Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика основных процессов и аппаратов для переработки рыбной продукции 18
1.1. Ассортимент, рецептуры и особенности технологии производства рыбной продукции 18
1.2. Особенности механических процессов и аппаратов используемых при обработке рыбного сырья 29
1.3 Основные гидродинамические процессы и аппараты используемые при переработке рыбного сырья 41
1.4. Отечественный и зарубежный опыт применения ресурсосберегающих технологий производства пищевой продукции из рыбы 54
1.5. Постановка задач исследования 64
2. Исследование возможностей совершенствования процессов первичной обработки рыбы и вспомогательного сырья .72
2.1. Теоретические модели механического воздействия на пищевые продукты 72
2.1.1. Модель квазистатического абразивного воздействия 72
2.1.2. Возможности реализации динамического абразивного воздействия. 81
2.2. Экспериментальное исследование возможностей совершенствования процессов механической обработки рыбы и вспомогательного сырья для комбинированных рыбных продуктов 91
2.2.1. Объекты и методы исследования 91
2.2.2. Исследование влияния механической обработки на свойства полуфабрикатов из рыбы и вспомогательного сырья 97
2.2.3 Исследование эффективности абразивной обработки и возможностей ее аппаратурной реализации 115
3 Исследование возможностей интенсификации процессов гидродинамической обработки рыбопродуктов 142
3.1. Пути интенсификации процессов переноса тепла при стерилизации рыбопродуктов в таре 142
3.1.1. Исследование влияния характера вынужденной конвекции жидкости внутри банки на длительность процесса стерилизации. 142
3.1.2. Исследование влияния механического процесса перемещения тары на процесс стерилизации рыбных консервов 153
3.1.3. Экспериментальные исследования влияния механического процесса перемещения тары на гидродинамическую обработку консервов 181
3.1.4. Основные закономерности гидромеханического поведения тары при стерилизации рыбных консервов 201
3.1.5. Влияние механических процессов перемещения тары на аппаратурную реализацию процесса стерилизации консервов 227
3.2. Исследование гидродинамических процессов при бланпшровании 239
3.2.1.Особенности совмещения процессов бланширования и наполнения консервов заливочным бульоном 239
3.2.2. Аппаратурные возможности совершенствования заполнения рыбными консервами металлической тары 243
4. Исследование аппаратурных возможностей расширения ассортимента рыбной шодущии 247
4.1. Исследование процесса и аппаратурного оформления концентрирования заливочных бульонов 247
4.2. Особенности аппаратурной реализации линии выпечки изделий с начинкой из рыбопродуктов 268
5. Экономика применения ресурсосберегающих процессов и аппаратов для переработки рыбной продукции 284
5.1. Общий подход к оценке экономической эффективности совершенствования ресурсосберегающих процессов и аппаратов. 284
5.2. Экономическая эффективность использования усовершенствованного стерилизатора рыбных консервов 290
6. Основные результаты работы и выводы 294
7. Литература 296
8. Приложения 320
- Особенности механических процессов и аппаратов используемых при обработке рыбного сырья
- Экспериментальное исследование возможностей совершенствования процессов механической обработки рыбы и вспомогательного сырья для комбинированных рыбных продуктов
- Основные закономерности гидромеханического поведения тары при стерилизации рыбных консервов
- Особенности аппаратурной реализации линии выпечки изделий с начинкой из рыбопродуктов
Введение к работе
Бесперебойное обеспечение населения страны продуктами питания является основой повышения стабильности экономики страны, уменьшения социальной напряженности общества. Развитие продуктовой базы, в частности насыщение ее продукцией переработки рыбы и других гидробионтов в физиологически необходимых объемах, невозможно без применения современных научно-технических достижений, без разработки и реализации перспективных технологий. Они должны обеспечить экономичные добычу, консервацию, транспортировку и хранение сырья, ресурсосберегающую переработку его в полуфабрикаты и готовую продукцию, а также эффективную утилизацию отходов.
По оценке экспертов здоровье нации лишь на 25-40 % зависит от системы здравоохранения, в то время, как влияние на здоровье социально-экономических условий и образа жизни составляет 52-55 %, при этом одной из составляющих является фактор питания. Указанные обстоятельства положены в основу «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации» [144], обеспечение которой невозможно без совершенствования техники и технологии по переработке пищевого сырья, в частности рыбы.
Не вызывает сомнения тот факт, что ведущим по степени негативного влияния на здоровье населения в настоящее время является дефицит микронутриентов - витаминов, минеральных элементов, отдельных полиненасыщенных жирных кислот, приводящий прежде всего к резкому снижению резистентности организма к неблагоприятным факторам окружающей среды за счет нарушения функционирования систем антиоксидантной защиты и развития иммунодефицитных состояний.
На фоне данной концепции сложилось и новое отношение к продукции из рыбы, являющейся практически единственным и уникальным источником разнообразных, и особенно омега-3 полиненасыщенных жирных кислот, выполняющих ответственную роль в организме человека.
С развалом СССР и переходом России на рыночную экономику объем производства консервов стремительно обрушился, и к концу 1998 года их производство составило 325 муб, что соответствует объему производства рыбных консервов по СССР начала 90-х годов прошлого века.
За первые 7 лет рыночных реформ производство консервов сократилось в 6 раз. Практически ни один натуральный показатель, характеризующий работу отрасли, так стремительно не упал за годы рыночных реформ в России, как производство консервов.
