CC BY
18
УДК 664.8036:62
Стерилизация компота из груши
с двухэтапным нагревом в потоке нагретого воздуха и горячей воде
М. Э. Ахмедов, д-р техн. наук; А.Ф. Демирова, д-р техн. наук Дагестанский государственный университет народного хозяйства, г. Махачкала Г. И. Касьянов, д-р техн. наук; В.В. Гончар, канд. техн. наук Кубанский государственный технологический университет, г. Краснодар Н. Г. Загиров, д-р с.-х. наук; Р. А. Шахмирзоев, канд. с.-х. наук
Дагестанский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени Ф.Г. Кисриева, г. Махачкала
В настоящего время на предприятиях консервной промышленности наиболее широко распространенными стерилизационными аппаратами остаются вертикальные автоклавы Б6 КАВ2 и Б6 КАВ4, которые обладают рядом существенных недостатков. В связи с этим разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий и создание высокоэффективных непрерывных процессов и аппаратов - одна из важных задач перерабатывающей промышленности [1 - 5].
Цель данной работы - изучение возможности совершенствования и интенсификации теплообменных процессов на основе снижения нерациональных энергетических затрат [8] и уменьшение времени теплового воздействия. Применение двухступенчатого теплового воздействия на консервируемый продукт нагретым воздухом, на первом этапе, и водой с продолжением процесса охлаждения также двухэтапно - водой и потоком холодного воздуха.
Применение на первом этапе нагрева температуры воздуха 80 °С предотвращает возникновение в стенке банки температурных напряжений,
способных вызвать термический бой в процессе последующей тепловой обработки на второй стадии в горячей воде, что способствует интенсификации теплообменного процесса из-за высоких значений коэффициента теплоотдачи. Применение таких те-плообменных процессов в конечном итоге способствует экономии энергетических и материальных затрат.
Для оценки эффективности предлагаемого метода теплового воздействия и выявления недостатков традиционных режимов тепловой стерилизации нами исследован промышленный метод тепловой обработки, используемый в настоящее время (рис. 1) [6].
Кривые нагрева 1 и 2 и летальности микроорганизмов 3 и 4 в центре 2 и 4 и приграничном у стенки банки слое 1 и 3 грушевого компота в литровой банке при тепловой обработке традиционным методом найдены по формуле
25-30- 25
100
Ш
где 25 - время повышения температуры воды в автоклаве до 100 °С, мин; 30 - время собственной стери-
ы |
30 40
Бзсмр мг >1
Рис. 1. Кривые нагрева (1, 2) и летальности микроорганизмов (3, 4) в центре (2, 4) и приграничном у стенки банки (1 л) слое (1, 3) грушевого компота при тепловой обработке традиционным способом в автоклаве
лизации, мин; 20 - время охлаждения, мин; 118 - величина противодавления в автоклаве, кПа; 100 - температура пастеризации, °С.
Данные рисунка подтверждают, что продукт в центре банки нагревается намного меньше, чем у стенки, этот перепад достигает около 8...10 °С. В результате имеем, что и значения летальностей в этих точках достигают разных значений: в центре (наименее прогреваемая точка) значение летальности составляет 197,0 усл. мин, а в приграничной (наиболее прогреваемый) - 351,0 усл. мин; коэффициент, характеризующий температурную неравномерность [7] для данного режима, составляет: Ккн = 351,0/197,0 =1,8.
Низкие значения Ккн, приближающиеся к единице, характеризуют конвективный теплообмен. Высокие значения Ккн указывают на то, что большая часть консервов (40 - 50%) подвергается заметному перегреву.
Выявлено, что, к недостаткам традиционного метода тепловой обработки относятся [10]:
значительное время и существенная температурная разница в пограничном и центральном слоях продукта, величина которой может достичь до 8.10 °С, что также способствует разным значениям величин стерилизующих эффектов; приграничные к стенке слои продукта подвергаются большим воздействиям тепла, а это ухудшает пищевую ценность продукта;
ухудшение стру кту рно- меха -нических показателей продукта посредством нарушения внешнего вида некоторых плодов из-за лишних температурных воздействий;
значительные потери теплоты и воды.
Исследования выявили существенное повышение неравномерности теплового воздействия при пастеризации консервов в трехлитровой таре.
