автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса шпарки свиных туш и разработка оборудования для удаления щетины

и»

1 О ^^^ШТЁВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ УДК 637.513.3

КОВАЛЁВ ВЛАДИМИР ЯКОВЛЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ШПАРКИ СВИНЫХ ТУШ И РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЩЕТИНЫ

Специальность 05.02.13 - машины и агрегаты (в пищевой промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1997

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательском и конструкторскс технологическом институте мясной и молочной промышленности

Научные руководители -

доктор технических наук, профессор Дмитриев A.M.

кандидат технических наук, доцент Акулич A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Глущенко H.A.

кандидат технических наук, доцент Ширин Н.И.

Оппонирующая организация - Всероссийский научно-исследовательский

институт мясной промышленности (г.Москва)

на заседании совета по защите диссертаций К.02.17.01 в Могилевском технологическом институте по адресу : 212027, Республика Беларусь, г. Могилев, пр-т Шмидта,3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Могилевского технологического института.

Автореферат разослан " " Л^О дд г Ученый секретарь совета

по защите диссертаций ' Т.И. Пискун

Защита состоится "

UhOHB. 1007гд

часов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В связи со сложившейся ситуацией в эконо-ике страны имеет место спад объемов производства сельскохозяйственного сы->я, в том числе и продукции свиноводства. Как никогда остро стоит проблема >мплексной переработки животноводческого сырья, энергосбережения и сокра-ения потерь в процессе переработки скота.

Важным направлением совершенствования технологических процессов в мяс-эй промышленности является интенсификация операций первичной переработ -I свиней путем разработки новых, ресурсосберегающих технологий. Одной из :новных технологических операций первичной переработки свиней является иление щетины. Это довольно трудоемкая операция, включающая: шпарку, обез-элашивание, опалку и полировку. Серийно выпускаемое отечественное оборудо-шие позволяет выполнять большинство технологических операций первичной греработки свиней в горизонтальном положении туш. Транспортировка туш с 1ной операции на другую осуществляется с помощью конвейеров, при выполне-ии перегрузочных операций вручную. В процессе тепловой обработки (шпарки) зиных туш при их горизонтальном положении вода и загрязнения из шпарильно-) чана попадают в легкие животных. Установлено, что загрязненная шпарильная эда через естественные отверстия и раны распространяется по кровеносным создам и проникает в мышечную ткань.

Вышеуказанные недостатки исключаются при применении вертикального ме-эда шпарки, который позволяет автоматизировать весь процесс, начиная от пода-и туш свиней с места оглушения до их разделки. В качестве теплоносителя при шарке в вертикальном положении туш может использоваться паро-воздушная реда. В Республике Беларусь и СНГ исследования по определению и обоснова-ию режимов шпарки туш свиней в паро-воздушной среде не проводились. Имеется лишь данные зарубежных фирм рекламного характера.

Интенсификация процесса шпарки свиных туш, по мнению автора, возможна а счет применения коротковолнового инфракрасного нагрева (ИК-нагрева). При гом отпадает необходимость в промежуточном теплоносителе и уменьшаются епроизводительные потери тепла. За счет проникающего облучения и прогрева о определенной глубины (до глубины залегания луковицы щетины в волосяной умке) можно значительно интенсифицировать процесс шпарки без опасности пе-егрева поверхности. При ИК-нагреве также достигается значительный бактери-

цидный эффект. Исследований по вопросам изучения оптических характеристик волосяного покрова и шкуры свиных туш с целью возможного применения ИК-нагрева для проведения операций обезволашивания свиных туш не проводилось.

Таким образом, проблема повышения эффективности процесса шпарки и разработка нового оборудования для удаления щетины со свиных туш является актуальной. Ее решение в рамках Республики Беларусь может дать реальный экономический эффект.

Исследование, результаты которого отражены в работе, проводилось в рамках ряда государственных научно-технических программ по заказу Минсельхозпрода Республике Беларусь и Академии аграрных наук РБ.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы является: повышение эффективности шпарки туш свиней путем интенсификации процесса переноса тепла от теплоносителя к туше в пределах технологических требований и создание нового оборудования для удаления щетины.