Главной причиной подобного положения стало сокращение производства консервов на судах в море, по причине списания плавбаз, и резкое увеличение стоимости металла (алюминия и жести), используемого для производства тары. При этом темпы роста консервной тары значительно опережали рост стоимости консервов. Если ранее в структуре себестоимости консервной продукции стоимость тары не превышала 10%, то в настоящее время она доходит до 40%.
Есть все основания считать, что рыбные консервы являются для России стратегически важным продуктом питания, в силу специфических особенностей (дефицит непрерывного холодного контура в процессе хранения и транспортировки рыбопродукции, огромные территории и неразвитые коммуникационно-транспортные связи и т.д.). Дефолт 1998 года дал позитивный импульс отечественному товаропроизводителю и, начиная с 1999 года, наблюдается рост выпуска рыбных консервов.
За 6 истекших лет их производство возросло в 1,6 раза и превысило объем 500 млн. условных банок или, 150 тыс. тонн рыбопродукции. (Из материалов ВАРПЭ - всероссийской ассоциации рыбохозяйственньгх предприятий, предпринимателей и экспортеров.)
В настоящее время многие виды рыб, традиционно составляющих основу нашего рыбного стола, перешли в более высокую ценовую категорию и за счет этого стали менее доступны основной части населения. При этом возрос спрос на недорогую столовую рыбу и изделия из нее. Это повлекло изменения в использовании рыбного сырья, если в 1990 г. направлялось на пищевые цели 64 %
сырья, то в 2001 г. - более 85 %. В этих условиях особенно актуальна проблема рационального и более полного использования рыбного сырья и внедрение комплексной его переработки.
В 2001 году организации рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации выловили 3670,5 тыс. тонн рыбы и других объектов промысла, выработали пищевой рыбной продукции, включая консервы рыбные 2938,4 тыс. тонн, произвели муки кормовой 97,4 тыс. тонн, что ниже уровня 2000 года соответственно на 9,1 %, 6,2 % и 22,5 %. Производство консервов рыбных в 2001 году составило 458,1 миллионов условных банок, что выше 2000 года на 6,5 %. За последние 15 лет общий улов России сократился с 7,8 млн. тонн в 1990 год}' до 3,0 млн. тонн в 2004 году, то есть более чем в 2 раза. (Из интервью с руководителем федерального агентства по рыболовству РФ).
Специфика рыбной промышленности состоит в том, что более 80 % стоимости основных производственных фондов отрасли приходится на долю флота. В настоящее время доля судов, отработавших свой нормативный срок составляет около 45 %. При этом в составе добывающего флота суда, находящиеся в эксплуатации более 10 лет, составляют свыше 68 %, а свыше 15 лет - около 50 %. Обрабатывающих судов, эксплуатирующихся свыше 10 лет насчитывается 85%, приемо-сдаточных судов, имеющих возраст более 10 лет - 64 %, а свыше 15 лет -47 %. Рыбопромысловым флотом обеспечивается около 90 % всего объема вылова водных биоресурсов. На судах вырабатывается более 90 % всей товарной продукции, свыше половины рыбных консервов, почти вся рыбная мука. Используемое устаревшее оборудование и технологии не отвечают современным мировым стандартам, не позволяют производить конкурентоспособную на мировом рынке продукцию и являются серьезным источником загрязнения окружающей среды отходами переработки. Совершенствование производства высококачественного сырья и конечных продуктов должно происходить в направлении создания и освоения новых технологических процессов, в частности гидромеханических и тепловых.
Таким образом, к числу все еще нерешенных относятся вопросы переоснащения обрабатывающих судов новой техникой, позволяющей осуществлять глубокую переработку или .консервирование сырья на месте добычи, обеспечивающие сохранение потребительских свойств, для транспортировки на специализированные предприятия.
Основой производства пищевой рыбной продукции, включая консервы, в России являются рыбохозяйственные предприятия Дальнего Востока (на долю данного региона приходится более 60 %), в выпуске консервной продукции ведущие позиции занимают Западный бассейн (около 57 %) и Дальний Восток (более 30%). Наибольший удельный вес в производстве кормовой муки имеют предприятия Дальнего Востока (более 76 %) и Северного бассейна (около 14 %), в выпуске кормовой рыбы и отходов от разделки для звероводческих хозяйств -предприятия Северного бассейна (более 70 %), Дальнего Востока (около 16 %) и Калининградской области (около 9 %).
Глубокая переработка сырьевых ресурсов занимает важное место в современном производстве. Особый интерес в последние годы вызывает рациональная обработка сырья водного происхождения, которое обладает высокой пищевой и биологической ценностью. Обработка рыбного сырья с помощью неопрессов на фарш позволяет максимально использовать съедобную часть мелких рыб на производство целого ряда формованных рыбных продуктов, аналогов деликатесных рыбных продуктов типа крабовых, креветочных палочек и др. Расширяется ассортимент продуктов, получаемых из отходов рыбоперерабатывающего производства. Промывные воды, получаемые при промывке фарша рыб, например путассу, используются для производства пищевых вкусо - ароматических добавок. Печень, молоки, пробойки икры осетровых и других видов рыб используются при изготовлении кулинарных изделий, консервов. Икра сельдевых, тресковых и других рыб направляется на выпуск деликатесной слабосоленой продукции. Из отходов при разделке гидробионтов и их жиров с помощью современных технологий возможно приготовление ферментных, лечебно - профилактических препаратов и пищевых добавок.
