CC BY
76
664.92:637.523.274
КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА СУШКИ СЫРОКОПЧЕНЫХ КОЛБАС
В.Е. КУЦАКОВА, С.В. ФРОЛОВ, Г.Д. СТУРУА
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий,
191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9; тел./факс: (812) 571-80-16, электронная почта: georgii.sturua@atriarussia.ru
Представлены кинетические соотношения для расчета времени сушки сырокопченых колбас. Дано расчетное уравнение. Найдены коэффициенты диффузии влаги и критерий Bi. Показано, что при сушке колбас в камере Sorgo критерий Bi к 1, что означает равенство потоков влаги изнутри батона колбасы к его поверхности и от поверхности в окружающую среду. Следовательно, влажность продукта по сечению батона колбасы должна быть одинаковой.
Ключевые слова: сырокопченая колбаса, сушка, влагосодержание, коэффициент диффузии, критерий Bi.
При производстве сырокопченых колбас наиболее длительным процессом является сушка в специальных климатических камерах, в которых в течение всего периода обезвоживания поддерживаются следующие параметры воздуха: температура 13°С, относительная влажность ф 73%.
В настоящее время отсутствуют соотношения, позволяющие рассчитывать время процесса, достаточное для достижения заданной конечной влажности продукта. Также отсутствуют закономерности, позволяющие оценить коэффициент диффузии влаги в продукте. Знание этих закономерностей даст возможность обеспечить оптимальную технологию производства сырокопченых колбас.
Для получения расчетных кинетических соотношений процесса сушки была использована технология, принятая фирмой «Пит-продукт», согласно которой в климатическую камеру продукт поступает на 4-е сут после набивки и термообработки. Исследования кинетики процесса сушки сырокопченых колбас проводили в цехе производства сырокопченых колбас в камере Sorgo объемом 527 м3, вмещающей до 100 рам. На каждой раме размещали до 210 кг колбас. Рамы с подвешенными на них в 3 ряда по высоте и в 10 рядов по длине колбасными батонами загружали в камеры. В эксперименте использовали батоны, расположенные во 2-м ряду по высоте таким образом, чтобы они находились в идентичных условиях по скорости обдувания.
Исследования проводили с сырокопченными колбасами Брауншвейгская, Зернистая, Майкопская и Сервелат. При сушке и созревании колбас в камере Sorgo первоначально фиксировали изменение массы батона во времени, по которому рассчитывали его влагосодержание, определявшееся в момент загрузки и в конце каждого дня сушки при достижении заданного ГОСТ влагосодержания.
При сушке и созревании колбас наблюдается как уменьшение их веса, так и завершение преобразования фарша в новую капиллярно-пористую структуру - сырокопченую колбасу [1]. Отмечено, что с 4-х сут про-
цесса батон колбасы не претерпевает существенных структурных изменений, могущих повлиять на его физические характеристики - коэффициенты диффузии влаги внутри батона и влагоотдачи с его поверхности. Если в принятой технологии скорость преобразования структуры мала и практически не влияет на скорость удаления влаги, то масса колбасного батона будет убывать по экспоненциальному закону [2]. Поэтому при теоретической обработке экспериментальных данных использовали приближение регулярного режима. Это означает, что зависимость массы батона от времени после 4-х сут апроксимируется экспонентой регулярного режима
М(і ) = Мравн + (Мнач - Мравн )еХр(-Ш^ (1)
где М(і) - масса батона колбасы, как функция времени і, сут, г; МШч -начальная масса батона, г; Мравн - масса, которую будет иметь батон по достижении равновесного состояния с воздухом в камере (теоретически - через бесконечное время, практически - через конечное, но весьма длительное), г; ш - темп сушки, сут-1.
В качестве начального момента і = 0 брали 4-е сут процесса. Таким образом, МНач соответствовала 4-м сут после набивки батона. Неизвестными в (1) являются Мравн и ш. Чтобы их найти, запишем зависимость (1) для двух моментов времени І1 и І2 и решим получившуюся систему относительно неизвестных:
ln
m -
M нач - Mравн
M, - M„„„„
11
ln
M нач - Mравн
M, - M„„„„
t
(2)
Второе равенство в (2) представляет собой трансцендентное уравнение, из которого численно можно найти Мравн, а затем из первого равенства найти т. Проведя подобные вычисления в моменты времени 11 и ^и усредняя результаты, вычислим среднеквадратичную погрешность. Найденные значения равновесных масс и темпы сушки для четырех видов колбас приведены в табл. 1.
