Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 9
1.1 Характеристика рыбы как объекта обработки при копчении 9
1.2 Сравнительная характеристика существующих методов копчения 13
1.3 Физико-химические и биохимические изменения в рыбе при копчении 24
1.4 Копченая рыба как полуфабрикат для производства консервов 37
1.5 Аппаратурное оформление процесса копчения рыбы 42
1.5.1 Коптильные установки 42
1.5.2 Дымогенераторы 51
1.6. Постановка задач исследовательских работ 58
2 Методика экспериментальных исследований 60
2.1 Методика анализа массообмена и теплообмена при копчении рыбы 60
2.2 Экспериментальные стенды для обезвоживания и копчения рыбы 70
2.3 Методика математической обработки экспериментальных данных 74
2.3.1 Определение зависимостей вида У = /(х), у = у/(хх,..., хп) по экспериментальным данным 74
2.3.2 Расчет погрешности экспериментального определения некоторых величин при обезвоживании рыбы 78
3 Экспериментальное исследование процесса тепло- и массопереноса при горячем копчении рыбы 80
3.1 Изучение кинетики процесса обезвоживания рыбы при горя чем и полугорячем копчении. 80
3.2 Закономерности кинетики процесса обезвоживания рыбы при полугорячем и горячем копчении 90
3.3 Изучение изменения средней по объему температуры рыбы при полугорячем и горячем копчении 92
3.4 Методика расчета процессов обезвоживания и нагревания рыбы при горячем и полугорячем копчении 97
3.4.1 Расчет процесса обезвоживания рыбы 97
3.4.2 Расчет процесса нагревания рыбы 99
3.4.3 Определение взаимосвязи тепло- и массообмена в процессах горячего и полугорячего копчения 100
3.5 Выводы по главе 102
4 Выбор близких к оптимальным режимов получения копченого полуфабриката для консервов 103
4.1 Выводы по главе 111
5 Модернизация коптильно-сушильной установки типа «Квернер Брук» 112
5.1 Выводы по главе 122
6 Разработка схемы универсальной коптильно-сушильной установки . 123
6.1 Выводы по главе 135
Общие выводы 136
Список используемой литературы 137
Приложения 153
- Сравнительная характеристика существующих методов копчения
- Аппаратурное оформление процесса копчения рыбы
- Экспериментальные стенды для обезвоживания и копчения рыбы
- Изучение изменения средней по объему температуры рыбы при полугорячем и горячем копчении
Введение к работе
Основной задачей пищевой промышленности в настоящее время является обеспечение населения страны биологически полноценными, экологически чистыми продуктами, отвечающих современным требованиям науки о питании.
Рыба и морепродукты имеют важное значение как источники полноценных белков, жиров, витаминов, макро- и микроэлементов. При этом для большей части населения страны рыбные продукты являются традиционной и любимой пищей. Таким образом, имеются высокие потенциальные возможности роста российского внутреннего рынка.
Особым спросом у населения пользуются рыбные консервы, производство которых является одним из ведущих направлений пищевого использования объектов водного промысла. Однако в последнее время наблюдается тенденция к сокращению объемов данного вида продукции за счет резкого роста их себестоимости, износа и слабого использованием производственных мощностей по выпуску консервов как на рыбоперерабатывающих судах, так и на берегу. При этом значительно сократился ассортимент и качество выпускаемой продукции. В то же время, в последние годы снизился вылов традиционных объектов промысла. Поэтому в сложившихся условиях необходимо переориентировать консервное производство на разработку новых ресурсо- и энергосберегающих технологий с применением малорентабельных объектов промысла, позволяющих повысить вкусовые свойства продуктов.
Актуальность проблемы
По ряду объективных причин в настоящее время увеличивается видовой состав сырья для производства консервов из копченой рыбы. В то же время значительно снизилась доля вылова Российской Федерацией салаки и кильки балтийская, являющихся традиционным сырьем для производства популярных у населения деликатесных консервов «Шпроты в масле». Актуальным является разработка режимов производства копченого полуфабриката для консервов из более доступного и дешевого сырья при условии получения продукта высокого качества. Кроме того, традиционные технологические процессы горячего копчения, хоть и позволяют получать качественные продукты, довольно трудоемки, сложны в регулировании, отличаются значительными затратами энергии и сырья.
