Кинетика процессов обезвоживания и нагрева рыбы при обжаривании, полугорячем и горячем копчении
Автор: Похольченко В.А., Ершов А.М., Ершов М.А.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Процессы и аппараты пищевых производств
Статья в выпуске: 1 (59), 2014 года.
Бесплатный доступ
Разработаны расчетные методы построения кривых кинетики обезвоживания и нагрева рыбы для процессов обжаривания, полугорячего и горячего копчения. Предлагаемые методы расчета основываются на общих закономерностях тепло-массообмена данных процессов. На основе изучения закономерностей обезвоживания на кривых кинетики выявлены критические точки, характеризующие переход от удаления влаги с меньшей энергией ее связи с материалом к удалению таковой с большей энергией связи, а также влияние усадки продукта на скорость удаления влаги. Эти критические точки характерны и для температурных кривых. Предложено температурную кривую заменить ломаной линией, состоящей из трех прямых, пересекающихся в точках, соответствующих критическим влажностям и критическим температурам. Значительное количество опытного материала по исследованию закономерностей кинетики обезвоживания и нагрева рыбы при различных режимах авторами представлено в виде обобщенных зависимостей. Методика позволяет моделировать процессы нагрева и обезвоживания рыбы и на основе расчетных данных осуществлять выбор наиболее рациональных режимов.Предложенная методика дает возможность расчетным путем строить кривые кинетики нагрева и кинетики обезвоживания в процессах обжаривания, полугорячего и горячего копчения рыбы, что позволяет оптимизировать тот или иной процесс, проектировать более эффективные с точки зрения расхода сырья и энергии технологии, а также создавать более совершенные аппараты или модернизировать существующее оборудование с учетом взаимосвязи тепловых и массообменных процессов.
Кинетика нагрева и обезвоживания, обжаривание, полугорячее, горячее копчение, критические точки, методика расчета
Короткий адрес: https://sciup.org/14040204
IDR: 14040204 | УДК: 664.951.31
Kinetics processes of dehydration and heating fish during frying, during semihot and hot smoking
Calculated methods of graphing of curves for kinetics of dehydration and fish heating during the processes of frying, semi hot smoking and hot smoking have been developed. The offered methods of calculating are based on the basic regularities of heat and mass exchanges of these processes. Based on the research of the regularities of dehydration on the kinetic curves, critical points were identified, that characterize the transition from the moisture removal with lower energy of its bond with material to the removal of one with higher energy bond, also the influence of the product shrinkage on the velocity of the moisture removal. These points are characteristic for the temperature curves as well. It’s suggested for the temperature curve to be replaced by broken line that consists of three straight lines that are crossing in points, corresponded with the critical moistures and critical temperatures. Significant amount of the experimental material of the research of the kinetics of dehydration and fish heating under different modes is shown by authors in the form of generalized dependencies. The method allows modeling the processes of heating and dehydrating of fish and choosing the most rational modes based on the calculated data.The proposed technique makes it possible to construct the curves of the kinetics of heating and dehydration kinetics in processes of roasting, semi hot and hot smoked fish, which allows to optimize a particular process, design more efficient in terms of consumption of raw materials and energy technology, as well as to create better machines or upgrade existing equipment into account the relationship of heat and mass transfer processes.
Текст научной статьи Кинетика процессов обезвоживания и нагрева рыбы при обжаривании, полугорячем и горячем копчении
Экстрагирование - сложный массообменный процесс, издавна применяемый для извлечения ценных компон ентов из твёрдых пористых материалов с помощью растворителей. Сложность и скорость процесса в системе твёрдое тело-жидкость объясняется большим числом факторов, которые трудно поддаются обобщению и анализу. К числу таких факторов относятся, в частности, размер, форма частиц и вид слоя, который они образуют (подвижный, неподвижный, псевдоожиженный) [1].
