленное снижение влажности при температуре от 40 до 50 °С называют подвяливанием.

При повышенных температуре прежде всего связываются низкомолекулярные продукты расщепления белков с сахарами в красящие и интенсивно ароматизирующие соединения — мелапоидины. Наряду с этим соединением возникают продукты, называемые альдегидами Штрекера (Strecker). Совокупность этих имеющих различное, очень сложное строение соединений объединяется под названием продуктов реакций Майяра (Maillard) [6].

Так как продукты реакций Майяра являются красящими и ароматическими веществами, то желательно, чтобы у темного солода этих веществ было больше, а у светлого - меньше.

Продукты реакций Майяра образуются из Сахаров и аминокислот при повышенных температурах.

Если стремиться к тому, чтобы избежать образования этих веществ, то нужно не допустить образования их исходных продуктов.

Для получения наименьшего содержания продуктов реакций Майяра целесообразно:

- подвяливание с начальной температурой 35-50°С;

- поддержание более высоких температур при сушке в течение более короткого времени.

К сожалению, при сушке в солоде из аминов (аминокислот) и окислов азота при высоких температурах образуются нитрозамины (нитрозо-диметиламин, НДМА) — это канцерогенные вещества.

Предельным значением для их содержания сейчас является в соответствии с СанПин 2.3.2.560-96 — не более 15 мкг/кг солода.

Технологические свойства солода во многом обусловлены его ферментами.

Рис. 1.2 Образование ферментов в прорастающем ячменном зерне (по Palmer) [6]:

1 — зародыш; 2— мякинная оболочка; 3 — прорастающий листок зародыша; 4 — листок зародыша; 5 — эпителиальный слой; 6 — алейроновый слой.

Известно, что они связаны с высокомолекулярными белковыми веществами. Под воздействием температуры при сушке белковые вещества частично теряют свою структуру и денатурируются. Денатурация зависит от структуры белкового каркаса и поэтому она протекает у различных ферментов по-разному.

В первой фазе сушки (до температуры около 50 °С) возрастает ферментативная активность амилаз, особенно а-амилазы, но затем она

снижается. В конце сушки а-амилаза все еще имеет активность примерно на 15 % выше, чем в свежепроросшем солоде (рис. 1.3).

подвяливание — «-амилаза

нагрев /7-амилаэа

высушивание глюканазы

® §-

§ ш

з ш

& т

ю г

й §

О со

¥ 1

со X

Рис. 1.3 Инактивация ферментов при сушке [6].

При этом термочувствительная Р-амилаза в сухом солоде снижает свою активность по сравнению с свежепроросшим солодом примерно на 40 % (при изготовлении светлого солода). У более чувствительных к температуре глюканаз потери ферментативной активности еще больше. В противоположность этому большинство термостойких ферментов, расщепляющих белки, увеличивают свою активность в процессе сушки на 10-30%.

Как уже отмечалось, процесс сушки солода преследует две основные цели: получение комплекса заданных технологических качеств и снижение влагосодержания. Последнее отвечает требованиям хранения и транспортирования солода как товарного продукта.

Однако такое деление имеет несколько условный характер, так как в настоящее время не представляется возможным получить солод требуемого качества без снижения влагосодержания.

Пророщенный ферментированный ячмень во время сушки претерпевает не только химические и физиологические, но и физические изменения.

Последние включают снижение массы, влагосодержания, объема, повышение температуры, а также изменения цвета и механической прочности. Тем самым создаются благоприятные условия для протекания совокупности

биохимических и химических процессов в зерне. С этой точки зрения процесс собственно сушки протекает в две стадии. В первой влагосодержание солода снижается до 8-10 % (к общей массе), удаляемая влага непрочно связана с сухим веществом и является главным образом гигроскопической. Во второй стадии влагосодержание светлого солода снижается до 0,03, при этом удаляется влага микрокапилляров и связанная с коллоидной структурой солода. Мучнистая часть зерна темнеет и приобретает характерный аромат.

Образование цвета и аромата является одним из главных технологических моментов в процессе сушки солода.

Протекание сушки отражается также на количестве растворимых веществ в солоде, т.е. на выходе экстракта. Он снижается с повышением температуры и продолжительности отсушки.

Таким образом, можно констатировать, что происходящие при сушке изменения температуры и влагосодержания солода оказывают влияние на одновременно протекающий комплекс процессов, определяющих качественные показатели готового продукта. При этом отдельные его компоненты для достижения наиболее благоприятных значений требуют неодинаковых, а зачастую взаимоисключающих условий.