Предварительная тепловая обработка рыбы является важной технологической операцией при консервировании, определяющей в высокой степени качество готовых консервов. Тепломассообменные процессы горячего и полугорячего копчения, протекающие при обработке разных видов рыб, недостаточно изучены, особенно для таких малоценных объектов промысла, как сайка, путассу, мойва, песчанка и т.п.
Оптимизация основных технологических процессов производства консервов из копченого полуфабриката достаточно проблематична без знания закономерностей тепло- и массопереноса. Только на основе закономерностей тепло-и массопереноса можно выбрать более эффективные режимы обработки, оптимально управлять процессом, а также совершенствовать имеющиеся коптильные установки или проектировать новые.
Цель работы
Целью настоящей работы является исследование процессов тепло- и массообмена, протекающих в рыбе при полугорячем и горячем копчении, разработка на этой основе методики инженерного расчета процессов копчения с учетом закономерностей кинетики обезвоживания и нагрева рыбы.
Научная новизна работы
Изучены закономерности тепло- и массопереноса в рыбе при горячем и полугорячем копчении.
Определены зависимости изменения среднеобъемной температуры рыбы от продолжительности нагрева и от влажности продукта.
Множество полученных при горячем и полугорячем копчении кривых кинетики обезвоживания рыб различного видового состава сведены в одну обобщенную кривую и предложено ее математическое описание.
Получены уравнения для расчета скорости обезвоживания в первый период тощих и жирных видов рыб в процессах горячего и полугорячего копчения.
Найдены близкие к оптимальным режимы производства копченого полуфабриката из тощих и жирных видов рыб.
Практическая ценность
Разработана методика теоретического расчета процесса полугорячего и горячего копчения рыбы с возможностью выбора близких к оптимальным режимов тепловой обработки.
Проведены технологические испытания работы существующего оборудования для горячего копчения на примере печи «Квернер Брук» и разработана схема ее модернизации с учетом закономерностей тепло- и массопереноса, улучшающая теплоэнергетические показатели установки и повышающая ее производительность. Разработаны рекомендации по внедрению в производство модернизированной печи.
По результатам изучения тепло- и массопереноса рыбы и сравнительного анализа существующих конструкций коптильного оборудования спроектирована универсальная коптильно-сушильная установка [Ершов A.M., Ершов М.А., По-хольченко В.А.], которая может использоваться для сушки, вяления, холодного и горячего копчения.
Внедрение результатов исследований
В условиях научно-производственной лаборатории «Современные технологические процессы переработки гидробионтов» кафедры «Технология пищевых производств» ФГОУВПО МГТУ были изготовлены опытные партии консервов «Сайка копченая в масле», «Мойва копченая в масле» из полуфабриката полугорячего копчения.
Образцы продукции были представлены на специализированных выставках-дегустациях «Море и морепродукты - 2001» (Мурманск, 2001), «Море. Ресурсы. Технологии» (Мурманск, 2001, 2002, 2003, 2005 гг.), международных рыбопромышленных выставках «Рыбные ресурсы» (Москва, 2002, 2003, 2004 гг.). Продукция получила положительные отзывы дегустаторов и отмечена двумя дипломами и медалью.
Внедрение результатов работ осуществилось в МГТУ при разработке курсовых и дипломных работ студентов технологического факультета, при выполнении практических работ по дисциплине «Современные методы расчетов технологических процессов» и при выполнении НИР по теме «Совершенствование технологии консервов».
