vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2023-3-74-83vguit-3316Research ArticleПищевая биотехнологияFood biotechnologyМеханоактивация водных растворов как способ улучшения перемешивания и структурообразования в дисперсных системахMechanical activation of aqueous solutions as a way to improve mixing and structure formation in dispersed systemshttps://orcid.org/0000-0002-4711-9821ИвановВ. В.IvanovV. V.

технический директор, ,, пр-т Кузнецкий, 105, г. Кемерово, 650055, Россия

technical director, ,, 105 Kuznetskiy Ave., Kemerovo, 650055, Russia

v-ivanow2013@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2506-6121РудневС. Д.RudnevS. D.

профессор, кафедра медицинской и биологической физики и высшей математики, ул. Ворошилова, д. 22А, г. Кемерово, Кемеровская область, 650056, Россия

professor, mechatronics and automation of technological department, 6, Krasnaya Str., 650000, Kemerovo, Russia

sdrudnev@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3035-0354БородулинД. М.BorodulinD. M.

д.т.н., профессор, кафедра технологии хранения и переработки плодоовощной и растениеводческой, ул. Тимирязевская, 49, г. Москва, 127434, Россия

Dr. Sci. (Engin.), professor, technology of storage and processing of fruits department, 127434, Moscow, st. Timiryazevskaya, 49

borodulin_dmitri@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9330-2555КрикунА. И.KrikunA. I.

к.т.н., доцент, кафедра технологические машины и оборудование, ул. Луговая, 52 Б, г. Владивосток, 690087, Россия

Cand. Sci. (Engin.), assistant professor, technological machines and equipment department, st. Lugovaya, 52 B, Vladivostok, 690087, Russia

krikun.ai@dgtru.ruОАО КемеровохлебОАО KemerovokhlebКемеровский государственный медицинский университетKemerovo State Medical UniversityРоссийский государственный аграрный университет МСХА им. К.А. ТимирязеваMoscow Timiryazev Agricultural AcademyДальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университетFar Eastern State Technical Fisheries University2023060920238537483Copyright © Иванов В.В., Руднев С.Д., Бородулин Д.М., Крикун А.И., 20232023Иванов В.В., Руднев С.Д., Бородулин Д.М., Крикун А.И.Ivanov V.V., Rudnev S.D., Borodulin D.M., Krikun A.I.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/3316

Процесс приготовления теста – один из самых сложных в технологии производства хлеба. Перемешивание муки с жидкими компонентами (водой, водными растворами) представляет собой сложный процесс поверхностного взаимодействия, связанный с преодолением поверхностной энергии на границе взаимодействия фаз. Интенсивность образования однородной смеси муки и жидких компонентов, в последующем превращаемая в тесто, определяет его структурно-механические свойства. Цель работы – теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение влияния предварительной механической обработки жидких компонентов на процесс перемешивания теста и структурообразование воднодисперсной системы. Проведен теоретический анализ процесса адгезионного взаимодействия сыпучего материала с жидкостью. Показано, что поверхностную энергию на границе взаимодействия с фаз необходимо снижать. Экспериментально установлено, что механическое воздействие на воду и водные растворы снижает поверхностное натяжение на 20–30 %. Установлено, что при перемешивании муки и жидких компонентов теста предварительная механическая обработка дает эффект улучшения смачивания, повышения эластичности и сокращения времени структурообразования в тесте. Удельная мощность при замесе снижается на 15–20 %. При помощи средств реометрии («Rheotest», Структурометр СТ2, конический пластометр Ребиндера) показано улучшение структурно-механических свойств теста: повышение предельного напряжения сдвига на 20–25 %, снижение адгезии на 30–40 %, возрастание упругих свойств после замеса до 10 %, повышение водосвязывающей способности. Исследования проводились на лабораторном оборудовании и в производственных условиях на предприятиях ОАО «Кемеровохлеб».