11 Бесперебойное и достаточное снабжение населения высококачественными продуктами питания невозможно без совершенствования технологий и оборудования для консервирования пищевого сырья. Решение этой проблема осложняется, в большинстве случаев, сезонной неравномерностью поставок исходного сырья, быстрой его порчей, особенно, если отсутствуют или нарушаются условия хранения.
С другой стороны спрос на качественные консервы растет из года в год во всем мире и все большее количество и видов продуктов подвергаются консервированию. Удобство хранения, транспортировки, продажи, асептичность продукта, нежесткая требовательность к хранению и ряд других преимуществ консервированных продуктов перед натуральными - все это говорит о необходимости дальнейшего совершенствования производства этого вида пищевой продукции. Так, в ряду неотложных мер по реализации концепции [144], стоит вопрос улучшения структуры питания, за счет увеличения доли продуктов массового потребления с высокой пищевой и биологической ценностью. Существенное место в общем объеме выпуска таких продуктов занимают рыбные консервы, которые по количественному и качественному содержанию белка не уступают мясным продуктам.
Из практического опыта переработки рыбы и других гидробионтов следует, что примерно одинаковую (самую низкую балльную) сложность имеют следующие виды обработки: охлаждение, замораживание, производство кормовых продуктов для животных. Более сложную обработку имеют: кулинарные и копченые изделия, а также пресервы. Консервирование и производство биологически активных веществ имеют наиболее высокую балльную сложность технологической обработки рыбного сырья.
По данным исследований, наибольшую рентабельность имеют копчение и производство кормовых продуктов для животных 30 %. С последующим убыванием рентабельность составляет: консервирование 17 %, производство пресервов 8 %, охлаждение 4 %, замораживание 2 % и отрицательная рентабельность у кулинарной обработки - 3 %.
Анализ перспектив развития продукции переработки гидробионтов говорит об усиливающейся в этой сфере конкурентной борьбе. В этих условиях только кардинальное обновление используемых технологий переработки и оборудования может защитить отечественный рынок от внешней интервенции. Необходима разработка новых ресурсосберегающих процессов и аппаратурной реализации таких наиболее распространенных технологий переработки рыбы как выработка консервов и пресервов, приготовления филе и спецразделки, выработки пищевого фарша и новых продуктов на его основе.
Значительный вклад в развитие и совершенствование процессов и аппаратов по переработке рыбы и морепродуктов внесли отечественные и зарубежные ученые Бабарин В.Щ35,36], Борисочкина Л.И.[41,42], Головин А.Н.[70,71], Кизеветтер И.В.[97,98,99], Маслова Г.В.[133,134], РогачевВ.Щ175], Сафронова Т.М.[179], Сторожук В.Щ200], Слуцкая Т.Н.[186], Флауменбаум Б.Л. [212], Шевченко В.В.[228], Becker Щ238], Chang-Lee M.V.[245] и другие.
Несмотря на широкий круг вопросов, как фундаментального, так и практического характера рассмотренных указанными авторами в области разработки техники и технологии переработки рыбы, не нашло достаточного освещения влияние на совершенствование этой сферы производства ряд важных современных теоретических представлений о реализуемых гидромеханических и тепловых процессах и использование их в конструкциях аппаратов.
Рассматриваемая в диссертационной работе проблема развития ресурсосберегающих процессов и аппаратов выработки рыбной продукции на основе совершенствования научно-обоснованных механических и гидродинамических процессов ее обработки представляется актуальной.
Актуальность указанной проблемы подчеркивается «Концепцией государственной политики в области здорового питания населения Российской федерации» и научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», действующих на период до 2010 года. [144]
Цели и задачи исследований. В соответствии с выявленной проблемой ос-
новной целью настоящей работы является разработка комплекса ресурсосберегающего оборудования для переработки рыбы на основе совершенствования механических и гидродинамических процессов и аппаратов.
Для этого необходимо решение следующих задач.
В рамках теоретических исследований:
На основе уравнений механики твердого тела выполнить моделирование квазистатического упруго-пластического контакта обрабатываемого пищевого продукта (рыбы) с абразивным рабочим органом в условиях динамического воздействия;
Используя законы механики сплошных сред, осуществить моделирование гидродинамики перемещения твердого тела в двухфазном потоке;
В рамках аппарата гидродинамики решить задачу о перемещении жидкости в капиллярах упругой фильтрующей подложки для разделения жиросодержащей эмульсии на фракции.
Для проверки полученных аналитических моделей необходимо провести следующие экспериментальные исследования:
Исследовать влияние механического воздействия на потребительские свойства полуфабриката при разных режимах гидродинамической обработки;
Определить характеристики рабочего органа для оптимального динамического воздействия на перерабатываемый пищевой продукт (на модельном объекте);
Выполнить определение скоростей банок в восходящем и нисходящем потоках стерилизатора эрлифтного типа;
Определить значения коэффициентов лобового сопротивления для банок всех исследуемых типоразмеров;
Экспериментально определить величину минимальной скорости жидкости, при которой осаждение банок на дно не произойдет;
Изучить изменение характеристик утилизируемых рыбопродуктов, получаемых при реализации основных технологических процессов.
