Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 26 Оборудование для созревания

пищевых сред

561

УПРАЖНЕНИЯ

Предложите в виде эскизов Ваши решения инженерных задач, связанных с развитием конструкций:

- оборудования для созревания пива;

- аппаратов для массирования и созревания мяса;

- сливкосозревательных аппаратов и творожных ванн;

- машин для изолирования и созревания сыров.

Эти решения должны предполагать совершенствование, модернизацию оборудования с целью дос-

тижения одного или нескольких следующих результатов:

- повышение производительности;

- повышение качества продукции;

- улучшение условий труда рабочего с точки зрения эргономики, техники безопасности и охраны

труда;

- экономию времени на санитарное обслуживание оборудования;

- экономию времени на техническое обслуживание оборудования;

- экономию энергоресурсов;

- экономию конструкционных материалов;

- повышение технологичности конструкции с точки зрения изготовления и ремонта;

- улучшение дизайна оборудования;

- снижение себестоимости продукции другими, кроме перечисленных выше, путями.

Вместе с этими, преимущественно машиноведческими, аспектами рассмотрите возможность раз-

вития конструкций машин и аппаратов с точки зрения повышения качества самих технологических про-

цессов, которые реализуются этим оборудованием. Речь идет об увеличении точности, устойчивости,

надежности, управляемости и стабильности технологических процессов, а также о снижении их чувст-

вительности к возмущающим факторам окружающей среды.

По результатам Вашей работы сделайте заключение о том, в какой мере Ваши предложения повы-

шают готовность машин и аппаратов к эффективной автоматизации данных технологических процессов.

14 Ък 711)

Встарь богатейшими странами были те,

природа которых была наиболее обильна;

иыне же богатейшие страны

те,

которых

человек наиболее деятелен.

БОКЛЬ ГЕНРИ ТОМАС (1821-1862),

английский историк

Глава

ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ

КОПЧЕНИЯ

ПИЩЕВЫХ

СРЕД

Копчение мяса

обработка мясопродуктов пропитыванием коптильными веще-

ствами. Продукт

при

копчении претерпевает изменения, связанные

не

только

воз-

действием коптильных веществ,

но и с

температурным режимом

продолжительно-

стью обработки. Мясопродукты коптят

при

разном режиме: 18...20

°С

(холодное

копчеттие); 35...50

°С

(горячее копчение); 72... 120

°С

(запекание

дыму).

Для

полу-

чения дыма используют следующие породы древесины

(в

порядке убывающей тех-

нологической ценности): бук, дуб, береза, тополь, ольха, осина.

Копчение рыбы

обработка предварительно подсоленных рыбопродуктов орга-

ническими компонентами, образующимися

при

неполном сгорании (пиролизе) древе-

сины.

Для

копчения рыбы обычно используют древесный

дым

(дымовое копчение)

или коптильный препарат (бездымное копчение).

результате продукт приобретает

специфический цвет, аромат

вкус,

а при

холодном копчении

(при

температуре

ды-

мовоздушной смеси

до 40 °С) -

антиокислительный

бактерицидный эффекты.

Сырьем

для

производства копченой продукции являются частиковые рыбы (сом,

ры-

бец,

лещ и

др.), сельдевые (килька, сельдь, салака), сиговые (омуль,

сиг и

др.), осетро-

вые,

лососевые, скумбрия, ставрида, морской окунь, палтус, хек, камбала

и др.

Проблемы важнее решений. Решения могут

устареть,

проблемы остаются.

БОРНИЛЬС (1885-1962),

датский физик

27.1 НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КОПЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ СРЕД

В процессе обработки горячим дымом вареные колбасы, сосиски, сардельки,

полукопченые колбасы

рыбы претерпевают

ряд

весьма важных биотехнологиче-

ских изменений. Прогрев фарша

до

40...45

°С в

центре способствует приобретению

им

по

всей толщине розовато-красноватой окраски, поверхность колбасных батонов

приобретает красный

коричневым оттенком цвет. Оболочка изделий приобретает

прочность, запах копчености

теряет специфический запах. Копчение холодным

дымом используют

при

изготовлении сырокопченых изделий

из

мяса

целью при-

дания

им

особых вкусовых качеств

способности противостоять окислительной

микробиологической порче

при

длительном хранении.

