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

проводят в аппарате, представляющем собой три линейных кон­ вейера с индивидуальным приводом. Собственно высокочастот­ ная обработка проходит на втором конвейере, причем сама лента из металлической сетки является заземленным электродом, вто­ рой электрод выполнен в виде перфорированной латунной плас­ тины с ячейками 10 X 10 мм.

w,%

Рис. 166. Сравнительный график сушки солода:

1 — конвективно-высокочастотным методом; 2 — обычным ме­ тодом.

Экономические расчеты показывают, что при производитель­ ности сушилки 10 т в час экономия составит более 54 тыс. руб. в год.

Термическая обработка

Высокочастотный метод нагрева можно исполь­ зовать для обжарки какао бобов и кофейных зерен. Такие рабо­ ты проводились во МТИППе, МЭИ и других организациях.

В Венгрии изготовлена производственная высокочастотная установка для обжарки какао бобоз и кофе (рис. 167). Особен­ ность диэлектрической обжарки какао бобов и кофейных зерен состоит в том, что благодаря различию в электрофизических свойствах ядра и оболочки последняя при высокочастотном на­ греве имеет более низкую температуру, чем ядро. Поэтому не происходит интенсивного плавления какао масла, находящегося в слоях, примыкающих к оболочке, что сокращает потери масла при обжарке.

Вследствие резкого повышения давления внутри бобов при высокочастотном нагреве изменяется структура, что обеспечи­ вает легкое измельчение какао бобов в крупку, при этом работа, необходимая для измельчения бобов, уменьшается на

25—50%.

390

В пищевой промышленности важным и трудоемким процес­ сом является размораживание продуктов. В настоящее время этот процесс, осуществляемый различными тепловыми метода­ ми, требует больших производственных площадей, он чрезвы­ чайно длителен. Использование диэлектрического нагрева для

Рис. 167. Схема установки для диэлектрической обжарки какао бобов и ко­ фейных зерен:

1 — генератор; 2 — приемная воронка для обжаривания зерен; 3 — барабан, служа­ щий вращающимся низкопотенцнальным электродом; i — труба; 5 — высокопотенцнальный электрод.

размораживания позволяет резко сократить продолжительность процесса, а также улучшить качественные показатели продук­ ции.

Теоретически необходимая для размораживания энергия

и tK— начальная и конечная температура материала;

ci и с»— удельная теплоемкость материала соответственно до и после плавления льда.

Особенность высокочастотного размораживания — резкое из­ менение электрофизических свойств продуктов при переходе от

391

замороженного состояния к размороженному [34]. Так, напри­ мер, в замороженном состоянии электрофизические свойства мяса приближаются к параметрам льда; диэлектрическая про­ ницаемость мяса при температуре —17° С равна 7—9, а после размораживания возрастает в сотни раз.

В связи с неоднородностью продукта такие резкие переходы свойств происходят в отдельных местах, что приводит к лави­ нообразному неконтролируемому процессу. Поскольку продол­ жительность размораживания с помощью электрического поля высокой частоты исчисляется всего минутами, то такое быстрое изменение электрофизических свойств может привести к силь­ ным местным перегревам, а иногда к явлениям взрывного характера.

По мере нагрева диэлектрические свойства материала изме­ няются: s увеличивается, a tg о уменьшается. В связи с этим на­ пряженность поля особенно при нагреве таких продуктов, как мясо и рыба, резко увеличивается на участках жира и кости, а также в воздушном зазоре интенсивность нагрева увеличива­ ется, а в мышечной ткани уменьшается. Следует учитывать так­ же, что глубина проникновения электромагнитной энергии Д#(м)

При переходе продукта от замороженного состояния к размо­ роженному диэлектрическая проницаемость значительно увели­ чивается, что уменьшает глубину проникновения электромагнит­ ной энергии. Из-за местных перегревов отдельных участков процесс размораживания в этих условиях практически невоз­ можен. Для создания более стабильных условий необходимо уменьшить частоту процесса с тем, чтобы сохранить достаточно высокие значения ДН.

