Конспект лекций для студентов направления подготовки 15. 04. 02 Технологические машины и оборудование
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
Стефана Тѐпфля в рамках DIL (Немецкий Институт техники пищевых продуктов). Метод ударных волн. Этот метод, включая ультразвуковой диапазон волн, уже хорошо изучен для мяса. Основное воздействие волн приходится не на клеточные мембраны, а непосредственно на соединительные ткани. В частности, метод ударных волн кардинальным образом снижает продолжительность созревания говядины. Причем эффект достигается не только за счет механического воздействия, но и за счет ускорения ферментации. Интересным может быть для читателей тот факт, что в США для получения ударных волн для воздействия на продукты питания еще в 2002 г. использовались взрывчатые вещества. Альтернативно для получения ударных волн можно использовать колебания среды, создаваемые электрическими разрядами (например, разрядкой аккумулятора в водной среде или микровзрывами между контактами двух электропроводов). В настоящее время разрабатываются новые методы для воздействия пульсирующих полей на мясопродукты без использования жидкости в качестве среды. 91 12.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ МОЛОКА ДАВЛЕНИЕМ ГАЗООБРАЗНОГО АЗОТА Процесс обработки молока давлением газообразного азота заключается в насыщении молока газом под давлением в течение определенного времени и резком сбросе давления за минимальный промежуток. Весь объем рабочей емкости, которая представляет собой вертикально расположенный цилиндрический сосуд, заполняют молоком полностью без образования воздушных пробок. Заполнение всего объема рабочей емкости продуктом необходимо для того, чтобы в верхней ее части, где расположен кран для резкого сброса давления, образовалось газовое пространство с малым объемом. Чем меньше объем этого пространства, занятого сжатым газом, тем за более короткое время при сбросе давления сжатый газ выйдет из емкости, тем резче изменится давление в рабочей емкости. Затем в нижнюю часть рабочей емкости под давлением подают газ таким образом, чтобы давление в рабочей емкости повышалось плавно. Это необходимо для того, чтобы не нарушить нормальный физиологический процесс насыщения газом микроорганизмов, а также для соблюдения техники безопасности при работе с сосудами под давлением. После достижения необходимого давления производят выдержку, во время которой продолжается процесс насыщения клеток микроорганизмов растворенным газом. Следующий этап - резкий сброс давления за короткое время. Все этапы процесса производят без тепловой обработки В проводимых исследованиях были выбраны следующие технологические режимы: - давление в рабочей емкости составляло 1,4 МПа. Это обуславливается тем, что оболочки клеток микроорганизмов имеют пористую структуру и выдерживают осмотическое давление от 05 до 1,5 МПа. Поэтому величина создаваемого в рабочей емкости перепада давления должна быть выше давления, которое выдерживает клетка. Кроме того, воздействие более высокого давления, как отмечалось в обзоре литературы, приводит к возникновению индуцированного липолиза, что сопровождается повышением количества свободных жирных кислот и прогорканием молока. - время выдержки под давлением составляло 5 мин для однократного воздействия и 5 мин (2,5 и 2,5 мин) при двукратном воздействии. Время выдержки было определено с учетом существующих технологических регламентов переработки молока, и существенно не изменяет общую продолжительность выработки продукции; - кратность воздействия давления была выбрана однократная и двукратная. В литературе имеется информация о положительном влиянии многократного вакуумирования (двойного) на качество молока, поэтому была выбрана вышеуказанная кратность воздействия; - время сброса давления составляло менее 1 секунды; 92 - температура обработки составляла 6±2С. Это, во-первых, соответствует требованиям к молоку при приемке согласно ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко коровье. Сырье». Во-вторых, при механическом воздействии на молоко повышается активности нативных липаз. Основной причиной индуцированного липолиза является интенсивное смешивание молока с воздухом (воздух частично дестабилизирует оболочку шарика жира). Это происходит вследствие любой обработки, вызывающей сильное взбалтывание или встряхивание (характер воздействия других газов, например азота, такой же, как и воздуха). Для снижения степени индуцированного липолиза важно, чтобы температура была как можно ниже. Холодное молоко (температура 5С) более устойчиво к механическим воздействиям. Основным результатом является подавление микрофлоры, которое, предположительно, происходит в результате разрушения микроорганизмов при резком перепаде давлений. В результате резкого сброса давление уменьшается в 14 раз. В клетках микроорганизмов имеются пузырьки газа, которые при падении давления резко увеличивают свой