ВведениеВ западной Сибири и Кузбассе существуетогромное разнообразие ягодных культур, которыесчитаются «копилкой» витаминов, минералов идругих биологически активных веществ. Ягодныекультуры можно употреблять в виде готовых блюд,таких как национальные напитки. В настоящеевремя на рынке отсутствуют продукты, в том численапитки, с использованием ягод жимолости (Loniceraedulis). Это является существенным упущением,т. к. именно в плодах жимолости содержится большоеколичество полезных микро- и макроэлементов.В плодах жимолости содержится 1 % кислот (приэтом на аскорбиновую кислоту приходится порядка50 мг%), 4,5 % сахаров, различные витамины (Р,В1, В2), провитамин А и другие необходимые дляорганизма вещества. Регулярное потребление плодовжимолости существенно способствует понижениюкровяного давления, а также положительно влияет наукрепление стенок сосудов. Употребление этих ягодможет предотвратить отравление организма солямитяжелых металлов [1, 2].Существующая на данном уровне развитияконкуренция, сложившаяся на рынке пищевыхпродуктов, приводит к более широкому внедрениюсистем автоматизации и механизации процессов.Для большей конкурентоспособности необходимокомплексное решение задач, связанных с техническимпрогрессом в технологии пищевой промышлен-ности. Это заставляет сочетать совершенствованиекак машинно-аппаратурного оформления, так икоренного переустройства, интенсификацию техно-логических процессов на основе их детальногоизучения и поиск математического описания этихпроцессов. Быстрое развитие науки и установлениезакономерностей процессов позволило применитькачественно новый подход к решению поставленныхзадач. В результате появились новые методики,основанные на научных фактах, а также аппаратурноеоформление технологического процесса полученияинстантированного гранулированного продуктапитания (ИГПП) [3]. Одним из них являетсяпроцесс придания сухой сыпучей смеси различныхкомпонентов или влажной агломерированнойдисперсной смеси одинаковую по размеру, плотности,пористости и прочности форму шарообразных гранулстабильного гранулометрического состава [3, 4].Наибольшее распространение получили аппара-ты с внешним подводом энергии для обработкидисперсных систем, имеющих твердую фазу [5].К данным процессам можно отнести: смешивание,разрыхление, транспортирование, диспергирование,уплотнение, т. е. процессы, в которых происходитактивный массообмен, сопровождающийся измене-нием гранулометрического состава дисперсныхсистем и активным перераспределением массообмен-ных фаз [6–9].Наибольшую роль на процесс агломерированияполидисперсных систем различных материаловоказывают физико-химические факторы, благодарякоторым происходит взаимодействие между фазами,сопровождающееся непрерывным разрушением иобразованием трехмерных структур [10, 11].На данный момент существует большоеразнообразие способов и методов гранулирования,имеющих свои достоинства и недостатки [12, 13].Метод гранулирования в псевдоожиженном слоепозволяет проводить сразу несколько процессовbiological value. Working population often fails to maintain a balanced diet. Therefore, it is necessary to develop products thatcontain a large number of biologically active substances, e.g. instant drinks of plant origin.Study objects and methods. The level of integrity of the technological production line for instant starch drinks depends on the level ofintegrity of each of its subsystems. By comparing the monitored parameters with the given values, one can assess the integrity levelof the entire system. The subsystem that is responsible for the semi-finished product causes the greatest perturbation in the stabilityof the entire system. According to the theory of the technological flow proposed by Dr. V.A. Panfilov, this is subsystem B. Theproblem is associated with the instability of the granulation process, i.e. unstable particle size distribution in the finished product. Theinstability may occur due to the principle of operation and design features of dish-shaped granulators. As a result, the quality of thefinished product decreases.Results and discussion. The team developed a new hardware design of a machine-hardware scheme for the production of instantiatedgranular food products (IGPP). They conducted a repeated assessment of the integrity level of the entire technological system. Theanalysis of the production technology of IHPP employed a systematic approach, which made it possible to determine the levelof its organization and increase it. The positive changes took place after the introduction of a new subsystem of the solid-statemechanochemical activation of potato starch. The activation changed the physical and mechanical properties of native starches, thusintensifying the process of structure formation. In addition, the integrity of the entire subsystem could be increased by changing theprinciple of structure formation of granules. A new granulator and a new operating principle made it possible to perform granulationby pelletizing in controlled segregated flows.Conclusion. The stability of subsystem B increased by 0.31, while the stability of the whole system increased by 0.56. The successwas directly related to the new granulation technologies and a change in the technological flow of production of instant starch drinks.Keywords. Kissel (starch drink), starch, granules, granulation, structure formation, segregation, honeysuckle, system, pelletizingFor citation: Plotnikov KB, Popov AM, Plotnikov IB, Kryuk RV, Rudnev SD. Improving the Line of Instant Starch Soft Drinks. FoodProcessing: Techniques and Technology. 