Извлекаемый компонент может находиться в капиллярнопористом материале в жидком или твёрдом состоянии. Материал может быть инертным носителем целевого компонента либо взаимодействовать с ним, удерживать за счёт адсорбции, а также электрических или других сил. Растворитель может иметь различную избирательную способность по отношению к компонентам, содержащимся в твёрдой фазе. Наконец, структура капиллярнопористого материла (или упругой клеточной растительной ткани) оказывает различное сопротивление процессу извлечения. Кроме того, на механизм процесса экстрагирования оказывают влияние условия равновесия и кинетика. Если условия равновесия характеризуются достижением равенства концентрации извлекаемого компонента в растворе и концентрации насыщения, и зависят от физико-химических свойств растворителя и целевого компонента, а также от температуры и давления, то кинетика определяет закономерности скорости экстрагирования и, в итоге, производительность экстракционного оборудования.
Задача нашего исследования - предсказать темп снижения массосодержания твёрдой фазы и установить функциональную связь концентрации экстракта со временем.
Среди известных источников растительного белка традиционным продуктом считаются соя, а также белковые препараты на её основе. Они нашли широкое применение для получения различных пищевых продуктов. Однако некоторые химические компоненты сои являются ингибиторами ряда пищеварительных ферментов, таких как пепсин и химотрипсин. Углеводная фракция сои богата олигосахаридами, вызывающими кишечный метеоризм. Поэтому актуален вопрос о замене сои перспективной зернобобовой культурой - люпином, лишён-ной недостатков, присущих сое. Люпин - единственная альтернативная культура сое.
Объектом исследования являлся люпин - сырьё растительного происхождения, прошедший термообработку, в результате которой обеспечивается переход балластных некрахма листых полисахаридов в полезные высокопитательные вещества. Значительное содержание в люпине, в частности, белка (его массовая доля составляет 34,1...43,1 %), который по питательной ценности практически равнозначен соевому и значительно ниже по цене, открывает широкие возможности для использования люпина в различных отраслях пищевой промышленности, а также для кормовых целей.
Белок - это основа формирования жизни, биологического разума, просвещения и инноваций.
Привлекательность люпина для России обусловлена тем, что его можно выращивать без ограничений по почвенным и климатическим условиям.
Превалирующими фракциями углеводного комплекса являются сахароза, стахиоза, водорастворимые полисахариды, пектиновые вещества, целлюлоза и крахмал. Современные сорта люпина характеризуются минимальным содержанием алколоидов, что позволяет применять эти сорта в пищевой промышлен-ности. Семена люпина имеют богатый состав витаминов, содержат 11 минеральных веществ, полный набор аминокислот, включая все независимые. Так, значительная доля глютаминовой и аспарагиновой кислот позволяет улучшить качество молочных продуктов, поскольку именно эти аминокислоты - известные вкусообразователи.
В качестве экстрагента использовалась подсырная сыворотка, имеющая в своём составе до 6 % СВ (таблица 1).
Таблица 1
Состав и физико-химические свойства подсырной сыворотки (в обобщённом виде)
|
Наименование показателя |
Натуральная подсырная сыворотка |
|
Массовая доля сухих веществ, %, в том числе |
5,6...6,0 |
|
Массовая доля лактозы, % |
3,9 |
|
Массовая доля жира, % |
0,2 |
|
Массовая доля белковых веществ, % |
0,8 |
|
Массовая доля минеральных веществ, % |
0,7 |
|
Титруемая кислотность, оТ |
15 |
Перед экстрагированием люпину придавалась форма шара, цилиндра и пластины. Средний размер частиц крупки (шара) определялся ситовым способом [5], а также рассчитывался по формуле:
-101, dcp ∆ i
∑ di
где dcp - средний размер крупки, мм; Ai - ко личество фракций, %; di - размер частицы, мм.
Средние размеры частиц в форме цилин дра и пластины находились измерением с помощью микрометра и рассчитывались по формуле (1) для цилиндра (где dср - средний диаметр цилиндра) и по формуле (2) для пластины:
5 с р yA i ’
δi
где 5ср - средняя толщина пластины, мм; 51 - размер частицы, мм.