объем, разрывая оболочку клетки или растягивая ее, что приводит к нарушению структуры клетки. Продукты распада микроорганизмов частично испаряются и удаляются из системы, визуально в момент сброса давления можно проследить выделение небольшого количества пара. В итоге можно констатировать достаточно существенное снижение общего уровня бактериальной загрязненности молока. Обработка молока азотом не оказывает влияния на органолептические свойства, не снижает массовую долю жира, белка, лактозы, сухого обезжиренного молочного остатка, содержание витамина С, плотность, вязкость и термоустойчивость. Количественное содержание основных компонентов молока, а именно массовой доли жира, белка, лактозы, COMO и витамина С в контрольных и обработанных партиях существенно не изменяется, следовательно данная обработка не изменяет питательную ценность молока, что является достаточно положительным фактом Механические воздействия на молоко в основном сопровождаются изменениями степени дисперсности и стабильности жировой фазы. Также может изменяться структура и свойства казеина и сывороточных белков. При исследовании размеров жировых шариков в контрольных и обработанных партиях прослеживается некоторое уменьшение среднего диаметра на 11–20%. Это можно объяснить следующим - при резком перепаде давления в емкости разрушению подвергались наиболее крупные жировые шарики, также очевидно, что на эффективность дробления жировых шариков влияла кратность обработки молока. Обработку целесообразно проводить непосредственно после приемки молока-сырья перед резервированием и использовать однократный режим обработки давлением р=1,4 МПа с выдержкой 5 мин при температуре 6±2°С. 93 12.3 СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШКА Сублимационная сушка основана на способности льда при определенных условиях испаряться, минуя жидкую фазу. Сублимационная сушка имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными методами консервирования: исключается необходимость холодильного хранения, так как сухие продукты могут длительное время храниться при положительных температурах; значительно уменьшается масса продуктов после сушки, следовательно, снижаются расходы на погрузочно-разгрузочные работы и транспортировку; упрощается система реализации и удлиняются сроки их реализации; вкусовые качества изменяются незначительно. Для проведения процесса сублимационной сушки необходимо соблюдение двух обязательных условий: наличие основной части влаги в продукте (не менее 70%) в твердом агрегатном состоянии; поддержание достаточной разницы парциальных давлении паров воды и в окружающей среде. Сублимационная сушка возможна, когда давление паров окружающей среды ниже давления в тройной точке О. При этом лед, минуя жидкую фазу, превращается в пар, который ассимилируется окружающей средой или конденсируется на холодной поверхности испарителя. Рисунок 12.1 – Диаграмма состояния воды: I-VIII – различные модификации льда 94 В процессе сушки в зону парообразования непрерывно должна подводиться энергия в количестве, достаточном для компенсации теплоты фазового превращения. Подвод теплоты в зону парообразования усложняется по мере продвижения этой зоны вглубь продукта. Образующийся слой подсохшего продукта оказывает сопротивление как переходу пара из зоны парообразования к поверхности продукта, так и передаче теплоты снаружи в зону парообразования. Сублимационная сушка продуктов позволяет отлично сохранять их пищевые качества. Этот способ консервирования появился не так давно. Его применение позволяет сохранить витамины и белки, а так же запах свежих продуктов. Характеризуется значительным снижением массы переработанной продукции. После упаковывания в герметичную упаковку срок хранения такие продукты могут храниться годами, не снижая своих вкусовых качеств и характеристик. По технологии переработки продукции методом сублимационной сушки на первом этапе производят быструю заморозку. После этого продукты отправляют в вакуумную камеру. Давление в ней снижается до 2,7-8 Па. При таких условиях лѐд быстро испаряется. Данный процесс эндотермический, т.е. проходит с поглощением тепла. Температура продукта будет снижаться. Для того чтобы удержать еѐ в заданных пределах нужно осуществлять возгонку льда. Этот процесс заключается в подведении тепла от внешних источников в зону сушки. Рисунок 12.2 – Аппарат для сушки Один из вариантов сушки при сублимации продуктов – излучения тепла от пластин. Они нагреваются горячей жидкостью. Размещают пластины в самой вакуумной камере рядом с замороженными продуктами. Через какое-то время лѐд почти полностью испарится. При этом продукт станет похож на губку. Масса его сильно снизится. Чтобы удалить испарившуюся влагу, еѐ 95 конденсируют на специально предназначенных для этого пластинах. Их температура должна быть ниже -55°C. С пластин следует регулярно счищать образовывающийся на них лѐд. После сублимационной сушки продукты