Технология копчения колбасы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Обзор научно-технической и патентной литературы

2. Теоретические основы процесса копчения

2.1 Физико-математическая модель

3. Принцип работы коптильной камеры

3.1 Материальный баланс

3.2 Тепловой баланс

4. Технологическая линия производства мясных изделий

Заключение

Введение

Мясная промышленность является одной из крупнейших отраслей пищевой промышленности, она призвана обеспечивать население страны пищевыми продуктами, являющимися основным источником белков. Мясные товары являются агропродовольственными продуктами животного происхождения. Известно, что для нормальной жизнедеятельности организма человека в питании его должны содержаться наборы незаменимых аминокислот, большую часть которых поставляют мясные продукты.

Копченые колбасы обладают неповторимыми вкусовыми достоинствами, имеют длительный срок хранения, что делает их несравненно привлекательными для домохозяек, как в качестве готового изделия, так и элемента многочисленных кулинарных рецептов.

Под копчением подразумевают пропитывание продуктов коптильными веществами, получаемыми в виде коптильного дыма в результате неполного сгорания дерева. Технологические свойства коптильного дыма зависят от степени насыщения ароматизирующими веществами, содержащимися преимущественно в фенольной фракции [1].

Копчение следует рассматривать как комплекс взаимосвязанных процессов: собственно копчение, обезвоживание, биохимические изменения и структурообразование. В процессе собственно копчения накапливаются и перераспределяются коптильные вещества в продукте. Характер взаимодействия продукта с коптильными веществами определяется наличием реакционно-способных функциональных групп в молекулах азотистых и других составных частей мясопродуктов и высокой химической активностью некоторых компонентов дыма. Взаимодействие составных частей дыма с аминными и сульфгидрильными группами молекул наиболее важных составных частей мяса - белковых веществ и экстрактивных азотистых веществ - приводит к уменьшению числа свободных, а минных и сульфгидрильных групп. Уменьшение их числа является результатом взаимодействия коптильных веществ, как с низкомолекулярными азотистыми веществами, так и с белковыми веществами мяса [3].

Целью выпускной работы является анализ конструктивного оформления стадии копчения мясных изделий.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) провести обзор научно-технической и патентной литературы;

2) изучить теоретические основы процесса копчения, физическую и математическую модель;

3) рассмотреть принцип работы коптильной камеры;

4) рассчитать материальный и тепловой балансы процесса копчения;

5) проанализировать технологическую линию производства мясных изделий.

мясной коптильный посол технологический

1. Обзор научно-технической и патентной литературы

Копчение мяса - обработка мясопродуктов пропитыванием коптильными веществами, получаемыми в виде коптильного дыма в результате неполного сгорания древесины. Продукт при копчении претерпевает изменения, связанные не только с воздействием коптильных веществ, но и с температурным режимом и продолительностью обработки. Мясопродукты коптят при разном режиме: 18…20°С (запекание в дыму). Для получения дыма используют следующие породы древесины (в порядке убывающей технологической ценности): бук, дуб, береза, тополь, ольха, осина [8].

В процессе обработки горячим дымом вареные колбасы, сосиски, сардельки, полукопченые колбасы претерпевают ряд весьма важных биотехнологических изменений. Прогрев фарша до 40…45°С в центре способствует приобретению им по всей толщине розовато-красноватой окраски, поверхность колбасных приобретает красный с коричневым оттенком цвет. Оболочка изделий приобретает прочность, запах копчености и теряет специфический запах. Копчение холодным дымом используют при изготовлении сырокопченых изделий из мяса с целью придания им особых вкусовых качеств и способности противостоять окислительной и микробиологической порче при длительном хранении. В зависимости от температуры тепловой обработки различают горячее и холодное копчение. В последнее время чаще используются новые способы копчения - копчение в электрическом поле высокого напряжения (электрокопчение) и бездымное копчение с использованием коптильных препаратов (дымового масла, коптильной жидкости и др.) [15].

Копчение рассматривается как спосбо обработки продуктов, при котором органолептические показатели изделий и их стойкость к окислительной и бактериальной порче в значительной степени зависят от химического состава коптильной дыма, содержащихся в продуктах по окончании обработки их дымом или коптильными продуктами [9].

Малая автокоптилка АМ-360 (рисунок 1) состоит из многоэтажной вертикальной кирпичной или железобетонной шахты размерами 2,52x3,2м. Полезная нагрузка автокоптилки 12420 кг. В верхней части автокоптилки располагается привод, который осуществляется от электродвигателя мощностью 5,5 кВт через чер-вячный редуктор 3 и цепную передачу. Через цепную передачу вращение передается на червячный редуктор 1.

1, 4 - червячный редуктор; 2 - электродвигатель; 3 - цепная передача;

4 - приводные звездочки; 6 - натяжные станции группового типа;

7,8 - звездочки; 9 - траверся люлечного типа; 10 - пластинчато-шарнирные цепи

Рисунок 1 - Автокоптилка малая АМ-360

На вал червячного колеса этих редукторов насажены приводные звездочки 5, на которые навешиваются две бесконечные пластинчато-шариковые цепи, движущиеся вертикально. Цепи соединены между собой траверсами люлечного типа, подвешенными на шарнирах так, что они все время сохраняют горизонтальное положение. Скорость движения цепи 0,016 м/с. Шаг между траверсами 900 мм. Цепи автокоптилки натягиваются двумя натяжными станциями грузового типа. Они состоят из оси, вращающейся в двух подшипниках скольжения, которые смонтированы в ползунах, и двух звездочках 7 и 8. Одна фиксируется шпонкой, а другая насажена по скользящей посадке.

В целях предотвращения аварии транспортного механизма предусмотрено специальное автоматическое устройство, которое выключает электродвигатель привода с одновременной световой и звуковой сигнализациями, срабатывающими при остановке одной из ветвей конвейера [18].

В нижней части здания шахты расположена топка. От нее дымовоздушная смесь свободно поднимается по всей шахте, равномерно воздействуя на продукт, вывешенный на траверсе. В верхней части автокоптилки располагается дымовая камера, потолок которой снабжен шиберами для регулирования потока дымовоздушной смеси [10].

Автокоптилку загружают и выгружают при движущейся цепи после предварительного прогрева шахты. Загрузочные и разгрузочные двери устанавливают в соответствии с расположением технологических отделений. Масса автокоптилки составляет 6300 кг.

