vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2020-4-17-23vguit-2588Research ArticleПроцессы и аппараты пищевых производствProcesses and equipment for food industryФормирование структуры дисперсных систем в неравновесном состоянии в условиях совмещения двух видов кавитационных воздействийFormation of structure of disperse systems in non-equilibrium state under conditions of combination of two types of cavitation effectshttps://orcid.org/0000-0002-6289-8456ТалейсникМ. А.TaleysnikM. A.

к.т.н., заведующий лабораторией технологии производства мучных кондитерских изделий, ул. Электрозаводская, 20 стр.3, г. Москва, 107023, Россия

Cand. Sci. (Engin.), head of the laboratory of technology for the production of flour confectionery, Elektrozavodskaya, 20, Moscow, 107023, Russia

mki.niikp@mail.ruАксеноваЛ. М.AksenovaL. M.

д.т.н., академик, заведующий лабораторией физических методов исследований, ул. Электрозаводская, 20 стр.3, г. Москва, 107023, Россия

Dr. Sci. (Engin.), academician, head of the laboratory of physical research methods, Talalihina, 26, Moscow, 109316, Russia

mki.niikp@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7784-4661АкимовА. И.AkimovA. I.

младший научный сотрудник, отдел стандартизации кондитерских изделий, ул. Электрозаводская, 20 стр.3, г. Москва, 107023, Россия

junior researcher, confectionery standardization department, Elektrozavodskaya, 20, Moscow, 107023, Russia

akian02@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6703-5270МизинчиковаИ. И.MizinchikovaI. I.

младший научный сотрудник, лаборатория технологии производства мучных кондитерских изделий, ул. Электрозаводская, 20 стр.3, г. Москва, 107023, Россия

junior researcher, laboratory of technology for the production of flour confectionery, Elektrozavodskaya, 20, Moscow, 107023, Russia

mki.niikp@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0980-1862ПестеревМ. А.PesterevM. A.

младший научный сотрудник, отдел современных методов оценки качества кондитерских изделий, ул. Электрозаводская, 20 стр.3, г. Москва, 107023, Россия

junior researcher, department of modern methods for assessing the quality of confectionery product, Elektrozavodskaya, 20, Moscow, 107023, Russia

mb-niikp@mail.ruВНИИКП – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова РАНРоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Confectionery Industry - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food System of RASRussian FederationФеде-ральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, ул. Талалихина, 26, г. Москва, 109316, РоссияRussian FederationV.M. Gorbatov Federal Research Center for Food System of RASRussian Federation2020201020208241723Copyright © Талейсник М.А., Аксенова Л.М., Акимов А.И., Мизинчикова И.И., Пестерев М.А., 20212021Талейсник М.А., Аксенова Л.М., Акимов А.И., Мизинчикова И.И., Пестерев М.А.Taleysnik M.A., Aksenova L.M., Akimov A.I., Mizinchikova I.I., Pesterev M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/2588

Приведено описание существующего способа получения инвертного сиропа стадийно в большом объеме в условиях использования одного вида потока энергии. Целью настоящей работы является разработка принципов перехода от макростатического равновесия к разработке каждого микростатического объема жидких дисперсных систем в процессе их получения в условиях неравновесного состояния, создаваемого совмещением двух видов кавитационных воздействий: гидродинамического и акустического воздейстия. Описаны свойства дисперсных систем и выбран объект исследований – инвертный сироп с количеством сухих 80% и редуцирующих 79-80% веществ. Инвертный сироп со 100% инверсией сахарозы на глюкозу и фруктозу широко применяется при производстве мучных кондитерских изделий и ряда пастило-мармеладных изделий. Установлены принципы образования агрегатов из молекул сахарозы на стадии растворения сахара, образование пустот и зарождение пузырьков газовой фазы. Рассмотрены условия создания неравновесного состояния сиропа в условиях использования двух видов потоков энергии, путем совмещения гидродинамической и акустической кавитации. Показан характер преобразования состояния пузырьков в условиях изменения геометрии потока газожидкостных систем и возбуждением в них звуковых колебаний. Описан механизм структурообразования газо-жидкостной системы в условиях влияния акустических колебаний на структуру. Показан характер превращения высококонцентрированных газожидкостных систем после схлопывания пузырьков газовой фазы, что явилось определяющим фактором образования новых видов материалов. Практическим выходом настоящей работы явилось создание инвертного сиропа со 100% содержанием фруктозы и глюкозы в сухих веществах. Получение эмульсии для мучных кондитерских изделий, и мармелада на основе свежих фруктов и овощей. Эффективность совмещения двух видов кавитационного воздействия открывает перспективу создания новых видов кондитерских изделий с принципиально новыми свойствами, с сохранением нативных витаминов и микроэлементов.