Известный способ пастеризации, в основе которого лежит ступенчатое тепловое воздействие [2, 3, 4], заключающееся в проведении тепловой обработки в четыре и более ступеней, в воде с различными температурными параметрами, существенно усложняет конструкцию самого аппарата. Полученные нами данные по изучению параметров температурных воздействий разными способами дают возможность установить новые режимы пастеризации.
Нами предложено в формуле учесть все характерные параметры данного метода: температура продукта перед пастеризацией (Т0), температура нагретого воздуха (Т,), температура горячей воды (Т2), температуры охлаждающей воды (Т3, Т4, Т5), температура
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Рис. 2. Кривые нагрева (1, 2) и летальности микроорганизмов (3, 4) в пограничной к стенке (1, 3) и центральном слое (2, 4) продукта при пастеризации стерилизации грушевого компота нагретым воздухом и водой со ступенчатым водяным охлаждением
Время, мин
Рис. 3. Кривые нагрева (1, 2) и летальности (3, 4) в пограничной и центральном слое компота грушевого в таре СКО 1-82-1000 при пастеризации нагретым воздухом и в воде с воздушно-водоиспарительным охлаждением
холодного воздуха (Тв), скорости нагретого Ц) и холодного (и2) воздуха, время нагрева воздухом - т1, время нагрева водой - т2, время поэтапного охлаждения водой - т3, т4, т5, время охлаждения холодным воздухом - т6 и скорость вращения тары - п.
С учетом принятых обозначений, предполагаемую «формулу стерилизации» можно выразить следующим образом:
а) со ступенчатым водяным охлаждением:
г,
ffa) Г, Ту г, г,
■ Я'
воздуха и в горячей воде со ступенчатым водяным охлаждением показаны на рис. 2 по режиму
42-
10
100 80 GO 40
1з *j ' * ' ^
в) с воздушно-водоиспарительным охлаждением:
Кривые нагрева и летальности микроорганизмов при пастеризации компота из груш в потоке нагретого
150(7,«)
где 10 - время нагрева продукта воздухом температурой 150 °С и скоростью 7,0 м/с, мин; 12 - время нагрева продукта в воде температурой 100 °С, мин; 5, 5 и 5 - время процесса охлаждения водой соответственно температурой 80, 60 и 40 °С, мин; 0,16 - скорость вращения банок при тепловой обработке, с-1.
Кривые нагрева и летальности микроорганизмов при пастеризации компота грушевого в банке СКО 1-82-500 нагретым воздухом и горячей водой с применением воздушно-водоиспарительного охлаждения показаны на рис. 3 по режиму 10 & 12
за.
150(5,0} ¡00 20(6,0)
0,13
где 10 - время нагрева продукта нагретым воздухом при температуре 150 °С и скорости 5,0 м/с, мин; 12 -время нагрева продукта в горячей воде температурой 100 °С, мин; 20 -время воздушно-водоиспарительного охлаждения, мин; 20 - температура воздушного потока, °С; 6,0 - скорость потока воздуха, м/с; 0,13 - скорость вращения банок в процессе тепловой обработки, с-1.
Оценка полученных результатов (см. рис. 2 и 3) подтверждает, что предлагаемые режимы пастеризации обеспечивают необходимую степень стерильности [10], упрощают конструкцию и снижают металлоемкость пастеризующей аппаратуры и уменьшают время процесса пастеризации на 42 и 32 мин, соответственно.
Исследованные химико-технологические и органолептические показатели консервов, изготовленных по разработанным режимам, подтверждают их высокое качество и соответствие требованиям ГОСТов на готовую продукцию. Производственная проверка показала, что разработанные режимы стерилизации гарантируют выпуск доброкачественных консервов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Верболоз, Е. И. Совершенствование тепломассообменных процессов в аппаратах для стерилизации консер-вов/Е. И. Верболоз// Вестник Международной академии холода. - 2005. - № 1. -С. 42 - 43.
2. Демирова А.Ф. Стерилизация компотов в стеклянной таре СКО 1-82-1000 со ступенчатым нагревом и охлаждением в статическом состоянии/А.Ф. Демирова, М.Э. Ахмедов, Т.А. Исмаилов // Известия вузов. Пищевая технология. -2010. - № 4. - С. 88 - 90.