Разработан эскизный проект универсальной установки для копчения и вяления рыбы. Установка изготовлена и внедрена в рыбоперерабатывающем цехе фирмы ООО «Рост-рыба» (Мурманская обл.).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов, научных и инженерных работников МГТУ (2001-2005 гг.), научно-практическом семинаре «Стратегия развития берегового рыбоперерабатывающего комплекса и технологий в современных условиях региона» (Мурманск, 2002 г.), научно-практической конференции «Перспективы развития рыбохозяйственного комплекса России - XXI век» (Москва, 2002 г.), научно-практической конференции «Перспективы развития производства солено-сушеной рыбы. Водные биоресурсы России: решение проблем их изучения и рационального использования» (Москва, 2003 г.), научно-практической конференции «О приоритетных задачах рыбохозяйственной науки в развитии рыбной отрасли России до 2020 года» (Москва, 2004). По теме дис сертационной работы опубликованы 9 работ, имеется заявка на выдачу Патента РФ на полезную модель № 2005130780 от 04.10.2005. Основные положения работы, выносимые на защиту
1. Результаты исследования закономерностей тепло- и массопереноса в рыбе при ее обезвоживании в условиях полугорячего и горячего копчения.
2. Методика теоретического расчета процессов обезвоживания и нагре- t вания рыбы при полугорячем и горячем копчении.
3. Близкие к оптимальным режимы получения копченого полуфабриката для консервов из тощего и жирного сырья.
4. Результаты исследований существующего коптильного оборудования на примере печи «Квернер Брук» и схемы ее модернизации.
5. Опытно-промышленный образец универсальной установки для копчения и вяления рыбы.
Сравнительная характеристика существующих методов копчения
При производстве различных видов рыбных продуктов с целью придания им специфических свойств используются методы копчения, которые различаются температурными условиями, а также технологическими особенностями.
В зависимости от температурных условий, при которых осуществляется процесс, различают два основных способа копчения: холодное и горячее. Кроме того, применяются способы, специфические для отдельных отраслей. Так, на рыбокомбинатах находит применение полугорячее и смешанное копчение (таблица 1.1) [30, 47, 55, 56, 82, 97, 98].
Холодное копчение рыбы складывается из двух процессов: подсушки ишающей 313 К. В процессе подсушки поверхность рыбы подготавливается для» интенсивного осаждения дыма: с поверхности продукта, обычно воздухом стемпературой до 313 К, удаляется влага смачивания и часть микрокапиллярной влаги после подсушки (продолжительность от 0,5 до 8 ч) проводят собственно копчение до влажности рыбы 60 % и менее. Белки такой продукции и ферменты не денатурированы. Готовность продукции холодного копчения достигается за счет комплексного воздействия на ткани повышенного количества соли (от 5 до 8 %), коптильных компонентов, обезвоживания, протеолитических и липолити-ческих изменений под действием собственных ферментов и ферментов микрофлоры/
Соленый полуфабрикат для холодного копчения обычно готовят с содержанием соли в мясе от 5 до 7 %. Копченая рыба из такого полуфабриката # имеет плотную консистенцию и может храниться в обычных условиях [30,51].
Для получения изделий холодного копчения используют рыбу как с небольшим содержанием жира, так и жирную. Существенным недостатком продукции из тощих видов рыб являются ее невысокие вкусовые свойства. В связис большой продолжительностью процесса, обусловленной необходимостьюудаления влаги из непищевых частей рыбы, существенно возрастают затраты энергии. Специалисты АтлантНИРО [2-4, 94] на основании результатов проведенных работ пришли к выводу что, вкусовые свойства продукции, приготовленной способом холодного копчения из разделанной рыбы с уменьшенным содержанием соли и увеличенным содержанием влаги в продукте (до 63 - 65 %) заметно повышаются. Вкусовые свойства продукции из разделанных тощих видов рыб улучшают за счет ароматических добавок. По данным АтлантНИРО, максимальная разделка позволяет снизить количество испаряющейся воды в коптильных аппаратах на 20-50 %. Скорость посола возрастает при этом в 50-100 раз, а скорость сушки - от трех до пяти раз. При холодном копчении традиционным способом массовую концентрацию частиц дыма в дымовоздушной смеси поддерживают в пределах от 0,1 до 8,3 г/м3.