зависимости

от

температу-

ры тепловой обработки рыбы различают горячее

холодное копчение.

последнее

время

все

чаще используются новые способы копчения

копчение

электрическом

поле высокого напряжения (электрокопчение)

бездымное копчение

использова-

нием коптильных препаратов (дымового масла, коптильной жидкости

др.).

Копчение рассматривается как способ обработки продуктов,

при

котором органо-

лептические показатели изделий

и их

стойкость

окислительной

бактериальной

Глава 27 Оборудование для копчения

пищевых сред

563

порче в значительной степени зависят от химического состава коптильного дыма, ко-

личества и соотношения коптильных компонентов дыма, содержащихся в продуктах

по окончании обработки их дымом или коптильными продуктами.

Коптильный дым состоит из продуктов термического распада и окисления дре-

весины, содержащихся в нем в виде мельчайших капелек и паров, а также большого

количества неконденсируемых газов (водород, углекислый газ, оксид углерода, ме-

тан и др.). Коптильный дым представляет собой аэрозоль, дисперсной средой в ко-

тором являются неконденсируемые газы, а также органические соединения, нахо-

дящиеся при данной температуре в состоянии паров.

Коптильные препараты являются перспективным направлением совершенство-

вания технологии и техники копчения пищевых продуктов. К ним относятся: «Аро-

мат копчения», «Вахтоль», «Амофил», «Геркосеф», «Жидкий дым», «Фумаром»,

«Чарзол», «Смоуктекс» и др. Все коптильные препараты делятся на препараты для

поверхностной обработки (используют при производстве рыбы холодного и горяче-

го копчения, а также формованных и структурированных продуктов в оболочках) и

на препараты для введения внутрь обрабатываемого изделия (путем инъекции для

производства различных формованных изделий, в консервах и пресервах).

В процессе копчения принимают участие как дисперсная фаза, так и дисперси-

онная среда коптильного дыма. Коптильные компоненты, сосредоточенные в дис-

персной фазе, перемещаются в коптильной камере вместе с дисперсионной средой

под действием тяги и конвекционных токов, а также под действием гравитационной

силы, диффузии и радиометрических сил. Скорость осаждения частиц дыма на про-

дукт зависит от их концентрации и степени дисперсности, температурных условий

копчения, характера и скорости движения коптильной среды и др. Компоненты па-

ровой фазы осаждаются в результате их конденсации на сухую поверхность (если

температура поверхности ниже температуры дыма). На влажную поверхность они

отлагаются преимущественно в результате абсорбции, скорость которой пропор-

циональна концентрации органических соединений в паровой фазе дыма и зависит

от влажности поверхности продукта.

После отложения компонентов дыма на поверхность продукта начинается их

перенос по направлению к центру продукта. Скорость переноса зависит от химиче-

ской природы коптильных компонентов, причем часть их задерживается на поверх-

ности или в тонком поверхностном слое, вступая в реакции взаимодействия с со-

ставными частями продукта. Глубина проникновения коптильных компонентов за-

висит от продолжительности процесса копчения, состава, свойств и состояния про-

дукта, температуры копчения и др.

В общем случае процесс копчения может быть представлен системой диффе-

ренциальных уравнений, описывающих одновременно протекающие процессы:

уравнение переноса теплоты

dt I дх =

a(d

18R

+1 / R (dt

18R))+

s(r I c

\dU I dx);

уравнение переноса влаги

I dx =

k(d

18R

+1 / R(dU

18R))+

t 18R

+1 / R(dt

/8R));

диффузии компонентов коптильного дыма

дс,/дх =

.(d

I8R

+\l R{dc, /dR))-x

.(d

Idx

i = IN,

564

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

где t - температура, К; т - время, с; а - коэффициент температуропроводности, м /с;