Коптильная установка типа АФОС (рисунок 2) предназначена для копчения мясопродуктов, птицы и рыбы. Основными элементами установки являются коптильная камера с циркуляционным 5 и вытяжным вентиляторами, теплообменники (основной 4 и дополнительный 10), дымоводы 2 и 6, воздуховоды, приборы контроля и управления 3. Установка может быть с одной, двумя и четырьмя одностворчатыми дверьми. Коптильная камера содержит входную 8 и выходную 11 дымораспределительные решетки. В зависимости от вида продукт на рамах подвешивают или нанизывают на шомполы и устанавливают на тележках 9. Число тележек соответствует числу дверей в камере. Все основные элементы установки изготовлены из нержавеющей стали [30].

1 - дамогенератор; 2, 6 - дымоводы; 3 - прибор контроля и управления;

4 - основной теплообменник; 5 - коптильная камера с циркуляционным и вытяжным вентилятором; 7,12 - шиберы; 8 - входная дымораспределительная решетка; 9 - тележка; 10 - дополнительный теплообменник; 11 - выходная дымораспределительная решетка

Рисунок 2- Коптильная установка АФОС

Заданная температура циркулирующей в установке дымовоздушной смеси поддерживается с помощью основного теплообменника в верхней части установки, а при необходимости и дополнительного теплообменника, расположенного в средней части коптильной камеры. Теплообменники могут нагреваться паром, электронагревателями, а также горячей водой температурой 75 °С (только для холодного копчения). Расход пара при давлении 0,02 МПа в зависимости от модели установки составляет 32,4... 288 кг/ч. Объем подаваемой в коптильную камеру дымовоздушной смеси, а также ее влажность регулируются открытием и закрытием шиберов 7 и 12, расположенных в воздуховодах. Температура, влажность и расход дымовоздушной смеси контролируются автоматически. Потребляемая мощность таких установок составляет от 29 до 187 кВт. Число дымогенераторов 1 в установке (от одного до двух) зависит от ее производительности. Для поддержания температуры топлива ниже температуры самовозгорания, а также охлаждения дыма перед подачей его в коптильную камеру дымогенератор дополнительно оборудован охладителем, который охлаждается циркулирующей холодной водой и расположен над колосниковой решеткой [28].

Термокамера К7-ФТВ (рисунок 3) представляет собой тупиковую камеру, в которой на монорельсе размещаются три клети с обрабатываемым продуктом. Режимы обработки осуществляются последовательно после загрузки камеры. В процессе копчения дым поступает в вентиляционную систему и нижнюю часть камеры [37].

1 - тупиковая камера; 2 - клетки; 3 - центробежный вентилятор;

4 - паровой калорифер; 5 - вентиляционная система

Рисунок 3 - Термокамера К7-ФТВ

Таблица 1 - Техническая характеристика термокамеры К7-ФТВ

Мощность электропривода, кВт	8,82
Расход пара, кг/ч	190
Габаритные размеры, мм	4300х1740х4010
Масса, кг	4500

Теромагрегат для обработки колбасных изделий (рисунок 4) представляет собой теплоизолированный туннель 1, условно разделенный на три зоны (подсушка, обжарка и варка). Тепловую обработку колбасных изделий проводят в термоагрегате при непрерывном движении их в потоках пародымовоздушной среды. Колбасные изделия навешены на рамы, которые перемещаются по подвесному пути внутри термоагрегата с помощью цепного конвейера. Привод конвейера осуществляется от электродвигателя и редуктора с вариатором скоростей. Сверху термоагрегата на каждой из трех зон смонтированы вентиляторно-калориферные установки для подачи горячего воздуха в зоны обработки. Горячий воздух направляется с помощью распределительных коробов, расположенных над и под рамами. Дым поступает в термоагрегат от дымогенератора. Для загрузки и выгрузки рам термоагрегат на входе и выходе снабжен двустворчатыми дверями 2 и 3. Для контроля за перемещением рам ходом процесса на боковой стенке туннеля расположены смотровые окна [36].

Термоагрегаты применяются на крупных мясоперерабатывающих заводах и поэтому не имеют широкого распространения в мясной промышленности. Из отечественных термоагрегатов используют рамные термоагрегаты ТАР-9 и ТАР-10.

1 - теплоизолированный туннель; 2,3 - двустворчатые двери

Рисунок 4 - Термоагрегат для обработки колбасных изделий

Таблица 2 - Техническая характеристика термоагрегатов

	ТАР-9	ТАР-10
Производительность по выработке, кг/ч
колбасы	-	720
сосисок	500	-
Температура греющей среды в зоне, °С
подсушки	50…85	80…100
обжарки	75…95	90…100
варки	80…90	95…102
Относительная влажность серды в зоне, %
подсушки	15…20	15…20
обжарки	12…20	12
варки	29…50	25…30
Продолжительность термообработки в зоне, мин
подсушки	16,5…133	7…64
обжарки	14…144	12…106
варки	16,5…133	14…118
Давление греющего пара, МПа	0,3	0,3
Установленная мощность электродвигателей, кВт	9,4	13,6
Число рам, шт	9	10
Скорость движения цепи конвейера, м/мин	0,029…0,233	0,047…0,4
Продолжительность прохождения рамы через термоагрегат, мин	380…47,2	288…32,9
Габаритные размеры, мм	11000х2500х х4150	15190х2415х х4327
Масса, кг	12783	16100

Термоагрегат Д9-ФД2Г (рисунок 5) предназначен для выработки промышленного дыма, применяемого для холодного и горячего копчения всех видов мясных продуктов. Дымогенератор представлет собой двухсекционный аппарат прямоугольной формы, выполненный в виде двух камер сгорания опилок и очистки дыма [12].

Камера сгорания - это цилиндр, внутри которого на опорном кольце 5 смонтирована колосниковая решетка 6. На нее укладывают два трубчатых электронагревателя 7 для розжига опилок.

