CC BY
74
Jm 7universum.com
V UNIVERSUM:
Л ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТЕРМООБРАБОТКА МЯСНОГО СЫРЬЯ В УСТАНОВКЕ СО СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ЭНЕРГОПОДВОДОМ
Ершова Ирина Георгиевна
канд. техн. наук, старший преподаватель, Чувашская государственная сельскохозяйственная академия,
РФ, Чувашская Республика, г. Чебоксары E-mail: [email protected]
Поручиков Дмитрий Витальевич
аспирант,
Чувашская государственная сельскохозяйственная академия,
РФ, Чувашская Республика, Чебоксары, E-mail: [email protected]
HEAT TREATMENT OF RAW MEAT IN THE INSTALLATION WITH SUPER HIGH-FREQUENCY ENERGY
Ershova Irina
Candidate of Engineering Sciences, Senior Lecturer, Chuvash State Agricultural Academy, Russia, Chuvash Republic, Cheboksary
Poruchikov Dmitriy
Postgraduate Student, Chuvash State Agricultural Academy, Russia, Chuvash Republic, Cheboksary
АННОТАЦИЯ
Разработана технология термообработки мясного сырья с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Разработанная установка для реализации данного процесса в поточном режиме состоит из модулей: первый обеспечивает измельчение мясного сырья за счет
Ершова И.Г., Поручиков Д.В. Термообработка мясного сырья в установке со сверхвысокочастотным энергоподводом // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2014. № 5 (6) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/1313
вальцовой дробилки, второй служит для термообработки сырья в резонаторной камере за счет энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты, третий позволяет провести фильтрацию вытопленного жира и формование костных отходов за счет нагнетательного шнека и матрицы, четвертый включает привод.
ABSTRACT
The technology of heat treatment of raw meat is developed with the use of electromagnetic energy of ultra high frequency. The developed installation for implementation of this process in inline regime consists of modules: the first one provides chopping of raw meat through a roller mill; the second one is used for heat treatment of raw materials in the resonating chamber due to electromagnetic energy of super high frequency; the third one allows to filter rendering fat and to make bone waste by means of discharge auger and matrix; the fourth one includes an actuating device.
Ключевые слова: вытопка жира, сверхвысокочастотный генератор, мясное сырье.
Keywords: rendering fat, super high-frequency generator, raw meat.
Известно, что процессы переработки жиросодержащего сырья энергоемки, связаны с потреблением большого количества электроэнергии, пара и воды. Термообработку жиросодержащего сырья применяют для вытопки жира. Пищевое жировое сырье и пищевую кость обрабатывают с целью вытопки жира при температуре 90оС (мягкое сырье) и до100оС (кость).
Продолжительность термообработки сырья определяется продолжительностью плавления и выдержки для уничтожения патогенной микрофлоры [1].
Целью настоящей работы является интенсификация процесса вытопки жира воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты на жиросодержащее сырье с сохранением качества продукции.
Для обоснования конструктивно-технологических параметров и режимов работы установки для термообработки жиросодержащего сырья
проанализированы его физико-механические и диэлектрические параметры. Энергия, идущая на денатурацию белка, при изменении его температуры на 1оС для мясных белков при варке составляет 0,84...1,26 кДж/(кгК). Теплоемкость жира до плавления составляет (1,3.3)Э03 Дж/(кгК), после плавления 2,6Э03 Дж/(кгК). Скрытая теплота плавления жира (121.151)103 Дж/кг, испарения воды (2480—2,27Т)103 Дж/кг, Т — температура испарения воды, оС. Коэффициенты теплоотдачи при конденсации острого пара составляют 840.2780 Вт/(м2-К), а при нагреве водой - 840.33300 Вт/(м2-К); наименьшие коэффициенты при обогреве сырья воздухом (85 Вт/(м2^К).
Известно, что удельная теплота (Дж/кг), необходимая для обработки жиросодержащего сырья, идет на начальный нагрев, плавление жира, денатурацию белка, испарение влаги и окончательный нагрев, но не зависит от способа подвода энергии [1].