Необходимо также отметить, что изменения состава и микроструктуры зерен оказывают влияние на одновременно протекающие процессы переноса теплоты и массы [7,8]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Емельянов, Александр Борисович, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

I. Энергетическая стратегия России до 2020г. Федеральная целевая программа. -М. 2001.

2.0 пользе пива // Brauwelt. Мир пива 2005/ III С. 25-28.

3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.idmarketing.ru/about/news/novaia. Информационный портал.

4. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://barley-malt.ru/wp-content/uploads/2012/02/mordovyn -ynok.pdf. Информационный портал.

5. Б.Н. Федоренко Инженерия пивоваренного солода: Учебн. - справ, пособие.- СПб., 2004. - 248с.

6. В. Кунце, Г. Мит Технология солода и пива, перевод с немецкого. -СПб., Изд-во «Профессия», 2001. - 912с.

7. Баум А.Е. Сушка зерна / А.Е. Баум, В.А. Резчиков. - М.: Колос, 1983. - 223 с.

8. Боуманс Г. Эффективная обработка и хранение зерна / Пер. с англ. под ред. В.И. Дашевского. - М.: Агропромиздат, 1991. - 607 с.

9. Гавриленков A.M. Сушка солода и ее интенсификация / A.M. Гавриленков, А.П. Макаров, В.К. Предтеченский. - М.: Пищ. пром-сть, 1975. -232 с.

10. Гинзбург A.C. Теплофизические характеристики пищевых продуктов и материалов / A.C. Гинзбург, М.А. Громов, Г.И. Красовская, B.C. Уколов. - М.: Пищ. пром-сть, 1975. - 223 с.

II. Кашурин А.Н. Исследование конвективной сушки светлого солода с целью повышения эффективности работы солодосушилок.- Дисс. ... канд.техн.наук/КТИПП - Киев, 1977.- 223с.

12. Гинзбург A.C. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. -М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 528 с.

13. Попов В.И. Вопросы теории сушки солода.//Тр./ЛТИПП.-1957.-Т.З(И).- С.79-86.

14. Попов В.И. Расчет продолжительности сушки солода при переменном режиме.//Тр./ЛТИПП.- 1958.- Т. 14.- С.64-72.

15. Гавриленков A.M. Исследование конвективной сушки солода в плотном высоком слое. Автореферат дисс. на соиск. уч. степени к.т.н., Воронеж 1968, ВТИ.

16. Гавриленков A.M. Развитие научных основ, создание и реализация методов и средств повышения эффективности конвективной сушки солода в высоком слое. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени д.т.н., Воронеж 1997, ВГТА.

17. Гавриленков A.M., Ананин И.А., Лернер И.Г. Эффективное использование топливно-энергитических ресурсов в пиво-безолкогольной промышленности.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.-е. 120

18. Домарецкий В. А. Производство концентратов, экстрактов и безалкогольных напитков. Справочник.- К.:Урожай, 1990.-248с.

19. Кашурин А.Н. Разработка способов интенсификации, оптимизация, повышение эффективности процессов и аппаратов солодовенного производства:Дисс.....докт.техн.наук /КТИ1111.- Киев, 1988.- 525с.

20. Шевцов A.A. Развитие научных основ энергосбережения в процессах сушки пищевого растительного сырья: теория, техника, способы производства и управления. Дис, д.т.н. -Воронеж, 1999. -496 с.

21. Остриков A.M., Кретов И.Т., Шевцов А.А„ Добромиров В.Е. Энергосберегающие технологии и оборудование для сушки пищевого сырья. - Воронеж.: RITA, 1998. - 344 с.

22. Кулаков В.И. Исследование процесса сушки солода и его эффективности в установках с высоким плотным сло^ем.Дисс .... канд.техн.наук/ВТИ - Воронеж, 1980.- 192с.

23. Харченков К.В. Повышение эффективности работы солодосушилок.:Дисс.... канд.техн.наук./ВТИ - Воронеж, 1993.- 151с.

24. Иванов B.B. Разработка и научное обеспечение способа сушки солода в двухступенчатой теплонасосной сушильной установке. Воронеж, 2007.

25. Кришер О. Научные основы техники сушки. - М.: ИЛ, 1974. - 1961. -540 с.