Горячее копчение рыбы происходит при более высоких температурах. Данный процесс является одним из основных способов тепловой обработки рыбы, позволяющий получить продукт с высокими вкусовыми и питательными свойствами. При такой обработке рыба доводится до состояния кулинарной готовности, приобретает своеобразный вкус и запах копчености и приятный товарный вид. В коптильных установках для горячего копчения процесс осуществляется обычно в три стадии: подсушка, проварка и собственно копчение. Подсушка проводится при температуре от 343 до 368 К до момента, когда кожные покровы рыбы становятся сухими. Затем рыбу проваривают при температуре дымовоздушной смеси от 383 до 443 К до момента отделения мяса рыбы от костей, после чего собственно коптят при температуре дымовоздушной смеси от 373 до 403 К. Копчение завершают, когда температура в центре рыбы достигает от 341 до 343 К. Белки такой продукции полностью денатурированы, а ферменты - инактивированы. Продукция имеет невысокую соленость от 1,5 до 4,0 %, небольшое количество коптильных компонентов, достаточно высокое количество влаги. Готовность ее достигается за счет высоких температур процесса, приводящих к полной проварке мяса. Массовая концентрация коптиль ной среды в различных установках в процессе горячего копчения достигает 0,5 г/м3 [30, 48, 55, 56].
Полугорячее копчение рыбы по температурному режиму относится к промежуточному между холодным и горячим копчением - температурный диапазон при обработке продукции коптильными компонентами составляет от 313 до 353 К. Поэтому готовый продукт имеет консистенцию от сочной до плотной, мясо рыбы может быть проваренным, белки такой продукции денатурированы частично, ферменты практически полностью инактивированы. а готовность достигается за счет комплекса физических и биохимических изменений в тканях рыбы. Этот способ нашел в нашей стране ограниченное применение. В основном полугорячим копчением обрабатывают мелкие виды рыб (тюлька, каспийская килька). Более широко способ полугорячего копчения рыбы применяется за рубежом [4, 30, 55, 56].
Смешанное копчение заключается в обработке рыбы сначала традиционным способом при низкой температуре, а затем выдержке в охлаждаемом помещении в течение 24 часов для перераспределения влаги в продукте, после чего продукт подвергается взаимодействию коптильной среды с температурой 355 К. В России способ смешанного копчения пока широкого применения не нашел [4, 30, 55, 56].
В зависимости от особенностей воздействия коптильных веществ на обрабатываемый продукт различают дымовой и бездымный способы копчения [61,114,131,134,155-157].
Дымовой способ характеризуется тем, что продукт подвергается воздействию газовой среды, полученной в результате термического разложения древесины в дымогенераторах различных типов. Такой продукт обладает гаммой неповторимых вкусоароматических свойств из-за богатого химического состава дыма (более десяти тысяч компонентов осаждается на продукт).
В процессе дымового копчения происходит сорбция частиц среды поверхностного продукта с последующей диффузией их внутрь него. Сорбция отдельных
Аппаратурное оформление процесса копчения рыбы
Коптильные установки делят на две группы: периодического и непрерывного действия. По конструктивному признаку их можно разделить на камерные, туннельные, башенные, центробежные (роторные) и пр. В зависимости от вида технологического процесса, осуществляемого в установке, они могут быть установками горячего и холодного копчения [41-46, 54, 68, 69, 75, 100, 103,108-111, 141,160].
Коптильные установки состоят из камеры, в которой происходит собственно копчение, дымогенераторов, поставляющих дым, систем подачи, рециркуляции и отсоса дымовоздушной смеси, систем нагрева и охлаждения, транспортирующих механизмов, санитарных и противопожарных систем, систем управления, контроля и пр.
Для холодного копчения применяют обычно вертикальные (башенные) печи. Однако существуют конструкции вертикальных печей для горячего коп чения. Сырье в вертикальных печах перемещается на подвесках конвейера. Вертикальные печи для холодного копчения относят к периодически действующим, но с непрерывным движением сырья на конвейере в процессе обработки. Горизонтальные коптильные печи применяют для холодного и горячего копчения. Камерные печи относятся к печам периодического действия, в которых продукт находится в неподвижном состоянии, а режимы процесса последовательно изменяются. Загрузку и выгрузку в этих печах можно выполнять с одной стороны или с двух противоположных. Рыба в горизонтальных печах размещается в напольных тележках или клетях на подвесных путях.