The description of the existing method for producing invert syrup in stages in a large volume under the conditions of using one type of energy flow is given. The purpose of this work is to develop the principles of transition from macrostatic equilibrium to the development of each microstatic volume of liquid dispersed systems in the process of their production in a non-equilibrium state created by the combination of two types of cavitation effects: hydrodynamic and acoustic effects. The properties of dispersed systems are described and the object of research is invert syrup with the amount of dry 80% and reducing 79-80% substances. Invert syrup with 100% inversion of sucrose to glucose and fructose is widely used in the production of flour confectionery and a number of pastille and marmalade products. The principles of formation of aggregates from sucrose molecules at the stage of sugar dissolution, the formation of voids and the nucleation of gas phase bubbles are established. The conditions for creating a non-equilibrium state of syrup under the conditions of using two types of energy flows, by combining hydrodynamic and acoustic cavitation, are considered. The character of the transformation of the state of bubbles under conditions of changing the flow geometry of gas-liquid systems and the excitation of sound vibrations in them is shown. The mechanism of structure formation of a gas-liquid system under the influence of acoustic vibrations on the structure is described. The character of transformation of highly concentrated gas-liquid systems after the collapse of gas phase bubbles is shown, which was the determining factor in the formation of new types of materials. The practical output of this work was the creation of invert syrup with 100% fructose and glucose content in dry substances. Preparation of an emulsion for flour confectionery products and marmalade based on fresh fruits and vegetables. The effectiveness of combining two types of cavitation exposure opens up the prospect of creating new types of confectionery products with fundamentally new properties, while preserving native vitamins and nutrients.

