CC BY
6
УДК 627 DOI 10.24412/2311-6447-2021-2-18-25 DOI 10.24412/2311-6447-2021-2-226-231
Совершенствование оборудования для очистки арбуза от коры под воздействием пара
Improvement of equipment for cleaning watermelon from the bark under the influence of steam
Магистрант Н.З. Тултабаев, доцент Е.Д. Шамбулов (Алматинский технологический университет)
Master's degree N.Z.Tultabaev, Associate Professor E.D. Shambulov (Almaty technological University)
Реферат. В Казахстане наблюдается темп роста производства плодоовощной продукции в среднем на 4,3 % в год. Основная масса урожая потребляется в свежем виде. Но период потребления свежей продукции очень краткий. Так как производство плодоовощной продукции носит сезонный характер, обеспечение овощной продукцией в межсезонье идет за счет ее переработки. В Казахстане 20-30 % выращенных арбузов ежегодно остаются неосвоенными на бахчевых площадках. Одной из главных причин является то, что технология механической обработки бахчевых культур не налажена, а также отсутствуют на предприятиях технологические машины и оборудование. Поэтому, наряду с выращиванием бахчевых культур, необходимо обеспечить эффективную переработку продукции в соответствии с потребностями населения. Одной ИЗ основных операций в процессе переработки арбузных продуктов является первичная обработка, то есть очистка арбузного продукта от коры. Актуальна проблема применения и научного обоснования новых методов очистки арбузной продукции от коры, применения простейших и надежных машин с минимальными энергозатратами в технологически эффективном и эксплуатационном использовании. Работа направлена на создание высокопроизводительной с минимальными энергозатратами технологии и технических устройств для очистки арбуза от коры для приготовления сока, джема, напитков, цукатов и т.д в пищевом производстве.
Summary. In Kazakhstan, the growth rate of fruit and vegetable production is observed at an average of 4,3 % per year. The bulk of the crop is consumed fresh. But the period of consumption of fresh products is very short. Since the production of fruit and vegetable products is seasonal, the provision of vegetable products in the off-season is due to its processing. In Kazakhstan, 20-30 % of watermelons grown annually remain undeveloped on melon fields. One of the main reasons is that the technology of mechanical processing of melons is not established, as well as the lack of technological machines and equipment at the enterprises. Therefore, along with the cultivation of melons, it is necessary to ensure the efficient processing of products in accordance with the needs of consumers. One of the main operations in the process of processing watermelon products is the primary processing, that is, cleaning the watermelon product from the bark. The problem of application and scientific justification of new methods of cleaning watermelon products from the bark, the use of simple and reliable machines with minimal energy consumption in technologically efficient and operational use is urgent. The work is aimed at creating a highperformance technology with minimal energy consumption and technical devices for cleaning watermelon from the bark in the field of preparing juice, jam, drinks, candied fruit, etc.in food production.
Кшочевые слова: бахчевые культуры, арбуз, технологическая схема, конструкции для очистки коры, тепловые процессы, переработка бахчевых культур.
Keywords: melons, watermelon, technological scheme, structures for cleaning the bark, thermal processes, processing of melons.
Арбузный сок - ценное сырьё для получения винных напитков и пищевого спирта. Среди растворимых веществ в плодах арбуза преобладают сахара {6-11 %): сахароза, глюкоза, фруктоза. Наиболее сладкая из них фруктоза, составляющая 50 -60 % общей суммы Сахаров. На средний плод массой 3-4 кг приходится 200-300 г сахара [2].
С Н.З. Тултабаев, Е.Д. Шамбулов, 2021
Арбуз богат солями железа и щелочным и веществами, нейтрализующими избыток кислот, вносимых с основными продуктами питания (мясо, рыба, хлеб, яйца и др.). Легкая усвояемость позволяет рекомендовать его людям любого возраста. Норма потребления бахчевых культур, разработанная Институтом питания, составляет 28-30 кг в год, из которых на долю арбуза должно приходиться 53 %, дыни - 30 % и тыквы - 17 % [3].
Продукция арбуза состоит из скорлупы, мякоти (мякоти) и зерна. Структура оболочки очень сложна: поверхность продукта покрывает 1 слой цельного кутикула, под которым расположен однослойный эпидермис 2, состоит из 3 поясей хлорофил-лоса 8-10 слоев после эпидермиса или бесцветных клеток. После хлорофиллосиых поясов в арбузах и некоторых типах тыквенных находится механический панцер 4 (рис. 1).
