Введение к работе
Актуальность темы. История не знает такого периода развития общества, когда бы проблема питания не являлась первоочередной: менялись лишь объемы, ассортимент, уровень качества и т.д. На современном этапе развития пищевой технологии объемы поставок, сезонность и ограниченные сроки хранения заставляют искать новые способы, позволяющие существенно увеличить продолжительность хранения, создавать резервы сырья и запасы готовых продуктов.
Ярко выраженной тенденцией современности является переход к сокращению потерь сельскохозяйственного сырья путем переработки его на промышленной основе. Большая роль в этом направлении отводится быстрому замораживанию.
По оценке экспертов в ближайшем будущем быстрозамороженные продукты питания будут играть важную роль в качестве основного вида пищи, что связано, в основном, с урбанизацией во всем мире.
В экономически развитых странах выпуск быстрозамороженных продуктов достигает 50 кг на человека в гол с ежегодным увеличением производства на 7.5.
В нашей стране заметно существенное отставание в организации предприятий по выпуску быстрозамороженной продукции. Для прогресса, кроме капитальных вложений в создание перерабатывающих комплексов, требуется технология и техника, отвечающая современным требованиям: автоматизация процесса,высокая производительность, знергоэко-номичность, гарантированный уровень качества замороженных продуктов.
Трудно переоценить вклад отечественных ученых в развитие данной отрасли. Многочисленные труды Ф. С. Касаткина. М. В. Тухшнайда, Д.АЛристодуло. Д.Г.Рютова, Н.С.Комарова, Н.А.Головкина, Г.Б.Чижо-ва. Н.К.Куравской, А. М. Бражникова и др. общепризнаш в мире и положены в основу современной холодильной техники и технологии.
В мировой практике для быстрого замораживания используют широкий спектр технических средств. Однако, по оценке экспертов, предпочтение отдается скороморозильным аппаратам воздушного типа, как наиболее универсальным, несмотря на ряд существенных недостатков присущих им. в том числе - относительно высокий уровень энергопотребления. Поэтому, их совершенство направлено на сокращение
энергозатрат, при интенсификации процесса замораживания продуктов в них.
Выбор техники и технологии быстрого замораживания зависит от многих факторов: региональных, сырьевых, технологических, экономических и др. В этой связи в каждом конкретном случае необходимо выбирать оптимальные варианты, используя теоретические и практические наработки в этой области.
Данная работа посвящена решению одной части этой народнохозяйственной проблемы, для решения которой автором предложена научная концепция, которая предусматривает систематизацию теоретических и экспериментальных исследований для комплексного подхода к разработке дискретного теплоотвода при быстром замораживании пищевых продуктов в потоке воздуха и технической его реализации.
Настоящая работа выполнялась в соответствии с координационным планом Министерства науки России и научно-образовательного комплекса Кузбасса(1993 1997 г.г.).
Цель работы. Разработка научных и практических основ дискретного тпплоотЕ50да при быстром замораживании пищевых продуктов в потоке воздуха и конструктивное оформление скороморозильного аппарата, обеспечивающих энергетическую эффективность процесса и сохранение исходных свойств продуктов.
В соответствии с основным научным направлением и целью работь поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ априорной информации о методах и техничес
ких средствах осуществления процесса быстрого замораживания пище
вых продуктов для обоснования актуальности и направленности иссле
дований.
Дать оценку существующим аналитическим решениям для определения продолжительности замораживания объектов классической формы, Еыбрать адекватную математическую модель непрерывного теплоотвод; для разработки модели дискретного режима.
-
Разработать адекватную математическую модель дискретног теплоотвода и метод инженерного расчета программного замораживани пищевых продуктов в потоке воздуха.
-
Разработать методику эспериментальных исследований и соз дать для ее реализации комплекс лабораторных стендов и установок.
-
Выполнить экспериментальные исследования на реальных пище вых продуктах для проверки адекватности математических моделей
проверки работоспособности инженерного метода расчета дискретного теплоотвода.
-
Получить динамику изменения показателей качества твердых сычужных сыров после их холодильной обработки с целью установления режимных параметров организации процесса.
-
Разработать систему оценки для выбора рациональных условий организации непрерывного и дискретного теплоотвода быстрого замораживания пищевых продуктов в потоке воздуха на примере объектов исследования и технических решений.
-
Разработать конструктивный и компоновочный принципы организации дискретного теплоотвода быстрого замораживания пищевых продуктов в потоке воздуха, создать опытно-промышленный образец скороморозильного аппарата.
