831

Универсальные машины позволяют осуществлять оба процесса, однако в машинах и аппаратах, предназначенных для перемешивания фарша с компонентами, не контролируют структурно-механические свойства и степень равномерности распределения компонентов по всей массе продукта.

Куттерование и перемешивание с точки зрения физикомеханических изменений - процессы аналогичные. Отличие состоит только в различной продолжительности воздействия рабочих органов на фарш, что является следствием анализа сил, действующих на рабочие органы. По существующей технологии процесс тонкого измельчения фарша заканчивается при рациональной степени измельчения, обеспечивающей при данных технологических характеристиках (влагосодержании и жирности) минимальные потери в процессе термической обработки. Изменения структурно-механических свойств в процессе тонкого измельчения и перемешивания аналогичны. Это объясняется тем, что в обоих процессах мышечные волокна набухают и уменьшаются в размерах в первом случае за счет резания, а во втором - перетирания. Основной целью механической обработки является получение фарша с минимальными для сырокопченых колбас и максимальными для вареных прочностными характеристиками и влажностью и для обоих случаев с равномерным распределением шпика на окончательной стадии фаршеприготовления – перемешивании. Для оптимизации процессов тонкого измельчения и перемешивания необходимо решить две задачи:

определить минимальную продолжительность перемешивания, когда шпик равномерно распределится;

получить фарш с наибольшими прочностными свойствами, обеспечивающими максимальную влагопоглощаемость и минимальные потери при термообработке.

231

В настоящее время эти две задачи для фарша сырокопченых колбас не решены. Для упрощения решения перечисленных задач, рассмотрим анализ результатов исследований для фарша вареных колбас, где необходимо получить фарш с наибольшими прочностными характеристиками, обеспечивающими максимальную влагопоглощаемость и минимальные потери при тепловой обработке. Решение этих задач представлено для типичных видов фарша чайной, московской и любительской колбас, содержащего соответственно 10, 18 и 25% шпика.

Для выявления характера изменения м.т = × (0, С) построена графическая зависимость (рисунок 38), при которой в производственных условиях фарш считается практически однородным.

Рисунок 38. Зависимость минимальной продолжительности перемешивания от предельного напряжения сдвига

и содержания шпика (при β = 0,8)

Данная зависимость применима при Θ0 = 170...310 Па, С=0,1...0,25 кг шпика на 1 кг сырья. Из нее видно, что чем больше С и меньше Θ0, тем меньше требуется времени для достижения заданной однородности, и наоборот.

232

Для решения второй задачи необходимо определять степень недоизмельчения колбасного фарша, чтобы при минимальной технологической продолжительности перемешивания он достиг экстремальных структурно-механических свойств.

Решение этой задачи рассмотрим на конкретном примере приготовления фарша для шпиковых вареных колбас. Известно, что чем больше разница между предполагаемой продолжительностью измельчения и ее оптимальным значением, тем больше требуется времени для достижения экстремальных значений предельного напряжения сдвига в процессе перемешивания.

При проведении экспериментов фарш подвергали тонкому измельчению в течение 4, 5 и 6 минут. После тонкого измельчения фарш перемешивали. Процесс перемешивания фарша можно разделить на четыре периода. Первый период перемешивания является как бы продолжением первого периода тонкого измельчения. Происходит смятие частиц, влага переходит в более связанное состояние. Значения предельного напряжения сдвига возрастают до некоторого максимального значения, структура фарша упрочняется. Во втором периоде перемешивания процесс протекает аналогично второму периоду тонкого измельчения. Температура фарша повышается. Происходят аэрирование массы и эмульгирование частиц. Однако продолжительность второго периода перемешивания невелика. В третьем периоде перемешивания происходит дальнейшее упрочение структуры. Предельное напряжение сдвига увеличивается до некоторого максимального значения. При этом капельки жира слипаются и происходит дальнейшее аэрирование всей массы фарша. При слиянии жировых капелек белковая фракция, вероятно, более стойко удерживает влагу, упрочняя структуру.

233

Четвертый период характеризуется уменьшением значений предельного напряжения сдвига. Прочность структуры снижается. Снижение прочности можно объяснить, по-види- мому, дальнейшей аэрацией фарша.

Большое количество воздушных пузырьков способствует разрыхлению фарша, увеличению его объема.

