Предпосылки криоразделения гидробионтов по дисперсным характеристикам измельченного сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

>, 1998 1ЧНЫХ

ехно-

гкис-

здуха

«ание

)ации

1 (17)

слоро-

1тека-

шоло-

венно

ваний

ирова-

ггаточ-

повы-

качки,

Дуется [ рабо-шчине щ сло-'еского кууму, 1ыстро-яелить шрова-учетом ^атаци-

гхноло-азначе-цанном эзовый [строты |з ваку-трубо-р. Для истемы

(18)

убопро-

1-насоса чка при

(19) •убопро-режиму I вакуу-

ри уста-гкачки,

, приме-ологиче-зцессом. эеделять пималь-1КИ, что реализу-

емых технологических процессов и снижения энергозатрат непосредственно на вакуумирование систем.

ВЫВОД

Разработанная по результатам исследований [1-10] методика расчета вакуумных систем, применяемых в синтезированных технологических процессах, позволяет рассчитывать параметры средств вакуумирования с учетом особенностей технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горлатов А.С. Вакуум-сублимационные установки для сушки рыбы и морепродуктов / Физика и техника вакуума.

— Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1974. — С. 396-400.

2. Горлатов А.С. Тенденции развития установок для дефро-стации продуктов а вакууме / / Технол. процессы и оборудование рыбообрабатывающих предприятий Западного бассейна / / Сб. науч. тр. КТИРПХ. — Калининград, 1978.

— Вып. 76. — С. 34-39.

3. Горлатов А.С. Расчет натекания и газоотделения в ваку-

умных системах сублимационных установок / / Изв. вузов СССР. Пищевая технология. — 1973. — № 2. —

С. 101-105.

4. Горлатов А.С. Количественная оценка герметичности вакуумных систем сублимационных установок / / Изв. вузов СССР. Пищевая технология. — 1974. — № 6. — С. 102-108.

5. Горлатов А.С. Исследование натекания воздуха в вакуумные аппараты в большом диапазоне перепада давлении / Гидравлика, гидротранспорт рыбы и его техн. средства / / Сб. науч. тр. КТИРПХ. — Калининград, 1979. — Вып. 86.

— С. 38-48.

6. Горлатов А.С. Оценка вакуумных установок на натекание воздуха через неплотности / Технол. процессы и оборудование рыбообрабатывающих предприятий / / Сб. науч. тр. КТИРПХ. — Калининград, 1982. — Вып. 98. — С. 44-51.

7. Горлатов А.С. Расчет вакуумных систем сублимационных установок // Изв. вузов СССР. Пищевая технология. — 1971. — Л? 4. — С. 95-98.

8. Горлатов А.С. Расчет газовой нагрузки в вакуумных системах сублимационных установок / / Изв. вузов СССР. Пищевая технология. — 1976. — № 2. — С. 128-134.

9. Горлатов А.С. Гигиена вакуумных технологических аппаратов / Интенсификация процессов, оборудования и уп-

Йавления пищевых производств / / Межвуз. сб. науч. тр. :тихп. — Спб., 1991. — С. 104-108.

10. Горлатов А.С. Расчет на ЭВМ параметрических характеристик технологических вакуумных установок / Совершенствование оборудования для обраб. объектов морского промысла / / Сб. науч. тр. КТИРПХ. — Калининград, 1988. — С. 31-38.

Кафедра пищевых и холодильных машин

Поступила 21.04.98

664.951.037.5.002.51

ПРЕДПОСЫЛКИ КРИОРАЗДЕЛЕНИЯ ГИДРОБИОНТОВ ПО ДИСПЕРСНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ИЗМЕЛЬЧЕННОГО СЫРЬЯ

Ю.А. ФАТЫХОВ

Калининградский государственный технический университет

В ряде отраслей пищевой промышленности нашли применение технологии переработки замороженного сырья в широком диапазоне отрицательных температур. Применительно к обработке гид-робионтов в КГТУ разработана комплексная безотходная технология переработки неразделанного мороженого рыбного сырья [1]. В соответствии с ней намечены способы получения пищевого рыбного фарша и полуфабриката из тонкоизмельчен-ного сырья, а также подобрано и разработано новое технологическое оборудование.