-
Пронести производственную апробацию результатов.
Научная новизна.
Обоснованы принцип дискретного теплоотвода и эффективность организации быстрого замораживания пищевых продуктов по заданной программе изменения температуры и скорости потока воздуха.
Разработана математическая модель для определения условий быстрого замораживания продуктов при переменных параметрах охлаждающего воздуха.
Установлены закономерности теплообмена при быстром замораживании продуктов из сырья животного происхождения в потоке воздуха с широким диапазоном условий внешнего воздействия.
Получена динамика изменения показателей качества твердых сычужных сыров в широком диапазоне скоростей быстрого замораживания.
Разработана система выбора условий организации быстрого замораживания с использованием термоэкономической, квалиметрической моделей и аэродинамической оценки, позволивших обосновать рациональные режимы и условия организации дискретного теплоотвода.
Практическая ценность и реализация результатов.
Разработана методика инженерного расчета параметров процесса быстрого замораживания пищевых продуктов в потоке воздуха для двух вариантов теплоотвода - непрерывного и дискретного.
Составлены номограммы для определения параметров быстрого замораживания пищевых продуктов.
Разработано программное обеспечение работы модульного скоро-
морозильного аппарата воздушного типа.
Разработаны исходные требования на четырехмодульный воздушный скороморозильный аппарат производительностью 500 кг/час для быстрого замораживания мелкоштучных и порционных пищевых продуктов и проект нормативной документации по холодильному консервированию твердых сычужных сыров, совместно с Алтайским филиалом ВНИИМС.
Проведена производственная проверка режимов быстрого замораживания и низкотемпературного хранения твердых сычужных сыров в условиях Майминского гормолзавода Алтайского края. Изготовлен опытно-промышленный образец четырехмодулыюго скороморозильного аппарата, который успешно прошел испытания в научно-внедренческом предприятии "Сибагропереработка".
Автор защищает:
-
Разработанный принцип дискретного тешюотвода при быстром заморажигіашш пищевых продуктов в потоке воздуха, как эффективный способ сокращения энергозатрат на процесс.
-
Результаты экспериментальных исследований процесса теплообмена при быстром замораживании нищених продуктов в потоке воздуха в условиях непрерывного и дискретного тешюотвода.
-
Адекватность предлагаемых математических моделей действительным условиям протекания процесса быстрого замораживания пищевых продуктов при непрерывном и дискретном режимах теплоотвода.
-
Разработанные условия организации быстрого замораживания и низкотемпературного длительного хранения твердых сычужных сыров с высокой и низкой температурой второго нагревания, по сравнению с традиционными режимами.
-
Разработанную систему оценки условий организации процесса быстрого замораживания пищевых продуктов в потоке воздуха при дискретном теплоотводе.
-
Практическую значимость номограмм и программ при выполнении инженерных расчетов процесса быстрого замораживания продуктов и скороморозильных аппаратов воздушного типа.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 2 Всесоюзной научно-технической конференции " Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания"(Москва, 1984 г.). Всесоюзной конференции " Проблемы индустриализации общественного питания страны" (Харьков, 1984. 1989. 1990 г.г.). Всесоюзной научно-практической конференции " Искусственный холод в отраслях аг-
ропромышленного комплекса" ( Москва, 1987 г.). научно-практической конференции " Совершенствование техники и технологии в пищевых отраслях промышленности" ( Кемерово, 1994 г.), научно-технической конференции " Вклад науки в развитие маслоделия и сыроделия" ( Углич. 1994 г.). Международной научно-практической конференции " Проблемы реформирования региональной экономики"( Кемерово, 1994 г.). научно-практической конференции " Новое в технике и технологии пищевых отраслей промышленности"(Кемерово. 1995 г.). Международной конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности" (Краснодар 1995.1996 г.). Международной научной конференции "Холод и пищевые производства"(Санкт-Петербург, 1996 г.). научно-практической конференции "Экологические проблемы пищевых производств и новые технологии"(Кемерово. 1996 г.). конференции Международного института холода "Использование холода на транспорте в регионах с жарким климатом"(Астрахань.1997 г.). Всероссийской научно-практической конференции "Образование в условиях ре-Форм: опыт, проблемы, научные исследования"(Кемерово.1997.), Международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование пищевой промышленности"(Воронеж,1997),
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 55 печатных работах, новизна технических решений защищена 10 авторскими свидетельствами и патентом России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 387 стр.. включает 251 стр. основного текста, 62 рисунка, 21 таблицу, библиографический список из 385 наименований и 100 стр. приложений.