К коптильным печам непрерывного действия относят туннельные печи. В этих печах рыба в тележках движется непрерывно или циклично. Туннельная печь разделена на зоны с различными режимами обработки, которые продукт проходит во время процесса. Туннельные печи по сравнению с башенными занимают большие производственные площади. Применение тележек или клетей затрудняет механизацию производства.
Комбинированные печи (горизонтально-вертикальные) сочетают в себе достоинства двух видов печей. Рыба в этих печах движется на подвесках конвейера, проходит в горизонтальном направлении все зоны, двигаясь в каждой зоне вертикально: вверх - вниз - вверх. Применение такого конвейера позволяет механизировать процессы загрузки и выгрузки прутков с рыбой, выделить зоны обработки, уменьшить производственные площади и организовать непрерывную работу печи.
Наиболее механизированными печами являются конвейерные. В конвейерных печах мелкую рыбу обрабатывают практически в одном режиме. Рыба коптится насыпью последовательно, продвигаясь с верхних конвейеров на нижние.
Коптильные печи при соответствующем режиме работы могут быть использованы также для производства вяленой или провесной рыбы.
Основные технические характеристики отдельных групп коптильных установок [54,68, 69,75, 100,103] сведены в табл. 1.2. При проектировании технологических линий по производству консервов из копченого полуфабриката, необходимо рассмотреть преимущества и недостатки существующего оборудования и сделать соответствующие выводы [32,33].
Башенные коптильные установки обеспечивают равномерную обработку продукта дымовоздушной смесью и его высокое качество. Занимают не слишком большие производственные площади, позволяют полностью механизировать процесс копчения (начиная с нанизки рыбы на прутки). Обеспечивают экономию электроэнергии за счет естественного движения рыбы вверх без использования вентиляторов. К их недостаткам можно отнести: сложность выполнения строительной части (их применение целесообразно лишь на больших многоэтажных предприятиях), использование только части рабочего объема шахты, сложность ее санобработки, а также отсутствие механизации по загрузке и выгрузке шомполов с рыбой.
Камерные коптильные установки получили наибольшее распространение для копчения продуктов. В этом оборудовании осуществляется как дымовое, так и бездымное копчение. Преимуществом камерных печей является высокое качество готового продукта при квалифицированном обслуживании. Недостатками являются невысокий коэффициент использования рабочего объема, большой расход топлива (опилок), длительность процесса копчения и сложность регулирования параметров копчения. Камерные печи как роторного, так и с неподвижными клетями имеют сравнительно небольшие габариты, но процессы копчения характеризуются многооперационностью: загрузка рыбы на сетки (нанизка на шомпола), укладка сеток (шомполов) в клети, закатка клетей в печь и обратные операции. Поэтому необходимы специальные механизмы, обслуживание которых также требует затрат труда. К недостаткам автоматизированных коптильных установок камерного типа относятся их высокая стоимость и повышенные энергозатраты.
Преимуществами туннельных установок с точки зрения консервного производства являются обеспечение поточности и возможность механизации процесса копчения, несложность их монтажа. Недостатками установок туннельного типа являются неравномерность дымовой обработки продукта, сложность регулирования и поддержания заданных режимов копчения (перепад температур в верхних и нижних участках туннеля, неравномерная скорость движения дымовоздушной смеси по длине и высоте установки и другие факторы).
Процессы копчения в печах конвейерного типа отличаются малоопера ционностью. Однако эти установки, как и печи туннельного типа громоздки икомпоновать их в действующих консервных линиях целесообразно при боль Ш: шой производительности последних.
Камерные установки зарубежного производства имеют такие достоинства, как компактность, хорошие санитарно-гигиенические свойства, равномерность обработки продукта дымом и воздухом и др. Однако, такие камеры имеют высокую стоимость (в большинстве изготовляются из нержавеющей стали, оснащаются дорогостоящими приборами управления процессом) и энергоза траты. Предназначены они в большей степени для копчения и варки колбасныхи мясных изделий, а также производства копченого деликатесного продукта изстоловых рыб средних и крупных размеров. Компоновать такие печи в консервных линиях отечественных предприятий нерентабельно.
