Анализа технологических процессов, применяемые в кондитерском производстве Из книги : Б. Минифей «Шоколад, конфеты, карамель и другие кондитерские изделия». Изд. «Профессия», Санкт-Петербург, 2008 год

1.Введение

2.Определение вязкости

-приборы типа вискозиметра Редвуда

-ротационный вискозиметр

3.Определение концентрации растворенных веществ

-карманный рефрактометр

-рефрактометр Аббе

-погружной рефрактометр

-проекционный рефрактометр

-технологические рефрактометры (для котлов и трубопроводов)

-автоматические электронные рефрактометры

4.Приборы для определения относительной (удельной) плотности и плотности

5.Измерение температуры

-стеклянные ртутные термоментры

-металлические ртутные стрелочные термометры.

-термопары и термометры сопротивления.

-телеметрические методы.

-термометры для инфракрасной части спектра.

-контроль термометров.

6.Измерение влажности

-электронные влагомеры

-психрометр Мэйсона (в виде сухого и смоченного термометров)

-записы­вающий волосной гигрометр

-бумажный или штыковой гигрометр
1.Введение

Когда необходимо быстро получать результаты, чтобы контролировать техноло­гические процессы, приборы устанавливают в производственных подразделениях.

Сначала разрабатывались приборы, которые давали показания, используемые потом для ручной настройки оборудования. Затем были разработаны приборы, ко­торые выдавали сигналы контроллерам, вносящим необходимые изменения. Сей­час многие предприятия полностью компьютеризованны, обеспечен мониторинг и управление всеми операциями и параметрами, такими как: температура, давление пара, временные параметры, рецептуры, темперирование шоколада и вязкость.


2.Вискозиметры

Реологические свойства шоколада широко исследовались в последние годы. Необходимость по экономическим соображениям работать с шоколадом, имеющим низкое содержание какао-масла, стала причиной исследований пластической вяз­кости и пределов текучести.

Простые вискозиметры, пригодные для жидких форм шоколада, не дают ин­формацию, необходимую при работе с более вязкими продуктами.

Приборы типа вискозиметра Редвуда.

Это проточные приборы с размерами от­верстий, подобными вискозиметру Редвуда №2. Метод является эмпирическим и стандарты готовят в соответствии с рецептурами шоколада, применяемыми на кон­кретной фабрике. Эти приборы используются только для жидкого шоколада. Вис­козиметр «Ford Сир» («воронка Форда»), используемый в лакокрасочной промыш­ленности, также используется для шоколада.

Вискозиметр для определения вязкости раствора по методу падающего ша­рика. Этот прибор полезен для определения консистенции плотного шоколада, применяемого для литья в формы, подачи по трубам и изготовления драже. Прибор менее точен, чем вискозиметр Редвуда, но более точные результаты могут быть по­лучены с помощью падающего конуса с кольцевыми отметками так же, как с помо­щью шарика (см. также «Мобилометр»),

Ротационный вискозиметр.

В США в течение многих лет было принято ис­пользовать ротационный вискозиметр Мак-Майкла. Он был принят Национальной американской ассоциацией кондитеров как простой, относительно дешевый при­бор, однако в последние годы он подвергался серьезной критике за то, что он не дает всех необходимых реологических данных.

Вискозиметры Брукфилда и Хааке (Haake) все шире используются во многих странах.


3.Рефрактометры

Рефрактометры сейчас незаменимы для контроля на кондитерской фабрике. Они заменили термометры для определения конечной точки варки сиропов, желе и джема, а в сочетании с прессом для сиропа для определения концентрации фазы сиропа в помадах, пастах и марципане. Ниже дает­ся краткое описание различных видов приборов.

Это относительно дешевый раздвижной порта­тивный прибор с поворотными призмами на одном конце (масса — 241 г, длина — 17 см).

Прибор выпускается для нескольких диапазонов и может применяться к широ­кой гамме продуктов и сиропов. Например, он применяется для проверки содержа­ния сахара, а следовательно, зрелости яблок, свеклы и картофеля. Он особенно по­лезен для определения изменения проникновения сахара при консервировании фруктов.

Рефрактометр Аббе.