26. Лыков A.B. Теория сушки. -М.: Энергия, 1968. -472 с.

27. Елагина И.А., Потрошков В.А. К определению коэффициента сушки солода.//Изв.вузов СССР. Пищевая технология.- 1972.-N3.- С. 175-177.

28. Maschinen, Apparaten and Anlagen far die Yarungs and Yetrankeindustrie. Teilz: Maschinen, Apparaten and Anlagen far die Malzerei/ H/-J. Manger. 2001.- Berlin: VLB.- s.214.

29. Патент ГДР N 40195 МКИ3 C12C.

30. Куц П.С., Ольшанский А.И. Некоторые закономерности тепловлагообмена и приближенные методы расчета кинетики процесса сушки влажных материалов.//Инженерно-физический журнал.- 1977.- Т.32, N6.- с.1007-1014.

31. Ветров Б.Н., Тодес О.М. Измерение коэффициента теплоотдачи от потока газа к насадке в условиях неадиабатического прогрева.//Журнал технической физики.- 1955.- Т.25, Вып.7.- С.1217-1231.

32. Гавриленков A.M. и др. Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов в пивобезалкогольной промышленности /A.M. Гавриленков, И.А. Ананин, И.Г. Лернер - М. :Легкая и пищевая пром-сть, 1983.- 120с.

33. Гинзбург A.C. Современные методы интенсификации тепломассообмена в процессах сушки капиллярно-пористых материалов.//Тепломассообмен - YI:C6.ct.- Минск, 1980.- Т.7.-С.139-145.

34. Козлова М.С. Исследование процесса сушки пищевых продуктов и других материалов при переменных режимах: Дисс. канд. техн. наук /МТИПП.- М., 1971.- 186с.

35. Резчиков В. А. Теплофизические и технологические методы повышения эффективности сушки зерна. гДисс. док.техн. наук./МТИПП.- М., 1988.- 586с.

36. Атаназевич В.И. и др. Снижение продолжительности сушки солода при импульсном режиме. //Изв. вузов СССР. Пищевая технология.- 1970.-N1.- С.78-81.

37. Гинзбург A.C. Современные методы интенсификации тепломассообмена в процессах сушки капиллярно-пористых материалов.//Тепломассообмен - YI:C6.ct.- Минск, 1980.- Т.7.-С.139-145.

38. Мишуров С.А., Миронов В.П., Блиницев В.Н. Исследование процесса сушки капиллярно-пористых материалов в сменно-циклическом псевдоожижженом слое//Изв. вузов СССР. Химия и химическая технология.-1979.-T.22,N9.-C.1159-1162.

39. Тимофеев И.Л. Исследование процесса сушки солода и реконструкция двухъярусной сушилки.: Дисс. кан. техн. наук. /ЛПИ.-Львов,1979.- 179с.

40. Установка для сушки солода. Я.Ф. Шкоп, В.П. Маковецкий, Г.Ф. Ипатова, К.В. Кобелев, Л.М. Гим, Авт. свид. СССР № 1141111 МПК с.12, заявл.26.11.1982, опубл. 23.02.1985, БИ№ 7, 1985.

41. Установка для сушки солода. И.Т. Кретов, В.М. Кравченко, A.A. Шевцов, А.Н. Остриков, Авт. свид. СССР № 1102806 кл. С12с 1/10, Г 2613 3/14, заявк. 13.01.1983, опубл. 15.07.1984, БИ№ 26, 1984.

42. Лыков A.B. Тепломассообмен: Справочник. - М.: Энергия1978. - 479

с.

43. Лыков A.B. Теория сушки. М.: - Энергия, 1968. - 472 с.

44. Гинзбург A.C. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. -М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 528 с.

45. Сажин Б.С., Сажин В.Б. Научные основы техники сушки. - М: Наука, 1997.-448 с.

46. Бомко А.С. Математическая модель тепло- и массопереноса в подвижном слое дисперсного материала. //Инженерно-физический журнал.-1968.- Т.14, N1.- С.52-62.

47. Веселов И.Я., Куликов П.А. Шестнадцатичасовая сушка светлого солода.//Новости техники пивоваренного производства: Сб.ст.- М., 1939.-С.15-16.

48. .Dauglas P.L., Jones J.A.T., Mallick S.K. Modelling and simulation of crossflow grain dryers. Part. I. Model development.//Chem. Eng. Res. and Des.-1992.-V.72, N3.-P.325-331.