Термоагрегаты, термокамеры и термошкафы применяют в основном для копчения колбас, сосисок, сарделек и других мясопродуктов. Производство копченого рыбного полуфабриката для производства консервов в таком оборудовании нецелесообразно.
Таким образом, на основе изложенного, можно сделать вывод, что для оснащения современного рыбоконсервного предприятия существующим коптильным оборудованием или разработкой новых образцов, необходимо учиты вать следующие требования [33, 54, 112]:- применять оборудование, предназначенное для обработки именно рыбы (так как это более деликатный и травмируемый продукт по сравнению с колбасами, сосисками и мясом );
Экспериментальные стенды для обезвоживания и копчения рыбы
Выбор рациональных режимов горячего копчения возможен, если известны закономерности кинетики обезвоживания и нагрева рыбы. Поэтому начальным этапом явилось проведение серий исследований по изучению закономерностей тепло- и массообмена различных видов рыб при копчении с попыткой обобщения результатов.
Экспериментальная часть работы выполнена на базе научно #t производственной лаборатории «Современные технологические процессыпереработки гидробионтов» кафедры «Технологии рыбных продуктов» (ТРП) Мурманского государственного технического университета (МГТУ).
Основным объектом исследования была выбрана мороженая рыба(мойва, сайка, путассу, пикша, сельдь), выработанная предприятиями Северного бассейна, которая имела предельный срок хранения не более трех меся / цев при температуре не выше минус 18 С. Данные виды рыб являютсяосновными объектами промысла и хорошим сырьем для производства копченой продукции и консервов.
Для отработки режима предварительной термической обработки и изучения процессов тепло- и массопереноса при обезвоживании рыбы были проведены эксперименты в статическом режиме.
Исследование процессов обезвоживания рыбы при различных режимахкопчения осуществляли на специально изготовленной экспериментальнойустановке для горячего копчения камерного типа. Установка (рис. 2.2) включает в себя: камеру копчения с калорифером; рециркуляционную систему дымо водов с зслонками; вытяжной и нагнетательный вентиляторы (последний снабжен дополнительными насадками (откалиброванными анемометромчашечным) для регулирования скорости движения сушильного агента); систему хромель-копелевых термопар (включая сухую и мокрую для определения относительной влажности воздуха в камере копчения), подсоединенных к схеме потенциометра через переключатель термопар; термометры ртутные, вмонтированные в различные участки камеры; дымогенератор с энергией инфракрасного излучения; клеть с прутками для нанизки рыбы.В ходе работы определяли массопотери рыбы [16] через равные промежутки времени [17] обезвоживания. Эксперименты разбивались на отдельные циклы, в которых сохранялось постоянство всех условий при изменении лишь одного параметра, влияние которого на процесс изучали в данном случае. Температуру воздуха [15] изменяли от 50 до 100 С, скорость движения воздуха [19] - от 0,5 до 12,0 м/с, относительную влажность воздуха - от 35 до 60 % [58]. У исследуемых рыб (мойва, сайка, путассу, пикша, сельдь) замеряли удельную поверхность и определяли начальную влажность [21].
Образцы для исследований [20, 21] готовили следующим образом: мороженую рыбу размораживали в воде температурой не выше 15 С до темпера туры тела рыбы (0 ± 1) С, отбирали образцы с одинаковыми геометрическими размерами и химическим составом, разделывали на тушку, кусок или филе.Затем отбирали образцы одной массы и размера. На миллиметровой бумаге очерчивали контур всей поверхности каждого образца, после чего рассчи-тывалась площадь S, м , занимаемая образцом. Образцы взвешивали на технических весах. Рассчитывали средние значения площади S, м2, и массы т, кг, пяти сходных образцов и определялась их средняя удельная поверхность S/m, м2/кг (отношение площади поверхности к его массе).
Определение влажности рыбы производили по ГОСТ 7636 [21] высушиванием в сушильном шкафу при температуре 105 С.