Колосниковые решетки очищаются от золы гребенкой 4, вращающейся вокруг совей оси. Под камерой сгорания установлен ящик для сбора золы 2. Зола выгружается в ящик механически с помощью лопатки 3. Над комерой сгорания смонтирован бункер 11 для загрузки опилок. Во избежание зависания опилок на стенках бункера и для их рыхления смонтирован ворошитель 12, приводимый в движение от электродвигателя 14 и редуктора 13, расположенных на крышке бункера. Количество опилок, подаваемых колосниковую решетку, регулируется дозатором 9 с помощью маховика 21. При вращении мешалки 8 опилки распределяются равномерно. Для гашения пламени в случае воспламенения опилок в верхней части камеры сгорания над колосниковой решеткой смонтирован ороситель 10.

Камера очистки дыма имеет прямоугольную форму. В ней на опорной раме установлена корзина 17 с полуфарфоровыми кольцами, выполняющими роль фильтров для очистки дыма от канцерогенных и смолистых веществ, дегтя и золы. Для дополнительной очистки дыма перед камерой очистки создается водяная завеса с помощью трубы с отверстиями 18. Для вытяжки дыма над камерой очистки смонтирован вентилятор 16, приводимый в движение от электродвигателя 15 [29]. На наружной поверхности дымогенератора имеются дверца 1, патрубок для выхода дыма 24, водопровод 26, исполнительный механизм 19 и коробка ввода 20. За работой дымогенератора наблюдают через смотровое окно, расположенное на дверце.

На водопроводной системе смонтированы электромагнитный клапан 23 для подачи воды в систему и вентиль 27 для подачи пара. Исполнительный механизм служит для пропорциональной подачи воздуха в топочное пространство, что обеспечивает равномерное горение. На выходном патрубке установлен электроконтактный термометр 25, в камере сгорания - термореле 22 для контроля и регулирования температуры дыма.

В основание дымогенератора вмонтирован патрубок с краном для слива воды. Во избежание попадания воды в камеру сгорания во время промывки колец в наружную поверхность дымогенератора вварен переливной патрубок с вентилем 28.

Дым получают в результате сгорания опилок в топке и очистки его при прохождении через фильтр [31].

1 - дверца; 2 - ящик; 3 - лопатка; 4 - гребенка; 5 - опорное кольцо; 6 - колосниковая решетка; 7 - трубчатый электронагреватель; 8 - мешалка; 9 - дозатор; 10 - ороситель; 11 - бункер; 12 - ворошитель; 13 - редуктор; 14,15 - электродвигатель; 16 - вентилятор; 17 - корзина; 18 - труба с отверстиями; 19 - исполнительный механизм; 20 - коробка ввода; 21 - маховик; 22 - термореле; 23 - электромагнитный клапан; 24 - патрубок; 25 - электроконтактный термометр; 26 - водопровод; 27,28 - вентиль

Рисунок 5 - Дымогенератор Д9-ФД2Г

Таблица 3 - Техническая характеристика дымогенератора Д9-ФД2Г

Производительность, м3/ч	515
Время начала загорания опилок с момента включения электронагревателей, мин	4…6
Температура дыма на выходе из дымогенератора, °С	30…60
Расход древесных опилок в зависимости от температурного режима, кг/ч	13…23
Частота вращения, с-1
ворошителя	0,1
вентилятора	1500
Расход воды, м3/ч	0,01
Вместимость бункера, м3	0,14
Установленная мощность, кВт	3,31
Габаритные размеры, мм	1260х850х1570
Масса, кг	650

Модернизации коптильных камер посвящено множество разработок и исследований.

В патенте [7] рассматривается дымогенератор, который относится к изобретениям пищевой промышленности. Устройство содержит корпус, прижимной механизм, источник дыма и фрикционный барабан. Изобретение позволяет обеспечить повышение производительности и улучшение качества дыма. Дымогенератор работает следующим образом: источник дыма 12 устанавливается на пластине 10 в деревянных шкантах 11. Фрикционный барабан 13 прижимается к источнику дыма 12 с помощью прижимного механизма 14. Фрикционный барабан 13, установленный на валу, соединенным с источником энергии (не показан), приводится в движение при его включении.

1 - корпус; 2 - станина; 3 - паз; 4 - ползун; 5 - кулиса; 6 - прямолинейный паз; 7 - ползун кулисы; 8 - кривошип; 9 - серьга; 10 - пластина; 11 - деревянные шканты; 12 - крепления; 13 - фрикционный барабан; 14 - прижимной механизм; 15 - вентилятор; 16 - наклонная пластина; 17 - патрубок для удаления золы; 18 - патрубок для подачи воздуха; 19 - патрубок для отвода дыма

Рисунок 6 - Схема дымогенератора

Одновременно приводится в движение кривошип 8, соединенный с источником энергии через вариатор (не показан). Вместе с кривошипом 8 движется закрепленный на нем ползун кулисы 7, скользящий в продольном прямолинейном пазу 6, прорезанном в кулисе 5, которая одним концом через серьгу 9 шарнирно соединена с корпусом 1. При вращении кривошипа 8 ползун кулисы 7 скользит в пазу 6 кулисы 5 и поворачивает ее вокруг неподвижной оси. Кулиса 5, соединенная с ползуном 4, приводит в возвратно-поступательное движение ползун 4, скользящий в пазу 3, который расположен в станине 2. Вместе с ползуном 4 двигается пластина 10, на которой в деревянных шкантах 11 закреплен источник дыма 12. Таким образом, источник дыма 12 совершает возвратно-поступательное движение по станине 2. В результате трения источника дыма 12 о поверхность фрикционного барабана 13 образуется дым. Охлаждающий воздух поступает через патрубок 18. При вращении фрикционного барабана 13 вентилятор 15 обеспечивает направленный поток дымовоздушной смеси, которая отводится по патрубку 19. Зола удаляется по наклонной пластине 16, установленной в нижней части корпуса 1 за счет вибрации установки через патрубок 17 для удаления золы. При превышении температуры дымовоздушной смеси выше заданной величины датчик температуры (не показан) подает сигнал на блок управления источника энергии для снижения частоты вращения фрикционного барабана 13 и уменьшения трения об источник дыма 12.