49. Zahed A..K., Esayed M.M. Performance of single and multistege spouted bed drying sistems.//Drying TechoL-1993. -V.l 1, N7.-P.1783-1808.

50. Леончик Б.И. Интенсификация процессов тепломассообмена при сушке капилярно-пористых тел .//Тепломассообмен - ММФ.Проблемные доклады. Минский международный форум:Секция 6,7. Тепломассообмен в реологических системах и капилярно-пористых телах (включая процессы сушки) - Минск,1988.- С.28-32.

51. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. -Л. :Химия. Ленингр. отд-ние,1987.-206с.

52. Пантакар С. Численные методы решения задач тепломассообмена и динамики жидкости.-М. :Энергоатомиздат, 1984.-150с.

53. Dauglas P.L., Jones J.A.T., Mallick S.K. Modelling and simulation of crossflow grain dryers. Part. I. Model development.//Chem. Eng. Res. and Des.-1992.-V.72, N3.-P.325-331.

54. Jrudayaraj J., Haghighi K., Stroshine L. Nonlinear Finite, Element Analysis of Couplend Heat and Mass Transfer, Problems with an Application to Timber Drying.//Drying, Technology.-1990.-V.8, N4.-P.731-749.

55. Polat S. et. al. Effect of Near-Wall Modelling on Prediction of Jmpingement Heat Transfer/S. Polat, A.S. Mujumdar, A R.R. Van Heininger, W.J.M. Douglas.//Drying, Technology.- 1990.-V.8, N4.-P.705-730.

56. Муштаев В.И. Сушка дисперсных материалов / В.И. Муштаев, В.М. Ульянов. - М., Химия, 1998. - 352 с.

57. Каст В. и др. Конвективный тепло- и массообмен/В.Каст, О.Кришер, Г.Райнике и др.- М.:Энергия, 1980.- 45с.

58. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов.-М.:Химия,1988.-352с.

59. Баумштейн И.П.Разработка алгоритмов оптимального управления сушильными аппаратами //Тез. докл. Всесоюз. науч.-тех. конф."Интенсификация процессов сушки и использования для этих целей новой техники",(Автоматизации сушильных установок), г. Калинин, май, 1977,- Москва, 1977.-С.З-7.

60. Клейносов В.В.Разработка математического аппарата для оптимального выбора режима в конвективных сушильных установках легкой промышленности.- Дисс. канд. техн. наук /МТИЛП.-М.;1971.- 159с.

61. Кретов И.Т., Шевцов A.A. Автоматическая оптимизация процесса сушки солода в высоком слое.//Изв. вузов. Пищевая технология.-1994.-Ы5.-С.62-65.

62. Остапчук Н.В. и др. Повышение эффективности сушки зерна./ Н.В. Остапчук, А.Б. Шашкин, В.Д. Каменский.- Киев: Урожай, 1988.- 136с.

63. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. -М. :Химия, 1980.-248с.

64. Dauglas P.L., Jones J.A.T., Mallick S.K. Modelling and simulation of crossflow grain dryers. Part. III. Optimization.//Chem. Eng. Res. and Des.-1994.-V.72,N3.-P.341-349.

65. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ.-М.:Высшая школа, 1989.- 367с.

66. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач.- М.:Наука, 1982.- 256с.

67. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями.-М.:Наука, 1981.-1 Юс.

68. Соколовский А.Т., Домарецкий В.А., Резник П.И. Основные закономерности гидродинамики слоя солода при производстве карамельного солода.//Реферативная информация о законченных научно-исследовательских работах в ВУЗах УССР: Сб.ст.- Киев, 1974.- с.23-24.

69. Данилов O.JL, Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. -М: Энегроатомиздат, 1986. - 136 с.

70. Данилов О.Л. Научно-технические основы интенсификации сушки и энергосбережения в сушильных установках. Автореф. дис. д.т.н. наук. Моск. акад. хим. машиностроения. -М., 1996.-39 с.

71. Амин С.А. Исследование энергетических показателей и разработка энергосберегающей технологии сушки плодов. //Автореф. дис. к. г.п.-Ташкент. 1999.-21 с.

72. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями.-М.:Наука, 1981.-110с.

73. Алексеев Е.Л., Пахомов В.Ф. Моделирование и оптимизация технологических процессов в пищевой промышленности. -М. : Агропромиздат, 1987.-272с.