Отобранные образцы рыб накалывали на отдельные, предварительно взвешенные прутки, и укладывали в клеть.В печи устанавливали определенную жесткость режима термической обработки. Температуру в камере определяли при помощи термопары ТХК 0515 с пределом измерений от минус 50 до плюс 600 С по ГОСТ 3044 [99]. Произведенные замеры в миливольтах переводили в градусы Цельсия по градуировочной шкале хромель-копели [58]. Температурный режим поддерживали на определенном уровне в течение всего процесса при помощи регулятора напряжения ТЭНа камеры. Для определения относительной влажности в камере в последнюю была вмонтирована вторая термопара (мокрая), отградуированная по шкале хромель-копели [58].
Для создания циркуляции воздуха в печи включали центробежные вытяжной и нагнетательный вентиляторы. Последний был снабжен специальными дополнительными насадками (соплами), позволяющими равномерно направлять воздушный поток на исследуемые образцы рыб. Значения скоростей воздушного потока нагнетательного вентилятора с различными насадками фиксировали анемометром чашечного типа [19].
После прогрева печи и установления определенного фиксированного режима обезвоживания в камеру загружали клеть с рыбой. Через каждые пять минут из камеры извлекали прутки с рыбой (предварительно взвешенные) и немедленно проводили их взвешивание.
По полученным данным строили серии кривых кинетики обезвоживания рыбы в координатах юс=/(т). При проведении экспериментов для каждой серии опытов фиксировались следующие контролируемые параметры в камере:По отработанным режимам копчения изготовляли образцы консервов. Работы проводили в следующем порядке.
После копчения рыбу охлаждали до 40 С и укладывали в банку № 3. В банки добавляли растительное масло [10] (температура 80 С) и поваренную соль [11]. Банки закатывали на вакуум закаточной машине и направляли на стерилизацию.Консервы стерилизовали в автоклаве по формуле:
Консервы хранили до созревания при температуре не выше (18±2) С и относительной влажности (65-70) %. Физико-химические показатели качества консервов определяли стандартными методами. Органолептическую оценку качества консервов проводили по специально разработанной пятибалльной шкале с введением коэффициентов значимости. В качестве контрольных образцов использовали консервы, изготовленные в промышленных условиях из рыбы горячего копчения.Подготовку сырья, полуфабриката до и после термической обработки (размораживание, разделку, мойку, посол, фасование, закатывание, стерилиза
Изучение изменения средней по объему температуры рыбы при полугорячем и горячем копчении
В ходе экспериментов одновременно с изучением кинетики обезвоживания исследовалось изменение среднеобъемной температуры рыбы через определенные интервалы времени. На рис. 3.10 приведены температурные кривые для разных по видовому составу видов рыб.
Рис. 3.10. Изменение среднеобъемной температуры рыбы в зависимости от продолжительности обезвоживания при 80 С (
Как видно из приведенных кривых (рис. 3.11), средняя по объему температура рыбы изменяется наиболее быстро в начале процесса обезвоживания, затем темп нагрева замедляется.
Влияние режимных параметров и свойств рыбы на процесс нагрева и обезвоживания при горячем копчении можно косвенно оценить через продолжительность хкі обезвоживания в первый период (п.2.1).
В табл. 3.2 приведено изменение температурных коэффициентов в зависимости от продолжительности первого периода обезвоживания при копчении.
Графики, приведенные на рисунке 3.12 с достаточной точностью описываются полученными уравнениями (3.6) - (3.8). Если значение критерия Фишера больше табличного, то можно считать, что данная зависимость является значимой. Так для данных уравнений критерий Фишера находится в пределах от 66,19 до 78,45, при этом табличное составляет около 19 (для Р = 0,95 при двух числах степеней свободы). Значимость числовых коэффициентов при этом находится в пределах от 99,15 % до 99,99 %. Выражения (2.20) - (2.22) справедливы при изменении тк] в пределах 2,7 тк] 7,3 минут.
Таким образом, используя уравнения (2.20) - (2.22) и (3.6) - (3.8), можно определить среднюю температуру в любой момент копчения.
