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

Е. И. Мелех исследовал спектральную пропускательную спо­ собность яблок и груш [31 ]. Полученные данные (рис. 81) сви­ детельствуют о близости этих характеристик как по характеру кривых, так и по абсолютным значениям, т. е. максимум пропус­ кания приходится на коротковолновую область (длина волны около 1 мкм).

Рис. 81. Спектральная пропускательная способность фруктов:

Исследованы оптические характеристики нормализованного молока— 3,2% жирности. Проницаемость молока определяли на инфракрасных излучателях с различной спектральной харак­ теристикой; для излучателя ЗС-500 при толщине слоя 1 мм про­ ницаемость молока составляет 54%, при толщине слоя 5 мм — 12%, а при толще слоя 10 мм — 6%; для излучателя «спираль в кварцевой трубке» при толщине слоя 1 мм — 7%, а при тол­ щине слоя 5 мм — равна нулю.

Обобщенная зависимость проницаемости от толщины слоя х

Проницаемость молока для интегрального потока инфракрас­ ного излучения мала, особенно в средневолновом диапазоне, для которого толщина 5 мм является пределом.

240

Большой интерес представляет ИК-нагрев пищевых продук­ тов, упакованных в полимерные пленки. Однако рациональный выбор пленки, обладающей максимальной проницаемостью, за­ труднен ввиду отсутствия достаточных сведений в литературе.

В МТИММПе определяли проницаемость полимерных пленок для интегрального потока ИК-излучения, создаваемого различными промыш­ ленными ИК-излучателями 114]. Использовали образцы отечественных и зарубежных пищевых полимерных пленок, обладающих стабильностью физико-механических свойств при нагреве. Испытания проводили на стан­ дартизированных и экспериментальных образцах упаковочных полимер­ ных пленок, разработанных лабораторией «Химии и технологии полиме­ ров» МТИММПа и рядом научно-исследовательских институтов.

Толщина пленок, использованных при эксперименте, 35—80 мкм.

Зависимость проницаемости пленок от Хмакс представлена в табл. 66, из которой видно, что проницаемость всех пленок наиболее высока для коротковолнового излучателя ( Хмакс = 1,04 мкм) и уменьшается с уве­ личением Хиакс.

Т а б л и ц а 66

Проницаемость (в %) для интегральных П ОТОКОВ ИК-пзлучателей

241

При работе с нихромовой спиралью в кварцевой трубке ( Хмакс => = 2,4 мкм) установили, что пленки на основе поливиниловых полимеров типа лаплен-1, саран (СССР), саран-W\,ap (Япония) деформируются при нагревании, и несмотря на высокую проницаемость (73—80%) они, по-ви­ димому, непригодны для упаковки продуктов, подвергаемых ИК-нагреву. Аналогичная картина (включая дополнительно поливинилхлорид) наблю­ дается при использовании в качестве источника ИК-излучения металли­ ческой панели с электронагревом ( ХЫ!ЖС = 3,8 мкм).

Целесообразнее использовать полипропилен импортного и отечест­ венного производства, т. е. пленки типа полипропилен-полиэтилен, лакированный целлофан, лаплен-1, поливинилхлоридные пленки, хостофан, рильсан, полиэтилен-лавсан, саран-майлар-полиэтилен. Перечис­ ленные пленочные материалы имеют проницаемость в пределах 85—73%

териалов, в целом сходны как в качественном, так и в количест­ венном отношении. Общими чертами спектров является наличие более или менее значительного поглощения в области длин волн 0,4—0,6 мкм, высокая отражательная способность в области 0,8—1,2 мкм и большое поглощение (70—90%) в области 2,5— 1,5 мкм. Общим для этих материалов является также положение максимума пропускания, приходящегося на область 0,6— 1,1 мкм. Существенные различия в поглощательной способности наблюдаются в областях 0,4—0,8 и 1,2—2,0 мкм. Характер спектров свидетельствует о влиянии на оптические свойства влажных продуктов содержащейся в ней воды. Но в целом оп­ тические свойства материалов определяются и оптическими свой­ ствами сухого вещества и структурой материала.

