книги из ГПНТБ / Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов

И.А.Рогов, А.В. Горбатов

ФИЗИЧЕСКИЕ

МЕТОДЫ

ОБРАБОТКИ

ПИЩЕВЫХ

ПРОДУКТОВ

МОСКВА

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

1974

ВВЕДЕНИЕ

Для удовлетворения все возрастающих потреб­ ностей советского народа в пищевых продуктах требуется не только увеличение валового их производства, улучшение каче­

ние издержек производства, решающую роль играет механиза­ ция, автоматизация и интенсификация производственных про­ цессов .

Существующие в настоящее время в пищевой промышленно­ сти технологические процессы в ряде случаев достигли естествен­ ного предела скорости и по своей природе не могут быть интенси­ фицированы. Для дальнейшего развития производства необхо­ димы новые научно-технические решения, основанные на сов­ ременных достижениях науки и техники.

За последние годы разработаны высокоинтенсивные процес­ сы и аппаратура, основанные на электрофизических методах (электротермия, включая токи ВЧ и СВЧ, инфракрасный наг­ рев, электростатическое поле, ультразвук, импульсная техника и др.), использование которых в пищевой промышленности позволит в ряде случаев по-новому построить технологический процесс, значительно увеличить производительность труда, повысить выход готового продукта и улучшить его качество, снизить металло- и энергоемкость машин и установок.

Использование энергетических полей в условиях промыш­ ленного производства— сложная научно-техническая задача, требующая решения комплекса вопросов:

выявление областей производства экономически эффектив­ ных для применения электрофизических методов с учетом ра­ ционального сочетания их с традиционными технологическими решениями;

исследование комплекса свойств продукта: электрофизи­ ческих, структурно-механических, теплофизических и других и установление их взаимосвязей;

исследование процессов тепло- и массообмена в условиях использования новых концентрированных источников энергии; разработка теоретических основ расчета и конструирования аппаратуры для обработки пищевых продуктов в энергети­

ческих полях, комплексная оценка качества изделий.

В технологических процессах продукты обрабатываются различными энергетическими полями: механическими, электри­ ческими, акустическими и др. Эффективность и интенсивность

3

воздействия этих полей на продукт определяются сопротивляе­ мостью сырья, т. е. его физическими характеристиками. Ве­ личины сопротивляемости особенно важны при проведении процессов с использованием высококонцентрированных источ­ ников энергии.

Характеристика продукта складывается из комплекса физи­ ческих свойств. Поэтому отдельные свойства, например электро­ проводность, не отражают поведения материала даже в простей­ шем процессе электроконтактного нагрева. В этом случае для рационального решения вопроса необходимо знание динами­ ки изменения структурно-механических, биохимических и дру­ гих свойств. Подобные примеры комплексности учета свойств не единичны.

Достаточно, на первый взгляд, отвлеченные задачи реоло­ гии о течении пластично-вязких систем со знанием динамики структурно-механических свойств пищевых продуктов стано­ вятся вполне конкретными и совершенно необходимыми, так как позволяют прогнозировать и рассчитывать как элементы аппаратуры, так и собственно процесс.

Проблема комплексного исследования свойств пищевых продуктов представляется первостепенной. Особо важное зна­ чение приобретает изучение взаимосвязи и взаимовлияния, казалось бы, различных, на первый взгляд, характеристик сырья и продуктов, например, реологических, электрофизических, теплофизических и др. В книге рассматривается ряд примеров, когда взаимосвязь между различными физическими свойствами прослеживается вполне отчетливо. Однако примеров подобного рода пока еще мало.

Исследования различных энергетических полей с целью при­ менения в технологических процессах пищевых производств начали развиваться сравнительно недавно. В теорию и практику изучения этих вопросов существенный вклад внесли: Б. М. Азаров, Л. Я. Ауэрман, В. С. Баранов, А. С. Большаков, И. Н. Владавец, М. П. Воларович, Н. А. Воскресенский, А. Н. Вышелесский, А. С. Гинзбург, Н. А. Головкин, В. С. Грюнер, Э. И. Гуйго, Ю. Ф. Заяс, Е. Д. Казаков, С. М. Карпачева,

Б. М. Матов, Ю. А. Мачихин, Н. И. Назаров, С. В. Некрутман, А. В. Нетушил, Б. А. Николаев, И. С. Павлов, А. И. Пелеев, П. А. Ребиндер, Л. Д. Розенберг, А. А. Соколов, В. Д. Сурков, Г. В. Твердохлеб, Н. Е. Федоров, Б. Л. Флауменбаум, А. К. Фо­ мин, Н. П. Янушкин и др.

В то же время исследователи, работающие в отдельных на­ правлениях, не ставили своей задачей обобщить все, или почти все способы электрофизической обработки.

4

Классификация физических методов обработки пищевых продуктов различными энергетическими полями может базиро­ ваться на основных положениях механики сплошной среды при различной интенсивности воздействия поля на продукт. Не­ прерывность спектра электромагнитных волн может служить основой классификации электрофизических методов обработки. Уравнение Планка устанавливает взаимосвязь длины волны излучения и энергии кванта. Любой из этих показателей может быть взят за основу. По-видимому, целесообразно в классифи­ кационной таблице использовать оба показателя, так как длина волны характеризует действующий фактор, а энергия кванта, в известной степени, возможность химических превра­ щений. В самом деле, энергии некоторых химических связей

излучения практически не обнаружено, а если оно и существует, то скорее всего носит положительный для качества продукции характер. Так, известно, что инфракрасное излучение способно значительно ускорить процесс стабилизации цвета при электро­ копчении мясных и рыбных продуктов.

