CC BY
46
УДК 637.54
Вербицький С.Б., зав. лаб. стандартизаци та метрологи © 1нститут продоволъчихресурав НААН, м. Кигв
ТЕХНОЛОГ 1ЧН1 ПАРАМЕТРИ ТОНКОГО ПОДР1БНЕННЯ М'ЯСН01 СИРОВИНН НА ЕМУЛЬСНТАТОР1 ТА IX ВПЛНВ НА ПИТОМ1 ЕНЕРГОВНТРАТН ПРОЦЕСУ IЯК1СТЬ ОБРОБЛЕННХ ФАРШ1В
Досл1джували процес тонкого подр1бнення фаршевих мае ковбас Яловичог та Останюнсъког, а також паштету Украгнсъкого за допомогою емулъситатора, зокрема вплыв юлъкост1 додано! до фарш1в води та швидкостг обертання ротора, на питому роботу р1зання та напруження стандартног пенетрацИ. Встановили, що зг зростанням швидкостг обертання ротора спостер&алося збыъшення значенъ питомог роботи р1зання, водночас зростання швидкостг обертання ротора спричиняло зменшення значенъ напруження стандартног пенетрацИ Анал1зування кривих зазначених залежностеи дозволило вважати, що рацюналъш значения доелгджуваних параметр1в знаходятъея поблизу точок перетину кривих напруження стандартног пенетрацИ та питомог роботи р1зання за однаковог кглъкостг доданогводи.
Ключое1 слова: емулъситатор, м 'ясна сировина, напруження стандартногпенетрацИ, питомароботар1зання, тоже подр1бнення.
Вступ. М'ясний фарш е складною полщисперсною системою, у якш роль дисперсшного середовища виконуе водний розчин бшюв, низькомолекулярних оргашчних I неоргашчних речовин, а дисперсною фазою е частки м'язово!, сполучно! I жирово! тканин та ш. Щ частки сполучеш м1ж собою молекулярними силами зчеплення I утворюють м1ж собою суцшьну об'емну мережу або своерщний просторовий каркас. У той же час частки взаемодшть I з дисперсшним середовищем, з яким вони складають одне цше, причому, подекуди, дисперсшне середовище сполучене з частками дисперсно! фази мщшше, шж зазначеш частки, сполучеш м1ж собою [1].
Отже, властивост1 м'ясного фаршу залежать вщ його складу, ступеня подр1бнення, вологост1, природи та концентраци розчинених у вод1 речовин, водозв'язувально! здатност1 компонент та мщност1 зв'язку м1ж дисперсними частниками. Стутнь подр1бнення м'ясно! сировини визначае характер руйнаци кл1тинно! структури та перехщ до навколишнього середовища вмюту кл1тин, величину дисперсних часток тощо.
1снуе думка, що м'ясш продукта емульешного типу е сумшшю справжньо! емульси та неемульгованих м'язових та жирових часток. ЕмульЫя складаеться з жирових часток, замкнених до матриц! з денатурованого бшка. Здатшсть бшка м'яса формувати таку матрицю е критично важливою для устшного виробництва емульешних м'ясопродукт1в [2, 3].
© ВербицькийС.Б., 2013
25
Процес подр1бнення м'ясно! сировини обумовлений витратами енерги на утворення пружних I пластичних деформацш, а також на подолання молекулярних сил зчеплення, внаслщок чого вщбуваеться руйнащя вихщно! сировинн та утворення часток з бшьшою сумарною поверхнею. Пружна та пластична деформаци супроводжуються частковим перетворенням мехашчно! енерги на теплову з пщвищенням температури сировини, що деформуеться, а також робочих оргашв обладнання, яю контактують з нею. Енерпя також витрачаеться на подолання опор1в у подр!бнювальнш машиш, викликаних зносом И робочих оргашв через затупления останшх. Виходячи з цього, витрати енерги на подр1бнення матер1алу для одержання продукту певно! дисперсност! визначаються дослщним шляхом з урахуванням властивостей подр1бнюваного матер1алу, ступеня подр1бнення та конструкци обладнання [4].