В патенте [19] рассматривается вакуумный коптильный агрегат, который включает герметичный дымогенератор с маслонасосной установкой, систему подготовки и подачи дыма, водокольцевой насос, эжектор и коптильную камеру. При этом пассивное сопло эжектора связано с герметичным дымогенератором через систему подготовки дыма. Активное сопло эжектора связано посредством трубопровода с одним из элементов подготовки и подачи дыма - накопительным конденсатором, в котором накапливается под избыточным давлением и охлаждается дым, выработанный в герметичном дымогенераторе и прошедший последовательно через систему подготовки и подачи дыма, пассивное сопло, камеру смешивания эжектора, в которой дым из дымогенератора смешивается с рециркулирующим дымом, коптильную камеру, водокольцевой насос, накопительный конденсатор, и повторно часть дыма подается в активное сопло для использования рециркулирующего дыма в качестве активного газа, за счет чего увеличивается создаваемый в дымогенераторе вакуум. Другая часть дыма утилизируется. Газовая полость накопительного конденсатора взаимосвязана через клапан управления с пассивным соплом, что позволяет соединить газовую полость накопительного конденсатора через эжектор с коптильной камерой, давая возможность подавать в коптильную камеру дым в объеме, превышающем объемную производительность водокольцевого насоса, обеспечивая увеличение давления дыма в коптильной камере, при этом дым устремляется в вакууммированные в предыдущей фазе процесса полости и поры продукта. Для сохранения баланса поступающего воздуха в зону горения при подаче дыма в камеру копчения через клапан управления система подачи воздуха перекрывает доступ воздуха в зону горения. Изобретение относится к области производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, в частности к техническим средствам для копчения мясопродуктов. В вакуумном коптильном комплексе рабочий процесс происходит следующим образом.

При включенных нагревателях дымогенератора и полностью заправленном горючем материале в перфорированной головке 11 горючий материал начинает тлеть и выделяется дым, заполняет ресивер 9 дымогенератора, оттуда дым отсасывается через технологические аппараты (охладитель дыма, фильтр, эжектор, камера копчения) водокольцевым насосом 4 и нагнетается вместе с рабочей средой насоса (вода) в накопительный конденсатор. В емкостном пространстве конденсатора рабочая жидкость отделяется от дыма и накапливается в нижней части емкости, а дым накапливается в верхней части емкости, при необходимости обе среды охлаждаются энергией хладоносителя (проточной воды, протекающей в трубках конденсатора). Накопленная рабочая среда забирается водяным насосом и подается на подпитку водокольцевого насоса. Одна часть накопленного дыма в конденсаторе направляется за счет разности давлений в эжектор, другая часть, в случае если давление в конденсаторе превышает уста- новленную величину, через перепускной клапан 17 выпускается на утилизацию. Водокольцевой насос создает по всей длине технологической цепи вакуум. При высоком вакууме значительно уменьшается производительность

1 - маслонасосная установка; 2 - гидроаккумулятор; 3 - накопительный конденсатор; 4 - водокольцевой насос; 5 - камера копчения; 6 - фильтр; 7 - охладитель; 8 - эжектор; 9 - состав дымогенератора; 10 - патрубок; 11 - перфорированная головка; 12 - регулятор производительности; 13 - воздухонагнетатель; 14 - поршень; 15 - гидроцилиндр; 16 - клапан управления; 17 - перепускной клапан; 18 - эдектрогидрораспределитель; 19 - редукционный клапан; 20 - электродвигатель

Рисунок 7 - Схема вакуумного коптильного агрегата

При высоком вакууме значительно уменьшается производительность вакуумного насоса, что позволяет регулировать расход горючего материала в широких пределах. В зону горения дымогенератора воздух подается только через компрессор 13 и регулятор производительности 12 в строго дозированном количестве или при необходимости вообще прекращается доступ воздуха, ибо камера дымообразования прессового дымогенератора полностью герметична, гильза для подачи свежей порции горючего материала также герметична из-за того, что горючий материал находится в прессованном состоянии под действием подпора поршня 14, который в свою очередь находится под подпором штока гидроцилиндра 15 благодаря гидроаккумулятору 2 гидроустановки. Эжектор 8 вмонтирован между фильтром 6 и камерой копчения 5, причем пассивное сопло соединено напрямую с фильтром 6 и через клапан управления 16 с дымопроводом, идущим с верхней части конденсатора. При закрытом клапане 16 отсасываемый насосом 4 дым после отделения от воды поступает по дымопроводу в активное сопло эжектора 8, что позволяет получить дополнительные эффекты (во первых, использование эжектора позволяет в дымогенераторе создать более высокий вакуум, в отличие от случая использования лишь одного вакуумного водокольцевого насоса, что позволяет уменьшить расход горючего материала и повышает испарение влаги горючего материала и накопленного конденсата в стенках конструкции дымогенератора; во вторых, дым в предложенной технологии проходит через камеру копчения многократно, каждый раз смешиваясь со свежими порциями дыма, что позволяет увеличить скорость движения дыма через камеру копчения в несколько раз, без повышения расхода горючего материала).

В патенте [20] рассматривается устройство для холодного копчения пищевых продуктов который относится к пищевой промышленности. Устройство содержит камеру копчения, холодильную машину, воздушный теплообменник, дымовоздуховод с заслонками, прутки для подвески продукта и направляющие вентиляторы. Воздушный теплообменник установлен между дымогенератором и трубчатым испарителем холодильной машины. Испаритель холодильной машины соединен с камерой копчения. Вентиляторы расположены перед воздушным теплообменником, в нижней и верхней части камеры копчения. Изобретение позволяет обеспечить равномерное распределение рабочей смеси по всему объему.

Устройство работает следующим образом. В камеру 1 через двери 2 помещаются прутки 15 с продуктом (рыбой) 16. Устройство может работать в двух режимах: на один проход дымовоз-душной смеси с выбросом ее в атмосферу; с рециркуляцией дымовоздушной смеси. Работа устройства по варианту рециркуляции дымовоздушной смеси осуществляется по замкнутому контору с добавлением дымовоздушной смеси от дымогенератора. Рециркуляция образуется следующими элементами: воздушным теплообменником 10, трубчатым испарителем 3, камерой копчения 1, дымовоздуховодом 12, направляющими вентиляторами 17, 18, 19, 20. При рециркуляции внутренняя заслонка 13 полностью открыта, а внешняя 14 закрыта. Рабочая дымовоздушная смесь от дымогенератора через жалюзийные заслонки 11 нагнетается вентилятором 17 в воздушный теплообменник 10 лабиринтного типа. Теплообменник 10 имеет развитую внутреннюю и наружную поверхности теплообмена, за счет этого происходит понижение температуры дымовоздушной смеси.

