ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7145| Title: | Підвищення ефективності процесу отримання заморожених гранульованих сумішей на основі рибного фаршу |
| Authors: | Осипенко, Василь Іванович Черевко, Євгеній Анатолійович |
| Keywords: | напівфабрикат;рибний фарш;премікс;штранги |
| Issue Date: | 14-Dec-2021 |
| Abstract: | Метою роботи є розробка раціональних режимів отримання сумішей з рибного фаршу, їх охолодження, вакуумного самозаморожування, гранулювання і розробка конструкції морозильної установки. Теоретико-методологічною базою досліджень стали роботи вчених в області теорії і техніки процесів подрібнення, перемішування, формування, охолодження і заморожування рибної сировини. Основою практично всіх досліджень в роботі є вивчення кінетики і динаміки вищевказаних процесів, їх термодинамічний аналіз, а також отримання даних, необхідних для інтенсифікації механічних і теплових процесів, чисельного розрахунку температурних полів шляхом реалізації моделей теплопереносу при охолодженні і вакуумному заморожуванні. Наукова новизна одержаних результатів полягає в науковому обґрунтуванні ефективністі організації самовільного заморожування фаршевих сумішей за розробленими алгоритми. Практичне значення отриманих у роботі результатів полягає у рекомендації щодо практичної реалізації результатів проведених досліджень до використання підприємствами харчової індустрії. Продовженням роботи може бути вдосконалення іншого обладнання лінії виробництва напівфабрикатів з рибного фаршу з додаванням преміксу (рослинних добавок). |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7145 |
| Appears in Collections: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ Черевко.pdf Restricted Access | Магістерська випускна робота виконана на 125 сторінках, включає 72 формули, 65 рисунків, 24 таблиць, 30 літературних джерел та 11 додатків. | 4.88 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
1
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування вищого навчального закладу)
факультет Комп’ютеризованих технологій машинобудування і дизайну
(повна назва факультету)
кафедра Проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
магістр
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему: “Підвищення ефективності процесу отримання заморожених
гранульованих сумішей на основі рибного фаршу”
Виконав: студент 2 курсу, групи мПВ-66
спеціальності 133 – галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
обладнання переробних і харчових виробництв
(спеціалізація)
Євгеній Черевко
(ім’я та прізвище)
Керівник Василь Осипенко
(ім’я та прізвище)
Рецензент Валентин Пода
(ім’я та прізвище)
Черкаси 2021
2
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет комп’ютеризованих технологій машинобудування і дизайну
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
Освітньо-кваліфікаційний рівень магістр
Спеціальность 133 “Галузеве машинобудування”
Спеціалізація “Обладнання переробних і харчових виробництв”
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
ЗАТВЕРДЖУЮ
завідувач кафедри __________
“03” вересня 2021 року
ЗАВДАННЯ
на магістерську кваліфікаційну роботу студенту
Черевку Евгенію Анатолійовичу
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема магістерської роботи: “Підвищення ефективності процесу отримання
заморожених гранульованих сумішей на основі рибного фаршу”
Керівник магістерської роботи: Осипенко Василь Іванович, д.т.н, професор
( прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету
від 17 09 2021 року № 284/01
2. Строк подання студентом магістерської роботи 05.12.2021 р.
3. Вихідні дані до магістерської роботи: технологічні інструкції; робочі
інструкції; патенти; конструкторська документація, наукова та довідкова література
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно
розробити): Реферат; перелік умовних позначень та скорочень, вступ; Аналітичний
огляд; Визначення гігроскопічних властивостей і термодинамічний аналіз об'єктів
кріоконсервування; Вивчення кінетики і аналіз закономірності протікання процесів
в технології рубаних рибно-овочевих заморожених штранг; моделювання кінетики
теплообміну в процесах охолодження ізаморожування фаршевих штранг; Деякі
аспекти практичної реалізації результатів дослідження; Загальні висновки, список
використаних джерел, додатки
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Вступ; Модель отримання тонкоподрібненої маси і класифікація способів
заморожування; Схеми апаратів для заморожування штучних продуктів;
Принципова схема морозильної установки; Ізотерми сорбції вологи; Схема
дослідної установки; Математичне моделювання процесу; графіки кількості
випареної вологи; вакуум-випарна установка; Криві змішування фаршу; Висновок.
3
РЕФЕРАТ
Магістерська випускна робота виконана на 125 сторінках, включає 72
формули, 65 рисунків, 24 таблиць, 30 літературних джерел та 11 додатків.
Метою роботи є розробка раціональних режимів отримання сумішей з рибного
фаршу, їх охолодження, вакуумного самозаморожування, гранулювання і розробка
конструкції морозильної установки.
Теоретико-методологічною базою досліджень стали роботи вчених в області
теорії і техніки процесів подрібнення, перемішування, формування, охолодження і
заморожування рибної сировини. Основою практично всіх досліджень в роботі є
вивчення кінетики і динаміки вищевказаних процесів, їх термодинамічний аналіз, а
також отримання даних, необхідних для інтенсифікації механічних і теплових
процесів, чисельного розрахунку температурних полів шляхом реалізації моделей
теплопереносу при охолодженні і вакуумному заморожуванні.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в науковому обґрунтуванні
ефективністі організації самовільного заморожування фаршевих сумішей за
розробленими алгоритми.
Практичне значення отриманих у роботі результатів полягає у рекомендації
щодо практичної реалізації результатів проведених досліджень до використання
підприємствами харчової індустрії.
Продовженням роботи може бути вдосконалення іншого обладнання лінії
виробництва напівфабрикатів з рибного фаршу з додаванням преміксу (рослинних
добавок).
Ключові слова: напівфабрикат; рибний фарш; премікс; штранги; вакуум-
морозильна установка; судак; короп; дослідження; технічна документація;
продуктивність.
4
ABSTRACT
Master's thesis is made on 125 pages, includes 72 formulas, 65 drawings, 24 tables,
30 literary sources and 11 applications.
The purpose of the work is to develop rational modes of obtaining mixtures of fish
minced meat, their cooling, vacuum self-proof, granulation and development of the design
of the freezing plant.
The theoretical and methodological base of research was the work of scientists in
the field of the theory and technology of grinding processes, mixing, forming, cooling and
freezing of fish raw materials. The basis of virtually all studies in the work is to study the
kinetics and dynamics of the above processes, their thermodynamic analysis, as well as
obtaining data necessary for the intensification of mechanical and thermal processes,
numerical calculation of temperature fields by realizing thermal transfer models during
cooling and vacuum freezing.
The scientific novelty of the results obtained consists in the scientific substantiation
of the effectiveness of the organization of unauthorized freezing of minced mixtures for
developed algorithms.
The practical significance of the results obtained in the work is to recommend a
practical implementation of the results of conducted research on the use of the enterprises
of the food industry.
Continuation of work can be improving other equipment for the production of semi-
finished products from fish minced meat with the addition of premix (plant additives).
Keywords: semi-finished product; fish mincedles; premix; stranges; vacuum
freezing installation; zander; carp; research; technical documentation; productivity.
5
ABSTRACT
The master's thesis is made on 100 pages, includes 147 formulas, 14 figures, 11
tables, 15 references and pages of appendices.
The master's thesis was performed to study the process of heating the dough in the
extraction zone by electric current and the development of a modernized production line of
bakery products and fermentation and molding apparatus (BFA) with an improved matrix
for dough formation.
The aim of the research is to determine the influence of temperature on the process
of dough formation by extrusion and to develop an extruder with heating the dough in the
extraction zone using electrocontact heating method in combination with external heating
of the dough in the molding zone.
The research was carried out on an experimental installation, the forming body of
which is a cylindrical matrix in which the dough is heated by an electric current due to its
conductivity.
The result was experiments on the effect of temperature on the process of dough
formation by extrusion. During the experiments it was found that the temperature near the
electrode is much higher than near the walls of the matrix. When heating the matrix there
is an increase in productivity by reducing the viscosity of the dough. As a result of the
experiments, it is seen that the heating of the dough has a positive effect on the extraction
process. Also based on the results of experiments, the temperature fields of the harness are
constructed from the dough along the radius of the heating surface depending on the
temperature of the matrix and depending on the voltage when using contact heating.
The practical significance of the results obtained in the work is to use the developed
BFA for the production of bakery products.
Key words: extrusion; dough, fermentation and molding unit; baked goods; matrix;
forming node.
6
ЗМІСТ
Перелік умовних позначень і скорочень………………………………………….7
Вступ……………………………………………………………………………......8
1. Аналітичний розділ…………………………………………………………....11
1.1. Опис об'єктів обробки і область їх використання……………………..11
1.2. Механізм вимерзання вологи в структурованих білкових тілах….…..13
1.3. Перспективи вдосконалення технологій
заморожених рибних напівфабрикатів…………………………………………………18
Висновки до розділу 1…………………………………………………………….29
2. Визначення комплексних властивостей і характеристик
досліджуваних продуктів………………………………………………………………..32
2.1. Визначення гігроскопічних властивостей і термодинамічний
аналіз об'єктів кріоконсервування……………………………………………………...32
2.2. Визначення раціонального вмісту порошкової добавки
в фаршевих продукта на основі судака і коропа………………………………………41
2.3. Вивчення структурно-механічних властивостей
об'єктів кріоконсервування……………………………………………………..............44
2.3.1. Визначення кількості вимерзлої вологи в рибних
фаршах при заморожуванні…………………………………………………………….44
2.3.2. Визначення щільності рибних штранг при заморожуванні…….46
2.3.3. Визначення умовного коефіцієнта ефективності
динамічної в'язкості рибних фаршів…………………………………………………...48
2.4. Вивчення теплофізичних властивостей об'єктів заморожування
при звичайних температурах і нижче нуля…………………………………………….52
2.4.1. Визначення кріоскопічних температур об'єктів дослідження…..53
2.4.2. Визначення коефіцієнтів температуропровідності
рибних фаршів при звичайній температури і нижче нуля…………………………….54
2.4.3. Визначення питомої теплоємності рибних фаршів
при звичайній температури і нижче нуля……………………………………………...59
2.4.4. Визначення розрахункового значення теплопровідності
7
рибних фаршів при звичайній температури і нижче нуля…………………………….65
2.4.5. Вираження питомої теплоти льодоутворення
для досліджуваних рибних фаршів……………………………………………………..67
Висновки до розділу 2…………………………………………………………….68
3. Вивчення кінематики і аналіз закономірності протікання
процесів в технології рубаних рибно-овочевих заморожених штранг………………69
3.1. Вивчення кінетики процесу подрібнення рибної
сировини з судака та коропа…………………………………………………………….69
3.2. Вивчення кінетики процесу змішування рибної
сировини і рослинного компонента…………………………………………………….81
3.3. Вивчення кінетики і аналіз закономірності процесу
формування штранг з рибної фаршевої суміші………………………………………..88
Висновки до розділу 3…………………………………………………………….93
4. Моделювання кінетики теплообміну в процесах
охолодження і заморожування фаршевих штранг………………………………….…94
4.1. Розробка математичної моделі переносу в процесі
охолодження сумішей із фаршу………………………………………………………..94
4.2. Розробка математичної моделі теплопереносу в процесі
охолодження штранг до температури близької до кріоскопічної…………………..100
4.3. Розробка математичної моделі теплопереносу в процесі
вакуумної заморозки гранул з фаршу…………………………………………………106
Висновки до розділу 4…………………………………………………………...116
5. Деякі аспекти практичної реалізації результатів дослідження…………….117
5.1. Опис розробленої вакуум-морозильної установки…………………...117
5.2. Рекомендації щодо практичного використання результаті
дослідження……………………………………………………………………………..119
Висновки до розділу 4…………………………………………………………...120
Загальні висновки…..............................................................................................121
Список використаних джерел………………………………………………......123
Додатки……………………….….........................................................................126
8
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ
АПК – Агропромисловий комплекс
ЧДТУ – Черкаський державний технологічний університет
ГОСТ – Государственный стандарт
МКР – Магістерська кваліфікаційна робота
ВНИРО – Всеросийский научно-исследовательский институт рыбного
хозяйства и океанографии
НДР – Науково-дослідна робота
���� – критерій Нусельта
���� – критерій Рейнольдса
Pr – критерій Прандля
Bi – критерій Біо
БАР – біологічно-активні речовини
pH – водневий показник
СРСР – Союз Радянських Соцілістичних Республік
ВМУ – Вакуумна морозильна установка
9
ВСТУП
Магістерська кваліфікаційна робота (МКР) виконана з метою дослідження
процесів отримання заморожених рибних фаршевих гранульованих сумішей.
Актуальність дослідження. Аналіз сучасного стану та перспектив розвитку
індустрії переробки риби показав зростання в загальному обсязі вилову риби з
низькою товарної цінністю при її пошкодженнях, або розм'якшеної консистенції [1],
присутність якої в уловах не придатно для вироблення харчової продукції високої
якості за відомими технологіями.
З огляду на дефіцит білка тваринного походження поряд з надмірним
споживанням тваринних жирів, розробляються рецептури заморожених
риборослинні напівфабрикатів функціонального призначення, з максимальним
залученням до технологічного процесу різних видів рибного і рослинної сировини
[1]. Це сприяє зарахувати продукцію з рибного фаршу до індустріальних харчових
продуктів нового покоління, які володіють трьома основними властивостями:
харчовою цінністю, смаковими якостями і фізіологічним впливом.
Для вирішення поставлених завдань актуальна розробка і реалізація
оригінальних інтенсивних способів, як попередньої підготовки сировини
(подрібнення, перемішування, формування), так і заморожування, які можливо
використовувати не тільки для переробки сировини, а й для виробництва
напівфабрикатів, кулінарних виробів при дотриманні умов екологічної безпеки і
зниження вартості обробки харчових продуктів холодом.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка раціональних режимів
отримання фаршевих сумішей, їх охолодження, вакуумного самозаморожування,
гранулювання і розробка конструкції морозильної установки.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:
1. Провести аналіз відомих способів та програмно-апаратного забезпечення
операцій заморозки рибних фаршевих і комбінованих продуктів.
2. Розробити теоретично-експериментальний план досліджень.
3. Вивчити кінетичні закономірності перебігу процесів подрібнення рибної
сировини з судака і коропа, змішування рибної сировини і рослинного компонента,
10
гранулювання рибної суміші з штранг в технології вакуумного заморожування
фаршевих продуктів.
4. Розробити математичну модель еволюції полів температур по товщині
фаршевих суміші, фаршевого щтранга і гранул протягом кожної з операцій
пропонованої технології.
5. Розробити конструкторсько-компонувальні рішення для реалізації
розроблених режимів подрібнення, змішування, охолодження і вакуумної фіксації
гранул рибних фаршевих сумішей.
Методи дослідження. Теоретико-методологічною базою досліджень стали
роботи вчених в області теорії і техніки процесів подрібнення, перемішування,
формування, охолодження і заморожування рибної сировини. Основою практично
всіх досліджень в роботі є вивчення кінетики і динаміки вищевказаних процесів, їх
термодинамічний аналіз, а також отримання даних, необхідних для інтенсифікації
механічних і теплових процесів, чисельного розрахунку температурних полів
шляхом реалізації моделей теплопереносу при охолодженні і вакуумному
заморожуванні.
Оцінка стану вологи в об'єктах дослідження здійснювалася на основі теорії
полімолекулярної адсорбції. Температуропровідність досліджуваних матеріалів
визначалася методом Г.Н. Кондратьєва. Для визначення питомої теплоємності
використовувався оригінальний калориметричний метод (Пат. №171974 РФ).
Результати дослідження. Результатом роботи стало підтвердження заданої
подібності результатів (в межах 5 – 7 %) математичного моделювання з
емпіричними даними, відповідністю отриманих результатів з загальновизнаними
науковими положеннями, конструкторськими розробками і досвідом їх практичного
впровадження
Об’єкт дослідження. Процес подрібнення, перемішування, формування,
охолодження і заморожування рибної сировини.
Предмет дослідження. В результаті дослідження рекомендовані раціональні
режими охолодження рибної фаршевої суміші в змішувачі і в фільєрах
кожухотрубного теплообмінника, а також її самовільного заморожування у
11
вакуумній камері морозильника, які включають характеристики оброблюваного
сировини і раціональні режимні параметри процесів, на базі яких підбирається
існуюче або розробляється нове технологічне обладнання. Запропоновано:
оригінальна конструкція морозильної установки для самозаморожування (подана
заявка на патент); калориметричний пристрій для визначення температурної
залежності питомої теплоємності харчових продуктів (Пат. 171974 РФ), пристрій
для визначення ступеня готовності харчових продуктів після теплової обробки (Пат.
173447 РФ).
Наукова новизна отриманих результатів полягає в:
1. Отримано адекватні залежності фізико-хімічних характеристик рибної
фаршевдї суміші від температури і проведено термодинамічний аналіз статичних
закономірностей процесу подрібнення рибної сировини.
2. Отримано кінетичні закономірності перебігу процесів подрібнення рибної
сировини з судака і сазана, змішування рибної сировини і рослинного компонента.
3. Побудовано і розв'язано математичну модель з розподілу темпіратури по
шару матеріалу в перебігу процесів охолодження і заморожування для
підтвердження або коригування рекомендованих режимних параметрів технології.
4. Науково обгрунтовано ефективність організації самовільного
заморожування фаршевих сумішей за розробленими алгоритми.
Апробація результатів магістерської кваліфікаційної роботи:
1. Практичне значення отриманих у роботі результатів полягає у рекомендації
щодо практичної реалізації результатів проведених досліджень до використання
підприємствами харчової індустрії.
2. Подані тези на науково-практичну конференцію “Дні студентської науки
ЧДТУ – 2022”: Євген Черевко. Удосконалення процесів отримання заморожених
рибних фаршевих гранульованих сумішей.
12
РОЗДІЛ 1
АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
Останні досягнення технологічної науки показали важливість і необхідність
переробки певної категорії рибного сировини на фарш з метою виробництва на його
основі готової продукції [2]. У різних галузях харчової індустрії виробляють
широкий асортиментний спектр плодоовочевої, м'ясної, рибної, молочної продукції,
часто комбінованої з тістом (пельмені, вареники і т.п.), серед якої значну частку
мають готові страви і кулінарні вироби в замороженому вигляді [3].
1.1 Опис об'єктів обробки і область їх використання
З урахуванням способу переробки і фізико-хімічних характеристик сировини
рибні фарші умовно поділяють на промиті, стабілізовані ферментовані, варені,
просолені, сухі і комбіновані з сукупністю ознак [1, 4]. При цьому найбільш в
технологічному і споживчому аспектах цікавий стабілізований фарш, близький за
складом і характеристикам до подрібненого м'яса риби.
Рибний фарш для стабілізації готують шляхом промивання і фракційного
поділу за колірними показниками м'язів, що доцільно при переробці риби з великою
кількістю темного м'яса. Часом застосовують фарш з некондиційного сировини з
великим вмістом крові.
При переробці філе або тушок фарш переважно сепарують на дві фракції. В
першій преважають білі м'язи при низькому вмісті крові, що дає можливість
готувати світлий фарш з консистенцією для стійкого зберігання. У другій фракції
присутнє переважно темне м'ясо, залишки білого, а також фрагменти шкіри,
субпродуктів і кісток, які для виробництва порційних продуктів необхідно
подрібнити на колоїдних млинах або протиральних установках з перфорованими
отворами.
Основна маса вітчизняної та імпортної харчової продукції не збалансована по
харчовим біологічно-активним речовинам (БАР), що серйозно впливають на харчові
раціони при прагненні до раціонального харчування, не дивлячись на існуючі
технології по їх збагаченню. Відзначимо, що традиційні способи переробки
13
сировини рослинного походження не дають можливості виробляти продукцію з
великим вмістом БАР при максимальному збереженні властивостей.
Розробка, проектування і модернізація машин і агрегатів повинні базуватися
на комплекс характеристик і властивостей продуктів переробки, для чого потрібна
їх систематизація для сировини і напівфабрикатів. Серед важливих показників, в
аспекті даної роботи, можна виділити липкість або адгезійні властивості, що
характеризують емульгуючу здатність і стабільність емульсій, які в основному
визначають якість готового виробу і пов'язані з в'язкістю і пластичністю харчових
середовищ.
З огляду на вищевикладене, очевидна необхідність знання функціональних і
технологічних показників різних типів сировинних матеріалів, їх складу і ролі
допоміжних речовин і характерних змін цих показників під впливом зовнішніх
факторів.
Під функціональними і технологічними показниками м'ясної і рибної
сировини в області прикладної біотехнології розуміють комплекс властивостей, які
характеризують його здатність: звязувати і утримувати вологу та жир; формувати
стійкі емульсійні середовища і гелі; дотримання органолептичних показників, а
також значення питомого виходу і можливих втрат при тепловій обробці [5].
Добавка в рибний фарш до 30% подрібненої сировини рослинного
походження стимулює здатність утримувати вологу. При переробці маложирної
риби і її комбінацій з рослинними інгредієнтами істотно знижується жирність
отриманої суміші, що доцільно її застосування в дієтичному харчуванні [6].
Широке поширення в якості добавок отримали соєві препарати в 10 – 40%
частці, особливо в пастах і різних овочевих начинках, для регулювання і
поліпшення функціональних і технологічних показників.
Істотну частку у виробничій програмі рибопереробних підприємств має
біохімічно модифікований фарш. Зростання тривалості його зберігання досягають за
допомогою хімічних, біохімічних мікробіологічних впливів. У стабілізаційній
реакції беруть участь матеріали з рибного м'яса або субстрату, при цьому
властивості м'яса практично не змінюються в процесі переробки. При цьому,
14
наприклад, в рибному фарші інтенсифікуються реакції складових, що уповільнюють
і навіть виключають негативні зміни в м'ясі. Внаслідок чого для збільшення термінів
зберігання рибних виробів, фарш перед заморожуванням перемішують і зволожують
в процесі замерзання, а також зменшують його кислотність. Відомі оригінальні
фізичні способи стабілізації рибних фаршів без біохімічних змін в них [7], зокрема,
при насиченні їх інертними газами, вуглецевим діоксидом або азотом в процесі
швидкісного перемішування в герметизованому куттері. Попереднє перемішування
для видалення повітря проводять переважно при зниженому залишковому тиску.
Після чого в кутер вводиться інертний газ до заданого тиску газо-фаршевих сумішей
і формування пористої структури продукту для підвищення стійкості фаршу в
процесі зберігання і надання йому раціональних реологічних характеристик.
Механічне подрібнення худих видів риб призводить до зростання кількості
інгредієнтів розпаду диметиламина, тріметіламіноксіда і альдегіду мурашиного, що
погіршує білкову розчинність, консистенцію, смак і соковитість в результаті
термообробки [1, 7].
1.2 Механізм вимерзання вологи в структурованих білкових гілах
Консервуючий ефект при заморожуванні обумовлений тим, що при низьких
температурах сповільнюються мікробіологічні і біохімічні перетворення, внаслідок
чого зростає до кількох місяців термін зберігання продукції. В результаті відведення
тепла від поверхні блоку рибного фаршу на ній починається льодоутворення, в той
час як більш глибокі шари, ще не досягли температури замерзання, залишаються
незамороженими.
Переміщення кордону льодоутворення пов'язано з утворенням
концентрованого перенасиченого розчину. Концентрація низькомолекулярних і
дисоційованому речовин в тканинних розчинах зазвичай буває вище 0,13 моль/л)
[8]. Концентрація розчину в насиченому шарі (С, моль/л):
�� = �� ∙ ��−����
0 , (1.1)
де ��0 – концентрація розчину на кордоні розділу (��0, моль/л);
�� – основа натурального логарифма, �� ≈ 2,72;
15
�� – коефіцієнт, що характеризує зменшення концентрації в міру віддалення від
кордону льодоутворення;
�� – відстань від границі льодуутворення
Якщо уявити залежність в напівлогарифмичній формі, коефіцієнт прийме вид
(��):
��
ln �� ��
��
�� = �� (1.2)
��
Форма кристалів енергетично нестійка і в підсумку змінюється тим швидше,
чим вище температура зберігання. Останні дослідження [1] показали, що певна
частина води, що міститься в продуктах, не замерзає навіть при дуже низьких
температурах, а процес утворення льоду закінчується лише в момент зниження
температури до – 30 °С.
