CC BY
21
Замороженное сырьё / ГЛАВНАЯ ТЕМА
Материальный,
энергетический и тепловой баланс измельчения мясного сырья
В.В. Илюхин, доктор техн. наук, И.М. Тамбовцев, канд. техн. наук, А.Н. Шаталов, А.О. Суворов
МГУ прикладной биотехнологии
А.Н. Сидоряк, канд. техн. наук, ЗАО «Микояновский мясокомбинат»
Измельчение мясного сырья — основная технологическая операция при производстве колбас. Она должна обеспечить оптимальную степень измельчения мышечной, соединительной и жировой тканей. Эффективность измельчения определяется видом, состоянием и качеством измельчаемого сырья.
^ Роль сырья и технологических факторов в измельчении мяса считают основными. Однако, не менее важными являются технические характеристики измельчителей (скорость вращения ножей и чаши, геометрическая форма режущего инструмента, угол заточки лезвия, количество ножей и способ их установки на ножевом валу, срок службы ножей, уровень заполнения чаши и степень деаэрации фарша).
Влияние перечисленных технических характеристик на качество фарша до настоящего времени плохо изучено, однако проблема существует, несмотря на развитие новых машин для измельчения мяса [1, 2, 3].
Следует отметить, что изучению энергетического и теплового балансов, а также влиянию термического воздействия режущего инструмента на компоненты мясного сырья до настоящего времени не уделялось должного внимания [3-5].
Анализ результатов экспериментальных данных позволяет представить процесс трансформации электрической энергии в тепловую при измельчении, в виде следующей теплофизической модели:
Электрическая энергия расходуемая в процессе измельчения мясного сырья
1
Трансформация электрической энергии в тепловую
Локальный нагрев до
1-Пр — доп
Рис. 1. Теплофизическая модель трансформации электрической энергии в тепловую при измельчении мясного сырья
В процессе измельчения сырье нагревается и влага, содержащаяся в продукте, будет испаряться, а лед, (в
случае измельчения замороженного сырья), будет плавиться, затем испаряться или сублимироваться, т.е. будет иметь место фазовый переход первого рода для воды. Кроме того плавится жир, в котором по определению Илюхина В.В. [1, 6] произойдет фазовый переход второго рода. В работе исследователей В. До-лата, В. Ухмана приведены сравнительные результаты потерь влаги при измельчении (куттеровании) с по-
Рис. 2. Геометрические формы ножей куттера
Форму ножа 81 рекомендуют использовать при производстве вареных колбас; 82 — при измельчении грубого сырья с повышенным содержанием соединительной ткани. Форма 82 является универсальной при производстве как вареных, так и сырокопченых колбас Форму 83 и 84 применяют при производстве сырокопченых, сыровяленых колбас, важным для которых является качественное измельчение мясного сырья для сохранения структуры мышечной ткани.
Потери влаги при измельчении говядины высшего сорта колебались в пределах от 9 до 11 % в зависимости от конструктивных особенностей ножей, используемых при куттеровании [2].
Целью наших исследований была разработка современного измельчителя соответствующего теории измельчения — максимальная скорость измельчения, минимальное время нахождения продукта в зоне измельчения.
Разработанная нами конструкция измельчителя позволяет обеспечить одностадийное измельчение замороженных блоков мяса.
Поставленная цель была достигнута в лаборатории МГУПБ на кафедрах ТОПО (Технологическое
Локальный нагрев до ^■пр — ^ДОП
№1 февраль 2009 Всё О МЯСЕ
15
ЙР
ГЛАВНАЯ ТЕМА / Замороженное сырьё
Э2 эз
Форма ножа
Рис. 3. Количество испаренной влаги в зависимости от формы куттерного ножа при измельчении говядины высшего сорта
оборудование и процессы отрасли) и ДМ и ТМ (Детали машин и теория механизмов) при использовании экспериментальной установки УИМ-4 [3, 4, 5].
В качестве объекта исследования использовалась говядина высшего сорта замороженная, в виде блоков размером 100x100x150 мм. Изменение влажности в продукте измеряли при 4 режимах измельчения.
Для каждого из режимов измельчения измеряли исходное и конечное содержание влаги в продукте. Результаты исследования показали, что при одностадийном измельчении мяса с использованием в качестве режущего инструмента червячной фрезы, в зависимости от линейной скорости резания, содержание влаги в продукте изменяется от 75 % до 71 % (рис. 4).
га *
о.