Обычно рассматриваемые как лабораторные приборы, они сейчас выпускаются очень прочными и с определенной аккуратностью могут использоваться на производстве. Диапазон коэффициента преломления составляет 1,300-1,740 или по сахарной шкале 0-95%. Выпускается также проточная модель. В этой модели отсек с водяной рубашкой, заменяющий традиционную откидную призму, снабжен воронкой и вытяжной сливной трубой. Воронка и сливная труба могут быть заменены штуцерами для включения проточной ячейки в лабораторную экспериментальную установку для выполнения измерений коэффициента прелом­ления движущихся жидкостей. Вода, обеспечивающая поддержание температуры, поступает из закрепленного бокса с призмами, и нет необходимости в соединитель­ных трубках.

Этот прибор может быть использован для лабора­торной или производственной работы в кондитерской и пищевой промышленности.

Поскольку точность измерений высока, необходимо ограничить диапазон при­бора относительно небольшим диапазоном коэффициента преломления, но, заме­няя одну призму на другую для другого диапазона, прибор можно изменить без по­тери точности. Выпускается несколько диапазонов призм. При абсолютных измере­ниях результат зависит от точности, для которой прибор был калиброван, и по этой причине рефрактометры, в основном, применяют для измерений дифференциаль­ным методом, включающим сравнение коэффициентов преломления известных и неизвестных растворов, у которых отличия коэффициента невелики.

Корпус прибора состоит из жесткой трубки, покрытой кожей, чтобы можно было ее надежно держать. В верхней части находится окуляр, через который видна равномерно разделенная шкала. Винт позволяет перемещать шкалу на одно деле­ние. Винт имеет десять делений, что позволяет делить шкалу на еще десять частей. На шкале появляется граница критического угла вследствие различия в коэффици­енте преломления между призмой и пробой, которая выглядит, как граница деле­ния кругового поля обзора на светлую и темную часть (граница светотени). Точка, в которой граница светотени пересекает шкалу, дает показание, позволяющее найти коэффициент преломления пробы, используя градуировочную таблицу, поставляе­мую вместе с призмой.

В нижней части корпуса имеется рассеивающий круг, который вращают для устранения цвета границы светотени, а ниже находится призма, которая должна быть погружена в исследуемый раствор. Освещение, которое для этого прибора должно быть внешним, может быть обеспечено за счет дневного света из окна или электрической лампочки.

Для защиты призмы и в качестве емкости для пробы прибор снабжен металли­ческим стаканом, который частично заполняется пробой так, что рефрактометр удобно использовать, держа в руке и направляя на источник света.

Один имеет бокс призм с рубашкой, смонтированный в нижней части прибора, и ему достаточно не­сколько капель пробы. В другой модификации имеется прикрепленная ячейка, че­рез которую протекает исследуемая жидкость, и эту жидкость, следовательно, мож­но непрерывно контролировать.

Этот рефрактометр широко применяется в кон­дитерской промышленности и работает на принципе внутреннего отражения. Этот прибор большой и прочный (длина около 75 см, ширина 15 см, высота 22,5 см), обычно ему не требуется охлаждение, так как массы прибора достаточно, для охла­ждения небольшой пробы до температуры окружающей среды. Для особых случаев применения может поставляться охлаждающее устройство.

Граница критического угла, наблюдаемая как граница светотени, пересекающая шкалу, дает результат непосредственно в процентах со­держания сахара. Освещение обеспечивается одной из двух лампочек напряжением 6 В. Лампочки установлены на стержне, который закреплен на выступе, находящем­ся на боковой стороне прибора. Каждая лампочка может быть установлена в поло­жение для освещения и отрегулирована для обеспечения (1) рассеянного света или (2) освещения оранжевым светом через фильтр; второй вариант служит для уменьшения окрашивания границы светотени.

Питание на лампу может подаваться от внешнего трансформатора или батареи. Прибор, таким образом, использует только низкое напряжение и безопасен во влажных условиях. Шкала находится внутри прибора и видна через окошко на его верхней поверхности.

Концентрация сахара в помаде, марципане или леденцах (гумми) может опреде­ляться независимо от цвета, оптической плотности, присутствия зерен (pips) или других твердых частиц. Пробу просто распределяют на горизонтальной стеклянной поверхности, регулируют освещение и считывают процентное сочетание сахара не­посредственно по шкале, необходимость в увеличении или окуляре отсутствует. После измерения материал убирают губкой с поверхности, поверхность вытирают мягкой тканью досуха, и на нее можно наносить следующую пробу.