Панцер состоит из твердосодержахцих склеренхимических клеток с толстым слоем и полностью окружен продуктом. Жесткость или прочность продукта зависит от этого механического панца [б]. Ниже механического панцера, бесцветные клетки через 5 поясов располагаются мякоть продукта. Мягкие арбузы являются основной съедобной частью продукта. Семечки арбуза располагаются между этой мякотью. Другие виды бахчевых культур, в дыне и тыквенных тыквенных ячменях, отделены от семян плодов.
В арбузах мякоть растет вместе с плшщентами и образует с ними обветренную часть, в которой располагаются однородные семена. В арбузе и тыкве толщина оболочки значительно варьируется.
Эпидермис 2-й слой плодов арбузы состоит из четырехугольников или длинноватых, бесцветных клеток и содержит волокна, которые в эпидермисе расположены неравномерно. Размеры волокон в зеленых полосах арбуза в два раза меньше, чем в светлом поясе.
Теми озеленения или изменения цвета арбузов зависит от хлорофиллоносных клеток 3, их локализованных слоев, мест расположения, толщины, расстояния его расположения с шелуховыми волокнами.
1 _
<
-
: I
[V
1\1С, 1. Структура коры продукции арбузов:1 - кутикула, 2 - эпидермис, 3 - хлорофиллоно-сы пареихима, 4 - панцир механический, 5 - паренхима мяча
Основываясь на анализах конструкции резательных машин пищевых материалов и продуктов, в целях совершенствования процесса очистки арбуза от коры, выбора способа очистки мы предлагаем опытный образец установки. Предлагаемый метод очистки арбузов от коры отличается от других методов тем, что перед основной обработкой арбуз очищается от кожуры. При ранее полученных из арбузов соках и других методах обработки, арбузы разделяются на несколько частей с добавлением кожуры и подвергаются обработке на тряпочной машине. Тряпочная машина при разделении мякоти арбузы от зерен с кожурой, содержит непригодную для здоровья скорлупу оболочку - кутикулу, эпидермис, хлорофиллоносовые паренхимы с добавлением мелких частиц в мякоть.
Для обоснования предлагаемого способа очистки коры арбуза важно провести теоретические и практические исследования, чтобы определить сжимающие и режущие силы арбуза, зоны перехода между мякотью арбуза и кожурой, определить ее физико-механические и реологические свойства. Исследование теплового процесса проводили с помощью прибора - Автоклав «Малыш ЭлНерж» с целью снятие кутикулу арбуза (1 слой). Для исследований теплового процесса с целью снятие кутикулу арбуза мы переоборудовали автоклав «Малыш Эл Нерж» (рис. 2), а именно: поставили датчики температуры и давления, трубопровод для отвода пара, регуляторный кран, чтобы регулировать пар.
Рис. 2. Автоклав <Малыш Эл Нерж»
Схема общего вида экспериментальной установки для метода очистки арбуза с применением теплового процесса показана на рис. 3. Устройство для очистки арбуза от коры состоит из бака квадратной формы 1, выполненного из нержавеющего материала. В нижней части бака 1 установлен ТЭН 2 для нагрева воды. В верхней части установлены также рабочие элементы, как датчик давления 3 и регулятор давления 4. Также установка оснащена трубопроводом 5 идя отвода пара. На выходе трубопровода установлен рабочий элемент б с возможностью регулирования краном 7 пара.
7 6
Рис. 3. Устройство для очистки арбуза от коры: 1 - бак, 2 - тэн, 3 - датчик, 4 —регулятор давлении, 5- трубопровод, б регулятор, 7- регуляторный кран
Устройство работает следующим образом. Бак 1 наполовину наполняется водой. С помощи ТЭН 2 вода в баке подогревается до кипения. Во второй половине бака образуется пар. Рабочий давление пара в баке регулируется с помощью регулятора давления 4. Показатель давления пара в баке определяется датчиком давления 3. Полученный при нагреве пар через трубопровод 5 подается к соплу 6. С помощью сопла пар впрыскивается на арбуз. Подача пара регулируется с помощью регулирующего краника 7. После термовоздействия горячим паром происходит отслоение кутикулы.
Предлагаемая установка позволяет механизировать процесс равномерного снятия зеленого покрова с арбузов для существенного улучшения качества готовой продукции (арбузного сока); создает компактную конструкцию для очистки крупных плодов без их калибровки, способную обеспечить необходимую производительность технологических линий.
Процесс мы разделили на 3 этапа: подготовка, определение оптимальных параметров для снятия кутикулы арбуза и результат исследований.
На первом этапе подготовили электрический автоклав и заполнили водой, довели до кипение чтобы получить водяной пар и измеряли давление, температуру и время (таблица).