74. Антипов С.Т. и др. Расчет оптимальных режимов сушки семян подсолнечника /С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, В.Я. Валуйский и др.//Масложировая пром-сть.- 1985.-N5.- С.21-23.

75. Гавриленков A.M. и др. Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов в пивобезалкогольной промышленности /A.M. Гавриленков, И.А. Ананин, И.Г. Лернер - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983,- 120с.

76. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования.- М.:Наука, 1965.- 458с.

77. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. - М. :Пищевая пром-сть, 1979.- 200с.

78. Грачев В.Г., Тубольцев А.К., Тубольцев В.К. Моделирование и оптимизация тепло-и маееобменных процессов пищевых производствам.: Легкая и пищевая пром-сть,1984.-216с.

79. Геминтерн В.И., Каган Б.М. Методы оптимального проектирования.-М.:Энергия, 1980.-160с.

80. Кретов И.Т., Шевцов A.A. Автоматическая оптимизация процесса сушки солода в высоком слое.//Изв. вузов. Пищевая технология.-1994.-N5.-С.62-65.

81. Боуманс Г. Эффективная обработка и хранение зерна / Пер. с англ. под ред. В.И. Дашевского. - М.: Агропромиздат, 1991. - 607 с.

82. Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии.- Л.:Химия,1975.- 48с.

83. Финни Д. Введение в теорию планирования экспериментов,-М.:Наука,1970 - 287с.

84. Булгаков Н.И. Биохимия солода и пива.- М.:Пищевая пром^сть, 1976.- 357с.

85. Гавриленков A.M., Кулаков В.И., Бильденков В.М. Влияние высоты слоя солода на скорость конвективной сушки.//Сер. "Пивоваренная и безалкогольная пром-сть":Научн.-тех.реф. сб./ЦНИИТЭИпищепром.- М., 1976.- Вып.2.- С.26-28.

86. Кафаров В. В., Дорохов И. Н. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии. -М: Наука, 1976 - 298 с.

87. Сажин Б.С. Научные основы техники сушки / Б.С. Сажин, В.Б. Сажин. -М.: Наука, 1997. 448 с.

88. Сажин B.C., Булеков А.П. Эксергетический анализ в химической технологии. -М: Химия, 1992. -205 с.

89. Войиовскип A.A., Челноков В.В., Менъшутина И.В. Методика оценки энергопотребления сушильного оборудования // «Известия высших учебных заведений». -Иваново, 2004. -Т.47, -№3. -С. 46-50.

90. Menshutina N.V., Gordienko M.G., Voynovskiy A.A., Kudra Т. A dynamic analysis of drying energy consumption // 16th International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA'2004. -Prague, 2004. -P. 1386.

91. Менъшутина H.B., Гордиенко М.Г., Войновский A.A., Kudra Г. Динамические критерии для оценки эффективности энергопотребления сушильного оборудования // «Теоретические основы химической технологии». -2005. -Т.39, -№ 2. -С. 1-5.

92. Хэкил В. Сушка зерна.//Хранение зерна и зерновых продуктов: Сб.ст.- М.,1956.- С.361-390.

93. Любошиц И.Л. Расчет динамики сушки.//Тр./Бел.гос.политехн.ин-та.-1938.- вып. 18.- С.58-62.

94. Любошиц И.Л. Тепло- и массообмен в сушильных и термических процессах.- Минск: Наука и техника, 1966.- 122с.

95. Гавриленков A.M., Шаров А.В. Экологические аспекты интенсификации конвективной сушки [Текст] / A.M. Гавриленков, А.Б. Емельянов, А.В. Шаров // Вестник ВГТА.- 2012,- №3.- С. 137 - 139.

96. Красников В.В. Методы анализа и расчета кинетики суш-ки.//Химическая пром-сть.- 1979.- N7.- С.40-43.

97. Бомко А.С. Математическая модель тепло- и массопереноса в подвижном слое дисперсного материала. //Инженерно-физический журнал.-1968.- Т. 14, N1.- С.52-62.

98. Кашурин А.Н., Домарецкий В.А. Математическое моделирование процесса сушки зерна солода в стационарном слое. //Ферментная и спиртовая пром-сть,- 1976.-N7.- С.35-38.