Таблица 1
Вид колбасы
Параметр Браун- швейгская Майкопская Зернистая Сервелат
^равн^ Г 415 426 442 428
т, сут-1 0,093 0,095 0,085 0,082
Время
сушки,
сут
Влажность 3 слоев батона, %
Браун- швейгская Зернистая Майкопская
Сервелат
W(г,і)-^равн = Жо(1-арЪ )е—Ші;р = г/Я; а =
ВІ
ВІ + Ъ
42к + ~6 — к + 1
2
1,37,
Среднеквадратичные абсолютные погрешности были одинаковы для всех видов колбас и составили: Ат 0,002 сут-1, АМравн 3 г. Следует отметить, что значения т и Мравн численно достаточно близки для разных видов сырокопченых колбас.
Далее исследовали, как соотносятся между собой скорости диффузии влаги внутри батона и влагоотдачи с поверхности батона для определения лимитирующего фактора процесса. Была проведена серия экспериментов по определению влажности различных слоев батона в процессе сушки. Из батона колбасы вырезали следующие слои: 1-й - внутренний цилиндр, радиус которого Я1 = 0,005 м; 2-й - кольцевой слой с внутренним радиусом Я1 и внешним Я2 = 0,015 м; 3-й - кольцевой слой внутренним радиусом Я2 и внешним, совпадающим с радиусом всего батона Я. Внешний радиус батона в начале процесса сушки составлял 0,025 м, а к концу уменьшался примерно до 0,0215 м. Результаты экспериментов представлены в табл. 2. В последней строке приведены найденные нами равновесные значения влажности.
Таблица 2
0 55,7 44,8 52,7 43,6
3 55,4/55,4/46,3 42,5/37,9/36,2 48,1/46,4/37,8 39,9/37,6/27,5
7 54,2/52,6/40,1 40,3/35,1/28,6 44,1/42,0/35,1 36,3/31,5/23,5
11 51,6/50,7/36,0 38,7/34,0/26,1 40,2/38,0/33,0 32,6/30,4/20,1
15 49,0/48,6/33,1 37,1/33,0/25,2 39,3/36,9/32,5 28,3/28,5/18,5
19 47,8/37,2/30,6 34,7/32,1/21,5 38,3/36,0/30,4 -
22 42,3/36,4/28,7 29,8/28,5/19,9 36,1/34,2/29,0 26,7/25,1/17,5
27,8 19,3 28,3 17,0
Численной характеристикой отношения интенсивности влагоотдачи с поверхности к влагопроводности внутри батона является диффузионное число Био ВІ. Для его нахождения воспользуемся результатами работы [2], где показано, что распределение температуры при охлаждении квазиодномерного объекта в приближении регулярного режима, а следовательно, влажности при сушке, может быть хорошо описано степенным выражением
где Ь = 0,34 м - длина батона; Ф - безразмерный коэффициент формы; т - темп сушки, сут-1, определенный в табл. 1; р - безразмерный радиус (для поверхности равен 1).
Усредним влажность от р = 0 до р = рь
Wо§ (і-аРЪ )рф
^1 — WрaBH * ------^----------------Є-Ші = Wо
/ рф
1—
2ар Ъ1
Ъ + 2
Если нам известны значения W1 и Ж2 для различных значений р1 и р2, имеем:
W —W
гг 2 гг равн
1—
2ар 2 Ъ + 2
W1 — Wр
Ъ + 2
равн 1 2ар 1
Ъ + 2
W2 —Wl
2 ^ —^равн )р 1 —^1 — ^*равН )р 2'
После этого несложно определить число Био: аЪ
ВІ
1— а
(3)
(4)
Из экспериментальных данных можно извлечь три значения влажности: первая цифра W1 в табл. 2 отвечает безразмерному р1 = 0,005/0,0215 = 0,233. Второй радиус отвечает р2 = 0,015/0,0215 = 0,698. Следует, однако, учесть, что для получения W2 нужно усреднить первую и вторую цифру табл. 2 с весовыми функциями р 1 и р 2 — р 1. Третий радиус р3 = 1, а W3 может быть получено усреднением всех трех цифр табл. 2 с весовыми функциями р 1, р2 — р 1 и 1 - р 2 соответственно. Определив число Био, используя значения темпов испарения т, можно рассчитать коэффициент диффузии влаги в батоне В, м2/с, используя соотношения [2]:
тЯ2
ш =
^ Б1(к + 1)(Б1 + V 2к + 6 )(к + 2^2к + 6 + 5)
~ 4Б12 + 4(л/2к + 6 + 2)Б1 + V2к + 6(к + 2^2к + 6 + 5)
Полученные результаты представлены в табл. 3. При этом погрешность значения числа Био составила порядка 10%.
