CC BY
50
УДК 637.02я73
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ TECHNOLOGY OF FAT-CONTAINING RAW MATERIALS И. Г. Ершова, М. Г. Сорокина, О. В. Михайлова I. G. Ershova, M. G. Sorokina, O. V. Mikhaylova
ФГБОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. В статье приведена технология термообработки жиросодержащего сырья в ходе его измельчения с использованием СВЧ-энергоподвода и описана установка для реализации данного процесса в поточном режиме.
Abstract. The article contains the technology of heat treatment of fat-containing raw material during the grinding process using superhigh frequency installation. It also describes the installation for implementing this process within the flow operation.
Ключевые слова: технология вытопки жира, сверхвысокочастотная установка, жиросо-держащее сырье, мясо-костное сырье, костный жир, нагнетательный шнек, вальцовая дробилка.
Keywords: rendering technology, superhigh frequency installation, fat-containing raw materials, raw of meat and bone, bone fat, delivery auger, roller crusher.
Актуальность исследуемой проблемы. При переработке жиросодержащего сырья недостатком для сельхозпроизводителей являются большие затраты электроэнергии, воды и пара. При переработке такого сырья образуется большое количество газов с неприятным запахом. Поэтому разработка технологии и технического устройства для переработки жиросодержащего сырья при сниженных энергетических затратах с использованием энергии электромагнитных излучений актуальна, так как костный жир широко используется в комбикормовой промышленности.
Материал и методика исследований. Известно, что костный жир - это смесь различных животных жиров, извлекаемых из трубчатых и губчатых костей свиней и крупного рогатого скота. По органолептическим показателям он напоминает топленое коровье масло. Костный жир высшего сорта получают из свежих костей, освобожденных от остатков мяса, хрящей и сухожилий, сельскохозяйственных животных, низшего сорта -путем вываривания из костных остатков.
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях в Чувашской государственной сельскохозяйственной академии и в производственных условиях на мясоперерабатывающих предприятиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ и разработанными нами частными методиками. Математические расчеты, анализ и обработку результатов исследований осуществляли с применением методов регрессионного анализа, а также математической статистики. В теоретических исследо-
ваниях применены основы теорий электромагнитного поля, массо- и теплопереноса, прессования и формования пластических материалов, планирования многофакторного эксперимента.
Результаты исследований и их обсуждение. Целью настоящей работы является повышение эффективности функционирования оборудования для обработки жиросодер-жащего сырья путем сочетания технологических процессов его измельчения и термообработки с воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) с последующим формованием костного остатка.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие научные задачи:
1) разработать методику воздействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на жиросодержащее сырье в шнековой камере - объемном резонаторе для повышения эффективности функционирования установки;
2) составить алгоритм расчета, позволяющий обосновать конструкционные параметры и режимы работы СВЧ-установки для термообработки жиросодержащего сырья;
3) разработать и апробировать в производственных условиях установку для термообработки жиросодержащего сырья;
4) оценить технико-экономическую эффективность применения установки для производства костного жира и костного остатка воздействием ЭМП СВЧ (табл. 1).
Объектом исследования является технологический процесс формования костного остатка и вытопки костного жира при воздействии ЭМП СВЧ.
Предметом исследования является определение закономерностей термообработки жиросодержащего сырья при воздействии ЭМП СВЧ в объемном резонаторе - шнековой камере.
Традиционная операционно-технологическая схема переработки жиросодержащего сырья следующая:
1) измельчение твердого хрупкого сырья (мясокостного сырья, шквары) резанием или дроблением. Мягкие жиросодержащие материалы измельчают резанием на мясореза-тельных машинах-волчках. Мясо-костное сырье измельчают с помощью волчка-дробилки или с помощью силовых измельчителей;
2) тепловая обработка. Для извлечения жира из мясо-костного сырья используют гидромеханическую, электроимпульсную обработку. Чтобы извлечь жир, необходимо разрушить белковую структуру, перевести его в свободную фазу и затем удалить. В настоящее время наибольшее распространение имеет тепловая обработка, при которой применяют конвективный и кондуктивный методы подвода теплоты. Режимы тепловой обработки зависят от вида и состава сырья. Жировое сырье и пищевую кость обрабатывают с целью вытопки жира при атмосферном давлении и температуре 90 °С (мягкое сырье) и до 100 °С (кость). Качество готовой продукции зависит от температуры и продолжительности ее воздействия. При тепловой обработке применяют котлы, автоклавы и аппараты непрерывного действия, а также комбинированные агрегаты, совмещающие процессы тепловой обработки и измельчения [2].
Существующие аппараты имеют ряд недостатков. Из-за длительной (до 4 ч) продолжительности процессов тепловой обработки ухудшается качество вытопленного жира. Кроме того, при хранении продукта при комнатной температуре происходят быстрый рост бактериальной обсемененности и другие виды порчи, что неблагоприятно сказывается на качестве продукта. Появляется опасность загрязнения окружающей среды.