Основными процессами криотехнологии гидро-бионтов являются грубое (предварительное) и тонкое (окончательное) измельчение сырья и его криоразделение на компоненты. Процесс тонкого измельчения мороженого сырья осуществляется с целью получения заданных дисперсных характеристик измельченных компонентов и определяет выбор того или иного метода криоразделения. Эффективность процесса криоразделения базируется как на определении параметров полидисперсной системы, так и на информации о распределении объема, массы или поверхности частиц определенного фракционного состава в общей совокупности тонкоизмельченных частиц.

На первом этапе нами проведены экспериментальные исследования по тонкому измельчению отдельных компонентов мороженого рыбного сырья. Объектом опытов была выбрана скумбрия атлантическая пятнистая, которая разделывалась на следующие составные части: мышечная ткань,

хребтовые кости, плавниковые окончания, кожа, голова, внутренности. Все компоненты замораживались до температуры не выше -10°С. Их измельчали в центробежной дробилке с двухлезвийным ножом при частоте вращения ножевого вала 8000 об/мин в течение строго определенного времени

— 12 с. Измельченные частицы распределяли с помощью ситового анализа, массовый состав каждой фракции определяли с помощью аналитических весов. Вся экспериментальная часть проводилась в холодильной камере, где поддерживалась отрицательная температура, не позволяющая продукту отепляться.

Для сопоставления характеристик дисперсности тонкоизмельченных компонентов скумбрии представим полученные экспериментальные данные в виде ложных дифференциальных кривых массового распределения частиц (рис. 1). Видно, что измельченные частицы разнородных компонентов различаются центрами распределения. Так, частицы группируются максимально по следующим величинам усредненного диаметра О (приближенно): для мышечной ткани 1,5; для кости хребтовой 2,0; для плавниковых окончаний 3,0 мм. У измельченных частиц головы, состоящей преимущественно из мясных и костных компонентов, О составляет 1,75 мм, что является промежуточным значением соответствующих однородных компонентов. Кривые распределения для внутренностей и кожи на рис. 1 не представлены, однако с учетом погрешностей эксперимента можно утверждать, что при сопоставимых условиях внутренности измельчаются до размеров частиц не более 1,5 мм, а кожа — не менее 5,0 мм.

Рис. 1

Как и следовало ожидать, эмпирические кривые массового распределения частиц рыбного сырья соответствуют кривым распределения случайной величины, универсальной характеристикой которых является функция распределения [2]. На рис. 2 представлены интегральные кривые массового распределения измельченных частиц скумбрии, которые построены в логарифмической сетке координат. На ней по оси абсцисс отложены значения диаметров частиц фракций, а по оси ординат — суммарная масса частиц (%), имеющих диаметр от минимального до соответствующего значения.

№0

4ft 5,0 6,0

Рис. 2

По приведенным данным можно математически описать функцию распределения измельченных частиц компонентов рыбного сырья F(x), где х — случайная величина. В соответствии с подходом, изложенным в работе [2], в теоретических расчетах более удобна другая величина: плотность вероятности случайной величины /(х), которая определяется как производная от интегральной функции распределения, т.е. f{x) = F(x). Для представленных экспериментальных данных плотность массового распределения измельченных частиц компонентов скумбрии может быть описана уравнением Вейбула

> Ях) ~ AaDa 1 exp (~ADa),

где А и а — коэффициенты, определяющие соответственно средний размер час-. і тиц некоторой фракции и форму кривой распределения.

Уравнение Вейбула качественно описывает закономерности изменения характеристик дисперсности тонкоизмельченных частиц рыбного сырья. Однако выявление эмпирических коэффициентов не имеет практического смысла, так как рассматриваемая функция плотности распределения не связана с режимными параметрами и конструктивными особенностями промышленного образца измельчителя рыбного сырья.

