К ВОПРОСУ ПОДГОТОВКИ ТОМАТНОГО СЫРЬЯ К ПЕРЕРАБОТКЕ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

6

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

естник АПК

Ставрополья

УДК 635.64:664.84

Алиев Ш. Г.

Aliyev Sh. H.

К ВОПРОСУ ПОДГОТОВКИ ТОМАТНОГО СЫРЬЯ К ПЕРЕРАБОТКЕ

TO THE QUESTION OF PREPARATION OF TOMATO FOR PROCESSING RAW

Рассматривается вопрос сортировки томатного сырья в воде с выбором технически зрелых и пригодных плодов для дальнейшей переработки и получения высококачественной томатной продукции. Анализируются условия разделения зрелых и не поврежденных помидоров от общей массы. Установлено, что точность сортирования зависит от времени, необходимого для разделения незрелой части помидоров в бункере с водой, выведены расчетные формулы для ее определения. В основе разделения помидоров по степени зрелости в воде лежит наличие существенной разницы между плотностями зрелых и незрелых плодов. Возможны три основных состояния помидора в воде: если плотность плодов больше плотности воды (зрелые помидоры) - он тонет; когда плотность плодов равна плотности воды - он находится во взвешенном состоянии; в случае, когда плотность плодов меньше плотности воды (незрелые помидоры) - они всплывают. Из расчетной формулы времени всплывания видно, что чем больше разница между плотностями воды и незрелого помидора, тем раньше они всплывают на поверхность воды, а зрелые томаты будут находиться в нижней части бункера с водой.

Ключевые слова: помидоры, зрелые помидоры, незрелые помидоры, переработка помидоров.

The question of the sort of tomato raw material in water with a choice of technically mature and suitable fruits for further processing and production of high quality tomato products. The conditions of separation of mature and damaged tomatoes on the total weight. It was found that the sorting accuracy is dependent on the time required for the separation of the immature tomatoes in the bin with water, derived formulas for determining it. On the basis of the separation of tomatoes on the degree of maturity in the water is the presence of a significant difference between the densities of mature and immature fruit. There are three main states of tomato in the water if the fruit of a density greater than the density of water (ripe tomatoes) - he sinks; when the density of the fruit is the density of water - it is suspended; when the fruit density less than the density of water (immature tomato) - they float. Of the estimated floating time of formula shows that the greater the difference in density between water and immature tomato, the earlier they float on the water surface, and mature tomatoes will be in the lower part of the hopper with water.

Key words: tomatoes, ripe tomatoes, immature tomato, processing tomatoes.

Алиев Ш. Г. -

доктор философии по технике, доцент Азербайджанский технологический университет г. Баку, Азербайджан Тел.: (994) 519-466-748 E-mail: shakiraliyev@mail.ru

Aliyev Sh. G. -

doctor of philosophy in engineering, associate Professor

Azerbaijan Technological University

Baku, Azerbaijan

Tel.: (994) 519-466-748

E-mail: shakiraliyev@mail.ru

Овощи занимают важное место в обеспечении населения продовольственными продуктами. В связи с этим обеспечение соответствия качественных показателей овощной продукции к требованиям современных стандартов является первостепенной проблемой перерабатывающей отрасли. Среди всех видов овощной продукции томатные отличаются наиболее высокой потребностью у населения.

Производство помидора, как в натуральном виде так и в виде его продукции (томатной пасты, томатного сока и т. д.) в Азербайджане занимает ведущее место. Ежегодный объем производства этой сельскохозяйственной продукции составляет около 750 тыс. тонн [1]. Большая часть томатной продукции экспортируется в зарубежные страны. В связи с вышеуказанным и условиями рыночной экономии требуется постоянное внимание в поддержании качества производимой продукции. Поставленная задача в технологической линии решается с момента подготовки сырья к переработке, сортированию и инспекции.

Сортировка производится с целью разделения плодов на однородные партии по форме, цвету, степени зрелости и размеру [2, 3]. Про-

дукция, изготовленная из рассортированного сырья, имеет более высокое качество. Одновременно с сортировкой производится инспекция сырья, при которой удаляются негодные экземпляры (испорченные, сильно загрязненные, битые, плесневелые).