По результатам выполненных исследований необходимо предложить конструктивные решения ресурсосберегающих процессов и аппаратов, решающие следующие задачи:
Процесс и рабочий орган для ресурсосберегающих очистки и измельчения пищевых продуктов;
Аппарат и процесс для ресурсосберегающей очистки рыбы;
Процесс и устройство для ресурсосберегающего шелушения круп, используемых в комбинированных продуктах;
Аппарат и процесс для получения пюре, как вспомогательного полуфабриката для рыбо-овощньгх комбинированных продуктов;
Бланширователь для предварительной тепловой обработки пищевых продуктов;
Аппарат для непрерывной стерилизации консервов;
Устройство для эффективного ресурсосберегающего разделения жиросодержащих эмульсий;
Процесс или линию для выпечки изделий с начинкой из рыбопродуктов для расширения ассортимента пищевых продуктов с использованием рыбы.
Специфика производства рыбопродуктов связана с достаточно большими затратами на само сырье, на использование ручного труда и значительных энергоресурсов, что требует при решении проблемы также разработки особого подхода к оценке эффективности разрабатываемых технических решений.
Научная новизна исследований. Обоснованы и определены принципы единой системы ресурсосберегающих механических, гидродинамических процессов и аппаратов для производства рыбной продукции, находящейся во взаимосвязи между собой в логической последовательности переработки от сырья до готового продукта, что не нашло достаточного освещения в ранее опубликованных научных трудах.
Общая структура новых элементов диссертационной работы определена методами системного анализа, которая позволила выделить наименее исследованные зоны в процессах производства рыбной продукции.
Поставлена и решена задача квазистатического упруго-пластического контакта обрабатываемого пищевого продукта (рыбы) с абразивными рабочими органами, при взаимном тангенциальном перемещении, для чего использованы методы конформного отображения при решении задачи Римана-Гильберта, что позволило расширить задачу Герца для рассматриваемого процесса обработки рыбы.
Выполнено математическое моделирование рабочего органа аппарата для ресурсосберегающей переработки рыбы, с использованием однородного дифференциального уравнения II порядка в частных производных, решение которого найдено в виде функции Бесселя. Новизна конструкции рабочего органа подтверждена патентом РФ.
Решена новая задача гидродинамики перемещения твердого тела в двухфазном потоке с использованием теории подобия и анализа размерностей, на основе уравнения циркуляционного контура Соколова-Доманского, что позволило найти коэффициенты лобового сопротивления для расчета движения банок в каналах стерилизатора эрлифтного типа и в целом аппарата.
Разработана математическая модель аппарата для отбора жиросодержащей фракции из эмульсии вода - жир, в которой рассматривается задача перемещения жидкости в капиллярах упругой фильтрующей подложки. Предложена принципиальная новая схема аппарата, подтвержденная патентом РФ.
Получены новые экспериментальные данные о гидродинамике перемещения трехфазных сред внутри стерилизуемой банки: тушки рыбы - заливка - газовые включения, необходимые для расчета стерилизатора.
Выявлены закономерности изменения реологических показателей комбинированной рыбной фаршевой продукции от степени измельчения и доли овощных и крупяных добавок. Полученные данные использованы для расчета
16 дозирующего аппарата, на основе решения уравнения Пуассона, соответствующими методами математической физики.
Практическая ценность полученных результатов состоит в разработке и опробовании в производственных условиях следующих ресурсосберегающих технических решений: рабочий орган для ресурсосберегающих очистки и измельчения пищевых продуктов; аппарат для ресурсосберегающей очистки рыбы; устройство для ресурсосберегающего шелушения круп; аппарат для получения пюре, как вспомогательного полуфабриката для рыбо-овощных и рыбо-крупяных комбинированных продуктов; бланширователь для предварительной тепловой обработки пищевых продуктов; аппарат для непрерывной стерилизации консервов; устройство для эффективного ресурсосберегающего разделения жиросодержащих эмульсий; линия для выпечки изделий с начинкой из рыбопродуктов для расширения ассортимента пищевых продуктов с использованием рыбы.
Автор защищает. Разработанные научно-обоснованные модели механической и гидродинамической обработки пищевого сырья и созданные на их основе ресурсосберегающие технические решения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Всесоюзной научно-технической конференции во Владивостоке (1989), Всесоюзной научно-технической конференции в Ленинграде (1991), на VII Всероссийском конгрессе «Политика здорового питания в России» в Москве (2003), на Пятой международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек» в Москве (2003), на Научно-технических конференциях «Технологии живых систем» в Москве (2003-2004), на II Международной научно-технической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» в Санкт-Петербурге (2003), на II Международной научно-технической конференции в Воронеже (2004), на 6-м Международном СлавяноБалтийском научном форуме «Гастро-2004» в Санкт-Петербурге (2004), на Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания» в Москве (2004), на П-й Всероссийской научно-технической конференции - выставке с
17 .
международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» в Москве (2004), на Международном форуме по проблемам науки, техники и образования в Москве (2004), на III Международной научной конференции "Рыбохозяйственные исследования Мирового океана" во Владивостоке (2005), на Всероссийской научно-технической конференции «Коршуновские чтения» в Тольятти (2005), на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» в Краснодаре (2005) и на межвузовских и межкафедральных семинарах в Санкт-Петербурге (1991-2005). Часть результатов работы докладывалась на технических советах объединения «Пищевик» в г.Санкт-Петербурге и ряде рыбоперерабатывающих предприятий г.Калининграда и г.Астрахани, где они прошли опытно-промышленное опробирование.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 научных работ, в том числе 2 монографии, учебное пособие и 11 изобретений. Часть результатов работы, полученных при выполнении заданий в рамках научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» в 2003-2004 гл\, поощрены дипломами Всероссийской научно-технической конференции - выставки с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Ее содержание изложено на 265 страницах машинописного текста, содержит 92 рисунка и 32 таблицы. В списке литературы 279 источников, в том числе 46 иностранных.