жидкие средыинвертный сиропкавитациясжимаемостьселективностьмикроскопический уровеньмодифицированные свойстваliquid mediainvert syrupcavitationcompressibilityselectivitymicroscopic levelmodified propertiesВНИИКП – филиал ФГБНУ «Федерального научного центра пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, ФГБНУ «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАНReferencesSavenkova T.V., Karimov A.R., Taleysnik M.A. et al. Mechanisms of destruction and synthesis of liquid media, used in the food industry under non-equilibrium conditions // Food systems 2019. № 2(4). P. 38–41. doi: 10.21323/2618–9771–2019–2–4–38–41Savenkova T.V., Karimov A.R., Taleysnik M.A. et al. Mechanisms of destruction and synthesis of liquid media, used in the food industry under non-equilibrium conditions. Food systems 2019. no. 2 (4). pp. 38–41. doi: 10.21323/2618–9771–2019–2–4–38–41Аксенова Л.М. Пищевые технологии будущего и нанопреобразования биополимеров. Краснодар, 2015. 304 с.Aksenova L.M. Food technologies of the future and nanoformation of biopolymers. Krasnodar, 2015. 304 p. (in Russian).Пацюк Л.К., Алабина Н.М., Борченкова Л.А., Медведева Е.А. и др. Инновационная технология получения новых видов продуктов за счет применения кавитационной обработки // Инновационные исследования и разработки для научного обеспечения производства и хранения экологически безопасной сельскохозяйственной и пищевой продукции: сборник материалов II Международной научно-практической конференции. 2017. С. 440–443.Patsyuk L.K., Alabina N.M., Borchenkova L.A., Medvedev E.A. et al. Innovative technology for obtaining new types of products through the use of cavitation processing. Innovative research and development for scientific support of production and storage of environmentally safe agricultural and food products: collection of materials of the II International Scientific and Practical Conference. 2017. pp. 440–443. (in Russian).Нигметзянов Р.И., Казанцев В.Ф., Приходько В.М. и др. Повышение эффективности ультразвуков жидкостной обработки путем активации энергии кавитационных кластеров // СТИН. 2019. № 3. С. 19–23.Nigmetzyanov R.I., Kazantsev V.F., Prikhodko V.M., Sundukov S.K. et al. Increasing the efficiency of ultrasonic liquid treatment by activating the energy of cavitation clusters. STIN. 2019. no. 3. pp. 19–23. (in Russian).He S., Biedermann F., Vankova N. et al. Cavitation energies can outperform dispersion interactions // Nature Chem. 2018. № 10. P. 1252–1257. doi: 10.1038/s41557–018–0146–0He S., Biedermann F., Vankova N. et al. Cavitation energies can outperform dispersion interactions. Nature Chem. 2018. no. 10. pp. 1252–1257. doi: 10.1038/s41557–018–0146–0Аверина Ю.М., Моисеева Н.А., Шувалов Д.А., Нырков Н.П. и др. Кавитационная обработка воды. Свойства воды и эффективность обработки // Успехи в химии и химической технологии. 2018. Т. 32. № 14 (210). С. 17–19.Averina Yu.M., Moiseeva N.A., Shuvalov D.A., Nyrkov N.P. et al. Cavitation treatment of water. Water properties and treatment efficiency. Advances in chemistry and chemical technology. 2018. vol. 32. no. 14 (210). pp. 17–19. (in Russian).Haworth K.J., Bader K.B., Rich K.T. et al. Quantitative Frequency-Domain Passive Cavitation Imaging // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectriks, and Frequency Control. 2017. V. 64. № 1. P. 177–191. doi: 10.1109/TUFFC.2016.2620492Haworth K.J., Bader K.B., Rich K.T. et al. Quantitative Frequency-Domain Passive Cavitation Imaging. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectriks, and Frequency Control. 2017. vol. 64. no. 1. pp. 177–191. doi: 10.1109/TUFFC.2016.2620492Yasui K. Acoustic cavitation and bubble dynamics. Springer International Publishing, 2018.Yasui K. Acoustic cavitation and bubble dynamics. Springer International Publishing, 2018.Karimov A.R., Taleysnik M.A., Savenkova T.V. et al. Physical and chemical features of dynamic of polymeric fluid // Food systems. 2018. V. 1. № 3. P. 44–54. doi: 10.21323/2618–9771–2018–1–3–44–54Karimov A.R., Taleysnik M.A., Savenkova T.V. et al. Physical and chemical features of dynamic of polymeric fluid. Food systems. 2018. vol. 1. no. 3. pp. 44–54. doi: 10.21323/2618–9771–2018–1–3–44–54Хмелёв В.Н., Цыганок С.Н., Нестеров В.А. Повышение эффективности работы ультразвуковых колебательных систем для кавитационной обработки жидкостей // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях (ИАМП2018): материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. 2018. С. 229–232.Khmelev V.N., Gypsy S.N., Nesterov V.A. Improving the efficiency of ultrasonic oscillation systems for cavitation treatment of liquids. Measurements, automation and modeling in industry and scientific research (IAMP2018): Materials of the XIII All-Russian Scientific and Technical Conference of students, graduate students and young scientists with international participation. 2018. pp. 229–232. (in Russian).Wang G., Wu Q., Huang B. Dynamics of cavitation–structure interaction // Acta Mech. Sin. 2017. V. 33. P. 685–708. doi: 10.1007/s10409–017–0685–4Wang G., Wu Q., Huang B. Dynamics of cavitation–structure interaction. Acta Mech. Sin. 2017. vol. 33. pp. 685–708. doi: 10.1007/s10409–017–0685–4Талейсник М.А., Герасимов Т.В. Практическое обоснование эффективности кавитационной обработки в приготовлении полуфабрикатов для мучных кондитерских изделий // Кондитерские изделия XXI века: материалы X Юбилейной международной конференции. 2015. С. 83–84.Taleysnik M.A., Gerasimov T.V. Practical justification of cavitation treatment efficiency in preparation of semi-finished products for flour confectionery products. Confectionery products of the 21st century: proceedings of the 10th Anniversary International Conference. 2015. pp. 83–84. (in Russian).Karimov A.R., Korshunov A.M., Beklemishev V.V. Influence of chemical reactions on the nonlinear dynamics of dissipative flows // Physica Scripta. 2015. V. 90. № 8. P. 085203. doi: 10.1088/0031–8949/90/8/085203Karimov A.R., Korshunov A.M., Beklemishev V.V. Influence of chemical reactions on the nonlinear dynamics of dissipative flows. Physica Scripta. 2015. vol. 90. no. 8. pp. 085203. doi: 10.1088/0031–8949/90/8/085203Шестаков С.Д., Красуля О.Н., Богуш В.И., Потороко И.Ю. Технология и оборудование для обработки пищевых сред с использованием кавитационной дезинтеграции. Санкт-Петербург, 2013. 152 с.Shestakov S.D., Krasulya O.N., Bogush V.I., Potoroko I.Yu. Technology and equipment for processing food media using cavitation disintegration. St. Petersburg, 2013. 152 p. (in Russian).Chunhai Yi., Qianqian Lu, Yun Wang, Yixuan Wang et al. Degradation of organic wastewater by hydrodynamic cavitation combined with acoustic cavitation // Ultrasonics Sonochemistry. 2018. V. 43. P. 156–165. doi: 10.1016/j.ultsonch.2018.01.013.Chunhai Yi., Qianqian Lu, Yun Wang, Yixuan Wang et al. Degradation of organic wastewater by hydrodynamic cavitation combined with acoustic cavitation. Ultrasonics Sonochemistry. 2018. vol. 43. pp. 156–165. doi: 10.1016/j.ultsonch.2018.01.013.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.