3. Демирова, А.Ф. Ротационный ступенчатый нагрев компотов в горячей воде с воздушным и воздушно-водоиспарительным охлаждением консервов/А. Ф. Демирова, Т. А. Исмаилов, М.Э. Ахмедов // Известия вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 6. - С. 90.
4. Демирова, А.Ф. Изыскание оптимальных режимов стерилизации консервов «Огурцы маринованные» с использованием ступенчатого нагрева/А. Ф. Демирова, Т.А. Исмаилов, М.Э. Ахмедов // Известия вузов. Пищевая технология. -2010. - № 6. - С. 52 - 57.
5. Касьянов, Г.И. Инновационная технология стерилизации плодового и овощного сырья/Г. И. Касьянов, А. Ф. Демирова, М.Э. Ахмедов // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2014. - № 6. - С. 57 - 59.
6. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Т-2, М., 1977 г.
7. Мурадов, М.С. Изыскание высокотемпературных режимов ротационной стерилизации консервов в потоке воз-духа/М.С. Мурадов //Дисс... канд. техн. наук. - Одесса, 1978.
8. Флауменбаум, Б.Л. Основы стерилизации пищевых продуктов/Б. Л. Флауменбаум. - М.: Агропромиздат, 1986 г.
REFERENCES
1. Verboloz E.I. [Improvement of heat and mass exchange processes in apparatus for sterilizing canned food]. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii khoioda, 2005, no. 1, pp. 42-43. (In Russ.)
2. Demirova A.F., Akhmedov M.E., Ismailov T.A. [Sterilization of compotes in glass containers SKO 1-82-1000 with stepwise
heating and cooling in a static state]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnoiogiya, 2010, no. 4, pp. 88-90. (In Russ.)
3. Demirova A.F., Ismailov T.A., Akhmedov M.E. [Rotary step heating of compotes in hot water with air and air-water evaporative cooling of canned food]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnoiogiya, 2010, no. 6, p. 90. (In Russ.)
4. Demirova A.F., Ismailov T.A., Akhmedov M.E. [Research of optimal modes of canned food sterilization «Cucumbers pickled» using step heating]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnoiogiya, 2010, no. 6, pp. 52-57. (In Russ.)
5. Kas'yanov G.I., Demirova A.F., Akhmedov M.E. [Innovative technology of sterilization of fruit and vegetable raw
materials]. Dokiady Rossiiskoi akademii sei'skokhozyaistvennykh nauk, 2014, no., pp. 57-59. (In Russ.)
6. Collect ion of technological instructions for the production of canned food. T-2, Moscow, 1977. (In Russ.)
7. Muradov M.S. Izyskanie vysokotemperaturnykh rezhimov rotatsionnoi steriiizatsii konservov v potoke vozdukha: Diss. kand. tekhn. nauk [The search for high-temperature modes of rotational sterilization of canned food in the air stream: Cand. Diss. (Techn. Sci.)]. Odessa, 1978.
8. Flaumenbaum B.L. Osnovy steriiizatsii pishchevykh produktov [Basics of Food Sterilization]. Moscow, Agropromizdat, 1986.
Стерилизация компота из груши с двухэтапным нагревом в потоке нагретого воздуха и горячей воде
Ключевые слова
нагретый воздух; охлаждение; режим стерилизации; стерилизация; стерилизующий эффект; ступенчатый нагрев
Реферат
Работа посвящена исследованиям новых технических решений при тепловой стерилизации консервированных компотов. Приведен краткий анализ традиционных методов тепловой стерилизации; данные прогреваемости компота по режимам традиционной технологии и выявлены основные недостатки. Анализ технологических процессов производства и режимов тепловой стерилизации выявил их относительно большую продолжительность и неравномерность тепловой обработки продукта в различных точках банок. Отмеченные недостатки способствуют ухудшению качества готовой продукции в части сохранения в ней биологически активных компонентов исходного сырья. Важным направлением повышения эффективности процесса тепловой стерилизации являются применение высокотемпературных теплоносителей для интенсификации внешнего теплообмена и вращение банок в процессе тепловой обработки для улучшения теплообмена. С учетом выявленных недостатков разработан и предложен эффективный способ тепловой стерилизации консервов с комплексным использованием в процессе нагрева нагретого воздуха и горячей воды с последующим охлаждением ступенчато в воде и с воздушно-водоиспарительным охлаждением. Установлено, что применение на первом этапе нагрева воздуха до температуры 80 0С предотвращает возникновение в стенке банки температурных напряжений, способных вызвать термический бой в процессе последующей тепловой обработки на второй стадии процесса в среде горячей воды, применение которой повышает интенсификацию теплообменного процесса из-за высоких значений коэффициента теплоотдачи. Такое осуществление теплообменных процессов в конечном итоге способствует экономии энергетических и материальных затрат. Установлено, что режимы обеспечивают промышленную стерильность готовой продукции, сокращают продолжительность тепловой обработки более чем на 50% и обеспечивают высокое качество готовой продукции.