Зазвичай, тонке подр1бнення м'ясно! сировини, необхщну технолопчну операцш при виготовленн1 варених ковбас I паштет1в, виконують за допомогою кутер1в з чашами, що обертаються. Зазначен1 машини забезпечують належне оброблення фаршевих мае, проте е металом1сткими, енергом1сткими та складними за конструкщею. Емульситатори м'яса, ¿нший р1зновид обладнання для тонкого подр1бнення, е прост1шими за конструкц1ею та суттево дешевшими н1ж традиц1йн1 кутери. Емульситатор потужн1стю 90 кВт щогодини подр1бнюе до 5 т сировини, натомшть кутер з чашею м1стк1стю 0,5 м3 здатен подр1бнити лише 2 тна годину, а питоме енергоспоживання емульситатора е, в середньому, вдв1ч1 меншим, н1ж зазначений показник типового кутера [5].
Матер1али 1 методи. Для оц1нювання ефективност1 тонкого подр1бнення м'ясно! сировини за допомогою емульситатор1в було обрано м'ясн1 вироби, для виготовлення яких застосовуються характерш види сировини. Ковбаса варена Останюнська, ковбаса варена Яловича та паштет Украшський е безструктурними м'ясними виробами, тобто готовий продукт I е належним чином термообробленою тонкоподр1бненою фаршевою масою, що дозволяе зменшити сторонш впливи при визначення залежностей органолептичних I структурно-механ1чних характеристик готових продукт1в в1д характерних параметр1в тонкого подр1бнення м'ясно! сировини. Склад сировини ковбаси Останк1нська: яловичина знежилована першого сорту - 35 %, свинина знежилована нежирна - 45 %, грудинка свиняча - 15 %, яйця куряч1 - 2 %, молоко сухе - 3 %, ковбаси Яловича: яловичина знежилована вищого сорту - 40 %, яловичина знежилована першого сорту - 35 %, яловичина знежилована жирна - 20 %, яйця куряч1 - 5 %, паштету Украшського: печшка свиняча бланшована - 15 %, м'ясо свинячих гол1в варене - 30 %, шкурка свиняча варена - 30 %, м'ясо свинячих шг варене -15%, борошно пшеничне - 10 %.
Попередньо подр1бнен1 на вовчку з реш1ткою, д1аметр отвор1в яко! становив 3 мм, фарш1 подр1бнювали за допомогою дослщного емульситатора Я5-ФП2Ф (ротор 0 100 мм) дв1ч1, моделюючи таким чином тонке подр1бнення на емульситатор! з двома парами робочих оргашв.
Визначання питомо! роботи р!зання виконували зг!дно з [6], вим!рювання потужност! ¿з залученням штатних функц!й перетворювача
26
частоти - вщповщно до [7]. Визначали Кр;3 - сумарну потужшсть на р1зання з формули (1).
м = N + N + N . (1)
факт х.х. шн ргз ^^'р
де ^^факт - вим1ряна потужшсть, кВт; Кхх. - потужшсть холостого ходу, кВт; Кшн - потужшсть, що витрачаеться на подавання сировини шнеком, кВт. Сумарну потужшсть на р1зання визначаемо з формули (2):
N . = N , - N - N (2)
ргз факт х . х. шн . ^^^
(3):
Потужшсть на подавання сировини шнеком обчислюемо за формулою
N = 102 1 • кп ■ M ■ L (3)
шн 0 ,
де ко - коефщент опору, ко = 4 ^ 8; М - продуктивн1сть шнека, кг/с; Ь - довжина шнека, м.
Питому роботу р1зання розраховували за [8], скориставшись формулою
(4):
А _ КР<3 , кДж/м2 (4)
пит
fnb ' Z ' "
pi3
де z - число робочих зазор1в; n - частота обертання ротора, с-1; f pi3= b • l - елементарна площа р1зання, м2; l - довжина зазору м1ж
пластинами статора, м; b - ширина зазору м1ж пластинами статора, м.
Граничне напруження зсуву (iHma назва цього параметру - напруження стандартно! пенетраци [9]), визначали в1дпов1дно до [10] за допомогою ун1версально! випробувально! машини SANS CMT2503, споряджено! кон1чним шдентором (¿ндентор Magness-Taylor). Граничне напруження зсуву визначали на прямш д1лянц1 криво! «навантаження-деформащя» за формулою (5) П.О. Ребшдера [11]:
0. - Па (5)
де P - зусилля пенетрац!!, H; h - глибина занурення конуса, м; ka - константа конусу (при а = 60° ka = 0,214).