Відносний масовий вміст звязаної вологи в фаршах практично незмінний і
становить приблизно 10% [8]. При заморожуванні звязана волога практично не
переходить з одної фази у іншу. У вільній волозі міжклітинного простору розчинена
основна маса мінеральних речовин. Внаслідок виморожування не пов'язаної з сухим
скелетом вологи зростає відносний вміст солей в незаморожений клітинному
розчині, що веде до зниження температури заморожування.
У м'ясі риби кількість зв'язаної вологи в середньому становить 0,35 кг сухої
маси [8]. Частка незамороженої води в м'ясі риби зростає в міру підвищення
температури заморожування. Температура заморожування, що визначає
безпосередньо його швидкість, в значній мірі впливає також на кількість і склад
незамороженої води. При повільному заморожуванні, коли швидкість дифузії
розчиненої речовини більше швидкості утворення кристалів, концентрація
мінеральних речовин і білків в незамороженій рідкій фракції значно зростає. При
цьому створюються сприятливі умови впливу солі на білки. Це підтверджує
результати досліджень, представлені в роботі [8], які показали, що розчинність
білків форелі в KCl при концентрації 0,45 (моль/л) знижується швидше при
температурі – 10 °С, ніж при – 20 і – 30 °С. У подрібненому м'ясі риби ці зміни
16
відбуваються швидше, ніж в тканинах з незруйнованою клітинною структурою.
Досліди показали, що в рідкій фракції, відокремленої за допомогою
центрифуги з замороженого м'яса риби, концентрація мінеральних речовин в 2 – 3
рази вище, ніж в соку незамороженого фаршу, незважаючи на те, що якісний склад
цих речовин в обох рідких фракціях подібний.
Відповідно до теорії сильних електролітів Дебай-Хюкеля [8] частина іонів
може піддаватися асоціації. У концентрованих розчинах електролітів в результаті дії
сил тяжіння між іонами поблизу кожного іона розташовується більше іонів
протилежного заряду, ніж однойменно заряджених іонів. Явище асоціації іонів
призводить до утворення досить стійких пар або трійок іонів. Чим вище
концентрація розчину, тим помітніше зазначені явища. Таким чином, в
концентрованих розчинах сильних електролітів іонів здається менше, ніж їх дійсно
знаходиться в розчині.
В результаті асоціації іонів pH незамороженої рідкої фракції змінюється.
Зміни pH харчових продуктів в процесі заморожування обумовлені в основному
наступними змінами, що відбуваються в незамороженої рідкої фракції: зростанням
концентрації розчинених речовин внаслідок утворення кристалів льоду, асоціацією
іонів в результаті зростання концентрації електролітів, взаємодією білків з іонами
розчинених речовин.
Утримання вимороженої вологи розраховується як відношення маси льоду до
загальної кількості вологи (W):
��л
�� = , (1.3)
��л + ��в
де ��л – маси льоду при даній температурі, кг;
��в – маси води при даній температурі, кг
Емпірично визначено, що приблизно 3/4 маси вологи м'яса риб, птиці, яєць і 1/2
маси картоплі заморожується до мінус 40 0С. А повне заморожування вільної вологи
харчових матеріалів відбувається при досягненні мінус 30 0С. Якісні показники мороженої
продукції в значній мірі залежать від розміру, форми і дисперсного розподілу кристалів
льоду, які, в свою чергу визначаються станом оболонок, відносним вмістом розчинених
17
речовин в клітинах, а також ступенем білкової гідратації білків і ін. Переважаючий вплив
на якість впливає інтенсивність заморожування.
Інтенсивність заморозки обумовлена швидкістю просування поверхні
фазового розділу рідини і твердої речовини від зовнішньої поверхні
замораживаемого об'єкта до його термоцентру. Швидкість замерзання поділяють на
середню і номінальну. Задовільні результати досягаються при швидкості, що
забезпечує час впливу критичних температур не більше 30 хв [8, 9].
Традиційно середньою вважають швидкість у вигляді відношення довжини
траєкторії до часу просування фронту кристалоутворення від зовнішньої поверхні
матеріалу до геометричного центру і вимірюють м/год. Швидкість замерзання, яка
визначається способом ходообробки, знаходиться в залежності від температури і
розміру об'єкта обробки.
За ознакою швидкості заморожування класифікується наступним чином [9]:
- повільне заморожування при швидкості до 1 см/год;
- прискорене заморожування при швидкості в діапазоні від 1 до 6 см/год;
- швидке заморожування при швидкості в діапазоні від 5 до 10 см/год;
- надшвидке заморожування при швидкості в діапазоні від 10 до 100 см/год
У разі повільного заморожування спочатку формуються крижані кристали з
позаклітинного соку тканин з порівняно низькою концентрацією розчинених
речовин. Підвищений паровий тиск над переохолодженою внутрішньоклітинною
рідиною веде до дифузії водяної пари через клітинні стінки і формуванню
укрупнених крижаних кристалів, які порушують цілісність тканини. Таке
заморожування веде до повної втрати внутрішньоклітинної вільної вологи
(кріоскопічний осмос або кріоконцентрація). У замерзлих тканинах клітин, які
втратили пружні властивості, знаходиться незаморожений розчин, а весь лід
знаходиться в міжклітинному просторі. При цьому відносна кількість травмованих
клітин перевищує 70%.
У разі швидкого заморожування формуються дрібнорозмірні кристалики
льоду, рівномірно розподілені по об'єму об'єкта заморозки. Волога, практично не
переміщаючись, локально переходить в льдоподібний стан. При цьому руйнівний
18
вплив кристаликів на клітини тканини мінімізується.
У разі надшвидкого заморожування орієнтовно 90% всіх утворюються
крижаних кристалів знаходиться у внутрішньоклітинному просторі, практично не
пошкоджуючи тканини.
В принципі незалежно від способу та інтенсивності заморозки в тканинних
клітинах спостерігаються складні структурні перетворення. Наприклад, при
зниженні температури матеріалу до 8 ± 10 0С спостерігається інтенсивне утворення
льоду і, як наслідок швидке зростання в рідкій фазі відносного вмісту хімічних
сполук, кріоусадка продукту при молекулярному зближенні і агрегації, що
призводить до структурно-механічних перебудов молекул білків і міжмолекулярних
реакцій. Структурна трансформація системи білкових мікрочастинок рівнозначна їх
денатурації з виділенням тканинного соку при розморожуванні і зростанням
підвищення вмісту електролітів в рідини. Зона найбільшого прояву денатурації
потрапляє в температурну зону найбільшою мірою кристалізації тканинного
розчину.
Очевидно, що зв'язана волога надає домінуючий вплив на збереження вихідної
білкової структури, що відноситься тільки до вологи, пов'язаної з білковими
групами з енергією, що перевищує енергію, звільнену при фазовому переході в
кристалічну крижану структуру. Білки з більш низьким енергетичним зв'язком
втрачають виморожену вологу при агрегації білкових молекул. Стабільні білкові
матеріали мають здатність утримувати вологу, що дозволяє забезпечити збереження
вихідної структури після дефростації.
Є відомості про розробку заморожених харчових сумішей зі структурними
природними компонентами, що дає можливість отримувати сировинні об'єкти
заморожування при мінус 20 °С з високими живильними і біологічними цінностями
з тривалим терміном зберігання, мінімізуючи втрати при дефрастаціі [4].
Фізико-хімічні зміни ліпідів при замерзанні і зберіганні обумовлені процесами
ферментації і окислення. При зниженні температури замерзання спостерігається
уповільнення хімічних реакцій, в тому числі процесів псування жирів. При
заморожуванні знижується псування продукту, зважаючи на зменшення активності
19
мікроорганізмів. Мікробіологічна стійкість до низьких температур безпосередньо
залежить від виду мікроорганізмів, стадії розвитку і середовища їх проживання, а
також режимних параметрів процесу заморожування.
Однак після багатомісячного зберігання замороженої продукції при мінус 18
0С якісні відмінності згладжуються незалежно від методу заморожування через
рекристалізацію, рушійною силою якої є температурні коливання при зберіганні і
різниця пружності водяної пари над дрібними і великими кристалами. Над дрібними
кристалами пружність парів вище, що призводить до вологоміграціі між дрібними і
великими кристалами, причому, чим нижче температура, тим повільніше
рекристалізація.
З вищевикладеного випливає, що, незважаючи на широке розмаїття методів
заморожування, до вибору об'єкта, способу і технічних засобів заморожування
необхідний індивідуальний підхід.
1.3 Перспективи вдосконалення технології заморожених рубаних
напівфабрикатів
Перспективи розвитку вітчизняної переробної промисловості в рибній галузі
безпосередньо пов'язані з тенденцією зростання виробництва заморожених
фаршевих продуктів, розпочатого в 1965 р в Японії, крім якої до провідних країн,
що виробляють рибний фарш можна віднести Канаду, Ісландію, Данію, Норвегію,
Англію, Польiу і Південну Африку.
В СРСР науково-технічні дослідження в області технологій морожених
рубаних продуктів були націлені на розробку оригінальних і удосконаленн. відомих
технологій [10], які передбачають переробку рибної сировини на фаршеві матеріали
з риби дрібних видів або так званої дрібниці третьої групи, а також риби зі
зниженою товарної цінністю [4, 11]. При цьому приділялася увага розробці
оригінальної харчової продукції на основі фаршів [4, 12], вибору відповідного
імпортного або вітчизняного апаратурного оформлення даних технологій, а також
компонуванні апаратурних схем для їх раціональної реалізації [1, 7, 19].
У традиційну вітчизняну технологічну схему виробництва фаршевих
продуктів при механічному подрібненні рибної сировини, включаються операції
20
грубої дезінтеграції з відділенням прессепарацією кісток і шкіри і подальшого
подрібнення. Отримання готової продукції здійснюється на спеціалізованому
обладнанні: протиральних агрегатах, колоїдних млинах, вовчках і кутерах.
Отримання рибних фаршевих продуктів з використанням прессепараціі
застосовують в різних країнах – виробниках цієї продукції, внаслідок можливості
утилізації виробничих відходів при оброблення риби [8]. При цьому такий фарш має
порівняно низькі технологічні характеристики, що перешкоджає його широкому
використанню при виробництві формованих виробів [8].
Відомі технології фаршевих виробів базуються переважно на використанні
енергоємного механічного подрібнення рибної сировини [11]. При цьому, коли
подрібнення високов'язких пластичних середовищ, зокрема, м'язових рибних тканин
реалізується в позитивному температурному діапазоні, значна частка споживаної
енергії витрачається на пружнопластичне деформування і компенсування
зовнішнього тертя, і тільки частина її витрачається на корисну роботу утворення
нової поверхні.
Відомо що при різних видах організації процесу і режимах заморожування
відносний вміст летючих азотистих основ в рибному м'ясі залишається незмінним,
але при швидкому заморожуванні в порівнянні з заморожуванням в плитковому
агрегаті, формується мілкодисперсна кристалічна крижана структура, що забезпечує
більше збереження функціональних характеристик сировинних ресурсів.
Екструдування рибного м'яса для виробництва рибних паличок веде до зменшення
білкової розчинності і здатності утримувати вологу, але до підвищення якісних і
смакових показників готової продукції.
Перспективний спосіб холодної екструзії (кріоекструдування), який
передбачає варіювання рецептури шляхом дозованого введення в заморожений
рибний фарш пластифікованих наповнювачів, барвників, а також пластифікацію і
перемішування оброблюваного матеріалу, його пропускання через формуючу
матрицю та інші необхідні операції [13].
Вперше реалізація технології кріопереробки рибної сировини була зроблена
під ВНИРО (Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства
21
и океанографии), де розроблена технологічна інструкція по отриманню подрібненої
продукції із заморожених рибних блоків [14]. Операційна модель такого
виробництва приведена нижче (рис. 1.1).
Рис. 1.1 Операційна модель отримання подрібненої рибної продукції
У технічних умовах [14] даної технології для отримання тонкоподрібненої
рибної біомаси використовують океанічну заморожену оброблену рибу, зокрема
ставриду, путасу, хек і т.п. з жирністю не вище 2 %.
Технологічний потік при мінус 50 °С і нижче включає грубу дезінтеграцію
заморожених блоків до середнього еквівалентного розміру стружки (близько 1,5 мм)
і потім тонкодисперсним його подрібненням до 300 – 500 мкм в температурному
діапазоні від мінус 20 °С до мінус 25 °С. Весь технологічний цикл проводять в
охолоджуваному виробничому приміщенні на агрегатах ударної дії, розроблених у
ВНИРО, і включає в разі потреби до тонкодисперсного подрібнення додаткове
заморожування стружки в швидкоморозильних агрегатах.
В результаті досліджень виявлено, що при скороченні розмірів часток від 1,5
мм до 300 – 500мкм зростає здатність рибної біомаси утримувати вологу орієнтовно
на 12 %, а липкість в 1,5 раза.
Тонко дисперсне подрібнення стружки призводить до поліпшення смаку
продукції, причому не відчуваються наявність включень кісткових і шкірних
тканин, які в свою чергу збагачують матеріал мікро- і макронутрієнтів, підвищуючи
22
вміст Са в 6,2, Mgn в 1,1, а зміст Mn в 8 разів [13]. Негативні органолептичні
відчуття при наявності кісткових включень мінімізуються при необхідній мірі
подрібнення і термообробки рибних напівфабрикатів. В цьому випадку, при
видимому варіюванню сировини, білкова розчинність зростає на 3 – 16 %, а питома
продуктивність по готовsq продукції на 13 %.
Аналіз даної технології виявив ряд істотних недоліків, наприклад, при
подрібненні заморожених блоків неможливе сортування риби за її товарної цінності,
а в разі використання для переробки свіжої або охолодженої продукції реалізація
даної технології вимагає попередньої енергоємної операції по заморожуванню. До
того ж підвищення твердості матеріалів в процесі заморожування веде до зростання
енерговитрат при кріоподрібненні, а значне тепловиділення може привести до
часткової разморозки продукції, що переробляється.
Виходячи з вище викладеного, вважаємо за доцільне розробку універсального
способу отримання заморожених подрібнених рибних продуктів зі свіжої
охолодженої і в разі необхідності размороженої сировини.
Методи заморожування за ознаками тепловідведення і способу контактування
з охолоджуючим агентом можна звести в 5 груп (рис. 1.2): 1) з проміжним
енергоносієм (повітрям або сольовим розчином), який піддається охолодженню
холодоагентом; 2) з холодоагентом через стінку; 3) безпосередньо з холодоагентом;
4) за рахунок вакуумного самозаморажування при пароутворенні; 5) з комбінацією
вищевказаних способів.
Повітряне охолодження широко поширене в багатьох країнах, внаслідок
доступності, природності і інертності повітря як теплоносія, крім того даний спосіб
порівняно простий і універсальний, незалежить від форми і розміру штучних
об'єктів, відсутності чи наявності різноманітної упаковки. Інтенсивність повітряного
охолодження визначається розмірами об'єкта, температурою охолоджуючого
середовища і кратності циркуляції. Однак у повітря порівняно низька питома
теплоємність і висока сорбційна здатність. Переважно повітряне заморожування
проводять при мінус 20 °С при природній повітряній циркуляції і при мінус 26 – 30
°С, в разі примусової повітряної циркуляції.
23
Рис. 1.2 Класифікація способів заморожування харчових продуктів
Конструкція повітряного скороморозильного агрегату, яка повинна бути
теплоізольована для енергозбереження, зазвичай містить випарники для
охолодження повітря, систем його подачі, транспортування продукту,
автоматичного управління і регулювання. Модифікацій повітряних охолоджувачів
штучних виробів досить багато [15, 16]. За типом транспортірних вузлів такі
агрегати можна поділити на флюідозаційні, візкові або конвеєрні, причому в
останніх двох проводять заморозку дрібнофасованих продуктів і блоків, а у
флюідозаційних заморожування відбувається в швидкісному потоці повітря, що
продувається через шар об'єктів в псевдозрідженому (флюідозаційному,
псевдокиплячому або зваженому) стані. У промисловості домінують візкові
повітряні агрегати (рис. 1.3).
Рис. 1.3 Візковий апарат:
1 – теплоізоляційне огорожу; 2 – повітряний
охолоджувач; 3 – візок; 4 – відбивачі
24
Для заморозки подібних за формою і близьких за розмірами виробів
переважно застосовують установки з транспортуванням продуктів конвеєрними
пристроями різного виду (з стрічковими, пластинчастими, ланцюговими, або
лотковим конвеєрами з електричним або гідравлічним приводом.
Група флюідозаційних, досить “примхливих” пристроїв для дрібноштучних та
сипких матеріалів займає особливе місце серед широкого спектру морозильного
обладнання, тому що заморожування проводять в псевдокиплячому стані щільного
шару об'єктів, висота якого залежить від розмірних і теплофізичних характеристик
продуктів [9]. Флюїдизацію проводять на перфорованих піддонах або сітчастих
конвеєрних пристроях по двохстадійній організаційній схемі з переходом продукту
з верхнього на нижній транспортний вузол. На рисунку 1.4 показана схема
флюідозаційного пристрою з рухомою насадкою.
Рис. 1.4 Флюідозаційний апарат з рухомою насадкою:
1 – перфорований повітропровід; 2 – гладкотрубна змієвикова батарея; 3 –
конвеєри; 4 – вікна; 5 – повітряний охолоджувач; 6 – рухлива насадка; 7 –
теплоізольований контур; 8 – відцентровий вентилятор
Відзначимо основні недоліки повітряних агрегатів для заморожування:
- необхідність великих виробничих площ;
- довгостроковість виготовлення і впровадження великогабаритного і
матеріаломісткого обладнання;
- значні витрати при експлуатації і низька надійність виробничого обладнання,
що веде до витрат при проведенні ремонтних робіт, придбання запасних частин і
великого штату кваліфікованих співробітників;
25
- енергоємність;
- низька екологічна безпека через застосування охолоджуючих агентів, таких
як хладони і аміак;
- істотні ресурсні втрати при усушці продукції.
При способі охолодження зануренням в низькокипляче рідке середовище, де
відведення енергії відбувається при контакті матеріалу з рідким теплоносієм,
відбувається більш інтенсивне відведення теплової енергії в порівнянні з повітряним
охолодженням. Однак, в даному випадку можливий массоперенос холодоагенту в
матеріал, що за санітарними і гігієнічними нормами, особливо при заморожуванні
харчових продуктів, неприпустимо, а затруднений контроль концентрації
холодоагенту і недолік його нетоксичності і інертності обмежують широке
поширення даного методу охолодження і заморожування.
Занурювальні або імерсійні агрегати можна умовно розбити на дві групи: з
фіксованим, стаціонарним розміщенням в рідкому холодоагенті об'єкта заморозки
або з його конвеєрним пересуванням в холодоагенті. На малюнку 1.5 наведена схема
занурювального агрегату.
Рис. 1.5 Занурювальний апарат:
1 – теплоізоляційне огородження; 2 – мішалка; 3 – випарник; 4 – ємність з
холодоносієм; 5 – нижня сітчаста перегородка; 6 – верхня сітчаста перегородка; 7 –
гратчасті пластини конвеєра
Такі агрегати при всій їх привабливості мають низький ступінь механізації і
циклічність функціонування, що не дає можливості включення їх в потоковий
технологічний ланцюг.
26
Виходячи з того, що холодоагентами є низкокиплячі рідкі середовища,
зокрема, розчини хлориду натрію або кальцію, виникає необхідність високої
корозійної стійкості матеріалів такого обладнання, тобто використання
високолегованих сталей при виготовленні деталей установок, що природно
призводить до зростання їх вартості. Крім того виникають додаткові труднощі і
витрати, в тому числі енергетичні, через великі габарити установок і пристроїв для
зрошення, що сприяють деконцентрації розчину.
При кондуктивному або контактному способі об'єкта правильної форми з
прямокутним перетином заморожування проводять шляхом підведення тепла від
холодоагенту, іноді з теплоносія, від морозильних плит, які, крім того, формують і
підпресовують матеріал за допомогою електричного або гідравлічного приводу.
Морозильні апарати зображені на рис. 1.6.
Рис. 1.6 Морозильні апарати:
а) плитковий: 1 – теплоізоляційна огорожа; 2 – гідравлічний привід; 3 – дверні
стулки; 4 – морозильні плити.
б) роторний: 1 – теплоізоляційне огорожу; 2 – секція з морозильними плитами;
3. – вал ротора.
в) барабанний: 1 – теплоізоляційна огорожа; 2 – обертовий барабан; 3 – ніж; 4
– розвантажувальний конвеєр; 5 – завантажувальний ковейер
З урахуванням місця розташування плит такі агрегати поділяють з
горизонтальним або вертикальним розміщенням плит (рис. 1.6, а), а також
27
роторного або барабанного виконання (рис. 1.6 б, в), причому агрегати з
горизонтальним розташуванням плит використовуються переважно в рибній галузі,
а з вертикальним – в м'ясний галузі.
Як випливає з вище викладеного, вузьким місцем установок плиткових
конструкцій є їх непридатність для заморозки об'єктів неправильної форми, а також,
періодичність роботи, що не дозволяє вводити їх в потокові технологічні лінії.
Для заморозки харчових матеріалів використовують різні холодоагенти, такі
як зріджений азот, вуглекислий газ і хладон. Кріоморозильні агрегати більш
ефективні і підрозділяються на заглибні і форсункові. На відміну від агрегатів,
описаних вище, кріогенне рідке середовище диспергується за допомогою
розпилювачів і наноситься на оброблювальний матеріал. Найефективніше
проводити заморозку в двозонному кріоагрегаті, де на першому етапі 30 – 40 %
теплової енергії відводиться газовим азотним потоком, а на другому етапі
зрідженим азотом (рис. 1.7).
Рис. 1.7 Криогенний апарат:
1 – конвеєр; 2 – продукт; 3 – вентилятор; 4 – теплоізоляційна огорожа; 5 – ємність з
рідким азотом; 6 – напрямні ролики конвеєра
Відносно систем азотної заморозки слід зазначити їх експлуатаційну
надійність, і, як наслідок малозатратних ремонтних робіт і технічного
обслуговування, а також високу холодоздатність, що дає можливість проведення
шокової первинної холодообробки на першому етапі заморожування. Однак, поряд з
перевагами таких систем, необхідно відзначити неощадливу витрату дорогого
28
кріосередовища в них і небезпеку того, що висока швидкість тепловіддачі може
призвести до розтріскування матеріалу, що погіршує його товарний вигляд.
Міжнародний інститут холоду визначає “швидке заморожування”, як термін,
що характеризує швидке просування фронту замерзання, тобто поверхні з
температурою в діапазоні від мінус 1 °С до мінус 5 °С, причому при мінус 18 °С
заморожування припиняється.
Основними достоїнствами швидкого заморожування по відношенню до
повільного є:
- розміри крижаних кристалів при заморожуванні значно меншs, що веде до
мінімізації розриву клітинних оболонок;
- через високу швидкість процесу заморозки зменшується час для
концентрування клітинної рідини і дифузії солей;
- сповільнюється мікробіальне зростання, окисні та інші негативні процеси.
Для кріообробки штучних малорозмірних виробів можливо використовувати
шокову заморозку при значному прискоренні стадій загальних технологічних
ланцюгів, що включає процеси охолодження, замерзання і дозаморожування
матеріалу при температурі охолоджуючої середовища від мінус 30 °С до мінус 40 °С
і різкому підвищенні швидкості циркуляції холодного повітря в робочій камері
агрегатів шокового заморожування тунельного з конвеєрно-тележним
транспортуванням, колискового, спіралеподібного і флюідозаціоного типів.
Метод шокової заморозки веде до скорочення тривалості процесу і
підвищенню якості готової продукції. Однак, скороморозильне обладнання для
шокової кріообробки є енергоємним, і для уникнення усушки при зберіганні
морожених рибних продуктів необхідна операція глазурування, тобто формування
поверхневого шару льоду (глазурі), який мінімізує усушку і окислення ліпідної
фракції. При цьому морожену рибу вручну двічі або тричі на 5 – 10 секунд
занурюють в воду при 1 – 3 °С з витримкою на повітрі протягом 10 – 12 секунд, і
далі залишають на 1 хвилину на повітрі для закріплення глазурованого покриття
перед упаковкою. Для цього може бути застосована зарубіжна технологія
CRYOMIX™, що здійснює суміщення операцій змішування, глазурування і
29
швидкого заморожування для підвищення якості глазурованих матеріалів при
індивідуальному і швидкому заморожуванні IQF (Individual Quick Freezing) [15].