Средние размеры тел: шар dср = 1 мм; цилиндр dср = 1 мм; пластина 5ср = 1 мм.
Частицы с одинаковой геометрической формой и сыворотка загружались в экстрактор и содержимое перемешивалось. Массовая доля белков в люпине и подсырной сыворотке составляла соответственно 35,4 и 5,6 % СВ.
Через заданные промежутки времени отбирались пробы экстракта на анализ. Температура в экстракторе составляла 50 ° С.
Текущая концентрация экстрактивных веществ в твёрдой фазе (г/г, с последующим пересчётом в % сухого вещества) находилась, используя уравнение м а териального баланса
M m • ( C 0 - C ) = M ж • С„ (3) где M m , M ж - масса сухого сырья и экстрагента, г; C 0 - начальная концентрация экстрактивных веществ в твёрдой фазе, г/г; C - текущая концентрация экстрактивных веществ в твёрдой фазе, г/г; С 1 - текущая концентрация экстрактивных веществ в жидкой фазе, г/г.
Результаты экспериментов представ- лены рисунками 1-3 и таблицей 2 (при t = 50 0C).
Рисунок 1. Зависимость извлечения экстрактивных веществ из люпина от времени (экстрагент - подсырная сыворотка 5,6 % СВ): 1 - крупка;
2 - цилиндр; 3 - пластина
т, мин
Рисунок 2. Зависимость извлечения экстрактивных веществ из люпина от времени: 1 - крупка;
2 - цилиндр; 3 - пластина
т, мин
Рисунок 3. Зависимость концентрации экстрактивных веществ в люпине от времени (истощающее экстрагирование): 1 - крупка; 2 - цилиндр; 3 - пластина.
Как видно из рисунков 1 и 2 и таблицы 2, интенсивное извлечение экстрактивных веществ из сырья протекало в течение 900 с из открытых пор и капилляров, образовавшихся, по нашему мнению, дополнительно после механической обработки люпина для придания последнему заданной геометрической формы. Далее процесс протекал медленнее и по истечении 1800 с практически наступало равновесное состояние. Таким образом, после указанного времени дальнейшее экстрагирование было технологически нецелесообразным.
Т а б л и ц а 2
Максимальный выход экстрактивных веществ в зависимости от формы материала (экстрагент - подсырная сыворотка 5,6 % СВ)
|
№ п/п |
Вид сырья |
Время экстрагирования, мин |
Выход экстрактивных веществ СВ, % |
|
1 |
Крупка |
45 |
15,0 |
|
2 |
Цилиндр |
45 |
23,5 |
|
3 |
Пластина |
45 |
25,0 |
Результаты истощающего экстрагирования (рисунок 3) в совокупном рассмотрении с рисунками 1 и 2, а также таблицей 3 дают основание отдать предпочтение геометрической форме сырья в виде пластины.
Степень истощения твёрдой фазы E , pac-считанная по формуле:
E = CC 0 , (4)
приведена для всех форм частиц в таблице 3.
Т а б л и ц а 3
Степень истощения твердой фазы
|
Форма тела |
Время, мин |
|||||
|
5 |
10 |
15 |
30 |
45 |
60 |
|
|
шар |
85,8% |
71,7% |
60,4% |
23,7% |
7,1% |
5,6% |
|
цилиндр |
80,7% |
60,4% |
49,1% |
9,6% |
5,6% |
5,6% |
|
пластина |
75,1% |
49,1% |
23,7% |
1,4% |
1,4% |
1,4% |
В то же время другие геометрические формы не отрицаются, поскольку форма крупки, например, более технологична в изготовлении.
Полученный молочно-растительный экстракт вследствие своего богатого химического состава может быть использован в технологии функциональных продуктов питания.
Продолжением данной работы является определение коэффициентов молекулярной диффузии, построение математических моделей с использованием полученных экстракционных зависимостей, а также программное обеспечение процесса. Этот материал, при его совокупном
