Удосконалення процесу швидкого заморожування ягід в потоці газу: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

Abstract

Дисертацію присвячено удосконаленню процесу швидкого заморожування ягід в пото- ці газу шляхом доробки розрахункової моделі, обладнання для швидкого заморожування та визначення технологічних режимів, що забезпечують якнайповніше збереження початкових властивостей продукту і зниження енерговитрат. Запропоновані фізична і математична моделі заморожування ягоди з урахуванням тем- пературної залежності теплофізичних характеристик, впливу дифузії розчинених речовин на процес заморожування, зміни температури початку кристалізації рідкої фази тканинного со- ку при заморожуванні. Для експериментального дослідження процесу заморожування ягід в газовому середовищі була розроблена холодна аеродинамічна труба та швидкоморозильний тунельний апарат, для якого визначені раціональні режими заморожування ягід чорної смо- родини, малини та вишні. Чисельні дослідження проводилися за допомогою розробленої моделі та CFD- моделювання. Розраховувалися поля температур в ягоді і газовому середовищі, а також поля швидкостей в промисловій холодильній камері з різними варіантами геометрії та кількістю лотків з продукцією. Приведені дані по практичному впровадженню результатів дослідження. Диссертация посвящена совершенствованию процесса быстрого замораживания ягод в потоке газа путем доработки расчетной модели, оборудования для быстрого замораживания и определения технологических режимов, которые обеспечивают наиболее полное сохране ние исходных свойств продукта и снижение энергозатрат. Проведенный анализ литературы показал, что быстрое замораживание в потоке газа, как лучший способ консервирования пищевых продуктов, позволяет максимально сохранить витаминный состав, вкусовые и питательные свойства, внешний вид исходного сырья. При менение здесь криогенных азотных технологий позволяет обеспечить не только снижение температуры и рост скорости замораживания, но и замедлить окислительные и ферментатив ные процессы. Для повышения эффективности установок необходимо максимально исполь зовать хладоресурс азота, что требует достоверных данных о поле скорости и температуры потока газа в установках. Предложены физическая и математическая модели замораживания ягоды с учетом температурной зависимости теплофизических характеристик, влияния диффузии растворен ных веществ на процесс замораживания, изменения температуры начала кристаллизации жидкой фазы тканевого сока при замораживании. Проведена апробация модели и многова риантные расчеты режимов замораживания ягод. Для экспериментального исследования процесса замораживания ягод в газовой среде была разработана холодная аэродинамическая труба. Проведены эксперименты, выполнена идентификация показаний термопары в ядре ягоды при быстром замораживании и произве ден учет наличия термопары в толще продукта при его замораживании. Для исследования процессов замораживания ягод в лотках был разработан и изготовлен скороморозильный туннельный аппарат. Для ягод черной смородины, малины и вишни определены технологические режимы, обеспечивающие наиболее полное сохранение исход ных свойств продукта и снижение энергозатрат. Разработана схема утилизации хладоресурса азота. Экспериментальные и численные исследования, проведенные с помощью разработанной модели, дополнены CFD-моделированием. Рассчитывались поля температуры и коэффициента эффективной теплопроводности в ягоде при ее замораживании, поле температур в скороморозильном туннельном аппарате, поле скорости в промышленной холодильной камере с разными вариантами геометрии и количеством лотков с продукцией. Приведены данные по практическому внедрению результатов исследования. Рассчитаны основные экономико-эксплуатационные показатели скороморозильного туннельного аппарата. Представлены схема технологической линии и требования к технологическим регла ментам замораживания черной смородины, малины и вишни. Разработаны изотермические камеры для хранения замороженных продуктов. Подготовлены рекомендации по конструктивной доработке промышленной холодильной камеры. Разработан криогенный программный замораживатель, используемый для замораживания жидких и твердых пищевых продуктов. Результаты диссертационной работы подтверждены актами внедрения. Dissertation is devoted the improvement of process fast freezing of berries in the gas stream by the revision of calculation model, equipment for fast freezing and determination of the techno- logical modes which provide the most complete preservation of initial properties product and power inputs reduction. The presence of tissue juices, temperature dependence of thermo physical properties, influ- ence of diffusion permeates on the process of freezing, change of temperature beginning crystalliza- tion liquid phase of tissue juice at freezing, influence of super cooling berry to beginning of crystal- lization were took into consideration in the physical and mathematical models of freezing berry. The cold wind-channel and fast freezing tunnel were developed for experimental research of pro- cess freezing berries in a gas medium. Numeral researches were conducted by the developed model and by CFD calculations. The temperature fields in the berry and gas medium and the velocity field in industrial refrigeration chamber for different variants of the geometry and product trays amount were calculated. Practical introduction research results data were presented.