Как показано ранее, из кривых кинетики обезвоживания типа сас=/(т) графическим методом может быть найдена скорость обезвоживания N, %/мин. Скорость обезвоживания и температурные коэффициенты входят в основное уравнение (2.18) кинетики обезвоживания, учитывающее взаимосвязь процессов тепло- и массообмена, протекающими в продукте, и подводом к последнему тепла. Поэтому, подставляя значения скорости обезвоживания и температурных коэффициентов, определенных с помощью уравнений (3.4)- (3.8), в уравнение (2.18) найдем количество тепла, которое необходимо подвести к рыбе в данный момент времени с учетом тепло- и массообмена в ней.
В выражении Применение уравнений (3.9) - (3.11) в тепловых расчетах коптильных установок даст возможность увязать расход тепла, подводимого к рыбе с расходом тепла, необходимым для ее нагревания и обезвоживания.
Методика расчета процессов обезвоживания и нагрева рыбы включает в себя:- определение продолжительности обезвоживания рыбы заданного химического и размерного состава при заданных режимах тепловой обработки (температуры, относительной влажности и скорости циркуляции сушильного агента в камере);- определение конечной температуры продукта, соответствующей конечному влагосодержанию;- определение локальных расходов тепла на нагрев и обезвоживание рыбы в первый и второй период ее обработки.
Исходные данные для расчета:- col - начальная влажность рыбы в пересчете на сухое вещество, %;- col - конечная влажность рыбы в пересчете на сухое вещество, %;- S/m - удельная поверхность рыбы, кг/м (находят из таблиц , либо экспериментальным путем);,(p- соответственно, средние температура, С, и относительная влажность, %, в камере копчения;- v - скорость циркуляции теплоносителя, м/с.1 Для некоторых видов рыб удельная поверхность приведена в справочниках по технологии обработки рыбы. Для расчета продолжительности г, мин, процесса обезвоживания рыбы до текущей влажности сос, %, применяем уравнение (3.2).
Определяем первую сокі и вторую сок2С критические влажности рыбы, %, по формулам (2.5) и (2.6):где N— скорость обезвоживания в первый период, %/мин.
Скорость обезвоживания рыбы в первый период N, %/мин, определяем согласно уравнению (3.4) или (3.5), в зависимости от химического состава рыбы:- для «жирных» видов рыб: (предел применимости уравнения: о/=(180 - 300) %; S/m=(0,l90 - 0,340) м2/ кг; . =(30,25 - 52,5); v=(2 - 10) м/с);- для «тощих» видов рыб:применимости уравнения: а/=(300 - 500) %; S/m=(Q,\90 - 0,340) м2/ кг; Жесткость режима определяем по формуле (2.9)ПрОДОЛЖИТеЛЬНОСТЬ обеЗВОЖИВаНИЯ ДО ВТОрОЙ КрИТИЧеСКОЙ ТОЧКИ Тк2»мин, определяем по выражению (3.3)
После этого можно определить продолжительности достижения текучи щих влажностей по формуле (3.2) и построить по расчетным данным конкретную кривую обезвоживания рыбы сос =/(т) .
Влажность рыбы сос, %, в любой момент времени обезвоживания определяем из уравнения (3.12).
Исходные данные для расчета: -сок]С и сок2С - первая и вторая критические влажности рыбы, %;- ткі и тК2 - продолжительности обезвоживания до первой и второй критических#точек, соответственно, мин;-10-начальная температура рыбы, С.
Конечную температуру продукта (температуру в любой момент обезвоживания) можно с достаточной точностью определить из выражений (2.20) (2.22). С этой целью в уравнения (2.20) и (2.21) вместо первой текущей влажно сти подставляются соответственно значения первой критической о)к]С и второйкритической (оК2 влажностей, что в первом приближении будет соответствовать и критическим температурам fKl и 1к2. Уравнения (2.20) и (2.21) примут вид:Определив сначала /к1, затем tK2, определяем и конкретную температуру продукта, соответствующую конечному влагосодержанию из уравнения (2.22):
