Конспект лекций Для студентов вузов Кемерово 2006 icon

Конспект лекций Для студентов вузов Кемерово 2006



Смотрите также:
Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 080110 «Экономика и бухгалтерский...
Курс лекций Для студентов вузов Кемерово 2006...
Конспект лекций для студентов ссузов Кемерово 2010...
Конспект лекций (для студентов всех форм обучения) Кемерово 2002...
Конспект лекций Для студентов ссузов Кемерово 2010...
Конспект лекций по курсу “Начертательная геометрия и инженерная графика” Кемерово 2002...
Конспект лекций по курсу "Информатика и использование компьютерных технологий в образовании" Для...
Конспект лекций по курсу "Информатика и использование компьютерных технологий в образовании" Для...
Конспект лекций по курсу "Информатика и использование компьютерных технологий в образовании" Для...
Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2006...
Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2006...
Конспект лекций для студентов специальности 080110 «Экономика и бухгалтерский учет (по...



страницы: 1   2   3
вернуться в начало
скачать
Глава 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

^ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО МЕТОДОВ НАГРЕВА МЯСОПРОДУКТОВ


Высокочастотный (ВЧ) и сверхвысокочастотный (СВЧ) нагрев пищевых продуктов позволяет значительно интенсифицировать термические процессы.

Процесс трансформации энергии электромагнитного поля высокой или сверхвысокой частоты в теплоту принято называть диэлектрическим нагревом или ВЧ (СВЧ)-нагревом.

Большинство пищевых продуктов и сред представляют собой с электрофизической точки зрения несовершенные диэлектрики. Они, как правило, имеют достаточно высокую диэлектрическую проницаемость и низкую электропроводность, обусловленную, как правило, свободными ионами вещества. Такие продукты и среды способны подвергаться диэлектрическому нагреву, который основан на смещении зарядов и связанных с ними молекул (поляризации) при воздействии на вещество (продукт) переменного элетромагнитного поля. При этом на перемещение заряженных частиц затрачивается работа, которая из-за наличия внутреннего межмолекулярного трения превращается в теплоту.

В веществе (продукте) может возникать несколько видов поляризации: электронная, атомная, дипольная.

Электронная поляризация выражается относительным смещением среднего положения электронов относительно среднего положения атома.

Ионная (атомная) поляризация вызывается смещением положительных и отрицательных ионов в материале.

Дипольная поляризация обусловлена наличием постоянных диполей (полярных молекул) вещества, которые в результате воздействия поля могут поворачиваться из случайных направлений в направление поля, вызывая тем самым поляризацию вследствие ориентации постоянных диполей.

Величина полной поляризации диэлектрика определяется суммарным эффектом всех перечисленных видов поляризации и обуславливает его диэлектрическую проницаемость.

Тепловую энергию, выделяемую в единице объема вещества в результате диэлектрического нагрева, принято характеризовать удельной мощностью (Руд, Вт/м3), которая согласно закону Джоуля-Ленца определяется по формуле:


Руд = 0,556 · 10-10 · ε' · tgδ · f · Е2,


где ε'- относительная диэлектрическая проницаемость вещества;

Е - напряженность электрического поля в рассматриваемом объеме вещества, В/м;

δ - угол диэлектрических потерь;

f - частота, Гц.


В соответствии с международным соглашением для промышленного применения разрешено использовать только отдельные участки СВЧ-диапазона волн (900±15 МГц и 2400±50 МГц). Поэтому СВЧ-аппараты используют только эти частоты.

Эффект объемного нагрева при тепловой обработке пищевых продуктов в переменном электромагнитном поле достигается благодаря проникновению поля в продукт на значительную глубину.

Под глубиной проникновения электромагнитного поля в продукт (среду) подразумевается расстояние Δ (м) от поверхности продукта внутрь, на котором мощность внутренних источников теплоты уменьшается в е раз и которое определяется по формуле:


Δ = 9,55 · 1011 / (f · (ε')1/2 · tgδ).


Существенный технологический результат при использовании токов ВЧ- и СВЧ-обработки можно получить для ряда процессов, среди которых основное место занимают тепловые и массообменные (нагрев, стерилизация, размораживание, сушка, пастеризация).

Применение СВЧ-нагрева позволяет значительно интенсифицировать технологические процессы пищевых производств, связанные с нагревом продукции, а также разработать их новые виды, особенно комбинируя СВЧ-нагрев с традиционными способами энергоподвода, таким как варка, сушка, стерилизация, пастеризация, размораживание, сублимация и т.д. СВЧ-нагрев позволяет реализовать безотходные и энергосберегающие технологии, значительно увеличить выпуск готовой продукции без больших капитальных затрат, улучшить санитарно-гигиенические условия труда.

В пищевой промышленности важным и трудоемким процессом является размораживание продуктов. Использование диэлектрического нагрева позволяет резко сократить продолжительность размораживания, а также улучшить качественные показатели продукции.

Преимущества метода следующие:

  • относительно короткое время размораживания;

  • отсутствие повышенной температуры на поверхности продукта;

  • отсутствие роста бактерий;

  • потери сока при нагревании мяса на порции незначительные (менее 1 %);

  • длительность размораживания не зависит от толщины блоков (при ВЧ-нагреве);

  • незначительная занимаемая площадь.

Вследствие кратковременности размораживания микробиальная обсемененность мяса после СВЧ-нагрева на порядок ниже, чем у сырья, размороженного в воздушной среде. Оценка санитарного состояния фарша показала, что микробное число опытных партий мяса на 30-40 % меньше, чем у контрольных. Таким образом, вареные колбасы, изготовленные из мяса, темперированного СВЧ-энергией, будут более устойчивы к хранению.

Доказано, что СВЧ-поле в отношении микрофлоры обладает бактерицидным и бактериостатическим действием. Было показано, что стерилизующий эффект СВЧ-поля явно выражен - выживаемость бактерий (кишечная палочка) после такой обработки в два и более раз меньше, чем при тепловой обработке.

В целом бактерицидный эффект при СВЧ-нагреве проявлялся значительно раньше, чем при тепловом. Бактерицидное и бактериологическое действие является результатом селективного выделения энергии на множественных границах раздела бактериальной суспензии, имеющих более высокий коэффициент потерь.

Установлено, что СВЧ-нагрев обеспечивает эффективную пастеризацию (не менее 99,5 %) мяса. Микробиологические исследования указывают на отсутствие микробов в период двухмесячного хранения, однако снижение органолептических показателей при хранении в полимерной упаковке обеспечивает сроки хранения восьмью неделями, что является значительным периодом.

Следует отметить, что СВЧ- и ВЧ-нагрев пищевых продуктов - достаточно сложная задача не только с точки зрения техники генерирования СВЧ и ВЧ, но и со стороны особенностей строения и свойств продуктов. Удельная мощность рассеивания энергии в материале зависит от его электрофизичесих параметров (диэлектрическая проницаемость, проводимость), которые в свою очередь зависят от влажности и других факторов. В процессе тепловой обработки продукты подвергаются глубоким изменениям, в том числе и их диэлектрические свойства, что влияет на течение СВЧ- и ВЧ-нагрева. Особенно этот эффект заметен при размораживании мяса, когда фактор потерь лавинообразно возрастает в десятки раз, и при сушке, когда влажность уменьшается, при этом фактор диэлектрических потерь уменьшается и соответственно уменьшается выделяемая энергия. Естественно, что управлять такими процессами трудно.