R - радиус, м; 8 - критерий фазового превращения; г - удельная теплота фазового

превращения, Дж/кг; с

пр

- приведенная теплоемкость продукта, Дж/(кг-К); U - вла-

госодержание, кг/кг; к - коэффициент диффузии влаги (массопроводности), м

/с;

- относительный коэффициент термодиффузии, 1/К; с - теплоемкость, Дж/(кг-К);

/ - компонент коптильного дыма; N

—

количество компонентов коптильного дыма;

- компонент диффузии /-го компонента коптильного дыма, м

/с; x

, = a

v„„ -

период (время релаксации) массообмена (концентрационного напряжения); v

, -

скорость распространения (переноса) массы /-го компонента коптильного дыма, с.

Аромат копчения в значительной степени определяется коптильными компо-

нентами, обладающими пряными оттенками запаха, такими, как фенолы (типа ме-

тилгваякола, гваякола, эвгенола, анизола, тимола, диметоксифенола и др.), соедине-

ниями типа метилциклопентенолона, отдельными веществами, входящими во фрак-

ции фенолов, но не сочетающимися с диазотированной сульфаниловой кислотой и

флуоресцирующими в УФЛ, карбонильными соединениями (например, фурфурол,

диацетил, бензойный альдегид). Некоторую роль в образовании аромата копченых

продуктов играют также компоненты дыма типа метилглиоксаля, пирокатехина и

т.п.,

вступающие с компонентами продукта, в частности с аминокислотами, в реак-

ции окислительного взаимодействия, декарбоксилирования и переаминирования с

образованием новых веществ (альдегидов и кетонов).

Вкус и аромат копченого продукта определяется, кроме того, многочисленными

химическими изменениями составных частей самого продукта (ферментативные

процессы в сырокопченых изделиях, слабое окисление липидов, изменения под дей-

ствием тепловой обработки и др.).

Скорость протекания процессов окисления жира, развиваемых по механизму

цепных вырожденно-разветвленных реакций, пропорциональна числу возникающих

при такого рода реакциях свободных радикалов R

и ROO

Бактерицидное действие коптильного дыма является результатом комбиниро-

ванного воздействия высокой температуры дыма, обезвоживания, антисептического

действия коптильных компонентов дыма и др. Бактерицидная сила различных ком-

понентов дыма зависит от их химической природы.

Содержание микроорганизмов в копченых продуктах зависит от продолжитель-

ности копчения. Отмирание микроорганизмов в толще продукта происходит и после

окончания копчения, что связано с медленной диффузией бактерицидных компо-

нентов. Коптильные компоненты дыма оказывают неодинаковое действие на раз-

личные микроорганизмы, в результате чего в остаточной микрофлоре копченостей

чаще всего преобладают кокковые формы и молочно-кислые бактерии.

Обыкновенно не те, которые знают много, а те,

которые знают мало, всего увереннее заявляют,

что та или другая задача никогда не будет

решена наукой.

ДАРВИН ЧАРЛЗ РОБЕРТ (1809-1882),

английский биолог и естествоиспытатель

27.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Оборудование для копчения мяса и рыбы непрерывного и периодического дей-

ствия можно разделить на три основные группы: автокоптилки и коптильные уста-

Глава 27 Оборудование для копчения

пищевых сред

565

новки, универсальные и автоматизированные термокамеры, термоагрегаты и дымо-

генераторы (рис. 27.1).

Оборудование для копчения мяса и рыбы

1 1 1

Автокоптилки и

Универсальные и Термоагрегаты и

коптильные автоматизированные дымогенераторы

установки термокамеры

Рис. 27.1 Классификация оборудования для копчения мяса и рыбы

Автокоптилки и коптильные установки могут быть предназначены для холодно-

го,

полугорячего и горячего копчения. Универсальные установки для копчения позво-

ляют при изменении режима производить все виды копчения. По конструкции коп-

тильные установки могут быть вертикального или башенного типа, горизонтального -

туннельного и камерного, комбинированного - горизонтально-вертикального и ро-

торного типа.