Далее рабочая смесь поступает в трубчатый испаритель 3, где охлаждается от оребренной поверхности трубок и на выходе из трубчатого испарителя имеет требуемую температуру. С помощью реле температуры можно изменять температуру кипения холодильного агента и тем самым устанавливать необходимую температуру дымовоздушной смеси на выходе из трубчатого испарителя, что позволяет устанавливать требуемый режим копчения для конкретного пищевого продукта (рыба различных сортов и размеров, шпик, колбасные и мясные изделия).

Из испарителя 3 дымовоздушная смесь требуемой температуры поступает в нижнюю часть камеры копчения 1. Откуда вентиляторами 18 равномерно распределяется по всему объему камеры, омывая продукт. Скорость дымовоздушной смеси в камере можно регулировать за счет изменения частоты вращения электродвигателей вентиляторов 18.

Далее дымовоздушная смесь через дымовоздуховод 12 поступает в воздушный теплообменник 10 для смешения со смесью от дымогенератора.

Смешение потоков дымовоздушной смеси происходит практически в середине теплообменника 10, так как температура отработанной смеси ниже температуры смеси от дымогенератора. Дымовоздушная смесь от дымогенератора в средней части теплообменника приобретает температуру, близкую к температуре отработанной смеси.

1 - коптильная камера; 2 - дверцы; 3 - теплоизолированный трубчатый испаритель; 4 - компрессор; 5 - конденсатор; 6 - линейный ресивер; 7 - регенеративный теплообменник; 8 - фильтр-осушитель; 9 - терморегултрующий вентиль; 10 - воздушный теплообменник; 11 - жалюзийные заслонки; 12 - дымооздуховод с заслонками; 13 - внутренняя заслонка; 14 - внешняя заслонка; 15 - прутки; 16 - продукт; 17, 18, 19, 20 - направляющие вентиляторы

Рисунок 8 - Схема холодного копчения

Происходит смешение двух потоков и доохлаждение до требуемой температуры (25-40°С) на второй половине теплообменника и в трубчатом испарителе.

Вариант работы устройства для копчения на один проход смеси и выброс ее в атмосферу аналогичен работе по циклу рециркуляции и отличается тем, что внутренняя заслонка 13 закрыта, а наружная заслонка 14 открыта, вентилятор 20, подающий из дымовоздуховода 12 смесь на смешение в воздушный теплообменник 10, отключен.

Работа устройства по варианту рециркуляции дымовоздушной смеси является экологически более чистым из-за отсутствия выбросов дымовоздушной смеси в атмосферу и экономически оправданным.

Холодильная машина, включенная в состав устройства для холодного копчения пищевых продуктов, работает по классической одноступенчатой схеме. Холодильный агент низкого давления через регенеративный теплообменник 7 отсасывается компрессором 4 из трубчатого испарителя 3 и нагнетается в конденсатор 5. В конденсаторе пары холодильного агента высокого давления конденсируются, и в жидком состоянии холодильный агент стекает в линейный ресивер 6, откуда через регенеративный теплообменник 7, фильтр-осушитель 8 и терморегулирующий вентиль 9 поступает в трубчатый испаритель 3, в котором кипит при низком давлении.

В патенте [13] рассматривается коптильно-сушильная универсальная камера, которая относится к пищевой промышленности. Камера включает термоизолированный корпус, блок вентиляции, дымогенератор, источник тепла, охладитель, щит управления процессом термообработки и сливной патрубок. В качестве охладителя использована холодильная машина, компрессорно-конденсаторный блок которой размещен вне термоизолированного корпуса, а испарительно-конденсаторный блок размещен внутри теплоизолированного корпуса. Блок вентиляции включает основную и вспомогательную секции. В основную секцию включены осевые магистральные вентиляторы, имеющие индивидуальные приводы и полностью перекрывающие поперечное сечение камеры, и воздушные вертикальные заслонки, установленные перед и после осевых магистральных вентиляторов. Вспомогательная секция включает осевые вспомогательные вентиляторы и сообщена с испарительно-конденсаторным блоком холодильной машины. Изобретение позволяет получать различные виды готовой продукции.

Камера для тепловой обработки продуктов работает следующим образом. Рыбный полуфабрикат раскладывают на сетки этажерок 24, которые через загрузочно-выгружные ворота 15 и 16 закатывают в термоизолированный корпус 1, устанавливают слева и справа от основной секции блока вентиляции. Через щит управления 23 процессом термообработки включают осевые вспомогательные 7, 8 вентиляторы и испаритель 11 вспомогательной секции блока вентиляции и холодильную машину 12. В течение определенного времени (от 1 часа до 24 часов, в зависимости от вида обрабатываемого продукта) камера работает в режиме холодильника для обеспечения процесса созревания рыбы. По завершению процесса созревания дополнительно включают осевые магистральные 3 вентиляторы и воздушные вертикальные заслонки 4 и 5 основной секции блока вентиляции и конденсаторы 9, 10 вспомогательной секции блока вентиляции.

Температура в камере поднимается от +15°С до +28°С, при этом происходит процесс подсушки (вяления) с дополнительным эффектом созревания за счет перепада температуры и скорости потока осевых магистральных 3 вентиляторов. Этот процесс контролируется по изменению температуры, влажности и веса обрабатываемого продукта с помощью приборов (на чертеже не обозначены) определения температуры воздуха в камере и точки росы на поверхности испарительно-конденсаторного блока, датчика протока воздуха через испарительно-конденсаторный блок и прибора определения изменения веса продукта, температуры и влажности, весовой характеристики обрабатываемого полуфабриката, размещенных на щите управления 23. Выделяемая из полуфабриката влага удаляется в виде конденсата с поверхности испарителя 11 через поддон 13 по сливному патрубку 14 из камеры. Если получают вяленую или сушеную продукцию, то на этом этапе процесс термообработки можно завершить.

Для получения продукции холодного копчения по окончании процесса подсушки включают дымогенератор 21, и образующаяся в нем дымовоздушная смесь по воздуховоду 22 поступает в камеру. Во время копчения дополнительно включают систему приточно-вытяжной вентиляции, работающую в режиме вытяжки, для чего поочередно включают осевые вентиляторы 17, 18 и воздушные клапаны 19, 20, исходя из направления вращения осевых магистральных 3вентиляторов.