0) ч
о
о
78 7674
72-
7068-
+
+
4-
4-
4 6 8 10 12 Скорость измельчения, м/с
14 16
Рис. 4. Зависимость изменения содержания влаги в измельченной говядине высшего сорта от скорости резания червячной фрезы
Данные изменения можно объяснить тем, что при увеличении скорости измельчения тепло не успевает рассеиваться в массе продукта и в начальной стадии за счет теплопередачи переходит частично в режущий инструмент. При дальнейшем увеличении скорости измельчения тепло сохраняется в зоне резания, и происходит резкое возрастание температуры в зоне контакта продукта с режущим инструментом. Влага, содержащаяся в продукте, испаряется, образуя паровую прослойку, которая оказывает термическое сопротивление процессу теплопередачи от продукта к лезвию инструмента, что приводит в конечном итоге к еще большей локализации очага нагрева. В связи с этим нами предложен новый подход к методике расчета энергетического и теплового балансов при измельчении мясного сырья. В качестве опытной модели использован новый тип измельчающей установки УИМ-4.
Экспериментально установлено, что при угловой скорости вращения червячной фрезы п = 3000 мин-1 (у = 13,34 м/с) из измельчаемого продукта испаря-
ется 4 % влаги. Производительность экспериментальной установки УИМ-4 при измельчении замороженных блоков (говядина высшего сорта), имеющих исходную температуру в продукте минус 10 °С составляет 200 кг/час.
За один час работы установки масса влаги Мв испаренной из продукта составила 8 кг.
Общее количество тепла Ообщ, необходимое для испарения 8 кг влаги подсчитывается по уравнению общего теплового баланса: Ообщ. = 02 + 03 + 04;
= сх • т • Д^, — теплота необходимая для нагрева 8 кг льда, от -10 °С до 0 °С.
Поскольку влага, вымороженная почти на 100 %, состоит из воды, расчет следует вести по физическим параметрам льда (сх — теплоемкость льда; т — масса льда; Д^ — разность температур) 02 = г • т; — теплота необходимая для плавления 8 кг льда (г — скрытая теплота плавления льда; т — масса льда);
03 = с2 • т • Д^ — теплота необходимая для нагрева 8 кг влаги от 0 °С до температуры испарения (100 °С) (с2 — теплоемкость воды; т — масса влаги; Д^ — разность температур от 0 °С до 100 °С);
04 = К • т — теплота необходимая для испарения влаги (К — скрытая теплота парообразования; т — масса влаги).
По нашим расчетам за один час работы установки с полной загрузкой (200 кг) общее количество тепла составит 2277,6х104 Дж.
Поскольку электрическая энергия трансформируется в тепловой поток, а то что КПД измельчителей менее 1 % [2], необходимая мощность электродвигателя составит 6,5 кВт. С учетом коэффициента запаса мощности нами выбран электродвигатель серии АИР мощностью 7,5 кВт.
Таким образом, экспериментальным путем доказано, что при измельчении замороженной говядины в виде блоков для расчета необходимой мощности электродвигателя можно ориентироваться на количество испаренной влаги.
Литература
1. Илюхин В.В., Физико-технические основы криоизмельчения пищевых продуктов — М.: ВО «Агропромиздат» 1990.
2. Долата В., Ухман В. Оценка технологической эффективности работы куттерных ножей серповидной формы. Институт технологии мяса. Сельскохозяйственный университет. Познань, Польша 2000 г.
3. Патент № 224502. Устройство для измельчения мясокостного сырья Илюхин В.В., Тамбовцев И.М., Тамбовцев А.И., Ле-кишвили М.В., А 22С 17/02, 17/00. Опубликовано 10.03.2005. Бюл. № 7.
4. Патент на полезную модель № 54819 Измельчитель материалов Илюхин В.В., Тамбовцев И.М., Ивашов В.И., Якушев О.И., Каповский Б.Р., В02С 18/00. Опубликовано 27.07.2006. Бюл. № 21.
5. Илюхин В.В., Тамбовцев И.М., Маркус Л.И., Шаталов А.Н., Ондостадийное измельчение мясного и костного сырья. // Мясная индустрия, 2006 г. № 6.
6. Патент РФ на изобретение №2300097. Способ измерения температуры веществ при фазовых переходах (Илюхин В.В., Тамбовцев И.М., Бурлев М.Я., Шишкин С.В., Илюхина С.С).
16
ВСЁ 0 МЯСЕ №1 февраль 2009