Авторы
Ахмедов Магомед Эминович, д-р техн. наук,
Демирова Амият Фейзудиновна, д-р техн. наук
Дагестанский государственный университет народного хозяйства,
367008, Республика Дагестан, г. Махачкала, ул. Д. Атаева, д. 5,
[email protected]; [email protected]
Касьянов Геннадий Иванович, д-р техн. наук, профессор,
Гончар Виктория Викторовна, канд. техн. наук
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, д. 2, [email protected];
Загиров Надир Гейбетулаевич, д-р с.-х. наук, профессор, Шахмирзоев Руслан Абузарович, канд. с.-х. наук Дагестанский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени Ф.Г. Кисриева, 367008, Республика Дагестан, г. Махачкала, проспект Акушинского, Научный городок, [email protected]
Sterilization of compote from a pear with two-stage heating in a stream of heated air and hot water
Key words
hot air; cooling; sterilization mode; sterilization; a sterilizing effect; stage heating
Abstracts
The work is devoted to research of new technical solutions on perfection of the process of thermal sterilization of canned compotes. The brief analysis of traditional methods of thermal sterilization is given; Experimental studies of the warming-up of compote according to the regimes of traditional technology were conducted and the main shortcomings were revealed. Analysis of production processes and modes of thermal sterilization of canned products indicates their relatively long duration and at the same time uneven heat treatment of the product at various points of the cans. It should also be noted that these shortcomings in turn contribute to a deterioration in the quality of finished products in terms of preserving the biologically active components of the feedstock in it. It is noted that the use of high-temperature coolants for intensification of external heat transfer and rotation of cans in the process of heat treatment, for intensification of internal heat exchange, is an important direction of increasing the efficiency of the process of thermal sterilization. The authors conducted studies of the modes of thermal sterilization of compote from sweet cherries in autoclaves according to the regimes of traditional technology and taking into account the revealed shortcomings an effective method of thermal sterilization of canned food with integrated use in the process of heating heated air and hot water with subsequent cooling stepped in water and air-water evaporative cooling. It has been established that the use of heated air in the first stage of heating the product to a temperature level equal to 800 °C creates conditions preventing the occurrence of temperature stresses in the wall of the can that can cause a thermal battle during the subsequent heat treatment in the second stage of the process in a hot water environment, Significant intensification of the heat transfer process due to high values of the heat transfer coefficient. At the same time, such implementation of heat exchange processes ultimately contributes to the saving of energy and material costs. It has been revealed that the regimes ensure the industrial sterility of finished products, shortening the duration of the heat treatment process, in comparison with the traditional ones, by more than 50% and improving the quality of the finished product.
Authors
Akhmedov Magomed Eminovich, Doctor of Technical Sciences, Demirova Amiyat Feyzudinovna, Doctor of Technical Sciences, Dagestan State University of National Economy, 5 house, D. Ataeva street, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367008, Russia, [email protected]; [email protected] Kasyanov Gennady Ivanovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Honchar Viktoria Viktorovna, Candidate of Technical Sciences Kuban State Technological University, 2 house, Moscow street, Krasnodar, 350072, Russia [email protected]; [email protected]
Zagirov Nadir Geibetulaevich, Doctor of Agricultural. Sciences, Professor, Shakhmirzoev Ruslan Abuzarovich, Candidate of Agricultural Sciences Dagestan Scientific Research Institute of Agriculture named after F.G. Kisrieva, Scientific Town, Akushinsky Avenue, Makhachkala, Republic of Dagestan, 367008, Russia [email protected]