Электромагнитное поле СВЧ, проникая в пищевые продукты на значительную глубину, не обеспечивает абсолютно равномерного нагрева его во всем объеме. Такая неравномерность связана со следующими причинами: падением удельной мощности, неоднородностью состава и влагосодержания, формой изделия (продукта). Рекомендуется выбирать форму обрабатываемого изделия такой, чтобы его линейные размеры хотя бы в одном измерении не превышали удвоенного значения глубины проникновения Δ. В противном случае вследствие возникающего градиента температуры и избыточного давления возникают явления переноса теплоты и массы. В зависимости от этого, направление переноса может быть направленно как от периферии внутрь продукта, так и наоборот, а также менять знак в процессе СВЧ-нагрева. Векторы переноса теплоты и массы могут как совпадать по направлению, так и быть встречными. Следует также отметить, что возникающее в процессе СВЧ-нагрева внутреннее давление из-за недостаточной скорости переноса массы (т.е. влаговыделений) может привести к образованию трещин и пустот. Поэтому рекомендуется сочетать СВЧ-нагрев с другими видами тепловой обработки, позволяющими избегать указанные недостатки.

В настоящее время имеется достаточно большое количество конструкций СВЧ-аппаратов для обработки пищевых продуктов, которые можно классифицировать по ряду признаков: по мощности - малой мощности (до 1,5 КВт), средней мощности (1,5-5,0 КВт), большой мощности (5,0-10,0 КВт); по производительности - малой (5-10 кг/час), средней (15-40 кг/час), большой (от 50 кг до нескольких тонн в час); по принципу действия - периодического и непрерывного действия; по исполнению - настольные, напольные, встроенные.




Для СВЧ-термообработки используют различные агрегаты. В большинстве случаев промышленные СВЧ-устройства непрерывного действия для нагрева пищевых продуктов представлены в виде линейных конвейеров.


7




Рис. 5.1. Конвейерная СВЧ-установка с распределенным вводом

энергии в рабочую камеру:

1 - конвейерная лента; 2 - рабочая камера; 3 - ловушка; 4 - СВЧ-генератор; 5 - волновод;

6 - источник сухого воздуха (газа); 7 - щели в волноводе; 8 - продукт


Нагревательная камера конвейерной установки, приведен­ной на рис. 5.1, образована длинным металлическим го­ризонтальным туннелем прямоугольного сечения. Длина камеры составляет 2,4 м, высота - 0,3 м и ширина - 0,45 м. С обоих концов тун­неля расположены ловушки, в которых должна затухать не поглощенная продуктом энергия. СВЧ-энергия подается в ра­бочую камеру через щелевой волновод, имеющий активную дли­ну 1,5 м. Такая система обеспечивает более равномерное рас­пределение энергии в объеме рабочей камеры и снижает макси­мальную напряженность электрического поля в камере по срав­нению со случаем сосредоточенного ввода энергии. Это очень важно при обработке продуктов с низкой электрической проч­ностью или при обработке продукта в вакууме. Форму щелей подбирают экспериментальным путем, длину щелей изменяют по длине волновода так, чтобы обеспечивалось желаемое распреде­ление энергии по длине камеры. Продукты, подвергаемые обра­ботке, непрерывно поступают на конвейер и проходят через тун­нель. Конвейерная лента сделана из материала с низкими ди­электрическими потерями.


Глава 6. ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

^ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ


Инфракрасное (ИК) излучение нашло достаточно широкое применение в различных отраслях промышленности: мясной, молочной, хлебопекарной и т.д. (обжарка, варка, запекание, дезинфекция и пр.)

Поток ИК-излучения, взаимодействуя с материалом, преобразуется в теплоту. Способность материала поглощать ИК-лучи зависит от его оптических свойств и длины волны излучения, легко изменяемой в необходимых пределах.

ИК-излучению в спектре электромагнитных волн соответствует диапазон длин волн 0,76-750 мкм, который условно делится на три группы:

  • длинноволновый - 750-25 мкм;

  • средневолновый - 25-2,5 мкм;

  • коротковолновый - 2,5-0,76 мкм.

Для технических целей верхний предел используемых длин волн можно ограничить 15 мкм.

ИК-излучение представляет собой результат сложных внутримолекулярных процессов, связанных с поглощением веществом энергии и ее непрерывным преобразованием в излучение. ИК-излучение возникает в результате перехода электронов атомов с более высокого на более низкий энергетический уровень.

ИК-излучения характеризуются как колебательный процесс, для которого длина волны излучения () связана с частотой () и периодом колебаний (Т) следующим соотношением:

= с Т = с / , (6.1)


где с - скорость света (с = 300 000 км/с).


В общем случае поток излучения (Ф, Вт), произвольно падающий на поверхность материала, претерпевает ряд изменений, которые зависят как от свойств материала, так и от параметров источника излучения:


Ф = Ф0 + Фп + Фпр, (6.2)


где Ф0 - отражательная способность (поток отражения);

Фп - поток, поглощаемый материалом;

Фпр - поток излучения, проникающий через материал.


Взаимодействие материала с лучистым потоком характеризует ряд коэффициентов:

  • коэффициент отражения R = Ф0 / Ф (доли, %);

  • коэффициент поглощения А = Фп / Ф (доли, %);

  • коэффициент пропускания Т = Фпр / Ф (доли, %).


Отсюда: R + А + Т = 1.

Излучение представляет собой поток частиц. Способностью полностью поглощать лучистый поток обладает только абсолютно черное тело.

При этом Планком установлено, что тела поглощают излучение дискретно в виде определенных порций - квантов. Энергию кванта (Е, Дж) определяют из выражения:

Е = h, (6.3)


где h - постоянная Планка;

 - частота электромагнитных колебаний, Гц.


Под оптическими свойствами материала понимают его пропускательную, поглощательную и отражающую способность. Эти характеристики зависят от ряда факторов, в том числе от структуры материала, влагоудержания, форм связи влаги, состояния и цвета поверхности.

Для практических целей в условиях конкретного излучателя и объема нагрева удобно пользоваться интегральными характеристиками, отражающими взаимодействие объема с лучистой энергией во всем используемом диапазоне длин волн. Интегральные характеристики относятся к длине волны, соответствующей максимальному излучению (max) излучателя.

Реальные пищевые продукты обладают четко выраженной селективностью к поглощению ИК-излучения в различных областях спектра. Поэтому источник ИК-излучения следует выбирать с учетом спектральных характеристик материала.

Классификация пищевых продуктов по оптическим характеристикам, зависящим от наличия или отсутствия влаги в материале, приведена в таблице 6.1.

Оптические показатели продукта зависят от температуры материала, особенно при наличии фазовых переходов. Так, проницаемость пищевых продуктов при повышении температуры уменьшается. Пропускательная способность вареного фарша по сравнению с сырым понижается.

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

Выявлена зависимость проницаемости пленки от max, из которой следует, что проницаемость всех пленок наиболее высока для коротковолнового излучателя (max = 1,04 мкм) и уменьшается с увеличением max.

При исследовании оптических свойств наиболее часто применяют ИК-спектрометры и спектрофотометры. Спектрометры предназначены для получения и регистрации ИК-спектров однолучевым методом, спектрофотометры - для регистрации спектров поглощения различных веществ двухлучевым методом.

