Конспект лекций для студентов направления подготовки 15. 04. 02 Технологические машины и оборудование
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
4 ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ Многообразие термических процессов переработки сырья, большинство из которых в силу малой теплопроводности продукта чрезвычайно продолжительны, затрудняет автоматизацию и механизацию производственных процессов. В настоящее время следует считать доказанным практическую возможность интенсификации различных технологических процессов с использованием электроконтактных методов (ЭК). Применение этих методов резко ускоряет течение процессов, повышает производительность труда, снижает потребность в производственных площадях. В пищевой промышленности прогрессивным является использование процессов, осуществляемых путем непосредственного контакта электрического тока с продуктом. Электроконтактным (ЭК) методам свойственно: простота аппаратурного оформления; высокий КПД; быстротечность; достаточно высокая равномерность температурного поля; доступность контроля и регулирование энергетических параметров. Для ЭК методов может применяться как ток постоянной, так и ток переменной частоты, кроме того, может применяться ток различной частоты. В последнее время получил развитие один из ЭК процессов – электростимуляция парного мяса с целью улучшения его качественных показателей. Этот процесс используют для предотвращения «холодового» сжатия мышц при интенсивной холодильной обработке и для увеличения нежности мяса. В его основе лежит процесс сокращения мышечных волокон под действием электрического тока. После убоя животных в тканях развивается комплекс изменений, которые в итоге влияют на качество готового продукта. Изменения протекают достаточно медленно (в течение нескольких суток: говядина 14-20 суток), и это, естественно, при промышленной переработке в больших масштабах требует существенных площадей и соответственно значительных затрат энергии на поддержание температурно-влажностного режима. При использовании электростимуляции данный процесс сокращается до 5-6 суток. Под созреванием мяса понимают комплекс ферментативных процессов, протекающих после прекращения жизни животного, в результате чего происходит размягчение мышечной ткани и накопление в мясе веществ, улучшающих его вкус и аромат. В результате некоторого промежутка времени воздействия электрического тока на парное мясо оно подвергается размягчению. Электростимуляцию можно применять на стадии обескровливания либо на стадии передачи туш, полутуш на холодильник. Применение электростимуляции на стадии обескровливания позволяет не только сократить длительность процессов созревания мяса, но и 37 повысить само качество мяса за счет лучшего проведения процесса обескровливания. Для проведения электростимуляции разработаны различные генераторы. Требования к ним достаточно сложны: наличие регулирования частоты следования импульсов, а также формирование их формы, обеспечение полной электробезопасности процесса. Морфологические исследования подтвердили глубокие изменения, происходящие в мышечной структуре при электростимуляции. Получение колбасных изделий из электростимулированного мяса показывает неуклонный рост выхода готового продукта при высоком качестве, т.е. электростимуляция позволяет стабилизировать выход колбасных изделий. Способность парной мышечной ткани к тетаническим сокращениям под действием электрического тока может быть использована для интенсификации процесса посола. В последние годы получил распространение процесс механической обработки мяса - массирование. Использование сократительного действия электрического тока позволяет создать новый высокоэффективный процесс – электромассирование, который сочетают с механической обработкой в массажорах. Как показали микроструктурные исследования, в образцах с электромассированием наблюдаются более глубокие изменения. Мышечные волокна в таком случае более выраженно набухают, отдельные волокна имеют зигзагообразную складчатость. Многочисленные узлы сокращений и продольная исчерченность при этом слабо различимы. Заметны изменения в соединительнотканых прослойках. Готовый продукт после термической обработки имеет монолитную структуру и высокие качественные показатели. К процессам ЭК-обработки пищевых продуктов можно отнести электроплазмолиз, который предназначен для интенсификации прессового способа извлечения сока из растительного сырья. Сокоотдача растительного сырья зависит от первоначальной степени проницаемости протоплазменной оболочки и от ее способности противостоять внешним воздействиям в процессе предварительной обработки и прессования. Поэтому любые внешние воздействия, направленные на повреждение клеточных структур, должны приводить в итоге к повышению сокоотдачи. Содержание сока в плодах и овощах достигает 90-95 %, однако при их переработке в условиях производства выход сока часто может составлять лишь 50-60 %. Электроплазмолиз не вызывает разрушение клеточных стенок и поэтому исключает переход пектиновых веществ в сок, а также способствует разрыву плазменных оболочек на более крупные частицы, которые легко задерживаются клеточными стенками при извлечении сока, что положительно сказывается на выходе сока. Эффективность электроплазмолиза зависит от ряда факторов: градиента напряжения; длительности обработки; температуры; электрофизических свойств сырья. 