1 - корпус; 2 - пол; 3 - магистральный вентилятор; 4, 5 - вертикальные заслонки; 6 - источник тепла; 7, 8 - осевые вспомогательные вентиляторы; 9, 10 - конденсаторы; 11 - испарители; 12 - конденсаторный блок холодильной машины; 13 - поддон; 14 - сливной патрубок; 15, 16 - ворота; 17, 18 - осевые вентиляторы; 19, 20 - воздушные клапаны; 21 - дымогенератор; 22 - воздуховод; 23 - щит управления

Рисунок 9 - Схема коптильно-сушильной универсальной камеры

Этот процесс обеспечивает получение продукта холодного копчения и управляется через щит управления 23 процессом термообработки.

Для получения продукта горячего копчения отключают холодильную машину 12, осевые вспомогательные 7, 8 вентиляторы, конденсаторы 9, 10 и испаритель 11 вспомогательной секции блока вентиляции и включают ТЭНы 6. Работа ТЭНов 6 определяется датчиками температуры (на чертеже не показаны). После цикла горячего копчения отключают основную секцию блока вентиляции, дымогенератор 21, систему приточно-вытяжной вентиляции и включают осевые вспомогательные 7, 8 вентиляторы вспомогательной секции блока вентиляции. Камера работает в режиме холодильника для быстрого охлаждения продукции, при этом идет процесс распределения вкусовых характеристик коптильного дыма и улучшение микробиологических характеристик готового продукта. По завершении данной процедуры, окончание которой определяется по органолептическим показателям готовой продукции, открывают загрузочно-выгружные ворота 15 и 16, этажерки 24 с охлажденной готовой продукцией выкатывают из термоизолированного корпуса 1 и отправляют на склад готовой продукции. В камере включают насос высокого давления (на чертеже не обозначен), системы разбрызгивания (на чертеже не показана) моющих и дезинфицирующих средств по поверхностям термоизолированного корпуса 1 и производят санитарную очистку камеры, после чего камера вновь готова к работе.

В патенте [21] рассматривается устройство для копчения, которая относится к пищевой промышленности. Изобретение предназначено для использования в производстве и подобном хозяйстве при горячем и холодном копчении мясных и рыбных продуктов. Устройство содержит камеру, центрально установленный в ней приводной вал, прикрепленные к нему консольные балки, клети для продукции, вентиляторы, нагреватели, блок управления. Клети укреплены на балках с возможностью поворота по окружности с заданной частотой. Элементы подвеса клетей выполнены в виде вертлюгов с тягами в нижней части. Тяги в нижней части жестко связаны с верхним основанием клетей. На тягах радиально закреплены штанги, взаимодействующие с упорами на внутренней поверхности камеры, для поворота клетей вокруг оси подвеса с заданной частотой вращения. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройства за счет создания одинакового температурного и газового режима для всего продукта и снижение энергоемкости процесса.

Работа устройства происходит следующим образом. При загрузке клетей 9 продукцией последние по монорельсу, установленному в цехе, подаются в камеру 1 на балки 5, выполненные также в виде идентичного по форме монорельса. Перемещение клетей 9 по монорельсу осуществляется через посредство колес 7, к осям 6 которых подвешены вышеназванные клети 9. После закрытия камеры 1 включается привод 22 вала 4, установленный на подшипниках 2 и 3, и вал 4 вращается, перемещая по окружности закрепленные на консолях, подвешенные через колеса 7 оси 6 и вертлюги 8 клети 9. Клети 9, перемещаясь внутри камеры 1, последовательно взаимодействуют закрепленными на нижней части тяги 10 вертлюга 8 штангами 11 с упорами 12, прикрепленными к верхнему основанию 13 камеры 1 и при этом жестко соединенные со штангами 11 клети 9, поворачиваются на тяге 10 вертлюга 8 вокруг оси 6 подвеса. При этом клеть 9 вращается вокруг вала 4 с частотой, заданной приводу 22 за датчиком 21 через блок управления 20, а вокруг оси 6 с частотой, пропорциональной количеству упоров 12.

1 - камера; 2,3 - подшипники; 4 - вал; 5 - балка; 6 - ось; 7 - колесо; 8 - вертлюга; 9 - клеть; 10 - тяга; 11 - штанга; 12 - упор; 13 - верхнее основание; 14,15 - вентиляторы; 16,17 - нагреватели; 18,20 - датчик; 19 - датчик температуры; 21 - блок управления; 22 - привод

Рисунок 10 - Схема устройства для копчения

Так, при установке одного упора 12 один оборот клети 9 вокруг оси 6 происходит за три оборота вала 4, при трех упорах 12 один оборот клети 9 происходит за один оборот вала 4. Частота вращения клети 9 вокруг оси 6 (тяги 10) определяется режимом термической обработки и компоновкой нагревателей 17 в стенках камеры 1. Режим термической обработки контролируется датчиком температуры 19 и обеспечивается через блок управления 20, который в зависимости от величины сигнала датчика температуры 19 вырабатывает сигнал управляющего воздействия, включая или выключая нагреватели 16 и 17.

Причем датчик 18 осуществляет корректирующее ускоренное воздействие через вышеназванный блок управления 20 на обеспечение заданного температурного и дымового режима посредством подачи дымовоздушной смеси вентилятором 14 через нагреватель 16, а вентилятор 15 обеспечивает ускоренное понижение температуры (снижение концентрации дыма) в камере 1.

В целом создание траектории перемещения продукции, размещенной в клети 9 по замкнутой кривой, обеспечивает заданный режим обработки продукции, а соответственно, и качество продукции с наименьшими энергозатратами, так как обеспечивается температурный и временной режимы обработки.

В патенте [22] рассматривается устройство для копчения пищевых продуктов. Устройство содержит корпус с крышкой, дымовую трубу, нагревательное приспособление, емкость для опилок, съемный жиросборник и кронштейн с крюками и фиксаторами. Жиросборник выполнен по всей площади поперечного сечения в виде соединенных двух гофрированных пластин с отверстиями для прохода дыма и очистки его от смол. Отверстия в нижней пластине выполнены на боковых поверхностях гофра, а в верхней - на вершине гофра. Жиросборник расположен под углом 5-6° к горизонтальной плоскости и наклонен в сторону горизонтального штуцера. Изобретение позволяет повысить производительность устройства и улучшить качество копчения.

