CC BY
12
УДК 637.664.037
О. Н. Буянов, И. В. Буянова, Ж. К. Имангалиева
МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ МОЛОЧНЫХ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ
КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
(УНИВЕРСИТЕТ)
O. N. Buyanov, I. V. Buyanova, J. K. Imangaliyeva EXPERIMENTAL RESEARCH METHODOLOGY OF IMPROVEMENT
OF DAIRY PROTEIN STORAGE TECHNOLOGY KEMEROVO TECHNOLOGICAL INSTITUTE OF FOOD INDUSTRY (UNIVERSITY)
Аннотация. В статье приводятся экспериментальные данные по методологии теплофизического процесса замораживания творога в виде блока на плиточном скороморозильном аппарате для длительного хранения. Получены закономерности изменения плотности теплового потока и проведен анализ термограмм процесса замораживания с позиции изучения влияния технологических факторов замораживания на послойную кристаллизацию воды в блоке и на структуру замороженного продукта.
Ключевые слова: быстрое замораживание; скорость процесса; кристаллизация воды; слой продукта; блок творога; температура плиты.
Abstract. Experimental data are given in article about methodology of heatphysical process of cottage cheese freezing in block form on the tiled fastfreezing device for long storage. Thermal stream density change regularities are received. Analysis of freezing process thermograms is carried out from a position of studying how freezing technology factors influence on layer-by-layer water crystallization in the block and on structure of the frozen product.
Keywords: fast freezing; process speed; water crystallization; product layer; cottage cheese block; plate temperature.
Олег Николаевич Буянов
О^ №ко1аеу1Л Биуапоу доктор технических наук, профессор onb@kemtipp.ru
Ирина Владимировна Буянова
Irina Vladimirovna Buyanova доктор технических наук, профессор ibuyanova_@mail.ru
Жадыра Кенжегазыевна Имангалиева
Zhadyra Kenzhegazyevna Imangaliyeva i.zhadra@mail.ru
Функциональную связь скорости реакций, вызывающих эти изменения W с температурой 1 описывается законом Аррениуса:
Введение. Большинство пищевых продуктов относятся к разряду скоропортящихся, и решение вопроса по сохранению их качества на пути к потребителю представляется важной задачей пищевой технологии. В последнее время на рынке России все большее предпочтение отдается продуктам с длительными сроками годности [1; 2].
В практике молочной индустрии существует много средств для продления сроков хранения продуктов. С этой целью использовали консерванты и антиокислители, тепловую высокотемпературную обработку, различные виды герметичных упаковок и защитных покрытий, низкие температуры в области близких к точке замерзания и ниже. Все методы сохранения пищевых продуктов дают различную степень торможения процессов порчи, вызывая различный характер изменений при хранении [1; 3; 4].
dw ,
— = kW, dt
(1)
где к - температурный коэффициент.
Для большинства пищевых продуктов коэффициент к10, определяющий зависимость снижения температуры продукта на 10 °С, лежит в пределах 2-4. Снижение температуры на 10 °С снижает интенсивность биохимических реакций порчи в 2-4 раза, определяя ту же степень роста пригодности продукта для хранения.
Современные технологические приемы по использованию холода позволяют продлить сроки хранения на длительное время (до года и более) и решать актуальные вопросы отрасли по транспортировке и улучшению снабжения населения высококачественными продуктами. Замораживание молочных про-
Вестник Курганской ГСХА № 3, 2015
63
дуктов специалисты относят к инновационным пищевым технологиям настоящего времени [1; 4-6].
Исследования в области низкотемпературного длительного хранения молочных белковых продуктов свидетельствуют о том, что главным фактором для сохранения исходных свойств продукта является обеспечение высокой скорости предварительного замораживания.
Анализ состояния вопроса в области морозильной техники свидетельствует о том, что по экономическим, теплофизическим и технологическим аспектам наиболее адекватными являются плиточные аппараты. Преимущества их представляются в следующем: во-первых, они предназначены для замораживания продуктов правильной формы, как в упаковке, так и без нее. Расфасованные в виде плоского цилиндра или бруска по 1-5 кг творог, творожные продукты, сыры соответствуют этому требованию; во-вторых, в них создаются хорошие условия теплообмена, что позволяет существенно сократить продолжительность замораживания и обеспечить высокую скорость процесса. Кроме того, усушка продукта при замораживании минимальна, и, в сравнении с другими аппаратами, плиточные аппараты имеют самое низкое потребление энергии и высокую производительность на единицу занимаемой площади [1].
Многообразие используемых технологий за рубежом и в нашей стране явилось основанием для продолжения исследований в области холодильной технологии белковых молочных продуктов. Знания по управлению механизмами этих процессов позволят направленно регулировать состав и свойства замороженного продукта, степень их выраженности, сохраняя первоначальную пищевую и биологическую ценность.
Методика. В качестве экспериментального плиточного аппарата в наших исследованиях использована конструкция, в которой морозильные плиты изготовлены из листового алюминия толщиной 4 мм с внутренней циркуляцией в них хладона. Холодоснаб-жение осуществляется с помощью двухступенчатой холодильной машины, работающей на температуру кипения минус 43 °С.
Стенд оснащен автоматическими потенциометрами, блоком хромель-копелевых термопар и датчиками теплового потока, которые позволяют получать кинетику теплоотвода в процессе замораживания продукта и рассчитывать среднеинтегральные значения коэффициента теплоотдачи.
Организация комплексных исследований холодильного хранения молочных белковых продуктов предусматривает выделение трех этапов:
1 Установление рационального, энергетически эффективного технологического регламента замораживания продуктов;
2 Изучение динамики изменения показателей качества объекта исследований после замораживания и в процессе длительного низкотемпературного хранения;
3 Разработка технологии низкотемпературного длительного хранения.