Сортировку и инспекция в большинстве случаев выполняют вручную у конвейера, по которому движется сырье. Рабочие работают с обеих сторон транспортера, отбирают дефектные экземпляры и сбрасывают их в тары для удаления отходов. Качественное сырье остается на ленте транспортера, для автоматической отбраковки незрелых томатов используют фотоэлементы, реагирующие на изменение окраски плодов [4, 5]. Плоды, используемые в производстве томатной пасты, томатного сока, маринадов и т. д., должны иметь высокую массовую долю сухих веществ (не менее 5 %), хорошие вкусовые свойства, относительно крупные размеры, интенсивно-красную окраску, гладкую поверхность без ребристости, трещин и опробковавшей пятнистости, не иметь зеленого пятна около плодоножки и грубой волокнистости [6, 7, 8]. Для изготовления вышеуказанных продуктов применяют отборные плоды в стадии технической зрелости. Как недозрелые (с

в

естник АПК

Ставрополья

:№ 3(23), 2016

8 = т — = О - М ± , Ж &

а после постановок и преобразований

&ь С Р, У ^Р/Ъ2

Л

= g

1

Р

т

где

Агроинженерия

7

прозеленью), так и перезрелое сырье не пригодно для производства.

Необходимо отметить, что автоматизированные сортировальные установки с фотоэлементами не полностью удовлетворяют поставленные требования и в большинстве случаев ненадежны в эксплуатации. При их простаивании или отсутствии весьма эффективным может оказаться разделение томатов по их зрелости в жидкости. При этом необходима разработка методики расчета основных параметров установки, работающей по этому принципу.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На основе разделения помидоров по степени зрелости в жидкости лежит наличие существенной разницы между плотностями зрелых (красных) и незрелых (зеленых) помидоров. Их можно разделить в жидкости, если плотность ее будет равна 0,98-0,99 г/см3, зрелые помидоры утонут, а незрелые всплывут. Наиболее подходящая для этого жидкость - вода: ее плотность при температуре 4 °С составляет 1,0 г/см3, то есть незначительно выше оптимальной. Ее можно снизить до требуемой, добавив к воде 8...10 % этилового спирта или нагрев ее до 70.80 °С. Опытами установлено, что количество утонувших зрелых плодов почти линейно зависит от температуры воды, однако, пробыв в ней 20.60 с часть этих плодов всплывает. Таким образом, точность сортирования зависит от времени t, необходимого для разделения незрелой части плодов в бункере с водой. Этот принцип использован при разработке методики выбора качественного исходного сырья[9].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Примем помидор за шар весом О (рис. 1). Попадая в бункер с водой из точки А1 свободно без начальной скорости, он проходит путь Н1 в воздухе и Н2 - в воде, испытывая в первом случае воздействие сил сопротивления воздуха (принимаем ее равной нулю) и тяжести О, а во втором - сил тяжести (О), выталкивающей М и гидродинамического сопротивления Уравнение, описывающее движение помидора в воде, в общем виде выглядит как

^ - сечение помидора в плоскости, перпендикулярной направлению движения, м2.

Рисунок 1 - Схема сил действующих на

опускающийся помидор в бункере с водой.

( \

Причем g

1

Р

= ±а (знак «плюс» при рр>

р У

р^, знак «минус» - когда рр< р^) и ± ^р^т 1 = Ь (знак «минус» при опускании помидора, знак «плюс» - в случае подъема). Подставив эти обозначения в формулу (2) и проинтегрировав полученное уравнение, находим:

t = 1(3)

где

± а ± Ьь2

и0

скорость опускания, м/с.

Возможны три основных состояния помидора в воде: если рр>р^ - он тонет; когда рр=р^ - находится во взвешенном состоянии, а если скорость движения в воздухе не равна нулю-может утонуть (тогда а=0); в случае рр< р^ при том же условии может утонуть, а затем всплыть. Решим уравнения(З) применительно к этим состояниям приняв время th падения помидора в воздухе равным нулю, так как практически Н < 1 м и th < 0,045 с. Тогда время опускания помидора в воде для рр>р ,:

^ =

для р =рр

1

а - Ьь2

К =

- ЬЬ , (4)

4аЬ +Ьь '

1

>* 1

(5)

(1)

(2)

- Ьь2 Ь

ь0

и для рр< рравно суммарному времени опускания и подъема

&Ь "г

t пг to + ^

+

III '0 1 >= , 2 г. 2

- Ьь - а •> Ьь - а

1

помидора где

V ■ р т - масса помидора, кг; и - скорость перемещения в воде, м/с;

р , рр - соответственно плотность воды и помидора, кг/м3;

Е, - безразмерный коэффициент, зависящий от формы помидора (для шара и воды 0,22< |<0,47);

4аЬ

0 Ь 1

аг^л\ —ь +--т=

Ь \а 24 аЬ

>г - Ьь 4аЬ + Ьь '

(6)

ик - конечная скорость падения, м/с; ^ - время подъема, с; иг -скорость подъема, м/с; иЬ - начальная скорость, м/с.

