Оптимизация технологических процессов на основе

Инженерной реологии

Качество готовых продуктов зависит от качества выполнения технологических операций и состава сырья. Под качеством выполнения технологических процессов понимается выполнение отдельных технологических способов обработки сырья при оптимальных режимных параметрах.

На качество готовой продукции существенное влияние оказывают режимные параметры технологической и машинной обработки сырья на стадиях производства. Определение оптимальных режимных параметров возможно путем использования универсальных реологических приборов при выполнении технологических операций.

Применение универсальных приборов для определения оптимальных режимов обработки рассмотрим на примере приготовления фарша, как одного из основных технологических процессов механической обработки - процессе измельчения мяса. Степень обработки фарша определяет глубину его технологической обработки и влияет на форму связей влаги, изменяя структурно-механические свойства.

В.Д. Косой и др. определили возможность применения приборов для определения оптимальных режимов куттерования. В качестве объекта изучения был выбран фарш для русских сосисок с использованием 50 % говядины первого сорта и 50 % жирной свинины с добавлением определенного количества воды и льда. Приготовление фарша проводили на куттере емкостью чаши 50 л. В процессе измельчения отбирали пробы фарша для определения реологических характеристик. Из каждой пробы с заданной продолжительностью измельчения по существующей технологии приготовляли сосиски, устанавливали потери массы в процессе термообработки, охлаждения и хранения с целью расчета выхода. Комплекс структурно-механических характеристик фар-ша и готовых колбасных изделий определяли соответственно на универсальных приборах: ротоционном вискозиметре и ПМ-3 (конструкции А.С. Боль-шакова) при различной продолжительности измельчения. Результаты исследований графически представлены на рис. 6.2.

Из рис. 6.2 видно, что при куттеровании фарша в подготовительном (начальном) периоде до = 5 мин (начало формирования структуры фарша), когда частицы имеют размер, немного меньше начального, добавленная влага образует толстые прослойки, облегчающие деформацию: величины предельного напряжения сдвига (, Па) и темпа () разрушения структуры (кривые 3, 4) уменьшаются, потери массы при термообработке этих проб фарша велики, готовый продукт получается сухим, жестким. При разрушении образца в рабочем органе прибора работа смятия (А _см, Дж/м²) и среза (А _ср, Дж/м²) возрастет (кривые 6, 7). При дальнейшем увеличении продолжительности куттерования (первый период) частицы интенсивно измельчаются, их общая поверхность увеличивается, влага из свободной переходит в поверхностно-связанную. В этот период фарш упрочняется, величины предельного напряжения сдвига и темпа разрушения структуры возрастают и достигают максимального значения, пластическая (, Па·с) и эффективная (В, Па·с) вязкость при скорости 1м/с (кривые 1,2), а также потери массы при термообработке снижаются до минимальных значений. Образование первичной структуры фарша заканчивается при = 14 мин, при этом предельное напряжение среза готового продукта (, Па) достигает наибольшего значения (кривая 5), что характеризует увеличение количества связанной влаги, а работа смятия и среза (кривые 6, 7) - минимального значения. Во второй период куттерования (перекуттерования) по прошествии 14 мин происходит некоторое «размолачивание» мышечных волокон мяса, температура продукта продолжает повышаться, увеличивается число мельчайших частиц, происходит аэрирование массы и эмульгирование жира, что ведет к вторичному структурообразованию. В этот период куттерования предельное напряжение сдвига и темп разрушения структуры снижаются, а пластическая и эффективная вязкости увеличиваются. При этом предельное напряжение среза готового продукта и сдвига фарша убывают, что свидетельствует об уменьшении количества связанной влаги. Продукт, изготовленный из перекуттерованного фарша, становится жестким и сухим, вследствие чего работы смятия и среза возрастают.

Из рис. 6.2 видно, что экстремальные значения структурно-механичес-ких характеристик фарша и готовых изделий соответствуют одному и тому же значению продолжительности измельчения - 14 мин. Такая продолжитель-ность куттерования является оптимальной. Несмотря на то, что структура фарша при нагревании из коагуляционной переходит в конденсационно-крис-таллизационную, прочность ее, как видно из экспериментальных данных, обусловлена прочностью сырого фарша и способностью денатурированных белков удерживать воду (чем больше в продукте слабосвязанной влаги, тем более рыхлым оказывается готовый продукт).

Поскольку цель куттерования - получение фарша с прочной структурой и наибольшей водосвязывающей способностью, основной характеристикой из всего комплекса сдвиговых свойств является предельное напряжение сдвига, а не пластическая или эффективная вязкость. Предельное напряжение среза характеризует прочность структуры готового продукта, которая зависит от качества измельчения мышечной, соединительной и жировой тканей, а также влагосодержания продукта. Предельное напряжение среза легко определять по диаграмме, и оно может служить объективной характеристикой качества готового продукта в производственных условиях. Работа смятия характеризует деформируемость и упругость продукта, по ней можно судить об интенсивности отделения влаги из продукта при сжатии. Работа среза позволяет судить о количестве слабосвязанной влаги в готовом продукте, качестве измельчения мяса и соединительной ткани.

Рис. 6.2 Зависимость структурно-механических свойств колбасного фарша

и готовых колбасных изделий из него от продолжительности измельчения:

1 - пластическая вязкость; 2 - эффективная вязкость; 3 - темп разрушения структуры;

4 - предельное напряжение сдвига; 5 - предельное напряжение среза;

6, 7 - соответственно работа смятия и среза

Используя установленную взаимосвязь механических характеристик готовых колбасных изделий с продолжительностью измельчения, влагосодержанием сырого фарша и его структурно-механическими свойствами, можно изменять свойства фарша в соответствии с требованиями, предъявляемыми к готовым изделиям. В конечном счете, изменяя структурно-механические свойства фарша на основе объективных критериев их оценки, можно добиться получения продукта заданного качества.

Таким образом, универсальные приборы позволяют получить комплекс реологических характеристик, необходимых не только для создания научно обоснованных методик расчета машин и аппаратов с учетом особенностей обрабатываемого продукта, но и для определения и теоретического обоснования рациональных и оптимальных режимов технологической обработки, например, колбасных изделий.