Устройство для копчения пищевых продуктов работает следующим образом. В коптильную камеру, состоящую из нижнего 1 и верхнего 2 цилиндров, помещают продукт, навешивая его на крюки 16, размещенные на кронштейнах 15. В емкость 4 через окно 6 загружают опилки 5 и устанавливают ее внутрь коптильной камеры на нагревательное устройство 3. Чтобы получить тлеющий эффект опилок 5, не допуская их возгорания, опилки периодически смачивают водой через окно 6.

1 - нижний цилиндр; 2 - верхний цилиндр; 3 - нагревательное устройство; 4 - съемная емкость; 5 - опилки; 6 - окно; 7 - жиросборник; 8 - штуцер; 9,10 - отверстия; 11 - крышка; 12 - труба; 13 - фиксатор; 14 - паз; 15 - кронштейн; 16 - крюки

Рисунок 11 - Схема устройства для копчения пищевых продуктов

При включении в электросеть устройства происходит обугливание опилок 5 и образовавшийся дым поднимается через отверстия 9 и 10, выполненные в жиросборнике 7, очищаясь от смолы. Жир по наклонному желобу отводится через жироприемник с штуцером 8. На крышке 11 установлена труба 12 для отвода дыма.

Устройство обеспечивает два температурных режима работы.

1. Холодное копчение. При включении нагревательного устройства на потребляемую мощность, например 0,2 кВт или 0.4 кВт (в зависимости от объема загружаемого продукта и температуры окружающей среды), обеспечиваются горение опилок и создание температуры внутри коптильной камеры 18-22°С, копчение длится 2-3 дня. Копчение с таким режимом работы можно проводить при температуре окружающей среды 10°С.

2. Полугорячее копчение. Нагревательное устройство включается на потребляемую мощность 0,8 кВт для обеспечения горения опилок и создания температуры внутри коптильной камеры 25-40°С. Копчение в зависимости от загружаемых продуктов длится 1-2 дня.

Для работы используют опилки лиственных деревьев или других малосодержащих смолистых веществ.

Повышение производительности устройства и улучшение качества получаемого продукта достигаются за счет выполнения жиросборника в виде соединенных двух гофрированных пластин с отверстиями для прохода дыма и очистки его от смол, размещенных под углом 5-6 к горизонтальной плоскости, что ускоряет стекание жира.

Отверстия в нижней пластине жиросборника выполнены на боковых поверхностях гофра, а в верхней - на вершине гофра таким образом, чтобы проходящий через них дым очищался от смолы, а жир, попадая в верхние отверстия, стекал по желобу нижней пластины в выпускной штуцер. Использование всей площади поперечного сечения корпуса позволяет размещать увеличенное количество пищевых продуктов, что повышает производительность устройства.

Устройство для копчения пищевых продуктов может быть легко реализовано в пищевой промышленности.

В статье [7] рассматриваются способы повышения эффективности установки электростатического копчения. В статье показаны преимущества и недостатки электростатического способа копчения продуктов. Дан анализ существующих установок подобного типа с учетом пригодности их к использованию в личном, домашнем хозяйстве. Предлагается модернизировать конструкцию установки электростатического копчения путем использования выносного дымогенератора тления с неэлектрическим способом подогрева опилок. Приведены чертежи коптильной камеры и дымогенератора, а также схемы соединения его с коптильной камерой при различных способах копчения [26].

1 - коптильная камера; 2 - трубы; 3 - труба; 4 - конечный выключатель; 5,8 - изоляторы; 6 - электрод; 7 - коронирующие иголки; 9 - органическое стекло

Рисунок 12 - Установка электростатического копчения

1 - корпус; 2,3 - уголки; 4 - заслонка; 5 - отвод дыма

Рисунок 13 - Конструкция дымогенератора

а б

а - холодное копчение; б - горячее копчение

Рисунок 14 - Схема размещения дымогенератора относительно коптильной камеры при различных способах копчения

Дым от дымогенератора в коптильную камеру подается по металлической трубе (диаметром 60 мм), от длины которой зависит температура в области копчения. Способы соединения дымогенератора с установкой УЭК-1 изображены на рисунке 8. При длине трубы, равной 1500-2000 мм и более (рисунок 14,а), температура дыма в коптильной камере не превышает 30-40 °С, при этом происходит холодное копчение продукта. В том случае, когда дымогенератор располагается в непосредственной близости от коптильной камеры (рисунок 8,б), температура дыма в ней становится выше 40 °С, что соответствует полугорячему или горячему копчению. Интенсивность дымообразования и густота дыма в коптильной камере регулируются с помощью температуры корпуса дымогенератора, количества загруженных опилок, их влажности и степени измельчения, положения заслонки (рисунок 13). помощью металлических крючков к рабочему электроду установки. Расстояние от продукта до стенок и дна коптильной камеры должно быть не менее 25 мм (в противном случае может произойти пробой воздушного промежутка и отключение установки). Дымогенератор соединить с коптильной камерой по схеме холодного (рисунок 14, а) или горячего (рисунок 14, б) копчения, засыпать подготовленные опилки и нагреть его корпус. После появления дыма отрегулировать интенсивность его поступления в коптильную камеру с помощью температуры корпуса дымогенератора и положения заслонки. Заполнение дымом камеры контролируется визуально, через ее прозрачную крышку. Высокое напряжение должно подаваться на электроды установки не постоянно, а периодически, по мере заполнения коптильной камеры дымом. На практике наилучшие результаты были получены при включении напряжения в течение 8-12 с, при паузе, во время которой камера заполнялась дымом, равной 40-60 с. При постоянно включенном высоком напряжении продукт прокапчивается неравномерно (больше - со стороны поступления дыма в коптильную камеру). Во время испытания устройства нами проводилось холодное копчение рыбы (пеляди). Дымогенератор подключался к коптильной камере по схеме (рисунок 14, а). Разовая загрузка составляла 1,5 кг (5 рыбы по 0,3 кг каждая). При загрузке в камеру большего количества рыбы (в паспорте установки указывается 4 кг) качество продукта ухудшалось. Копчение продолжалось 12 мин с начала поступления дыма в коптильную камеру и первой подачи высокого напряжения на электроды установки. К моменту окончания процесса рыба насыщалась коптильными веществами, однако, распределялись они неравномерно, в основном в поверхностных слоях мяса рыбы. Кроме того, из-за кратковременности дымовой обработки в рыбе не успевали произойти автолитические процессы созревания, приводящие к готовности продукта. Влажность продукта при этом составляла 65…70 %, что больше требований ГОСТа к копченым рыбным продуктам. Поэтому после окончания копчения рыба подвергалась выдержке при температуре +8…10°С и относительной влажности не выше 65 % в течение 18…24 ч. После чего продукт созревал и становился годным к употреблению.