Основным экспериментальным материалом при разработке технологического регламента предварительного замораживания блоков творога служили термограммы процесса и кинетика теплоотвода.
По термограмме изучали закономерности распределения температуры в различных сечениях блока творога, определяли конечную температуру в центре блока и продолжительность замораживания объекта до этой температуры. За продолжительность замораживания принимали время достижения заданной среднеобъемной температуры, которую определяли графическим интегрированием кривых температурного поля, построенных на базе полученных термограмм процесса. По температурному полю определяли термический центр образца.
Проводили определение количества тепла, отводимого от объекта замораживания, для дальнейшего использования результатов при расчете продолжительности процесса по математической модели. Анализ кинетики процесса быстрого замораживания был проведен с применением математических методов планирования эксперимента.
Результаты. Анализ термограмм показал (рисунок 1), что снижение температуры во время замораживания в периферийном, среднем и центральном слоях проходило неравномерно во времени.
-о- периферийный слой
-■- средний слой центральный слой
0 1 2 3 4 5 6 7 Продолжительность процесса, час.
- температура поверхности плиты
Рисунок 1 - Термограмма замораживания блока творога
Процесс вымерзания влаги послойный, и ему соответствует определенная динамика выделения теплоты фазового перехода воды.
В периферийных слоях кристаллообразование начиналось значительно быстрее (через 0,8 часа), чем в центральных и происходило при максимальной
скорости процесса (8,7 • 10- 6 м/с). Интенсивный те-плоотвод обеспечивался низкими температурами морозильной плиты. Такие условия теплообмена, на расстоянии около 1-1,5 см от поверхности продукта вглубь, способствовали естественному расположению влаги и образованию мелкокристаллической структуры льда, сохраняющей качество замороженного продукта. Вода без перемещения переходит в лед. Можно констатировать, что миграционный процесс влаги не успевает развиться при быстром замораживании, следствием которого является образование большого количества мельчайших кристаллов льда, равномерно размещенных [5-7].
Замерзание в средних и центральных слоях начинается, когда в периферийных слоях вымерзло значительное количество воды и уменьшилось выделение теплоты льдообразования (по термограмме около 3 час.).
Относительно большой размер поперечного сечения блока объекта увеличивает продолжительность прохождения фронта кристаллизации в среднем и центральном слоях до его термического центра. Поэтому скорость замораживания среднего и центрального слоев невысокая. Температура минус 20 °С установилась в первом из них через 4,5 часа, а во втором через 6,2 часа.
По нашим наблюдениям снижение температуры в глубинных слоях проходит равномерно, без скачков и постепенно. При указанной продолжительности замерзания значительной диффузии влаги из микрокапилляров в межзерновое пространство и образование крупных кристаллов льда не происходит. Высокая концентрация водорастворимых веществ снижает скорость диффузии воды, и кристаллизация ее в средних и центральных слоях блока продукта имеют естественное расположение.
После достижения в центре продукта границы раздела фаз температурный градиент по толщине блока выравнивается и к концу замораживания он отличался по всей толщине на определенную величину (например, при температуре минус 20 °С в центральном слое, на поверхности продукта минус 38 ° С).
При рассмотрении теплообменных процессов в блоках творога (рисунок 2) отмечали снижение отводимого тепла из средних и центральных слоев при уменьшении температуры до минус 20 °С. Видимо, в них на этом этапе замораживания основное вымораживание воды завершилось и вновь образующийся лед в небольшом количестве не вызывает повышения выделяющегося тепла. Замедленная скорость кристаллизации по всей толщине продукта подтверждается постепенным снижением теплоотвода до окончания замораживания.
1 1 1 1 1
1 1 ( I
и 1 2 3 4 5 т, час 7
Рисунок 2 - Кинетика теплоотвода при замораживании блока творога в плиточном морозильном аппарате
Выводы. Таким образом, длительный во времени процесс замораживания не означает медленное проведение замораживания блока и свойственные ему диффузионные процессы. До момента кристаллообразования водная фаза сыра находится в охлажденном состоянии без образования крупных кристаллов льда, способствуя тем самым сохранению первоначальной структуры. Продолжительность замораживания творога в блоках зависит от главных факторов процесса: температуры поверхности морозильной плиты и толщины блока продукта.
Список литературы
1 Буянова И. В. Новые технологии замораживания молочных продуктов // Техника и технология пищевых производств. - 2012. - № 1. - С. 14-17.
2 Буянова И.В. К вопросу разработки технологии длительного хранения сыров // Переработка молока.
- 2009. - № 8. - С. 4-5.
3 Захарова Н. П., Соколова Н. Ю., Кучеренко С. В. Консервирование сычужных сыров - сырья для производства плавленых // Молочная промышленность.
- 2003. - № 3. - С. 57.
4 Производство сыра: технология и качество / пер. с франц. Б. Ф. Богомолова / под ред. и с предисл. Г. Г. Шилера. - М. : Агропромиздат, 1989. - 496 с.
5 Буянова И. В., Буянов О. Н. Современные технологии замораживания и хранения молочных продуктов // Переработка молока. - 2010. - № 4. - С. 36-38.
6 Раманаускас Р. И. Методика определения энергетической характеристики гидратации параказеино-вого комплекса сыра // Вестник МАХ. - 2000. - № 3.
- С. 45-47.
7 Рютов Д. Г. Влияние связанной воды на образование льда в пищевых продуктах при их замораживании // Холодильная техника. - 1976. - № 5. - С. 32-37.