Таблица 6.1


Классификация влажных рассеивающих излучение материалов по их оптическим свойствам в области спектра


Физико-химические

и оптические свойства

слабо рассеивающие материалы

средне рассеивающие материалы

сильно рассеивающие материалы

очень сильно рассеивающие

материалы

Химическая структура молекул сухого вещества

материалы, молекулы сухого вещества содержат группы -ОН

материалы, которые не содержат

гидроксильные группы

Преобладающая форма связи

поглощения влаги с материалом

связь между смачиванием и структурой (материлы со значительным

содержанием влаги)

капиллярная (макрокапилляры)

и осмотическая связь (влага

в пределах гигроскопического

влагосодержания)

капиллярная (микрокапилляры)

и адсорбционная связь (влажность материала близка к равновесной)

капиллярная (микро- и макрокапилляры) и адсорбционная влага (в пределах гигроскопического

влагосодержания)

Основная характеристика рассеивающих свойств материала

… 15 %

слабое рассеивание

до 40 %

среднее рассеивание

до 80 %

сильное рассеивание

свыше 90 %

очень сильное рассеивание

Интервалы длин волн

1 - 2 мкм

1,5-2,5

3,0-5,5

6,0-15,0

1,5-2,5

3,0-5,5

6,0-15,0

1,5-2,5

3,0-5,5

6,0-15,0

1,5-2,5

3,0-5,5

6,0-15,0

Характеристики рассеивающих (Аэп) и поглощающих (эп) свойств материала в различных областях спектра

слабое рассеивание

очень слабое рассеивание

среднее

слабое

очень

слабое

сильное

среднее

слабое

очень

сильное

среднее

среднее

Аэп до 0,3

Аэп до 0,10

Аэп до 0,7

Аэп до 0,3

Аэп до 0,1

Аэп до 0,99

Аэп до 0,7

Аэп до 0,3

Аэп до 0,99

Аэп до 0,7

Аэп до 0,7

сильное поглоще-ние

очень сильное

поглощение

среднее

сильное

очень

сильное

слабое

среднее

сильное

очень

слабое

среднее

среднее

эп = 410

эп = 1550

эп = 14

эп = 38

эп = 725

эп = 0,051

эп = 14

эп = 38

эп = 0,0010,002

эп = 14

эп = 0,54

Влияние влаги на оптические

свойства материала

сильное свойство материала проявляется слабо

очень сильное, определяющим является оптические свойства воды

среднее свойство материала проявляется в равной мере

сильные оптические свойства проявляются слабо

слабое, определяющие оптические свойства

среднее, оптические свойства проявляются

в равной мере

слабое, определяющие оптические свойства материала

среднее, оптические свойства материала

и воды проявляются

в равной мере

Условия изменения данных

оптических свойств материала

сушка

сушка, сильное увлажнение

увлажнение

увлажнение

Типичные материалы, обладающие данными оптическими свойствами

тесто, мармелад, овощи, фрукты

и т.д.

хлебобулочные изделия, мясо, рыба, кожа, листья деревьев и растений

и т.д.

мука, сахарная пудра, крахмал

и др.

кварцевый песок, гипс, кирпич,

пенопласты и т.д.


Принцип действия спектрофотометра при работе по двухлучевой схеме основан на нулевом методе. Радиация от источника излучения направляется по двум каналам: в одном канале помещается исследуемый образец, в другом - фотометрический клин и образец сравнения. С помощью прерывателя пучки света из каналов попеременно проходят в монохроматор, разлагаются в спектр и поступают на приемник радиации - болометр. Когда интенсивность пучков в обоих каналах одинакова, на болометр попадает постоянная тепловая радиация и сигнал на входе усиленной системы не возникает. При наличии поглощающего образца на болометр попадают пучки различной интенсивности, в результате на входе в усилитель используется переменный сигнал, частота которого равна частоте прерывателя пучков. Этот сигнал после усиления и преобразования подается на обмотку электродвигателя отработки, который перемещает фотометрический клин, уменьшая до нуля возникающую разность интенсивностей пучков. Фотометрический клин механически связан с пером записывающего устройства, величина перемещения пера пропорциональна величине перемещения клина, показывает величину поглощения исследуемого образца.

Определение спектральной отражательной способности продукта основано на сравнении ее с отражательной способностью эталона. Для определения отражательной способности диффузно отражающих или рассеивающих излучения материалов необходимо сфокусировать отраженное излучение на площадке приемника или входной щели монохроматора. Для этих целей в измерительной аппаратуре обычно применяют сферическое зеркало, полусферу, интегрирующий шар или зеркальный эллипсоид.

Методика измерения спектральной отражательной способности материалов сводится к следующему. Перед началом измерений в отверстие крышек полусфер вкладываются эталоны. После установки эталонов интенсивность излучения по обоим каналам выравнивается с помощью компенсирующего клина и записывается на спектр 100 % отражения. Затем на место эталона по каналу помещают исследуемый образец и произвольную запись спектра отражения.

Полученные относительные коэффициенты пересчитывают на абсолютные по формуле:

R a = R u R э, (6.4)


где R u - измеренный коэффициент отражения;

R э - коэффициент отражения эталона.


Существует ряд способов определения величины интегральной пропускательной способности (и проницаемости) пищевых продуктов для ИК-излуче-ния, отличающихся один от другого чувствительными элементами (датчиками).

При измерении проницаемости материалов в качестве приемников интегральных лучистых потоков наиболее целесообразным является использование радиометров, которые имеют достаточно ровную чувствительность в широком диапазоне спектра ИК-излучения.

С помощью радиометра измеряют радиационную температуру, равную температуре абсолютно черного тела, излучение которого равно излучению данного серого тела:

  С0  Т 4 = С0  ТR4, (6.5)


где ТR - радиационная температура;

^ Т - температура данного (серого) тела со степенью черноты ;

С0 - коэффициент излучения.


Существует ряд приборов, которые используют в качестве приемников теплового излучения. Одним из них является болометр, принцип действия которого основан на изменении сопротивления зачерненной металлической фольги при нагревании.

В основу метода исследования глубины проникновения ИК-излучения в материалы (характеризуется проницаемостью а, %) положен закон Бугера, который решается относительно коэффициента поглощения по формуле:


(6.6)


где I1, I2 - интенсивность излучения на расстоянии x1, x2 от поверхности.


В настоящее время в качестве источников ИК-излучения применяют электрические или керамические излучатели с газовым обогревом.

При выборе излучателя учитывают:

  • особенности технологического процесса;

  • свойства материала;

  • инерционность генератора излучения;

  • интенсивность и длину волны излучения;

  • санитарные требования;

  • экономические показатели данного способа.

Излучатели в зависимости от размеров могут быть:

  • точечные (рис. 6.1, а), т.е. размер генератора и расстояние до облучаемой поверхности выражается (H/a  5);

  • линейные (рис. 6.1, б), когда один из определяющих размеров генератора значительно превосходит другой (L >> d);

  • плоские (рис. 6.1, в), для таких излучателей характерно отличие двух размеров от третьего (d и H  L).

С целью наиболее полного использования излучения генераторы излучения снабжаются дополнительно отражателями, которые могут быть:

  • сферические;

  • параболические;

  • гиперболические;

  • эллиптические.

Р
а)

б)

в)
ис. 6.1. Типы излучателей в зависимости от размеров


Источник излучения устанавливают в главном фокусе отражателя. Отражательную способность резко снижают загрязнения рефлектора, царапины.