Интенсификация процессов вытопки жира из кости имеет свои особенности. Кость представляет собой анизотропно-структурированную твердую ткань, в порах и капиллярах которой находятся клетки костного жира. Для выделения жира вначале необходимо разрушить клеточную структуру, перевести жир в свободное состояние, затем жир должен диффундировать к поверхности кости. Размер кусков измельченной кости должен составлять 20...40 мм. Интенсификация внешнего переноса жира происходит при динамических воздействиях (вибрационных, гидромеханических, электроимпульсных). Различают гидромеханический и электроимпульсный способы извлечения жира из кости. Последний способ реализуется в аппарате, работающем при высоком напряжении (30.60 кВ), и расход электроэнергии на переработку жиросодержащего сырья достаточно высокий.
Гидромеханический способ извлечения жира из кости основан на динамическом, ударно-импульсном разрушении жировых клеток и удалении жира. Импульсы возникают при движении молотков, вращающихся в цилиндрическом корпусе. Процесс проводят в воде при температуре 25 оС. Измельченный жир поступает в шнековый плавительный аппарат с высоким энергопотреблением. Недостатком такого аппарата также можно считать, что дополнительно используется вода.
С учетом объема свиней и КРС (795 т/год) на убой в живом весе в одном мясокомбинате средней мощности (2120 т/год) общий объем жиросодержащего сырья, подлежащего переработке, составляет 320.350 т/год. Следовательно, проектируемая установка должна обладать производительностью 200 кг/ч.
Предлагаемая установка для термообработки жиросодержащего сырья состоит из четырех основных модулей: 1 модуль обеспечивает термообработку сырья в резонатор-ной камере за счет СВЧ-генератора, 2 модуль - измельчение жиросодержащего сырья за счет вальцовой дробилки, 3 модуль - фильтрацию вытопленного жира от костного остатка, 4 модуль - нагнетание и формование в виде гранул костного остатка за счет шнека и режущих механизмов.
Источник СВЧ-энергии находится над корпусом резонаторной камеры [3]. Поперечное сечение резонаторной камеры выполнено в виде трапеции, но вместо нижнего основания приварен цилиндр с продольным вырезом. В цилиндре расположен шнек-нагнетатель из неферромагнитного материала. На вал шнека-нагнетателя насажена формующая головка, состоящая из прижимного устройства, матрицы с формующей решеткой. Шнек-нагнетатель расположен вдоль цилиндрической камеры, являющейся стороной резонаторной камеры. Вал шнека-нагнетателя насажен на привод. Витки шнека-нагнетателя перекрывают продольный вырез цилиндрической камеры. На боковой стороне резонаторной камеры имеется отверстие для монтажа измельчающего механизма с прижимным устройством. Измельчающий механизм состоит из решетки из неферромагнитного материала и ножей. Подающий шнек расположен в корпусе, содержащем приемную емкость.
Установка работает в непрерывном режиме, обеспечивая параллельное автоматическое измельчение жиросодержащего сырья и экструзию. Матрицы позволяют измельчать кости в муку с регулируемым размером крупиц.
Конструктивные особенности разработанной установки позволяют осуществлять такие процессы, как измельчение жиросодержащего сырья, вытопка жира за счет эндогенного нагрева, разделение на две фракции: костную муку и вытопленный жир [1].
Все части машины, имеющие непосредственный контакт с продуктом, изготовлены из нержавеющего материала, разрешенного к применению. Высокая надежность, простота монтажа, эксплуатации и обслуживания, низкие удельные затраты электроэнергии обеспечивают высокую эффективность и рентабельность производства [4], [5].
Таблица 1
Техническая характеристика установки
Показатели Значения
Производительность, кг/ч 30...35
Мощность нагнетательного шнека, кВт 1,5
Мощность вальцового измельчителя, кВт 1,5
Мощность СВЧ-генератора, кВт 1,2
Энергетические затраты, кВт-ч/кг 0,14
Электропитание, 3 фазы 380 В, 50 Гц
Габариты, мм 1360х1000х680
Масса, кг 190
Резюме. Качество готовых продукций зависит от совместного действия двух факторов: температуры эндогенного нагрева и дозы воздействия ЭМП СВЧ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белова, М. В. Технологическое оборудование для термообработки сельскохозяйственного сырья / М. В. Белова, Г. А. Александрова, Д. В. Поручиков, Г. В. Новикова // Вестник Чувашского государственного педагогического университета имени И. Я. Яковлева. - 2013. - № 2 (78). - С. 12-15.
2. Ивашов, В. И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Часть 1. Оборудование для убоя и первичной обработки / В. И. Ивашов. - М. : Колос, 2001. - 552 с.
3. Пономарев, А. Н. Зависимость мощности потерь СВЧ-энергии от напряженности электрического поля / А. Н. Пономарев, М. В. Белова // Вестник Чувашского государственного педагогического университета имени И. Я. Яковлева. - 2011. - № 2 (70). Ч. 1. - С. 119-122.
4. Уездный, Н. Т. Технология выпечки хлебобулочных изделий диэлектрическим нагревом / Н. Т. Уездный, И. Г. Ершова // Вестник Чувашского государственного педагогического университета имени И. Я. Яковлева. - 2013. - № 2 (78). - С. 163-166.
5. Уездный, Н. Т. Экономическая эффективность применения СВЧ-установки для выпечки хлебобулочных изделий / Н. Т. Уездный, И. Г. Ершова, О. В. Науменко, Г. В. Новикова // Вестник Чувашского государственного педагогического университета имени И. Я. Яковлева. - 2013. - № 2 (78). - С. 167-170.