Гистологические исследования по изучению изменения микроструктуры фарша в процессе перемешивания подтверждают вышесказанное. Колбаса наилучшего качества получается из фарша, значения предельного напряжения сдвига которого достигли максимальных значений в конце первого периода перемешивания. Продолжительность перемешивания, когда значение предельного напряжения сдвига достигло экстремального значения, будет рациональной и равной τр. Также рациональными будут значения предельного напряжения сдвига Θ0p, достигнутые к этому времени. Значение рациональной продолжительности перемешивания зависит от степени предварительного измельчения, а также от влагосодержания, жирности и состава сырья.

В производственных условиях влагосодержание и жирность фарша значительно колеблются, что вызывает изменение значений структурно-механических характеристик. При увеличении влагосодержания и жирности фарша значения предельного напряжения сдвига уменьшаются по экспоненциальной зависимости, белки быстрее насыщаются влагой и занимают более устойчивое положение в результате снижения внутреннего трения между частицами. Следовательно, при увеличении влагосодержания до оптимального значения рациональная продолжительность перемешивания фарша уменьшается. Дальнейшее повышение влагосодержания ведет к увеличению рациональной продолжительности перемешивания. Это можно объяснить утолщением водно-белковых прослоек

234

между частицами и, следовательно, уменьшением сил сцепления между элементами структуры.

При обработке на куттере фарша любительской колбасы в течение 6 мин наблюдается переизмельчение фарша. Дальнейшее перемешивание приводит к образованию другой структуры, соответствующей третьему и четвертому периодам перемешивания.

Целенаправленное варьирование временем перемешивания – пример адаптации структурно механических свойств, с целью получения фарша с необходимыми прочностными характеристиками и равномерно распределенными компонентами по всему объему, для эффективного ведения последующих технологических операций и получения качественного готового продукта.

Давление. Избыточное давление используется в процессах шприцевания, формования, дозирования фарша и при его транспортировке по трубам, где давление может достигать 1106 Па и более.

Плотность шприцевания зависит от вида колбас, содержания влаги в фарше, вида оболочки, ее диаметра и способа термообработки колбасы. Вареные колбасы шприцуют с наименьшей плотностью. Излишняя плотность набивки фарша вареных колбас в оболочку приводит к ее разрыву во время варки батонов из-за расширения содержимого. Копченые колбасы, наоборот, шприцуют с наибольшей плотностью, так как объем батонов сильно уменьшается в результате последующей сушки изделий. Самая плотная набивка необходима для фарша сырокопченых колбас, чтобы исключить попадание в батоны воздуха, который может привести к порче продукта. При шприцевании сосисок и сарделек фарш в оболочке не уплотняют. Таким образом, основная задача шприца

— сберечь структуру фарша при наполнении оболочки или даже улучшить ее.

235

В связи с этим необходимо учитывать влияние давления на структурно-механические свойства продукта. Наибольшие изменения в этом случае претерпевает предельное напряжение сдвига, которое увеличивается в 2...5 раза.

На изменение структурно-механических свойств фарша влияет характер воздействия давления (рисунок 39).

Давление вызывает переориентацию частиц и приводит к более компактной их упаковке с одновременным объемным деформированием фарша, вследствие которого число и объем воздушных полостей сокращаются, и происходит перераспределение жидкости (раствора) между частицами и дисперсной средой.

Такой механизм воздействия давления ведет к упрочению связей между частицами, т. е. прочность структуры увеличивается и для разрушения системы требуются более интенсивные внешние воздействия.

Рисунок 39. Изменение структурно-механических свойств фарша русских сосисок при различных методах измерения:

1 — при однократном действии давления;

2 — при последовательном действии давления

236

Данные представленные на рисунке показывают, что при изменении давления от 0,1 до 1 МПа наибольшие изменения претерпевают Θ0 (увеличивается в 2...2,5 раза), а наименьшие -т. Таким образом, варьирование давлением при формовании колбасных изделий - пример адаптации структурно-механиче- ских свойств сырья, с целью повышения эффективности последующих технологических операций и качеству готовых изделий.

Вакуум. Колбасный фарш в процессе производства подвергается физическими и механическим воздействиям путем давления. В процессах измельчения, перемешивания и др. для интенсификации технологических процессов широко используют пониженное давление (вакуум). Вакуум способствует ускорению технологических процессов, удалению воздуха из продукта, что создает более однородную и плотную структуру и способствует увеличению водосвязывающей способности.

Вакуумирование приводит к изменению структурно-ме- ханических характеристик фарша и готовых колбасных изделий.