^ Электрические излучатели. Основным элементом электрического излучателя является металлическая проволока (вольфрам и др.), которая, как правило, изготавливается в виде спирали и размещается либо в колбе, либо в трубке, выполненной из стекла, кварца или других материалов.

ИК-лампа-3-С (рис. 6.2) представляет собой стеклянную колбу с внутренней параболической поверхностью и спиралью (вольфрам), мощность лампы составляет от 250 до 500 Вт. Продолжительность работы - 2000 часов. Спектр ее излучения - = 0,8-6 мкм. С помощью таких ламп можно получать на поверхности продукта до 220-240 С при расстоянии 80-100 мм до объекта.

Недостатки: хрупкие; на поверхности может образовываться налет в виде капелек жира, бульона и т.д.




Рис. 6.2. ИК-лампа-3-С:

1 - цоколь; 2 - отражатель; 3 - нить накаливания (спираль); 4 - стеклянная колба


Лампа ИК-100 (рис. 6.3) имеет кварцевую трубку, по основанию которой на тактовых дисках закреплена вольфрамовая спираль.

Характеристика: длина волны - 1 мкм; длительность работы - 5000 часов; позволяет получать температуру на поверхности 2540-2580 К.





Рис. 6.3. Лампа ИК-100:

1 - вольфрамовая спираль; 2 - кварцевая трубка; 3 - электрический ввод; 4 - цоколь; 5 - тактовые диски


Керамические излучатели (панельные) (рис. 6.4). Данный вид излучателей позволяет получать длину волны 4 мкм. Они создают ровный тепловой поток ИК-излучения, наиболее долговечны по сравнению с остальными.

Недостатки: большая инерционность; длительность нагрева (предварительного) - 1,5 часа.





Рис. 6.4. Керамический излучатель


Газовые излучатели представляют собой керамические излучатели с газовым обогревом (рис. 6.5). Они долговечны и позволяют получать температуру керамической поверхности равную 10001200 К.





Рис. 6.5. Газовый ИК-излучатель:

1 - газовая горелка; 2 - корпус излучателя; 3 - распределитель температуры (металлическая плита);

4 - керамическая посадка

ИК-излучение распространяется в пространстве только прямолинейно. Поэтому при размещении излучателей в аппарате необходимо учитывать форму изделия и особенности технологического процесса. Целесообразно облучать изделие со всех сторон, если это допускает его форма. Наиболее предпочтительно излучение, нормальное к поверхности обрабатываемого изделия. Расположение излучателей снизу, особенно при обработке мясопродуктов, практически неосуществимо, так как выделяются бульон и жир, загрязняющие излучатель и отражатели. Внутреннюю обшивку облучательных камер необходимо изготовлять из материалов, обладающих большим коэффициентом отражения, что позволяет создать более равномерный тепловой поток и повысить эффективность работы установки.

В результате тепловой обработки пищевые продукты претерпевают физико-химические изменения.

Физико-химическое действие электромагнитного излучения на продукт в значительной степени зависит от энергии кванта излучения, которая для ИК-излучения, используемого в технических целях, лежит в пределах 0,12  1019 2,6  1019 Дж.

Доказано, что органолептическая оценка продуктов, запеченных ИК-энергией, не уступает таковой для продуктов, обработанных традиционным способом, а по некоторым показателям (вид, вкус) превосходит их.

Перевариваемость белков мяса после ИК-обработки по сравнению с традиционной практически одинакова. Гистологические исследования подтверждают высокие качественные показатели готовой продукции.

Особенности ИК-нагрева позволяют экономить значительное количество сырья. Так, при производстве консервов «Рыба в масле бланшированная» норму закладки можно уменьшить на 5 %, при этом конечные соотношения компонентов в банке и пищевая ценность консервов остаются в пределах, допустимых стандартом.

Замечено, что практически во всех случаях ИК-обработки наблюдается повышение качества и выхода готовой продукции, снижение энергетических затрат, упрощение конструкции аппаратуры. Особенно высокие значения фиксируются для такой качественной характеристики продукции, как выход готовых изделий: в зависимости от вида полуфабрикатов, а также типа генератора эта величина может повышаться на 7-11 % по сравнению с аналогичным показателем при традиционном способе обработки.

При электрокопчении с инфракрасной подсушкой можно ис­пользовать камеру в горизонтальном исполнении (рис. 6.6). Продукт прикрепляют к рабочей ветви конвейера, по которой он перемещается вдоль инфракрасных излучателей, расположенных по обе стороны конвейера. Образующийся при нагреве жир стекает на поддон, откуда горячей водой он смывается в сборник. В ка­честве источника инфра­красного нагрева применя­ют кварцевые лампы мо­щностью 4,6 кВт каждая, установленные вертикаль­но вдоль стен камеры. В камере предусмотрено реле времени, обеспечивающее импульсный режим работы излучателей по заранее за­данной программе. Рассто­яние между излучателем 685 мм. Общая длина зоны инфракрасного нагрева 15 м.




Рис. 6.6. Камера для инфракрасной подсушки

и прогрева мясопродуктов при электрокопчении:

1 - конвейер; 2 - ИК-излучатель; 3 - трубопровод; 4 - поддон; 5 - сборник жира


Использование газовых беспламенных горелок создает условия для возможного контакта продукта с веществами, содержащимися в продуктах сгорания. Жарочный шкаф (рис. 6.7) максимально свободен от этого недостатка. Шкаф оборудован двумя расположенными горизонтально беспламенными газовыми горелками инфракрасного излучения. Продукт находится на стеллажах. Воздух, которым регулируется температура в камере, подсасывается через патрубки, расположенные около горелки, что практически исключает контакт отработавших газов с изделием.








Рис. 6.7. Жарочный шкаф:

1 - корпус; 2 - газовая горелка; 3 - газоподвод; 4 - штуцер отвода продуктов сгорания; 5 - направляющие


Глава 7. Ультразвуковые методы


Значительную группу технологических процессов можно интенсифицировать на базе акустических методов с использованием ультразвуковых и звуковых колебаний. Наиболее полно исследованы возможности использования в технологических процессах пищевых производств ультразвука и низкочастотных (инфразвуковых) колебаний.

Акустические колебания делятся на следующие области:

  • инфразвуковая 020 Гц;

  • звуковая 202104 Гц;

  • ультразвуковая 2104108 Гц;

  • гиперзвуковая > 108 Гц.

Передача звука - волновой процесс, причем скорость распространения (С, м/с) зависит от частоты:

С = f ,


где - длина волны, м;

f - частота, Гц.


Скорость также зависит от химического строения вещества.

При переходе звуковой волны из одной среды в другую часть энергии волны отражается. Количество энергии в отраженной ударной волне зависит от свойств сред. Основным свойством, определяющим характер отражения, является волновое сопротивление среды, представляющее собой произведение скорости звука (С, м/с) в данной среде на плотность (, г/см3). Чем меньше разность волнового сопротивления, тем больше энергии передается из одной среды в другую.

При нормальном движении волны к границе раздела сред количество энергии (Е) в отраженной волне без учета потерь определяют по формуле:





где Е0 - падающая энергия волны;

- коэффициент отражения.


Распространение ультразвуковых волн в среде сопровождается потерями на рассеивание, которые внешне проявляются в повышении температуры среды. При этом действие ультразвука избирательное. Неоднородность в строении мышечных волокон ведет к различному поглощению звука отдельными элементами. Поглощение ультразвуковых волн происходит в результате теплопроводности и внутреннего трения (вязкости) и зависит от частоты, скорости звука и других факторов.