Дану технологію застосовують для отримання широкого спектру глазурованих
виробів, зокрема, плодоовочевих сумішей з включеннями рибних і м'ясних
елементів.
Вакуумне самозаморожування відбувається при екзотермічному
пароутворенні вологи матеріалу в середовищі зі зниженим тиском. Технологія
вакуумної заморозки була запропонована в 20-і роки минулого століття для
отримання сухих інгредієнтів замінників крові та антибіотиків.
Даний метод використовують для отримання заморожених м'ясних
(фаршевих) продуктів і напівфабрикатів, а також рибної, молочної та плодоовочевої
продукції. Серед достоїнств вакуумних морозильних агрегатів можна виділити
істотне скорочення витрат енергії і часу заморозки.
Орієнтовна схема вакуумної морозильної установки (ВМУ) показана на рис.
1.8 і включає: вакуумну робочу камеру (субліматор), конденсатор і вакуумний
насос, об'єднані в замкнуту систему.
Рис. 1.8 Принципова схема вакуумної установки
Застосування методу вакуумного самозаморожування малорозмірних
фаршевих виробів, не дивлячись на переваги, супроводжується усиханням матеріалу
(12 – 15% від загальної маси), що веде до зниження ваги товарної продукції з-за
видалення частини вологи, яку необхідно компенсувати. До того ж при знаходженні
в розрідженому середовищі вироби можуть незворотно деформуватися через здуття
30
або травмування поверхні клітинних оболонок під дією внутрішнього загального
тиску, що перевищує знижений тиск зовнішнього середовища, що веде до зростання
розмірів і пористості виробів. Для мінімізації цих негативних явищ доцільно
розбити процес кріообробки на два етапи: попередня заморозка виробів з
формуванням поверхневого шару льоду і стабілізації стану оболонки продукту при
максимальному виключенні десорбціонної усадки.
Замороження продуктів йде за рахунок екзотермічного пароутворення шляхом
сублімації льоду з поверхневого шару, товщина якого визначається часом його
повного випаровування до завершення заморожування, практично без усадки [3]. По
суті, перший етап заморозки аналогічний глазуруванню. Відомо, що швидкість
сублімування чистого льоду в порівнянні з колоїдними матеріалами вище і це
призводить до прискорення процесу вакуумного замерзання на другому етапі,
внаслідок наморожування поверхневого шару харчових матеріалів.
Відомі оригінальні конструкції вакуумних морозильних агрегатів із
застосуванням водяного охолодження [15], з огляду на те, що вода міститься в
самих об'єктах заморожування.
Висновки до розділу 1
Замороження харчової продукції для збільшення терміну зберігання часом
більш ефективна, ніж їх сушка незважаючи на те що зберігання сухих продуктів не
вимагає додаткових витрат в порівнянні з замороженими, внаслідок того, що в
порівнянні з зневодненням консервація холодом не призводить до істотного
зниження якісних показників. Після відновлення заморожені продукти на відміну
від висушених, за своїми споживчими властивостями ближчі до натуральних,
внаслідок відсутності термічної дії і необхідності тривалого процесу набухання, за
винятком випадків, коли суха або заморожена продукція є готовою для вживання.
Використання швидкого заморожування при обробці рибних фаршевих
напівфабрикатів, які піддаються тривалому зберіганню – недоцільно, так як
температура зберігання підтримується на рівні мінус 18 °С, що призводить до
зайвих енерговитрат при швидкому заморожуванні, втрати ефекту оптимальної
кристалізації для збереження структури внаслідок утеплення продукту при
31
транспортуванні і зберіганні при мінус 18 °С. Тому, доцільно проводити заморозку
фаршевих продуктів у вигляді тонких штранг, що проходять в фільєрах
кожухотрубного теплообмінника, що є частиною змішувача, рідким холодоагентом
до кріоскопічної температури, для виключення подальшої адгезії між штранг в
камері морозильного апарату.
Доцільно подальше охолодження фаршевих штранг, які досягли средньої
об'емної кріоскопічної температури шляхом самозаморожування в вакуумі до
температури його повного заморожування, тому що при цьому вся вода
перетворюється в лід і швидкість випаровування різко падає, внаслідок того що
сублімація пара з льоду є істотно тривалою. Це виключає розмороження продукту
протягом технологічних операцій при його транспортуванні до морозильної камери
і завантаження в неї. При цьому температура фаршевого напівфабрикату знизитися
до значень в морозильній камері з метою його подальшого низькотемпературного
зберігання.
Для максимального зниження наявності недоліків в кінцевому напівфабрикаті
етап охолодження до кріоскопічної температури проводиться в замкнутому просторі
трубок кожухотрубного теплообмінника, що практично виключає здуття і
деформацію механічно обмежених в розмірах штранг.
Доцільно отримати рибний фаршевий напівфабрикат з додаванням сухих
рослинних інгредієнтів, які легко подрібнити до отримання тонкодисперсного
порошку. Це пов'язано з тим, що по-перше суха речовина при змішуванні з фаршем
сорбує вільну вологу.
Найбільш близькою конструкцією, яка могла б реалізувати пропоновану
технологію по вакуумній заморозці рибних фаршів є морозильна установка для
заморожування овочевих штранг, представлена на рис 1.9. Для вирішення
поставлених завдань даний морозильник доцільно удосконалити для усунення ряду
недоліків, пов'язаних з використанням проміжних теплоносіїв конвективного
заморожування, а також необхідністю створення в камері пакувального вузла, який
в нашому випадку пов'язаний із загальною вакуумною лінією, призначеної для
процесу заморозки.
32
Рис. 9 Схема морозильної установки для заморожуваннюня овочевих
пюреобразних штранг:
1 – шнек подачі продукту; 2, 6 – теплоізоляція; 3 – кожухотрубний
теплообмінник; 4 – підготовка холодоагенту; 5 – камера заморозки; 7 – елементи
подрібнювача; 8 – непересувні лопаті измельчителя; 9 – шлюзовий затвор; 10 –
фільери; 11 – вхід газоподібного холодоагенту; 12 – вихід газоподібного
холодоагенту
Для виконання поставленої мети необхідні комплексні аналітичні та емпіричні
дослідження закономірностей протікання технологічних операцій при виробництві
рибних фаршевих композицій і фізико-хімічних властивостей об'єктів дослідження.
33
РОЗДІЛ 2
ВИЗНАЧЕННЯ КОМПЛЕКСУ ВЛАСТИВОСТЕЙ І ХАРАКТЕРИСТИК
ДОСЛІДЖУВАНИХ ПРОДУКТІВ
Визначення комплексу властивостей і характеристик об'єктів консервування
холодом необхідні для вивчення статики, динаміки, кінетики процесів перенесення
теплової енергії і речовини та виявлення механізму їх протікання з метою
практичної реалізації раціональних режимних параметрів.
2.1 Визначення гігроскопічних властивостей і термодинамічний аналіз
об'єктів кріоконсервування
Для вивчення гігроскопічних характеристик об'єктів дослідження
застосовувався тензометричний метод Ван-Бамелена [17], який досить просто
організувати в лабораторних умовах без використання спеціалізованого дорогого
устаткування. Головним недоліком методу при отриманні величин, які шукаєм з
допомогою аналізу ізотерм сорбції та десорбції, є його велика тривалість і
ймовірність псування експериментальних зразків при відносній вологості повітря
більше 70 %, але незважаючи на тривалість, метод дозволяє отримувати адекватні
результати.
Для дослідження процесів статичної взаємодії продуктів з парами води
використовувалися ізотерми сорбції, а не десорбції. Це пов'язано з тим, що для
випадку сорбції, сухий продукт менш схильний до псування, крім того, в процесі
його отримання, зокрема при сушінні, продукт піддається термічній дії, що
пригнічує мікрофлору сировини. При десорбції волога представлена в продукті не в
чистому вигляді, а вигляді розчину солей і інших компонентів низькомолекулярної
ваги, що трохи знижує тиск водяної пари над поверхнею матеріалу, а, отже, зменшує
рушійну силу.
Гігроскопічний вологовміст продукту визначає його здатність утримувати
вологу і грає велику роль при виборі режимних параметрів сушіння і заморозки. На
основі математичної обробки та системного аналізу кривих рівноваги визначають
вид і енергію зв'язку вологи з матеріалом, а також ряд термодинамічних параметрів
34
на різних стадіях поглинання, видалення або виморожування вологи.
Як досліджувані зразки були вибрані фарші з судака і коропа, для
приготування яких використовувалася свіжа риба, яку обробляли на філе. Філе
подрібнювали на вовчку з діаметром отворів в решітці 3,5 – 4 мм, і в отриманий
фарш, відповідно до плану експериментальних досліджень, вносили відповідним
чином підготовлений порошок капусти білокачанної, отриманий конвективним
сушінням.
Рибні фарші без внесення порошку капусти білокачанної, з внесенням 10, 20 і
30 % до сухих речовин і безпосередньо порошкоподібний капустяний інгредієнт з
вологістю ��зразка = 0,05 кг/кг витримувалися в ексикаторі над водним розчином
сірчаної кислоти, при цьому для кожної концентрації розчинів відповідало значення
відносної вологості повітря �� % (при заданій температурі ��, °С усередині
ексикатора).
В ході експериментів рівноважна вологість визначалася за формулою (��р, кг/
кг):
��2 − ��1(1 − ��зразка)
��р = , (2.1)
��2
вологість зразка, кг/кг
Похибка визначення вологості зразків визначалася таким чином:
1. Складалася таблиця вимірювань, і визначалося середнє значення
вимірюваної величини (��):
��
1
�� = ∑ ���� , (2.2)
��
1
де n – число вимірювань у вибірці;
�� – числове значення виміряної величини, �� = 1,2, … ��;
2. Визначалися поодинокі відхилення ∆���� = ���� − ��, перевірялося узгодження з
співвідношенням ∑ ∆�� 2
�� = 0, обчислювалися квадрати відхилень (∆����) , визначалися
середні квадратичні відхилення (����):
35
��
���� = √∑(∆�� )2
�� /(�� − 1) ; (2.3)
��
3. Визначалися і виключалися промахи з таблиці вимірювань (при ∆���� > 2����);
4. Визначалися середні квадратичні відхилення середньої величини (����):
��
����
���� = = √∑(∆����)2/[��(�� − 1)] (2.4)
√��
��
5. Визначалися критерій Стьюдента ������ = 2,77, при довірчій вірогідності 0,95;
обчислювалися похибки результатів вимірювань (∆��):
∆�� = ���� = ���������� (2.5)
6. Визначалися відносні похибки (����):
∆��
���� = ∙ 100 % (2.6)
��
Результати досліджень представлені в додатку 1, де: ����1, ����2, … , ������ –
величини гігроскопічної вологості, визначені відповідно при �� повторах досліду,
кг/кг; ��р – середня вологість, визначається по формулі (2.1), кг/кг; ���� – середнє
квадратичне відхилення при визначенні, визначене за формулою (2.3), кг/кг; ���� –
середнє квадратичне відхилення, обчислене за формулою (2.4), кг/кг; ∆�� – похибка
результатіввимірювання, обчислена за формулою (2.5), кг/кг; ���� – відносна похибка,
визначається за формулою (2.6). Відносна помилка при визначенні
гигроскопической вологості продукту Место для уравнения. не перевищувала ���� =
ℎ
4,25 %.
36
На основі результатів експериментів побудовані ізотерми сорбції фаршем з
судака, які представлені на рисунку 2.1.
Рис. 2.1 Ізотерма сорбції вологи фаршем з судака при температурах 25 0С і
50 0С
На основі результатів експериментів побудовані ізотерми сорбції фаршем з
коропа, які представлені на рисунку 2.2.
Рис. 2.2 Ізотерма сорбції вологи фаршем з коропа при температурах 25 0С
і 50 0С
37
На основі результатів експериментів побудована ізотерма сорбції порошком з
капусти білокачанної, яка представлена на рисунку 2.3.
Рис. 2.3 Ізотерма сорбції вологи порошком з капусти при
температурах 25 0С
На основі результатів експериментів побудовані ізотерми сорбції фаршем з
судака і коропа з додаванням порошку капусти білокачанної в співвідношенні 10 %,
20 % і 30 % до сухого залишку, які представлені на рисунках 2.4 і2.5.
Рис. 2.4 Ізотерма сорбції вологи фаршем з судака з додаванням
порошку з капусти при температурах 25 0С: 1 – 10 %, 2 – 20 % і 3 – 30 %
38
Рис. 2.5 Ізотерма сорбції вологи фаршем з коропа з додаванням
порошку з капусти при температурах 25 0С: 1 – 10 %, 2 – 20 % і 3 – 30 %
Наявність вологи в харчових продуктах грає, як уже зазначалося, важливу
роль, тому що обумовлює консистенцію і структуру продукту, а її взаємодія з
присутніми компонентами визначає стійкість продукту при зберіганні в
замороженому вигляді.
Загальна вологість продукту вказує на кількість вологи в ньому, але не
характеризує її причетність до хімічних, біохімічних і мікробіологічних змін в
продукті. Розрізняють прямі і непрямі методи визначення вологості.
Прямими методами вміст вологи в продукті знаходять шляхом прямого виміру
її кількості після попередньої відгону. При непрямих методах про вміст вологи в
продукті можна судити по його сухому залишку після висушування, по
електропровідності, по щільності, діелектричної постійної, коефіцієнту заломлення і
ін.
Для визначення вологості досліджуваних матеріалів (рибних варшів та суміші
їх з порошком капусти) застосовувався метод висушування у вакуумі на
експериментальній інфрачервоній вакуум-сушильній установці.
Схема дослідної вакуум-сушильної установки представлена на рисунку 2.6.
39
Рис. 2.6 Принципова схема дослідної вакуум-сушильної установки:
1 – ЕОМ; 2 – щит управління; 3 – КСП-4; 4 – фланець; 5 – відеокамера; 6 –
термопара; 7 – панель ІК випромінювачів; 8 – кришка; 9 – насадка; 10 – оглядове
вікно; 11 – підкладка; 12 – ваги; 13 – обичайка
Результати експериментів (додаток 2) за визначенням вологості об'єктів
дослідження (п'ять повторностей), з відносною похибкою не вище 2,47%
представлені в таблиці 2.1. Відносна похибка визначення вологості зразків
визначалася за формулами 2.2. – 2.6.
У забезпеченні стійкості при заморожуванні важливу роль відіграє
співвідношення вільної та зв'язаної вологи в фаршевих продуктах. Це пояснюється
тим, що пов'язана волога у забезпеченні стійкості при заморожуванні важливу роль
відіграє співвідношення вільної та зв'язаної вологи в фаршевих продуктах. Це
пояснюється тим, що пов'язана волога – це асоційована вода, що має міцний контакт
з різними компонентами – білками, ліпідами і вуглеводами за рахунок хімічних і
фізичних зв'язків, а вільна волога не пов'язана тепловим ефектом з сухим скелетом і
більш доступна для зміни свого агрегатного стану.
40
Таблиця 2.1 Дані експериментів по визначенню вологості досліджувантх
матеріалів
Відносний
Вологість вміст Відносний
Об'єкт дослідження матеріалу, зв'язаної вміст вільної
% вологи, вологи,
% %
Капуста білокочанна 89,3 41,5 47,8
Фарш із судака без добавок 75,4 28,5 46,9
Фарш із судака з додаванням 10 % 72,2 31,3 40,9
Фарш із судака з додаванням 20 % 69,8 33,1 36,7
кФаапрушст іиз судака з додаванням 30 % 67,7 34,8 32,9
Фкаапрушст зи сазана без добавок 76,7 25,1 51,6
кФаапрушст зи сазана з додаванням 10 % 72,5 26,6 45,9
Фарш з сазана з додаванням 20 % 67,2 28,1 39,1
кФаапрушст зи сазана з додаванням 30 % 64,9 29,7 35,2
по рожні
капусти
У зв'язку з цим, крім аналізу даних проведених експериментів по визначенню
відносного вмісту зв'язаної і вільної вологи в фаршевих продуктах на основі судака і
коропа для розрахунку і моделювання технологічних процесів, необхідна
графоаналітична апроксимація, результати якої представлені на малюнках 2.8 і 2.9 і
в вигляді математичних залежностей для фаршу з судака (2.7) і фаршу з коропа
(сазана) (2.8).
Відний процентний вміст вільної вологи в продукті (��вільна вол.):
��вільна вол. = 0,009��2 − 0,69�� + 46,9, (2.7)
�� 3 2
вільна вол. = 0,00066�� − 0,025�� − 0,38�� + 51,6, (2.8)
де �� – відносний процентний вміст порошкової добавки капусти білокачанної
в фаршевій суміші в діапазоні від 0 до 30 %.
З отриманих даних випливає, що введення сухої добавки в тому чи іншому
процентному співвідношенні призводить до зменшення вільної вологи в суміші за
рахунок її часткового зв'язування введеним преміксом. Верхня межа вмісту добавки
в суміші обмеженай двома показниками, з одного боку максимальною сорбційною
41
здатністю добавки (гігроскопічна вологість), а з іншого боку сенсорною оцінкою,
тому що при перевищенні певного вмісту сухого компонента показники отриманого
напівфабрикату можуть кардинально відрізнятися від модельного зразка.
Рис. 2.7 Зміна відносного вмісту вільної вологи в рибному фарші в
залежності від відносного вмісту порошкової добавки капусти
білокачанної
Рис. 2.8 Залежність відносного вмісту вільної вологи в рибних фаршу від
відносного вмісту порошкової добавки капусти білокачанної
42
Таким чином, проведений термодинамічний аналіз зв'язку вологи з сухим
залишком об'єктів дослідження недостатній для подальшого вивчення режимних
параметрів кріоконсервації рибних фаршів, тому що необхідно виявлення
раціонального вмісту преміксу, яке можливо визначити органолептичними
способом.
2.2 Визначення раціонального вмісту порошкової добавки в фаршевих
продуктах на основі судака і коропа
Для обґрунтування і рекомендації по кількості внесення порошкової капусти
білокачанної в фаршеву суміш, була проведена органолептична оцінка якості
готових напівфабрикатів в порівнянні з контрольним зразком, відповідним ГОСТ Р
55505-2013.
За органолептичними показниками [4] морожений фарш повинен відповідати
вимогам, привединим в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 Органолептичні показники фаршу мороженого з судака і
коропа
Найменування Характеристика морозива фаршу
показника Фарш із судака Фарш із коропа
Зовнішній Поверхня чиста, рівна циліндричної форми. допускаються
вигляд штранг невеликі западини
Зовнішній Подрібнення однорідне тонке. Допускаються невеликі
вигляд фаршу включення частинок шкіри, плівки та харчової добавки
на зрізі Рожево-кремовий,
колір Світло-сірий, ближче до білого
властивий даному виду
властивий даному виду риби
риби
запах Слабовиражений, властивий даному виду риби, без
стороннього запаху
консистенція Щільна, пружна
Смак після Властивий даному виду риби. Без неприємного присмаку.
варіння Без включенія кісток. Наявність солодкуватого присмаку.
Без присмаку капусти білокачанної
З теоретичної точки зору будь-які зміни показників якості в харчовій системі
визначаються вимогами термодинамічного, компонентного і сатісфакторного класу
[18], домінуючим з яких, є термодинамічний клас, стан якого описується рівнянням
Гіббса-Гельмгольца, де вільна енергія системи складається з внутрішньої енергії і
ентропійної складової. Оскільки базові характеристики для кожного класу вимог
43
мають різні одиниці виміру, то для зручності вирішення поставлених завдань,
наприклад, для уніфікації показників технології і якості готової продукції, що
залежать від різних факторів, всі одиниці виміру приведені до безрозмірного
вигляду за допомогою ентропійної оцінки показників якості, що дозволяє їх
порівнювати і пов'язувати між собою.
У контексті даного дослідження досить розглянути сатісфакторні, перш за все,
органолептичні вимоги до продукту харчування. Вимоги даного класу пов'язані з
певними очікуваннями, пов'язаними з наявністю в готовому продукті або
напівфабрикаті певних властивостей (смакових, візуальних, нюхових та ін.).
Необхідні характеристики досягаються на основі певної технології, порушення якої
може привести до невідповідності результатів вимогам.
Заморожені напівфабрикати, отримані за пропонованою технологією, були
протестовані групою експертів, якими були наукові співробітники та експертами в
галузі громадського харчування з організацій, що входять в асоціацію рестораторів і
кулінарів.
Узагальнення і системний аналіз експертних оцінок проведено за допомогою
складання зведених таблиць (табл. 2.3 і табл. 2.4) отриманих шляхом трансформації
бальних оцінок (п'ятибальна шкала) в ентропійних, а також за допомогою відносних
показників наближеності сатісфакторних вимог до ідеалу. Трансформацію бальних
оцінок обчислюються на основі використання методики, докладно описану в роботі
[18] по такою залежністі:
100
1 1 1
�� = ∫ · ln ���� = − ln = ln100 − e, (2.9)
100 − �� 100 − �� 100 − ��
��
де �� – модифікована оцінка експерта, виражена у відсотках. В якості пояснення слід
зазначити, що максимальна оцінка експерта досягається при е = 0, тобто в цьому випадку
ентропійний аналог дорівнює:
�� = ln100 − e = ln100 = 4,605 (2.10)
44
Таблиця 2.3 Зведена таблиця поставлених сатісфакторних показників
фаршу мороженого з судака, експертною комісією за методикою [18], де: Бср –
середній бал; Е – ентропійна трансформація; I – відсоток
Результати експертної оцінки морозива фаршу з рослинною
Найменування добавкою в залежності від її процентного вмісту в суміші.
10% 20% 30%
показника
Бср Е І,% Бср Е І,% Бср Е І,%
Зовнішній вигляд
3,79 4,29 93,73 4,71 4,52 98,68 4,07 4,37 95,37
штранг
Зовнішній вигляд
3,79 4,29 93,73 4,64 4,50 98,33 4,00 4,35 94,97
фаршу на зрізі
колір 3,43 4,19 91,48 4,57 4,49 97,99 4,07 4,37 95,37
запах 3,43 4,19 91,48 4,21 4,40 96,15 4,00 4,35 94,97
консистенція 2,86 4,00 87,31 4,50 4,47 97,63 4,21 4,40 96,15
Смак після варіння 3,71 4,27 93,29 4,50 4,47 97,63 4,07 4,37 95,37
Таблиця 2.4 Зведена таблиця поставлених сатісфакторних показників
фаршу мороженого з коропа, експертною комісією за методикою [18], де:Бср –
середній бал; Е – ентропійна трансформація; I –
відсоток
Результати експертної оцінки морозива фаршу з рослинною
Найменування добавкою в залежності від її процентного вмісту в суміші.
10% 20% 30%
показника
Бср Е І,% Бср Е І,% Бср Е І,%
Зовнішній 3,00 4,05 88,43 4,43 4,45 97,27 3,86 4,31 94,15
вигляд штранг
Зовнішній 3,21 4,12 90,01 4,43 4,45 97,27 3,79 4,29 93,73
вигляд фаршу
кноа лзірі зі 3,36 4,17 91,00 4,50 4,47 97,63 3,86 4,31 94,15
запах 3,57 4,23 92,40 4,36 4,44 96,90 4,07 4,37 95,37
консистенція 3,43 4,19 91,48 4,79 4,53 99,02 4,21 4,40 96,15
Смак після 3,43 4,19 91,48 4,64 4,50 98,33 3,93 4,33 94,56
варіння
З наведених даних і таблиць маємо, що для раціонального проведення
процесів отримання заморожених напівфабрикатів, а також збереження їх
органолептичних показників відносний вміст рослинного преміксу повинен
знаходитися в інтервалі від 15 до 20% від маси сухих речовин фаршу. У разі, коли
45
добавка не використовується доцільно застосовувати попередню підсушування
фаршу. При використанні рослинної добавки [20] необхідність в застосуванні
попередньої підсушування фаршу або відпадає зовсім, або знижується час і
енергоємність процесу підсушування.
2.3 Визначення структурно-механічних властивостей об'єктів
кріоконсервування
Структурно-механічні властивості рибних фаршів, характеризують їх
опірність впливу зовнішнього енергії, обумовлену будовою і структурою продукту,
а також якість кінцевого напівфабрикату і враховуються при виборі умов їх
консервування холодом і подальшого зберігання.