2020;50(1):96–105. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-1-96-105.98Plotnikov K.B. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 96–105в одном аппарате, а именно гранулирование,классификацию и сушку, но наличие большогогидравлического сопротивления приводит квысоким удельным энергозатратам, а такжек высокой себестоимости готовой продукциии неконкурентоспособности последней нарынке инстантированных продуктов. Данныйспособ нашел широкое применение в фарма-цевтической промышленности [14–17]. Методпрессования или экструзии позволяет получатьгранулы стабильного гранулометрическогосостава, но он применим не ко всем пищевымпродуктам. Во время процесса экструзии илипрессования происходит дискретное повышениетемпературы в зоне выдавливания продуктачерез матрицу, что приводит к потере полезныхтермолабильных элементов и к снижению полезныхсвойств готового продукта. Метод гранулированияпорошков в дисперсных системах нашел широкоеприменение в пищевой промышленности. Однакоу него есть недостаток в виде большого количестванесформированных гранул, нестабильностигранулометрического состава, а также большогоуноса мелкодисперсной фракции с газовой фазой [18,19]. Гранулирование окатыванием позволяет получатьгранулы стабильного гранулометрического составаи правильной сферической формы. Но машиныобладают большими габаритными размерами, малойпроизводительностью и большим количествомне сформированных гранул, что влечет за собойРисунок 1. Структурная схема процессов производства инстант-продуктовиз ягодного сырья на основе картофельного крахмалаFigure 1. Structural diagram of the production processes of ins tant starch berry drinksРисунок 2. Расчетная схема производства инстант-продуктов из ягодного сырья на основе картофельного крахмалаFigure 2. Analytic model of the production processes of instant starch berry drinks99Плотников К. Б. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 96–105установку дополнительных единиц оборудования– классификаторов. В настоящее время в пищевой,фармацевтической, химической и смежных отрасляхпромышленности все чаще находят свое применениевиброгрануляторы, т. к. их использование позволяетсоздать компактное и экономически обоснован-ное машинно-аппаратурное оформление процессагранулирования.Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод,что разработка нового аппаратурного оформленияпроцесса гранулирования в вибрационном полес применением механоактивации, а также егоисследование представляется актуальной задачей.Целью работы является совершенствованиелинии производства инстантированных напитковс точки зрения системного анализа и синтезатехнологического потока, предлагаемого д.т.н. проф.В. А. Панфиловым.Объекты и методы исследованияНа рисунке 1 представлена структурная схемасуществующей линии (технологической систе-мы) производства инстант-продукта на основекартофельного крахмала с добавлением плодово-ягодного сырья.В результате анализа структурной схемы былисоставлены расчетная схема (рис. 2) и операторнаямодель (рис. 3) получения готового продукта.Рассматриваемая расчетная схема производстваинстант-напитков на основе ягодного сырья инативного картофельного крахмала состоит из шестиподсистем. Для получения подробной картиныпроходящих процессов, благодаря которым изисходного сырья получается готовый продукт,необходимо построить операторную модель:А – подсистема получения гранулированногокиселя из ягод жимолости и картофельного крахмала,подвергшегося твердофазной механической актива-ции, содержащая операторы:I – фасовка и упаковка гранул в тару;II – классификация гранул по размеру;III – сушка сформированных агломератов;В – подсистема получения влажных гранул вБВГ, которые соответствуют заданным показателям,содержащая операторы:I – структурообразование гранул;II – смешивание сухих сыпучих рецептурныхкомпонентов;С1 – подсистема получения сухого измельченногожома, содержащая операторы:I – измельчение высушенного жома;II – высушивание полученного жома;С2 – подсистема получения связующего раствора,содержащая операторы:I – смешивание полученных жидких компонентовсвязующего раствора;II – промежуточное хранение;III – концентрирование;С3 – подсистема подготовки сухой сыпучей смеси,содержащая операторы:I – измельчение;II – хранение;С4 – подсистема получения жома и экстрактаиз ягод жимолости сырья, содержащая операторы:Рисунок 3. Операторная модель линии производства инстантированного киселяиз ягодного сырья на основенативного картофельного крахмалаFigure 3. Operator model of the production line of instant berr y drinks based on native potato starch100Plotnikov K.B. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 96–105I – фильтрация;II – экстракция;III – замораживание;IV – обдув;V – мойка исходного сырья;VI – хранение.Результаты и их обсуждениеРезультаты анализа нормативных документов напроизводство ИГПП и расчетной схемы сведены втаблицу 1 с указанием контролируемых параметров,их нормативных значений и поле допуска процессана каждой стадии производства согласно системномуподходу.Уровень целостности технологической линиипроизводства быстрорастворимых киселей напрямуюсвязан с уровнем целостности каждой из подсистем.Основываясь на соответствии контролируемых пара-метров заданным значениям, можно произвестиоценку уровня целостности всей системы. Для опре-деления уровня целостности производился отборпроб на каждой стадии производства (выходахкаждой из подсистем) в течение одной смены, котораяравна 8 часам. Все параметры технологическогопроцесса, параметры исходного сырья и готовойпродукции соответствовали установленным норма-тивным документам.Уровень целостности всей системы за одну сменуможно рассчитать, используя следующее выражение:(1)Энтропия состояния i-ой подсистемы рассчи-тывалось по формуле:(2)Подставляя значения из таблицы 2 в уравнение (1)получаем:(3)В результате проведенных исследованийотобранных проб продукта на каждой техно-логической стадии производства стало возможнымустановить стабильность подсистемы С4, котораябыла равна единице. В остальных подсистемахобработки исходного сырья (подсистемы С1, С2, С3)наблюдается отклонение от заданных параметров.Наибольшее возмущение в стабильность всейсистемы вносит подсистема В, что связано снестабильностью процесса гранулирования. Врезультате снижается качество готового продукта.Была установлена необходимость доработкиподсистемы В, а именно гранулятора, благодаряпроведенному анализу операторной модели ицелостности системы производства ИГПП.В результате проведенного анализа технологи-ческого потока линии производства ИГПП сточки зрения системного подхода была выявленаподсистема, которая вносить максимальноевозмущение в работу всей системы. Этой подси-стемой оказалась подсистема В образованияполуфабриката в виде гранулята. Основываясь наполученных данных, можно сделать вывод, чтозамена существующего тарельчатого гранулятора награнулятор новой конструкции с новыми принци-пами структурообразования с управляемыми сегре-гированными потоками может повысить уровеньцелостности всей системы и перевести ее изобласти суммативных в организованные. В качественовой единицы оборудования была выбранановая конструкция барабанного виброгранулятора(БВГ) [20].С целью проверки полученных результатовбыла построена операторная модель к разработан-ной линии производства ИГПП с использованиемягод жимолости (условные обозначения и методикапостроения ОМ приняты согласно литературнымданным, изложенным в трудах академикаВ. А. Панфилова).Операторная модель технологической линиипроизводства инстантировнного киселя из ягоджимолости на основе картофельного крахмала,подвергшегося твердофазной механической акти-вации, содержит следующие подсистемы:Таблица 1. Контролируемые параметры и уровень целостности подсистем производства ИГПП из ягодного сырьяна основе нативного картофельного крахмалаTable 1. Controlled parameters and integrity level of subsystems for the production of instant berry drinks based on native potato starchПодси-стемаВыход подсистемы КонтролируемыйпараметрНормативноезначение, %Поледопуска, %A готовая продукция массовая доля влаги 5 ± 2B влажный гранулят количество гранул в диапазоне от 0,5 до 3 мм 98 ± 2C1 жом после хранения массовая доля влаги 13 ± 2C2 концентрированный экстракт сухие вещества 23 ± 2C3 сахарная пудра количество пудры в диапазоне до 150 мкм 96 ± 4C4II экстракт сухие вещества 2 ± 2C4I жом влажность жома 60 ± 2101Плотников К. Б. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 96–105А – подсистема получения гранулированногокиселя из ягод жимолости и картофельного крахмала,подвергшегося твердофазной механической акти-вации, содержащая операторы:I – фасовка и упаковка гранул в тару;II – классификация гранул по размеру;III – сушка сформированных агломератов;В – подсистема получения влажных гранул вБВГ, которые соответствуют заданным показателям,содержащая операторы:I – структурообразование гранул;II – смешивание сухих сыпучих рецептурныхкомпонентов;С1 – подсистема получения сухого измельченногожома, содержащая операторы:I – измельчение высушенного жома;II – высушивание полученного жома;С2 – подсистема получения связующего раствора,содержащая операторы:I – смешивание полученных жидких компонентовсвязующего раствора;II – промежуточное хранение;III – концентрирование;С3 – подсистема получения жома и экстрактаиз ягод жимолости сырья, которая содержащитоператоры:I – фильтрация;II – экстракция;III – замораживание;IV – обдув;V – мойка исходного сырья;Таблица 2. Результаты расчетов уровня целостности системы процессов производства ИГПП