При высоких значениях е очень трудно создать равномерное поле, поэтому для размораживания можно пользоваться гребен­ чатыми электродами [34], при этом осуществляется подвод энер­ гии в нескольких местах продукта. При таком расположении электродов удается достичь более равномерного распределения энергии по объему образца. Размораживание мяса в блоках с использованием гребенчатых электродов весьма эффективно при расходе энергии до 75 кВт-ч/т.

Сравнительные исследования процесса высокочастотного и обычного размораживания рыбы показали, что способ размора­ живания существенно влияет на качественные показатели про­ дукта (табл. 106).

392

родины, садовой земляники. Продолжительность разморажи­ вания составляет 1,5—2 мин. Здесь также отмечается более вы­ сокое качество продукции при быстром размораживании.

393

Возможно использование высокочастотного нагрева для вар­ ки колбасных изделий [137, 146, 147], что позволяет ускорить процесс в 10—15 раз при достаточно хороших органолептичес­ ких показателях.

Процесс нагрева продуктов сопровождается массообменом, с учетом этого общий баланс мощности высокочастотного нагрева можно представить в следующем виде:

Р 2 — мощность, затрачиваемая па фазовые превращения (например, испарение) при переходе (Ga— G0 количества вещества из од­ ного состояния в другое за время Т;

Рл, Рк и Рт ■— мощности, затрачиваемые на потери соответственно путем лучеиспускания, конвекции, теплопроводности.

Наибольший удельный вес в балансе мощности (до 95%) за­ нимают первые два слагаемых.

Использование токов высокой частоты в колбасном производ­ стве [120, 137] позволяет в десятки раз сократить продолжите­ льность варки, значительно улучшить санитарно-гигиенические условия работы, создает предпосылки для автоматизации и ме­ ханизации процесса. Работы, проведенные во ВНИИМПе, под­ твердили возможность высокочастотной варки колбас. Для получения устойчивой и достаточно интенсивной окраски кол­ басных изделий к фаршу добавляли аскорбиновую кислоту или аскорбинат натрия [137].

Высокочастотная установка для варки колбасы смонтирована на базе генераторной лампы Г-452 с рабочей частотой 8 — 12 МГц. Максимальное напряжение достигало 7 — 8 кВ при анодном токе до 4 А. Так как высокочастотный нагрев колбасных изде­ лий сопровождается выделением влаги, что приводит к элект­ рическому пробою, то необходимы вспомогательные меры: вен­ тиляции промежутка в конденсаторе, увеличение воздушного зазора, что значительно усложняет агрегат. В данной установке использована система дополнительных конденсаторов, установ­ ленных последовательно с рабочим, что позволило, подбирая

394

конденсаторы, «согласовывать» нагрузку с мощностью генера­ тора.

Чтобы нагрев колбасного батона был равномерным, его вра­ щают. С этой целью верхний электрод рабочего конденсатора изготовлен в виде непрерывной конвейерной ленты (рис. 169, а), нижний плоский электрод неподвижен. Перемещаясь, верхний электрод заставляет колбасные батоны вращаться и одновре­ менно перемещаться к выходу из рабочего конденсатора. Про-

Рис. 169. Установки для высокочастотного нагрева колбасных изделий:

а —в а р к и к о л б а с и о ко р о к о в в п о то к е: / — о б щ и й в и д у с т ан о в к и : / — к о н в е й е р н а я

Варка таким способом возможна лишь для изделий, имеющих правильную геометрическую форму и одинаковый диаметр ба­ тона, что вполне реально при использовании искусственной оболочки. Неравномерность электрического поля при использо­ вании конвейерного конденсатора приводит к недогреву торцов колбасных батонов. Для ликвидации этого недостатка можно

395

использовать инфракрасные лампы, располагаемые по торцам конденсатора.

На этой же установке можно обрабатывать бескостные око­ рока, которые можно укладывать в диэлектрические, а также де­ ревянные прямоугольные формы (см. рис. 169, а) и заливать сверху водой, чтр предотвращает усушку поверхности окорока. Электроды необходимо располагать по торцам формы. Продол­ жительность варки окорока составляет 10—15 мин.

Оптические, органолептические и микробиологические иссле­ дования показали, что продукция, полученная с помощью вы­

При обработке инфракрасными лучами поверхность про­ дукта приобретает устойчивый розовый цвет, характерный для колбасных изделий.