Универсальные и автоматизированные термокамеры предназначены для после-

довательной обработки одного вида продукции, а также для обработки нескольких

видов продукции.

Термоагрегаты и дымогенераторы могут быть расположены в камере, где про-

исходит копчение, или вынесены за ее пределы. В зависимости от способа получе-

ния и подвода тепла различаются дымогенераторы с самоподогревом, с электропо-

догревом, с газовым подогревом, с генерацией дыма в потоке горячего воздуха или

перегретого пара, фрикционные.

Ik ...ум заключается не только в знании, но и

ьД| в умении прилагать знание на деле...

Ш АРИСТОТЕЛЬ (584-322 до

н.э.),

Т древнегреческий философ

ученый

27.3 АВТОКОПТИЛКИ И КОПТИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Стационарная коптильная камера представляет одноэтажное или многоэтажное

кирпичное сооружение. В нижней части расположена топка, где сжигают топливо

для получения дыма или обогрева камеры. Она оборудована подвесными путями

для подачи продукта на рамах или стойках для их навешивания. На каждом этаже

камеры имеются решетки на случай падения изделий. В центре топки укладывают

мелко нарубленные дрова и засыпают их опилками, которые зажигают со стороны,

обращенной к поддуву. Плотность дыма зависит от количества воздуха, поступаю-

щего в топку. Считают нормальным, если воздух поступает в таком количестве, что

скорость его движения в коптильной камере не менее 0,12 и не более 0,25 м/с. Отно-

сительную влажность в камере поддерживают в пределах 60.. .65 %.

Стационарная коптильная камера проста в обслуживании, ее удобно загружать,

подавая продукт на рамах. Однако копчение в такой камере может быть неравно-

мерным. Это связано с тем, что состав и свойства дыма неодинаковы по высоте.

Автокоптилка малая АМ-360 (рис. 27.2) состоит из многоэтажной вертикаль-

ной кирпичной или железобетонной шахты размерами 2,52x3,2 м. Полезная нагруз-

566

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

ка автокоптилки 12 420 кг. В верхней части располагается привод, который осуще-

ствляется от электродвигателя 2 через червячный редуктор 1 и цепную передачу 3.

Посредством цепной передачи вращение передается на червячные редукторы 4. На

вал червячного колеса этих редукторов насажены приводные звездочки 5, на кото-

рые навешиваются две бесконечные пластинчато-шарнирные цепи 10, движущиеся

в вертикальном направлении. Цепи соединены между собой траверсами 9 люлечно-

го типа, подвешенными на шарнирах так, что они все время сохраняют горизон-

тальное положение и предназначены для навешивания копченостей. Скорость дви-

жения цепи 0,016 м/с, а шаг между траверсами 900 мм.

2 580 1138

Рис.

27.2 Автокоптилка малая АМ-360

Цепи автокоптилки натягиваются двумя натяжными станциями 6 грузового ти-

па. Они состоят из оси, вращающейся в двух подшипниках скольжения, смонтиро-

ванных в ползунах, и двух звездочек 7 и 8, из которых одна фиксируется шпонкой, а

другая насажена по скользящей посадке. В целях предотвращения аварии транс-

портного механизма автокоптилки предусмотрено специальное автоматическое уст-

ройство, которое включает электродвигатель привода с одновременной световой и

звуковой сигнализациями при застопоривании одной из ветвей конвейера.

В нижней части здания шахты расположена топка. От нее дымовоздушная

смесь свободно поднимается по всей шахте, равномерно воздействуя на продукт,

Глава 27 Оборудование для копчения

пищевых сред

567

вывешенный на траверсе. В верхней части автокоптилки располагается дымовая ка-

мера, потолок которой снабжен шиберами для регулирования потока дымовоздуш-

ной смеси.

Автокоптилка загружается и выгружается при движущейся цепи после предва-

рительного прогрева шахты. Загрузочные и разгрузочные двери устраиваются в со-

ответствии с расположением технологических отделений. Масса автокоптилки со-

ставляет 6300 кг.