Важным преимуществом электрокопчения является ускорение процесса осаждения коптильных веществ на продукт, что значительно сокращает время копчения. Кроме того, более полно используется по назначению коптильный дым (при дымовом копчении), что многократно снижает расход дымообразующего сырья (древесины). Это позволяет применять для производства дыма только высококачественную древесину ценных пород, что улучшает качество продукта. При использовании этой технологии значительно сокращаются дымовые выбросы, улучшается экология и санитария производства.

К недостатку электрокопчения можно отнести то, что продукт после окончания дымовой обработки требует дополнительной выдержки при определенной температуре и влажности, во время которой происходит его дозревание и удаление лишней влаги. Кроме того, существуют укоренившиеся традиции и привычка людей к традиционному способу копчения, что сдерживает внедрение новых технологий [27].

2. Теоретические основы процесса копчения мясных изделий

Для производства копченых мясопродуктов применяются способы копчения дымовоздушной смесью, а так же жидким дымом. Традиционная технология предусматривает ведение процесса термической обработки колбасных изделий в три стадии: подсушка, копчение (обжарка) и варка [39].

Процесс копчения колбасных продуктов осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия. В то же время стандартный механизм нагрева продуктов, используемый в этих аппаратах, морально устарел. Традиционные аппараты обеспечивают только поверхностный нагрев продуктов, следовательно, передача тепла от их поверхностных слоев к внутренним слоям происходит за счет теплопроводности. Известно, что пищевые продукты характеризуются низкой теплопроводностью. Низкая теплопроводность пищевых продуктов является причиной большой продолжительности их тепловой обработки. Все это требует совершенствования процессов, техники и технологии копчения [38].

Термическая обработка является основным технологическим процессом при производстве копченых мясных изделий. Ее организация существенно влияет на качество, выход, следовательно, и себестоимость готовой продукции. При разработке новых продуктов, их технологии и рецептур, а также при смене оборудования необходимо учитывать происходящие изменения, связанные с тепло- и массопереносом, который адекватно можно исследовать на основе математического моделирования. Существующие для расчета кинетики процесса прогрева колбасного батона аналитические модели учитывают только явление теплопроводности [24].

Использование уравнений совместного тепломассопереноса, выведенных академиком А.В. Лыковым для описания нестационарных процессов, протекающих в капиллярно-пористых коллоидных телах, каковыми являются фаршевые мясопродукты, позволяет учесть влияние разных форм связи и наложение явлений различной физической природы. Актуальным является математическое моделирование процесса копчения колбасных изделий, учитывающее особенности теплоподвода при традиционном копчении и при использовании инфракрасного нагрева. Разработка математических моделей в виде аналитических решений соответствующих задач тепло- и массопереноса, которые дают возможность рассчитывать и прогнозировать температурные и влажностные поля в обрабатываемом продукте, могут явиться основой для оптимизации и интенсификации метода тепловой обработки мясных продуктов [4].

Колбасные батоны представляют собой твердообразные системы (частицы), содержащие элементы как жидкостных компонентов, в основном животных тканей, так и структуру, полученную при измельчении и смешивании компонентов. Эти частицы неоднородны по величине, структуре и физическим свойствам. Поэтому для описания процессов тепло - и массообмена в продукте следовало бы использовать дифференциальные уравнения для каждой отдельной частицы, что сделать невозможно. Однако размеры частиц и расстояния между ними ничтожно малы по сравнению с размерами массы материала, подвергаемого термообработке в коптильной камере, что дает возможность колбасный батон, представляющий собою дисперсную систему, рассматривать не как совокупность отдельных дискретных частиц, а как сплошную среду, однородную и изотропную.

2.1 Физико-математическая модель

Основным способом передачи теплоты является конвективный и отчасти радиационный. В этом случае, если считать колбасный батон, подвергаемый тепловой обработке в камере, телом, имеющим форму неограниченного цилиндра, условия взаимодействия которого с окружающей средой выражаются граничными условиями второго рода (включающими экспериментально найденные функциональные зависимости удельных потоков тепла и вещества на поверхности тела от времени):

,

,

где - плотность потока массы вещества кг/(мІ·с);

- плотность абсолютно сухого вещества, кг/мі;

- коэффициент, характеризующий убывание температуры поверхности тела по экспоненциальному закону, 1/с;

- коэффициент сушки, 1/с;

;

- радиус цилиндра, м;

= const - частный случай начального влагосодержания;

- удельная теплоемкость материала, Дж/(кг·К);

- удельная теплота испарения, Дж/кг.

Краевую задачу совместного тепло- и массопереноса для капиллярно-пористого тела можно сформулировать следующим образом: требуется решить систему дифференциальных уравнений в частных производных в цилиндрических координатах, предложенную А.В. Лыковым [35].

(1)

(2)

при следующих условиях:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

где - коэффициент температуропроводности, мІ/с;

- текущая координата, м;

- коэффициент фазового перехода (0 < е < 1);

- термоградиентный коэффициент, ;

- радиус цилиндра, м;

- время, с;

- коэффициент потенциало- (влаго-) проводности мІ/с.

Здесь (1) - уравнение теплопереноса; (2) - уравнение массо- (влаго-) переноса; равенства (3) и (4) - начальные условия; (5) и (6) - условия симметрии и физической ограниченности температуры и влагосодержания. Граничное условие (7) является уравнением баланса тепла: подведенное тепло к поверхности тела расходуется на испарение жидкости и на нагрев тела:

где - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К).

Граничное условие (8) - уравнение баланса массы вещества - условие конвективно-радиационной сушки влажных дисперсных сред.

...