Нагревание пищевых продуктов в высокочастотном поле — наиболее быстрый термический процесс (рис. 170) [16]. Из гра­ фика рис. 170 видно, что заданная температура на ВЧ-установке достигается в десятки раз быстрее, чем при других методах на­ грева.

Сделаны попытки использования индукционного высокочас­ тотного метода для варки соленой рыбы [39]. Рыбу, посоленную и копченную в электростатическом поле, плотно укладывают в

396

деревянные ящики, помещаемые затем для проварки в высоко­ частотный индуктор (рис. 171). Длительность варки на частоте 18 МГц составляет 12—16 мин.

В силу резкой неоднородности животной ткани наблюдается избирательное поглощение высокочастотной энергии разными участками продукта. На основе этого явления предложено [10] производить избирательное ослабление удерживаемости опере­ ния при обработке птицы.

Рис. 171. Схема аппарата для варки рыбы ТВЧ:

/ — ге н ер а т о р Т В Ч ; 2— п р о х о д н о й и зо л я т о р ; 3— я щ и к с р ы б о й ; 4— и н д у к т о р в а р н л ь н о г о к о н т у р а .

Перспективно высокочастотное эксгаустирование консервов, в том числе мясных. Тепловое эксгаустирование наряду со зна­ чительным преимуществом перед механическим имеет один су­ щественный недостаток — на прогрев консервов до 85—95° С требуется 50—60 мин. Применение высокочастотного нагрева позволяет преодолеть эту трудность [3]. Консервы эксгаустируют в стеклянной таре при частотах 20—40 МГц. В качестве электродов используют металлические крышки банок и элект­ род с ватными подушками, пропитанными раствором поварен­ ной соли. Для уменьшения неоднородности нагрева через каж­ дые 15 с банки следует поворачивать на 90°. Скорость нагрева содержимого различных консервов неодинакова (рис. 172). С по­

мощью высокочастотного нагрева удается уменьшить время теп­ лового эксгаустирования консервов до 2—Змин. Высокочас­ тотное эксгаустирование способствует значительному сни­ жению максимального давления в банке при стерилизации

(табл. 107).

397

Общая бактериальная обсемененность содержимого банок в результате эксгаустирования снижается в сотни раз.

ВНИИКОПом разработано устройство непрерывного действия для высокочастотной стерилизации (~90 МГц) плодово-ягодных консервов [135], в котором стерилизатор состоит из двух основ­ ных частей: станины и ротора. Ротор несет рабочие электроды, между которыми зажимается банка с продуктом, механизм за­ хвата банок, индикаторы готовности, высокочастотные разъе­ динители. Энергия подводится к стерилизатору от генератора через скользящие по периметру ротора щетки. При нагреве бан­ ки находятся в горизонтальном положении.

Установка для высокочастотной пастеризации различных со­ ков в бутылках разработана Молдавским научно-исследователь-

Рис. 172. Графики изменения температур при высокочастотном нагреве кон­ сервов:

398

ским институтом пищевой промышленности. В качестве рабочего органа использован трехэлектродный конденсатор. Поток бу­ тылок с соком (рис. 173, а) разбивается на две равные части. Средний — высокопотенциальный, два боковых заземлены. Воз­ дух, используемый для охлаждения бутылок, после пастериза­ ции регенерируется для сушки и нагрева бутылок перед пасте­ ризацией.

Рис. 173. Установки для высокочастотной пастеризации жидких пищевых продуктов:

Оригинально, хотя и громоздко, устройство для непрерывной пастеризации жидких пищевых продуктов высокочастотным индукционным методом [8]. Стерилизатор (рис. 173, б) состоит из диэлектрической трубы, заполненной на 50—60% шариками из нержавеющей стали, и индуктора. Электроконтактное поле индуктирует в шариках вихревые токи, вызывающие их нагрев. В силу развитой поверхности теплообмен между шариками и жидкостью проходит весьма интенсивно. Для улучшения тепло­ отдачи устройство установлено на подпружиненных опорах и ему сообщается колебательное движение от вибратора.

Высокочастотный метод с успехом использован для стерили­ зации питательных сред (пшеничные отруби, свекловичный жом, продукты переработки кукурузы и др.). В процессе предвари­ тельной обработки влажность питательных сред различна, что

399