Существующие аппараты для вытопки жира работают в периодическом режиме с большим объемом, поэтому продолжительность процесса термообработки достигает 4—5 часов, что ухудшает качество жира и кормовой продукции. С учетом вышеуказанных недостатков и рекомендаций нами предлагается интенсифицировать процесс теплового извлечения жира хорошего качества воздействием энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты на измельченное жиросодержащее сырье.
Проанализированы диэлектрические характеристики сырья в широком диапазоне частот электромагнитного поля в зависимости от температуры, влажности, жирности (рисунок 1). Высокое значение диэлектрической проницаемости при низких частотах и резкое падение его с увеличением частоты связано с релаксацией процесса заряда и разряда на мембране клетки. В диапазоне СВЧ (433, 915 и 2400 МГц) диэлектрические характеристики пищевых продуктов изучены Роговым А.М. Основными факторами, влияющими на диэлектрические характеристики сырья, являются влажность, температура, что необходимо учитывать при выборе режимов тепловой обработки. С уменьшением влажности диэлектрическая проницаемость
непрерывно снижается. В интервале температур от 20 до 45оС значение коэффициента поглощения возрастает в результате перераспределения влаги. Внутриклеточная жидкость в результате процессов диффузии может свободно проникать через стенки клеток и изменять уровни жидкости в капиллярах, образованных мышечными клетками и межклеточными промежутками. Все эти особенности следует учесть при обосновании глубины проникновения энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты в сырье для достижения равномерного распределения температуры нагрева по всему объему [3].
Разработанная установка для термообработки мясного сырья состоит из четырех основных модулей. Первый модуль обеспечивает измельчение жиросодержащего сырья за счет вальцовой дробилки. Второй модуль служит для термообработки сырья в резонаторной камере за счет энергии электромагнитного поля СВЧ. Третий модуль позволяет провести фильтрацию вытопленного жира и формование костных отходов за счет нагнетательного шнека и матрицы. Четвертый модуль объединяет электродвигатели и редукторы.
Рисунок 1. Диэлектрические параметры жиросодержащего сырья: а) бекона, б) свиного внутреннего жира, в) свиного сала
При попадании сырья между вальцами осуществляется измельчение сырья и перемещение в резонаторную камеру, где происходит эндогенный нагрев измельченного сырья. При этом для равномерного нагрева сырья по всему объему предварительно включают перемешивающий механизм
и нагнетательный шнек. Нагретое до температуры плавления жира, сырье попадает в нагнетательный шнек. Далее через матрицу выдавливаются костные отходы, а вытопленный жир стекает через фильтр в приемную емкость. Резонаторная камера находится в экранирующем корпусе. Установка работает в непрерывном режиме, обеспечивая параллельное измельчение
жиросодержащего сырья, его нагревание, вытопку жира, нагнетание
и формование костного отхода. Винты нагнетательного шнека и матрица позволяют дополнительно измельчать костный отход в виде костной муки с регулируемым размером крупиц. Конструктивные особенности разработанной установки позволяют осуществлять процессы измельчения жиросодержащего сырья и вытопки жира за счет диэлектрического нагрева, разделение на две фракции, такие как костная мука и вытопленный жир. Качество готовых продукций зависит от совместного действия двух факторов: температуры эндогенного нагрева и дозы воздействия ЭМПСВЧ.
Рисунок 2. Установка для термообработки жиросодержащего сырья:
1 — загрузочная емкость; 2 — вальцовый измельчающий механизм;
3 — набор звездочек с электродвигателем; 4 — электродвигатель с передаточным механизмом; 5 —лоток; 6 — СВЧ-генератор;
7—резонаторная камера; 8 — привод перемешивающего механизма;
9 — окно корпуса нагнетательного шнека; 10 — нагнетательный шнек; 11 — матрица; 12 — фильтр; 13 — приемная емкость;
14 — электродвигатель; 15 — ременная передача и редуктор;
16 — экранирующий корпус
Нами разрабатывается установка для термообработки жиросодержащего сырья с СВЧ-энергоподводом.