В практике приходится отделять источник ультразвука от облучаемого материала. С этой целью изготавливают различные мембраны. Эффективность пропускания звуковых волн зависит не только от толщины, но и от свойств материала мембраны.

Поэтому часто пользуются коэффициентом m, представляющим собой отношение акустических сопротивлений мембраны и окружающей среды. При приближении m к единице пропускание ультразвуковых волн увеличивается.

При прохождении ультразвуковых волн через границу раздела двух сред под углом 1 возникает преломление волн, причем угол преломления 2 находится из формулы:




Распространение ультразвуковых волн в среде сопровождается потерями на рассеивание, которое внешне проявляется в повышении температуры среды.

Коэффициент поглощения зависит от частоты ультразвукового поля, он линейно возрастает с увеличением частоты независимо от вида ткани.

В качестве источников ультразвуковых колебаний используют аэродинамические, механические, гидродинамические, электромагнитные, магнитострикционные и пьезоэлектрические излучатели. Выбор источника зависит как от мощности технологических, конструкционных и других показателей, так и от желательной частоты процесса. Минимальными частотами обладают механические, электромагнитные и электродинамические преобразователи. Наибольшую частоту удается достичь при использовании пьезоэлектрических источников (больше 106 Гц).

В пищевой промышленности получили распространение гидродинамические преобразователи, принцип действия которых заключается в том, что движущаяся под давлением струя жидкости, попадая на острый край необтекаемого препятствия, создает около него завихрения, следующие один за одним. При этом возникает чередование перепадов давления, имеющих характер звуковых волн.

Для получения высоких частот и ультразвука максимальной интенсивности используют пьезоэлектрические преобразователи. Прямой пьезоэффект - это возникновение зарядов на гранях кристаллов некоторых веществ при их растяжении и сжатии. Обратным пьезоэффектом, т.е. механическими колебаниями кристалла под действием переменного электрического поля, пользуются для получения ультразвуковых колебаний. Пьезоэлектрическим эффектом обладают естественные и искусственные кристаллы: кварц, сегнетова соль, турмалин и др. Пьезоэлектрические излучатели имеют КПД 40-50 %.

При определенных условиях в поле ультразвукового излучения возникает явление, которое называется кавитацией.

Под кавитацией понимают разрыв сплошности жидкости, сопровождаемый образованием мельчайших пузырьков, наполненных паром и газами, содержащимися в жидкости.

При захлопывании кавитационных пузырьков возникают ударные волны с большой амплитудой давления. Эти механические усилия являются причиной разрушительного действия ультразвука (УЗ).

Большое влияние на возникновение и течение кавитации оказывает вязкость жидкостей. С увеличением вязкости условия возникновения кавитации затрудняются.

Значительную роль в возникновении и развитии кавитации играют зародышевые центры, представляющие собой микропузырьки газов и паров, а также мельчайшие взвеси неоднородных включений в жидкости.

Для обычного процесса кавитации локальное давление может достигать 450 МПа. В условиях резонанса возникает давление, которое может превышать гидростатическое в 150 000 раз и сопровождается повышением температуры при захлопывании пузырьков, достигающей 2000 К.

Пищевые продукты представляют собой неоднородные гетерогенные среды, в силу чего воздействие УЗ на них будет чрезвычайно многообразным.

Под действием звуковых колебаний коллагенные волокна мышечной ткани мяса разрушаются, мясо становится нежным и мягким. Для этого предварительно замороженное мясо помещают в рассол, где генерируются УЗ-колеба-ния. Возможен также непосредственный контакт мяса с источником УЗ.

УЗ-обработка шкур при тузлуковании сокращает процесс в 2-3 раза, при этом резко улучшаются санитарно-гигиенические условия, наблюдается очистка поверхности шкур от микроорганизмов.

Под действием УЗ происходит гемолиз крови, при чем оптимальная частота составляет 100 кГц. УЗ ускоряет диффузионные процессы, резко ускоряет посол мяса, при этом наблюдается частотная зависимость процесса обработки с максимумом на 750 кГц.

Диспергирующая и эмульгирующая способность УЗ весьма ценна для пищевой технологии, так как, используя это явление, удается получать различные гомогенизаторы и стойкие эмульсии.

В мясной промышленности этот метод используют при получении жировых эмульсий, предназначенных для колбасного производства. Если добавить жировую эмульсию в фарш сосисок и сарделек, то повышается его влагоудерживающая способность и обеспечивается более строгое соотношение составляющих компонентов (белок, жир, вода). Кроме того, применение жировых эмульсий позволяет перерабатывать на колбасные изделия размороженное мясо без предварительной выдержки его в посоле.

При оценке действия УЗ на пищевые продукты необходимо учитывать и его химическое воздействие. Так, под воздействием кавитации в водных средах может образовываться перекись водорода, которая при распаде выделяет атомарный кислород. При воздействии с жирами кислород ухудшает их свойства.

Колебательные возмущения среды ускоряют процесс тепло- и массообмена. Механизм воздействия акустических колебаний в обоих процессах аналогичен. В основном он сводится к воздействию на ламинарно движущуюся жидкость и на пограничный слой при турбулентном движении. Под действием колебаний ламинарный поток деформируется - происходит его турбулизация, что приводит к усилению теплообмена.

Следует учитывать, что не всегда вибрации улучшают теплообмен; так, в случае кипения жидкости принудительные колебания ухудшают процесс теплоотдачи.

Процесс массообмена под действием вынужденных колебаний ускоряется в результате:

  • перемешивания взаимодействующих фаз;

  • образования циркуляционных токов внутри каждой фазы;

  • устранения застойных зон вблизи поверхности фазового контакта.

Важным является использование УЗ колебаний в процессе сушки. Использование УЗ позволяет вести сушку при температурах значительно ниже тех, которые допустимы при более высокой скорости сушки.

Бактерицидное действие ультразвука зависит от интенсивности звука и кавитации. При высокой интенсивности звука распад бактериальной клетки происходит чрезвычайно быстро (1/200 секунд).

Под действием ультразвука быстро погибают грамположительные и грамотрицательные анаэробные и аэробные, патогенные и непатогенные бактерии. Весьма чувствительны к ультразвуку палочковидные, кокковые, лучистые грибки и другие микроорганизмы.

Бактерицидный эффект ультразвука проявляется тем сильнее, чем меньше концентрация микроорганизмов.

На диспергирующей (образование однородной устойчивой системы «жидкость - твердое тело») и эмульгирующей («жидкость - жидкость») способности ультразвука основана работа ряда гомогенезаторов. С помощью ультразвука удается получать эмульсии с размером частиц 1 мкм.

В мясной промышленности этот метод используют при получении жировых эмульсий, предназначенных для колбасного производства. Если добавить жировую эмульсию в фарш сосисек и сарделек, то повышается его влагоудерживающая способность (ВУС) и обеспечивается более строгое соотношение составляющих компонентов (белок : вода : жир). Кроме того, применение жировых эмульсий позволяет перерабатывать на колбасные изделия размороженное мясо без предварительной выдержки его в посоле.





Глава 8. ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

^ РАДИАЦИОННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ


Известно много типов радиационных (ионизирующих) излучений, но большинство из них нельзя применять для обработки пищевых продуктов. Для этой цели используют только рентгеновское и -излучение и поток ускоренных электронов.