за одну смену (8 часов)Table 2. Integrity of the system of processes for the production of instant starch drinks per shift (8 h)Подси-стемаОбъемвыборкиЧисло пробв пределедопуска, штЧисло пробза пределомдопуска, штPi 1–Pi –Pi–log2Pi –(1–Pi)·log2(1–Pi) Hi, бит ηiА 50 48 1 0,96 0,04 0,056538 0,185754 0,242292 0,757708В 50 44 3 0,88 0,12 0,162294 0,367067 0,529361 0,470639С1 50 46 2 0,92 0,08 0,110671 0,291508 0,402179 0,597821С2 50 47 2 0,94 0,06 0,083911 0,243534 0,327445 0,672555С3 50 20 0 0 0 0 0 1 1С4I 50 20 0 0 0 0 0 1 1С4II 50 20 0 0 0 0 0 1 1Рисунок 4. ОМ линии производства ИГПП из ягод жимолости на основе картофельного крахмала подвергшегосятвердофазной механической активацииFigure 4. Production line operator model for instant honeysuckl e drink based on potato starch subjected to solid-state mechani cal activation102Plotnikov K.B. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 96–105Таблица 3. Уровень целостности разработанной технологической системы производства ИГПП из ягод жимолостиTable 3. Integrity level of the new technological system for the production of instant honeysuckle starch drinkПодсистемаВыход подсистемы КонтролируемыйпараметрНормативноезначение, %Поле допуска, %Pi, вероятностьпопадания вели-чины в интервалдопускаHi, энтропиясостояния i-ойподсистемы, битȵi, стабильностьi-ой подсистемыA готовая продукция массовая доля влаги 5 ± 2 0,97 0 1B влажный гранулят количество гранул в диапазоне от 0,5 до 3 мм 98 ± 2 0,91 0,20 0,80C1 жом после хранения массовая доля влаги 13 ± 1 0,93 0,39 0,61C2 концентрированный экстракт сухие вещества 23 ± 2 0,91 0,32 0,68C3 сахарная пудра количество пудры в диапазоне до 150 мкм 96 ± 4 0 0 1C4II экстракт сухие вещества 2 ± 2 0 0 1C4I жом влажность жома 60 ± 2 0 0 1С5 крахмал измельченный размеры в диапазоне 10–100 мкм 90 ± 4 1 0 1Рисунок 5. Диаграмма процесса развития технологическойсистемы производства ИГПП на основе ягод жимолостии картофельного крахмалаFigure 5. Diagram of the development process of the technologic alsystem for the production of instant drinks based on honeysuckl eberries and potato starchVI – хранение;С4 – подсистема подготовки сухой сыпучей смеси,которая содержащит операторы:I – измельчение,II – хранение;С5 – подготовка картофельного крахмала, котораясодержит операторы:I – нагрев измельченного крахмала,II – измельчение крахмала.Оценка уровня организации (целостности)технологии производства инстант-продукта из ягоджимолостиПосле разработки нового аппаратурного оформле-ния машинно-аппаратурной схемы производстваИГПП из плодово-ягодного сырья была произведенаповторная оценка уровня целостности всей техно-логической системы.Уровень целостности разработанной техноло-гической системы производства ИГПП за сменуразработанной линии, согласно машинно-аппаратурной схеме, представленной на рисунке 4:(4)Уровень целостности технологической линиипроизводства инстантированных киселей из ягоджимолости и картофельного крахмала, подвергше-гося твердофазной механической активации,рассчитывается по следующей формуле:(5)Результаты проведенного исследования техноло-гического потока представлены в таблице 3.На рисунке 5 изображена диаграмма, описывающаяпроцесс развития технологической системы, где ηi(средняя стабильность подсистем) и L (количествовыходов подсистем) показаны эквидистантнымикривыми, которые представляют собой уровницелостности Θ системы. Заштрихованная область– область высокоорганизованных, целостныхсистем, остальное поле графика – область плохоорганизованных, суммативных систем. На диаграмме:точка A – зона уровней целостности существующейтехнологической системы; точка B – зона уровнейцелостности оптимизированной технологическойсистемы.ВыводыПроведенный анализ технологии производстваИГПП с использованием системного подходапозволил определить уровень ее организации иповысить его из-за введения новой подсистсемытвердофазной механохимической активации карто-103Плотников К. Б. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 96–105фельного крахмала и совершенствования процес-са гранулирования. Стабильность подсистемы Ввозросла на 0,31, а системы на 0,56.В результате проведенной работы и на основаниианализа диаграммы (рис. 5) можно сделать вывод,что вновь образованная система технологическихпроцессов покинула область суммативных системи перешла в область установившихся и высокоорга-низованных систем.Критерии авторстваА. М. Попов – руководство работой в целом (20 %).К. Б. Плотников – планирование эксперимента (20 %).И. Б. Плотников – разработка методики проведенияэксперимента и обработка результатов (20 %).Р. В. Крюк – проведения исследований (20 %).С. Д. Руднев – консультативная работа (20 %).Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.ContributionA.M. Popov supervised the research (20%).K.B. Plotnikov planned the experiment (20%).I.B. Plotnikov developed the experimental techniqueand processed the results (20%). R.V. Kryuk conductedthe research (20%). S.D. Rudnev was the projectadvisor (20%).Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.