Коптильная установка типа

AFOS

Ltd (Англия) (рис. 27.3) предназначена

для копчения мясопродуктов, птицы и рыбы. Основными элементами установки яв-

ляются коптильная камера с циркуляционным 5 и вытяжным вентиляторами, тепло-

обменники (основной 4 и дополнительный 10), дымоводы 2 и 6, воздуховоды, при-

боры контроля и управления 3. Установка может быть с одной, двумя и четырьмя

одностворчатыми дверьми. Коптильная камера содержит входную 8 и выходную 11

дымораспределительные решетки. В зависимости от вида продукт на рамах подве-

шивают или нанизывают на шомполы и устанавливают на тележках 9. Число теле-

жек соответствует числу дверей в камере. Все основные элементы установки изго-

товлены из нержавеющей стали.

Заданная температура циркулирующей в установке дымовоздушной смеси под-

держивается с помощью основного теплообменника в верхней части установки, а

при необходимости и дополнительного теплообменника, расположенного в средней

части коптильной камеры. Теплообменники могут нагреваться паром, электронагре-

вателями, а также горячей водой температурой 75 °С (только для холодного копче-

ния).

Расход пара при давлении 0,02 МПа в зависимости от модели установки со-

ставляет 32,4... 288 кг/ч. Объем подаваемой в коптильную камеру дымовоздушной

смеси, а также ее влажность регулируются открытием и закрытием шиберов 7 и 12,

расположенных в воздуховодах. Температура, влажность и расход дымовоздушной

смеси контролируются автоматически. Потребляемая мощность таких установок

составляет от 29 до 187 кВт. Число дымогенераторов 1 в установке (от одного до

двух) зависит от ее производительности. Для поддержания температуры топлива

Рис.

27.3 Коптильная установка AFOS Ltd

568

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

ниже температуры самовозгорания, а также охлаждения дыма перед подачей его в

коптильную камеру дымогенератор дополнительно оборудован охладителем, кото-

рый охлаждается циркулирующей холодной водой и расположен над колосниковой

решеткой.

Инженерные расчеты. Производительность коптильных установок в расчете

на их площадь IJ

[кг/(м

-ч)] и на их объем IJ

, [кг/(м

-ч)] можно определять по сле-

дующим формулам:

=т /(S

•

х),

где т - масса загружаемого сырья, кг; 5 - площадь, занимаемая установкой, м

; т -

продолжительность оборота, ч;

=m/[{V

)x],

где V\ - объем печи, м

; V

- объем дымогенератора, м

; F

- объем других уст-

ройств, обслуживающих установку (вентиляторы, преобразователи электрического

тока, тележки, привод и др.), м

Продолжительность оборота коптильной установки находят по формуле

= Tj + х

где Ti - продолжительность загрузки, ч; т

- продолжительность процесса, ч; тз -

продолжительность разгрузки, ч.

Расход топлива А (дрова, опилки, стружки и др.), заложенного в коптильную

камеру, определяется как

где А\ - масса топлива, заложенного в коптильную камеру, кг; А

- масса топлива,

не сгоревшего в процессе копчения, кг.

Для определения удельного количества теплоты при копчении Q (кДж/кг) в

расчете на единицу выпускаемой продукции пользуются зависимостью

-A

)/m,

где qi — низшая теплотворная способность топлива, заложенного в установку,

кДж/кг; q

—

низшая теплотворная способность топлива, выгруженного из установ-

ки,

кДж/кг.

...Именно творчество - это наивысшее

проявление человеческого духа, самый

драгоценный источник радости и счастья.

ЭНГЕЛЬГАРДТ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

(1894-1984), биохимик, академик АН СССР

27.4 УНИВЕРСАЛЬНЫЕ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ТЕРМОКАМЕРЫ

Термокамеры - тепловые аппараты периодического действия, в которых обра-

батываемые изделия находятся в неподвижном состоянии и последовательно под-

вергаются подсушке, обжарке и варке. Термокамеры подразделяются на варочные,

обжарочные, коптильные, климатические, охлаждающие и универсальные. Универ-

Глава 27 Оборудование для копчения

пищевых сред

569

сальные термокамеры позволяют совмещать большинство тепловых процессов в

диапазоне температур до 100 °С.

