Обробка харчових продуктів ультразвуком

Багато технологічних процесів можна інтенсифікувати шляхом використання ультразвукових коливань частотою 10⁴…10⁸ Гц. В якості джерел ультразвукових коливань застосовують аеродинамічні, механічні, гідродинамічні, електромагнітні, електродинамічні, магнітострикційні і п'єзоелектричні випромінювачі. Вибір джерела залежить від необхідної потужності, технологічних і конструктивних показників сушарки, а також від необхідної швидкості процесу.

Ультразвук широко застосовується для стерилізації, пастеризації, дезинфекції та ін. Наприклад, пастеризоване молоко, оброблене ультразвуком впродовж 5 хв, відразу ж розливають в паперові пакети. Потім їх занурюють у ванну з охолодженим розсолом, в якому молоко повністю заморожується, після чого воно зберігається при температурі –12°С. При відтаванні воно нічим не відрізняється за смаком, кольору і консистенції від свіжого молока.

При звичайному режимі посол м'ясопродуктів триває не менше 15 діб, а окремих видів – до 60 діб, що утрудняє переклад технологічних процесів на потокове виробництво. Під дією ультразвуку проникнення кухарської солі в м'ясо значно прискорюється. При цьому сіль в тканинах м'яса розподіляється більше рівномірно, а колір його набуває рівномірного забарвлення.

Використання ультразвуку дозволяє вести сушку харчових продуктів, чутливих до нагрівання, при температурах значно нижче тих, які допустимі при високій швидкості сушки.

На мал. 5.36 зображена схема ультразвукової сушарної установки з барабаном, що обертається, 4, встановленим похило за допомогою бандажів 3 на опорні ролики. Вологий матеріал з бункера 5 поступає у барабан і переміщається в нім назустріч стислому теплому повітрю, що поступає через ультразвукову сирену 2. Сухий продукт відводиться по тічці 1. Випромінювач працює на частоті 10,9 кГц.

Малюнок 5.36 Схема барабанної ультразвукової сушарки

Одним з перспективних напрямів є використання ультразвуку для боротьби з утворенням накипу на поверхнях нагріву теплообмінників, випарних апаратів, а також в котлах низького тиску.

Спеціальні методи сушки

До спеціальних методів сушки відносять сушку сублімації і сушку у віброкиплячому шарі.

Сушка сублімації робиться при залишковому тиску 0,0133...0,133 кПа. Вона протікає при негативних температурах, і вода в продукті знаходиться в стані льоду. При цьому випар води відбувається без плавлення льоду, тобто сублімацією. У такий спосіб сушки отримують харчові продукти високої якості, оскільки в них зберігаються вітаміни, білки, висушені продукти придбавають пористу структуру і зберігає первинний об'єм. Висока пористість продукту дозволяє швидко відновити його первинні властивості шляхом змочування.

Сублімацією можна сушити м'ясо, рибу, молоко, молочні продукти, овочі, фрукти, плоди, ягоди, дріжджі та ін.

В процесі сушки сублімацією до продукту підводять тепло q (в Вт) в кількості, що забезпечує процес сублімації льоду з продукту, тобто повинна дотримуватися умова

 

q = r w, (5.51)

 

де r – питома теплота фазового перетворення, Дж/кг;

w – швидкість сушіння, кг/с.

У промислових установках сублімацій тепло до продукту підводиться в основному теплопровідністю і інфрачервоним випромінюванням, а в лабораторних умовах доведена можливість нагріву продукту в таких установках за допомогою струмів ВЧ і НВЧ і безпосередньою дією газоподібних теплоносіїв.

На мал. 5.37 представлена схема установки для сушки в глибокому вакуумі. Установка складається з субліматора (сушарної камери) 1, десубліматора (конденсатора- виморожувателя) 2 і вакуум-насоса 3. Необхідною частиною сушарки є також холодильна установка для охолодження конденсату (на схемі не показана). Як правило, для цієї мети застосовують двох- чи триступінчаті компресійні холодильні агрегати, здатні забезпечити охолодження поверхонь сублімації до температур, –60…–40°С. Субліматор зазвичай працює періодично.

Малюнок 5.37 Схема сушарки сублімації

У горизонтальній герметично закритій кришками циліндричній частині його розташована етажерка з порожнистими полицями, на які встановлюють дека з висушуваним матеріалом. Усередині полиць циркулює гаряча вода, що подається насосом 5 з бака 4.

Десубліматор призначений для конденсації водяної пари, що поступає з субліматора. Він є теплообмінником, в міжтрубний простір якого подається пароповітряна суміш з субліматора. По трубах десубліматора проходить холодагент (аміак або фреон). Волога осідає у вигляді льоду на охолоджуваних трубах десубліматора, а повітря відкачується вакуум-насосом 3.

В процесі роботи труби конденсатора покриваються льодом, тому в десубліматор замість холодагенту періодично подають гарячу воду для відтавання льоду. Для безперервної роботи установки встановлюють два субліматори, працюючих поперемінно.

