Підвищення ефективності процесів та обладнання для теплової обробки харчових продуктів ІЧ-випромінюванням: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

Abstract

Дисертацію присвячено розробці та реалізації напрямків проектування високоефективних енерго- та ресурсозберігаючих процесів та обладнання для теплової обробки харчових продуктів ІЧ-випромінюванням. Визначено вплив зміни відносної вологості пароповітряного середовища та оптичних властивостей харчових продуктів, зокрема багатокомпонентних, на ефективність використання променистої енергії, скорочення тривалості теплової обробки, зменшення втрат маси. Теоретично та експериментально встановлено ступінь інтенсифікації теплової обробки харчових продуктів ІЧ-випромінюванням певного діапазону довжин хвиль (λ=2,7 мкм) при їх розміщенні в пароповітряному середовищі з відносною вологістю φ=20…30 %. Тривалість теплової обробки біфштексів січених скорочується на 19,4…27,8 %; втрати маси зменшуються на 4…5 %. Розроблено комбінований спосіб теплової обробки харчових продуктів, яким передбачено етап нагрівання ІЧ-випромінюванням у пароповітряному середовищі та технологічний процес виробництва м’ясорослинних січених виробів “Санаторні”, реалізація яких дозволяє знизити матеріальні та енергетичні витрати і досягти високої якості готової кулінарної продукції. Для реалізації комбінованого способу розроблено комбінований апарат для теплової обробки КАТОХП-0,02, який відрізняється багатофункціональним призначенням. Оцінено економічну ефективність наукових розробок і здійснено комплекс заходів із їх упровадження у виробництво шляхом розробки та затвердження нормативної та проектної документації, апробації на наукових конференціях, виробничих підприємствах та виставках-ярмарках.