38 Аппараты, в которых осуществляется электроплазмолиз, принято называть электроплазмолизаторами. Их достаточно много, и они делятся на следующие типы: валковые (рисунок 4.1); камерные; транспортные; шнековые; линейные; импульсные и др. Рисунок 4.1 – Валковый электроплазмолизатор 1 - бункер для сырья; 2 - подвижный венец; 3 - неподвижный венец (валок); 4 - приемная емкость В бункер загружается лизга. Барабаны изолированы, только к поверхности подается электрический ток. Сырье подается на барабаны, сжимается и одновременно подвергается электрической обработке, в результате чего резко возрастает проницаемость клеточных оболочек и отделяется сок. Частота электрического тока 50 Гц. В камерном плазмолизаторе вынимают верхний подвижный электрод и загружают лизгу. На пластину подается ток, и она опускается вниз выдавливая сок из продукта. Продукт помещают в электроплазмолизатор, подвергают сжатию и затем пропускают ток до полного плазмолиза. После этого стружка поступает на диффузионную батарею для извлечения сахара из нее по обычной схеме. Электроплазмолизатор (рисунок 4.2) состоит из двух металлических (стальных) лент — нижней 1 и верхней 2, на которые наклепаны рифли 3, на- ходящиеся на определенном расстоянии друг от друга, образуя таким образом рабочую щель 4, причем установка ширины рабочей щели производится в зависимости от требуемого градиента потенциала. Обе металлические ленты вращаются на двух барабанах каждая, из которых барабан 5 является ведущим, а барабан 6 ведомым. Для поддержания ленты в натянутом состоянии установлена натяжная станция 7. Нижняя металлическая лента длиннее верхней и на нее с ленточного транспортера 8 (резиновой ленты) с установленным электроблокатором поступает стружка. Стружка разравнивается при помощи разравнителя 9,представляющего собой грибок с поступательно-возвратным движением вдоль ленты. Сжатие стружки осуществляется при помощи системы 39 прижимных роликов 10, катящихся по внутренней поверхности верхней ленты. Подшипники роликов движутся в параллелях //, причем прижатие роликов осуществляется при помощи пружин 12 и регулирующих винтов 13. Чтобы избежать короткого замыкания, на параллелях установлены ограничители 14. С внутренней стороны нижней ленты находится система поддерживающих роликов 15, подшипники которых жестко закреплены. На осях роликов обеих систем установлены контактные кольца 16, к которым через щетки 17 подведен ток. По обеим сторонам двух лент установлены жесткие диэлектрические бо- ковины 18, примыкающие к нижней ленте, в то время как верхняя лента может свободно двигаться между ними, сжимая таким образом стружку. Внешние стороны лент поддерживаются роликами 19, обтянутыми резиной. Верхняя и нижняя ленты с прижимной и питательной системой электрически изолированы друг от друга. Для принятия электроплазмолизированной стружки установлен ленточный транспортер 20 с электроблокатором 21. Ведущий барабан верхней ленты электроплазмолизатора приводится в движение при помощи электродвигателя, который через, редуктор приводит во. вращение вал 22. Ведущий барабан нижней ленты связан с ведущим барабаном верхней ленты при помощи двух зубчатых шестерен 23. Для успешной работы электроплазмолизатора необходимо, чтобы ленты имели одинаковую скорость. Стружка с бункера поступает на подающий транспортер и затем на нижнюю ленту электроплазмолизатора. Разравнитель, установленный на большей высоте, чем рабочая шель, равномерно распределяет стружку по ленте; затем слой стружки попадает между двумя лентами, сжимаясь и одновременно подвергаясь воздействию электрического тока. Таким образом, электроплазмолиз производится под давлением. Рисунок 4.2 – Ленточный плазмолизатор Процесс электрофлотации позволяет разделить жидкие неоднородные системы. Сущность процесса состоит в разложении постоянным электрическим 40 током воды на водород и кислород и выделении их в виде очень мелких пузырьков, осаждающихся на поверхности твердой фазы и увлекающих ее вверх. Для флотации используют в основном пузырьки водорода, выделяющиеся на катоде, так как он обладает большей подъемной силой и количество их в 2 раза больше. Кроме того, пузырьки водорода пронизывают весь объем флотируемой жидкости, вытесняют кислород, тем самым снижая уровень окислительно-восстановительного потенциала, т.