2.3.1 Визначення кількості вимерзлої вологи в рибних фаршах при
заморожуванні
Кількість вимерзлої води �� визначається як відношення маси льоду в продукті
до сумарної масі води і льоду. Нпівфабрикат з фаршу піддавався виморожуванню
при температурах холодоносія в інтервалі 0 до -20 °С. Для кожної температури після
години витримки зразка проводився замір обсягу досліджуваного продукту ��п для
визначення його зміни ∆�� в процесі заморожування. В інтервалі температур від 0 до
-2 °С, варіювання проводилося з кроком -0,5 °С, а в інтервалі температур від -2 до -5
°С варіювання проводилося з кроком -1 °С, до температури -20 °С варіювання
проводилося з кроком -2 С. Масу льоду, що утворився, ��л розраховували
вирішуючи систему рівнянь (2.11 2.12):
��вол = ��л + ��р, (2.11)
��л ��р
∆�� = + − ��п, (2.12)
��л ��р
де ��вол – маса вологи в продукті, г;
��л – маса льоду, що утворюється, г;
��р –маса незамерзлого розчину в даний момент, г;
��л – щільність льоду, г/см3;
��р – щільність незамерзлого розчину, г/см3
46
Маса утвореного льоду:
��л((∆�� + ��п)��р − ��вол
��л = (2.13)
��р − ��л
В результаті були отримані дані щодо зміни кількості утвореного льоду в
досліджуваному продукті в робочій зоні кріотермостату в процесі роздільного
виморожування фаршевої маси. При виморожуванні при різних температурах
холодоносія, утворювалося при -2 °С до 60 % льоду, при -5 °С до 75 % льоду, при -
10 °С до 85% льоду і при подальшому зниженні температури до 90 % льоду.
Отримані дані показують, що лінійність характеру процесу утворення льоду
проявляється тільки зі зниженням температури холодоагенту. Обробка дослідних
даних для рибних фаршевих напівфабрикатів (з судака і коропа) дозволила
отримати узагальнену залежність кількості вимороженої води �� від температури ��
при вмісті вологи в продукті �� = 65 − 80 %.
Експериментальні дослідження представлені в додатку 3 і на рисунках 2.9 і
2.10, з яких видно, що в міру підвищення температури частка вимороженої води
зменшується і досягає нуля при криоскопічній температурі
в фарші.
Рис. 2.9 Залежність кількості вимороженої води �� від температури
холодоагенту в фаршах на основі судака
47
Рис. 2.10 Залежність кількості вимороженої води �� від температури
холодоагенту в фаршах на основі коропа
З аналізу кривих видно незначне відхилення між даними по чистому фаршу і
суміші фаршу з 20 % добавкою порошка капусти як з судака, так і коропа, тому в
межах допустимої для інженерних розрахунків похибки доцільно представити
отримані дані у вигляді однієї усередненої залежності, апроксимувати рівняннями
(2.14 і 2.15) для двох зон заморожування.
Для зони в інтервалі від -0,7 °С до -5 °С отримано рівняння 2.14, а для
інтервалу від -5 °С до -20 °С рівняння 2.15:
�� = −0,023��4 − 1,15��3 − 14,48��2 − 71,988�� − 44,9, (2.14)
�� = −0,46�� + 80, (2.15)
де �� – кількість вимороженої вологи, %;;
�� – температура фаршу, °С
2.3.2 Визначення щільності рибних штранг при заморожуванні
Щільність рибних напівфабрикатів в інтервалі температур від кріоскопічної -
20 °С залишається постійною, тому для цього діапазону досить провести
експерименти по знаходженню значень щільності ��, (кг/м3) для фаршу з судака і
48
коропа без додавання порошку капусти білокачанної і з додаванням 20 % до сухому
залишку, пікнометричним методом, докладно описаним в роботі [18].
Для інтервалу температур від -20 °С до кріоскопічної, залежність щільності
від середньої температури овочевих пюре буде визначатися адитивно, тому що в
період від -20 °С до кріоскопічної температури, щільність в продукті змінюється в
зв'язку з появою вимороженої вологи ��, частка якої визначається із залежностей
(2.14 і 2.15).
У таблиці 2.3.2.1 для кожного досліджуваного продукту дано
експериментально отримане середнє значення щільності р, (кг/м3) в заданому
інтервалі температур (додаток 4).
Таблиця 2.5 Середнє значення щільності ��, (кг/м3) для рибних фаршів з
судака і коропа в інтервалі температури ��ср
Найменування ��ср, (кг/м3) для ����ℎ���� ≤ ����ℎ ≤ 5
Фарш із судака без добавок 1065
Фарш із судака з додаванням 20 % капусти 1083
Фарш з коропа без добавок 1057
Фарш з коропа з додаванням 20 % капусти 1087
На рисунках 2.12 і 2.13 представлені графічні інтерпретації залежності
щільності �� рибних напівфабрикатів з судака і коропа від середньої температури ��ср.
Рис. 2.12 Графік зміни щільності фаршевих продуктов із судака від
температури штранг
49
Рис. 2.13 Графік зміни щільності фаршевих продуктов із коропа від
температури штранг
Для практичної зручності, коли необхідно розрахувати щільність рибних
фаршів ��сум при температурах нижче кріоскопічних, доцільно використовувати
рівняння 2.16, в якому кількість вимерзлої вологи �� визначається з залежностей 2.14
і 2.15 від необхідної температури.
1
��сум = �� , (2.16)
���� ��(1 − )
+ 100 1 − ��
+
��л ��вод ��сух.зал
де �� – вологість рибного фаршу, кг/кг;
�� – кількість вимерзлої вологи в фарші, %;
��л – щільність льоду, кг/м3;
��вод – щільність води, кг/см3;
��сух.зал – щільність сухого залишку, кг/м3
2.3.3 Визначення умовного коефіцієнта ефективної динамічної в'язкості
рибних фаршів
Поняття “в'язкість” відноситься до одного з найважливіших в реології, тому
що є властивістю харчового матеріалу протидіяти течії здвигу, хоча деякі харчові
середовища мають виражену суттєву об'ємну в'язкість [21]. При пластичному
50
здвиговому перебігу ця протидія вважається постійною, тому коефіцієнт динамічної
в'язкості можна визначити як міру інтенсивності протидіючих здвиговою
плоскопаралельною течією сил внутрішнього тертя в матеріалі. З енергетичної
точки зору коефіцієнт в'язкості є мірадисипацією механічної енергії або міра
розсіювання в тепло механічної енергії рухомої рідини.
Багато харчових середовищ не підкоряються закону в'язкості рідини, і їх в'язкі
властивості не можна описати одним параметром – коефіцієнтом в'язкості. Ці
властивості, що досліджують за допомогою віскозиметрів і різних реометрів,
доводиться описувати за допомогою реологічних рівнянь. Такі середовища
називаються неньютонівськими або “аномальними” рідинами, хоча для харчових
дисперсних середовищ саме ньютонівська поведінка більш аномальна, ніж
неньютонівська. В'язкі властивості неньютонівських рідин можна характеризувати
умовним коефіцієнтом динамічної ефективної в'язкості.
Серед безлічі типів віскозиметрів для дослідження в'язкісних властивостей
харчових мас в першу чергу слід вибирати між капілярними і ротаційними
пристроями, тому що теорія обробки даних вимірювань на цих приладах найбільш
детально розроблена. Для випадку дослідження рибних фаршів найбільш краще
підходять ротаційні віскозиметри, тому що з ними простіше досягти широкого
діапазону швидкостей зсуву і потрібно менше випробовуваного харчового
середовища.
Ротаційний метод віскозиметрії полягає в тому, що досліджуване середовище
вміщується в малий зазор між двома тілами, необхідне для зсуву досліджуваного
середовища. Одне з тіл протягом усього досвіду залишається нерухомим, інше тіло
називається ротором ротаційного віскозиметра, що здійснює обертання з постійною
швидкістю. Очевидно, що обертальний рух ротора візкозіметра передається до
іншої поверхні за допомогою руху в'язкого середовища, з чого випливає, що момент
обертання ротора ротаційного віскозиметра є мірою в'язкості.
Принцип дії ротаційного віскозиметра можна розглянути за допомогою його
інверсної моделі (рисунок 2.14), в якій обертатися буде зовнішнє тіло, а внутрішнє
тіло (ротор) залишиться нерухомим, йому і буде передаватися момент обертання.
51
Рисунок 2.14 Принципова схема роботи ротаційного віскозиметра:
1 – пружна нитка; 2 – ротор; 3 – досліджуване середовище; 4 – стакан
На основі рівності крутного моменту робочого органу ��1 і крутного моменту
інерції ��2 визначають коефіцієнт динамічної ефективної в'язкості харчових
середовищ, що є прошарком між ротором і стаканом.
Крутний момент ротора ротаційного віскозиметра врівноважується моментом
сил пружності нитки (��1 ):
��2 2
1 · ��2
��1 = 4�� · �� · �� · ��ср 2 2 , (2.17)
��2 − ��1
де ��1 – момент обертання, що передається через в'язку рідину;
�� – довжина ротора ротаційного віскозиметра, м;
�� – радіус ротора ротаційного віскозиметра, м;
��2 – радіус резервуара ротаційного віскозиметра, що обертається, м;
��ср – в'язкість досліджуваного середовища;
�� – в'язкість досліджуваного середовища
52
Обертальний момент інерції визначається з рівняння (��2):
�� · ��2 · �� · ��
��2 = , (2.18)
32 · ��
де �� – діаметр пружної нитки, м;
�� – довжина пружної нитки, м;
�� – кут, на який закручується нерухомо закріплена нитка;
�� – момент пружності матеріалу нитки;
З огляду на те, що ��1 = ��2 і після декількох математичних перетворень щодо
��ср маємо:
(��2 − ��2
2 1 ) · ��2 · �� · ��
��ср = 2 2 , (2.19)
4�� · ��2 · ��1 · 32�� · ��
або:
��
��ср = �� · , (2.20)
��
де �� – константа ротаційного віскозиметра
Для дослідження вязкостних характеристик рибних фаршів використовувався
віскозиметр РВ-8 з рифленим ротором (крок рифлення 2 мм), який має радіус
склянки ��2 = 0,019 м і ротора ��1 = 0,013 м результати проведених вимірювань
при п'ятикратному повторенні і відносній похибці не вище 3,5 % наведені в додатку
5 і таблиці 2.6.
Таблиця 2.6 Середнє значення коефіцієнта динамічної ефективної
в'язкості μеф, (Па с) рибних фаршів з судака і коропа
Найменування μеф, (Па с)
Фарш із судака без добавок 850
Фарш із судака з додаванням 20% капусти 1120
Фарш з коропа без добавок 560
Фарш з коропа з додаванням 20% капусти 840
53
Отримані результати не суперечать літературним даними [22], що свідчить
про їх адекватність та можливість застосування в інженерних розрахунках. Слід
зазначити, що в порівнянні з в'язкостними характеристиками фаршу з судака,
величина коефіцієнта динамічної в'язкості фаршу з коропа менше. Це обумовлено
його більшою пластичністю через більш високий вміст в ньому жиру, що впливає на
зниження сили внутрішнього тертя.
2.4 Визначення теплофізичних властивостей об'єктів заморожування при
звичайних температурах і нижче нуля
Теплофізичні характеристики є змінними і залежать від температури,
хімічного складу і властивостей сировини. Внаслідок видового різноманіття риб, а
також залежність їх властивостей, місця вилову, віку, раціону харчування і т.д.
морфометричні та фізико-хімічні характеристики даних об'єктів дослідження
можуть значно відрізнятися. Наведені в літературі дані за фізико-хімічними
характеристиками об'єктів дослідження мають значний розкид, в більшості випадків
не узагальнені і представлені не у вигляді математичних залежностей від факторів,
що впливають, а в табульованому вигляді [4, 10, 19].
При позитивних температурах теплофізичні показники рибних фаршів
змінюються незначно і їх практично вважають постійними [18], залежними в
основному від вмісту вологи і жиру в продукті. Перетворення води в лід при
заморожуванні рибних напівфабрикатів призводить до значної зміни їх
теплофізичних властивостей, тому що властивості води і льоду істотно
розрізняються. Зміна агрегатного стану продукції, і його швидкість визначається не
тільки умовами зовнішнього теплообміну, але і властивостями замораживаемого
сировини. Відомо [18], що теплофізичні властивості продукту роблять значний
вплив на тривалість процесу заморожування, які, в свою чергу, залежать від
температури, кількості вимороженої вологи і т.д.
Таким чином, доцільність проведення експериментальних досліджень
теплофізичних властивостей рибних фаршів з судака і коропа, а також з додаванням
в сировину порошку капусти білокачанної для їх уточнення і узагальнення, з
урахуванням літературних даних, не викликає сумнівів.
54
2.4.1 Визначення кріоскопічних температур об'єктів дослідження
Кріоскопічна температура, або температура замерзання має важливе значення
при проведенні теплотехнічних розрахунків холодильного обладнання та визначенні
теплофізичних характеристик харчових продуктів, до яких відносяться досліджувані
об'єкти, що володіють колоїдними властивостями. Кріоскопічна температура
залежить від концентрації розчину, молекулярної маси, дисоціації розчинених
речовин і відвластивостей розчинника і фіксується в момент виділення кристалів
льоду з розчину без переохолодження, тобто на початку замерзання рідкої фази
досліджуваного продукту.
Зміна температури заморожування рибних фаршів визначали за допомогою
вимірювального комплексу (рис. 2.15), що включає термометр лабораторний
електронний “ЛТ-300”, кріотермостати “LOIP FT-311-25” і персонального
комп'ютера. Дані, що надходять на персональний комп'ютер, використовували для
побудови термограми заморожування об'єктів дослідження.
Рис. 2.15 Експериментальна установка для визначення кріоскопічних
температур:
1 – робоча камера; 2 – термопара; 3 – rріотермостати; 4 – інформаційне табло
rріотермостатf; 5 – термометр лабораторний електронний “ЛТ-300”; 6 –
термограмма досліджень
55
Кріоскопічна температура визначалася по горизонтальній площадці графіка
зміни температури досліджуваного зразка. Дослід припиняли, коли досліджуваний
зразок досягав температури на 5 – 10 градусів нижче криоскопічної.
Результати експериментального дослідження фаршеподібних продуктів
представлені в таблиці 2.7.
Таблиця 2.7 Значення вмісту вологи і криоскопической температури в
досліджуваних продуктах
Найменування Зміст вологи на 100 г Кріоскопічна
продукту, г температура ° С
Фарш із судака без добавок 75,4 ± 0,6 -0,5 ± 0,05
Фарш з сазана без добавок 76,7 ± 0,6 -0,8 ± 0,05
Фарш із судака з додаванням 20% 69,8 ± 0,5 -0,7 ± 0,05
Фкаапрушст зи сазана з додаванням 20% 67,2 ± 0,5 -1,2 ± 0,05
кФаапрушст іиз судака з додаванням 20% 69,8 ± 0,5 -0,7 ± 0,05
Фкаапрушст зи сазана з додаванням 20% 67,2 ± 0,5 -1,2 ± 0,05
кап усти
З отриманих даних випливає, що збільшення кількості зв'язаної вологи, зокрема
шляхом 20 % добавки сухих інгредієнтів, що зв'язують вологу, знижує значення
криоскопічної температури в продукті в середньому на 0,3 °С.
2.4.2 Визначення коефіцієнтів температуропровідності рибних фаршів
при звичайних температурах і нижче нуля
З ряду методичних підходів до застосування регулярного режиму при
обчисленні коефіцієнта температуропровідності матеріалу ��, м2/с, найбільш
обгрунтованим є калориметричний метод Г.Н. Кондратьєва [23]. Перенесення
теплової енергії в досліджуваному об'єкті реалізується при підвищенні і зниженні
температури в ньому.
Математичний опис процесів нагрівання та охолодження будь-яких продуктів
ідентичний. З точки зору практичного використання цікавий період упорядкованого
регулярного режиму для стабілізації процесу, в якому варіювання температури в
будь якій просторовій точці зразка підпорядковується певним законом і
характеризується незмінністю інтенсивності регулярного режиму ��.
56
Таким чином:
�� = �� · �� · ��−����, (2.21)
де �� – надлишкова температура, �� = �� − ����;
�� – постійна, залежить від початкових умов м;
�� – деяка функція координат;
�� – основа натурального логарифма, �� ≈ 2,72;
�� – темп регулярного режиму;
�� – час від початку охолодження тіла
Диференціюючи вираз (2.21) за ��, маємо:
����
= − �� · �� · �� · ��−����, (2,22)
����
З рівнянь (2.21) і (2.22) маємо:
����
= − �� · ��, (2,23)
����
або
1 ����
�� = − · , (2.24)
�� ����
або
��(ln ��)
�� = − , (2.25)
����
Темп регулярного режиму �� не залежить від початкового стану системи і
однаковий для всіх точок тіла, тому що в виразах (2.24 і 2.25) не входить постійна ��,
що залежить від початкових умов і функції ��, значення якої залежить від
координати точки. Із виразів (2.24 і 2.25) випливає, що якщо дослідні дані
представити в координатах ln �� − �� (дослідні точки для стадії регулярного режиму
укладаються на пряму), то темп регулярного режиму графічно виражається
57
тангенсом кута нахилу прямої до осі абсцис:
ln ��1 − ln ��2
�� = = tan �� , (2.26)
��2 − ��1
Чим швидше охолоджується тіло, тим крутіше нахил прямої і більше величина
��. Перша теорема Кондратьєва Г.М. встановлює, що при коефіцієнті тепловіддачі
�� → ∞ і ��∞ = ����������, коефіцієнт температуропровідності пропорційний темпу
регулярного режиму:
�� = �� · ��, (2.27)
де �� – коефіцієнт форми
Для циліндра:
1
�� = 2 2 , (2.28)
2,405 ℎ
( �� ) − (��)
де �� – радіус циліндра, м;
ℎ – висота циліндра, м;
Таким чином, якщо для тіла відомої форми і розмірів знайти з доліду значення
темпу регулярного режиму ��, то за формулою (2.27) можна визначити коефіцієнт
температуропровідності ��. Експериментальні дослідження проводилися на
установці, описаній в [91]. Результати емпіричних досліджень представлені в
додатку 6.
На рисунках 2.16 і 2.17 представлена емпірично отримана залежність коефіцієнта
температуропровідності �� рибних штранг з судака і коропа від середньої температури ��ср.
Отримані результати не суперечать літературним даними [22], що свідчить
про їх адекватність та можливість застосування в інженерних розрахунках. З
графіків на рисунок 2.14 і 2.15 видно, що значення коефіцієнта
температуропровідності для фаршів без внесення добавки коливаються в малому
діапазоні, що обумовлює незначну їх залежність від вмісту вологи і жиру для
58
багатьох видів риб. Також необхідно відзначити, що теплофізичні характеристики
харчових продуктів істотно залежать від температури при її зниженні нижче
криоскопічної таутворенні вимороженої вологи.
Рис. 2.16 Графік зміни температуропроводности фаршевих
продуктів з судака в залежності від температури штранг
Рис. 2.17 Графік зміни температуропроводности фаршевих продуктів з
корпана в залежності від температури штранг
59
Для зручності розрахунку коефіцієнта температуропровідності для фаршів без
внесення добавки від середньої температури напівфабрикату, емпірично отримані криві
розбиті на три зони (рис. 2.18 і 2.19).
Рис. 2.18 Графік зміни температуропровідності фаршевих
продуктів без внесення добавокв залежності від температури штранг
Для кожної зони виведені математичні залежності 2.29, 2.30 та 2.31.
Для третьої зони в діапазоні середньої температури від -20 0С до -4 0С:
�� · 10−7 = −0,094��ср + 17,78 (2.29)
Для другої зони в діапазоні середньої температури від -4 0С до -0,6 0С:
�� · 10−7 = −1,13��2
ср − 10,28��ср − 4,8 (2.30)
Для першої зони в діапазоні середньої температури від -0,6 0С до 6 0С:
�� · 10−7 = −0,015��ср + 1,11 (2.31)
60
Рис. 2.19 Графік зміни температуропровідності фаршевих
продуктів з внесення добавок в залежності від температури штранг
Для кожної зони виведені математичні залежності 2.32, 2.33 та 2.34.
Для третьої зони в діапазоні середньої температури від -20 0С до -4 0С:
�� · 10−7 = −0,094��ср + 23,2 (2.32)
Для другої зони в діапазоні середньої температури від -4 0С до -0,6 0С:
�� · 10−7 = −1,13��2
ср − 10,28��ср + 0.65 (2.33)
Для першої зони в діапазоні середньої температури від -0,6 0С до 6 0С:
�� · 10−7 = −0,015��ср + 6,4 (2.34)
2.4.3 Визначення питомої теплоємності рибних фаршів при звичайних
температурах і нижче нуля
Важлива теплофізична характеристика, така як теплоємність, також є
функцією температури, але має низку особливостей в області фазових переходів.
Впливом тиску на теплоємність намагаються знехтувати, проводячи вимірювання
61
при нормальному атмосферному тиску. Для її вимірювання використовуються
калориметричні методи (непрямі методи): метод змішування; адиабатного
калориметра; диференціального калориметра; метод мікрокалориметрії регулярного
режиму; метод порівняння.
На відміну від хімічно нейтральних речовин харчові продукти мають свою
специфіку, яка вимагає виконання цілого ряду умов: витрати часу на експеримент;
швидка заміна досліджуваних зразків; простота конструкції установки; максимальна
точність визначення теплоємності.
Оскільки метод адіабатичного калориметра, що дозволяє досягти найбільшої
точності результату, неприйнятний для харчових продуктів, виникла необхідність
використовувати в проведенні експерименту метод, що задовольняє саме харчовим
продуктам [24]. В основу використовуваного методу покладено визначення
постійної калориметра ��, що враховує втрати введеної теплової енергії з високою
точністю, а також створення високочутливої вимірювальної схеми, що дозволяє
надійно вимірювати невеликі (порядку 2��) зміни температури зразка. Метод
дозволяє протягом декількох хвилин отримати результат.
Експериментальна установка, яка реалізує даний метод, складається з теплової
та вимірювальної частин. Теплова частина являє собою теплоізольовану посудину
(термос), в яку поміщаються досліджувані зразки, вимірювальна частина
складається з двох частин: схеми живлення і вимірювання напруги та струму в
нагрівачі; схеми вимірювання та реєстрації термоедс вимірювальної термопари, в
якості якої була застосована диференціальна термопара.
Як відомо, питома теплоємність визначається за формулою (��, Дж/(кг · К)):
��кор
�� = , (2.35)
�� · ∆��
де ��кор – корисна кількість введеної в досліджуваний зразок теплової енергії, (Дж);
�� – маса зразка, (кг);
∆�� – зміна температури зразка, (К)
62
З формули 2.35 видно, які величини необхідно вимірювати. Кількість теплоти, що
вводиться в зразок за допомогою електричного нагрівача, визначається за формулою
закону Джоуля-Ленца (��, Дж):
�� = �� · �� · ∆��, (2.36)
де �� – напруга на нагрівачі зразка, В;
�� – струм через нагрівач, А;
∆�� – відрізок часу, протягом якого пропускається струм через нагрівач, (с)
З формул 2.35 і 2.36 видно, що для визначення питомої теплоємності треба точно
вимірювати напругу на нагрівачі зразка, струм через нього, час пропускання струму, масу
зразка і зміну його температури від виділеної теплоти. При цьому дуже важливо, щоб
втрати теплоти були мінімальними.
До зведення всіх теплових втрат до мінімуму, не вдаючись до створення
адіабатичних умов, але створивши хорошу теплову ізоляцію зразка (термос)
експериментальна установка забезпечена термостатом з регулятором температури,
що забезпечує створення і підтримку заданої температури всередині термоса для
отримання температурної залежності питомої теплоємності в робочому діапазоні
температур і чутливим датчиком температури зразка. Схема установки представлена
на рисуноку 2.20.
Теплоємність рибних фаршів в інтервалі температур від 0,01 °С до 6 °С
залишається постійною, тому для цього діапазону досить провести експеременти по
знаходженню значень питомої теплоємності ��, Дж/(кг · К) для досліджуваних
напівфабрикатів описаним методом [18, 24]. Для інтервалу температур від -20 °С до
0 °С, залежність теплоємності від температури овочевих пюре буде визначатися
адитивно, тому що в період від -20 °С до кріоскопічної температури в продукті
з'являється виморожена волога ��, частка якої впливає на значення �� в заданій точці
температурного вимірювання, яка, в свою чергу, визначається із залежності (2.14 і
2.15), а в період від кріоскопічної температури до 0 °С теплоємність води в
напівфабрикаті має значення 2050 Дж/(кг·К).