Для достижения поставленной цели ставились и решались следующие задачи:

- обосновать и установить наиболее рациональный режим и способ шпарки свиных туш по их качественному обезволашиванию с учетом микроструктурных изменений свиной шкуры и показателей подкожных жировых тканей при различных температурных режимах паро-воздушной среды и ИК-излучения;

- исследовать распределение температурного поля в свиной шкуре при различных источниках ИК-излучения и их расположении;

- дать математическое описание процесса тепловой обработки свиной туши;

- определить значения усилий для удаления щетины со свиных туш в зависимости от режимов и способов шпарки;

- разработать рациональную технологическую схему процесса удаления щетины;

- разработать конструкторскую документацию, изготовить опытные образцы и провести приемочные испытания оборудования для удаления щетины со свиных туш.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ:

- установлен рациональный режим шпарки свиных туш при их тепловой обработке в паро-воздушной среде и ИК-нагреве;

- впервые научно обоснована возможность применения ИК-излучения для шпарки туш;

- дано математическое описание процесса нестационарной теплопроводности в свиной туше при ее шпарке в паро-воздушной среде;

- определены терморадиационные характеристики свиной шкуры;

- экспериментально определены значения усилий для удаления щетины со свиной туши;

- изучены микроструктурные изменения свиной шкуры и качественные показатели подкожных жировых тканей для различных режимов и способов шпарки.

Новизна разработок подтверждена пятью авторскими свидетельствами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Разработаны новые технологические схемы процесса удаления щетины при вертикальном положении свиных туш. Установлен технологический регламент его осуществления.

Разработана конструкторская документация с литерой "01" на агрегат удаления щетины со свиных туш марки Я23-ФЩА и на вертикальную полировочную машину марки Я23-ФПВ.

Созданы опытные образцы агрегата Я23-ФЩА и вертикальной полировочной машины Я23-ФПВ. Оборудование прошло приемочные испытания на Могилевс-<ом мясокомбинате и рекомендовано к изготовлению опытной партии. Созданное эборудование использовано в проектах реконструкции Лидского и Калннковичс-<ого мясокомбинатов.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов исследования ; оставил 41,3 млн.рублей (в ценах 1993 г.) на один комплект оборудования.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

- научно обоснован и предложен рациональный режим шпарки свиных туш 1ри их вертикальном положении в паро-воздушной среде, позволяющий обеспе-шть высокие качественные показатели обработки при температуре в камере 63->5 °С в течение 4-5 минут;

- разработана технологическая схема и впервые обоснован режим осуществ-гения шпарки свиных туш ИК-нагревом, что обеспечивает интенсификацию провеса в 2-2,5 раза, исключая бактериальную обсемененность туш;

- экспериментально получены терморадиационные характеристики светлой и 'емной свиной шкуры, которые позволяют подобрать необходимые источники ИК-гагрева для проведения процесса шпарки;

- получена аналитическая зависимость для расчета температурных полей по

толщине шкуры в свиной туше, что позволяет установить рациональные темпе-ратурно-временные характеристики режимов шпарки;

- экспериментально определены значения усилий, требуемые для удаления щетины со свиной шкуры после шпарки, на основании которых разработаны новые конструкции рабочих органов обезволашивающего оборудования;

- получены микро структурные характеристики свиной шкуры и качественные показатели подкожных жировых тканей для контроля качества тепловой обработки;

- разработаны новые конструкции машин для шпарки, обезволашивания и полировки свиных туш, что позволило повысить эффективность процесса и создать комплексно-механизированный участок удаления щетины со свиных туш.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ. Диссертация является самостоятельной научно-исследовательской работой, в которой на основании проведенного автором исследования: дана классификация способов шпарки свиных туш; дано математическое описание процесса нестационарной теплопроводности в свиной туше при ее шпарке; разработаны схемы экспериментальных стендов, проведены экспериментальные исследования, дана их обработка, выполнен анализ и обобщены результаты; разработаны технологические схемы удаления щетины со свиных туш; разработаны новые способы, устройства и машины для удаления щетины, которые защищены в соавторстве пятью авторскими свидетельствами на изобретения (№№ 1565457, 1608850, 1614778, 1775086 и 1817283).