В классификационной таблице не могут быть рассмотрены некоторые методы, имеющие иную природу, такие, как пульса­ ции, ультразвук, которые лишь условно в общем плдне отнесены к электрофизическим. Приведенные в классификации тех­ нологические процессы не претендуют на полное освещение вопроса, они являются примером возможностей и областей применения электрофизических методов.

Следует учитывать, что не во всех случаях таблица отражает возможности химического действия излучения; вероятно воз­ никновение вторичных факторов. Так при искрении, электри­ ческом пробое, коронировании, т. е. вторичных явлениях, энергия кванта может быть выше энергии химических связей. Правда такого рода явления возникают лишь при экстремаль­ ных параметрах процессов. Выбор действующего фактора для конкретного процесса представляет собой ответственную за­ дачу. Для одного и того же процесса можно использовать ряд методов. Например, для целей сушки применим инфракрасный нагрев, ВЧ, СВЧ и электроконтактные методы. При этом, даже если все методы дают одинаковый конечный эффект, проблема выбора одного из них — сложная задача. В самом деле, кон­ структивно, особенно в отношении генераторов энергии, ин-

5

фракрасный и электроконтактный методы проще, в то же вре­ мя более сложные в аппаратурном решении ВЧ и СВЧ-методы имеют более широкие возможности их технологического приме­ нения.

Любой процесс как непрерывную смену явлений во времени следует рассматривать не только комплексно, но и по наиболее характерным признакам. При этом описания явлений, которые выражают внешнюю форму внутренней природы материала, дол­ жны объективно отражать эти характерные внутренние связи. Для получения уравнений, применимых в технических расче­ тах, в большинстве исследований и выводов из них основывают­ ся на гипотезах, рассматривающих материал с макроскопиче­ ской точки зрения в качестве сплошной деформируемой среды, мерами подвижности частиц которой являются амплитуда и скорость смещения, с непрерывным распределением основных физических свойств и деформаций. Такой подход позволяет не рассматривать сложные молекулярные движения в телах и использовать для описания процессов аппарат математического анализа, применяемого к непрерывным функциям. Однако на­ ряду с признанием феноменологического способа реализация обработки продуктов физическими методами невозможна без изучения молекулярных взаимодействий в реальных системах. В этом случае исследуют виды связи между элементами струк­ туры и их изменения, а гипотезы сплошности и непрерывности применяют ограниченно.

К настоящему времени уже накопился обширный факти­ ческий материал по физическим методам обработки пищевых продуктов. Эти сведения содержат данные о свойствах пище­ вых продуктов в энергетических полях, о теории вопроса, об ос­ новах расчета процессов и конструкций аппаратуры, о промыш­ ленном использовании отдельных методов и пр. В то же время многие экспериментальные данные получены на различной исследовательской аппаратуре, не всегда достаточно научно и теоретически обоснованной. Поэтому в литературе можно встретить разночтения, а иногда и прямые противоречия. Правда, для большинства расчетов ошибка в 10—20% не яв­ ляется решающей, хотя для понимания физической сущности необходима выработка единых методологических основ и при­ борных решений.

Внастоящей книге авторами сделана попытка обобщен­ ного методологического подхода при описании различных про­ цессов на базе единой классификации методов электрофизиче­ ской обработки пищевых продуктов.

Вкниге пищевые продукты рассмотрены как объекты ин­ женерной физико-химической механики, в этом аспекте тракту­ ются основные результаты различных исследований. Особое

8

внимание уделено рассмотрению комплексных инженерно­

обобщения экспериментальных данных, которые получены с уче­ том требований теории подобия.

Основываясь на приведенных результатах разносторонних исследований пищевых продуктов, можно рассчитывать рабо­ чие органы машин, находить оптимальные режимы их эксплуа­ тации с учетом качественных показателей и т. д. Отдельные положения работы могут найти применение при дальнейших исследованиях в области изучения различных физических свойств пищевых продуктов и устройств для их механической, электрической и другой обработки.

Естественно, в книге приведены не все сведения, имеющиеся

влитературе, так как авторы не ставили своей задачей осве­ щение многообразных аспектов использования физических методов обработки пищевых продуктов, да это и нерационально

вусловиях ограниченного объема книги. В ближайшем буду­ щем вследствие интенсивного развития теории и практики электрофизических, акустических, реологических и других процессов такая интеграция, т. е. изложение их в одной книге, окажется крайне затруднительной и следует ожидать появле­ ния ряда специализированных монографий.

Собственные исследования авторов, нашедшие отражение в книге, выполнены в лабораториях кафедры «Процессы и аппа­ раты пищевых производств» и в Проблемной научно-исследо­ вательской лаборатории электрофизических методов обработки

пищевых продуктов МТИММПа. Сотрудникам кафедры и ла­

нову, Н. А. Мусабаеву. Е. Т. Спирину, Э. Г. Турянскому и ин­ женерам Я- И. Виноградову, В. И. Волчкову, А. П. Лазареву,

9