Диссертация посвящена разработке и реализации направлений проектирования высокоэффективных енерго- и ресурсосберегающих процессов и оборудования для тепловой обработки пищевых продуктов ИК-излучением. Вследствие отсутствия собственных дешевых источников тепла в Украине довольно существенной является энергетическая проблема, решение которой возможно за счет усовершенствования технологических процессов и оборудования с учетом передовых научно-технических достижений. Поэтому актуальной задачей во всех областях промышленности, в частности пищевой является енерго- и ресурсосбережение. Большой энергоемкостью отличаются процессы тепловой обработки пищевых продуктов. К числу перспективных методов тепловой обработки относится ИК-нагрев, преимущества которого можно использовать при разработке высокоэффективных енерго- и ресурсосберегающих комбинированных процессов и оборудования для их реализации. Установлено, что значительное влияние на эффективность использования лучистой энергии имеют состав газовой среды и оптические свойства пищевых продуктов, в частности, многокомпонентных. Анализ технологических процессов производства кулинарных изделий и используемых для их тепловой обработки ИК-аппаратов позволил определить направления интенсификации процесса ИК-нагрева с учетом закономерностей газового излучения и оптических свойств пищевых продуктов. Теоретически и экспериментально установлена степень интенсификации тепловой обработки пищевых продуктов ИК-излучением конкретного диапазона волн (λ=2,7 мкм) при их размещении в паровоздушной среде с относительной влажностью φ=20…30 %, что обусловлено повышением температуры рабочей среды и плотности удельного теплового потока. Продолжительность тепловой обработки ИК-излучением бифштексов рубленых сокращается на 19,4…27,8 %, потери массы уменьшаются на 4…5 %. Разработано два варианта комбинированного способа тепловой обработки пищевых продуктов, которым предусмотрен этап нагревания ИК излучением в паровоздушной среде, и использование энергии дополнительного теплоносителя для нагревания внутренних слоев. Сокращается общая продолжительность тепловой обработки, в частности бифштексов рубленых на 16,7 %, а потери массы снижаются на 3,8 %. Интенсификация тепловой обработки тушек курицы на вертеле по первому варианту комбинированного способа составляет 15,6 %, второго – 26,7 %. Потери массы снижаются на 2,8 и 3,8%, соответственно. С целью повышения адсорбционных свойств котлетного фарша разработан процесс приготовления растительного наполнителя из сушеной люцерны (РНСЛ), который предусматривает выдержку люцерны в 3 % растворе уксусной кислоты на протяжении 2,5…3,0 час, высушивание до влагосодержания 15…20 % и измельчение до состояния травяной муки. Изучены его адсорбционные свойства в водожировой эмульсии: в температурном интервале 80…100 ºС изменения массы составляют 360…390 %, влагосодержания 250…270 %, а жиросодержания – 110…120 %. Экспериментально установлено, что введение в состав котлетного фарша РНСЛ способствует повышению показателей оптической пропускательной способности и коефициента теплопроводности. Это позволяет интенсифицировать процесс на 21…23 % и снизить потери массы готовыми изделиями на 3,1…3,5 %. Разработан технологический процесс производства мясорастительных рубленных изделий “Санаторные”, отличающийся наличием операций по приготовлению РНСЛ и введения его в рецептуру котлетного фарша. Отмечено уменьшение объема изделий, имеющими в составе РНСЛ лиш на 2 %, что на 11 % меньше ставнительно с контрольними изделиями. По структурно-механическим свойствам предложенный фарш приближается к традиционным, а готовые изделия имеют более нежную консистенцию. Изделия имеют в составе больше азотсодержащих веществ, клетчатки и β-каротина. На основе проведенных компъютерных и экспериментальных исследований определено, что с целью повышения эффективности использования энергии ИК-нагревателей целесообразно в ИК-аппарате рабочую камеру выполнить в форме горизонтального цилиндра, внутренние стенки которого будут выполнять функцию отражателей лучистой энергии. Четыре трубчатых ИК-нагревателя необходимо разместить продольно оси цилиндра с угловым шагом 90°, и каждый на расстоянии от оси в 0,7 единиц, что дает возможность фокусирования на их поверхности отраженных лучей от соседних нагревателей. Разработан комбинированный аппарат для тепловой обработки пищевых продуктов КАТОХП-0,02, который отличается многофункциональным назначением и более высокими значениями технико-экономических показателей, и дает возможность проводить тепловую обработку ИК-излучением в воздушной среде а также комбинированным способом. Общая продолжительность тепловой обработки для мясных изделий сокращается в среднем на 6,7...23,3 %, овощных на 10,0...26,6 %, 20 хлебобулочных на 9,3...9,5 %, потери массы снижаются, соответственно, на 2,3...4,1 %, 1,9...4,3 % та 0,4...0,5 %. Экономическая эффективность (в ценах на 01.01.2002 р.) на 100 кг готовой продукции составляет от внедрения процесса производства мясорастительных рбленных изделий “Cанаторные” – 42,5 грн за счет изменения себестоимости в результате уменьшения расхода сырья и электроэнергии, от внедрения комбинированного способа в аппарате КАТОХП-0,02 – 3,0…5,1 грн (за счет економии электроэнергии). Осуществлен комплекс мероприятий по внедрению научных разработок в производство путем разработки и утверждения нормативной документации на мясорастительные рубленные изделия “Санаторные” и проектной документации на аппарат КАТОХП-0,02, апробации на научных конференциях и производственных предприятиях г.г. Харькова и Коктебеля, выставках-ярмарках.

The thesis is devoted to development and realization of new directions in projecting highly effective energy- and resource-saving processes and equipment for heat processing of foot products by IR-radiation. The influence of changes in relative humidity of steamy-aerial environment and optical properties, in particular, multi-component ones, on the efficiency of radiation energy, shortening of heat processing duration, reduction of mass losses is estimated. The level of intensification of heat processing of foot products by IR-radiation of the peculiar diapason of waves length (λ=2,7 mcm) during their placing in a steamy-aerial environment with relative humidity φ=20…30 per cent, is theoretically and experimentally determined. Duration of heat processing of chopped beefsteaks reduces on 19,4…27,8 losses in mass decrease on 4…5 per cent. The combined method of heat processing of foot products, which presupposes the stage of heating by IR-radiation in steamy-aerial environment and technological process of producing meat and plant chopped products “Sanatorni”, the sales of which allows to decrease material and energy losses and achieve wish quality of ready culinary production, is developed. For the realization of the this method a combined apparatus for heat processing КАТОХП-0,02 has been elaborated. It is characterized by its multifunctional, economic efficiency of scientific elaborations is estimated and a complex of measures for their inculcation into production is taken, through the development and approbation at the scientific conferences, industrial enterprises and trade fairs.