упаковывают в полиэтилен. Причѐм упаковка должна быть герметичной. Благодаря этому для хранения продуктов не требуется специальных условий и низких температур. Самой ответственной и продолжительной по времени операцией при сушке теплоизлучением – возгонка льда. При подведении теплоты возгонки нужно учесть следующие обстоятельства. Начальная температура поверхности продукта составляет от -40 до -50°C. По мере высыхания продукта зона сушки (поверхность возгонки) смещается вглубь. При этом высушенная поверхность продукта вследствие плохой теплопроводности снижает эффективность подвода тепла к замороженным внутренним слоям. Из-за этого процесс сушки при использовании теплоизлучения занимает довольно длительное время (от 8 до 24 часов). Можно увеличить температуру нагревательных пластин и сократить время сушки. Но в этом случае есть риск перегрева высушенных наружных слоѐв. Можно пойти другим путѐм и применить другой способ нагрева продукта. Он заключается в использовании сверхвысокочастотного излучения. Это позволяет распределить тепло равномерно по всему объѐму продукта. Благодаря этому время сушки сокращается как минимум в 10 раз, а значит, снижается себестоимость самого процесса (примерно в 2-5 раз). Уменьшение времени сушки позволяет повысить качество получаемой продукции. Но и это ещѐ не все плюсы. Сократив время сушки в 10 раз можно перейти от камерных установок к конвейерным. Это даѐт возможность снизить расходы на организацию производства по сублимационной сушки продукции с применением технологии СВЧ на 30% по сравнению с использованием теплового нагрева. На первом этапе по технологии сублимационной сушки с использованием СВЧ нагрева мощность излучения нужно увеличить. Однако нужно следить за тем, чтобы не произошел пробой с образованием электрического дугового СВЧ разряда. Размораживание продукта так же не допустимо. Образование дугового разряда приводит к снижению мощности излучения и подгоранию верхних слоѐв продукта. Следует учитывать, что напряжения пробоя электрического поля при атмосферном давлении составляет 30000 В/см, а при давлении в камере 13,3-40 Па всего100 В/см в импульсе. Для рабочего давления в камере равном 8 Па напряжение пробоя будет больше 170 В/см для частоты излучения в 915 МГц. При 2450 МГц пробой превысит 400 В/см. Так как поверхностные слои высушиваются раньше внутренних, то их температура сильно возрастает вплоть до положительных величин и может составлять десятки градусов. Для каждого продукта существует своя строго определѐнная максимальная температура сушки, которую нельзя превышать. Например, технология сублимационной сушки говядины не допускает превышение порога температуры в +50°C. Для свинины тот предел составляет +40°C. Вывод: для предотвращения перегрева поверхностных слоѐв продукции на окончательном этапе сушки следует снизить мощность СВЧ излучения. 96 В заключение несколько слов о том, как избежать пробоя. Прежде всего, конструкция сушильной камеры должна обеспечивать максимальное значение электрического поля в продукте, а не в окружающем его вакууме. Самая простая конструкция сублимационной сушилки предполагает размещение продуктов между широкими прямоугольными стенками волновода. Вопросы для самоконтроля по теме 12: 1. Как давление используется при обработке продуктов питания? 2. Как производится обработка продуктов высоким давлением? 3. В каких случаях для обработки пищевых продуктов используется низкое давление? 4. Приведите примеры обработки и виды оборудования для обработки продуктов с помощью высокого и низкого давления. 5. Охарактеризовать метод обработки продуктов газообразным азотом с резким сбросом давления. 6. Какие методы обработки пищевых продуктов являются нетермическими? 7. Какие из нетермических методов являются самыми популярными настоящее время? 8. В чѐм суть метода высокого гидростатического давления? 9. Какие, из методов наиболее актуальны с точки зрения синтеза процессов обработки пищевых продуктов? 10. Какие недостатки имеет метод пульсирующих электрических полей? 11. Что такое электропорация? 12. Какой метод позволяет обеспечить равномерность распределения нитритно-посолочной смеси при изготовлении вареных окороков и ветчин? 13. Какие существуют новые методы для воздействия пульсирующих полей на мясопродукты без использования жидкости в качестве среды? 14. В чѐм заключается метод ударных волн? 15. Используются ли взрывчатые вещества для воздействия на продукт? 16. В чѐм заключается процесс обработки молока давлением газообразного азота? 17. Объясните все этапы процесса обработки молока давлением газообразного азота. 18. Что даѐт резкий сброс давления при обработке продуктов высоким давлением? 19. Какая температура рекомендуется при обработке продуктов высоким давлением? 20. На чѐм основан процесссублимационной сушки? 21. Какие преимущества имеет сублимационная сушка по сравнению с традиционными методами консервирования? 