Существует два типа таких рефрактомет­ров — для котлов и трубопроводов.

Эти рефрактометры предназначены для непосред­ственного крепления к варочному котлу, в котором выполняется варка или выпари­вание. Коэффициент преломления, выраженный как процент содержания сухих ве­ществ, обычно сахара, непрерывно отображается на дисплее, который находится на передней поверхности прибора и который можно сразу увидеть. Предусмотрен ме­ханизм очистки («дворник»), который периодически снимает материал, находя­щийся в контакте с поверхностью измерительной призмы, приводя в контакт с ней новый слой. Очищающее устройство просверлено для подачи воды, чтобы в допол­нение к очистке можно было промывать поверхность призмы во время работы котла. В приборе применяется принцип внутреннего отражения, поэтому он может измерять оптически плотные материалы. В приборе предусмотрен встроенный источник света с внешним питанием 6 В, 0,5 А от батареи или от сети через трансфор­матор. Рефрактометр поэтому является электробезопасным прибором даже во влажных условиях.

Эти рефрактометры предназначены для непосредственной установки в трубопроводы из нержавеющей стали и дают показа­ния непрерывно.

Существует прибор, в котором используется тот же принцип, что и в погружном рефрактометре, и его показания зависят от света, передаваемого через материал в трубе. В другом приборе используется метод отражения, и он может использоваться в непрозрачных жидкостях.

Автоматические электронные рефрактометры.

Эти приборы предназначены для непрерывной записи коэффициента преломления и используются для специ­альных производственных процессов. По сравнению с описанными приборами они дороги.

Для контроля плотности взбитых кондитерских продуктов, оказался примени­мым простой цилиндрический сосуд с дном из проволочной сетки с крупными ячейками. Сосуд заполняют взбитой массой до тех пор, пока она не начинает выхо­дить из проволочной сетки, тогда излишки массы снимают ножом с обоих концов, и сосуд взвешивают. Поскольку масса сосуда известна заранее, можно быстро опреде­лить плотность его содержимого. Такой сосуд позволяет избежать образования пус­тот, которые могут возникать в цилиндре со сплошным дном.

Существует много физических методов определения плотности, которые опи­саны в научной литературе.


5.Измерение температуры
Термометры.

Измерение температуры по-прежнему является способом кон­троля концентрации сахарных сиропов для карамели и других сиропов, которые не содержат мешающих этому ингредиентов, таких как желатин, пектин или твердые вещества.

Точное измерение температуры и ее регулирование очень важны в темпериро­вании и охлаждении шоколада. Применяются следующие типы термометров.

Стеклянные ртутные термометры.

Эти термометры надежны и обычно хоро­шо сохраняют свою точность. Для производственных нужд их обычно снабжают за­щитными кожухами, чтобы не разбился их резервуар (шарик). В качестве защиты должна использоваться открытая предохранительная сетка из толстой проволоки на конце с шариком, так как толстый металлический кожух сильно снижает чувст­вительность и ведет к ошибочным результатам.

Некоторые варочные аппараты имеют встроенные термометры, которые могут быть вставлены в тяжелые металлические мешалки. Такая защита может вести к сильно замедленному получению показаний и значительной неточности в опреде­лении конечной точки.

В Великобритании выпускаются «стандартные» стеклянные ртутные термо­метры, снабженные сертификатом Национальной физической лаборатории. Полез­но иметь такие термометры в наличии в лаборатории для проверки других термо­метров, применяемых в экспериментальной установке и на производстве. Их не следует использовать для других целей.

В этих термометрах исполь­зуется расширение ртути в резервуаре, погруженном в жидкость, температуру кото­рой необходимо измерить. Расширение передается через стальную трубку к индика­тору с круговой шкалой. При аккуратном обращении эти термометры надежны, но их регулировка может нарушиться, и поэтому их необходимо постоянно проверять.

В этих термометрах шкала перемещается за счет расширения воздуха в резервуаре. Они могут быть очень нена­дежны, и их не следует использовать там, где требуется постоянная точность.