Скорость и0, с которой помидор начинает погружаться в воду, равна скорости, приобретенной им в воздухе.

и

и

и

и

и

и

8

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

естник АПК

Ставрополья

Если пренебречь его сопротивлением, и0=(2§Я1)1/2. Конечная скорость о* падения помидора в воде зависит от его состояния (Н2 ^ да); при рр< р^ скорость о*=0, так как направление движения помидора изменяется; рр=р, наступит рав-

Жъ , 2 п

номерное движение, т. е. — = а - Ьъ = 0, откуда

Ж

о*=0; когда рр>р^ движение также станет равномер-

с1\)

ным, а поскольку — = а - Ьъ2 = 0, то о*=(а/Ь)1/2. Ж

Начальная скорость оЬ подъема помидора в воде равна нулю, а конечная скорость од (при рр<р, и Н2 ^ да) станет равной скорости равномерного подъема. Поэтому — = Ьъ2 - а = 0,

_ Л

откуда о=(а/Ь 1)1/2. Подставив начальные и конечные значения скоростей в (4)-(6) получим

0 = {1 = {ш ^ да. При = to + ^

■q и fq

t0 =

1 b

—==arctg -Vo =-;= -4ab V a Vab

Рисунок 2 - Схема сил действующих на поднимающийся помидор в бункере с водой.

Зная Н2о, можно определить t. Исходя из (1) и (3) напишем:

H 2o =

I '0

jvdt =JJ(-bv2 -a)dt.

to 0

Из (6) скорость падения помидора в воде:

V

= Jatg(arctg -v0 -4äbt0).

b V a

Подставив (9) в (8) и решив интеграл, получим:

H 2 = I

20 b

(

lncos

4~ä—tü - arctg J—v0

Л

- ln

1

1 b 2 1 + - V02

а после подставки t0 и преобразований по лучим:

' 1

b

H2o = jlrn 1 + —Vo2 =-Vlnl 1 + -2gHi I. (11)

2b

— a

tq = П

- H

2q

bvq - a

Из (6) при ub=0 получим

1

t =-;=

q 24a—

4a— - bvq

-1

-4ab + bva

Из (12) скорость подъема помидора

Vq =

Р = J ath(4~ä-tq),

'b 1 + ez U q

(12)

(13)

(14)

где z = 2Va-tq.

Воспользовавшись уравнением (14) из (12) получаем:

12 12 / \ -H2q = -V(bve2 -a) = —ath2Uä-ttt -1) (15)

4 n24 n2 4

1 arctg - 2gH 1. (7) a

Поскольку th2[(ab)1/2tq-1]

[(ab)1/2tq-1]>3

Когда значение «Ь» при опускании и подъеме помидора равны, сила воздействующая на падающий в воде помидор, в случае рр > р^ больше, чем при рр<рг Если для этих состояний значения Н2 одинаковы, время t0 > > . При рр<р, глубина Н2о подъема помидора в воде за время равна Н2д подъема его за время t (рис. 2).

tq = П

(8)

(9)

(10)

Время подъема помидора определим по методу обратного маятника [10]:

при LV„.q мало отличается от единицы, а в остальных случаях изменяется от нуля до единицы, когда

[(ab)1/2tq-1]>3 и -H2q=H2o время:_

^ = J _L ln|1+) (16)

a \ 2ab ^ a ) Как видно из (2), чем крупнее помидор, тем меньше «b» и больше глубина погружения его в воде (при uq>0). Из (7) и (16) следует, что чем мельче помидор, тем меньше время tin = t0 + tq. Поэтому для расчета примем помидор наибольших размеров. Если это сорт Юбилей-60, то его диаметр 6,7 см, что соответствует m=175 г. Тогда при £=0,22...0,47 значение -=(1—2) 1/см. При р=0,987...1,000 г/см3 и р^ - рр к 0,001 г/см3 значение a=1 см/с2. Подставив найденные «a» и «b» в (7) и (16), при H1=100 см получим: t0=1,57 с и tq=7,72 с, если b=1 1/см; t0=0,78 с и tq=4,65 с, когда b=2 1/см. В случае р^ - р к 10-4 г/см3. Значение a=10-1 см/с2 и b=1 1/см, время t0=4,97 с и tq=41,21 с.