Швидккть ротора задавали в межах з'ясованого ран!ше [12] д!апазону оптимальних значень (в!д 2740 об./хв. до 2960 об./хв.) з дискретшстю 20 об./хв.
Результати досл1дження. Дослщження впливу швидкост! обертання р!зального ротора та кшькост! додано! води на структурно-мехашчш характеристики фаршу ковбаси Яловича показали (рис. 1), що 3i зростанням швидкост! обертання р!зального ротора спостер!галося зростання значень питомо! роботи р!зання: в!д 2,63 кДж/м2 до 4,80 кДж/м2 (без додано! води), вщ
27
2,33 кДж/м2 до 4,41 кДж/м2 (10 % додано! води), вщ 2,15 кДж/м2 до 3,68 кДж/м2 (20 % додано! води), вщ 2,03 кДж/м2 до 3,53 кДж/м2 (30 % додано! води). Збшьшення вм!сту додано! води викликало зменшення питомо! роботи р1зання, проте щодо напруження стандартно! пенетрац!, спостер1гався зворотний ефект - з1 зростанням швидкост! обертання р1зального ротора вщбувалося зменшення значень напруження стандартно! пенетраци: вщ 1569 Па до 1388 Па (без додано! води), вщ 1542 Па до 1368 Па (10 % додано! води), вщ 1503 Па до 1344 Па (20 % додано! води), вщ 1487 Падо 1331 Па (30 % додано! води).
Аналопчний характер впливу швидкост! обертання р!зального ротора та кшькост! додано! води на структурно-мехашчш характеристики фаршу спостер!гався ! для фаршу ковбаси Останк!нська (рис. 2). 3! зростанням швидкост! обертання р!зального ротора спостер!галося зростання значень питомо! роботи р!зання: в!д 2,43 кДж/м2 до 3,52 кДж/м2 (без додано! води), вщ 2,31 кДж/м2 до 3,29 кДж/м2 (10 % додано! води), вщ 2,18 кДж/м2 до 3,03 кДж/м2 (20 % додано! води), вщ 2,12 кДж/м2 до 2,82 кДж/м2 (30 % додано! води). Для даного об'екту досл!джень як на першш, так ! на другш стад!! подр!бнення також спостер!галося зменшення значень напруження стандартно! пенетраци з! зростанням швидкост! обертання р!зального ротора: вщ 1218 Па до 1086 Па (без додано! води), вщ 1203 Па до 1057 Па (10 % додано! води), вщ 1182 Па до 1031 Па (20 % додано! води), вщ 1164 Падо 1015 Па (30 % додано! води).
Дослщження фаршу паштету Украшського показали (рис. 3), що аналопчно до попередшх випадюв спостер!галося зростання значень питомо! роботи р!зання: в!д 1,55 кДж/м2 до 2,00 кДж/м2 (без додано! води), вщ 1,50 кДж/м2 до 1,94 кДж/м2 (10 % додано! води), вщ 1,44 кДж/м2 до 1,90 кДж/м2 (20 % додано! води), вщ 1,36 кДж/м2 до1,85 кДж/м2 (30 % додано! води). Под!бним був ! характер залежностей напруження стандартно! пенетраци: вщ 1569 Па до 1388 Па (без додано! води), вщ 1542 Па до 1368 Па (10 % додано! води), вщ 1503 Па до 1344 Па (20 % додано! води), вщ 1487 Па до 1331 Па (30 % додано! води).
Швидгасть обертання ротора, об./хв.
Рис. 1 Залежшсть напруження стандартно!' пенетрацй' (крив! 1 - 4) та питомо!' роботи р1зання (крив! 5 - 8) фаршу ковбаси Яловича вщ швидкост! обертання ротора та кшькост! додано!" води: крив! 1 та 5 - воду не додавали; крив! 2 та 6 - 10 %; крив! 3 та 7 - 20 %; крив! 4 та 8 - 30 %
28
и 3
2760 2800 2840 2880 2920 2960
Швидгасть обертання ротора, об./хв.