Использование этих приборов зна­чительно выросло, их особая ценность заключается в высокой чувствительности, благодаря небольшим размерам датчика по сравнению с шариками других описан­ных выше термометров. Они также очень удобны для работы с самописцами.

Существует много портативных термометров с термопарами, которые очень чувствительны и надежны при аккуратном обращении. К сожалению, с ними часто плохо обращаются, и они перестают быть точными. Такие термометры следует регу­лярно проверять по стеклянному ртутному термометру.

Телеметрические методы.

Для измерения температуры в туннелях, охлаждаю­щих аппаратах и т. д. выпускаются радиотелеметрические приборы. Эти приборы излучают сигналы, которые передаются приемнику, и для них не требуются прово­да или трубные соединения. Очень полезен для контроля температуры на движу­щихся транспортерах в закрытых пространствах.

На выпуске таких термометров специализируется несколько компаний, и они мо­гут предоставить всю информацию необходимую для любого конкретного процесса.

Термометры для инфракрасной части спектра.

Эти приборы точно измеряют температуру без контакта. Они особенно полезны для измерения температуры очень вязких веществ, которые часто забивают термометрические датчики. Теле­скопическая система с осветительной лампой узкого направленного света обеспе­чивает измерение температуры всегда в одной точке.

Несмотря на заверения производителей термометров, ошибки в термометрах нередки. Все термометры, поступившие на фабрику, должны быть проверены. Для этого может быть использована, масляная ванна с мешалкой и регулированием температуры (термостатом). Ванна должна быть достаточно боль­шой, чтобы проверять сразу несколько термометров. Термостат периодически уста­навливается на различные температуры так, чтобы термометры могли быть прове­рены при определенных температурах диапазона.

Проверка термометров «в установке» также очень важна, поэтому руководители производственных подразделений должны проводить регулярные проверки. При об­наружении ошибок термометры должны быть немедленно заменены. Очень плохо, ко­гда оператор установки должен вводить поправку к замеренной температуре или при­креплять к термометру бирку, указывающую поправку, которую необходимо вносить.

Для проверки должны использоваться «сертифицированные» термометры, упомянутые выше.

Электронные контрольно-измерительные приборы используются во многих от­раслях для определения влажности порошков или гранулированных продуктов, та­ких, как мука и зерно.

В кондитерской промышленности одно из самых важных применений — это проверка содержания влаги в крахмале для литья как в установке для литья, так и после сушилок.

Принцип действия большинства приборов основан на электрической емкости, и материал, который должен проверяться, находится в ячейке стандартных разме­ров. Для получения достоверных устойчивых результатов важно, чтобы плотность набивки была постоянной, и большинство измерительных приборов снабжены средствами для достижения постоянства плотности набивки.

Тем не менее, необходимы периодические проверки гравиметрическим (весо­вым) методом, и, если это делается, для одного типа материала можно быстро полу­чать правильные результаты. Для измерения каждого вида продукта или сырья приборы следует калибровать.

Используются и другие электронные методы для определения влаги в ходе про­изводства.

Часто необходимо получить данные об относительной влажности в помещени­ях фабрики, таких как склады, помещения, где идет работа с крахмалом или кри­сталлизация. Самый простой надежный прибор — это пращевой гигрометр, исполь­зуемый в сочетании с правильными психрометрическими таблицами.

печально из­вестен своей ненадежностью, если не предусмотрены средства обеспечения соот­ветствующего движения воздуха вокруг шариков термометров. Эти психрометры, повешенные на стену в неподвижном воздухе, совершенно бесполезны.

Там, где необходимы непрерывные записи, наилучшие результаты дает записы­вающий волосной гигрометр, но он требует регулярной проверки и регулировки. Записывающий психрометр с сухим и смоченным термометрами, как и психрометр Мэйсона, надежен только при хорошем движении воздуха. «Влажный шарик» со­стоит из биметаллической спирали с покрытием из влажной ткани. Волосной гиг­рометр гораздо более чувствителен.

рационный психрометр (Asman psychrometer). Он состоит из чувствительного влажного и сухого термометров, находящихся в цилиндре, снабженном небольшим вентилятором, который обеспечивает подачу окружающего воздуха на шарики со стандартной скоростью.