Таким образом, в горячей воде незрелые помидоры можно разделить в течение 20 с, но выбрать помидор из него затруднительно. Поэтому, целесообразно пользоваться водой нормальной температуры. В этом случае цикл сепарации следует повторять через 60 с. Как показали эксперименты, большинство томатов разделяются в не подогретой воде по степени зрелости за 20.25 с., и только менее 5 % их за 25.30 с.

Из формулы (16) видно, что чем больше р^ - рр, тем раньше всплывут помидоры, поэтому наиболее зрелые томаты будут находиться в нижней части плавающего слоя. В связи с этим представляется целесообразным применение регулируемого по высоте механического рассекателя, расположенного в воде перед верхним выгрузным транспортером. Отделенную рассекателем нижнюю часть плавающих незрелых томатов следует направить на нижний выгрузной транспортер.

Представленная методика расчета сортирования томатов на зрелые и незрелые в воде дает возможность выбора режима рабочего процесса и уточнения времени раздела пригодных и качественных плодов томата, предназначенных к переработке.

a

a

Вестник АПК

Ставрополья

:№ 3(23), 2016

Агроинженерия

9

Литература

1. Экономика. Азербайджан (на азерб. языке). www.anspress.com/iqtisadiyyat/12-08-2011/bostani-viran-azerbaysan

2. Аминов М. С., Аминова Э. М., Горун Е. Г. Производство консервов. М. : Агропромиз-дат, 1987. 304 с.

3. Личко Н. М. Технология переработки продукции растениеводства. М. : Колос, 2000. 552 с.

4. Машины и аппараты пищевых производств / С. Т. Антипов, И. Т. Кретов, А. Н. Остриков [и др.]. М. : Высшая школа, 2001. 680 с.

5. Драгилев А. И., Дроздов В. С. Технологическое оборудование предприятий перерабатывающих отраслей АПК. М. : Колос, 2001. 352 с.

6. Консервы и концентраты для детского питания / Е. Т. Дмитриева, А. Н. Самсонова, Г. М. Евстегнеев [и др.]. М. : Агропромиз-дат, 1985. 246 с.

7. Мегердичев Е. Я. Технологические требования к сортам овощных и плодовых культур, предназначенных для различных видов консервирования. М. : Россельхозакаде-мия, 2003. 21 с.

8. ГОСТ 1725:85 Томаты свежие. Технические условия.

9. Гнеденко Б. В. Математика и контроль качества продукции. М. : Изд-во ЛКИ, 2007. 64 с.

10. Трофимова Т. И. Курс физики. М. : Академия, 2007. 560 с.

References

1. Economy. Azerbaijan (Azerb. language). www.anspress.com/iqtisadiyyat/12-08-2011/ bostani-viran-azerbaysan.

2. Amines M. S., Aminova E. M., Gorun, E. G., the Production of canned food. M. : Agropromizdat, 1987. 304 p.

3. Lika-N. M. The technology of processing of crop products. M. : Kolos, 2000. 552 p.

4. Machines and equipment for food production / S. T. Antipov, I. T. Kretov, A. N. Ostrikov [and others]. M. : Higher school, 2001. 680 s.

5. Dragilev A. I., Drozdov V. S. Technological equipment of enterprises processing agricultural industries. M. : Kolos, 2001. 352.

6. Canned food and concentrates for baby food / E. T. Dmitriev, A. N. Samsonov, G. M. Yevstigneev [and others]. M. : Agropromizdat, 1985. 246 p.

7. Megerdichev E. I. Technological requirements for varieties of vegetable and fruit crops destined for various types of canning. M. : Russian Academy Of Agricultural Sciences, 2003. 21 s.

8. GOST 1725:85 fresh Tomatoes. Specifications.

9. Gnedenko B. V. Mathematics and quality control. M. : Izd-vo LKI, 2007. 64 p.

10. Trofimova T. I. Course of physics. M. : Academy, 2007. 560 p.