Пропускание материалами излучения определенного интер­ вала длин волн может быть весьма значительным. Так, для исследованных сырых овощей и фруктов при толщине слоя 1 мм и естественной влажности пропускательная способность в обла­ сти 0,6—1,1 мкм достигает 60—70%; при толщине слоя 10 мм — 12—18% и при толщине 30 мм — 0,5%. Такие же значения пропускательной способности получены для теста и мякиша хлеба. Влажный чайный лист в этой же области пропускает до 50% падающего излучения. Однако этой же области спектра соответ­ ствует и максимальное отражение примерно одинаковое для всех исследованных влажных материалов растительного и животного происхождения (за исключением оболочки семян подсолнечни­ ка). Очевидно, что у этих материалов пропускание и отражение в данной области определяются в основном рассеивающими свой­ ствами, поглощение же лучистой энергии относительно невелики при любой толщине слоя. Поэтому область коротких длин волн до 1,2 мкм является нецелесообразной для обработки лучистым

242

нагревом рассмотренных продуктов и материалов. Отмеченное свойство материалов доказывает, что по одной пропускательной способности нельзя судить о наиболее выгодной области спектра для обработки материалов радиацией.

Помимо ближней ИК-области пропускание излучения овоща­ ми, фруктами, тестом, хлебом, мясом и рыбой наблюдается в области до 2,5 мкм при толщине слоя 1 мм и в области до 1,75 мкм при толщине слоя 3 мм. В этой же области наблюдается пропускание и при толщине слоя 10 мм.

В области 2,5—15 мкм для всех исследованных материалов во влажном состоянии уже при толщине слоя 1 мм пропускание не обнаруживается.

Отражение у перечисленных влажных продуктов при толщи­ не слоя 40 ммснижается от 30—40 при Хмакс= 1,2 мкм до 20% при X = 1,4 мкм, в области 1,4—1,8 мкм оно равно 15—20%, а в об­ ласти 1,8—15,0 мкм — 5—10%.

АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ИНФРАКРАСНОГО НАГРЕВА ПИЩЕВЫХ ПРО­ ДУКТОВ

Отличительная особенность радиационного под­ вода тепла — прямолинейное распространение излучения. По­ этому при размещении излучателей в аппарате необходимо учи­ тывать форму изделия и особенности технологического процесса. Принципиальные схемы возможного взаимного расположения излучателей и обрабатываемого продукта (схемы показаны в се­ чении аппаратов) приведены на рис. 82. Двустороннее облучение продуктов наиболее применимо для обработки тонкослойных ма­ териалов прямоугольной формы. Если продукт обладает боль­ шой проницаемостью в инфракрасной области, то горизонталь­ ный конвейер делают из сплошной металлической ленты. Ин­ фракрасное излучение нагревает транспортную ленту, которая в свою очередь отдает тепло продукту. Целесообразно облучать изделие со всех сторон, если это допускает его форма. Наиболее предпочтительно излучение, нормальное к поверхности обраба­ тываемого изделия. Расположение излучателей снизу, особенно при обработке мясопродуктов, практически неосуществимо, так как выделяются бульон и жир, загрязняющие излучатель и от­ ражатели.

Расположение излучателей с четырех сторон продукта под углом 45° приводит к увеличению потерь энергии — путем отра­ жения с поверхности, однако при значительной шероховато­ сти продукта величина этих потерь уменьшается в результате многократных' отражений. Для продуктов, имеющих форму по­ луокружности, излучатели располагают по форме изделия.

243

Внутреннюю обшивку облучательных камер необходимо из­ готовлять из материалов, обладающих большим коэффициентом отражения, что позволяет создать более равномерный тепловой поток и повысить эффективность работы установки.

Наибольшее распространение находит полированный алюми­ ниевый лист.

Р ис. 82. П ринципиальны е схемы взаи м ного распол ож ени я излучателей и о б ­ рабаты ваем ого продукта:

1 — транспортирующее устройство; 2 — продукт; 3 — излучатель.

При конструировании аппаратов особое внимание следует уделить созданию равномерного лучистого потока по всей по­ верхности продукта, в противном случае неизбежны местные

Этим способом удается снизить максимальную температуру обработки продукта.

Аппаратурное оформление, естественно, отражает специфику отдельных пищевых производств, но в то же время имеет ряд общих элементов.

Производство колбасных изделий без оболочки при термиче­ ской обработке в зоне инфракрасного облучения предъявляет специфические требования к исходному сырью. Например, для уменьшения потерь жира необходимо, чтобы в готовом фарше

244

не содержались крупные кусочки шпика. Установлены опти­ мальные значения структурно-механических свойств фарша и со­ ответствующие им рецептуры (табл. 67).