Приведенные характеристики дисперсности компонентов рыбного сырья позволяют судить о принципиальной возможности его криоразделения на однородные компоненты из общей совокупности тонкоизмельченной массы. Из всех известных способов криоразделения, приемлемых для обработки сырья биологического происхождения [3], можно выделить два основных направления, по которым реализуются эти способы. Первое направление связано с достижением условий обработки сырья (главным образом посредством измельчения), при которых различие дисперсных характеристик компонентов будет максимальным, т.е. группирование тонкоизмельченных однородных частиц будет осуществляться относительно различных центров. Второе направление объединяет те способы криоразделения, которые основаны на обработке полидисперсной смеси определенного заданного фракционного состава.

Практика исследования процессов криообработки гидробионтов показала, что различие характеристик дисперсности отдельно измельченных компонентов и целого сырья в обоих случаях сохраняется.

Однако для осуществления того или иного метода покомпонентного криоразделения исходного сырья необходимы и другие условия реализации процесса, которые связаны с многообразием измельченных частиц по форме, массе, объему, а также с различием фрикционных, структурно-механических, электрических и других характеристик [3, 4].

Отметим, что для реализации процесса криоразделения гидробионтов важным условием является соблюдение определенного температурного режима. Приведенные характеристики дисперсности компонентов рыбного сырья относятся к области упругопластических деформаций, т.е. к области отрицательных температур до -50...-65°С [1]. При более низких температурах характеристики дисперсности измельченных компонентов гидробионтов могут качественно изменяться по мере нарастания хрупкости материала.

ВЫВОДЫ

Измельченные в условиях отрицательных температур (в области упругопластических деформаций) компоненты рыбного сырья различаются характеристиками дисперсности. В сопоставимых условиях компоненты рыбного сырья имеют различные центры массового распределения. Плотность массового распределения измельченных частиц рыбного сырья может быть качественно описана урав-

НЄІ

СТЙ

ки

ще:

Л

о.я

Кал

тех

ры<

экс

ден

в і

тол

npq

пра

нос

обр

во

хш

ды,

сте:

I

тич

ще<|

вза:

све,

обц

дан

С

”ко,

ках

ств<

ная|

вае^

жий

чисі

щегі

пов|

пин

(Гер

0

ков

НЄН]

ХИНІ

аі

личе

форі

ак

- І

форі

XI

мето

ше со-ер час-форму

1ает за-ясперс-сырья. .иентов ассмат-аия не эуктив-зца из-

сности

(ГДИТЬ о

деления экупно-!естных 1я обра-шя 13], зия, по !направ-работки 1мельче-иракте-

>1М, т.е.

гоодных различает те аны на ленного

рбработ-^аракте-1ЫХ ком-:охраня-

яого ме-:ходного лизации шем из-5ъему, а урно-ме-рактери-

криораз-йвляется го режи-ерсности .области области [1]. При яки дис-дробион-:ре нара-

лх темпе-зрмаций)

характе-х услови-азличные ость мас-:тиц рыб-ана урав-

нением Вейбула. Различие дисперсных характеристик компонентов рыбного сырья дает предпосылки для осуществления их криоразделения из общей совокупности тонкоизмельченных частиц.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фатыхов Ю.А., Эрлихман В.Н. Применение криотехнологий в пищевой промышленности // Холодильное дело.

— 1997. — № 4. — С. 26-28.

2. Рогов И.А., Горбатов А.В., Свинцов В.Я. Дисперсные системы мясных и молочных продуктов. — М.: Агро-промиздат, 1990. — 320 с.

3. Илюхин В.В, Физико-технические основы криоразделения пищевых продуктов. — М.: Агропромиздат, 1990. — 207 с.

4. Фатыхов Ю.А., Рулев В.И. КТИРПХ предлагает / / Рыбное хоз-во. — 1993. — № 2. — С. 32-33.

