Подход к автоматизации и цифровому контролю содержания ферропримесей в пищевых ингредиентах

Введение: Одним из показателей качества муки, круп, сахара и многих других пищевых сред является содержание в них ферропримесей. Показаны недостатки используемых методов соответствующего контроля (в том числе приведенных во многочисленных ГОСТах) как правило, заключающихся в проведении трех операций-циклов магнитного извлечения ферропримесей, их накоплении и определении суммарной массы. Однако при проведении ограниченного (даже повышенного) числа таких операций в пробе исследуемого продукта всегда остается некая неизвлеченная, зачастую значительная, масса частиц, что обусловливает погрешность контроля.

Объекты и методы исследования: Экспериментально получали массово-операционную зависимость убывания содержания ферропримесей: по мере их магнитного извлечения из продукта, находили ее математический вид – для дальнейшей экстраполяции и расчета суммарной массы. В качестве объекта исследования использованы пробы таких пищевых продуктов как мука, солод, чай.

Цель: Основываясь на предложенной авторами данной работы экспериментально-расчетной модели этого (магнитного) метода контроля, позволяющей получать более объективный результат, ставилась цель разработать прибор-анализатор – с возможностями автоматизации и цифрового контроля содержания ферропрмесей.

Результаты: Описан разработанный лабораторный образец прибора-анализатора и принцип его работы. В нем выполняются пошаговые операции магнитного выделения ферропримесей из пробы среды с автоматизированным взвешиванием их масс, аналитическая обработка (в соответствии с предложенным методом и вывод итогового результата на блок информации. Согласно результатам тестирования прибора-анализатора полученные значения по содержанию ферропримесей в исследуемых пробах значительно превышают нормируемые значения, что обязывает принимать соответствующие решения по удалению такого рода примесей из изучаемых продуктов.      

1. Глебов, Л. А., Демский, А. Б., Веденьев, В. Ф., Яблоков, А. Е. Технологическое оборудование и поточные линии предприятий по переработке зерна. М.: ДеЛи принт. 2010. 696с.

2. Зверев, С., Крементуло, А., Лавринович, С., Назаров, И., Чавчанидзе А. (2008). Исследование содержания железа и металломагнитных примесей в муке. Хлебопродукты, № 2, 58–61.

3. Масюткин, Е. П. (2016). Извлечение ферромагнитных примесей из сыпучих сельскохозяйственных материалов. Вестник КрасГАУ, 11, 54–60.

4. Мурашов, И. Д., Крюкова, Е. В., Горячева, Е. Д., Джабакова, А. Э., Парамонов, Г. В. (2019). Обнаружение металлических и неметаллических включений в пищевых продуктах электрометрическим методом. Health, Food & Biotechnology, 1(4), 81–91. https://doi.org/10.36107/hfb.2019.i4.s279

5. Невзоров, В. Н., Ярум, А. И., Самойлов, В. А. (2012). Совершенствование магнитных сепараторов для очистки зерна и муки. Вестник КрасГАУ, № 5, 426–431.

6. Носова, М. В., Дремучева, Г. Ф. (2023). Исследования хлебопекарных свойств муки ржаной хлебопекарной обдирной, поставляемой на хлебопекарные предприятия РФ. Хранение и переработка сельхозсырья, № 1, 69–82. https://doi.org/10.36107/spfp.2023.385

7. Сандуляк, А. А., Полисмакова, М. Н., Ершова, В. А., Сандуляк, А. В. (2011). Контроль ферропримесей пищевых сред: недостатки и основные концепции совершенствования нормативно-метрологической базы. Хранение и переработка сельхозсырья, № 1, 60–66.

8. Сандуляк, А. А., Полисмакова, М. Н., Ершов, Д. В., Сандуляк, А. В., Ершова, В. А., Сандуляк, Д. А. (2010). Функциональная экстраполяция массово-операционной характеристики магнитофореза как основа прецизионного метода контроля феррочастиц. Измерительная техника, №8, 57–60.

9. Фазуллина, О. Ф., Смирнов, С. О. (2020). Разработка системы управления безопасностью процесса производства макаронных изделий. Техника и технология пищевых производств, 50 (4), 736–748.

10. http://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-736-748

11. Agarwal, A. K., Bijwe, J., & Das L. M. (2003). Wear Assessment in a Biodiesel Fueled Compression Ignition Engine. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 125, 820–826. https://doi.org/10.1115/1.1501079

12. Cuerva, M.P., Gonçalves A.C., Albuquerque, M. C. F., Chavarette F.R., Outa R., & Almeida E. F. (2022). Analysis of the Influence of Contamination in Lubricant by Biodiesel in a Pin-On-Disk Equipment. Materials Research. 25, e20210375. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2021-0375

13. Gao, Y., Olivas-Martinez, M., Sohn, H. Y., Kim, H. G., & Kim, C. W. (2012). Upgrading of Low-Grade Manganese Ore by Selective Reduction of Iron Oxide and Magnetic Separation. Metallurgical and Materials Transactions B, 43 (6), 1465–1475. https://doi.org/10.1007/s11663-012-9731-6

14. Goncalves, A. C., Chavarette, F. R., Outa, R., & Godoi, L. H. A. (2024). Assistance of analytical ferrography in the interpretation of wear test results carried out with biolubricants. Tribology International, 197, 109758. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109758

15. Hu, Z., Lu, D., Wang, Y., Zheng, X., & Zhang, Y. (2024). A novel pneumatic dry high-intensity magnetic separator for the beneficiation of fine-grained hematite. Powder Technology, 433, 119216.

16. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.119216

17. Jia, R., Ma, B., Zheng, C., Wang, L., Ba, X., Du, Q., & Wang, K. (2018). Magnetic Properties of Ferromagnetic Particles under Alternating Magnetic Fields: Focus on Particle Detection Sensor Applications. Sensors, 18(12), 4144.

18. https://doi.org/10.3390/s18124144

19. Koukabi, N., Kolvari, E., Zolfigol, M., Khazaei, A., Shaghasemi, B. S., & Fasahati, B. (2012). A Magnetic Particle-Supported Sulfonic Acid Catalyst: Tuning Catalytic Activity between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis. Advanced Synthesis & Catalysis, 354 (10), 2001–2008.

20. http://dx.doi.org/10.1002/adsc.201100352

21. Kheshti, Z., Ghajar, K. A., Altaee, A., Kheshti, M. R. (2019). High-Gradient Magnetic Separator (HGMS) combined with adsorption for nitrate removal from aqueous solution. Separation and Purification Technology, 212, 650–659. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.11.080

22. Li, W., Zhou, L., Han, Y., Xu, R. (2019). Numerical simulation and experimental verification for magnetic field analysis of thread magnetic matrix in high gradient magnetic separation. Powder Technology, 355, 300–308

23. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.07.024

24. Liu, X., Wang, J. Sun, K., Cheng, L., Wu, M., & Wang, X. (2021). Semantic segmentation of ferrography images for automatic wear particle analysis. Engineering Failure Analysis, 122, 105268.

25. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105268

26. Macián, V., Payri, R., Tormos, B., & Montoro, L. (2006). Applying analytical ferrography as a technique to detect failuresnin Diesel engine fuel injection systems. Wear, 260, 562–566. https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.03.019

27. Shin S.-H., Kim, Y.-H., Jung, S.-K., Sun, K.-H., Kang, S.-G., Jeong S.-K., & Kim, H.-G. (2004). Combined performance of electrocoagulation and magnetic separation processes for treatment of dye wastewater. Korean Journal of Chemical Engineering, 21 (4), 806–810.

28. https://doi.org/10.1007/BF02705524

29. Singh, S., Sahoo, H., Rath, S. S., Sahu, A.K., & Das, B. (2015). Recovery of iron minerals from Indian iron ore slimes using colloidal magnetic coating. Powder Technology, 269, 38–45. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.08.065

30. Tandon, N., Parey, A. (2006). Condition Monitoring of Rotary Machines. Condition Monitoring and Control for Intelligent Manufacturing. Springer Series in Advanced Manufacturing, 109–136. https://doi.org/10.1007/1-84628-269-1_5

31. Toneguzzo, P., Viau, G., & Fiévet, F. (2006). Monodisperse Ferromagnetic Metal Parti¬cles: Synthesis by Chemical Routes, Size Control and Magnetic Characterizations. Handbook of Advanced Magnetic Materials, 37(19), 1193–1242. https://doi.org/10.1007/1-4020-7984-2_29

32. Trafialek, J., Kaczmarek, S., Kolanowski, W. (2016). The risk analysis of metallic foreign bodies in food products. Journal of Food Quality, 39, 398–407.

33. https://doi.org/10.1111/jfq.12193

34. Tripathy, S.K., Suresh, N. (2017). Influence of particle size on dry high-intensity magnetic separation of paramagnetic mineral. Advanced Powder Technology, 28 (3), 1092–1102. https://doi.org/10.1016/j.apt.2017.01.018

35. Wang, F., Tang, D., Gao, L., Dai, H., Jiang, P., Lu, M. (2020). Dynamic capture and accumulation of multiple types of magnetic particles based on fully coupled multiphysics model in multiwire matrix for high-gradient magnetic separation. Advanced Powder Technology, 31 (3), 1040–1050.

36. https://doi.org/10.1016/j.apt.2019.12.020

37. Wang, Y., Xue, Z., Zheng, X., Lu, D., Li, S., & Li, X. (2019). Effect of matrix saturation magnetization on particle capture in high gradient magnetic separation. Minerals Engineering, 139, 105866.

38. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.105866

39. Xue, H., Han, C., Chen, M., Fan, G., & Zhou, J. (2022). Improving mechanical properties of manufactured sand concrete with high biotite content: Application of magnetic separation process and equipment optimization. Construction and Building Materials, 350, 128861.

40. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128861

41. Xue, Z., Wang, Y., Zheng, X., Lu, D., & Li, X. (2020). Particle capture of special cross-section matrices in axial high gradient magnetic separation: A 3D simulation. Separation and Purification Technology, 237, 116375.

42. Xue, Z., Wang, Y., Zheng, X., Lu, D., Sun, Z., & Jing, Z. (2022). Mechanical entrainment study by separately collecting particle deposit on matrix in high gradient magnetic separation. Minerals Engineering, 178, 107435. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107435

43. Ye F., Deng H., Guo Z., Wei B., & Ren X. (2023). Separation mechanism and experimental investigation of pulsating high gradient magnetic separation, Results in Physics, 49, 106482. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2023.106482