The process of dough preparation is one of the most complex in bread production technology. Stirring of flour with liquid components (water, aqueous solutions) is a complex process of surface interaction associated with overcoming the surface energy at the interface between phases. The intensity of formation of a homogeneous mixture of flour and liquid components, subsequently transformed into dough, determines its structural and mechanical properties. The aim of the work is theoretical substantiation and experimental confirmation of the influence of preliminary mechanical treatment of liquid components on the process of dough mixing and structure formation of water disperse system. Theoretical analysis of the process of adhesive interaction of bulk material with liquid has been carried out. It is shown that the surface energy at the boundary of interaction with phases should be reduced. It is experimentally established that mechanical action on water and aqueous solutions reduces surface tension by 20-30 %. It is established that at mixing of flour and liquid components of dough the preliminary mechanical treatment gives the effect of improvement of wetting, increase of elasticity and reduction of time of structure formation in dough. The specific power during kneading is reduced by 15-20 %. With the help of rheometry means ("Rheotest", Structurometer ST 2, conical Rebinder plastometer) improvement of structural and mechanical properties of the dough is shown: increase of ultimate shear stress by 20-25 %, decrease of adhesion by 30-40 %, increase of elastic properties after kneading up to 10 %, increase of water-binding capacity. The studies were carried out on laboratory equipment and in production conditions at the enterprises of JSC "Kemerovokhleb".