Особенности механических процессов и аппаратов используемых при обработке рыбного сырья
Большая часть подготовительных операций при производстве продуктов питания из рыбы (мойка, сортировка, обесшкуривание, измельчение) производится с использованием механических процессов и аппаратов. Иногда эти средства применяют в комбинации с тепловым воздействием на стадиях выработки готового продукта. Для более эффективного использования таких процессов рассмотрим возможные пути их реализации и сравнительную эффективность.
Минимизация энергетических затрат, например, на процесс измельчения в целом возможна лишь при знании механизмов разрушения твердых тел и агрегатов частиц. Измельчение может являться одной из стадий подготовки продукта к дальнейшей переработке.
Сформулирован следующий энергетический подход к классификации процессов измельчения или дробления [43].
Разрушение структуры материала связано с энергетическим взаимодействием источника энергии и разрушаемого материала. Перенос энергии возможен либо в виде импульса силы при непосредственном контакте, либо в виде кванта излучения. Энергетическое воздействие внешних сил на разрушаемый материал может сопровождаться переносом массы, теплоты, эмиссией электронов и другими физико-химическими эффектами, образуя то многообразие способов разрушения, известное на сегодняшний день [230,231]. Причем, большинство элементарных процессов переноса (импульса, тепла, массы) хорошо изучено, и предлагаемая система классификации, основанная на изучении явления измельчения как феномена, более консервативна и не подвержена столь скорым изменениям, как классификация аппаратов по технологическим, конструкционным, либо иным признакам. Большинство методов воздействия на разрушаемый материал позаимствовано в природе, однако далеко не все природные явления нашли воплощение в технике. Многие явления, вследствие масштабности факторов или наоборот, малости проявления эффектов, не используются в промышленной практике.
Искусственные, то есть созданные человеком способы разрушения материалов во многом воспроизводят природные процессы и явления, усиливая природные эффекты, сокращая время их протекания.
По характеру создаваемого в разрушаемом объекте напряженного состояния (НС) все процессы можно разделить на процессы, вызывающие точечное, линейное, плоское, и объемное НС (рис 1.1). По характеру и природе движущей силы процесса, способы измельчения могут разделяться на следующие классы: 1. Гидродинамические, движущей силой которых, является гидродинамическое давление струи жидкости или газа, или перепад давления в объеме разрушаемого тела. 2. Массовые. Силовое воздействие формируют гравитационные, центробежные или иные инерционные силы. 3. Механические. Основой разрушения является механическое усилие статического, импульсного или циклического характера. 4. Термические. Разрушение вызывает разность объемного расширения неодинаково нагретых слоев материала. 5. Массообменные. Напряженное состояние в материале формируется за счет объемного сжатия, либо объемного расширения при диффузии структурообра зующей влаги под действием разности концентраций, температур или осмотиче ского давления. 6. Электромагнитные. Способы диспергирования, в которых побудителем разрушения являются электромагнитные поля различной частоты и амплитуды колебаний, вызывающие один из видов напряженного состояния. Среди широкого спектра электромагнитных волн чисто магнитные методы измельчения не применяются в практике как самостоятельный способ разрушения, в виду крайне большой длительности процесса. Поэтому эти способы пере дачи энергии разрушаемому материалу лишь сопровождают или предшествуют какому-либо из вышеперечисленных способов силового воздействия, например, магнитная обработка суспензий волокнистых материалов перед механическим измельчением. 7. Химические способы измельчения основаны либо на объемном расширении продуктов химической реакции, например, в случае взрыва, либо на потере энергии связи, химического сродства части материала с основным массивом, как в случае окисной эрозии. Как промежуточный этап разрушения - ослабление энергии химического взаимодействия структурообразующих частиц материала, за счет выщелачивания, растворения или диффузии каких-либо составных частей из скелета материала. 8. Микробиологические способы измельчения основаны на химическом или ферментативном воздействии бактерий, плесени и растений на материал. Биологические объекты потребляют составные части подложки в пищу, либо разлагают материал продуктами выделений в процессе жизнедеятельности. Причем эти природные процессы все чаще используют в технологии обогащения руд, выделения редкоземельных металлов, очистке гальванических стоков и разложении отходов различных производств. Как видно из вышеперечисленного, классификация является подробным перечислением уже известных методов воздействия на измельчаемый материал. Однако упорядочение данных способов по более мелким признакам и группам позволяет определить "ячейки" незаполненные сегодняшним уровнем знаний и предсказать новые пути интенсификации и новые способы измельчения материалов путем комбинации уже известных. Рассмотрим более подробно методы, вызывающие плоское или линейное напряженное состояние. На рисунке 1.2 приведены три основных метода силового воздействия на материал и их частные случаи проявления, реализованные на сегодняшний день или возможные к реализации. Дальнейшее развитие способов разрушения данной классификационной группы возможно комбинированием указанных методов, например, струйное разрушение струей ионизированного газа или плазмы, или механическое разрушение в поле электромагнитного излучения (СВЧ) и т.п. Вторую большую группу процессов измельчения составляют методы, вызывающие объемное напряженное состояние в разрушаемом материале, (Рис. 1.3). Объемное напряженное состояние может быть вызвано практически любым силовым воздействием, например, всесторонним механическим сжатием или электрогидравлическим ударом. Поэтому на рисунке 1.3 детализированы только те виды силового воздействия, которые не приводят к линейному или плоскому напряженному состоянию.