Внутри приемного резервуара 1 расположен измельчающий механизм 2, представленный из наборов звездочек 3 в виде трехвальцовой дробилки. Вальцы приводятся в движение через передаточный механизм 4 от электродвигателя. При включении электродвигателя за счет передаточного механизма 4 вальцы вращаются с определенной скоростью. Причем звездочки 3 одного вальца входят в сцепление другого.
Дно резервуара 1 имеет отверстие, куда пристыкован направляющий лоток 5. Источник СВЧ-энергии в виде генераторного блока 6 с излучателем установлен на верхнем основании резонаторной камеры 7, имеющей корытообразную форму, с торцевой стороны которой предусмотрено смотровое окно. Внутри резонаторной камеры расположен перемешивающий механизм 8, выполненный из диэлектрического материала, вал которого выполнен из фторопласта. Для прохождения сырья в шнековую камеру предусмотрено окно 9, под которым установлен нагнетательный шнек 10. Камера нагнетательного шнека соединена с матрицей 11. Под нагнетательным шнеком 10 имеется фильтр 12 и приемная емкость для вытопленного костного жира 13. Привод нагнетательного шнека 10 и перемешивающего механизма 8 осуществляется от электродвигателя 14 через редуктор 15 и передаточные механизмы. Основные узлы установки вмонтированы внутри экранирующего корпуса 16.
Процесс измельчения и термообработки жиросодержащего сырья происходит следующим образом. Загружаем жиросодержащее сырье в приемный резервуар 1. Включаем электродвигатель с передаточными механизмами 4 привода вальцов 2 (измельчающий механизм) с набором звездочек 3. При попадании сырья между вальцами происходит измельчение сырья и перемещение через лоток 5 в резонаторную камеру 7. Включить СВЧ-генератор 6, благодаря чему происходит эндогенный нагрев измельченного сырья. При этом для равномерного нагрева сырья по всему объему предварительно включить перемешивающий механизм 8 и нагнетательный шнек 10 с помощью электродвигателя 14. Частота вращения валов регулируется
с помощью ременных передач и редуктора 15. Нагретое сырье попадает в нагнетательный шнек 10 через окно 9 корпуса нагнетательного шнека. С помощью последнего через матрицу 11 выдавливаются костные отходы, а вытопленный жир стекает через фильтр 12 в приемную емкость 13, откуда с помощью насоса перекачивается в специальный накопитель. Вся установка находится в экранирующем корпусе 16.
Установка работает в непрерывном режиме, обеспечивая параллельное измельчение жиросодержащего сырья, его нагревание, вытопку жира, нагнетание и формование костного отхода. Винты нагнетательного шнека и матрица позволяют дополнительно измельчать костный отход в виде костной муки с регулируемым размером крупиц. Технические характеристики установки представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Технические характеристики установки
Показатели Значения
Производительность, кг / ч 30—35
Мощность, кВт 1,5
Габаритные размеры, мм 1360х1090х680
Конструктивные особенности разработанной установки позволяют осуществлять процессы измельчения жиросодержащего сырья и вытопки жира за счет эндогенного нагрева, разделение на 2 фракции, такие как костная мука и вытопленный жир. Высокая надежность, простота монтажа, эксплуатации и обслуживания, низкие удельные затраты электроэнергии обеспечивают высокую эффективность применения установки в целях переработки жиросодержащего сырья. Качество готовых продукций зависит от совместного действия двух факторов: температуры эндогенного нагрева и дозы воздействия ЭМПСВЧ [2].
Список литературы:
1. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Часть 1. Оборудование для убоя и первичной обработки. — М.: Колос, 2001. — 552 с.
2. Новикова Г.В. Технология выпечки хлебобулочных изделий диэлектрическим нагревом / Г.В. Новикова, И.Г. Ершова, Н.Т. Уездный // Вестник ФГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева». — Чебоксары: ЧГПУ, 2013. — № 2 (78). — С. 163—166.
3. Новикова Г.В. Экономическая эффективность применения СВЧ-установки для выпечки хлебобулочных изделий / Г.В. Новикова, И.Г. Ершова, Н.Т. Уездный, О.В. Науменко // Вестник ФГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева». — Чебоксары: ЧГПУ, 2013. — № 2 (78). — С. 167—170.