Процес сушки у віброкиплячому шарі пов'язаний з явищами переміщення, розпушування, перемішування матеріалу і поліпшення його контакту з теплоносієм. Вібраційні коливання робочої поверхні або всього корпуса апарату можуть здійснюватися вібраторами різних типів: механічними, пневматичними, гідравлічними або електромагнітними з частотою коливань 5…250 Гц. Для дисперсних харчових продуктів (цукор-пісок, сіль та ін.) зазвичай застосовують вібратори частотою 40...60 Гц. Важливою характеристикою вібросушарки, що чинить значну дію на матеріал, є амплітуда коливань A: зазвичай для вібросушарних установок харчової промисловості А = 2…10 мм.

Вібросушка зазвичай здійснюється при конвективному теплообміні, але для цього можуть бути використані і нові фізичні методи обработки: ультразвук, ТВЧ, інфрачервона техніка та ін.

Нові фізичні методи обробки харчових продуктів, основи которых викладені вище, і особливе поєднання їх із звичайними традиційними методами сприяють зменшенню метало- і енергоємності машин і установок, збільшенню їх продуктивності, скороченню тривалості обробки продуктів, поліпшенню їх якості і підвищенню економічності технологічних процесів.

 

Завдання

Варіант завдання 1.

Зробіть аналіз вивченого матеріалу та оформить результат самостійної роботи у виді графо-конспекту згідно слідуючих пунктів:

1. Вивчити класифікацію вологих матеріалів, що зазнають сушінню.

2. Розглянути способи зв'язку води з вологим матеріалом, що знаходиться в нім.

3. Визначити вологість та вологовміст матеріалу.

4. Визначити масу матеріалу в кінці сушіння та кількість видаленої вологи.

5. Визначити рівноважну вологу та вологу, що видаляється.

6. Розгляньте переміщення вологи в матеріалі як дифузійний процес.

8. Розглянути переміщення вологи в матеріалі під впливом температурного градієнта.

9. Розглянути сумарну кількість переміщення вологи та вплив прикордонного шару на поверхні вологого матеріалу на її.

10. Визначити швидкість сушки за допомогою лабораторної сушарки.

11. Розглянути сушку з додатковим підігріванням повітря в сушарній камері.

12. Розглянути сушку з проміжним підігріванням повітря.

13. Розгляньте сушку з поверненням відпрацьованого повітря.

14. Розглянути класифікацію сушарок та призначення.

15. Розгляньте методи сушки та основи конструктивного розрахунку сушарок.

16. Розгляньте основний регульований параметр процесу сушки.

17. Розглянути обробку харчових продуктів в електростатичному полі та струмами промислової частоти.

18. Розглянути обробку харчових продуктів у високочастотному і надвисокочастотному полях.

19. Розглянути обробку харчових продуктів інфрачервоним випромінюванням та ультразвуком.

20. Розглянути обробку харчових продуктів спеціальні методи сушки.

 

Варіант завдання 2.

Оформити результат самостійної роботи у виді ребусів, кросвордів, тестових питань або рефератів згідно тем й вказівок викладача.

 

 

Контрольні питання

 

1. Які є вологі матеріали та способи зв'язку води з вологим матеріалом, що знаходиться в нім?

2. Як визначають масу матеріалу в кінці сушіння та кількість видаленої вологи?

3. Що означають поняття «рівноважна» і «волога, що видаляється»?

4. Що відбувається з вологою у матеріалі під час сушіння?

5. Які знайти швидкість сушки?

6. Чому існує поняття «варіанти сушильного процесу» та нащо вони впливають?

7. Які сушарки застосовуються в харчовій промисловості та їх призначення?

8. Які методи сушки застосовуються в харчовій промисловості?

9. У чому полягає основний конструктивний розрахунок?

10. Який основний регульований параметр процесу сушки?

11. Які електрофізичні методи обробки харчових продуктів?

12. Яка сутність обробки харчових продуктів в електростатичному полі та струмами промислової частоти?

13. Яка сутність обробки харчових продуктів у високочастотному і надвисокочастотному полях?

14. Яка сутність обробки харчових продуктів інфрачервоним випромінюванням та ультразвуком?

15. Яка сутність обробки харчових продуктів спеціальні методи сушки?

 

 

Рекомендована література

 

[1] с. 275…2287; 310…318.

 

 

Література

 

1. Стабников В.М., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.–228 с.

 

2. Стабников В.М., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.–503 с.

 

3. Баранцев В.И. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.–136 с.

 

4. Головань Ю.П., Ильинский Н.А., Ильинская Т.Н. Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий. – М.: Агропромиздат, 1988.– 382 с.

 

5. Процеси та апарати харчових виробництв. Підручник. / за ред. Поперечного А.М.– К.: Центр учбової літератури, 2007. – 304 с.