Рентгеновские и -излучения имеют электромагнитную волновую природу. Они, свободно проникая через многие вещества (дерево, металлические пластинки, живую ткань и т.п.), вызывают иониза­цию, т.е. процесс, при котором из нейтральных молекул и атомов вещества образуются ионы (положительно и отрицательно заряжен­ные частицы).

-Излучение наиболее широко применяется в практике лучевой обработки самых различных пищевых продуктов. Это объясняется тем, что источники -излучения сравнительно дешевы. В качестве источников -излучения чаще всего используют препараты Со60. Большая проникающая способность -излу-чения позволяет обраба­тывать продукты большого размера и в крупной упаковке. Энергия -излучения от Со60 находится в пределах, при которых не возникает наведенной радиоактивности в облученных продуктах, т.е. продукт не становится радиоактивным.

Применение ионизирующих излучений открывает совершенно но­вые воз-можности сохранения пищевых продуктов, так как при этом не происходит сколько-нибудь существенного повышения температу­ры. Это положение дает возможность решить по-новому вопросы упаковки, используя для мясных продуктов полимерные материалы.

Однако проблемой при использовании ионизирующих излучений является предохранение самого продукта от влияния тех доз радиа­ции, которые нужны для уничтожения микроорганизмов.

На жиры, сушеные продукты ионизирующие излучения оказы­вают прямое действие, которое и является основной причиной всех изменений. На мясо и другие продукты, содержащие большое коли­чество воды, ионизирующие излучения оказывают в основном кос­венное действие. Это связано с тем, что под действием ионизирую­щей радиации изменениям подвергается в первую очередь вода. Про­исходит радиолиз воды - образование свободных радикалов ОН', Н0'2, Н'. Свободные радикалы обладают большой реакционной спо­собностью. Они могут соединяться не только один с другим, но и легко реагировать с растворенными в воде веществами, образуя раз­личные соединения.

При использовании ионизирующих излучений для обработки ка­ких-либо объектов решающее значение имеет точное определение ко­личества ионизирующего излучения, которое поглощается веществом, т.е. поглощенной дозы.

Одним из отличий лучевой стерилизации от термической являет­ся то, что между облучением продуктов дозами, абсолютно смер­тельными для микроорганизмов, и гибелью последних проходит про­межуток времени, в течение которого еще продолжаются процессы обмена веществ в микробных клетках. Отмирание микроорганизмов после облучения абсолютно смертельными дозами может продол­жаться в течение нескольких десятков часов.

В связи со специфичностью действия ионизирующих излучений на микрофлору группой специалистов Международного агентства по использованию атомной энергии разработана специальная термино­логия. Промышленное консервирование с помощью ионизирующих излучений предложено называть радиационной аппертизацией (по имени Аппера, предложившего тепловую стерилизацию), или сокра­щенно рааппертизацией. Обработку, достаточную лишь для увели­чения длительности хранения, предложено называть радуризацией (radiare - излучать и durare - продлевать) вместо терминов «луче­вая пастеризация», «облучение нестерилизующими дозами». Кроме того, предложен термин радисидация (radiare - излучать и ocsidere - убивать), предназначенный для обозначения обработки ионизирующими излучениями, обеспечивающими подавление определенных нежела­тельных микроорганизмов или простейших организмов, например, сальмонелл, трихинелл.

^ Влияние на микроорганизмы. В результате воздействия ионизирующих излучений в живых клетках возникают многообразные патологические изменения, приво­дящие к нарушению нормальных биохимических, физиологических и других процессов.

Действие ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от парциального давления кислорода, содержания воды в продукте, наличия в среде «защитных» веществ, таких как некоторые амино­кислоты, органические кислоты, альдегиды, спирты и др. Имеет так­же значение физиологическое состояние микроорганизмов в момент облучения.

Микроорганизмы, находящиеся в буферном растворе, как пра­вило, менее устойчивы к облучению, чем в средах, содержащих в своем составе глюкозу, аминокислоты и другие соединения, обладаю­щие защитными свойствами.

Биологическое действие излучения зависит не только от вели­чины, но и от мощности дозы. Одним из наиболее повреждаемых звеньев обмена веществ микроорганизмов при их облучении является нуклеиновый обмен. Восприимчивость различных видов микроорганизмов и различ­ных клеток сложного организма к воздействию ионизирующих излу­чений колеблется в широких пределах: чем крупнее и сложнее клет­ка или организм, тем восприимчивее они к повреждению ионизирующими излучениями.

Характерной особенностью действия ионизирующего излучения является большая разница в дозах, требующихся для прекращения жизнедеятельности 50 и 100 % микроорганизмов. Если в первом слу­чае требуется несколько сотен Дж/кг, то во втором - необходимая доза составляет (1,5-4,5)101 Дж/кг.

Споры бактерий весьма устойчивы к облучению, поэтому для снижения дозы облучения желательно понизить их радиоустойчи­вость. Это достигается комбинированным воздействием нагревания или антибиотиков и ионизирующего облучения. Предварительная те­пловая обработка более эффективна, чем тепловая обработка, при­меняемая после облучения.

Под действием ионизирующих излучений структурные элементы клеток изменяются, главным образом ядро, что приводит к сниже­нию их физиологической активности и нарушению функций размно­жения.

^ Влияние на мясо. Под действием ионизирующих излучений изменяется цвет мяса, появляются специфические, не свойственные ему, запах и привкус, иногда изменяется консистенция.

В мясе, облученном в мороженом состоянии, окраска изменяет­ся в меньшей степени, чем в охлажденном, но иногда появляется коричневый оттенок, иногда зеленоватый. Образование зеленого пиг­мента зависит от рН и связано с присутствием таких соединений, как сероводород и цистеин. При обработке ионизирующими излуче­ниями вареного мяса нормальный серо-коричневый пигмент (гематин) превращается в нехарактерный красный (гемохромоген).

Совместное применение нитрита с аскорбинатом натрия может способствовать улучшению цвета облученного соленого мяса. Кроме того, в сохранении цвета мясных продуктов играет роль применение вакуумной упаковки и снижение дозы облучения.

В мясе, подвергнутом облучению, обнаружены изменения его составных частей: белков, жиров и др.

Многие исследователи считают, что источником образования соединений с неприятным запахом могут являться серосодержащие аминокислоты, в частности соединения типа глютатиона.

При облучении говядины -лучами в дозах (l,3-l,5)104 Дж/кг наблюдали значительное понижение содержания глютатиона в ре­зультате распада его восстановленной формы.

В больших количествах в облученных мясопродуктах образуют­ся карбонильные соединения. Это дает основание полагать, что они являются основными компонентами запаха облученного мяса. Кар­бонильные соединения образуются не только в жировой, но и в мы­шечной ткани мяса, хотя и в разных количествах. Такие соединения, как акролеин и кротоиовый альдегид, которые образуются из жи­ровой ткани облученного мяса, по-видимому, способствуют образо­ванию специфического запаха облучения.

Образцы мяса, облученные дозами 2,33103 и 3,77103 Дж/кг, содержали в 10-20 раз больше летучих аминов, чем необлученные образцы мяса. Очевидно, амины так же могут участвовать в образо­вании запаха облученного мяса.