При измельчении фарша в вакууме уменьшаются предельное напряжение при разрыве (σпр=545×103 Па при давлении 1×105 Па и σпр=45×104 Па при давлении 5×103 Па) и разрушающее контактное напряжение (σр=484×104 Па при давлении 1×105 Па и σр=317×104 Па при давлении 5 103 Па). Это приводит к снижению общих удельных энергозатрат и сокращению продолжительности измельчения.

Создавать остаточное абсолютное давление в продукте ниже 0,25×105 Па нерационально.

Предельное напряжение сдвига при уменьшении абсолютного давления увеличивается, что объясняется, очевидно, созданием более прочной структуры вследствие ослабления

237

влияния аэрации. Кроме того, установлено, что создание вакуума при куттеровании способствует повышению влагосвязывающей способности продукта.

Создание вакуума (до определенного значения остаточного давления) способствует повышению плотности и прочностных свойств готовых колбасных изделий из-за уменьшения объема воздушных полостей. Давление менее 25 103Па приводит к уплотнению структуры колбас, ухудшая их консистенцию. Кроме того, создание глубокого вакуума связано с дополнительными энергетическими затратами [22].

Создание вакуума в процессах измельчения и перемешивания мясного сырья - пример адаптации структурно-механи- ческих свойств сырья, целью которой является сокращение продолжительности и снижение общих удельных энергозатрат процессов переработки.

Контрольные вопросы

1.Влияние продолжительности измельчения колбасного фарша на его структурномеханические свойства.

2.Влияние продолжительности куттерования фарша на дисперсный состав вареных колбас.

3.Оптимальные структурно-механические характеристики фарша для вареных колбас.

4.Реологические характеристики мясного сырья, измельченного на волчке.

5.Сдвиговые структурно-механические свойства фарша.

6.Технологические свойства колбасного фарша при измельчении

иформовании.

238

5 АДАПТАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТОВ И РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ

СВОЙСТВАМ ПИЩЕВЫХ СРЕД

При производстве колбасных изделий сырье проходит ряд технологических операций, на которых сырье подвергается механическому воздействию: измельчение, перемешивание и формование готового изделия. Одним из главных является процесс измельчения. Для каждого вида колбасных изделий существует оптимальная степень измельчения сырья, обеспечивающая максимальный выход продукции и его органолептические свойства. Степень измельчения (дисперсность) существенно влияет на характер, количество и форму связи влаги, что приводит к изменению реологических свойств мясных продуктов. Измельченная животная ткань, состоящая из частиц различной величины, характеризуется различными механическими свойствами.

Приготовление фарша начинается с мелкого измельчения созревшего сырья. Выдержанное в посоле кусковое сырье (говядину, баранину и нежирную свинину) измельчают на волчке (диаметр отверстий решетки 2...3 мм). Качество полученного фарша, которое зависит от состояния оборудования, необходимо контролировать. Это можно сделать, анализируя сдвиговые структурно-механические характеристики фарша. При недостаточной затяжке режущего инструмента и наличии зазора между подающим шнеком и корпусом волчка (что вызывает перепуск, смятие и перетирание мясного сырья) резко снижаются значения структурно-механических характеристик. При этом фарш получается в виде однородной бесструктурной массы, которая в последующей тепловой обработке будет терять значительное количество жидкой среды, снижая выход и ухудшая качество готовой продукции.

239

Под измельчением понимают процесс разделения продукта или материала на части под действием механических сил с образованием новой поверхности раздела и сопровождающийся пластическими деформациями, трением между контактирующими поверхностями мяса и режущего инструмента, повышением его температуры, особенно в зоне контакта.

Количественно измельчение характеризуется степенью измельчения i, равной отношению средних характерных размеров продукта до измельчения (Dcp) и после (dcp).

При производстве сырокопченых колбас используется мелкое и тонкое измельчение, которое характеризуется дроблением мясного сырья с превращением его в гомогенную массу. Мясное сырье, имеющее одинаковый химический состав, но различную степень измельчения, обладает различными значениями структурно-механических характеристик.

К машинам для измельчения мяса предъявляются следующие основные требования:

должна обеспечиваться заданная степень измельчения сырья при сохранении качества продукта с минимальными потерями сырья;

измельчение не должно сопровождаться большими усилиями сжатия, создаваемыми, например, шнеками в волчках при подаче сырья в зону резания, так как это приводит к выдавливанию сока. Однако при выработке сырокопченых колбас этот эффект может быть положительным, так как содержание влаги в фарше уменьшается, но при этом вместе с потерей сока изменяется его витаминный и минеральный составы;

температура измельченного сырья должна быть ниже допустимой по действующей технологии;

240