Экспериментальное исследование возможностей совершенствования процессов механической обработки рыбы и вспомогательного сырья для комбинированных рыбных продуктов
В соответствии с поставленной целью, объектами исследования явились: - ставрида мороженая (ГОСТ 20057-74, ГОСТ 1168-68) - филе ставриды мороженое (ГОСТ 3948-82) - фарш пищевой мороженый из ставриды (ОСТ 1518-71) - хек мороженый (ГОСТ 20057-74) - минтай мороженый (ГОСТ 1168-68) - путассу мороженая (ГОСТ 10057-74) - полуфабрикаты и готовые кулинарные изделия, приготовленные на основе разработанных рецептур по схеме, представленной в табл. 2.2. Кроме того, использовано вспомогательное сырье (табл. 2.1.) Все виды сырья соответствовали требованиям стандартов. Отбор и подготовку проб для лабораторных исследований проводили по ГОСТ 7636-85. Опытные и контрольные образцы готовились из одной партии сырья. Комплексное исследование сырья, полуфабрикатов и готовой продукции проводилось в соответствии со схемой (табл.2.2.). Определение влажности проводили высушиванием образцов до постоянной массы при 105С по ГОСТ 4288-76. Содержание золы, общего азота, белка определяли по общепринятьш методикам [137[. Содержание жира - весовым методом, с экстракцией липидов хлоро-форм-этанольной смесью [126]. Предварительную обработку овощей проводили по методу ЕЛ. Нечаевой [93]. Определение а-аминного азота проводили спектрофотометрическим методом Диетера и Кайзера с нингидрином на спектрофотометре СФ-26, при длине волны А,=580 нм, толщине рабочего слоя кюветы 10 мм [250]. Определение мочевой кислоты проводили методом прямой спекхрофотомет-рии с Li2 СОз на СФ-26, при длине волны 1=289 нм, толщине рабочего слоя кюветы 10 мм.
Определение креатина в бульоне проводили колориметрически по методу Лемперта и Яффе с пикриновой кислотой [126]. Определение мочевины проводили спектрофотометрическим методом с ди-ацетилмоноксимом на СФ-26, при длине волны А,=540 нм, толщина рабочего слоя кюветы 10 мм [242]. В процессе разработки рецептур изучались технологические свойства рыбных фаршей, различных рыбокрупяных и рыбоовощных моделей. Влагоудерживающую способность фаршей. «Нежность» определяли методом Г. Грау и Р. Хамма в модификации Воловинской В.П. и Кельман Б.Я. [120]. Определение общей кислотности проводили по ГОСТ 4288-76, кислотности (РН) - дотенциометрически в водной вытяжке при гидромодуле 10 на универсальном иономере ЭВ-74. Структурно-механические исследования образцов проводили на ротационном вискозиметре «Реотест - 2». Образцы помещали между ребристым ротором и цилиндром «Н», и измеряли вязкость при возрастающих значениях скорости вращения ротора [205]. Коэффициент эффективной вязкости определялся по формуле: где: к - константа цилиндра; а - значение на шкале прибора; у - градиент скорости, с"1. Течение фаршей описывали с помощью уравнения Оствальда-де-Виля, преобразованного А.В. Горбатовым [72,134]: где т]эф- коэффициент эффективной вязкости, Пах; Во - коэффициент эффективной вязкости при у= 1 с"1; у - безразмерный градиент скорости (числовое значение); m - темп разрушения структуры, который определяется как m=l-n где п - индекс течения; Кривые течения строились в логарифмических координатах. Обработка данных велась с использованием пакета прикладных программ Excel, который позво-ляет по серии пар экспериментальных данных у и г\эф вычислить т и BQ , Органолептическую оценку готовых кулинарных изделий проводили с оценкой каждого показателя (цвета, внешнего вида, консистенции, запаха, вкуса) по пятибалльной шкале, с учетом коэффициента важности [226]. Коэффициенты важности показателей были приняты следующим образом: вкус, консистенция - 3, внешний вид - 2, цвет, запах - 1. Вязкость супов-mope определяли с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ - 1. Коэффициент динамической вязкости супов-пюре определяли, исходя из коэффициента кинематической вязкости: где ц, - динамическая вязкость, Па-с .. - кинематическая вязкость, м /с р - плотность, кг/м3 При определении стойкости суспензии супов-пюре в основу был положен метод, описанный А.А. Шмидтом и др. [229]: 10 мл соуса центрифугировали в градуированной пробирке в течение 5 минут при 1500 об/мин. Стойкость супов-пюре рассчитывали по формуле: V - объем отслоившейся жидкости, % Для оценки санитарно-гигиенической доброкачественности полуфабрикатов и готовых продуктов проводили микробиологические исследования по ГОСТ 4288-76, а также по ГОСТ 10444.0-75 и 10444.15-75. Экспериментальные исследования проводились не менее, чем в пяти-шести повторностях. Для объективного суждения о степени достоверности полученных результатов проводили их математическую обработку с использованием стандартных программ расчета[116]. Для построения математических моделей использован метод планирования эксперимента и применен метод наименьших квадратов, реализованный с помощью пакетов прикладных программ Excel и Mahtcad [4,146]. Расчет потерь пищевых веществ при кулинарной обработке проводили по общепринятой методике [217]. Выбранные объекты и методы позволяют достаточно полно и объективно характеризовать влияние механических и тепловых процессов на свойства продуктов. Задачей одного из этапов исследований явилось сравнение двух процессов -измельчения сырой рыбы и варки фарша и отваривания с последующим измельчением. Сравнение процессов производили по следующим показателям: определение потерь массы, сухих веществ, аминокислот в мышечной ткани, содержание азотистых экстрактивных веществ в варочной среде. Эксперимент был проведен на двух образцах фарша. Первый фарш был приготовлен из партии ставриды (ГОСТ 1168-68), филе измельчали на мясорубке с диаметром отверстий решетки 3 мм. Второй - фарш из филе хека (ГОСТ 20057-74) (диаметр отверстий решетки 3 мм). Параллельно была проведена варка филе ставриды и хека (таблица 2.3.}, из которых были приготовлены фарши (диаметр решетки 3 мм). Проведена органолептическая оценка фаршей, приготовленных при разных кулинарных приемах. Для выяснения роли продолжительности нагрева и температуры варочной среды на потери аминокислот в фарше был поставлен полный факторный эксперимент, в котором варьируемыми факторами были как время т (от 10 до 15 минут), так и температура Т (от 82С до 98С). Данные эксперимента приведены в таблице П. 1. Приложения 1. Программа обработки экспериментальных данных приведена в Приложении 2.