22. Для чего на первом этапе сублимационной сушки производят быструю заморозку? Рекомендованная литература: [1, 3, 4, 6, 8, 9,13]. 97 Список использованной и рекомендуемой литературы Основная литература: 1. Арсеньев, В.В. Технологическое оборудование для разделения жидких и сыпучих неоднородных систем пищевых производств: Методические указания к лабораторной работе для студентов спец. 260601 очной и заочной форм обучения [Электронный ресурс] : метод. указ. / В.В. Арсеньев, Е.В. Мовчанюк, Е.И. Верболоз. — Электрон. дан. — Санкт- Петербург : НИУ ИТМО, 2011. — 21 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/43521. — Загл. с экрана. 2. Гуринович, Г.В. Технология обработки продуктов убоя: учеб. пособие [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Г.В. Гуринович, О.М. Мышалова, И.С. Патракова. — Электрон. дан. — Кемерово : КемТИПП, 2016. — 185 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/99580. — Загл. с экрана. 3. Иголкин, А.Ф. Расчет и выбор посадок и параметров геометрической точности деталей и узлов оборудования пищевых производств [Электронный ресурс] : учеб.-метод. пособие / А.Ф. Иголкин, С.А. Вологжанина, О.А. Федорова. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : НИУ ИТМО, 2013. — 79 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/71050. — Загл. с экрана. 4. Курочкин, А.А. Технологическое оборудование пищевых производств [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А.А. Курочкин, Г.В. Шабурова. — Электрон. дан. — Пенза : ПензГТУ, 2015. — 440 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/62571. — Загл. с экрана. 5. Лисин, П.А. Современное технологическое оборудование для тепловой обработки молока и молочных продуктов: пастеризационные установки, подогреватели, охладители, заквасочники [Электронный ресурс] : учеб. пособие / П.А. Лисин, К.К. Полянский, Н.А. Миллер. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : ГИОРД, 2011. — 136 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/4903. — Загл. с экрана. 6. Никифорова, Т.А. Введение в технологии производства продуктов питания: конспект лекций: в 2 Ч. Часть 1 [Электронный ресурс] / Т.А. Никифорова, Е.В. Волошин. — Электрон. дан. — Оренбург : ОГУ, 2015. — 135 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/98066. — Загл. с экрана. 7. Николаев, Б.Л. Тепловые процессы и оборудование для тепловой обработки жиросодержащих молочных продуктов: учеб.-метод. пособие [Электронный ресурс] : учеб.-метод. пособие / Б.Л. Николаев, Л.К. Николаев. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : ГИОРД, 2014. — 296 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/69869. — Загл. с экрана. Дополнительная литература 8. Омаров, Р.С. Пищевые и биологически активные добавки в производстве продуктов питания [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Р.С. Омаров, 98 О.В. Сычева. — Электрон. дан. — Ставрополь : СтГАУ, 2015. — 64 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/82195. — Загл. с экрана. 9. Разговоров, П.Б. Расчеты технологического оборудования пищевых производств [Электронный ресурс] : учеб. пособие — Электрон. дан. — Иваново : ИГХТУ, 2013. — 100 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/64136. — Загл. с экрана. 10. Сорокопуд, А.Ф. Технологическое оборудование. Курсовое и дипломное проектирование технологического оборудования пищевых производств [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А.Ф. Сорокопуд, В.И. Петров. — Электрон. дан. — Кемерово : КемТИПП, 2006. — 108 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/4617. — Загл. с экрана. 11. Терещук, Л.В. Физиолого-биохимические основы производства продуктов питания [Электронный ресурс] : учеб. пособие / Л.В. Терещук, К.В. Старовойтова. — Электрон. дан. — Кемерово : КемТИПП, 2016. — 103 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/99576. — Загл. с экрана. 12. Хозяев, И.А. Проектирование технологического оборудования пищевых производств [Электронный ресурс] : учеб. пособие — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : Лань, 2011. — 272 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/4128. — Загл. с экрана. 13. Кабанова Т. В. Влияние давления газообразного азота на микробиологические и биотехнологические свойства молока : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.00.23 / Кабанова Татьяна Викторовна; [Место защиты: Всерос. науч.-исслед. ин-т животноводства]. - п. Дубровицы, Моск. обл., 2008. - 116 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-3/342. Александр Леонидович Фалько Конспект лекций по дисциплине «Специальные методы обработки продуктов питания» для студентов направления подготовки 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» очной и заочной форм обучения Тираж _____экз. Подписано к печати _____________. Заказ №________. Объем ___5,367__п.л. ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет» 298309 г. Керчь, Орджоникидзе, 82. |