Рис. 2 Залежшсть напряжения стандартно!' пенетрацй' (крив!1 - 4) та питомо1 роботи рпання (крив! 5 - 8) фаршу ковбаси Останкшська вщ швидкост! обертання ротора та кшькост! додано!* води: крив!1 та 5 - воду не додавали; крив! 2 та 6 - 10 %; крив! 3 та 7 - 20 %; крив! 4 та 8 - 30 %
3,5
3 0
2,5
2,0
-■- 1 -♦- 5
Швидюстъ обертання ротора, об./хв.
Рис. 3 Залежшсть напруження стандартноУ пенетращ1 (крив! 1 - 4) та питомо1 роботи р!зання (крив! 5 - 8) фаршу паштету УкраУнського ввд швидкост! обертання ротора та к!лькост! додано!" води: крив! 1 та 5 - воду не додавали; крив! 2 та 6 - 10 %; крив! 3 та 7 - 20 %; крив! 4 та 8 - 30 %
3 цих рисунюв видно, що графжи залежностей питомо! роботи р1зання та напруження стандартно! пенетрацй вщ швидкост! обертання ротора не е л!н!йними ! мають характер нелшшного, в!дпов!дно, п!дйому або спаду.
Серед широкого спектру математичних функцш, до складу яких входить експонента, нами було обрано функц!ю Больцмана. Загальний вигляд дано! функц!! е наступним (6):
У = А + (А (~ у4)2/)? , (6)
^ 2 1 + е( х_Хо)/ де у - залежна зм!нна - питома робота р!зання (Апит) або напруження стандартно! пенетрац! (9); х - незалежна зм!нна (швидк!сть обертання р!зального ротора п); А1, А2, х0, ёх - параметри.
29
У випадку питомо! роботи р1зання формула набувае такого вигляду (7):
А = А
пит пит2
(А - А )
V пит1 пит2'
1 е^-П))/(п '
де АПИТ11 Апит2 константи, що вщповщають початку та кшцю процесу, вщповщно.
Для залежностей напруження стандартно! пенетрацй маемо
(8):
(7)
0 = &+-
(вх -е2)
1 + е
(и-и0)/ (Зп
(8)
де 011 02 константи, що вщповщають початку та кшцю процесу, вщповщно.
3 загального вигляду вищенаведених залежностей (рис. 1 - 3) можна зробити припущення, що в межах заданого д1апазону швидкостей рацюнальш, з точки зору сп1вв1дношення питомо! роботи р!зання та напруження стандартно! пенетрацп, значения зазначених параметр!в повинш знаходитись поблизу точок перетину кривих напруження стандартно! пенетрац!! ! питомо! роботи р!зання за однаково! кшькост! додано! води. Значения швидкост! обертання ротора емульситатора, що в!дпов!дають рацюнальному сп!вв!дношенню напруження стандартно! пенетращ! та питомо! роботи р!зання, зазначено на рис. 4.
2920290028802860т 2840-¡В 2820-^ 2800 §.2780 2760 2740 2720 2700
■■! Без води
1_ Вода 10%
1 Вода 20%
Вода 30%
Ковбаса Ковбаса Паштет Яловича Останмнська УкраУнський
Рис. 4 Значения швидкосл обертання ротора, що вщповщають ращональному стввщношенню напруження стандартно! пенетращ! та
питомо! роботи р1зания
Висновки. Проведен! досл!дження та виконаний анал!з залежност! напруження стандартно! пенетрацй ! питомо! роботи р!зання фаршевих мае в!д швидкост! обертання ротора дають п!дстави стверджувати, що змша питомо! роботи р!зання для вах зазначених мае р!зання фаршу, без води ! з додаванням 10 %, 20 % або 30 % води, мала однаковий характер: питома робота р!зання в дослщженому д!апазон! швидкостей обертання ротора для вах об'ект!в досл!дження мала тенденцш до зростання. Якщо пор!внювати залежност! питомо! роботи р!зання ! напруження стандартно! пенетрацй вщ швидкост!
30
обертання ротора м1ж собою, то спостер1гаеться антикорелящя цих кривих для Bcix об'екив дослщження.
В межах заданого д1апазону швидкостей рацюнальш, з точки зору сшввщношення питомо! роботи р1зання та напруження стандартно! пенетраци, значения цих иараметр!в знаходяться иоблизу точок перетину в!дпов!дних кривих за однаково! к!лькост! додано! води. 3 огляду на зазначене вище, рац!ональн! для досл!дженого д!апазону значения кшькостс оберт!в ротора емульситатора складають для паштету Укра!нського в!д 2850 об/хв. до 2870 об/хв., для ковбаси Останк!нсько! в!д 2880 об/хв. до 2900 об/хв., а для ковбаси Яловичо! в!д 2890 об/хв. до 2920 об/хв.