Действие ионизирующей радиации на жиры напоминает окисле­ние. Гидроперекиси, полученные при облучении -лучами метилолеата, не отличаются по своему строению от гидроперекисей, получае­мых при термическом окислении. При облучении дозой 3103 Дж/кг жиров и жирных кислот образуются различные продукты.

Мясные продукты имеют различную чувствительность к измене­нию органолептических свойств под воздействием ионизирующего облучения. Так, меньше неприятного запаха и вкуса развивается в свинине, чем в говядине, телятине и баранине. Вкус тощей говядины при облучении изменяется сильнее, чем мяса нормальной упитан­ности.

Наименьшие изменения вкуса и запаха претерпевают под влия­нием облучения вареные мясные продукты, некоторые кулинарные изделия из говядины, свинина, мясо кур и кроликов, печень и почки говяжьи.

Для многих продуктов установлены пороговые дозы, выше ко­торых облучение изменяет органолептические свойства продуктов.

Так, работами, проведенными в ФРГ, пороговые дозы для говядины установлены 0,9104 Дж/кг, куриного мяса - 1,8104 Дж/кг и свини­ны - 3,8104 Дж/кг. По данным, полученным в США, пороговые до­зы для говядины составляют 0,7104 Дж/кг, свинины - 1,7104 Дж/кг, бекона - 2,1 104 Дж/кг, ветчины - 1,2I04 Дж/кг, куриного мяса - 1,7104 Дж/кг. В английских работах указаны дозы для говядины - 0,4104 Дж/кг, куриного мяса - 0,75104 Дж/кг. Для инактивации ферментов требу­ются очень высокие дозы облучения. Так, при облуче­нии говядины дозой 1,6105 Дж/кг активность протеолиза уменьшается только на 50 %. В процессе хранения сыро­го мяса, стерилизованного облучением, в результате протеолиза наблюдается об­разование кристаллов тиро­зина.

Высокая температура хранения способствует раз­витию автолитических про­цессов в облученном мясе (доза 2104 Дж/кг), кото­рые протекают особенно ин­тенсивно в первый период хранения. Низкая темпера­тура хранения задерживает автолиз.

В последние годы уде­ляется большое внимание выработке режимов облуче­ния пищевых продуктов, при которых органолептические изменения не происхо­дили или были минималь­ными. Из таких способов наиболее перспективными являются облучение под ва­куумом, в инертных газах, при низких температурах, в присутствии акцепторов свободных радикалов, образующихся при облучении.

Добавление антиокислителя к облученному дозой 3103 Дж/кг свиному фаршу, содержавшему 50 % жира и находившемуся в небла­гоприятных для хранения условиях (температура 18-20 °С), тормо­зит окислительные процессы.

Улучшение качества облученного мяса достигается удалением кислорода, замораживанием до очень низкой температуры (-70 С) перед облучением и облучением при этой температуре. Полученный продукт даже при дозах 4,5103 Дж/кг не обнаруживает характерного запаха облучения. Низкие температуры хранения и вакуумная упаковка более эффективны в сохранении облученного соленого бекона, чем любые другие виды обработки.

Из способов, позволяющих снизить активность ферментов облученных продуктов, наиболее эффективными являются слабая тепло­вая обработка (60-80 °С), предубойное облучение скота небольши­ми сублетальными дозами, в результате чего в мышцах образуется адреналин. Адреналин снижает накопление молочной кислоты, что замедляет сдвиг рН в кислую сторону, а это в свою очередь спо­собствует инактивации ферментов, под влиянием которых во время хранения мяса происходит расщепление белков на аминокислоты.

Уменьшению образования привкуса способствует прерывистое облучение, когда необходимая доза дается в несколько приемов. Это приводит не только к уменьшению привкуса, но и к снижению коли­чества выживших микроорганизмов и к уменьшению окисления жира.

Витамины пищевых продуктов менее чувствительны к воздейст­вию ионизирующих излучений, чем чистые растворы этих веществ. В результате облучения сырого говяжьего фарша дозой 3104 Дж/кг разрушается пиридоксин примерно на 25 %, рибофлавин на 10 %, а содержание инозита и ниацина изменяется незначительно.


Глава 9. ИМПУЛЬСНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

^ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ


Импульсный подвод энергии к продукту вызы­вает не только количественные, но и качественные изменения процессов, что особенно специфично для электрофизических ме­тодов. Большой интерес представляет возможность аккумули­рования во времени энергии, а затем ее выделение в чрезвычай­но малые промежутки времени, что позволяет, достигая высоких значений мгновенной мощности, создавать принципиально но­вые технологические процессы.

В качестве источников импульсных нагрузок можно исполь­зовать различные системы: механические, гидравлические, элект­роимпульсные, магнитно-импульсные, оптические и др. Электро­импульсные и магнитно-импульсные системы в качестве источника энергии базируются в основном на генераторе импульсов тока (ГИТ), принципиальная разница заключается лишь в преобра­зователе электрической энергии в механическую; в первом слу­чае этим преобразователем является электродная система, по­мещенная в жидкость, во втором - система, состоящая из ин­дуктора и электропроводящей пластины (мембраны), причем по­следняя так же может находиться в жидкости.

Для формирования электрических импульсов используется ряд элементов, составляющих импульсный генератор: высоко­вольтный трансформатор, выпрямитель, батареи конденсаторов, разрядник и коммутатор и, в случае электроимпульсного метода, искровой промежуток, а для магнитно-импульсного индук­тора - электропроводная пластина-мембрана, помещенная в жид­кости внутри технологического узла.

Электроимпульсный метод основан на импульсном электриче­ском пробое жидкости при разряде конденсатора. В силу очень быстрого выделения энергии в искровом канале происходит его быстрое расширение, а в результате малой сжимаемости воды при импульсном разряде в жидкости возникает ряд эффектов: высокие импульсные давления, достигающие десятков тысяч ат­мосфер; пульсации газового пузыря; ударные волны; линейные перемещения жидкости со скоростями, достигающими сотен мет­ров в секунду; импульсная кавитация в значительном объеме жидкости; полидисперсное ультразвуковое излучение; воздей­ствие плазмы канала искры, сопровождающееся инфракрасным, ультрафиолетовым и жестким излучением; импульсные элект­ромагнит-ные поля, сопровождающие разряд.

Один импульсный разряд вызывает по крайней мере два гидравлических удара: первый - в момент образования поло­сти, второй - при ее захлопывании. При определяющих условиях (высота столба жидкости, давление, размер полости и др.) газовая полость совершает несколько пульсаций, что является логическим следствием разрыва сплошности жидкости и адиаба­тического ее сжатия.

Компоновка простейшего электроимпульсного аппарата про­ста (рис. 9.1, а): он состоит из корпуса с крышкой и двух элект­родов. В ряде случаев, по технологическим соображениям, це­лесообразно отделение зоны обработки от зоны искры с целью исключения действия отдельных факторов импульсного разря­да (рис. 9.1, б).




а) б) в)


Рис. 9.1. Принципиальные схемы импульсных аппаратов:

а) электроимпульсный: 1 - корпус; 2 - электроды;

б) мембранный электроимпульсный: 1 - корпус; 2 - электроды; 3 - мембрана;

в) магнитно-импульсный: 1 - корпус; 2 - индуктор; 3 - мембрана


Пропускание пластинами ударных волн связано обратно пропорционально с массой мембраны. Наиболее целесообразно изготовлять пластины из легких ма­териалов, например алюминиевые сплавы, с учетом их прочно­стных характеристик. При прочих равных условиях большое значение имеет форма пластины, жесткость, характер ее закреп­ления по периметру, ориентация относительно источника возму­щения и среды, в которую передается энергия.