Пар водяной служит рабочим телом в паросиловых установках, теплоносителем - в системах вентиляции, тепло- и водоснабжения; используется в технологических целях. Если при давлении, равном 101,325 кн/м3 (760 мм рт. ст.), воду7 нагреть до 100 °С, то она закипает - начинает образовываться пар, имеющий ту же температуру, но существенно больший объём. До тех пор пока остаётся некоторое количество воды, температура системы, несмотря на непрекращающийся подвод теплоты, постоянна. Состояние, при котором вода и пар находятся в равновесии, называется состоянием насыщения, характеризующегося давлением насыщения и температурой насыщения. Только после превращения всей воды в пар, объём которого при 100 °С в 1673 раза больше объёма воды при 4 °С, температура может начать вновь повышаться. При этом пар из насыщенного переходит в перегретое состояние. Если процесс испарения проводить при различных давлениях, то температура испарения меняется в зависимости от давления (таблица).
Для снятия кутикулы арбуза нам необходим водяной пар. Чтобы отводить пар к арбузу использовали трубопровод и регуляторный кран.
1-й эксперимент: довели до кипения, температура составила 90 °С, давление 0,5 бар, время кипение - 9 мин. Поток пара - не значите лы , снятие кутикулы составило всего 4 % соответственно площадь обработки - 10 мм2 (рис. 4).
Рис. 4. Измерение, температуры и давления
2-й и 3-й эксперименты прошли успешно, по папор пара не достаточен чтобы обработать арбуз и снять кутикулу, площадь снятия составила 25-50 мм2.
4-й эксперимент : прп температуре 122 °С, давлении 2 бар мы смогли обработать кору арбуза и спять кутикулу - 55 % больше половины арбуза. Эти параметры достаточны и оптимальны для тепловой обработкой с целью снятие кутикулы арбуза (рис. 5).
Рис. 5. Тепловая обработка арбуза при температуре 122 °Си давлении 2 бар
Таблица
Результаты эксперимента
Давление, бар 0,5 1,0 1.5 2 3
Температура, °С 90 100 105 122 130
Время, мин 9 10 12 14,6 15,3
Площадь, мм-2 10 25 50 100 130
Снятие кутикулы в % соотношении 4 10 30 55 40
5-й эксперимент: при температуре 130 °С и давлении 3 бар, напор пара разрушил коры арбуза и реологические свойства {рис. 6).
Рис. 6. Тепловая обработка арбуза при температуре 130 °Си давлении 3 бар
Действующие машины для очистки от коры бахчевых культур при очистке коры арбузов не показали эффективных характеристик. Первоначальная обработка арбуза, то есть неправильная расчистка от коры, влияет на качество продукции, получаемой из арбузов. В процессе очистки кожуры бахчевых культур выяснили, что не изучена термическая обработка коры арбуза, поэтому есть возможности для работы с целью интенсификации процесса путем совершенствования структуры термообработки и повышения эффективности очистки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Источник: FAOSTAT
2. Гуцалюк Т.Г. От арбуза до тыквы.- Алматы: Кайнар, 1989.-272 с.
3. Комитет ио статистике Миннацэкономики Казахстана
4. Филов А.И. Бахчеводство.- М.: «Колос», 1982.-289 с.
5. Самсонова А.Н. Технология и оборудование сокового производства. - М.: Пищевая промышленность, 1966.- 257 с.
6. Самсонова А.Н., Ушева В.Б. Фруктовые и овощные соки (техника и технология). - М.: Пищевая промышленность, 1976. -275 с.
7. Самсонова А.Н, Ушева В,Б. Фруктовые и овощные соки (техника и технология). - М,: ВО Агропромиздат, • 1990.-256 с.
8. Богданова А.А., Кочеиова Л.Т., Ссредич И.А,, Волощук И,А, Получения яблочного сока с мякотью с применением центрифуг. / / Консервная и овощесушильная промышленноть,- 1972, № 1-С. 3-5.
REFERENCES
1. Source: FAOSTAT
2. Gutsalyuk T.G. From watermelon to pumpkin. - Aim at у: Kainar, 1989.-272 s.
3. Committee on Statistics of the Ministry of National Economy of Kazakhstan
4. Filov A.I. Bakhchevodstvo.- M.: "Kolos," 1982.-289 pp.
5. Samsonova A.N. Juice production technology and equipment. - M.: Food industry, 1966.- 257 pp.
6. Samsonova A.N., Usheva V.B. Fruit and vegetable juices (technique and technology). - M.: Food industry, 1976. - 275 p.
7. Samsonova A.N. Usheva V.B. Fruit and vegetable juices (technique and technology). - M.: VO Agropromizdat, - 1990.-256 p.
8. Bogdanova A.A., Koceiova L.T., Seredich I.A., Voloshchuk I.A. Obtaining apple juice with centrifuges .//Canned and vegetable drying industrial.- 1972. No. 1. -pp. 3-5.