99. Габович С.М. и др.Основные принципы построения САПР сушилок пищевых производств /С.М. Габович, В.И. Кулаков, A.M. Гавриленков и др.//Межвузовский сб.научн.тр.: Математическое моделирование в САПР и АСУ.-Воронеж, 1991.-С.74-77.

100. Домарецкий В. А., Кашурин А.Н., Гавриленков A.M. Высокоэффективные специализированные сушилки для пивоваренного

солода.//Разработка и внедрение высокоэффективных сушильных установок:Сб.ст.- Киев.- 1978.- вып.2.- С.45-46.

101. Анискин В.И. Активное вентилирование как средство сушки и временной консервации зерна. Механизация подготовки и хранения семян. /Сборник переводов и обзоров зарубежной литературы под ред. Н.Н.Ульриха/.М.:Сельхозиздат:- 1962.- 312с.

102. Анискин В.И. Консервация влажного зерна (По данным зарубежных исследований)/Под ред. д-ра с-х. наук проф. Н.Н.Ульриха.- М.: Колос, 1968.-286с.

103. Хэкил В. Сушка зерна.//Хранение зерна и зерновых продуктов: Сб.ст.- М.,1956.- С.361-390.

104. Воронов В.Г., Качанов П.А. Оптимизация управления процессами сушки./Тез. докл. Междунар. конф. по сушке (секция N8) 2-го Междунар. форума по тепло- и массообмену.г.Киев,25-29 мая 1992г. Киев-1992.-С.49-50.

105. Гавриленков A.M., Харченков К.В., Кулакова C.B. Математическое моделирование и оптимизация динамических режимов сушки объектов с распределенными параметрами [Текст] / A.M. Гавриленков, К.В. Харченков, C.B. Кулакова, Емельянов А.Б.// Материалы 2-й международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» за 2005 г. /Москва. 2005. Т.2-С.104-106.

106. Кулакова C.B. Харченков К.В. Об оптимизации параметров процесса циклической сушки солода в высоком слое [Текст] / К.В. Харченков, C.B. Кулакова, Емельянов А.Б.// Сб. статей УИ Международной научно-технической конференции «Математическое моделирование, обратные задачи, информационно-вычислительные технологии», Пенза.-декабрь 2007 г.-с. 184.

107. Гавриленков A.M., Харченков К.В., Кулакова C.B. Проблемы использования математических моделей процессов конвективной сушки при проведении экономического анализа работы солодосушилок [Текст] / A.M. Гавриленков, К.В. Харченков, C.B. Кулакова, А.Б.Емельянов //

Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 2 / Ворон, гос. технол. акад. Воронеж. 2004.Ч.1-С.154-171.

108. Гавриленков A.M. Выбор оптимального режима сушки солода [Текст] / A.M. Гавриленков, А.Б. Емельянов // Пиво и напитки безалкогольные и алкогольные, соки, вино. - 2000. -№5. С. 52-53.

109. Гавриленков A.M., Харченков К.В., Адаптация режимов сушки солода [Текст] / A.M. Гавриленков, К.В. Харченков, А.Б.Емельянов // Материалы международной научно - технической конференции «Адаптация технологических прцессов к пищевым машинным технологиям». 2012.-Часть 2. С.171-175.

110. Патент №2247144 МПК С12С13/00 Устройство для предварительной подготовки солода перед сушкой [Текст] / Гавриленков A.M., Бляхман Д.А., Емельянов А.Б. - № 20031291442/13, Заявл. 29.09.2003, Опубл. 27.02.2005.

111. Харченков К.В. Снижение загрязнения окружающей среды при сушке солода [Текст] / К.В. Харченков, А.Б. Емельянов // Сб. статей VII Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности». Пенза.- декабрь, 2007 г.-с.49.

112. [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://barley-malt.ru/?p=1961. Информационный партал.

113. [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://barley-malt.ru/?p=:1964. Информационный партал.

114. Мамин Н.И. Энергосберегающая сушка зерна. -М.: Колос С, 2004.-240с.:илл.

115. Алейников В.Н. Сушка зерна и семян подсолнечника с предварительным подогревом. ЦНИИТЭИ Мин СССР, М. 1974.-47с.

116. Гавриленков A.M., Харченков К.В.,Кулаков В.И. Проблемы повышения эффективности сушки солода [Текст] / A.M. Гавриленков, К.В. Харченков, В.И. Кулаков, Емельянов А.Б. // Brauwelt Мир пива 2005/ III С. 25-28.