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ. Основные положения работы доложены и одобрены на Всесоюзной научно-технической конференции "Технология и техника мясной и молочной промышленности на основе современных исследований"(г. Москва, 15 декабря 1988 г.) и на международной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности" (г. Могилев, 22-24 ноября 1995 г.).

ОПУБЛИКОВАННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные результаты исследования изложены в 13 печатных работах, из которых пять авторских свидетельств на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемых источников (93 наименования), семи приложений. Работа изложена на 176 стр. текста, включает 40 рисунков, 11 таблиц и 75 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность исследования, дана оценка совре-енного состояния решаемой проблемы, сформулирована цель, определены задал исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дан обзор литературы и сделан критический анализ суще-гвующих способов и оборудования, применяемых для шпарки, удаления щети-ы и опалки свиных туш. В связи с тем, что для интенсификации процесса шпар-I свиных туш в качестве альтернативного способа предлагается использовать яфракрасный нагрев, произведен краткий анализ выпускаемых промышленнос-.ю ИК-излучателей, дана их характеристика.

Дана классификация способов шпарки свиных туш по их расположению в ра-эчей зоне и видам применяемых теплоносителей для обработки.

Проведенный анализ отечественных и зарубежных технологий и оборудовали, а также новых разработок и исследований в области удаления щетины со шных туш показал, что наметилась тенденция комплексной механизации и авто-атизации процесса, максимальной унификации и агрегатирования оборудовали. Значительное внимание уделяется снижению материалоемкости, современ-ам средствам контроля и регулирования заданных параметров. Следует отме-ггь, что основные усилия отечественных специалистов были направлены главам образом на совершенствование отдельных узлов известных конструкций.

С учетом полученных выводов определены цель и задачи исследования.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ изложена методика экспериментальных исследований шяния различных факторов на ход процесса шпарки и удаления щетины со сви-ах туш. При проведении исследования в работе использовались как стандартов, так и специальные методики, разработанные в научно-исследовательских и леших учебных учреждениях, с применением современных приборов и методов 1мерения.

Для исследования спектральных терморадиационных характеристик свиных кур использовался метод интегрирующей сферы для комплексного измерения шравленно-полусферических отражательной 11х, пропускательной Т>. и погло-ательной Ах характеристик шкур в зависимости от угла падения потока излуче-

1Я.

При исследовании распределения температурного поля в верхних слоях туши период шпарки температура измерялась в камере, на поверхности шкур, в шку-

ре и на глубине 4 и 10 мм для различных тепловых режимов. Исследование проводилось при температуре в камере 60 °С, 62 °С, 64 сС и 65 "С с продолжительностью процесса шпарки 2, 3,4,5 и 6 мин. Образцы шкуры размером 150x150 мм во время измерения температуры фиксировались на специальной раме.

Одним из критериев выбора рационального способа и технологического режима шпарки свиных туш служит микроструктурное состояние свиной шкуры. Для гистологического исследования брались образцы шкур размером 15x15 мм, подвергнутые тепловой обработке при различных способах и режимах шпарки: водой в шпарчане; с применением различных режимов коротковолнового инфракрасного нагрева; в паро-воздушной среде. В качестве контроля использовались образцы, не подвергнутые тепловой обработке (интакгные образцы). По каждому способу и режиму шпарки исследовалось по пять образцов.

Исследование окислительных и гидролитических изменений подкожных жировых тканей туш свиней после шпарки осуществлялось по общепринятым методикам определения кислотного, пероксидного и тиобарбитурового чисел.

Для исследования влияния температурных полей на величину силы удержива-емости щетины в шкуре было изготовлено специальное устройство для измерения усилия удаления щетины. По наименьшему усилию удаления щетины выбирался рациональный режим и способ шпарки, определялась температура в толще шкуры, требуемая для раскрытия волосяной сумки и ослабления силы удерживания.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена математическому описанию процесса тепловой обработки (шпарки) свиных туш.