е. в электрофлотаторе наряду с разделением фаз происходит эффективная деаэракция продукта. Электрофлотация широко используется в промышленности: в мясной – для очистки сточных вод, позволяет извлекать до 90-95 % жира; для очистки виноградного сока и др. Аппараты, которые применяются для электрофлотации, принято называть электрофлотаторами. По конструкции электрофлотаторы делятся на 3 типа: 1. Аппарат с горизонтальным расположением дна и катодом и вертикально установленным анодом (рисунок 4.3). 2. Однокамерные аппараты с наклонным расположением дна и электродов. 3. Многосекционные аппараты разных конструкций. В сосуд заливают сточную воду, подается электрический ток на катод и анод, в результате быстрого разложения воды на водород и кислород к грязным частицам налипают пузырьки водорода, они поднимаются наверх и образуют пену. Далее пена снимается, и очищенная вода сливается. Анодом является графит. В процессе эксплуатации он подвергается износу, и его необходимо заменять на новый. Многосекционные аппараты и различные модификации этого типа с наклонно расположенным днищем и электродами. Каждая секция такого аппарата является самостоятельной камерой для электрофлотации при последовательном перемещении продукта через них. Рисунок 4.3 – Электрофлотатор с горизонтальным расположением дна и катодом и вертикально установленным анодом: 1 - вертикальный сосуд; 2 - катод; 3 - анод; 4 - трубы для подачи сточной воды; 5 - патрубок для слива чистой воды; 6 - пузырьки водорода; 7 - пузырьки кислорода; 8 - пена; 9 – подставка 41 Электрофлотационные аппараты обладают рядом специфических достоинств: простотой конструкции аппарата в изготовлении и обслуживании и малым расходом электроэнергии; возможностью ведения процесса разделения в непрерывном режиме и планового регулирования скорости процессов в широких пределах; отсутствием вращающихся частей, интенсивного перемешивания и перетирания твердых частиц; возможностью флотации инертным газом и одновременной деаэрации обрабатываемой жидкости. В то же самое время имеются и недостатки: потеря некоторой части продукта с пенной «шапкой»; недолговечность диафрагмы; затруднительность использования аппаратуры при разделении систем с крупными взвесями. Несмотря на недостатки, метод электрофлотации перспективен и может быть с успехом использован в целом ряде технологических процессов. Рисунок 4.4 – Электрофлотационная установка с растворимыми анодами: 1-5 - секции; 6 - пенный продукт; 7 - трубопровод; 8 и 10 - сетки; 9 и 11 - пластины; 12 - катод; 13 – анод Электрофлотационная установка с растворимыми анодами состоит из пяти секций (рисунок 4.4). В нижней части секции 2 укреплены алюминиевые или железные электроды в виде двух наборов вертикально расположенных пластин. На дне секций 3 и 4 расположены графитовые пластины и проволочные сетки, выполняющие соответственно роли анодов и катодов. Обрабатываемая жидкость поступает в приемную секцию и последовательно переходит из секии в секцию, совершая зигзагообразный путь. Очищенная жидкость из секции 4 по специальному трубопроводу 7 переливается в секцию 5, из которой самотеком переходит в сборную емкость. Производительность установки регулируют изменением скорости поступления жидкости на входе в приемную секцию. Следующим перспективным направлением использования непосредственного подвода электроэнергии к обрабатываемому продукту является применение в пищевой промышленности процессов с использованием ЭК-нагрева (при тепловой обработке, размораживании). ЭК-нагрев обладает специфической особенностью. Быстрое возрастание температуры по всему объему изделия позволяет создать новый 42 промежуточный процесс - электростимуляцию - кратковременный процесс (15- 60 секунд) нагрева продукта (колбасного фарша) в диэлектрической форме до температуры 50-70 С. Полученные изделия обладают упругой консистенцией и хорошо сохраняют форму при дальнейшей обработке. Сущность ЭК-нагрева состоит в том, что электрический ток, проходя через продукт, обладающий сопротивлением, вызывает его нагрев. Мясо и другие продукты ввиду своей электрической природы способны проводить электрический ток, одновременно они являются частично и диэлектриками, способными оказать сопротивление движению частиц. Поэтому в результате прохождения электрического тока через продукты такого вида, в них в результате диэлектрических потерь часть электрической энергии превращается в тепло. Этот способ называют ЭК-нагревом. Серьезную проблему представляет выбор частоты тока. Электрохимические исследования показали, что приемлемой может быть признана частота 8-10 Гц. Рисунок 4.5 – Схема формования и коагуляции сосисок: / - исходное