перемешиваниеоднородная смесьструктурообразованиемеханоактивацияводные растворыповерхностная энергияадгезиявязкостьпредельное напряжение сдвигаповерхностное натяжениеmixinghomogeneous mixturestructure formationmechanoactivationaqueous solutionssurface energyadhesionviscosityultimate shear stresssurface tensionReferencesМатвеева И.В., Дремучева Г.Ф., Нечаев А.П. и др. Концепция и технологические решения в области применения улучшителей для хлебобулочных и мучных кондитерских изделий // Пищевые ингредиенты в производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. Москва: ДеЛи плюс, 2013. С. 259–276.Matveeva I.V., Dremucheva G.F., Nechaev A.P. et al. Concept and technological solutions in the field of application of improvers for bakery and flour confectionery products. Food ingredients in the production of bakery and flour confectionery products. Moscow, DeLi plus, 2013. pp. 259–276. (in Russian).Лаврова Л.Ю., Лесникова Н.А., Борцова Е.Л., Балакина А.И. Использование нетрадиционных видов муки в производстве бездрожжевых кексов // Хлебопродукты. 2018. № 6. С. 58–60.Lavrova L.Yu., Lesnikova N.A., Bortsova E.L., Balakina A.I. The use of non-traditional types of flour in the production of yeast-free cakes. Bread products. 2018. no. 6. pp. 58–60. (in Russian).Сокол Н.В. Атрощенко Е.А. Исследование влияния электрохимически активированной воды на реологические свойства теста и качество хлеба // Новые технологии. 2019. № 1. С. 170–177.Sokol N.V. Atroshchenko E.A. Study of the influence of electrochemically activated water on the rheological properties of dough and the quality of bread. New technologies. 2019. no. 1. pp. 170–177. (in Russian).Минаков Д.В., Минаков Д.В., Козубаева Л.А., Кузьмина С.С. и др. Особенности созревания теста и формирования качества хлеба с биомассой мицелия Armillaria mellea // Хранение и переработка сельхозсырья. 2022. № 1. С. 145–156.Minakov D.V., Minakov D.V., Kozubaeva L.A., Kuzmina S.S. et al. Features of dough ripening and formation of bread quality with biomass of Armillaria mellea mycelium. Storage and processing of agricultural raw materials. 2022. no. 1. pp. 145–156. (in Russian).Алехина Н.Н., Пономарева Е.И., Жаркова И.М., Желтикова А.С. Исследование функциональных свойств зернового хлеба на основе хлебопекарных смесей с белковым обогатителем // Пищевая промышленность. 2020. № 5. С. 8–11.Alekhina N.N., Ponomareva E.I., Zharkova I.M., Zheltikova A.S. Study of the functional properties of grain bread based on baking mixtures with a protein fortifier. Food industry. 2020. no. 5. pp. 8–11. (in Russian).Лукина С.И., Пономарева Е.И., Павловская С.М., Алексеев А.Е. Новые нетрадиционные ингредиенты в производстве хлеба из пшеничной муки // Научные труды КубГТУ. 2019. № S9. С. 146–153.Lukina S.I., Ponomareva E.I., Pavlovskaya S.M., Alekseev A.E. New non-traditional ingredients in the production of bread from wheat flour . Scientific works of Kuban State Technical University. 2019. no. S9. pp. 146–153. (in Russian).Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. 2006. Т. 75. С. 203–216.Boldyrev V.V. Mechanochemistry and mechanical activation of solids. Advances in Chemistry. 2006. vol. 75. pp. 203–216. (in Russian).Золотовский Б.П. и др. Закономерности механохимической активации тригидроксидов алюминия и их водных суспензий // Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия химических наук. 1987. №. 5. С. 80-84.Zolotovsky B.P. and others. Regularities of mechanochemical activation of aluminum trihydroxides and their aqueous suspensions. News of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences. Chemical Sciences Series. 1987. no. 5. pp. 80-84. (in Russian).Wu Z., Wang D., Sun A. Preparation of MoS2 nanoflakes by a novel mechanical activation method // Journal of crystal growth. 2010. V. 312. №. 2. P. 340-343.Wu Z., Wang D., Sun A. Preparation of MoS2 nanoflakes by a novel mechanical activation method. Journal of crystal growth. 2010. vol. 312. no. 2. pp. 340-343. (in Russian).Kosova N.V., Devyatkina E.T., Slobodyuk A.B., Petrov S.A Submicron LiFe1− yMnyPO4 solid solutions prepared by mechanochemically assisted carbothermal reduction: The structure and properties // Electrochimica acta. 2012. V. 59. P. 404-411. doi: 10.1016/j.electacta.2011.10.082Kosova N.V., Devyatkina E.T., Slobodyuk A.B., Petrov S.A Submicron LiFe1− yMnyPO4 solid solutions prepared by mechanochemically assisted carbothermal reduction: The structure and properties. Electrochimica acta. 2012. vol. 59. pp. 404-411. doi: 10.1016/j.electacta.2011.10.082Ибрагимов Р.А., Пименов С.И., Изотов В.С. Влияние механохимической активации вяжущего на свойства мелкозернистого бетона // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 2(54). С. 63–69.Ibragimov R.A., Pimenov S.I., Izotov V.S. The influence of mechanochemical activation of the binder on the properties of fine-grained concrete. Engineering and Construction Journal. 2015. no. 2(54). pp. 63–69. (in Russian).Батыршин Э.С., Шарипов Р.Р., Волков М.Г., Жонин А.