Основные закономерности гидромеханического поведения тары при стерилизации рыбных консервов
Установлено, что изменение С% с увеличением Re носит характер с выходом на автомодельную зону при Re 104. Как видно из рис. 3.33 результаты, полученные на аэродинамической трубе имеют более низкие значения, чем значения С#, полученные по данным из скорости осаждения. Это вполне объяснимо тем, что при обдуве банки в аэродинамической трубе, она в течение опыта была ориентирована перпендикулярно потоку, в случае же с осаждением это условие так строго не выполнялось (несмотря на то, что опыты с очевидным отклонением банки от заданной ориентации при статистической обработке результатов не учитывались).
Тем не менее, в обоих случаях налицо явная сходимость полученных результатов в автомодельной области, где значения С% зависят лишь от геометрии банки, и наибольшим значением обладает банка № 1, а наименьшим - банка № 6. В области малых значений чисел Re эта сходимость результатов нарушается, и наибольшее значение С а имеет банка № 19. По-видимому, при обтекании этой банки жидкостью с повышенной вязкостью, силы трения о поверхность банки начинают ощутимо влиять на скорость осаждения, тем более, что площадь поверхности этой банки наибольшая по сравнению с другими. Полученный характер изменения С% достаточно удовлетворительно совпадает с другими литературными данными, например, с данными [187]. Математическая обработка экспериментальных данных позволила получить обобщенную зависимость Сд от 1 Re 4 103 и геометрии банок в виде: где Sjxid - параметр, учитывающий геометрию исследуемой банки, м2. Максимальное отклонение опытных данных от расчетных по уравнению (3.99) составило не более 20 %. При больших числах Re, порядка 104 и более значения коэффициента Сд становятся постоянными, и течение переходит в автомодельную область. С учетом типоразмеров банок, ее можно представить как: Для выяснения адекватности рассчитанных по уравнениям (3.23) и (3.25) значения Удн и Щ3 с экспериментальными значениями этих параметров были проведены расчеты с использованием пакета прикладных программ Mahtcad. Учитывая, что экспериментальные значения U$K и UQB были получены на установке, описанной выше, то все геометрические размеры, а также расходные параметры при оценке уравнения (3.65) соответствовали условиям эксперимента. Значения щ и /% равнялись 1, т.к. при экспериментальных исследованиях в аппарате находилась одна банка. Кроме того, как показали визуальные наблюдения за движением банки при работе аппарата, т.е. при ее циркуляции из канала в канал; а также при ее осаждении, в опытах по определению Сд стало очевидным, что значения CR должны отличаться при движении банок во время работы аппарата от значений CR , полученных в опытах по осаждению. В первом случае наблюдались сильные колебания банок из стороны в сторону, что неизбежно должно было повысить значение CR.
Кроме того, наличие газожидкостной смеси также должно наложить определенный отпечаток на эти значения. Оценить количественно опытным, а тем более теоретическим путем величину этого отклонения в настоящее время не представляется возможным, поэтому было принято целесообразным ввести поправочной коэффициент к, перед С% в уравнениях (3.65), (3.23) и (3.26). Расчет газосодержания вели по известному уравнению (3.35), которое было рекомендовано для эрлифтных аппаратов с различной геометрией каналов и различными физическими свойствами газовой и жидкой фазы [188]. Значения CR рассчитывали по полученным нами уравнениям (3.99) и (3.100). Коэффициенты сопротивлений с; ; с;вс; ;вр были приняты по рекомендациям работ [187,188,190]. Значения коэффициента гидравлического трения (Дарси) L определяли по формуле Альтшуля с учетом геометрии канала [190]. С учетом полученного коэффициента отклонение расчетных значений Ufa и C/gH от экспериментальных составило не более 8 %. Достаточно удовлетворительное соответствие расчетных и экспериментальных значений UQ В обоих каналах позволило оценить изменение Шж в зависимости от WT, которая является главной величиной определяющей гидродинамическую обстановку в эрлифтных аппаратах.
Особенности аппаратурной реализации линии выпечки изделий с начинкой из рыбопродуктов
Помимо утилизации отходов от производства рыбопродуктов большое внимание уделяется расширению их ассортимента.
Для рубленных и фаршевых изделий это связано, в частности с тем, что при достаточной энергоемкости такой продукции ее рентабельность возрастает с ростом объемов производства. Для реализации этих больших объемов продукции необходим достаточно широкий ассортимент.