положение устройства; // - заполнение формы фаршем; /// - начало процесса термообработки; 1 - тефлоновая гильза; 2 - металлический кожух; 3 - цевка; 4 - неподвижный вогнутый электрод; 5 - питающее устройство; 6 - привод; 7 - стержень клапана; 8 - электрод-насадка На рисунке 4.5 показана установка для производства безоболочных сосисок. При работе агрегата фарш из бункера питателем подается на устройство для формования и коагуляции (рис. 4.5, а), которое работает следующим образом. Тефлоновая гильза (рис. 4.5, б), помещенная в кожухе, с помощью гидравлической системы отводится на цевку, которая соединена с питающим устройством. В левой части тефлоновой трубки находится неподвижный вогнутый электрод, в который при крайнем правом положении 43 (позиция //) упирается стержень клапана, перекрывающий отверстие в электроде-насадке. При достижении механизмом крайнего правого положения в стержне клапан выводится из отверстия в насадке, при этом фарш начинает заполнять форму. Одновременно с этим тефлоновая гильза перемещается влево до рабочего положения (позиция ///). После заполнения фаршем в форме соз- дается остаточное давление, обеспечивающее хороший контакт продукта с электродами. Скоагулированные при температуре 54-55 С сосиски попадают с кон- вейера формующего устройства в первую секцию печи. Здесь они обрабатываются смесью горячего воздуха и дымовых газов. Наиболее высокая температура достигается во второй секции печи. Затем сосиски промываются водой и осушаются сжатым воздухом. При необходимости их можно под- красить. Затем, пройдя последовательно секцию охлаждения и накопления, сосиски упаковываются. Поскольку термические процессы, связанные с использованием электронагрева, проходят быстро, то для образования устойчивого розового цвета сосисок рекомендуется добавлять в фарш аскорбинат натрия. На рисунке 4.6 приведена принципиальная схема установки для размораживания брикетов рыбы током промышленной частоты. Питание установки осуществляется непосредственно от сети. Установлено, что при хорошем качестве рыбы процесс удается ускорить в 10-15 раз. Рисунок 4.6 – Принципиальная схема размораживания брикетов рыбы током промышленной частоты При электроконтактном нагреве мясопродуктов отмечено улучшение биологической ценности готового продукта (усвояемость белков). Гистологические исследования показали лучшее бактерицидное действие ЭК- нагрева по сравнению с другими методами нагрева (ИК). То есть в целом качество готовой продукции, полученной электроконтактным методом, отвечает современным требованиям. 44 Вопросы для самоконтроля по теме 4: 1. Как обрабатываются продукты электроконтактным способом? 2. С помощью какого оборудования производится обработка продуктов злектроконтактным способом? 3. Чем доказывается интенсификация различных технологических процессов использования электроконтактных методов? 4. Что свойственно лектроконтактных методов? 5. Постоянный или переменный ток может применяться для ЭК? 6. Что такое электростимуляция парного мяса? 7. Что называют интенсивной холодильной обработкой? 8. Что требует промышленная переработка в больших масштабах с использованием данного метода? 9. Что понимают под созреванием мяса? 10. В результате чего парное мясо подвергается размягчению? 11. Для чего разработаны различные генераторы для электроконтактного метода? 12. Что подтверждают морфологические исследования продуктов? 13. Что такое электромассирование и с чем оно сочетается? 14. Что такое электроплазмолиз? 15. Каково содержание сока в плодах и овощах и сколько удается получить при переработке? 16. От каких факторов зависит эффективность электроплазмолиза? 17. Какие аппараты называют электроплазмолизаторами? 18. Назовите преимущества валкового электроплазмолизатора. 19. В чем преимущество и недостатки ленточного плазмолизатора? 20. Что такое электрофлотация? 21. Для чего применяется электрофлотация в мясной и в овощной промышленностях? 22. Какие типы электрофлотаторов Вы знаете? 23. Чем отличается электрофлотационная установка с растворимыми анодами от электрофлотатора с горизонтальным разположением дня и катода? 24. Что такое ЭК нагрев и какова его температура? 25. Какую приемлемую частоту тока для ЭК нагрева показали электрохимические исследования? 26. Поясните схему формирования и коагуляции сосисок? 27. При какой температуре происходит процесс коагуляции? 28. Поясните принципиальную схему установки для размораживания брикетов рыбы током промышленной частоты. 29. Какое улучшение биологической ценности готового продукта отмечается при электроконтактном нагреве? 30. Что показали гистологические исследования относительно лучшего бактерицидного действия ЭК-нагрев по сравнению с другими источниками нагрева (ИК- награва)? Рекомендованная литература: [2, 4, 6, 8, 9]. |