Кафедра пищевых и холодильных машин

Поступила 28.10.97

664.951.3

МАССОЛЕРЕДАЧА КОПТИЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В ТЕХНОЛОГИЯХ БЕЗДЫМНОГО КОПЧЕНИЯ РЫБНЫХ ПРОДУКТОВ

О.Я. МЕЗЕНОВА

Калининградский государственный технический университет

До сих пор в технологиях бездымного копчения рыбы режимы устанавливались преимущественно экспериментально, на основе визуальных наблюдений, без серьезных попыток их формализации. В настоящее время эмпирически описаны, причем только в технологии дымового копчения, лишь процессы сушки и диффузии фенолов, при этом практически не учтены многообразие и вариабельность факторов сырья и среды. Массопередача при обработке рыбы водными растворами препаратов во многом зависит от способов их нанесения, химической активности компонентов рыбы и среды, жесткости технологической обработки (посол, степень обезвоженности и др.) [1-3].

Цель нашей работы — установление и математическое описание массопередачи коптильных веществ в технологиях бездымного копчения при взаимодействии коптильного препарата с рыбой.

Методически организация исследований была сведена к модельным экспериментам на основе общепринятых методов планирования и обработки данных с учетом априорной информации.

Объектами исследования служили модельные ’’колбаски” из фарша трески в различных оболочках (из кожи различных рыб, натуральные, искусственные). Треску выбрали потому, что ее мышечная ткань наиболее объективно передает так называемую ’’точку отсчета” в моделировании факторов жирности, активности ферментов. Варьирование численными значениями факторов в моделях осуществляли путем добавления заданных количеств поваренной соли, пищевого жира рыб и комплекса пищеварительных ферментов Панзином-форте (Германия) с широким диапазоном оптимума pH.

Основными методиками в исследовании откликов являлись: проникновение коптильных компонентов — бумажная хроматография с 2,6-дихлор-хинонхлоримидом;

активность тканевых ферментов — прирост количества продуктов гидролиза белка на основе формольного титрования;

активность компонентов коптильного препарата

— расчетный метод на основе их химической формулы;

химический состав продукта — стандартные методы.

При определении основных зависимостей мас-сопереноса в бездымном копчении рыбопродукции исходили из следующей совокупности массообменных процессов в системе [4]:

адгезия коптильных компонентов к поверхности рыбы:

адсорбция коптильных веществ (поглощение их пористой структурой ткани без изменения химической природы);

диффузия (перемещение под действием броуновского движения);

хемосорбция или хемодиффузия (взаимодействие коптильных компонентов с компонентами рыбы с потерей их химической природы);

распределение коптильных компонентов в водно-жировой структуре рыбы в соответствии с их коэффициентами диссоциации в двойных системах.

При этом учитывали встречный массоперенос влаги.

Совокупность данных процессов объективнее всего можно охарактеризовать коэффициентом массопередачи К.

Основными внешними факторами, влияющими на К в системе бездымного копчения рыбы, без учета химических эффектов, являются:

П — периодичность нанесения коптильного препарата (количество раз), средний диапазон варьирования от 1 до 5;

/ — толщина ’’кожи”, где под ’’кожей” подразумеваются все препятствия перемещению компонентов, диапазон — от 0,001 до 0,0001 м;

Т — температура сушки, диапазон изменения от 20 до 150 °С.

Анализ полученных экспериментальных данных на моделях позволил формализовать определение К в виде зависимости

\ё К, =-6,044 + 0,82 1ёП - 0,75 1? I + 0,29 ^ Т,

где К1 — коэффициент массопередачи под действием внешних факторов. Внутри заданной области исследований пределы существования К., согласно зависимости: от 0,005 до 0,22 м/с.

С учетом факторов химического состава сырья и встречного массопереноса при сушке, количественно определяемых в виде факторов и Ф2, коэффициент массопередачи определяют по формуле