Таблица 3
где ^^равн - равновесное значение влажности (последняя строка в табл. 2), %; Wo - некоторая константа, %; Ь - безразмерная константа, зависящая от формы тела [2]:
Ф = — = . Ь . = 0,47; к = - — 1= 1,13;
Ж 2(Я + Ь) Ф
Параметр Вид колбасы
Браун- швейгская Майкопская Зернистая Сервелат
Ві 0,77 1,23 1,08 0,82
с т, 0,093 0,095 0,085 0,082
Д 10-9 м2/с 3,6 2,6 2,5 3,0
Данные табл. 3 показывают:
Ъ
— Ші
е
о
значения чисел Био составляют порядка 1, это означает, что влагоотдача с поверхности батона и диффузия влаги внутри батона идут с соизмеримыми скоростями;
коэффициенты диффузии влаги во всех 4 видах колбасы близки и составляют порядка (2,5-3,6) • 10-9 м2/с.
Проведенный анализ свидетельствует, что оборудование, применяемое на фирме «Пит-Продукт», настроено в оптимальном режиме, так как ни одна форма передачи влаги не является лимитирующей. Например, когда лимитирующей стадией процесса является вла-
гопроводность из внутренних слоев, внешний слой батона будет пересушенным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рыжов С.А., Горбунова Н.А., Афанасов Э.Э. Кинетика сушки и созревания сырокопченых колбас // Мясная индустрия. -2006.-№10.-С. 35-36.
2. Фролов С.В., Мереминский Г.И., Поляков К.Ю. Расчет времени охлаждения пищевых объектов методом квазиодномер-ного приближения // Вестн. МАХ. - 2004. - Вып. 3. - С. 42^4.
Поступила 29.09.11 г.
KINETICS OF THE DRYING PROCESS IN RAW SAUSAGES
V.E. KUTSAKOVA, S.V. FROLOV, G.D. STURUA
Saint-Petersburg State University ofLow-Temperature and Food Technologies,
9, Lomonosova st., Saint-Petersburg, 191002; ph./fax: (812) 571-80-16, e-mail: georgii.sturua@atriarussia.ru
The kinetic relations are presented which allow to calculating the required time of the drying process of raw sausages. The estimated equation has been given. The diffusion coefficient and the Bi criterion were derived. It is shown, that the drying process of raw sausages in Sorgo maturing chamber gives us Bi criterion quite close to 1, so it can be stated that the moisture movement from the center to the surface in the sausage stick equals the moisture flow from the surface to the environment. Therefore, the humidity value in every point on cross section of the raw sausage stick must be similar.
Key words: raw sausage, drying, moisture content, diffusion coefficient, Bi criterion.
664.8.036.62
ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КОНСЕРВОВ
А.Ф. ДЕМИРОВА
Дагестанский государственный технический университет,
367015, г. Махачкала, пр-т И. Шамиля, 70; тел.: (8722) 62-37-61, факс: (8722) 62-37-97, электронная почта: dstu@dstu.ru
Рассмотрены возможности повышения эффективности и энергосбережения в процессах стерилизации консервов. Исследованы параметры различных режимов стерилизации консервов «Перец сладкий»: по традиционной технологии в автоклаве, при ступенчатой стерилизации и с предварительным подогревом плодов в банках.
Ключевые слова: стерилизация консервов, режим стерилизации, кривые прогреваемости, предварительный прогрев плодов.
Современный подход к решению вопросов стерилизации консервов заключается в изыскании таких способов и режимов стерилизации, которые обеспечивали бы наряду с необходимой инактивацией микрофлоры сохранение пищевой ценности продукта.
Разработка режима стерилизации консервов включает аналитический расчет режима, позволяющего вырабатывать промышленно стерильные консервы высокого качества, лабораторные испытания подобранного режима и его производственную проверку
Нами была исследована прогреваемость и разработаны оптимальные режимы стерилизации консервов «Перец сладкий» с применением ступенчатого нагрева в горячей воде и последующим ступенчатым водяным охлаждением.
Предварительно экспериментально исследовано температурное поле консервов «Перец сладкий» при
их стерилизации в автоклавах по режимам действующей технологической инструкции.
Нарис. 1 представлены кривые прогреваемости (1, 2) и фактической летальности (3, 4) центрального и пе-
Время, мин
Рис. 1
Г 30
- 20
■&
■&
- 10
L 0