В. и др. Особенности реологии сшитых гуаровых гелей, применяемых для гидроразрыва пласта // Нефтяное хозяйство. 2022. № 11. С. 127–131.Batyrshin E.S., Sharipov R.R., Volkov M.G., Zhonin A.V. et al. Features of the rheology of cross-linked guar gels used for hydraulic fracturing. Oil industry. 2022. no. 11. pp. 127–131. (in Russian).Крупская Т.В., Гунько В.М., Процак И.С., Картель Н.Т. и др. Управление тиксотропными свойствами водных суспензий, содержащих гидрофильные и гидрофобные компоненты // Химия, физика и технология поверхности. 2020. Т. 11. № 1. С. 38–57.Krupskaya T.V., Gunko V.M., Protsak I.S., Kartel N.T. et al. Control of thixotropic properties of aqueous suspensions containing hydrophilic and hydrophobic components. Chemistry, physics and surface technology. 2020. vol. 11. no. 1. pp. 38–57. (in Russian).Гуюмджян П.П., Роменская И.Т., Зиновьева Е.В. Физико-механические особенности обработки воды // Ученые записки инж.-строит факультета ИГАСУ. Иваново, 2008. №. 4. С. 92–95.Guyumdzhyan P.P., Romenskaya I.T., Zinovyeva E.V. Physico-mechanical features of water treatment. Scientific notes of civil engineering faculty of IGASU. Ivanovo, 2008. no. 4. pp. 92–95. (in Russian).Зиновьева Е.В. Особенности механоактивационных процессов в дистиллированной воде // Разработка машин и агрегатов, исследование тепломассообменных процессов в технологиях производства и эксплуатации строительных материалов и изделий: Сб. науч. тр. по материалам круглого стола, посвященного науч. шк. Акад. РААСН, д-ра техн. наук, проф. С.В. Федосова. Иваново: ПресСто, 2013. С. 128–131.Zinovieva E.V. Features of mechanical activation processes in distilled water. Development of machines and units, research of heat and mass transfer processes in technologies for the production and operation of building materials and products. Ivanovo, PresSto, 2013. pp. 128–131. (in Russian).Кравцов С.А., Гайдаров М.М.Р. Дезинтеграторная обработка эмульсионных и углеводородных растворов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2010. №. 9. С. 38-43.Kravtsov S.A., Gaidarov M.M.R. Disintegrator processing of emulsion and hydrocarbon solutions. Construction of oil and gas wells on land and at sea. 2010. no. 9. pp. 38-43. (in Russian).Федосов С.В., Акулова М.В., Слизнева Т.Е. Изучение закономерностей структурообразования в цементном камне на механо-магнитоактивированной воде с добавкой ПВА // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 2. С. 117–122.Fedosov S.V., Akulova M.V., Slizneva T.E. Study of the patterns of structure formation in cement stone on mechanically magnetically activated water with the addition of PVA. Academia. Architecture and construction. 2017. no. 2. pp. 117–122. (in Russian).Федосов С.В., Акулова М.В., Зиновьева Е.В. Особенности механической активации дистиллированной воды различными насадками роторной мешалки // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016. № 1(361). С. 153–157.Fedosov S.V., Akulova M.V., Zinovyeva E.V. Features of mechanical activation of distilled water with various attachments of a rotary mixer. News of higher educational institutions. Textile industry technology. 2016. no. 1(361). pp. 153–157. (in Russian).Гуюмджян П.П., Роменская И.Т., Зиновьева Е.В. Физико-механические особенности обработки воды // Ученые записки инж.-строит факультета ИГАСУ. Иваново, 2008. №. 4. С. 92–95.Guyumdzhyan P.P., Romenskaya I.T., Zinovyeva E.V. Physico-mechanical features of water treatment. Scientific notes of civil engineering faculty of IGASU. Ivanovo, 2008. no. 4. pp. 92–95. (in Russian).Федосов С.В. Акулова М.В., Слизнева Т.Е. Особенности структурообразования в мелкозернистом бетоне на механоактивированном водном растворе силиката натрия // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2013. № 31–2 (50). С. 199–206.Fedosov S.V. Akulova M.V., Slizneva T.E. Features of structure formation in fine-grained concrete on a mechanically activated aqueous solution of sodium silicate. Bulletin of the Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and architecture. 2013. no. 31–2 (50). pp. 199–206. (in Russian).Гайдаров М. М-Р., Кравцов С.А. Дезинтеграторная технология приготовления буровых растворов и технологических жидкостей // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2007. № 10. С. 29–33.Gaidarov M.M-R., Kravtsov S.A. Disintegrator technology for preparing drilling fluids and process fluids. Construction of oil and gas wells on land and at sea. 2007. no. 10. pp. 29–33. (in Russian).Федосов С.В. Акулова М.В., Слизнева Т.Е. Изучение закономерностей структурообразования в цементном камне на механомагнитоактивированной воде с добавкой ПВА // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 3. С. 136–142.Fedosov S.V. Akulova M.V., Slizneva T.E. Study of the patterns of structure formation in cement stone on mechanically magnetically activated water with the addition of PVA. Academia. Architecture and construction. 2016. no. 3. pp. 136–142. (in Russian).

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