Л1тература
1. Технология продукции общественного питания. В 2-х т. Т. 1. Физико-химические процессы, протекающие в пищевых продуктах при их кулинарной обработке / А. С Ратушный, В. И. Хлебников, Б. А. Баранов и др.; Под ред. Д-ра техн. наук, проф. А. С. Ратушного. - М.: Мир, 2003. - 351 с: ил.
2. Hansen, L.J. Emulsion formation in finely comminuted sausages / L. J. Hansen // Food Technol. - 1960. - 14, 565.
3. Sulzbacher, W. L. Processing factors and emulsion characteristics / W. L. Sulzbacher, C. E. Swift // 16th European Meating of Meat Research Workers, Volume II, Sofia, Meat Technology, Research & Project Institute. - 1970. - 10271029.
4. Василевский, О. M. Классификация машин непрерывного действия для тонкого измельчения мясного сырья / О. М. Василевский, О. В. Соловьев, Д. О. Трифонова // Мясные технологии. - 2006. - № 5, С. 43-45 ; №6, С. 36-39 ; №7, С. 53-57.
5. Вербицкий С.Б. Если сделать это быстро и тонко. Теория и практика применения эмульситаторов для тонкого измельчения мясного сырья / С.Б. Вербицкий, В В. Шевченко // Мясной бизнес. - 2009. - № 11 (84). - С. 77-79.
6. Пелеев, A. И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности: Моногр. - М.: Пищ. пром-сть, 1971. - с. 305.
7. Bowser, T. J. Development and evaluation of novel cutter separator for food and agricultural products // Appl Eng Agric. - 2000. Vol. 16(6): 671-676.
8. Дуб В. В. Вдосконалення процесу подр1бнення харчово! сировини та обладнання для його peani3aui! на пщприемствах харчування. Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук. - X.: ХДАТтаОХ, 2002. - 19 с. - 100 прим.
9. Карпычев В. А., Косой В. Д., Горбатов А. В. и др. Теоретическое обоснование метода пенетрации // Мясная индустрия СССР. - 1985. - № 12. - С. 32-34.
10. Вербицкий, С. Б., Шевченко В.В. Тонкое измельчение мясного сырья на эмульситаторах в одну и две стадии: энергозатраты и качество обработки. Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья для создания конкурентоспособных пищевых продуктов: Материалы
31
Международной научно-практической конференции / Волгогр. государств. техн. ун-т. - Волгоград, -2007. - С. 283-288.
11. Ребиндер, П. А. Физико-химическая механика дисперсных систем / Физико-химическая механикадисперсных структур. - М.: Наука, 1966, с. 3-16.
12. Франко, О. В. Результата пор1вняльних дослщжень тонкого подр1бнення м'ясно! сировини в одну та дв1 стадп / О. В. Франко, В. В. Шевченко, С. Б. Вербицький // Вкник аграрно! науки. - 2007. - № 4. - С. 63-65.
Summary
S.B. Verbytskyi, head of laboratory of standardization and metrology Institute of Food Resources of NAAS, Kyiv TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF COMMINUTING OF RAW MEATS BY MEANS OF A FLOW CUTTER AND THEIR EFFECTS ON SPECIFIC ENERGY EXPENDITURE OF THE PROCESS AND QUALITY OF THE GROUND MEATS PROCESSED
The process of comminuting ground meats for Yalovycha and Ostankinska sausages and pâté Ukrainskiy with the use of a flow cutter was studied, particularly the effect of added water and rotation velocity of rotor on specific work of cutting and on tension of standard penetration. Growth of cutting rotor's rotation velocity was found to cause the growth of specific work's of cutting values with simultaneous decrease of tension of standard penetration's values of comminuted meats. Curves of the dependences were analyzed and a conclusion was drawn that optimal values of the parameters studied locate close to intersection points of specific work of cutting and tension of standard penetration curves for particular added water levels.
Key words: comminuting, flow cutter, raw meats, specific work of cutting, tension of standard penetration.
Рецензент - д.т.н., професор Бшонога Ю.Л.
32