Термокамеры конструируют по следующим основным принципам: экономич-

ное расходование энергии, повышение пропускной способности за счет более плот-

ного размещения продукции, максимальная точность направления воздушных пото-

ков,

точное регулирование температуры и влажности, абсолютная надежность и

удобство, выброс газообразных отходов в атмосферу, не превышающий допускае-

мый нормами уровень.

Автоматизированная термокамера Я5-ФТГ (рис. 27.4) предназначена для те-

пловой обработки вареных и полукопченых колбас, сосисок и сарделек. Термокаме-

ра Я5-ФТГ имеет три модификации: односекционная - Я5-ФТГ-01, двухсекционная

Я5-ФТГ-02 и трехсекционная Я5-ФТГ-03, техническая характеристика которых при-

ведена в табл. 27.1.

Термокамера Я5-ФТГ-03 состоит из трех секций, трубопроводов, воздуховодов

4 и 8, щитов управления, обеспечивающих единый технологический цикл тепловой

обработки колбасных изделий.

Термокамера представляет собой сборную конструкцию, состоящую из торце-

вых панелей 20 с установленными в них дверями, наружных 3 и внутренних 7 боко-

вых панелей, на которых расположены калориферы 75, напорных воздуховодов 16 и

распределителей воздуха 18. Панели представляют собой сварную раму 1, запол-

ненную теплоизоляционным материалом 2. С внутренней стороны их облицовывают

листовым алюминием, с наружной - листовой сталью.

На потолочной панели 9 смонтированы вентиляторные установки, состоящие из

вентилятора 10, электродвигателя 12, подшипникового узла 11, воздуховода подсоса

воздуха, дыма и воздуховода для выброса воздуха в атмосферу.

На потолочной панели в камере установлены воздуховоды отсоса рабочей сре-

ды на рециркуляцию и воздуховоды выброса части влажной рабочей среды. Для ре-

гулирования количества воздуха и дыма, а также влажной рабочей среды, которую

необходимо удалить, установлены заслонки. Управление ими - дистанционное

пневматическое. Их положение контролируется при помощи ламп, -установленных

на верхней дверке фасада шкафа управления.

С помощью коллекторов 19 пар подается на калориферы и на варку, конденсат от-

водится от калориферов коллектором 17. Температуру внутри камеры снижают, поли-

вая стенки калорифера водой из коллектора орошения 13 и водяного коллектора 14.

Гребенка представляет собой систему трубопроводов, на которых установлены

регулирующие и измерительные приборы. Она размещена в специальном шкафу.

Гребенка рассчитана на работу одной секции термокамеры. Здесь подается пар на

калорифер (давление 400...600 кПа), на варку (давление 200 кПа) и вода для сниже-

ния температуры в камере после обжарки. Давление воды на входе в гребенку

должно быть не менее 200 кПа. Пар, поступая на гребенку, делится на два потока.

Первый поток идет на калорифер, второй - на подачу пара в камеру при режиме

«Варка». В верхней части установлен трубопровод подачи воды в термокамеру,

имеющий запорный соединительный соленоидный вентиль и манометры.

Колбасные изделия загружают в термокамеры на подвесных или напольных ра-

мах. Рамы с колбасными изделиями перемещают по подвесному пути 5, закреплен-

ному на потолочной панели при помощи подвесок 6. Рабочая среда при подсушке и

обжарке выходит из напорной части вентилятора и по воздуховоду подается на ка-

!ак 7|||

570

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

лориферы, где нагревается до 100... 105 °С и поступает на распределители воздуха.

Проходя через раму с колбасными изделиями, рабочая среда отсасывается через

воздуховоды вентилятором для рециркуляции. Часть отработавшей рабочей среды

отсасывается вентилятором вытяжной системы помещения.

Рис.

27.4 Автоматизированная термокамера Я5-ФТГ-03