63
Рис. 2.20 Схема установки для визначення температурної
залежності питомої теплоємності харчових продуктів:
1 – досліджуваний напівфабрикат; 2 – нагрівач; 3 – ємність для
досліджуваного зразка; 4, 5 – диференціальні термопари; 6 – оболонка термоса; 7 –
електричний комутатор; 8 – джерело електричного струму; 9 – перемикач; 10, 11, 12,
14, 15 – прилади для необхідних вимірювань; 13 – самописець; 16 – кріотермостат
У таблиці 2.8 для кожного досліджуваного продукту дано експериментально
отримане середнє значення питомої теплоємності для заданого інтервалу
температур ��, (Дж/(кг К)) (додаток 7).
Для адитивного розрахунку теплоємності рибних фаршів ССМ при
температурах від нуля до криоскопической, необхідно враховувати значення
теплоємності води при нульовій температурі.
64
Таблиця 2.8 Середнє значення питомої теплоємності ��, (Дж / (кг К)) для
досліджуваних продуктів в інтервалі температури ��ср
Найменування ��, (Дж/(кг К)) для 0,01≤ ��ср ≤ 6
Фарш із судака без добавок 3360
Фарш з коропа без добавок 3290
Фарш із судака з додаванням 20% капусти 3530
Фарш з коропа з додаванням 20% капусти 3560
Для практичної зручності, коли необхідно розрахувати теплоємність рибних
фаршів ��сум при температурі нижче кріоскопічної, доцільно використовувати
рівняння 2.37, в якому кількість вимерзлими вологи �� визначається з залежностей
2.14 і 2.15 від необхідної температури, але з урахуванням зміни величини
теплоємності льоду в інтервалі температур від кріоскопчрої до -20 °С (таблиця 2.9).
Таблиця 2.9 Середнє значення питомої теплоємності ��ср, (Дж/(кг К)) для
льоду в інтервалі температури від кріоскопічної до -20 °С
Температура, °С ��ср (Дж/(кг К))
0 2050
-5 2027
-10 2000
-15 1985
-20 1943
Рівняння для обчислення теплоємності рибних фаршів при температурах
нижче 0 °С і до мінус 20 °С має вигляд (��сум):
�� �� �� ��
��сум = 2050 + ��л(��) + (1 − − ) ��с.з, (2.37)
100 100 100 100
де �� – вологість рибного фаршу, кг/кг;
�� – кількість вимерзлої вологи в фарші, %;
��л(��) – теплоємність льоду в залежності від температури, Дж/(кг·К);
��с.з– теплоємність сухого залишку, Дж/(кг·К)
65
На рисунку 2.21 представлена залежність питомої теплоємності ��сум фаршу з судака
без і з добавкою в цей фарш порошку капусти від середньої температури tср.
Рис. 2.21 Графік зміни теплоємності фаршевих продуктів з судака в
залежності від середньої температури штранг
На рисунку 2.22 представлена залежність питомої теплоємності ��сум фаршу з коропа
без і з добавкою в цей фарш порошку капусти від середньої температури tср.
Рис. 2.22 Графік зміни теплоємності фаршевих продуктів з коропа в
залежності від середньої температури штранг.
66
З графіків видно, що на відміну від коефіцієнта температуропровідності
питома теплоємність об'єктів дослідження помітно залежить від видового складу
сировини. При цьому введення в різні сорти фаршів однієї і тієї ж рослинної
добавки згладжує дану відмінність тим істотніше, чим більше вміст добавки.
2.4.4 Визначення розрахункового значення теплопровідності рибних
фаршів при звичайних температурах і нижче нуля
Коефіцієнт теплопровідності для заданого інтервалу температур визначається
через залежність (��, (Вт/(м К)):
��
�� = , (2.38)
�� · ��
де ��, ��, �� – значення для заданого інтервалу температур вже відомі
У таблиці 2.10 дано розрахункове значення теплопровідності ��, (Вт/(м К))
досліджуваних рибних фаршів з судака та коропа для обраних значень температур.
Таблиця 2.10 Розрахункове значення теплопровідності ��, (Вт/(м К))
рибних фаршів для вибраних значень температур
��, (Вт/(м К)) для фаршу з ��, (Вт/(м К)) для фаршу з
t, °С судака коропа
без добавки з добавкою без добавки з добавкою
6 0,43 2,48 0,41 2,51
4 0,42 2,47 0,40 2,50
3 0,41 2,46 0,39 2,49
1 0,40 2,45 0,38 2,48
0 0,22 1,32 0,21 1,33
-0,8 0,53 1,69 0,52 1,69
-1 0,84 1,98 0,82 2,04
-2 2,14 3,33 2,11 3,35
-3 2,97 4,19 2,93 4,21
-4 3,39 4,62 3,32 4,65
-5 3,39 4,61 3,33 4,64
-6 3,37 4,57 3,34 4,61
-8 3,40 4,61 3,35 4,65
-10 3,44 4,65 3,38 4,68
-15 3,48 4,68 3,42 4,71
-20 3,52 4,71 3,46 4,74
67
На рис. 2.22 представлена отримана залежність теплопровідності ��, (Вт/(м К))
для рибних фаршів з судака з додаванням порошку капусти білокачанної і без від
середньої температури tср.
Рис. 2.22 Графік зміни теплопровідності фаршевих продуктів з судака в
залежності від середньої температури штранг
Рисунок 2.23 представлена отримана залежність теплопровідності ��, (Вт/(м К))
для рибних фаршів з коропа з додаванням порошку капусти білокачанної і без від
середньої температури tср.
Рис. 2.23 Графік зміни теплопровідності фаршевих продуктів з коропа в
залежності від середньої температури штранг
68
При морозильної обробці досліджуваних зразків вивчався зміна таких
теплофізичних характеристик як: питомої теплоємності, коефіцієнта
теплопровідності і температуропровідності, а також їх щільність. Результати
досліджень узгоджуються з наявними відомостями з даної тематики, і
підтверджують, що головною причиною варіювання теплофізичних характеристик
продуктів в умовах заморозки є фазовий перехід води з одного агрегатного стану в
інший при замерзанні. При цьому комплекс фізико-хімічних характеристик сухого
скелета продукту при замерзанні піддається несуттєвим змінам, тобто практично їх
можна вважати постійними.
2.4.5 Визначення питомої теплоти льодоутворення для досліджуваних
рибних фаршів
При заморожуванні крім теплоти, яка визначається теплоємністю, від рибних
напівфабрикатів, відводиться так само і теплота фазового переходу води, що
міститься в продукті, в лід. Враховуючи, що досліджувані продукти відносяться до
високовологих, то питому теплоту льодоутворення при різних температурах
наближено можна обчислити за формулою:
�� = 335 + 2,12��, (2.39)
де �� – питома теплота льодоутворення, (кДж/кг);
�� – температура замороженого продукту, °С;
На рисуноку 2.24 представлена залежність питомої теплоти льдоутворення �� ,
(кДж/кг) для високовологих продуктів від середньої температури ��ср.
Теплота, що відводиться від продукту під час його заморожування, являє
собою додаткову витрату холоду на заморожування, де в якості основних складових
є теплота охолодження продукту від початкової температури до кріоскопічної і
теплоти доохолодження, що відводиться при зниженні температури від
кріоскопічної до середньої кінцевої температури замороженого продукту.
69
Рисунок 2.24 Графік залежності питомої теплоти льодоутворення для
високовологих продуктів від середньої температури
Висновки до розділу 2
Визначення комплексу властивостей і характеристик об'єктів консервування
холодом необхідні для вивчення статики, динаміки, кінетики процесів перенесення
теплової енергії і речовини та виявлення механізму їх протікання з метою
практичної реалізації раціональних режимних параметрів.
В розділі приведено методики визначення:
- гігроскопічних властивостей і термодинамічний аналіз об'єктів
кріоконсервування;
- раціонального вмісту порошкової добавки в фаршевих продуктах на основі
судака і коропа;
- структурно-механічних властивостей об'єктів кріоконсервування;
- теплофізичних властивостей об'єктів заморожування при звичайних
температурах і нижче нуля;
- питомої теплоти льодоутворення для досліджуваних рибних фаршів.
.
70
РОЗДІЛ 3
ВИЗНАЧЕННЯ КІНЕТИКИ І АНАЛІЗ ЗАКОНОМІРНОСТІ
ПРОТІКАННЯ ПРОЦЕСІВ В ТЕХНОЛОГІЇ РУБАНИХ РИБНО-ОВОЧЕВИХ
ЗАМОРОЖЕНИХ ШТРАНГ
Економічна ефективність харчових виробництв в значній мірі залежить від
швидкості протікання технологічних процесів. Наука, що вивчає механізм та
швидкість зміни характеристик процесу, називається кінетикою, в основі якої
лежать закономірності, що зумовлюють швидкість процесів. Знання цих кінетичних
закономірностей необхідно для розрахунку параметрів окремих технологічних
процесів і апаратів, в яких вони відбуваються.
3.1 Вивчення кінетики процесу подрібнення рибної сировини з судака і
коропа
Для грубого і середнього подрібнення і відділення кісток при обробці тушки
риби застосовуються прес-сепаратори, для подрібнення філе – вовчки різної
продуктивності. Для тонкого подрібнення застосовуються куттери і агрегати
тонкого подрібнення, а також колоїдні млини, на яких обробляється фарш
середнього подрібнення [25].
Подрібнення рибної сировини за допомогою кутерів виконують при високих
швидкостях ріжучих органів, що супроводжується виділенням великої кількості
тепла, зміною вологозв'язуючої здатності і структурно-механічнпх властивостей
продукту. Подрібнення рибної сировини за допомогою вовчків та вовчків-дробарок
різноманітне зважаючи на складність зміни процесів, що відбуваються в просторах
між елементами транспортуючого і ріжучого механізмів. Ці обставини зумовлюють
необхідність правильного визначення і розрахунку раціональної тривалості процесів
подрібнення.
Проблема подрібнення, зокрема, гідробіонтів і виробництво фаршевих
напівфабрикатів із сировини тваринного походження пов'язана з тривалістю ведення
процесу, викладена в спеціальній літературі [26]. В даний час детально вивчено
процес тонкого подрібнення сировини при приготуванні фаршу, використовуючи
71
бланшировані або заморожені продукти, в результаті якого виявлено вплив типу
подрібнювальної машини на якість готових виробів.
Слід зазначити, що у вищевказаних дослідженнях з кінетики подрібнення
пластичних тонкодисперсних фаршевих мас відсутні методичні вказівки щодо
визначення розмірів частинок сировини, що переробляється, даються тільки загальні
теоретичні положення, хоча ступінь подрібнення матеріалу є основним критерієм
для розрахунку тривалості процесу. Розрахунок тривалості подрібнення
проводиться в залежності від кінематичних і геометричних характеристик машин і
від суб'єктивних оцінок експертів, що пов'язано з недосконалістю або складністю
проведення експериментальних досліджень по визначенню граничних значень
реологічних властивостей кінцевого фаршу.
При тонкому подрібненні, процес різання виконують при високих швидкостях
ріжучих органів, що супроводжується виділенням великої кількості тепла, зміною
вологозв'язуючої здатності структурно-механічних властивостей кінцевого
продукту. Ці обставини зумовлюють необхідність правильного визначення та
розрахунку оптимальної тривалості подрібнення. Ступінь подрібнення визначає
глибину технологічної обробки і впливає на форму зв'язків вологи, змінюючи
структурно-механічні характеристики.
При тонкодисперсному подрібненні пластичних мас важко оптично оцінити і
помітити розміри мікроскопічних частинок фаршу, враховуючи їх високу, а також
технічну складність коректного визначення внутрішнього зусилля зсуву в
високов'язкій біомасі, практично не можна реалізувати. Тому виникає необхідність
розробки нових методів визначення кінетичних закономірностей подрібнення, що
дозволяють порівняно просто отримати адекватні експериментальні дані. Не
викликає сумнівів що при подрібненні матеріалу відбувається зміна числа ступенів
свободи системи, яке можна визначити за величиною ентропії системи або
значенням ентропійної складової в рівнянні Гіббса-Гельмгольца, розщрахованої
шляхом математичної обробки ізотерм сорбції при різній тривалості подрібнення
обо по значенню гігроскопічної вологості.
Досліджувані зразки, а саме фарші з судака і сазана, для приготування яких
72
використовувалася свіжа риба, оброблена на філе згідно з інструкцією №7
«Сборника технологических инструкций по обработке рыбы» подрібнювали на
кутері фірми «Robot Coupe». Дане обладнання дозволяє рубати філе риби з різним
ступенем подрібнення, на відміну від диспергування на вовчці, яке не забезпечує
достатньо повного руйнування структури тканин м'яса риби, тому його не
використовують у випадках, коли технологічно передбачено більш тонкодисперсне
подрібнення.
Складність застосування традиційних методів дисперсного аналізу (ситового,
седиментаційного і ін.) для пастоподібних (фаршевих) матеріалів, враховуючи їх
високі когезійні властивості, обумовлює доцільність використання візуальних або
оптичних методів оцінки ступеня подрібнення за технологічними критеріями. Грубе
подрібнення рибного філе дозволяє отримати розмір частинок м'яса від 15 – 20 мм
до 2 – 3 мм в залежності від тривалості процесу, а при тонкому подрібненні до 0,5
мм. Результати проведених досліджень, щодо визначення тривалості процесу
подрібнення представлені в таблиці 3.1 (додаток 8), і показують, що умовний
ступінь подрібнення практично не залежить від виду рибної сировини.
Таблиця 3.1 Умовна ступінь подрібнення в залежності від його тривалості
Умовна ступінь Властивість об'єкта,
Вид Тривалість
сировини подрібнення, сприймається шляхом
подрібнення, с
м/м дотику
3 – 4 7 – 10 грубе подрібнення
Філе судака
10 – 11 40 – 50 тонке подрібнення
3 – 4 7 – 10 грубе подрібнення
Філе сазана
10 – 11 40 – 50 тонке подрібнення
Реалізацію пропонованого методу ентропійному оцінки ступеня подрібнення в
залежності від факторів, що впливають, як уже вказувалося, можливо провести
шляхом обробки статичних залежностей (ізотерм сорбції) взаємодії
диспергированного матеріалу з водою. На рисунках 3.1 і 3.2 представлені
рівноважні криві сорбції рибного філе і продуктів його грубого і тонкого
подрібнення
73
Рис. 3.1 Рівноважні криві сорбції філе з судака і продуктів
його грубого і тонкого подрібнення
Рис. 3.2 Рівноважні криві сорбції філе з коропа і продуктів
його грубого і тонкого подрібнення
Реалізацію запропонованого методу ентропійної оцінки ступеню подрібнення
в залежності від впливаючих факторів можливо провести шляхоь обробки
статичних залежностей (ізотерм сорбції) взаємодії диспергованого матеріалу з
водою. На рисунках 3.1 і 3.2 представлені рівноважні криві сорбції рибного філе і
продуктів його грубого і тонкого подрібнення
74
Статичні закономірності взаємозв'язку з вологою і аналіз ізотерм кривих
рівноваги при сорбції дозволяє виявити природу і провести оцінку диференціальної
еволюції термодинамічних членів рівняння Гібса-Гельмгольця для процесу при
постійному тиску, температурі і об'ємі системи:
��∆�� ��∆�� ��∆��
( ) = ( ) − �� · ( ) , (3.1)
������ ���� ����
��,�� �� ��,�� �� ��,��
��∆��
де – диференціальна зміна вільної енергії;
������
��∆��
– діфференціальнf зміна внутрішньої енергії;
������
��∆��
�� · – ентропійна частина вільної енергії
������
��∆��
Природа зміни �� · говорить про велику макромолекулярну гнучкість,
������
присутності напівнепроникних мембран (оболонок клітин, стінок мицел), про
особливу орієнтованість водних молекул, осмотичному і імобілізаційному механізмі
їх взаємодії з вологою. Якщо продиференціювати рівняння 3.1 по ��, вийде вираз для
диференційної зміни ентропії зв'язаної води, а також часток або фракцій між собою:
�� ��∆�� ��∆��
· ( ) = − ( ) , (3.2)
���� ������ ����
��,�� �� ��,��
��∆�� ��(�� · �� ln ����)
− ( ) = ( ) , (3.3)
������ ����
��,�� ��,��
Отримана ентропійна зміна системи дасть можливість визначити її кінетичні
коефіцієнти в рівнянні швидкості реального диспергування, а також граничні
значення. З огляду на різну вологоутримуючу здатність продукту до і після
подрібнення, необхідно отримати рівноважні графічні і математичні залежності
�� · �� · ���� від ���� для виявлення параметрів, що впливають, на будь-якому інтервалі
сорбції або ступеня подрібнення матеріалу, що вивчається.
75
На малюнках 3.3 і 3.4 представлені рівноважні криві сорбції рибного філе та
продуктів його грубого і тонкого подрібнення в координатах �� · �� · ���� і ����.
Рис. 3.3 Рівноважні криві сорбції філе з судака і продуктів його грубого і
тонкого подрібнення в координатах �� · �� · ���� і ����
Рис. 3.4 Рівноважні криві сорбції філе з зана і продуктів
його грубого і тонкого подрібнення в координатах �� · �� · ���� і ����
Рівноважні криві сорбції можна розбити на три ділянки і на кожній з них
залежність ln ���� = ��(����) можна апроксимувати лінійним рівнянням:
ln ���� = ���� · ���� + ���� , (3.4)
76
де ���� і ���� – емпіричні коефіцієнти;
�� – номер зони
У таблиці 3.2 представлені апроксиміровані лінійні залежності.
Таблиця 3.2 Лінійні залежності для трьох ділянок рівноважних кривих
сорбції філе риби і фаршів грубого і тонкого подрібнення
Властивість
Вид Межі використання
сировини об'єкта, Рівняння апроксимації
рівняння
сприймається
шляхом 0 ≤ ��, % ≤ 12 �������� = 0,13�� − 3,39
філед отику. 12 ≤ ��, % ≤ 18,3 �������� = 0,25�� − 4,84
18,3 ≤ ��, % ≤ 30,2 �������� = 0,024�� − 0,73
0 ≤ ��, % ≤ 11,2 �������� = 0,14�� − 3,41
філе судака грубе
подрібнення 11,2 ≤ ��, % ≤ 17,5 �������� = 0,25�� − 4,61
17,5 ≤ ��, % ≤ 28, ,5 �������� = 0,026�� − 0,74
0 ≤ ��, % ≤ 8,3 ������ = 0,21�� − 3,54
тонке ��
подрібнення 8,3 ≤ ��, % ≤ 14,3 �������� = 0,25�� − 3,90
14,3 ≤ ��, % ≤ 22,2 �������� = 0,036�� − 0,81
0 ≤ ��, % ≤ 9,3 �������� = 0,18�� − 3,52
філе 9,3 ≤ ��, % ≤ 15,7 �������� = 0,24�� − 4,09
15,7 ≤ ��, % ≤ 26,5 �������� = 0,026�� − 0,70
0 ≤ ��, % ≤ 9,0 �������� = 0,19�� − 3,52
філе коропа грубе
подрібнення 9,0 ≤ ��, % ≤ 15,0 �������� = 0,21�� − 4,08
15,0 ≤ ��, % ≤ 25,1 �������� = 0,028�� − 0,71
тонке 0 ≤ ��, % ≤ 8,3 �������� = 0,26�� − 3,65
подрібнення 8,3 ≤ ��, % ≤ 13,1 �������� = 0,39�� − 0,83
13,13 ≤ ��, % ≤ 20 �������� = 0,042�� − 0,83
Зміна внутрішньої енергії ∆�� напівфабрикату в процесі механічного впливу в
точці постійного· ����, рівна:
∆�� = �� · ���� , (3.5)
де ���� – різниця теплоємності рибного фаршу до і після подрібнення
Виходячи з того, що теплоємність величина адитивна, то за даних умов різниця
���� = 0, це означає, що і різниця ∆�� = 0. Враховуючи, що енергія зв'язку вологи з
матеріалом �� дорівнює:
77
��∆��
�� = − ( ) = −�� · �� · ln ���� , (3.6)
������
отримуємо:
��∆��
( ) = �� · �� · ln ���� , (3.7)
����
перетворимо 3.1:
�� · �� · ln ���� = −�� · ∆��, (3.8)
тоді:
−∆�� = �� · ln ���� , (3.9)
де ∆�� – інтегральна ентропійна складова вільної енергії зв'язку Гібса
Знаючи молярну масу води, отримаємо величину −∆�� (Дж/(кг·K)):
1
−∆�� = �� · ln ���� = �� · ln ���� = 55,56�� · ln ���� , (3.10)
0,018
де �� = 8,314 (Дж/(моль · ��))
Знаючи лінійну залежність ln ���� = ��(����) на кожній ділянці (таблиця 3.2),
зміну ентропії можна записати в наступному вигляді:
��поч
��
−∆�� = 8,314 · 55,56 ∫ (���� · ���� + ����) ������ (3.11)
��кін
��
Очевидно, що молекули пару до адсорбції могли вільно переміщатися в
просторі трьох вимірів, і тому процес адсорбції повинен супроводжуватися
зменшенням ентропії (∆�� < 0). Всякий мимовільно протікаючий процес
супроводжується зменшенням вільної енергії системи (∆�� < 0). Так як ∆�� і ∆��
негативні, то величина ∆�� також повинна бути негативною, з чого випливає, що всі
адсорбційні процеси є екзотермічні. Застосувавши формулу (3.11) прораховується
−∆��, результати зведені в таблиці 3.3 і 3.4.
78
За результатами проведених досліджень щодо визначення тривалості
диспергування філе з судака і сазана �� (таблиця 3.1), термодинамічний аналіз станів
фаршевих систем в процесі подрібнення, яке визначається за допомогою
ентропійній складовій в рівнянні Гібса-Гельмгольца −∆�� (3.1) і отриманих даних
(таблиці 3.3 і 3.4), отримані криві подрібнення (рисунок 3.5).
Таблиця 3.3 Значення інтегральної ентропійної складової вільної енергії
зв'язку Гібса для фаршів з судака (��, %)
Судак філе
0 ≤ �� ≤ 12 12 ≤ �� ≤ 18,3 18,3 ≤ �� ≤ 30,2 Весь діапазон
−∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К)
14,45 3,06 0,81 18,32
Фарш із судака (грубе подрібнення)
0 ≤ �� ≤ 11,2 11,2 ≤ �� ≤ 17,5 17,5 ≤ �� ≤ 28, ,5 Весь діапазон
−∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К)
13,57 2,97 0,72 17,26
Фарш із судака (тонке подрібнення)
0 ≤ �� ≤ 8,3 8,3 ≤ �� ≤ 14,3 14,3 ≤ �� ≤ 22,2 Весь діапазон
−∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К)
10,22 2,97 0,56 13,75
Таблиця 3.4 Значення інтегральної ентропійної складової вільної енергії
зв'язку Гібса для фаршів з коропа (��, %)
Короп філе
0 ≤ �� ≤ 9,3 9,3 ≤ �� ≤ 15,7 15,7 ≤ �� ≤ 26,5 Весь діапазон
−∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К)
11,51 3,22 0,75 15,48
Фарш із коропа (грубе подрібнення)
0 ≤ �� ≤ 9,0 9,0 ≤ �� ≤ 15,0 15,0 ≤ �� ≤ 25,1 Весь діапазон
−∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К)
11,06 2,99 0,69 14,74
Фарш із коропа (тонке подрібнення)
0 ≤ �� ≤ 8,3 8,3 ≤ �� ≤ 13,1 13,1 ≤ �� ≤ 20 Весь діапазон
−∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К) −∆�� (кДж/(кг·К)
11,77 2,97 0,43 12,2
79
Рис. 3.5 Криві подрібнення філе з судака та коропа
Швидкість подрібнення �� визначається зміною інтегральної ентропійної
складової вільної енергії зв'язку Гібса за деякий нескінченно малий відрізок часу ����,
тобто (��, Вт/(кг · ��)):
�� − ∆��
�� = , (3.12)
����
Для зручності математичних апроксимацій кривих подрібнення (рисунок 3.5) і
��(−∆��)
опису кривих швидкості подрібнення = ��(−∆��) отримаємо зворотні
����
залежності �� = ��(−∆��) які представлені графічно (рисунок 3.6) і в табульованому
вигляді (таблиця 3.5).
Таблиця 3.5 залежності �� = ��(−∆��) для отриманих фаршів з коропа і
судака
Вид сировини Апроксимірована залежність �� = ��(−∆��)
Судак �� = 0,389(−∆��)2 + 10,07(−∆��) − 53,97
Короп �� = 0,395(−∆��)2 + 7,90(−∆��) − 27,55
Після диференціювання залежності �� = ��(−∆��) отримуємо залежність для
����
= ��(−∆��), потім провівши математичне перетворення, отримуємо
��(−∆��)
80
��(−∆��) 1
залежність, що описує швидкість подрібнення = ,.
���� ��(−∆��)
Рис. 3.6 Криві подрібнення філе з судака і сазана:
1 – філе підготовлене; 2 – грубо подрібнене філе; 3 – тонко подрібнене філе
����
З огляду на зниження аргументу −∆�� в процесі деспергування, . має
��(−∆��)
����
від'ємне значення, тому швидкість подрібнення беремо по модулю | |.
��(−∆��)
На малюнку 3.7 представлені криві швидкості подрібнення філе з судака і
коропа.
Рис. 3.7 Криві швидкості подрібнення філе з судака (1) і коропа (2):
зона 1 – діапазон грубого подрібнення; зона 2 – діапазон тонкого подрібнення
81
Перед тим як привести аналіз отриманих кривих швидкостей подрібнення
(рисунок 3.7) необхідно зазначити, що закономірності руху неньютонівських рідин,
до яких відносяться досліджувані напівфабрикати, мають ряд особливостей [22].
Для звичайних ньютонівських рідин залежність між напругою зсуву і градієнтом
швидкості виражається прямою, що проходить через початок координат з тангенсом
кута нахилу, рівним динамічній в'язкості. В'язкість ж неньютоновскіх рідин при
даних температурах і тисках не залишається постійною, а змінюється в залежності
від швидкості зсуву, його тривалості, а також конструкції апарату.
Неньютонівські рідини можна розділити на три великі групи. До першої групи
належать так звані в'язкі або стаціонарні неньютонівські рідини. Для цих рідин
функціональна залежність градієнта швидкості від напруги зсуву не залежить від
часу, а по виду даної функції розрізняють бінгамовскі пластичні, псевдопластичні
рідини і ділатантні рідини. До другої групи належать рідини, у яких залежність
градієнта швидкості від напруги зсуву змінюється в часі, для них в'язкість
визначається не тільки градієнтом швидкості, але і тривалістю зсуву. Відповідно до
характеру впливу тривалості зсуву на структуру рідини в цій групі розрізняють
тиксотропні і реопекантні рідини. До третьої групи відносяться в'язкопружні або
максвеловські рідини, які течуть під впливом напруги зсуву, але після зняття,
частково відновлюють свою форму подібно пружним твердим тілам. Такими
властивостями характеризуються деякі смоли і речовини тістоподібної консистенції.
Аналіз кривих швидкості подрібнення досліджуваних рибних фаршів
(рисунок 3.7) показує, що цей процес можна розділити на три стадії:
- на першій стадії грубого подрібнення отриманий фарш за своїми
реологічними властивостями можна віднести до третьої групи неньютоновскіх
рідин, тобто до максвелівським, які течуть при впливі ріжучого органу і відповідно
починається практично лінійно зростати швидкість подрібнення, але після зупинки
процесу об'єкт частково відновлює свою форму;
- на другій стадії після першої критичної точки (∆�� = 17,25 для фаршу з
судака і ∆�� = 14,75 для фаршу з коропа) тонкоподрібнений фарш за своїми
характеристиками можна віднести до тиксотропним рідинам, тому швидкість
82
подрібнення зростає плавно і нерівномірно , але до певної межі, пов'язаної з
конструктивними особливостями подрібнювача;
- на третій стадії після другої критичної точки (∆�� = 13,75 для фаршу з судака
і ∆�� = 12,25 для фаршу з коропа) зміна ентропійної складової практично відсутня,
що дозволяє зробити висновок про недоцільність подальшого подрібнення, так як
воно не веде до зміни ступеня диспергування.
Цілеспрямоване варіювання ступеня подрібнення рибної сировини веде до
зміни структурно-механічних властивостей напівфабрикатів.
3.2 Вивчення кінетики процесу змішування рибної сировини і рослинного
компонента
Перемішування, як і подрібнення, є однією з важливих стадій процесу
виробництва рибних фаршевих продуктів. Його кінцева якість і можливість
тривалого зберігання визначається умовами отримання стабільних харчових
сумішей. Необхідно враховувати, що зайвий механічний вплив дестабілізує
фаршеву суміш, а також вимагає додаткових енергетичних витрат. Ці обставини
зумовлюють необхідність правильного визначення і розрахунку раціональної
тривалості процесів перемішування.
Ефективне змішування пластичних мас і тонкодисперсних частинок
матеріалів відіграє важливу роль для інтенсифікації тепломасообмінних процесів і
рівномірного розподілу дисперсної фази в дисперсійному середовищі, внаслідок
чого розробка раціональних режимів перемішування доцільна для організації
механічних процесів в різних технологіях, зокрема, при виробництві
багатокомпонентних фаршевих напівфабрикатів. Моделювання кінетики
перемішування бінарних сумішей дозволяє прогнозувати і знаходити час процесу,
при якому однорідність суміші максимальна.
Значний внесок у розвиток теорії і практики перемішування внесли такі вчені,
як Стренк, Брагінський, Васильцов, Карпушкін і ін. проте загальним недоліком
розроблених ними теорій є відсутність рішення проблеми досягнення високої
інтенсивності процесу перемішування тиксотропних рідин.
83
Ефективність перемішування �� оцінюється ступенем однорідності змішуємої
суміші і залежить від відношення концентрації продукту в дисперсійній фазі в
різних точках від його середньої концентрації і розраховується за формулою:
∆��ср
�� = (1 − ) · 100 %, (3.13)
��0
де ∆��ср – усереднене відхилення концентрації продукту в суміші від
середнього значення, %;
��0 – концентрація рослинного компонента в суміші, що підлягає
перемішуванню, %
Середнє відхилення ∆��ср, розраховується за формулою:
��
1
∆��ср = ∑|���� − ��0| , (3.14)
��
��=1
де �� – число проб, що відбираються одночасно в різних точках перемішуємої
суміші, шт;
���� – концентрація рослинного компонента в пробі, %
Дослідження кінетики процесу перемішування і визначення раціональної
тривалості процесу проводилося на фаршемешалці АІRHОТ ММЕ-11, яка
призначена для перемішування фаршу і доведення його до однорідної консистенції.
Вивчення процесу перемішування здійснювалося при параметрах: температура
продукту 20 ÷ 25 °С; частота обертання мішалки 45 хв-1.
Для раціонального проведення процесів отримання морожених
напівфабрикатів, а також збереження їх органоліптичних показників відносний
вміст рослинного преміксу повинно знаходитися в інтервалі від 15 до 20% від маси
сухих речовин нативного фаршу, тому експерименти проводилися на кордонах
вищевказаного діапазону. Результати досліджень по визначенню тривалості процесу
перемішування представлені в таблиці 3.2.1 (додаток 9).
84
Таблиця 3.6 Тривалість перемішування в залежності від вмісту преміксу
Тривалість Вміст рослинного
Вид сировини
перемішування, с преміксу, %
380 ÷ 400 20
Фарш з судака
340 ÷ 360 15
300 ÷ 330 20
Фарш з коропа
250 ÷ 270 15
Порівнюючи тривалість процесу можна зробити висновок про те, що час
перемішування фаршу з коропа менше ніж у фаршу з судака внаслідок відмінності
їх в'язкостних властивостей.
Для того щоб оцінити якість змішування однією випадковою величиною,
суміш умовно вважають двохкомпонентною, зазвичай виділяють один компонент,
званий ключовим, а всі інші об'єднують в другій умовний. До ключового
компоненту пред'являють такі вимоги: порівняльна простота визначення його вмісту
в пробі; невелика його кількість; фізичні властивості повинні відрізнятися від
властивостей інших компонентів. Таким компонентом в досліджуваному
фаршевому продукті є рослинний премікс, тому що його частки в продукті під час
перемішування є легко визначеною, не розчиняються і не втрачає колір.
За результатами проведених досліджень щодо визначення ступеня
однорідності кінцевої суміші ��, (%) від тривалості змішування фаршу з судака і
сазана з рослинним компонентом, (��) (таблиця 3.7), отримані графічні залежності
ефективності перемішування від його тривалості (рисуноки 3.8 і 3.9).
Таблиця 3.7 Однорідність фаршів з судака і коропа з рослинним компонентом
від тривалості змішування
��, (с) 40 80 120 160 200 240 280 320 360
15 %
Фарш із ��, (%) 12 39 60 83 89 91 93 96 98
судака ��, (с) 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400
20 %
��, (%) 11 40 61 83 89 91 93 95 96 97
��, (с) 30 60 90 120 150 180 210 240 270
15 %
Фарш з ��, (%) 8 36 58 76 88 91 93 95 97
коропа ��, (с) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 330
20 %
��, (%) 9 38 59 80 88 90 92 93 95 98
85
Рис. 3.8 Криві змішування фаршу з судака і коропа з 20% преміксу
Рис. 3.9 Криві змішування фаршу з судака і сазана з 15% преміксу
Швидкість змішування ��зм визначається зміною ступеня однорідності кінцевої
����
суміші ��, (%) за деякий нескінченно малий відрізок часу, тобто �� = , %/с. Для
����
зручності математичних апроксимаційних кривих змішування (рисунок 3.10) і опису
����
кривих швидкості змішування = ��(��) були отримані зворотні залежності �� =
����
��(��), які представлені графічно (рисунки 3.10 і 3.11) і в табульованому вигляді
(табллиця 3.8).
86
Рис. 3.10 Зворотні апроксиміровані залежності �� = ��(��) кривих
змішування фаршу з судака і коропаа з 20% преміксу
Рис.3.11 Зворотні апроксиміровані залежності �� = ��(��) кривих
змішування фаршу з судака і коропа з 15% преміксу
Таблиця 3.8 Залежність �� = ��(��) для отриманих фаршів з коропа і судака
Вид сировини Апроксимірована залежність �� = ��(��)
0≤ �� ≤ 89 89 ≤ �� ≤ 97
Фарш з судака �� = 0,009��2 + 1,29�� �� = 2,25��2 − 392�� + 17253
20% і 15%
�� = 0,008��2 + 1,53�� �� = 0,317��2 − 41,58�� + 1386
0≤ �� ≤ 90 90 <Е <98
Фарш з коропа �� = 0,009��2 + 1,29�� �� = 2,25��2 − 392�� + 17253
20% і 15%
�� = 0,008��2 + 1,53�� �� = 0,317��2 − 41,58�� + 1386
87
����
Продеференціювавши залежність �� = ��(��), отримуємо залежність = ��(��),
����
потім провівши математичні перетворення, отримаємо залежність, що описує
���� 1
швидкість подрібнення: = .
���� ��(��)
На рисунках 3.12, 3.13, 3.14 і 3.15 представлені криві швидкості змішування
фаршу з судака і сазана з рослинним преміксом.
Перед тим як привести аналіз отриманих кривих швидкостей змішування
необхідно зазначити, що одна з причин введення сухого преміксу полягає в тому,
що при змішуванні він пов'язує частина вільної вологи при сорбції її з вихідного
продукту, тим самим знижуючи витрати на заморожування вільної вологи в
фаршевих суміші.
Рис. 3.12 Криві швидкості змішування 20 % рослинного
преміксу з фаршем із судака
Рис. 3.13 Криві швидкості змішування 15 % рослинного
преміксу з фаршем із судака
88
Рис. 3.14 Криві швидкості змішування 20 % рослинного
преміксу з фаршем із коропаа
Рис. 3.15 Криві швидкості змішування 15 % рослинного
преміксу з фаршем із коропаа
Аналіз кривих швидкості змішування рослинного преміксу з рибними
фаршами (рисунки 3.12, 3.13, 3.14 і 3.15) показує, що цей процес можна розділити
на дві ділянки:
- на першій ділянці відбувається зв'язування преміксом води до повного
зв'язування вільної вологи вихідного матеріалу, при цьому відбувається плавне
зниження швидкості ефективного розподілу преміксу в фарші, з огляду на його
зволоження і як наслідок підвищення умовного коефіцієнта ефективної динамічної
в'язкості фаршевих суміші;
89
- на другій ділянці спостерігається різке зниження ефективності
перемішування і при досягненні значення ��, близьке до 95 % процес змішування
припиняється, і швидкість розподілу преміксу стає рівною нулю, внаслідок того, що
в кінці першої ділянки практично завершується зміна умовного коефіцієнта
ефективної в'язкості і розподіл часток преміксу за обсягом фаршевої суміші.
Доцільність досягнення максимальної ефективності перемішування необхідно
для зниження енерговитрат при заморожуванні отриманої суміші і практично не
робить однозначного впливу на параметри процесу формування, проте при зниженні
в'язкості зменшуються витрати енергії на транспортування суміші і підвищується
швидкість її просування в формувальному вузлі.
3.3 Вивчення кінетики і аналіз закономірності процесу формування
штранг з рибної фаршевих суміші
Ефективність формування пластичних мас і тонкодисперсних частинок
матеріалів залежить від в'язкості і щільності продукту, геометричних розмірів
формувальних вузлів і матеріалів з яких вони виготовляються, бажано з найменшою
адгезію до досліджуваним фаршам. Слід особливо відзначити вплив
взаємопов'язаних станом вологи і вологості, а також когезии фаршевих сумішей на
кінетику формування та максимальне збереження цілісності штранг при виході з
фільєри.
Вивчення кінетики і аналіз закономірності процесу формування штранг грає
важливу роль для інтенсифікації тепломасообмінних процесів вакуумної заморозки і
підвищенню споживчих властивостей кінцевого виробу, при виробництві
багатокомпонентних фаршевих напівфабрикатів. Моделювання кінетики
формування штранг дозволяє прогнозувати і знаходити тривалість процесу
формування, при якому збереження цілісності одержуваних штранг максимальне.
Відомо, що надання харчовій суміші заданої форми і розмірів називається
формуванням, але з огляду на специфіку технології [27] і напрямок даного
дослідження необхідно дати більш докладне визначення процесу формування
рибних фаршевих штранг для подальшої вакуумної заморозки, яке полягає в
переході неньютоновской рідини в твердий виріб заданої конфігурації в результаті
90
зовнішніх і внутрішніх фізико-механічних впливів. Таким чином, можна виділити
дві стадії в процесі формування, перша з яких пов'язана з формоутворенням, а друга
з фіксацією форми.
Формоутворення риборослинних штранг здійснюється в інтервалі 500 ÷ 1200
Па·с. Швидкість і тривалість процесу багато в чому визначається різницею тисків в
змішувачі і вакуумній морозильній камері, а також ступенем подрібнення фаршу,
яке визначається за допомогою ентропійної складової в рівнянні Гібса-Гельмгольца
−∆�� ( рівняння 3.1) і отриманих даних (таблиці 3.3 і 3.4). Стадія фіксації форми
штранг відповідає температурній області затвердіння вільної вологи, яка є
складовою частиною рибного напівфабрикату. Швидкість і тривалість фіксації
форми штранг визначається теплофізичними властивостями рибних фаршів і
умовами заморозки.
Тривалість формування буде визначатися тривалістю найдовшої стадії. Для
того щоб процес формування протікав швидко потрібна менша швидкість
затвердіння на стадії формоутворення ніж на етапі фіксації форми. Це досягається
при збільшенні швидкості охолодження. При цьому необхідно врахувати, що висота
готових штранг безпосередньо залежить від часу фіксації. Таким чином, до
чинників, що впливають на швидкість затвердіння штранг при формуванні,
відносяться: в'язкість фаршевих сумішей, швидкість охолодження штранг, ступінь
рівномірності охолодження і затвердіння в масі, а також погонна маса виробів.
Погонна маса виробів ��пог (кг/м) не є традиційним параметром, що
використовується при розрахунках процесів формування. Він вводиться з
урахуванням способу організації процесу як комплексна величина, побічно враховує
всі вищевикладені параметри і фактично є цільовою функцією в нашому випадку.
Дослідження кінетики формування і визначення раціональної тривалості
процесу проводилося на оригінальній експериментальній установці (рис. 3.16), яка
дозволяє створювати варійовану різницю тисків, що дорівнює напору, необхідного
для здійснення формування в промислових умовах. Вивчення процесу формування в
фільєрі експериментальної установки здійснювалося при наступних параметрах:
температура продукту 0 ÷ 3 °С; тиск перед філь'єрі 2 кгс/см2; тиск на виході з
91
фільєри – атмосферний.
Рис. 3.16 Схема експериментальної установки для
визначення раціональних параметрів процесу формування:
1. – формований штранг; 2 – ємність для збору фаршу; 3 – ваги; 4 – шиберная
заслінка; 5 – робоча ємність; 6 – секундомір; 7 – суміш з фаршу; 8 – кріпильне
з'єднання; 9 – термопара; 10 – компресор
Максимально можлива маса гранульованого штранга, що залежить від його
структурно-механічних і реологічних характеристик, визначалася досвідченим
шляхом (рис. 3.15), за допомогою визначення довжини гранули при вільному
вертикальному розташуванні штранг і його розриві під дією гравітації, в залежності
від факторів, що впливають: діаметрів фільєри і штранг на виході з неї, а також
ступеня подрібнення фаршевих сумішей. Результати досліджень по визначенню
максимально можливої маси гранульованих штранг в залежності від факторів
(додаток 13) представлені в таблиці 3.9.
Щільність фаршевих сумішей різного походження (наприклад, з судака і
коропа) з 20% добавкою капустяного порошку (таблиця 3.10) практично не
відрізняються, що дозволяє використовувати для інженерних розрахунків середню
щільність фаршевих сумішей.
92
Таблиця 3.9 Результати досліджень по визначенню довжини гранули при
вільному вертикальному розташуванні штранг і його розриві під дією
гравітації
Вид Ступінь Щільність Діаметр Об`єм Маса
Довжина
суміші подрібнення фаршевої суміші, фільєри, гранули, гранули,
гранули, м
фаршу кг/м3 м м3 кг
Гранула не
Суміш 0,003 - -
формується
фаршу з грубе ≈1080
0,005 ≈0,01 1,96 10-7 0,2 10-3
судака
0,008 ≈0,015 7,54 10-7 0,8 10-3
0,003 ≈0,01 0,71 10-7 0,08 10-3
Суміш
тонке ≈1080 0,005 ≈0,02 3,93 10-7 0,4 10-3
фаршу з
судака 0,008 ≈0,03 15,08 10-7 1,6 10-3
Гранула не
Суміш 0,003 - -
формується
фаршу з грубе ≈1090
коропа 0,005 ≈0,01 1,96 10-7 0,2 10-3
0,008 ≈0,015 7,54 10-7 0,8 10-3
Суміш 0,003 ≈0,01 0,71 10-7 0,08 10-3
фаршу з тонке ≈1090 0,005 ≈0,02 3,93 10-7 0,4 10-3
коропа 0,008 ≈0,03 15,08 10-7 1,6 10-3
Також зважаючи на низькі структуроутворюючі властивості
грубоподрібненого рибного фаршу доцільно використовувати в розроблюваній
технології в якості вихідного матеріалу фаршеві суміші з умовним ступенем
подрібнення 40 ÷ 50 м/м, тобто тонкоподрібненного. Результати проведених
досліджень щодо визначення масової витрати і продуктивності гранул в процесі
формування об'єкта обробки при забезпеченні заданої погонной маси представлені в
таблиці в таблиці 3.10 і додатку 11.
Таблиця 3.10 Результати проведених досліджень щодо визначення
швидкості формування фаршів
Ступінь
Вид суміші Діаметр Масова Продуктивність
подрібнення,
фаршу фільери ��ф, м витрата ��, кг/с гранул ��ер, шт/с
м/м
Рибна 0,003 0,016 ≈200
cуміш 40 ÷ 50 0,005 0,035 ≈90
фаарршуу 0,008 0,162 ≈100
93
Для аналізу кінетичних залежностей процесу формування були побудовані і
математично апроксимовані (таблиця 3.8 і 3.9) емпіричні криві швидкості зміни
масової витрати (рисунок 3.17) і штучної продуктивності гранул (рисунок 3.17) в
залежності від діаметра фільєри.
Рис. 3.17 Крива швидкості зміни масової витрати
в залежності від діаметра фільєри
Нижче представлені отримані апроксиміровні математичні залежності для
кривих швидкостей (рисунок 3.17 і 3.18):
��(��) = 6566 · ��2
ф − 43,03 · ��ф + 0,086, (3.15)
��гр(��ф) = 1,16 · ��2
ф − 1,48 · ��ф · 105 + 540, (3.16)
Аналізуючи графік залежності масової витрати від діаметра фільєри (рисунок
3.16) можна прийти до очевидного висновку, що через зростання погонної маси
витрата перманентно зростає зі збільшенням діаметра, який як фактор переважає
над впливом порівняно малої довжини фільєри, що обумовлює зростання його
опору фаршу. Тому в разі технологічної необхідності збільшення маси гранули,
здавалося б, доцільно збільшити діаметр фільєри, але при цьому збільшується
тривалість заморожування, внаслідок більшої поверхні теплообміну і зменшується
довжина гранули через зростання гравітаційної сили. Взаємний вплив цих факторів
94
можна пояснити, аналізуючи графік залежності штучної продуктивності гранул від
діаметра фільєри (рисунок 3.17), яка має екстремальний характер з мінімумом при
��ф = 6 ÷ 7 мм.
Рис. 3.18 Крива швидкості зміни штучної продуктивності
гранул в залежності від діаметра фільєри
До характерної точки (рис. 3.17) відбувається зниження штучної
продуктивності пов'язане з превагою когезійних сил зчеплення між частинками
фаршу через більшу площу поперечного перерізу штранг над впливом сил тяжіння.
Після точки екстремуму превага впливу на штучну продуктивність зміщується в бік
сил тяжіння.
Таким чином, варіюючи діаметром фільєри і його структурно-механічними
характеристиками, наприклад, ступенем подрібнення, можна забезпечити необхідну
штучну продуктивність і розмір гранул виходячи з необхідних споживчих
властивостей.
Висновки до розділу 3
В розділі приведено методики визначення:
- Вивчення кінетики процесу подрібнення рибної сировини з судака і коропа;
- Вивчення кінетики процесу змішування рибної сировини і рослинного
компонента;
- Вивчення кінетики і аналіз закономірності процесу формування штранг з
рибної фаршевих суміші.
95
РОЗДІЛ 4
МОДЕЛЮВАННЯ КІНЕТИКИ ТЕПЛООБМІНУ В ПРОЦЕСАХ
ОХОЛОДЖЕННЯ І ЗАМОРОЖУВАННЯ ФАРШЕВИХ ШТРАНГ
Основною метою дослідження кінетики охолодження і заморожування є
визначення їх тривалості при забезпеченні необхідного температурного режиму.
Згідно із запропонованою технологією, реалізованої в розробленій конструкції
апарату для її здійснення, зниження температури в об'єкті дослідження відбувається
в три етапи. На першому етапі температура зменшується до значення мінус 3 °С при
змішуванні компонентів. На другому етапі відбувається формування штранг і
падіння температури до значення близького до кріоскопічної. На третьому етапі
відбувається самозаморожування фаршевих штранг в вакуумі.
Слід зазначити, що на першій стадії визначення зміни температур можна
провести експериментально, внаслідок значного обсягу і доступності фаршевої
суміші для введення термодатчиков в відкриту ємність. На другий і, особливо на
третій стадії експериментальне вимірювання температур викликає значне
утруднення через малий діаметр штранг і високій швидкості процесів і відсутності
вільного доступу термопар до об'єкта. Тому вибір раціонального температурного
режиму на другій і третій стадії доцільно проводити на основі моделювання
процесів теплообміну.
4.1 Розробка математичної моделі теплопереносу в процесі охолодження
сумішей із фаршу
Охолодження в каналі змішувального апарату відбувається за наступною
схемою, представленою на рис. 4.1. Рибний тонкоподрібнений фарш, який має
температуру 8 °С, подається в змішувальний апарат через завантажувальну воронку,
одночасно з фаршем в змішувач дозується і сухий рослинний порошковий
інгредієнт з допомогою спеціального дозуючого пристрою. За рахунок різниці
тисків в змішувачі і вакуумній морозильній камері здійснюється переміщення
суміші з фаршу до фильер формувального вузла. Змішання рослинного преміксу з
рибним фаршем здійснюється на верхній ділянці змішувача за допомогою мішалки з
96
плоскими лопатями, встановленими перпендикулярно до напрямку їх руху. На
нижній ділянці змішувача також є плоскі лопаті, завдяки руху яких здійснюється
вирівнювання температури суміші із фаршу перед входженням в зону для
формування вакуумного морозильного апарату.
Рис. 4.1 Схема охолодження сумішей із фаршу в каналі змішувача:
1 – введення компонентів; 2 – холодоагент; 3 – пристрій для переміщування; 4
–вузол для формування; 5 – зформований штранг; 6 –суміш із фаршу; 7 – випарник
Завдання охолодження суміші із фаршу в зоні перемішування вирішується
використанням поверхні теплообміну з рубашкою, що охоплює ємність змішувача
зовні (рис. 4.1), де введення і виведення холодоносія, що має температуру мінус 22
°С, здійснюється через штуцера, розташовані, відповідно, в нижній і верхній його
частині.
Перш ніж вирішити задачу тривалості процесу охолодження в змішувачі,
необхідно визначитися з його габаритними розмірами, а саме з його діаметром і
висотою. В даному випадку діаметр змішувача визначався з поставленихвихідних
даних: масової витрати �� = 500 кг/кг і швидкості руху суміші з фаршу в пристрої
для перемішування ��ф = 0,0015 м/с, тоді:
97
1. Необхідна кількість фильер ��ф, рівна:
�� 500
��ф = = ≈ 10
3600 · �� · �� · ��0,003 3600 · 0,016
2. Віаметр змішувача знаходимо зі співвідношення, (��зм, м):
4�� 4 · 500
��зм = √ = √ = 0,33
3600 · �� · �� · ��ф 3600 · 1080 · 3,14 · 0,001
Мінімальна висота змішувача визначена з отриманої в експерименті (табл. 3.6)
необхідної тривалості процесу змішування і заданої швидкості руху суміші з фаршу в
пристрої для перемішування ��ф, а також з урахуванням коефіцієнта запасу, внаслідок
варіювання параметрів і виду вихідного продукту і висот змішувача на ділянках
завантаження і вивантаження (ℎзм, м):
ℎзм = ��ф · �������� = 0,0015 · 400 = 0,6
Для ілюстрації процесу охолодження і наступних розрахунків режимних
параметрів і моделювання діаметр змішувача приймаємо рівним 0,3 м, а висоту
змішувача – 1м.
Завдання визначення зміни температури по глибині об'єкта дослідження
протягом суміщених процесів утворення і охолодження суміші з фаршу вирішується
аналітично або чисельним інтегрірованим диференціальним рівнянням
теплопереносу:
����(��, ��) ��2��(��, ��)
= ��(��) , (4.1)
���� ����2
де �� – температура, 0С;
�� – глибина шару, м;
�� – тривалість охолодження
98
При охолодженні суміші фаршу теплообмін на кордоні задається граничними
умовами другого роду:
����
−��(��) = ��(��ст − ��кр), (4.2)
����
де �� – коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2·К);
��ст – температура внутрішньої поверхні стінки, що контактує з продуктом, що
охолоджують °С,
��кр – температура на кордоні об'єкта дослідження, що контактує зі стінкою
Коефіцієнт тепловіддачі �� при русі фаршу всередині труб в ламінарному
режимі за відсутності конвекції, може бути визначений за критеріальною
залежністю [28]:
����
���� = 0,17 · ����0,33 0,43 сум
· ���� 0,252
сум · ( ) , (4.3)
����ст
��·��сум
де ���� – критерій Нусельта, ���� = ;
��
���� – критерій Рейнольдса;
��ф·��ф
����ф – критерій Прандтля суміші фаршу, ����ф = ;
��ф
��ф ·��ст
���� 1
ст – критерій Прандтля стінки змішувача, ����ст = ;
ст
��ф – коефіцієнт динамічної в'язкості суміші фаршу;
��ф – коефіцієнт динамічної в'язкості суміші фаршу при температурі стінки,
1
виконаної з харчової нержавіючої сталі.
Дані для розрахунку коефіцієнта тепловіддачі �� представлені в таблиці 4.1.
Таблиця 4.1 Дані для розрахунку коефіцієнта тепловіддачі ��
��ф, Па·с ��ф , Па·с
1 ��ф, Дж/(кг·К) ��ст, Дж/(кг·К) ��ф, Вт/(м·К) ��ст, Вт/(м·К)
≈900 ≈1800 ��ф = ��(��) ≈462 ��ф = ��(��) ≈47
Експериментально отримані значення ��ф = ��(��) і ��ф = ��(��), представлені у 2
розділі.
99
На (рис. 4.2) представлений алгоритм програми розрахунку нестаціонарних полів
температур в об'ємі харчової суміші, що знаходиться в змішувачі.
Рис. 4.2 Блок-схема програми розрахунку нестаціонарних полів
температур в обсязі суміші з фаршу, що знаходиться в змішувачі
100
Знаходження нестаціонарних полів температур пов'язане з рішенням
диференціального рівняння теплопереносу при змінних коефіцієнтах, рішення якого важко
без ряду серйозних припущень. Приватні аналітичні рішення досить громіздкі і це
ускладнює їх практичне використання. Тому доцільним є реалізація математичних
чисельних методів, за допомогою яких можна з високою точністю розрахувати
параметричні поля, причому складена програма розрахунку (додаток 15) дозволяє досить
оперативно використовувати її в інженерних розрахунках морозильних камер при різних
способах, режимах і конструктивних особливостях.
Реалізація математичної моделі теплопереносу при охолодженні рибної суміші з
фаршу виконана в середовищі спеціалізованого програмного забезпечення Mathcad
Professional при встановлених режимних параметрах.
На рис 4.3 графічно представлена еволюція полів температур по шару фаршевого
продукту, що змінюється в часі процесу охолодження, отримана за допомогою розробленої
математичної моделі, для змішувача, що є складовим вузлом морозильної камери з
діаметром 0,3 м і висотою 1 м.
Рис. 4.3 Еволюція в часі процесу поля температур по товщині
суміші з фаршу в змішувачі
Для зручності аналізу отриманої температурної поверхні (рис. 4.3) на рис. 4.4
представлена графічна залежність середньої об'ємної температури ��ср, °С від
тривалості процесу охолодження ��ох, c в змішувачі морозильного апарату.
101
Рис. 4.4 Зміна середньої об'ємної температури від тривалості
процесу охолодження в змішувачі морозильного апарату
У таблиці 4.2 представлені значення температур по товщині продукту, що
змінюються в залежності від тривалості процесу охолодження і розраховані середні
значення температур суміші з фаршу ��ср, °С (середня об'ємна температура).
Таблиця 4.2 Отримані при реалізації моделі теплопереносу значення
температур по товщині продукту ��ср, °С і розрахована середня об'ємна
температура суміші з фаршу, �� °С
Тривалість процесу охолодження ��ох, c
0 67 134 201 268 335 402 469 536 603 670
0 8 2,21 -2,1 -7,2 -9 -9,9 -10 -11 -11 -11 -12
30 8 7,87 7,52 7,01 6,37 5,73 5,11 4,51 3,95 3,42 2,92
60 8 7,99 7,98 7,95 7,89 7,82 7,72 7,60 7,46 7,32 7,16
90 8 8 8 7,99 7,99 7,98 7,98 7,96 7,95 7,92 7,89
120 8 8 8 8 8 7,99 7,99 7,99 7,99 7,99 7,98
150 8 8 8 8 8 8 8 8 7,99 7,99 7,99
180 8 8 8 8 8 7,99 7,99 7,99 7,99 7,99 7,98
210 8 8 8 7,99 7,99 7,98 7,98 7,96 7,95 7,92 7,89
240 8 7,99 7,98 7,95 7,89 7,82 7,72 7,60 7,46 7,32 7,16
270 8 7,87 7,52 7,01 6,37 5,73 5,11 4,51 3,95 3,42 2,92
300 8 2,21 -2,08 -7,2 -9 -9,9 -10 -11 -11 -11 -12
��ср, °С 8 6,92 6,08 5,04 4,59 4,29 4,07 3,86 3,68 3,50 3,33
Як видно з отриманих графічних залежностей (рис. 4.3 і 4.4) средня об'емна
температура сумішей з фаршу плавно знижується, що обумовлено його ламінарним
Товщина суміші
з фаршу, мм
102
рухом в змішувачі при вхідному і вихідному перемішуванні.
Слід зазначити, що розраховане средне об'емне розподілення температури по
товщині сумішей з фаршу відповідає рекомендованому пороговому його значенню
на виході із змішувача, що дорівнює 3 ± 0,5 °С. Таким чином, розроблені
температурні режими охолодження рибного фаршу з рослинним преміксом в вузлі
змішування можуть бути рекомендовані для впровадження у виробничу практику.
4.2 Розробка математичної моделі теплопереносу в процесі охолодження
штранг до температури близької до кріоскопічной
Охолодження в фільерній щілині формуючого вузла морозильного апарату
відбувається за схемою, представленою на рис. 4.5.
Рис. 4.5 Схема охолодження фаршевих суміші в каналі фільєри:
1 – холодоагент; 2 – фильерна щілина; 3 – формований штранг; 4 – корпус
вакуумної камери; 5 – випарник; 6 - суміш з фаршу
Рибний тонкоподрібнений фарш, який має температуру 3 ± 0,5 °С, подається в
фільерну частину морозильного апарату змішувача і за рахунок різниці тисків в
змішувачі і вакуумній морозильної камери здійснюється його переміщення по формі
циліндра до вузла вакуумної заморозки.
Завдання зниження температури суміші з фаршу до температури мінус 0,1 °С
в зоні формування штранг вирішується за принципом охолодження в
кожухотрубному теплообміннику, де в якості труб використовується циліндр
фільєри. Кожух теплообмінника заповнений холодоагентом, що має температуру
103
мінус 10 °С, де його введення і виведення здійснюється через штуцера, розташовані,
відповідно в верхній і нижній частині.
Перш ніж вирішити задачу тривалості процесу охолодження на ділянці
формування штранг, необхідно визначитися з висотою циліндра фільєри і
швидкістю переміщення суміші з фаршу в ньому. В даному випадку обраний, як
приклад, діаметр циліндра фільєри, рівний 0,003м і масова витрата ��0,003, рівний
0,016 кг/с. Тоді швидкість руху суміші p фаршe в циліндрі буде дорівнювати:
��0,003 · 4 0,016 · 4
��ф = 2 ��с = 0,75 ≈ 1,5 м/с
�� · �� · ��ф 1080 · 3,14 · 0,0032
де ��с – коефіцієнт запасу, що враховує зниження швидкості через опір суміші
і місцевих опорів обладнання.
Мінімальна висота циліндра фільєри ℎф, (м) визначена з результатів
досліджень з визначення довжини гранули при вільному вертикальному
розташуванні штранг і його розриві під дією гравітації для тонкоподрібненої рибної
суміші з фаршу і діаметра циліндра фільєри, рівного 0,003 м:
ℎф = ��с · 0,01 = 20 · 0,01 = 0,2 м
де ��ф – коефіцієнт, що враховує відношення довжини циліндричної частини
фільєри до його діаметру, яке має істотне значення, внаслідок того, що від неї
залежить міцність формованих штранг, знижується його обривання і остаточно
досягається стале ламінарний рух суміші з фаршу в циліндрі.
Завдання визначення змін температури по глибині об'єкта дослідження
протягом суміщених процесів формування та охолодження фаршевих штранг також
як і в змішувачі вирішується чисельною інтеграцією диференціального
ятеплопереносу (4.1).
На (рис. 4.6) представлений алгоритм програми розрахунку нестаціонарних
полів температур в обсязі форм суміші з фаршу.
104
Рис. 4.6 Блок-схема програми розрахунку нестаціонарних полів
температур в обсязі суміші з фаршу, що знаходиться в циліндрі фільєри
При охолодженні суміші з фаршу в циліндрі фільєри теплообмін на кордоні
також задається граничними умовами другого роду (4.2). Коефіцієнт тепловіддачі ��
105
з при русі фаршу всередині циліндра в ламінарному режимі за відсутності конвекції,
також може бути визначений з критеріальною залежністю (4.3).
При знаходженні нестаціонарних полів температур, яке пов'язане з рішенням
диференціального рівняння теплопереносу (4.1) при змінних коефіцієнтах, також
доцільно застосувати математичний чисельний метод, який використовувався для
тих же цілей в змішувачі морозильної камери. За допомогою цього чисельного
методу можна з високою точністю розрахувати параметричні поля, причому
складена програма розрахунку (додаток 16) дозволяє досить оперативно
використовувати її в інженерних розрахунках морозильних камер при різних
способах, режимах і конструктивних особливостях.
Реалізація математичної моделі теплопереносу при охолодженні рибної
суміші з фаршу в циліндрі фільєри виконана в середовищі спеціалізованого
програмного забезпечення Mathcad Professional при встановлених режимних
параметрах.
На рис. 4.7 графічно представлена еволюція полів температур по шару
фаршевого продукту, що змінюється в часі процесу охолодження в циліндрі
фільєри, товщиною 0,003м висотою 0,2 м, отримана за допомогою розробленої
математичної моделі (рис. 4.6), для ділянки формування штранг, що є складовим
вузлом кожухотрубного теплообмінника морозильної камери.
Рис. 4.7 Еволюція в часі процесу поля температур по товщині
суміші з фаршу, що знаходиться в циліндрі фільєри
106
Для зручності аналізу отриманої температурної поверхні (рис. 4.7) на рис. 4.8
представлена графічна залежність середньої об'ємної температури ��ср, °С від тривалості
процесу охолодження ��ох, c в циліндрі фільєри кожухотрубного теплообмінника
морозильного апарату.
Рис. 4.8 Зміна середньої об'ємної температури від тривалості пропроцесу
охолодження в циліндрі фільєри теплообмінника морозильного апарату
У таблиці 4.3 представлені значення температур по товщині продукту, що
змінюються в залежності від тривалості процесу охолодження і розраховані середні
значення температур суміші з фаршу ��ср, °С (середня об'ємна температура).
Як видно з отриманих графічних залежностей (рис. 4.6 і 4.7) средня об'емна
температура суміші з фаршу швидко досягає заданого значення, що обумовлено
його малим діаметром в циліндрі фільєри і високій швидкості просування, що веде
до зростання коефіцієнта тепловіддачі.
Слід зазначити, що розрахований средній еоб'емний розподіл температури по
товщині суміші з фаршу відповідає рекомендованому пороговому його значенню на
виході з фільєр, рівне мінус 0,1 ± 0,05 °С. Таким чином, розроблені температурні
режими охолодження рибного фаршу з рослинним преміксом в вузлі формування
можуть бути рекомендовані для впровадження у виробничу практику.
107
Таблиця 4.3 Отримані при реалізації моделі теплопереносу значення
температур по товщині продукту ��ср, 0С і розрахована середня об'ємна
температура суміші з фаршу, �� 0С
Тривалість процесу охолодження ��ох, c
0 0,015 0,03 0,045 0,06 0,075 0,09 0,105 0,12 0,135 0,15
0 3 -4,12 -6,36 -6,07 -6,41 -6,54 -6,71 -6,84 -6,97 -7,12 -7,28
0,3 3 2,66 1,93 1,24 0,66 0,15 -0,29 -0,68 -1,06 -1,53 -2,02
0,6 3 2,98 2,92 2,79 2,64 2,45 2,25 2,05 1,84 1,62 1,39
0,9 3 2,99 2,99 2,98 2,95 2,92 2,87 2,81 2,74 2,66 2,58
1,2 3 3 3 2,99 2,99 2,99 2,98 2,97 2,95 2,93 2,91
1,5 3 3 3 3 2,99 2,99 2,99 2,99 2,98 2,97 2,96
1,8 3 3 3 2,99 2,99 2,99 2,98 2,97 2,95 2,93 2,91
2,1 3 2,99 2,99 2,98 2,95 2,92 2,87 2,81 2,74 2,66 2,58
2,4 3 2,98 2,9 2,79 2,64 2,45 2,25 2,05 1,84 1,62 1,39
2,7 3 2,66 1,93 1,24 0,66 0,15 -0,29 -0,68 -1,06 -1,53 -2,02
3 3 -4,12 -6,36 -6,07 -6,41 -6,54 -6,71 -6,84 -6,97 -7,12 -7,28
�� , 0ср С 3 1,64 1,09 0,99 0,78 0,63 0,47 0,33 0,18 0 -0,17
4.3. Розробка математичної моделі теплопереносу в процесі вакуумної
заморозки фаршевих гранул
Вакуумна заморозка фаршевих суміші в робочій камері морозильного апарату
відбувається за такою схемою, представленої на рис 4.9. Рибний штранг, що має
температуру мінус 0,1 ± 0,05 0С, подається в робочу зону морозильного апарату з
вузла формування за рахунок різниці тисків в змішувачі і вакуумній камері, в якій і
здійснюється мимовільне його заморожування до температури мінус 1,5 ± 0,2 0С.
Одночасно відбувається і відділення замороженої частини штранг подрібнювачем і
отримані таким чином гранули під дією сил тяжіння зсипаються в накопичувач, в
якому здійснюється їх дозування і пакування.
Для знаходження нестаціонарних температурних полів при вакуумному
мимовільному заморожуванні необхідно вирішити систему диференціальних
рівнянь переносу тепла і маси. При цьому необхідно врахувати, що з одного боку,
заморожування відбувається внаслідок витрат енергії на випаровування вільної
вологи в вакуумі, а з іншого – при льодоутворенні відбувається виділення теплової
енергії і підвищення температури. Взаємний цих ендо- та екзотермічних ефектів при
фазових переходах і визначає швидкість і час замерзання.
Товщина суміші
з фаршу, мм
108
Рис. 4.9 Схема вакуумної заморозки рибнич штранг
в робочій камері морозильника:
1 – фаршевого суміш; 2 – робоча камера морозильника; 3 – подрібнювач; 4 –
заморожені гранули; 5 – вакуумний насос; 6 – накопичувач; 7 – вузол формування
штранг
При побудові моделі вважаємо, що в ході заморожування суміші з фаршу
здійснюється в рівній мірі по всій зовнішній поверхні циліндричних штранг малого
діаметра �� = 3 ÷ 6 мм. Отже, в якості першої координати ��, що характеризує об'єкт
заморозки, і від якої залежить шукана функція ��(��, ��), можна прийняти глибину
штранг по його діаметру ��, м, тобто �� = 0 ÷ ��. Таким чином:
- початкове значення координати ��, відповідне поверхні частинки: ��п = 0;
- кінцеве значення координати ��, відповідне протилежній поверхні
штранг: ��к = 0.
При такому варіанті моделювання немає необхідності проводити розрахунок в
полярних координатах, тому що температурні зміни при рівномірному
поверхневому підводі енергії не визначаються їх напрямком. За іншу координату в
кінцево-різницевій сітці при використанні для вирішення рівняння теплопереносу
приймаємо тривалість процесу заморожування, ��, с. Координата �� = 0 ÷ ��к. Таким
чином:
- початкове значення координати ��, відповідає початку процесу в початковий
момент часу при �� = 0;
109
- кінцеве значення координати ��, відповідає кінцю процесу �� = ��к.
Необхідно враховувати, що отримані на експериментальних установках
результати необхідно переносити на промислові апарати з урахуванням принципів
масштабного переходу і комплексного використання розрахункових і емпіричних
методів.
У математичної моделі заморожування гранул з фаршу малого діаметра їх
можна уподібнити “тонкому прошарку”, що характеризується малими значеннями
теплообмінного критерію Біо (���� ≪ 1).
При одновимірнsq постановці завдання в найзагальнішому вигляді рівняння
переносу енергії при її об'ємному підводі має вигляд [29]:
���� �� ���� ����
����(��) · = (��(��) ) + �� · ��1(��) · ��(��) · +
���� �� ���� ����
����
+��2(��) · ��(��) + ��(��, ��), (4.4)
����
де ���� – об'ємна теплоємність;
�� – кількість енергії, що виділяється або поглинається при фазових
переходах, �� = ��1 + ��2;
��1 – кількість енергії для пароутворення 1 кг води, ��1 = 3119 · 103 − 2287;
��2 – кількість енергії для льодоутворення 1 кг води, ��2 = 335 · 103 +
2120��;
����
– диференціальна зміна вологості продукту за час вакуумного
����
випаровування;
����
– диференціальне зміна відносного вмісту вимороженої води в матеріалі
����
за час процесу вакуумного заморожування.
�� – коефіцієнт фазових перетворень
����
При відсутності внутрішнього джерела теплової енергії W(��, ��). Замінимо і
����
110
����
на зміну вологості і кількості вимо+роженої вологи, і приймемо коефіцієнт
����
фазових перетворень �� = 1, з огляду на швидке інтенсивне випаровування вільної
вологи, що переміщається переважно в пароподібному вигляді при структурно
изотропним штрангам [29].
Це обумовлює незалежність теплофізичних характеристик від ��, що дозволяє
винести ��(��) за знак диференціала. Розділивши всі члени рівняння на ����(��)
отримаємо:
���� ��2�� ��1(��) · ��(��) ���� ��2(��) · ��(��) ����
= ��(��) · + · + · , (4.5)
���� ����2 ����(��) ���� ����(��) ����
��(��)
де ��(��) = ;
��(��)·��(��)
�� – коефіцієнт температуропровідності
Для зростання обох аргументів в процесі заморожування проведемо заміну
���� ����
вологості �� на вміст сухих речовин ��, де �� = 1 − с. Тоді = , і:
���� ����
���� ��2�� ��1(��) · ��(��) ���� ��2(��) · ��(��) ����
= ��(��) · − · + · , (4.6)
���� ����2 ����(��) ���� ����(��) ����
З огляду на те, що заморожуванню, внаслідок випаровування у вакуумі,
����
підлягає тільки вільна волога, використовуємо для отримання залежності = ��(��)
����
дані по швидкості випаровування води при різноманітному тиску [30], де ����,
кг/(м2·с) – швидкість випаровування води, при температурі кипіння, відповідає
тиску в камері, що знаходиться пд вакуумом, ��вак.
����
Залежність = ��(��) визначаємо за наступним алгоритмом:
����
1. Задаємо висоту штранг від виходу з фільєри до зрізу ℎш, швидкість його
руху, визначену експериментально ��ш,і початкову концентрацію сухих речовин в
суміші до ��ш.
111
2. Розраховуємо:
- час руху штранг рівний часу заморожування ��ш = ℎш/��ш;
- об'єм зрізаної гранули ��г = �� · ��2 · ℎш/4;
- площа поверхні теплообміну �� = �� · �� · ℎш;
- початкову масу гранули ��г = ��г · ��;
- масу сухої гранули ��с.г = ��г · ��ш;
- масу випарованої вологи ��в = ��ш · ��ш;
- масу зневодненої при випаровуванні гранули ��з.г = ��г − ��в;
- кінцеву концентрацію гранули ��ш.к = ��с.г/��з.г.
В результаті отримаємо середню швидкість зміни вмісту сухих речовин в
матеріалі при видаленні вільної вологи:
���� ��ш.к − ��ш
= (4.7)
���� ��ш
���� ����
Таким чином, отримавши залежності = ��(��) і = ��(��) проведемо
���� ����
математичні перетворення рівняння 4.6:
���� ��2(��) · ��(��) ���� ��2�� ��1(��) · ��(��) ����
− · = ��(��) · − · , (4.8)
���� ����(��) ���� ����2 ����(��) ����
Замінивши ���� = �� · �� отримаємо:
���� ��2(��) ���� ��2�� ��1(��) ����
− · = ��(��) · − · , (4.9)
���� ��(��) ���� ����2 ��(��) ����
Провівши перетворення:
���� ��2(��) ���� ���� ��2(��) ���� ���� ���� ��2(��) ����
− · = − · · = (1 − · ), (4.10)
���� ��(��) ���� ���� ��(��) ���� ���� ���� ��(��) ����
112
в результаті отримаємо:
���� ��(��) ��2�� ��1(��) ����
= · − · , (4.11)
���� ��2(��) ���� ����2 ��2(��) ���� ����
(1 − ) · , ��(��) (1 − · )
��(��) ���� ��(��) ����
Вихідні початкові умови задамо з урахуванням рівномірного температурного
розподілу в вигляді: при �� = ��0, тобто ��(��, ��0) = ��0.
При вакуумному заморожуванні гранул з фаршу теплообмін на кордоні
задається граничними умовами другого роду:
����
−��(��) = ��(��сер − ��пов), (4.12)
����
де �� – коефіцієнт тепловіддачі при нагріванні і охолодженні перегрітої пари в
межах від 23,2 до116 Вт/(м2 К) [28];
�� – глибина штранг, м;
��сер – температура середовища, що дорівнює температурі насиченої пари при
температурі, що відповідає залишковому тиску у вакуумній камері, К;
��пов – температура на поверхні гранули при �� = 0 або �� = ��, 0C.
Вирішуючи рівняння (4.11) при вищенаведених крайових умовах, отримуємо
функціональну залежність �� = ��(��, ��). Для використання чисельного методу
скінченних різниць при вирішенні диференціальних залежностей в приватних
похідних параболічного вигляду при різнорідних граничних умовах використана,
більш краща неявна схема, безумовно, стійка при варіюванні крокових
співвідношень по осях �� і ��.
Таким чином, з використанням математичного чисельного методу кінцевих
різниць отримані температурні поля при вакуумному мимовільному заморожуванні
суміші з фаршу.
Реалізація математичної моделі теплопереносу при охолодженні рибної
фаршевих суміші в циліндрі фільєри виконана в середовищі спеціалізованого
113
програмного забезпечення Mathcad Professional при встановлених режимних
параметрах.
Нижче (рис. 4.10) представлений алгоритм програми розрахунку
нестаціонарних полів температур в обсязі фаршевих гранули (додаток 17
Рис. 4.10 Блок-схема програми розрахунку нестаціонарних полів
температур в об'ємі штранга з фаршу, що знаходиться в робочій камері
114
На рис. 4.11 графічно представлена еволюція полів температур по шару
гранул з фаршу, що змінюється в часі процесу мимовільного вакуумного
заморожування в робочій камері морозильника, отримана за допомогою розробленої
математичної моделі (4.10)
Рис. 4.11 Еволюція поля температур в часі процесу
самозаморожування в робочій камері морозильника
У таблиці 4.4 представлені значення температур по товщині продукту, що
змінюються в залежності від тривалості процесу вакуумного самозаморожування і
розраховані середні значення температур суміші з фаршу �� 0
ср С (середня об'ємна
температура). Для зручності аналізу отриманої температурної поверхні (рис. 4.11) на
рис. 4.12 представлена графічна залежність середньої об'ємної температури ��ср, °С
від тривалості процесу самозаморожування ��ох, з в робочій камері морозильного
апарату.
Як видно з отриманих графічних залежностей (рис. 4.9 і 4.10) средня об'емна
температура суміші з фаршу швидко досягає заданого значення. Це обумовлено тим,
як було зазначено вище, що взаємний і протилежний вплив ендотермічного ефекту
при заморожуванні з одного боку і екзотермічного ефекту з іншого при виділенні
теплової енергії і підвищення температури при фазових переходах і визначає
швидкість і час замерзання.
115
Таблиця 4.4 Отримані при реалізації моделі теплопереносу значення
температур по товщині продукту �� , 0С і розрахована середня об'ємна
температура гранул з фаршу ��, 0С
Тривалість процесу охолодження ��ох, c
0 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 5,6 6,4 7,2 8,0
0 -0,1 -0,22 -0,50 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14
0,3 -0,1 -0,23 -0,52 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21
0,6 -0,1 -0,23 -0,53 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22
0,9 -0,1 -0,23 -0,53 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22
1,2 -0,1 -0,23 -0,53 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22
1,5 -0,1 -0,23 -0,53 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22
1,8 -0,1 -0,23 -0,53 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22
2,1 -0,1 -0,23 -0,53 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22
2,4 -0,1 -0,23 -0,53 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22 -1,22
2,7 -0,1 -0,23 -0,52 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21 -1,21
3 -0,1 -0,22 -0,50 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14 -1,14
�� 0
ср, С -0,1 -0,23 -0,52 -1,20 -1,20 -1,20 -1,20 -1,20 -1,20 -1,20 -1,20
Рис. 4.12 Зміна середньої об'ємної температури від тривалості процесу
самозаморожування в робочій вакуумній камері морозильного апарату
Адекватність значень кінцевої температури гранули, отриманих при вирішенні
математичної моделі вакуумного заморожування, перевірялася експериментальним
шляхом у вакуумній камері, де і вимірювалася температура гранул в збірнику
всередині установки. Експериментальна установка, що дозволяє визначати
Товщина суміші
з фаршу, мм
116
температуру гранул після самовільного заморожування у вакуумі, показана на рис.
4.13.
Кінцева температура продукту реєструвалася автоматично на персональному
комп'ютері в комплекті з хромель-копелевими термопарами ЛТ-300. У вакуумну
камеру з ємності для вихідного продукту, подавалася суміш з фаршу з
температурою, що дорівнює температурі штранг на виході з фільєри. Заморожені
гранули збиралися в приймальні ємності з розміщеною в ній термопарою. Камера
забезпечена оглядовим вікном для візуального спостереження за процесом
заморожування. Величина залишкового тиску контролюється вакууметром.
Відкачування повітря проводиться двома спареними насосами типу ВН-461М або
водокільцевими насоси типу ВВН. Відносне відхилення модельних і
експериментальних значень не перевищувало 2,3%.
Рис. 4.13 Схема експериментальної установки для визначення температури
гранул після самовільного заморожування у вакуумі:
1 – випарник; 2 – ємність для вихідного продукту з сорочкою охолодження;
3 – термопари; 4 – суміш фаршу; 5 –персональний комп'ютер; 6 – вакуумний насос;
7 – вакуумна камера; 8 – продуктопровід; 9 – гранули з фаршу; 10 – оглядове вікно;
11 – манометр
117
Слід зазначити, що розраховане средне об'емне розподілення температури по
товщині фаршевих гранули відповідає рекомендованому його значенню на виході з
робочої камери, рівне температурі нижче кріоскопічної, тобто не вище мінус 1,2 ±
0,01 0С (табл. 2.7). Таким чином, розроблені температурні режими по
самозаморожуванні фаршу з рослинним преміксом в вузлі робочої камери
морозильника можуть бути рекомендовані для впровадження у виробничу практику.
Висновки до розділу 4
В розділі “Моделювання кінетики теплообміну в процесах охолодження і
заморожування фаршевих штранг” розроблено:
- математичну модель теплопереносу в процесі охолодження сумішей із
фаршу;
- математичну модель теплопереносу в процесі охолодження штранг до
температури близької до кріоскопічної;
- математичну модель теплопереносу в процесі вакуумної заморозки
фаршевих гранул.
118
РОЗДІЛ 5
ДЕЯКІ АСПЕКТИ ПРАКТИЧНОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ РЕЗУЛЬТАТІВ
ДОСЛІДЖЕННЯ
На основі аналізу конструкцій морозильних установок, призначених для
заморожування харчових напівфабрикатів і сировини, беручи до уваги результати
комплексних теоретико-експериментальних досліджень розроблена вакуумно-
морозильна установка для виробництва заморожених рибних гранул із фаршу з
додаванням рослинного преміксу.
5.1 Опис розробленої вакуум-морозильної установки
Розроблена ВМУ показана на рис. 5.1.
Рис. 5.1 Схема вакуум-морозильної установки
для заморожування штранг з рибної суміші з фаршу:
1 – корпус; 2 – зовнішня теплоізоляція; 3 – кожухотрубний теплообмінник; 4 –
корпус змішувача; 5 – формуючі фільєри; 6 – випарник; 7 – вакуумний насос; 8 –-
компресор; 9 – конденсатор; 10 – подрібнювач; 11, 12 – шлюзовий затвор; 13 –
установка вакуумної упаковки; 14, 15 – вхідний і вихідний патрубки для продукту
119
Представлений на рис. 5.1 морозильний апарат призначений для
заморожування овочевих штранг і як було вже зазначено, його конструкція є
найбільш близькою, щоб реалізувати запропоновану технологію по вакуумному
заморожуванню рибних сумішей з фаршу. В рамках магістерської кваліфікаційної
роботи пропонується його істотна модернізація з урахуванням необхідних
технологічних вимог до отриманому рибному напівфабрикату з фаршу, що
виготовляється у вигляді заморожених гранул.
Реалізація та ефективність вакуумного самозаморожування суміші із фаршу з
додаванням рослинного преміксу істотно залежать від конструкції морозильного
апарату, і саме тому його апаратурне оформлення повинно раціональним чином
відповідати не тільки фізико-хімічним і структурно-механічним властивостям
вихідного матеріалу, але і відповідно якості готового продукту – заморожених
гранул з фаршу та необхідної технічної продуктивності.
Для прийняття необхідних конструкторських рішень при проектуванні
апарату, який забезпечував би виконання пред'явлених до нього вимог, при
найбільш економічному режимі роботи, слід переробляти сировину зі схожими
фізико-хімічними характеристиками при виробництві заданого виду продукції, але з
можливістю застосування широкого діапазону преміксів (в рамках даної роботи
застосовувався сухий порошок капусти білокачанної). Аналіз існуючих
морозильних апаратів показав, що більшість з них вузько-спеціалізовані до
матеріалів суворо певних фізико-хімічних характеристик.
Таким чином, для промислової вакуумної заморозки формованної
риборослинної продукції необхідно не просто вибрати найбільш підходящий
морозильний апарат з ряду можливих модифікацій, а виконати складну науково-
дослідну роботу, пов'язану з реалізацією техніко-технологічних рішень її
виробництва в широкому асортименті [30]. Це дозволить оптимально реалізовувати
рибну сировину в порівнянні з реалізацією риби в цілому, нерозділеному
охолодженому або замороженому видах.
Рішенням одним з поставлених вище завдань є розроблений пристрій, що
дозволяє здійснити вакуумне сазамозаморожування рибних штранг із фаршу з
120
одночасною реалізацією подрібнення і можливого пакування замороженого
напівфабрикату на виході з формуючих фильер безпосередньо в робочій камері
апарату.
Вакуумний морозильний апарат має вертикальний корпус із зовнішньою
теплоізоляцією, кожухотрубні теплообмінники, фільєри, подрібнювач, шлюзовий
затвор, патрубки, що підводять і відводять продукт, змішувач, жорстко з'єднаний з
кожухотрубними теплообмінниками, випарник на зовнішній поверхні змішувача,
вакуумний насос, з'єднаний з морозильною камерою і установкою вакуумної
упаковки, розташованої на виході з основного шлюзового затвора. На виході із
установки вакуумної упаковки встановлений додотковий шлюзовий затвор.
Розроблений пристрій працює таким чином. Рибний фарш через патрубок 14
потрапляє в змішувач 4, де змішується з рослинною добавкою і попередньо
охолоджується рідким холодоагентом випарника 6, потім подається в
кожухотрубчасті теплообмінники 3, проходить через фільєри 5 і у вигляді штранг
надходить в корпус 1 морозильної камери, після чого заморожується за рахунок
інтенсивного випаровування при зниженому тиску, створюваному вакуумним
насосом 7. Далі продукт на виході з фільєр 5 піддається гранулюванню
подрібнювачем 10 і через шлюзовий затвор 11 подається в установку вакуумної
упаковки 13, після чого виводиться з апарату через додатковий шлюзовий затвор 12,
який необхідний для збереження зниженого тиску в установці вакуумного
пакування 13.
Пропонований вакуумний морозильний апарат дозволить на порядок
підвищити ефективність процесу заморожування гранульованого фаршу.
5.2 Рекомендації щодо практичного використання результатів досліджень
Функціональні залежності теплофізичних і гігроскопічних характеристик від
вологості і температури продукту з фаршу можуть бути застосовані для
інтенсифікації тепломасообмінних процесів і проектуванні апаратів в технології
заморожених гранульованих сумішей.
Позитивний ефект розробленого пристрою забезпечується за рахунок
удосконалення його конструкції, що дозволяє на порядок інтенсифікувати процес
121
заморожування завдяки використанню вакууму, і одночасного подрібнення готового
продукту.
До основних переваг даної конструкції необхідно віднести ефект
самозаморожування суміші з фаршу, який відбувається через взаємного і
протилежного впливу ендотермічного ефекту при заморожуванні з одного боку і
екзотермічного ефекту з іншого при виділенні теплової енергії і підвищенні
температури при фазових переходах, що і визначає швидкість і час замерзання.
Запропонована конструкція морозильного апарату для фаршевих сумішей
дозволяє здійснювати швидке самозаморожування матеріалів і виробляти
однорідний за структурою і вологістю продукт.
В роботі здійснена математична постановка і вирішена задача удосконалення і
раціоналізація тепломасообмінних процесів охолодження і заморозки сумішей з
фаршу, складені рекомендації з організації раціональних режимів їх проведення для
забезпечення найбільшої питомої продуктивності при збереженні якісних
показників продукції.
Встановлені режимні параметри можна рекомендувати для практичного
впровадження на підприємствах різної потужності, що реалізують технологію
заморожених рибних напівфабрикатів.
На основі запропонованої моделі тепломасопереносу при вакуумному
самозаморожуванні суміші з фаршу можна розробити програмне забезпечення для
програмно-апаратних комплексів з метою контролю параметрів і управління
технологічним процесом.
Отримана математична модель еволюції температур по глибині шару і
тривалості обробки безпосередньо впливає на температурний контроль в реальному
технологічному процесі, а значить і впливає на відсутність браку.
Висновки до розділу 5
В розділі розглянуто:
- Опис розробленої вакуум-морозильної установки;
- Рекомендації щодо практичного використання результатів досліджень.
122
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
Проведені дослідження, засновані на результатах аналізу технології рибних
напівфабрикатів з замороженого фаршу, вимог до вихідних інгредієнтів і якості
готової харчової продукції, запропонованих способів і конструкторських рішень,
дозволили обґрунтувати доцільність застосування вакуумної мимовільної заморозки
гранул з фаршу для інтенсифікації теплообмінних процесів.
В якості основних висновків дослідження слід відзначити:
1. Проведено аналіз інформації про методи і технічні засоби здійснення
процесу швидкого заморожування рибних продуктів з фаршу для обґрунтування
актуальності і спрямованості досліджень;
2. В ході експериментально-аналітичних досліджень отримані структурно-
механічні, теплофізичні, гігроскопічні характеристики рибної сировини з фаршу і їх
апроксимуючі залежності від температури в інтервалі від мінус 20 до 6 °С.
Виготовлені: оригінальна експериментальна установка для визначення раціональних
параметрів процесу формування, оригінальна установка для визначення
температурної залежності питомої теплоємності харчових продуктів, оригінальна
експериментальна установка для визначення кріоскопічних температур;
3. Вивчено кінетичні закономірності перебігу процесів подрібнення рибної
сировини з судака і коропа, змішування рибної сировини і рослинного компонента
(премікса), формування штранг з рибної суміші з фаршу в технології швидкого їх
заморожування;
4. Визначено та обґрунтовано раціональні режимні параметри технології
заморожених рибних гранул з фаршу на основі отриманих кінетичних залежностей
та впливаючих факторів, які включають: характеристики оброблюваної сировини і
варійовані режимні параметри процесів, на базі яких підбирається існуюче або
розробляється нове технологічне обладнання. Характеристики оброблюваної
сировини: відносний вміст рослинного преміксу в інтервалі 15 ÷ 20 % від маси
сухих речовин фаршу; початкова вологість 65 ÷ 70 %, з відносним вмістом вільної
вологи 36 ÷ 39 %; умовна ступінь тонкоподрібненої сировини в інтервалі 40 ÷
50 м/м; температура фаршевих суміші в межах 8 ± 0,58 0С. Змінні режимні
123
параметри процесів: температура рідкого холодоагенту в сорочці змішувача −22 ±
0,2 0С; температура рідкого холодоагенту в кожусі теплообмінника −10 ± 0,2 0С;
частота обертання мішалки в змішувачі 45 хв-1; діаметр штранг, що визначає
внутрішній діаметр фільєри в інтервалі 3 ± 4 мм.
5. Розроблено на основі отриманих положень математичні моделі еволюції
полів температур по товщині суміші з фаршу, формованих штранг і отриманих
гранул та тривалості кожної з операцій, в процесах охолодження і вакуумного
самозаморожування рибних напівфабрикатів з фаршу.
6. Розроблено конструкторсько-компоновочное рішення для реалізації
розроблених режимів подрібнення, змішування, формування, охолодження і
вакуумного самозаморожування рибних сумішей з фаршу в технології заморозки.
В результаті реалізації запропонованої технології, можливо, забезпечити
підвищення ефективності процесу по напрямкам, що досліджують:
1. Отримувати продукт в гранульованому вигляді, що дозволяє полегшити і
уніфікувати операції дозування, упаковки, транспортування, внаслідок зниження
ефекту злежуваності і агломерації, зокрема, в порівнянні з порошковими
продуктами;
2. Можливість коригування калорійності і збагачення продуктів з фаршу
макро і мікронутрієнтоми рослинного походження;
3. підвищити інтенсивність і, як наслідок, знизити тривалість процесів
охолодження і заморожування.
Таким чином, вищевказані переваги технології ведуть до зниження
собівартості продукції при збереженні або підвищенні споживчого попиту.
124
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Бойцова Т.М. Современные технологии пищевого рыбного фарша и пути
повышения их эффективности. Текст. / Т.М. Бойцова. Владивосток: ДВГУ, 2002. –
155 с.
2. Болотников С.Г., Иванова П.Е., Чехомов М.Л. Старые технологии – новые
продукты (Продукты на основе рыбного фарша). Междунар. научн. конф.
“Прогрессивные пищевые технологии – третьему тысячелетию”: тезисы докладов.
Краснодар. 2000. – с. 311 – 312
3. Григоренко С.П., Эксузьян Т.Н. Рыборастительные фарши как
многофункциональные продукты питания // Известия вузов. Пищевая технология –
2004. – №2-3. – с. 126 – 127.
4. Сафронова Т.М. Сырье и материалы рыбной промышленности /Т.М.
Сафронова, В.М. Дацун. – М.: Мир, 2004. – 272 с.
5. Корниенко Г.А., Доминова С.Р., Сиротина М.С. Повышение пищевой
ценности фарша из тощих рыб /В сб. Тезисы докладов 2-й всесоюзной научной
конференции “Проблемы индустриализации общественного питания”. Харьков.
1989. – с.297 – 298
6. Васюкова А.Т., Алымов С.И., Ноженко А.И. Рыбные фарши с
растительными наполнителями. Монография. – Киев, Инкос, 2005. – 177 с.
7. Бредихина О.В. Научные основы производства рыбопродуктов / Новикова
М.В., Бредихин С.А. – М.: Колос, 2009. – 152 с.
8. Колаковский, Э. Технология рыбного фарша / Пер. с польск. В.Е. Тишина;
Под ред. Л.И. Борисочкиной. – М.: Агропромиздат, 1991. – 220 с.
9. Алмаши Э. Быстрое замораживание пищевых продуктов /Э. Алмаши, Л.
Эрдели, Т. Шарой; под ред. Э. Алмаши. – М., 1981.
10. Быкова, В.М. Влияние некоторых добавок к рыбному фаршу на его
структурно-механические свойства / В.М. Быкова // Совершенствование технологии
обработки добываемого сырья: сб. науч. тр. – М.: ВНИРО, 1974. – с. 44-48.
11. Бойцова Т.М. Технология пищевых рыбных фаршей. – Владивосток:
Дальрыбвтуз, 1997. – 70 с.
125
12. Козмава А.В. Технология производства паштетов и фаршей: Учеб. – практ.
пособие для высш. и сред. специал. учеб. заведений пищевого профиля / А. В.
Козмава, Г. И. Касьянов, И. А. Палагина. – Ростов н/Д : МарТ, 2002. – 207 с.
13. Титова С.А., Голубева О.А., Куранова Л.К., Гроховский В.А. Получение
кормового рыбного фарша методом криоэкструзии из замороженного рыбного
сырья // Вестник ВГУИТ. 2016. Т. 19, № 4. с. 11 – 17.
14. Сборник технологических инструкций по обработке рыбы. Под редакцией
канд. техн. наук Белогурова А.Н. и инж. Васильевой М.С. – Всесоюзный научно-
исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО),
1994. – 139 с.
15. Бараненко А.В. Холодильные машины / А.В. Бараненко, Н.Н. Бухарин,
В.И. Пекарев. – СПб., 2006.
16. Венгер К.П. Машинная и безмашинная системы хладоснабжения для
быстрого замораживания пищевых продуктов / К.П. Венгер, В.А. Выгодин. – М.,
1999.
17. Баранов Б. А. Теоретические и прикладные аспекты показателя
“активность воды” в технологии продуктов питания: Дис. д-ра техн. наук: СПб. –
2000. – 240с.
18. Нугманов А. Х.-Х. Научно-практические подходы к конструированию
многокомпонентных пищевых систем в технологии общественного питания:
монография / А. Х.-Х. Нугманов. – Астрахань: ИП Сорокин Роман Васильевич,
2016. – 96 с.
19. Шалак М.В., Шашков М.С., Сидоренко Р.П. Технология переработки
рыбной продукции. – 2-е изд. – Минск: Дизайн ПРО, 2001. – 240 с.
20. Антипова JI.B., Толпыгина И.Н. Пищевые добавки и ингредиенты для
лучшего вкуса. // Рыбное хозяйство – 2002, №4.
21. Афанасьев Ю.О., Измерение вязкости жидкостей на ротационном
вискозиметре РВ-8 / Г.С. Михайлов, Н.В. Тиунова, Метод. указания к лабораторным
работам по процессам и аппаратам пищевых производств, Кемерово, 2009. – 15с.
22. Арет В.А., Николаев Б.Л., Николаев Л.К. Физико-химические свойства
126
сырья и готовой продукции. – СПб.: ГИОРД, 2009. – 448 с.
23. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения. – М.: Гостехиздат, 1957. – 369 с.
24. Пат. 154799 РФ, МПК 00Ш25/20 Калориметр для определения удельной
теплоемкости пищевых продуктов [Текст] / А. Х.-Х. Нугманов, В. А. Краснов, И. В.
Краснов; заявитель и патентообладатель Нугманов А. Х.-Х. – 2015105320/28; заявл.
17.02.2015; опубл. 10.09.2015, Бюл. N 25.
25. Лёвочкина Л.В. Разработка и обоснование технологии тонкоизмельчённых
фаршевых продуктов из мясного и рыбного сырья с растительными наполнителями.
Дисс. канд. технич. наук, Владивосток, 1999. – 167 с.
26. Лобанов В.Г. Перспективны развития технологии продуктов на рыбной
основе /В.Г. Лобанов, Г.И. Касьянова, О.В. Шубко. – Краснодар: КубГТУ, 2008. –
224 с.
27. Фатыхов Ю.А. Применение методов экструзии для получения пищевых
продуктов. Учебное пособие. – Калининград: КГТУ, 1999. – 53 с.
28. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии:
учеб. для вузов – 11-е изд. – М.: ООО ТИД Альянс, 2005. – 753 с.
29. Алексанян И.Ю., Высокоинтенсивная сушка пищевых продуктов.
Пеносушка. Теория. Практика. Моделирование: Монография Текст. / И.Ю.
Алексанян, А.А. Буйнов. – Астрахань: АГТУ, 2004. – 380 с.
30. Бреммер, А. Безопасность и качество рыбо- и морепродуктов, Пер. с англ.
В.В. Широкого – СПб. – Профессия, 2009. – 511 с.
127
ДОДАТКИ
128
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування вищого навчального закладу)
факультет Комп’ютеризованих технологій машинобудування і дизайну
(повна назва факультету)
кафедра Проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
магістр
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему: “Підвищення ефективності процесу отримання заморожених
гранульованих сумішей на основі рибного фаршу”
Виконав: студент 2 курсу, групи мПВ-66
спеціальності 133 – галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
обладнання переробних і харчових виробництв
(спеціалізація)
Євгеній Черевко
(ім’я та прізвище)
Керівник Василь Осипенко
(ім’я та прізвище)
Рецензент Валентин Пода
(ім’я та прізвище)
Черкаси 2021
129