Автомат для производства колбасных изделий без оболочки (рис. 83) формирует и дозирует батоны по объему, обжаривает их и синхронно транспортирует изделия по зонам обработки [18, 36, 47]. Масса сырого колбасного батона 85 г. Автомат со­ стоит из станины, привода, бункера, вакуумного и ротационного насоса, формовочного механизма, конвейера, обжарочной каме­ ры и приспособления для непрерывной очистки деталей транс­ портера от нагрева.

Формующее устройство представляет собой ротор, изготов­ ленный из винипласта, по длине окружности которого располо­ жены два прямоугольных формующих отверстия размером 26 X X 120 мм с поршнями. При вращении ротора формующие отвер­ стия поочередно приближаются к питательной камере и заполня­ ются фаршем. В момент заполнения поршень находится в край­ нем и нижнем положениях. При последующем вращении ротора поршень выталкивает отформованное изделие на конвейер. Уст­ ройство формует и дозирует колбасные изделия по объему, ре­ гулируя массу в пределах ±8% , уменьшая их толщины путем изменения хода поршня. Мощность, потребляемая ротором, 0,43 кВт.

Изделия в течение всего рабочего цикла транспортиру­ ются конвейером, состоящим из двух рабочих цепей, соединен­ ных тонкими металлическими прутками.

Термическая обработка колбасных изделий производится в камере, оборудованной генераторами инфракрасного излучения Камера цилиндрической формы: длина ее 950 мм; верхняя съем­ ная часть снабжена изоляцией и двумя смотровыми окнами и жаропрочного стекла. В камере на специальных направляющих под углом 45° к плоскости конвейера расположены восемь ин-

245

фракрасных ламп КИ-1000. Камера соединяется с вентиляцион­ ной системой; отсос воздуха регулируется шибером.

Установлено, что при скорости движения конвейера 0,45— 0,48 см/с и температуре отходящего воздуха 200—240° С режим обжарки наиболее приемлем. При этом температура в центре продукта достигает 70° С. Длительность обжарки 3,5 мин. Про­ изводительность автомата при двухрядном расположении бато­ нов 250, трехрядном — 375 и поперечном с расстоянием между батонами 10—15 см 475 штук за 1 ч.

Тепловые расчеты, применительные к работе аппаратов та­ кого типа сложны, особенно из-за неоднородности свойств про­ дукта. Для ориентировочных целей можно воспользоваться ме­ тодикой, приводимой ниже.

Необходимое количество излучающих элементов можно рас­ считать по уравнению теплового баланса обжарочной камеры

Конечную температуру продукта tK с достаточной степенью точности можно представить в виде полусуммы температур в центре /ц и на поверхности продукта /п.

где <п= at0xn\ tu.= ке"'--,

247

а, я, т — опытные величины, значения которых для колбасных батонов прямоугольной формы 26 X 25 мм приведены в табл. 68.

Т а б л и ц а 68

Используя уравнения (II—66) и (II—68) конечную темпера­ туру продукта мояшо представить следующим образом;

Тепло на испарение влаги из продукта определяется как

где Свл— количество испаренной влаги, кг.

Аналогично рассчитывают расход тепла на плавление жира

Расход тепла на нагрев конвейера можно подсчитать по фор­ муле

Конечную температуру металлической поверхности конвейе­ ра определяют из следующего соотношения:

где а — коэффициент поглощения;

Ео— энергия излучения, попадающая на площадку поверхностью F\ <хг— коэффициент теплоотдачи от конвейера в окружающую среду.

Тогда уравнение можно представить в следующем виде:

248

Вторцовых проемах камеры имеются отверстия для входа

ивыхода продукции и поступления в камеру воздуха, количест­ во которого определяют по уравнению

Потери тепла в окружающую среду определяют по уравне­ нию

Затем устанавливают общий расход тепла и находят необхо­ димое число излучающих элементов п, считая, что каждый из них выделяет q тепла:

Использование газовых беспламенных горелок создает усло­ вия для возможного контакта продукта с веществами, содержа­ щимися в отходящих газах. Жарочный шкаф (рис. 84), макси­ мально свободный от этого недостатка, разработан ВНИИторгмашем и МТИММПом. Шкаф оборудован двумя расположенны­ ми горизонтально беспламенными газовыми горелками инфра­ красного излучения. Продукт находится на стеллажах.

Воздух, которым регулируется температура в камере, подса­ сывается через патрубок с шибером. Продукты сгорания газов отводятся через патрубки, расположенные около горелки, что практически исключает контакт отработавших газов с изделием.

249