К электроимпульсным аппаратам можно предъ­явить ряд общих требований: конструкция аппарата должна обес­печивать высокую прочность, противостоящую импульсным нагрузкам (это в равной мере относится и к мембране для мембранных аппаратов); материал аппарата должен быть химически инертен; с учетом санитарных требований конструкция аппарата должна обеспечивать возможность быстрой и полной его разборки; конструкция высоковольтного ввода должна обеспечи­вать высокую электробезопасность; система крепления электродов должна обеспечивать возможность быстрого и фиксирован­ного варьирования расстояния между ними (предпочтительной является система крепления, при которой основная часть ударных нагрузок воспринимается металлическим стержнем элект­рода); площадь контакта открытой поверхности электрода с жид­костью должна быть минимальной; изоляция электрода должна быть электрически и механически прочной; система транспорти­ровки продукта должна быть электрически безопасной; систе­ма подвески и амортизации должна обеспечивать гашение вибраций в минимальное время; системы приборов контроля должны обладать достаточной вибростойкостью и быть надежно электрически экранированы.

Приведенный перечень, естественно, не исчерпывает возможные дополнительные требования, возникающие в процессе ис­следования и разработки электроимпульсной аппаратуры.

Одним из наиболее сложных узлов в электроимпульсной ап­паратуре является система, образуемая положительным и отри­цательным электродами. Конструкция электродов является опре­деляющей для характера развития искрового канала, и с этой точки зрения она - важнейшая для всего технологического аппарата. Возможные схемы расположения электродов приведены на рис. 9.2.





Рис. 9.2. Схемы расположения электродов:

а - противопоставленные; б - параллельные;

в - коаксиальные; г - секционные


Использование импульсных методов не ограни­чивается электро- и магнитно-импульсными. Наряду с ними оп­ределенное место занимают низкочастотные вибрации, а также весьма перспективная пульсационная техника. Пульсационные методы при минимальных затратах обеспечивают довольно зна­чительную интенсификацию процессов перемешивания, гомоге­низации, экстракции, посола и др. Интенсификация межфазово­го взаимодействия компонентов при наложении пульсаций про­исходит в результате дополнительного межфазного трения и турбулизации потоков фаз. Частота следования возвратно-по­ступательных движений среды колеблется в пределах 20-300 колебаний в минуту.

Пульсаторы могут быть самых разнообразных типов. Наибо­лее известны поршневые, мембранные и сильфонные, генериру­ющие колебательное движение в колоннах или других экстра­кторах непосредственным воздействием на рабочую жидкость. На рис. 9.3 представлена схема пульсационной пневматической установки.

Сжатый, воздух




Рис. 9.3. Схема пульсационной пневматической уста­новки:

1 - ресивер; 2 - электродвигатель; 3 - пульсатор; 4 - пульсационная магистраль;

5 - аппарат; 6 - пульсационное устройство; 7 - пульсационная камера

Применение виброобработки как способа повышения влагоудерживаюшей способности колбасного фарша, изготовленного из сырья с низким значением рН, обусловлено тем, что использование низкочастотной вибрации в сочетании с механическим перемешиванием позволяет изменять физико-хими-ческие и физико-механические свой­ства веществ, имеющих коллоидную структуру, в частности, колбас­ного фарша.

Вибрационные колебания способствуют диспергированию частиц, в результате повышения степени дисперсности усиливается диффузия, значительно возрастает поглощение системой воды, за счет этого увеличивается количество осмотически связанной влаги.

Выход продуктов, изготовленных с применением вибрации фарша, на 0,9-2,1 % выше, чем продуктов, изготовленных из аналогичного экссудативного сырья. Наиболее сильное влияние виброобработка оказывает на образцы колбас, изготовленные из говядины второго сорта.

В этом случае выход колбасы, получаемой с применением виброобработки сырья с низкой величиной рН, превышает на 1,3 % выход колбасы, изготовленной из сырья с нормальной величиной рН без виброобработки.

Виброобработка оказывает влияние на цвет и консистенцию колбас. Образцы, изготовленные с применением вибрации, имеют более яркий цвет и плотную консистенцию, что подтверждается и данными по определению напряжения среза.

Гистологические исследования показали, что структура фарша, изготовленного из мяса с нормальной величиной рН, характеризуется компактностью составных частей и мелкозернистой белковой массой. Поскольку разрушенные белковые частицы фарша этой группы имеют необходимое количество свободных связей, обеспечивается агрегирование их друг с другом и связывание достаточного количества добавленной в фарш влаги.


^ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



  1. Краткие курсы по основам современных технологий переработки мяса. В 2 ч. Ч. 1. - М.: АОО «Внешторгиздат», 1997. - 213 с.

  2. Краткие курсы по основам современных технологий переработки мяса. В 2 ч. Ч. 2. - М.: АОО «Внешторгиздат», 1997. - 181 с.

  3. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1989. - 272 с.

  4. Рогов И.А., Горбатов А.В. Физические методы обработки пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1974. - 583 с.

  5. Рогов И.А., Некрутман С.В. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1986. - 361 с.

  6. Технология мяса и мясопродуктов / Л.Т. Алехина, А.С. Большаков, В.Г. Боресков и др.; под ред. И.А. Рогова. - М.: Агропромиздат, 1988. - 576 с.

  7. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов : справочник / Под ред. И.А. Рогова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.









ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение.......................................................................................................................3

Глава 1. Основы взаимодействия электромагнитных

и ультразвуковых полей с пищевыми продуктами

и биологическими объектами....................................................................7

Глава 2. Электрофизические характеристики мяса и мясопродуктов.................10

Глава 3. Электростатические методы обработки пищевых продуктов................18


^ Глава 4. Электроконтактные методы обработки пищевых продуктов

электрическим током промышленной частоты.......................................26

Глава 5. Теоретические основы высокочастотного

и сверхвысокочастотного методов нагрева мясопродуктов..................34

Глава 6. Обработка пищевых продуктов инфракрасным излучением.................38

Глава 7. Ультразвуковые методы.............................................................................48

Глава 8. Обработка пищевых продуктов радиационным излучением.................52

Глава 9. Импульсные методы обработки пищевых продуктов.............................57

Список рекомендуемой литературы........................................................................61





^ УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ


Дунаев Станислав Александрович,

Попов Александр Анатольевич


Способы интенсификации технологических

процессов в мясной отрасли


Конспект лекций


Для студентов вузов


Зав. редакцией И.Н. Журина

Редактор Н.В. Шишкина

Технические редакторы Т.В. Васильева, С.В. Арещенко

Художественный редактор Л.П. Токарева


ЛР № 020524 от 02.06.97

Подписано в печать 27.10.06. Формат 60×841/16

Бумага типографская. Гарнитура Times

Уч.-изд. л. 4. Тираж 500 экз.

Заказ № 11


Оригинал-макет изготовлен в редакционно-издательском отделе

Кемеровского технологического института пищевой промышленности

650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47


ПЛД № 44-09 от 10.10.99

Отпечатано в лаборатории множительной техники

Кемеровского технологического института пищевой промышленности

650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская, 52





Скачать 1,04 Mb.
оставить комментарий
страница3/3
Дата28.09.2011
Размер1,04 Mb.
ТипКонспект, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3
хорошо
  1
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх