Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА І. Совершенствование методов контроля и приборов для измерения реологических и технолопйескйх характе ристик фарша и готовых изделий 17
1.1. Совершенствование методов и приборов для определения реологических характеристик фарша и готовых изделий 18
1.1.1. Универсальные приборы 20
Приборы для измерения структурно-механических характеристик (СМХ) вязко-пластичных продуктов (колбасный фарш) 20
Приборы для измерения СМХ упруго-эластичных про дуктов (колбасные изделия) 36
1.1.2. Экспресс-приборы 41
Адгезиометры 41
Пластометры и пенетрометры 43
1.1.3. Автоматические устройства 77
Капиллярные устройства 81
Сдвиговые устройства с плоско-параллельным зазором 84
1.2. Совершенствование методов и приборов для измерения технологических характеристик фарша и готовых изделий 90
1.2.1. Методы и приборы для определения химического состава 92
1.2.2. Методы и приборы для определения активности воды 96
1.2.3. Методы и приборы для определения дисперсности 104
1.2.4. Методы и приборы для измерения плотности и давления 105
1.3. Научное обоснование выбора имитаторов технологических
сред (мясных продуктов) 114
1.4. Выводы 119
2. Оптимизация и совевішствобішие процессов приготовления фарша методами инженерной реологии 121
2.1. Посол мяса 121
2.1 Л. Измельчение мяса на волчках 121
2.1.2. Перемешивание измельченного мяса с'солью 133
2.1.3. Созревание измельченного мяса 134
2.2. Измельчение фарша 136
2.2.1. Измельчение фарша на куттере 138
Влияние продолжительности измельчения колбасного фарша на его СМХ 139
Влияние продолжительности измельчения колбасного фарша на его дисперсный состав 145
Влияние продолжительности измельчения колбасного фарша на его физико-химические свойства 154
Определение энергетических характеристик процесса куттерования 159
Определение оптимального влагосодержання и продолжи тельности измельчения колбасного фарша 163
Определение оптимальных СМХ фарша 168
Влияние вакуума на процесс тонкого измельчения 180
2.2.2. Измельчение фарша на куттер -мешалке 181
2.2.3. Измельчение фарша на куттере или куттер-мешалке с использованием коллоидной мельницы 184
2.2.4. Методика расчета оптшлального режима измельчения фарша для бесшпиковых колбас 188
2.2.5. Автоматизация и механизация процесса измельчения фарша . 190
2.3.Деремешивание фарша со пшиком и особенности приготов ления шпиковых колбас 200
2.3.1. Влияние продолжительности перемешивания на распределение пшика в фарше 202
2.3.2. Влияние продолжительности механической обработки фарша на изменение его предельного напряжения сдвига 203
2.3.3. Методика расчета оптимального режима приготовления фарша для шпиковых колбас
2.3.4. Автоматизация контроля качества колбасных фаршей со шпиком при механической обработке 216
2.4. Шприцевание, формование и дозирование 222
2.4.1. Определение плотности колбасного фарша 226
2.4.2. Определение оптшлального давления шприцевания, формования и дозирования в жесткую форму 228
2.4.3. Исследование прочностных и деформационных характеристик оболочки 233
2.4.4. Исследование объемных характеристик фарша при термообработке в жесткой и нежесткой форме 240
2.4.5. Определение оптшлального давления формования фарша в искусственную оболочку 248
2.4.6. Автоматизация процесса шприцевания, формования и дозирования 251
2.5. Межоперационная транспортировка фарша 256
2.5.1. Определение оптимальных режимов работы насосных аг
3.3.2. Запекание мясных хлебов в открытых формах при ступенчатом режиме 346
3.3.3. Термообработка мясных хлебов и мясопродуктов в герметичных формах 350
3.3.4. Механизация термообработки мясных продуктов в герметичных формах 352
3.4. Термообработка фарша в поле СВЧ ...359.
3.4.1. Технологические и СМХ готовых изделий ..360
3.4.2. Аминокислотный и жирнокислотный состав готовых изделий 366;
3.4.3. Влияние скорости нагрева продукта на его химические и технологические показатели 370
3.4.4. Разработка рекомендаций по выбору оптимальной рецептуры изделии с учетом влияния воздействия наг
нетателей и продолжительности выдержки на фарш .375
3.5. Термообработка фарша и мясных продуктов электроконтактным способом .379
3.6. Технологические и физико-механические характеристики комбинированных мясных продуктов 390
3.7. Сравнительная оценка различных способов термообработки и методика расчета основных оптимальных характеристик готовых колбасных изделий .402
3.8. Выводы .404
Основные результаты работы и выводы .405
Список литературы
- Приборы для измерения структурно-механических характеристик (СМХ) вязко-пластичных продуктов (колбасный фарш)
- Влияние продолжительности измельчения колбасного фарша на его дисперсный состав
- Автоматизация контроля качества колбасных фаршей со шпиком при механической обработке
- Запекание мясных хлебов в открытых формах при ступенчатом режиме
Введение к работе
Руководствуясь решениями ХХУІ съезда КПСС, майского, ноябрьского (1982 г.) и апрельского (1984 г.) Пленумов ЦК КПСС партия неуклонно проводит курс, направленный на постоянный подъем материального и культурного уровня жизни народа, обеспечения лучших условий для всестороннего развития личности на основе дальнейшего повышения эффективности общественного производства, увеличения производительности труда, роста социальной и трудовой активности трудящихся» Для скорейшего выполнения этих задач необходимо обеспечить более широкое внедрение в производство научно-технических достижений, перевод экономики на интенсивный путь развития, рациональное использование производственного потенциала страны, всемерную экономию всех видов ресурсов и повышение качества готовой продукции /I/.
Основным направлением и целью научно-технического прогресса в пищевой промышленности является успешное выполнение Продовольственной программы и на этой основе решение проблемы, удовлетворения возрастающих потребностей населения в разнообразных высококачественных продуктах питания /257,276/.
К.Маркс писал, что "производство продуктов питания является самым первым условием жизни непосредственных производителей и всякого производства вообще" /2/.
Продовольственная программа предусматривает совершенствование работы всех звеньев агропромышленного комплекса (АПК), вазшая составляющая которого - мясная промышленность.
Генеральный секретарь ЦК КПСС К.У.Черненко, выступая на Всесоюзном экономическом совещании по проблемам агропромышленного комплекса (27 марта 1984 г.), отметил, что "сегодня перед вами стоит задача - выйти на более высокие рубеші в производстве зерновых, технических культур и обеспечении народа продуктами питания, и прежде всего мясом, молоком, плодами и овощами". Поэтому перед мясной промышленностью стоит важная народнохозяйственная проблема более полного и рационального использования сырья животного происхождения /198/. Для ее решения необходимо перерабатывать продукцию животноводства с максимальной эффективностью, сокращая и исключая потери на всех стадиях обработки, постоянно увеличивая ассортимент и повышая качество готовых изделий /126/. Успешное разрешение данной проблемы возможно на основе интенсификации и оптимизации мясного производства и широкого внедрения в производство поточно-механизированных и автоматизированных линий, оборудованных средствами оперативного контроля и регулирования на всех стадиях технологического процесса /97,119/.
Задачи научно-технического совершенствования в наибольшей степени относятся к колбасному производству, общий годовой объем которого составляет около 3 млн. т готовой продукции. Наиболее массовым продуктом, пользующимся повышенным спросом у населения, являются колбасные изделия, выпуск которых составляет более 1,8 млн.т, в том числе вареных колбас (включая сосиски и сардельки) -1,7 млн.т (данные 1983 г.). В настоящее время при существующей технологии производство колбас высокого качества с максимальной нормативной влажностью затруднено из-за несовершенства применяемого оборудования и недостаточного контроля за ходом технологических процессов." При производстве вареных колбасных изделий (ГОСТ 23670-79) применяют сырье, в котором содержание влаги не учитывается, в то же время содержание жира нормируется, но со значительными колебаниями.
Так, например, согласно техническим требованиям содержание жира в жилованной свинине следующее: в нежирной - не более 10%; в полужирной - 30-5-50$, в жирной - 50 85$ /233/. При этом содержание жира определяется в основном визуально. Большие колебания со дерісания жира в используемом сырье вызывают соответственно значительные колебания качества и выхода готового продукта.
Таким образом, без инструментальных методов контроля, даже при строгом соблюдении технических требовании к производству колбас, затруднительно и зачастую невозможно выработать продукт одинаковой питательной ценности или хотя бы одинакового органолепти-ческого качества при его максимально возможном выходе /65/.
Качество и выход колбас зависят не только от химического состава (влага, жир, белок), но и от соблюдения оптимальных режимов механической обработки сырья и фарша в процессе измельчения, перемешивания, шприцевания и т.д. В настоящее время окончание технологических и механических операций в процессе фаршеприготовления определяется мастером субъективно и поэтому качество и выход готовой продукции является следствием его профессиональных навыков /13, 165, 202, 232, 297, 311, 312/. Нарушение оптимальных режимов обработки сырья и непостоянство химического состава фарша вызывают колебания выхода колбас до 10$ и приводят к снижению качества, а иногда и к браку. Использование бракованных колбасных изделий для выработки более низкосортных колбас приводит к значительным экономическим убыткам. Так, например, переработка 1т вареной любительской колбасы высшего сорта в колбасу отдельную I сорта приводит к убытку в размере 770 руб. /134/. Успешно разрабатываемая во ВНИИШе новая технология колбасного производства с заданным постоянным химическим составом фарша сокращает колебания выхода готовых изделий /253,291,292/, но не исключает их полностью. При использовании данной технологии, также необходимы инструментальные методы контроля за оптимальными режимами процессов.
Применяемые в настоящее время методы поэтапного контроля готовности фарша или продукта - органолептический и среднестатичес кий - не могут быть признаны удовлетворительными, так как зависят от субъективных факторов, а лабораторный биохимический анализ длителен и не учитывает ряда факторов технологического и механического порядка /220,234,268,300/. Поэтому для оперативного внесения поправок в технологический процесс фаршеприготовления этот метод не пригоден.
Работа по созданию и внедрению комплексной системы управления качеством при производстве вареных колбасных изделий с технической точки зрения должна базироваться на решении двух основных задач: определении оптимальных технологических показателей, характеризующих готовность продукта или окончание процессов на каждом этапе приготовления фарша или колбас и создании приборов, контролирующих и регулирующих параметры. Решение этих задач создает предпосылки для автоматизации производства, что обеспечит условия для изготовления колбасных изделий с заданными свойствами и высоким стабильным качеством. Без интенсификации технологического процесса и применения инструментальных средств для контроля оптимальных параметров сырья, фарша и режимов их обработки невозможно создание совершенных поточно-механизированных и автоматизированных линий, являющихся основой перевооружения предприятий мясной промышленности /97,122,159,228/.
В связи с этим в первую очередь необходимо определить и обосновать такие характеристики перерабатываемого мясного сырья, которые были бы чувствительны к технологическим изменениям, механическим и тепловым воздействиям.
По результатам проведенных наїж исследований и анализа литературных источников, опубликованных как в нашей стране /7,8,14,15, 54,62,82,94-96,124,125,199,203,205,208,209,215,217,219,222-224, 231,237-239,264,274,280,281,283,284,306,309,310,314,322,323,335, 352/, так и за рубежом /347,354,355,370,375,382,391,413,419,427, 428,430,438,439,441,446/, можно сделать вывод, что такими характеристиками могут быть реологические или структурно-механические (СМХ), которые коррелируют с физико-химическими свойствами продукта, Чувствительность СМХ к изменениям внешних факторов, воздействующих на систему, можно иллюстрировать следующим примером. Изменение влажности фарша на 1% вызывает изменение его СМХ, например, предельного напряжения сдвига (ІШС) на 8-12%.
В настоящее время СМХ используют для сравнения качественных показателей различных продуктов, выявления влияния отдельных факторов (температура, степень измельчения и т.д.) на их свойства. Однако реологические характеристики практически не учитываются при проектировании оборудования, что приводит к созданию конструкций, не обеспечивающих оптимальные режимы обработки и получения заданного качества готовых изделий.
В мясной промышленности отсутствует единый подход к совершенствованию процессов колбасного производства по оптимальным параметрам, стабилизации выхода и обеспечения качества изделий на основе реологических методов. Это может быть осуществлено только на базе комплексного изучения совместного воздействия технологических и механических факторов, а также химического состава на реологические характеристики фарша. Такой подход создает условия для разработки научно-практических основ проектирования колбасных изделий с заданными характеристиками. Кроме этого, реологические характеристики можно использовать в качестве контролируемых параметров при создании нового оборудования автоматизированных систем управления машинами, аппаратами, процессами и качеством продукции.
В связи с этим, перед нами была поставлена цель - на базе реологических методов разработать научные основы и практические решения совершенствования процессов производства колбасных изделий путем их оптимизации и механизации, а также создать устройства и приборы, обеспечивающие контроль и регулирование этих процессов. В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие основные задачи:
- определение оптимальных, с точки зрения качества и выхода продукта, СМХ фарша и готовых колбас;
- разработка оптимальных режимов работы оборудования, обеспечивающих получение колбасного фарша (дисперсных систем) с заданными СМХ;
- разработка научно-обоснованных методов расчета процессов с учетом технологических и СМХ обрабатываемого продукта;
- создание научно-обоснованных приборов и устройств для определения СМХ продукта экспресс-методом или в потоке с целью создания автоматизированных систем контроля и управления процессами.
Решению поставленных задач способствовали работы советских и зарубежных ученых по физико-химической механике и реологии дисперсных систем Г.В.Виноградова, М.П.Воларовича, П.А.Ребиндера, Н.Б.Урьева, З.П.Щульмана, Д.Мак-Келви, Н.Муни, Г.Скотт-Впера и др., в том числе для пищевых продуктов Б.М.Азарова, Л.Я.Ауэрмана, B.C. Баранова, А.С.Гинзбурга, А.В.Горбатова, Л.Н.Лунина, А.М.Маслова, С.А.Мачихина, И.А.Рогова, Б.Дроке, Н.Н.Мозенина, Х.Д.Чойшнера, Р.Хамма и др.; по оптимизации технологических процессов и совершенствованию оборудования колбасного производства Г.В.Бакунца, А.С.Большакова, А.М.Бражникова, Л.А.Бушковой, В.П.Воловинской, В.М.Горбатова, Н.К.Журавской, В.И.Ивашова, В.А.Карпычева, Н.Н.Крыловой, А.А.Лапшина, Г.Е.Лимонова, Н.Н.Мизерецкого, А.И.Минаева, А.И.Пелеева, Н.М.Салаватулинои, А.А.Соколова, Г.Л.Солнцевой, Е.Т. Спирина, Г.Б.Чижова, Н.Е.Федорова, В.И.Хлебникова,и др. Данная диссертация является дополнением и продолжением трудов названных ученых.
Проведенные исследования позволили разработать научные осно вы совершенствования процессов производства вареных колбас - методами инженерной реологии, на базе которых решен один из аспектов важной народнохозяйственной проблемы - более полное использование мясного сырья и улучшение качества готовых изделий.
Рассматриваемая проблема решалась в соответствии с Постановлениями ГКНТ СМ СССР В 357 от 14.07.74 г., приказом Минмясомолпро-ма СССР и МБ ССО РСФСР J 395206 от 22.05.72 г., координационными планами ГКНТ СМ СССР от 25.12.80 г. и от 26.11.82 г., а также комплексной научно-технической программой "Продовольствие" Минвуза РСФСР.
В итоге работы были выявлены закономерности количественных и качественных изменений физико-химических, струтстурноч леханических, дисперсных и других характеристик фарша при его механической и тепловой обработке; разработаны научно-обоснованные оптимальные режимы механической обработки фарша, обеспечивающие получение колбас с заданными реологическими характеристиками при использовании традиционных и новых прогрессивных методов тепловой обработки (под давлением, электроконтактным способом и в поле СВЧ).
На основании экспериментальных данных создан математический аппарат по прогнозированию и выбору оптимальных параметров фарша и режимов его обработки, что создает базу для разработки автоматических систем управления технологическими процессами; усовершенст вованы и уточнены методики расчета СЫХ для ряда приборов, датчиков и устройств, которые могут быть включены в системы управления процессами и аппаратами. С помощью этих приборов обеспечивается контроль качества продуїщии экспресс-методом или в потоке по реологическим характеристикам на всех стадиях его технологической обработки.
Предложен дифференциальный метод учета реологических характе ристик фарша, находящегося под действием избыточного давления при расчете потерь давления в машинах, аппаратах и трубопроводах.
Исследование процессов, происходящих в серийно выпускаемых аппаратах, позволило выработать рекомендации по совершенствованшо конструкций волчков, шприцов, измельчающих машин и т.д. Предложенные конструктивные решения устройств, приборов и аппаратов защищены 30-ю авторским свидетельствами.
Широкое внедрение в промышленность даже отдельных научно-технических результатов, полученных в работе, обеспечит получение высокого экономического эффекта. Например, только использование инструментального метода контроля консистенции фарша в процессе его тонкого измельчения обеспечит фактическое увеличение выхода колбасных изделии в среднем по стране на 2%, что позволит ежегодно дополнительно выпускать более 34 тыс. т высококачественной продукции.
Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте мясной и молочной промышленности. Некоторые исследования по диссертации проведены на предприятиях Мосмясопром, Чувашмясопром, Горьковского и Калининского объединений мясной промышленности, а таклсе на экспериментальном колбасном заводе ЕНИИМПа, Щелковском экспериментальном мясоперерабатывающем заводе, Туапсииском мясокомбинате и НПО "Комплекс".
Результаты работы внедрены в промышленность (Московский, Останкинский, Красногвардейский (Мосмясопром), Ленинградский, Горь-ковский, Дзержинский, Чебоксарский, Канашский, Калининский, Туел-синский, Дондюшанский, Тііхорепкий мясокомбинаты, Семипалатинский гормолзавод, Фрунзенский молкомбинат) с фактическим экономическим эффектом более 700 тыс. руб., в научно-исследовательских объединениях и институтах, проектных организациях и вузах страны (НЕЮ "Комплекс", НПО "Углич", Всесоюзное и Фрунзенское НЕЮ хлебопекар ной промышленности, ВНШМП, ВНЙМЙ, ВНИРО, ВНИШІ И СПТ, ТИНРО, Северо-Кавказский филиал ВШЙМС, МТИПП, МИЙХ им.Плеханова, Проект-но-конструкторское технологическое бюро Минмясомолпрома Киргизской ССР, Ленинградское ОКБ, ПШРОНИИЗдрав, Семипалатинский ТИМШ, Ставропольский, Кутаисгаш, Каунаскии, Могилевский политехнические институты, Дальневосточный и Донецкий институты советской торговли, Восточно-Сибирский технологический институт, Дальневосточный, Астраханский и Калининградский технические институты рыбной промышленности и хозяйства).
Техническая документация и макетный образец пенетрометра -прибора для оценки качества фарша и колбасных изделий по их консистенции переданы ОКБ Проектприбор Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления для организации серийного производства. Реологические методы контроля за оптимальными процессами и характеристиками фарша на различных технологических стадиях производства колбасных изделий приняты Ленинградским СКВ Минмясомолцрома РСФСР для включения в проект разрабатываемой ими автоматической линии производства колбас. Разработанные оптимальные режимы ступенчатого нагрева включены во временную технологическую инструкцию (4,10.1) по производству вареных колбасных изделий, утвержденную 08.06.81 г. Минмясомолпромом СССР. Приборы и устройства для контроля консистенции вязко-пластичных и упруго-эластичных материалов экспресс-методом применяются при разработке системы оценки качества пищевых продуктов для космонавтов.
Результаты аналитических и экспериментальных исследований включены в учебные пособия и лекционные курсы, а также в методическую документацию для лабораторных работ и практических занятий. Некоторые лабораторные стенды, приборы и методики исследований используются начиная с 1969 г. для проведения учебно-исследова тельской работы со студентами, обучающимися по программе НИРС и ЖРС, а также при выполнении дипломных работ и проектов.
В диссертационной работе обобщены результаты двадцатилетних исследований, выполненных автором, а также при его участии и руководстве. В диссертации изложены результаты аналитических и экспериментальных исследований на базе инженерной реологии процессов и аппаратов на всех этапах производства вареных колбас (от посола мяса до получения готовой продукции с заранее заданными характеристиками) с использованием различных способов тепловой обработки.
Приборы для измерения структурно-механических характеристик (СМХ) вязко-пластичных продуктов (колбасный фарш)
Универсальные приборы применяют в основном для научно-исследовательских целей. С их помощью на одной пробе продукта можно определять комплекс СЖ, по которым можно более точно обосновать оптимальные параметры обработки продукта на любой стадии технологического процесса.
К универсальным приборам относятся вискозиметры ротационные и с плоско-параллельным зазором для замера комплекса сдвиговых характеристик вязко-пластичных материалов, испытательные машины для определения комплекса реологических характеристик упруго-эластичных материалов (Инстрон, Англия) /392,415/; ПМ-3 системы А.С.Большакова /279/; прибор ВВЙИМПа и др. /240/) и др. рот щонные вискозиметтзы. По методам проведения измерений ротационные вискозиметры подразделяют на два типа: приборы с постоянной скоростью дефорлации и приборы с постоянным напряжением сдвига. У приборов первой группы вращаісзщий момент определяют по углу закручивания упругого элемента, на котором закреплен внутренний цилиндр-ротор. У второй группы приборов ротор вращается за счет падающих грузов. Теория ротационных вискозиметров подробно дана в литературе /55,96,445/.
Заслуживают внимания ротационные вискозшлетры, выпускаемые за рубежом. Вискозиметры фирмы НААКЕ применяют как для исследовательских целей, тазе и для непрерывного контроля технологических процессов. Вискозиметры Р0Т0ВИСК0 используют только для научно-исследовательских работ; они обеспечивают высокую точность и надежность измерения в широком диапазоне вязкости, градиента скорости и напряжений сдвига. Посредством программ и двухкоординат-ного самописца кривые текучести регистрируются автоматически. Одним из преимуществ приборов данного типа является то, что их конструкции смонтированы по принципу агрегатирования, что позволяет в зависимости от поставленной задачи выбирать и использовать определенный комплекс узлов. Фирмой выпускаются несколько типов ротационных вискозиметров, В этих вискозиметрах крутящий момент, измеряемый торсионным пружинным динамометром, преобразуется в электрический сигнал реостатным датчиком.
Для реологических исследований применяют также вискозшлетры и реометры фирмы KOHTPABEG (Швейцария) и вискозшлетры типа РЕОТРОЇЇ фирмы Брабендер (ФРГ). Для измерения сдвиговых свойств мясного фарша применяют ротационные вискозиметры типа "Реотест" (ІДР). В них крутящий момент измеряется также, как и на вискозиметрах Р0Т0ВИСК0. Рабочий орган вискозиметра приводится в движение синхронным двигателем через 12-стуиенчатую передачу /167/.
Наибольшее распространение в СССР получили коаксиально-ни лнндрические вискозиметры с полусферическим днищем. Дня исследования мясного фарша и других пищевых продуктов часто используют ротационные вискозиметры РВ-4, РВ-7, РВ-8, разработанные проф. М.П.Воларовичем /8,96,178,217,219,225/. С помощью этих приборов учитывают влияние эффекта дна. Максимальная частота вращения ротора НО с"1. Вискозиметры типа РВ имеют недостаточную точность измерений реологических свойств мясных продуктов, работа на них трудоемка и требует большого внимания исследователя.
Для повышения точности измерений, сокращения длительности эксперимента и увеличения скорости сдвига В.Д.Косым совместно с В.А.Гоноцким, С.Н.Шевченко и другими сотрудниками ШО "Комплекс" на базе прибора РВ-8 разработан полуавтоматический ротационный вискозиметр (рис.1) /27/. Предложенный прибор имеет следующие преимущества: приспособление для сообщения крутящего момента состоит из одного груза, соединённого двумя упругими нитями со шкивом; вращение шкива передаётся через шестеренчатый редуктор на ось счетчика оборотов, контакты которого замыкают цепь питания электромагнитного реле. Назначение реле -выключать электрическую цепь встроенного в корпус устройства электросекундомера и включать питание электромагнитного тормоза ротора, который при достижении заданного числа оборотов останавливается. При возврате шкива в исходное положение замыкаются контакты микропереключателя, сбрасывающего показания электросекундомера в нулевое положение. Данный вискозиметр по сравнению с прибором РВ-8 обеспечивает увеличение скорости сдвига до 200 с""- -, экономию времени подготовки проведения эксперимента на 50$, более точное измерение СМХ мясных продуктов, снижение трудоемкости при измерениях, параллельное исследование реологических свойств одним экспериментатором одновременно на двух приборах.
Влияние продолжительности измельчения колбасного фарша на его дисперсный состав
Исключение составляет фарш с большим влагосодер-жанием. Это связано с тем, что при измерении ШС фарша жидкой консистенции глубина погружения конуса увеличивалась, уменьшая соотношение JJ / U до значений меньше 5 5 см.формулу (12) . В результате этого значения ІШС получились несколько завышенными. При учете поправки на краевые эффекты значения ПНС совпали. В про- тивоположность изменению ШС величина ПВ в первый период куттерования снижалась,достигая минимального значения, а во втором - повышалась (рис.41,а). Подобно ПНС, липкость ( р0 , Па) во время куттерования увеличивалась, достигая максимального значения, а затем уменьшалась.
Из анализа полученных результатов можно сделать вывод, что все измеренные величины (ПНС, ПВ, В, р0) имеют экстремальные (минимальные или максимальные) значения, приходящиеся на определенную продолжительность измельчения. Время, при котором структура фарша при истинном влагосодержании наиболее однородна и большинство его показателей достигают экстремальных значений (конец первого периода), а готовые колбасные изделия из этого фарша имеют наилучшее качество по консистенции, является экстремальной продолжительностью измельчения ( к.э. ). Однако, определенная по адгезионным свойствам Я к.э. несколько занижена по сравнению со сдвиговыми и составляют 86-98$ от них, что подтверждается исследованиями Горбатова А.В. и Спирина Б.Т. /75/. Это можно объяснить, рассматривая физическую сущность сдвиговых свойств и липкости фарша. Сдвиговые свойства характеризуют энергию взаимодействия между элементами структуры, т.е. свойства всего объёма системы в условиях напряженного состояния, липкость характеризует энергию свободной поверхности системы. Из этого следует, что сдвиговые свойства и липкость не совсем тождественны. В процессе куттерования максимальное значение свойств на поверхности (липкость) достигается быстрее, чем в объёме. Поэтому несмотря на общность сдвиговых и поверхностных свойств фарша при измельчении, предпочтение необходимо отдавать первым, так как они оценивают весь объём продукта /75, 172/. Кроме того, поскольку цель куттерования - получение фарша с прочной струк
турой и наибольшей водосвязывающей способностью, основной характеристикой процесса из сдвиговых свойств является ПНС, а не ПВ или ЭВ. При увеличении влажности численные значения всех сдвиговых характеристик уменьшаются по экспоненциальному закону.
Комплексные исследования для выбранных ранее видов фарша /109, ПО/ показали аналогичность изменения Ж с рассмотренными выше (см.рис.41). В табл.9 приведены данные, характеризующие фарш по влагосодержанию, влажности и экстремальным реологическим свойствам. Сырье каждой серии опытов имело разную влажность: свинина 0,35 0,45, говядина - 0,68 0,75 долей единицы. Выход готовой продукции зависит также и от влажности сырья, поэтому в экспериментах более правильно определять выход по отношению к абсолютно сухому веществу продукта.
По реологическим зависимостям (см.рис.41) оптимальное влаго и опт - .г. л . . н )» цри котором обеспечивается максимальный выход при наилучшем качестве готовых изделий, определяется как точка перегиба кривых в координатах: экстремальная величина СМХ - влагосо-держание. Таким образом, множество экстремальных точек содержит одну характеристическую точку, отвечающую оптимальному режиму, т.е. и ОПТ і і опт _,_ н Тк.э. минимальна. Значение VK.9. при Цн является оптимальной продолжительностью измельчения ( Тк"т ) фарша. С увеличением влагосодержания. Тк.э. уменьшается, а при UH UH - возрастает, что объясняется увеличением толщины водно-белковых прослоек между частицами фарша и,следовательно, уменьшением сил сцепления между элементами коагуляционной структуры. Частицы находятся как бы в плавающем состоянии, их относительное смещение облегчено, а период релаксации с увеличением ын уменьшается. Таким образом, по реологическим зависимостям можно определять оптимальные значения продолжительности измельчения и влагосодержання фарша.
Влияние продолжительности измельчения колбасного фарша на его дисперсный состав. Для характеристики степени измельчения фарша, выяснения сущности этого процесса и причин изменения (Ж проведены гистологические исследования и определен эффективный диаметр частиц фарша (.da ) /109, 172, 178/.
Типичные кривые распределения размеров частиц показаны на рис.42. Подобные кривые получены во всех опытах. С помощью кривых можно определить зависимости (рис.43) изменения 0Э от Тк и
Ин . Точка перегиба кривых соответствует Тк.э. . При построении зависимости аэ от Ын при %к,э. экстремумы на кривых показывают оптимальное влагосодержание фарша. Изменения геометрических характеристик большинства фаршей подобны, исключение составляет фарш с максимальным содержанием жира (свыше 30$), размер частиц которого достигает минимального значения при к.ь. , а затем увеличивается за счет образования капель жира.
Гистологические исследования дают возможность получить критерий общей оценки степени измельчения. Гистологические срезы мышечных волокон модельно-измельченной говядины высшего сорта при различной кратности пропускания её через мясорубку показывают, что повышение степени измельчения приводит к исчезновению поперечной исчерченности волокон (рис.44), которые из клеточной структуры переходят в аморфное вещество.
Автоматизация контроля качества колбасных фаршей со шпиком при механической обработке
На основании проведенных исследований процесса перемешивания установлено на сколько надо недоизмельчить фарш при тонком измельчении, чтобы при минимальном времени перемешивания, необходимом для равномерного распределения шпика по всему объему фаршемешалки, получить продукт с заданными "эталонными" свойствами. Таким образом, для автоматизации процесса перемешивания необходимо применение как минимум двух приборов.
Для выполнения первой задачи - получения колбасного фарша с заданной степенью измельчения - на базе прибора по замеру (Ж фарша в потоке (см.рис.25) разработано устройство (В.Д.Косой, В.С.Ка-тюхин и др.), показанное на рис.67 /41/. В отличие от предыдущего оно снабжено счетным регулятором массы индукционного преобразователя и блоком задания степени измельчения. Блок содержит последовательно включенные между собой цепочку сопротивления, разностный каскад и пороговый блок срабатывания. Усилитель-преобразователь электрических сигналов имеет два выхода: один подключен к цепочке сопротивления блока задания степени измельчения, другой - к разностному каскаду. Для повышения точности измерительного устройства рифленая контактирующая часть корпуса имеет вид сменных пластин, что позволяет (в зависимости от типа куттера) ставить пластины с дугообразными рифлениями, имеющими радиус закругления, равный радиусу средней части чаши куттера, где установлено устройство. Использование таких рифлений уменьшает погрешность устройства, за счет возникновения касательных напряжений. Для ликвидации проскальзывания продукта предусмотрено регулирование силы контактирования.
Устройство работает следующим образом. Его располагают на корпусе измельчителя. Включают генератор и с помощью регулировоч 13-контактное реле; б - графическая схема работы устройствавинта фиксируют "нулевой сигнал". При контроле измельчения фарша шпиковых колбас по известным характеристикам изменения реологических свойств при измельчении и перемешивании (см.2.3.2.) устанавливают напряжение Ц (порог срабатывания), соответствующее определенной степени измельчения для каждого вида продукта с учетом того, чтобы получить оптимальные свойства фарша за время перемешивания. Индукционный преобразователь помещают в чашу куттера на поверхность предварительно измельченного фарша и куттер включают в работу.
Электрический сигнал от генератора поступает на первичную катушку индукционного преобразователя. В результате взаимодействия контактирующей части индукционного преобразователя с поверхностью контролируемого продукта при вращении куттера, напршлер, в направлении стрелки А, корпус вместе с сердечником образованным двумя стержнями, перемещается относительно индукционной катушки. В результате такого перемещения на вход усилителя-преобразователя поступает электрический сигнал переменного напряжения. Величина ато -го сигнала пропорциональна перемещению сердечника внутри катушки индукционного преобразователя. Затем на выходах усилителя-преобразователя формируются два подобных сигнала постоянного напряжения: один подается на вход пС - цепочки. С увеличением степени измельчения этот сигнал возрастает. В результате конденсатор С и г? С -цепочки заряжаются током, протекающим через сопротивление
После включения куттера в работу контактное реле находится в разомкнутом состоянии, что соответствует отрезку О-Ті (положение II). По достижении напряжения Ы< (положение П, точка Л/) в соответствии с установленным порогом срабатыванияМ (положение Ш) контактное реле срабатывает и замыкается, находясь в таком положении на протяжении всего интервала времени ( Т,-^). При достижении контролируемым продуктом заданной степени измельчения (точка К положение П) напряжение Ц2 соответствует установленному порогу срабатывания 11>контактное реле размыкает электрическую цепь работы куттера. Таким образом, (Ж фарша доведены до заданных.
Вели при измельчении необходимо получить фарш с оптимальными свойствами, как это требуется при измельчении фарша бесшпиковых колбасных изделий, необходимость в регулировке порога срабатывания отпадает. В таком случае его устанавливают на нуль ( U0 в положении Ш). Контактное реле срабатывает, останавливая куттер после приобретения фаршем оптимальных реологических свойств (точка К, положение П).
Таким образом, устройство позволяет контролировать процесс измельчения и управлять работой измельчителей в зависимости от изменения реологических свойств при подготовке фарша как шпико-вых, так и бесшпиковых колбасных изделий. Устройство позволяет получать фарш с различной, заданной степенью измельчения, регулируемой блоком задания степени измельчения. При этом экономятся энергетические затраты на измельчение за счет подбора оптимальной продолжительности измельчения
Запекание мясных хлебов в открытых формах при ступенчатом режиме
Куттер-мешалки широко применяют в мясной промышленности, особенно при приготовлении фаршей шпиковых колбас. По сравнению с куттерами в них происходит более интенсивное измельчение сырья за счет сжатия фарша в камере резания дополнительным давлением, создаваемым шнеками. При выходе измельченного сырья из камеры резания снижаются деформационные напряжения и частицы приобретают эллипсоидную форму, что подтверждается гистологическими исследованиями. В связи с изменением структурной сетки фарша, а следовательно, его влагосвязывающей способности и реологических характеристик, были проведены комплексные исследования /178/, аналогичные рассмотренным выше. Основные технологические и физико-механические характеристики (потеря массы при термообработке, влажность, предельное напряжение среза) готовых изделий в зависимости от влагосодержа-ния и продолжительности измельчения показаны на рис.99, 100, 101. Они изменяются аналогично колбасным изделиям, приготовленным из фарша измельченного на куттере, однако их эталонные характеристики незначительно отличаются по абсолютной величине. По результатам экспериментов в таблице 24 представлены эталонные (оптимальные) характеристики готовых изделии, причем свойства сырого фарша (см.табл.15) определяют свойства готовых изделий.
Сравнивая полученные эталонные (оптимальные) значения готовых колбасных изделии, приготовленных из фаршей, измельченных на куттере и куттер-мешалке, можно сделать следующий вывод: эллипсо-образная форма частщ, получаемая при измельчении на куттер-мешалке, способствует повышению влажности готового продукта (Кф = 1,04) при некотором увеличении предельного напряжения среза (К- = 10100).
Этот метод измельчения применяют, в основном;при получении гомогенного продукта, например, сосисок, продуктов детского питания и т.д. /89, 90, 138/. Использование двух типов машин позволяет сократить продолжительность измельчения фарша, а следовательно, увеличить производительность процесса.
В качестве объектов исследования выбраны два вида колбасных изделий: традиционные - русские сосиски и колбаса новая с использованием жирной говядины /178, 249/. Фарш для русских сосисок и новой колбасы готовили соответственно на куттер-мешалке и куттере с последующим использованием коллоидной мельницы.
Основные технологические и физико-механические характеристики готовых изделий изменяются аналогично рассмотренным выше. Экстремальные характеристики готовых изделий представлены на рис.102, по ним определяются эталонные показатели для данного вида колбасных изделий (табл.25).
Использование двух видов машин (куттера или куттер-мешалки и коллоидной мельницы) позволяет сократить продолжительность измельчения, а величины эталонных характеристик готовых колбасных изделий остаются такими же, как и при измельчении на одной из первичных машин...
При выработке шпиковых колбас механический процесс приготовления фарша осуществляется на двух машинах. Продолжительности каждого процесса взаимосвязаны. В результате проведенных исследований (рис.103) /252/ установлено изменение потерь массы в зависимости от степени механической обработки, влагосодержання и жирности фарша. Наименьшие потери массы наблюдаются у тех фаршей, у которых предельное напряжение сдвига, активность воды, энергия связи влаги с материалом имеют экстремальные значения (см.рис.65, 66). При оптимальных технологійеских параметрах для каждого продукта изделия имеют наилучшие технологические, в том числе и качественные показатели.
Консистенцию готового продукта оценивали по (Ж (Пп и (Зп). Изменения этих характеристик в зависимости от продолжительности механической обработки фарша любительской колбасы показаны на рис.104, откуда видно, что экстремальные значения характеристик как готовых изделий, так и фарша совпадают.
При сравнении эталонных показателей фарша и готовых изделий еще раз подтверждается вывод о том, что вне зависимости от вида измельчающей машины экстремальные (оптимальные) величины переменных совпадают,и свойства фарша генетически связаны со свойствами готовых изделий, полученных из него.