Известно технологическое оборудование для выпечки различных тестовых заготовок хлебобулочных изделий, размещения в них начинки и последующей тепловой обработки [198,220,228].
Компоновка отдельных единиц такого оборудования в линии по производству готовых изделий требует значительных площадей, специального оборудования для синхронизации отдельных этапов процесса, что приводит к значительным энергозатратам. С целью такого расширения ассортимента предлагается линия по выпуску хлебобулочных открытых изделий типа «пиццы» с начинкой из рубленой рыбы или соответствующего фарша.[149] Такое конструктивное решение частично решит вопрос о согласованности отдельных этапов процесса выпечки заготовок и компактного размещения отдельных узлов.
Вместе с тем, остаются нерешенными вопросы размещения на заготовках начинки и дальнейшей тепловой обработки изделий. Это требует привлечения дополнительного оборудования и ведет к снижению производительности и удорожанию готовой продукции.
Технический результат при использовании предлагаемой линии обеспечивается вьшолнением отдельных элементов в виде полых цилиндров из немагнитного материала, в верхней и нижней частях которых выполнены сквозные пазы с установленными в них с возможностью продольного
перемещения верхней и нижней крышками. Размещение между этими крышками кольцевой подложки из ферромагнитного материала позволяет реализовать в едином непрерывном, производственном цикле формование тестовых заготовок, заполнение их начинкой и осуществление необходимой окончательной термообработки. Этому способствует то, что для подготовки и съема крьппек толкатели с электромагнитным приводом установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Поскольку механизмы подготовки и съема форм и возвратно-поступательные толкатели с электромагнитным приводом синхронизированы между собой, при этом механизм съема форм синхронизирован еще и с установленным над ним дозатором начинки. Выпекаемые изделия отвечают необходимым требованиям по качеству, а время на их производство существенно сокращается. Эффективность устройства обуславливается тем, что весь процесс выпечки, вплоть до получения готового изделия производится в непрерывном цикле на одной конвейерной линии. Это обеспечивает естественную синхронизацию отдельных этапов. С другой стороны такая конструкция позволяет более полно использовать тепловую энергию туннельной печи и существенно сокращает производственные площади. Кроме того, унификация отдельных узлов устройства облегчает его изготовление и дополнительно снижает эксплуатационные издержки, например, при ремонте.
Устройство для выпечки хлебобулочных изделий с начинкой содержит формы выполненные в виде отдельных элементов, сочлененных гибкой связью с образованием бесконечной ленты 1, нагревательный элемент 2, дозаторы теста 3 и дозатор начинки 4, механизмы подготовки форм 5 и механизм съема форм 6, при этом отдельные элементы 1 выполнены в виде полых цилиндров из немагнитного материала, в верхней и нижней частях которых выполнены сквозные пазы с установленными в них с возможностью продольного перемещения верхней и нижней крышками, между которыми размещена кольцевая подложка из ферромагнитного материала, а для подготовки и съема крышек толкатели 12 с электромагнитным приводом установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения, причем механизм подготовки и механизм съема форм выполнены в виде рычагов с размещенными в них электромагнитами и синхронизированы между собой и с возвратно-поступательными толкателями 12, а механизм съема форм синхронизирован еще и с установленным над ним дозатором начинки. Линия для выпечки работает следующим образом.
При движении бесконечной ленты 1 по верхнему транспортному участку установки в зону действия механизма подготовки форм 5 поступает отдельный элемент ленты 1, выполненный в виде полого цилиндра из немагнитного материала, в верхней и нижней частях которого выполнены сквозные пазы с установленной в одном из них с возможностью продольного перемещения нижней крышкой.
Механизм подготовки форм 5 размещает на этой крышке кольцевую подложку из ферромагнитного материала. При дальнейшем перемещении бесконечной ленты из дозатора теста 3 на эту подложку помещается определенная доза теста, которая, заполняя зазоры, принимает форму тестовой заготовки, после чего поступает в зону действия нагревательного элемента 2. После завершения тепловой обработки тестовой заготовки, элемент 1 перемещается в зону действия первого возвратно-поступательного толкателя, который в свободный паз цилиндра помещает верхнюю крышку. При перемещении элемента 1 на нижний транспортный участок установки в зону второго возвратно-поступательного толкателя 12 из него удаляется нижняя крышка, на которую ранее опиралась ферромагнитная кольцевая подложка. Далее механизм съема форм 6 удаляет эту ферромагнитную кольцевую подложку, после чего на тестовой заготовке размещается определенное количество начинки. Полуфабрикат поступает в зону нагревательного элемента 2, где проходит окончательную тепловую обработку. При перемещении элемента 1 в зону действия третьего и четвертого возвратно-поступательных толкателей 12 из цилиндра удаляется крышка, на которую опирается готовое изделие и оно выгружается из элемента 1, а вместо этой крышки, одновременно, в пазы помещается крышка, на которую впоследствии механизм подготовки формы 5 разместит кольцевую подложку из ферромагнитного материала. Далее цикл выпечки повторяется. При этом важно, что синхронизация механизмов 5 и 6 с толкателями 12 позволяет обеспечить практически непрерывное движение формы выполненной в виде отдельных элементов, сочлененных гибкой связью с образованием бесконечной ленты, а синхронизация механизма съема форм еще и с установленным над ним дозатором начинки обеспечивает выпечку изделий необходимого качества.