В связи с тем, что размеры свиной туши намного больше, чем толщина ее шкуры, и за время тепловой обработки т = 2-6 мин прогревается только шкура и подкожный слой, а температура внутри туши практически не изменяется, то можно считать свиную тушу полубесконечным твердым телом. Тогда, если температура поверхности туши изменяется, то тепло отводится внутрь туши, и поскольку ее размеры можно считать бесконечными, температура зависит от расстояния от наружной поверхности туши Ь(рисЛ) и от времени т , т.е. в математической форме 1=иЪ,т).

Основное уравнение для случая нестационарной теплопроводности в свиной туше (полубесконечном твердом теле) представляется в виде

дт " дк

дг1 г '

где а - коэффициент температуропроводности свиной шкуры, м2/с.

Я

а =- ,

с-р

где Я - коэффициент теплопроводности свиной шкуры, Вт/(м*К); с - удельная теплоемкость шкуры, Дж/(кТ'К); р - плотность шкуры, кг/м3

шкура со щетиной

(1)

(2)

Рис. 1. Схема тепловой обработки свиных туш в шпарильной камере Уравнение (I) решалось при следующих начальном (3) и граничных условиях 4) и (5)

= (3)

<(-.*)= К\ (4)

Решение уравнения (1) имеет вид

ГДе = л//г2 /4аТ ;

я - —• 3,~ Я '

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

г) = а ат / Я■

Из зависимости (6) следует, что распределение безразмерной температуры в :виной шкуре с постоянной начальной температурой 10, на поверхность которой, начиная с момента г = 0, воздействует паровоздушная смесь с температурой

является функцией чисел Био и Фурье.

Результаты расчета температуры по толщине свиной шкуры и подкожного слоя по уравнению (6) согласуются с данными экспериментов, приведенных в четвертой главе (рис.2).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ представлены результаты обработки, анализа и обобщения комплекса экспериментов по исследованию различных характеристик шкур' в зависимости от способов и режимов их тепловой обработки, дана оценка погрешностей измерения. Для проведения исследований была изготовлена лабораторная экспериментальная установка.

Определены спектральные терморадиационные характеристики свиных шкур: светлых и темных, со щетиной и без нее (рис.3).

Очевидно, что цвет и наличие щетины в различной степени влияют на величину как отражательной, так и пропускательной способностей свиных шкур. Однако, характер зависимостей пропускательной и отражательной способностей от длины волны для всех образцов шкур одинаков и максимальное значение пропускательной способности (до 20%) приходится на область спектра Я, = 0,8 -1,2 мкм. Для прогрева шкуры (шпарки) целесообразно применять "светлые" коротковолновые излучатели типа КГ-220-425, КГ-220-500, КГ-220-1000, КГ-220-2000 с максимумом излучения в указанной области спектра. В этом случае коротковолновое

4

Рис.2. Распределение температуры по толщине свиной шкуры и подкожного слоя при шпарке в паро-воз-душной среде (Ъ=63-65°С)

0 2 4 6 8 Ь, мм

Рис.3 Зависимости спектральных направленно-полусферических отражательной ипропуска-тельной Тх способностей от длины волны X для свиных шкур (при толщине образцов 4 мм).

1 - шкура светлая со щетиной; 2 -шкура светлая без щетины; 3 -шкура темная со щетиной; 4 -шкура темная без щетины.

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 X, мкм излучение способно проникать вглубь шкуры и при интенсивном ее прогреве вызывать парообразование, которое приводит к раскрытию волосяной сумки и эслаблению сцепления щетины с тушей.

Для определения рациональных режимов работы выбранных ИК-излучате-ней проведено исследование по измерению температурных полей в камере. В качестве параметров, влияющих на процесс шпарки, были выбраны: расстояние / от ламп до образца и время тр достижения заданного температурного режима в камере.

Результаты экспериментов в виде зависимостей / = Г ( т ) для различных / представлены на рис.4. Для каждого источника ПК-излучения определены время т достижения требуемого температурного режима (60-65 °С) и установлены границы рабочей зоны.

Эксперименты показали, что лампы мощностью 425 и 500 Вт использовать нецелесообразно, так как они обеспечивают заданный температурный режим только при расстоянии до обрабатываемой поверхности 100-150 мм. При тепловой обработке туш свиней на таких расстояниях возможны повреждения ламп и отражателей. Для проведения процесса шпарки целесообразно использовать лампы КГ-220-1000 и КГ-220-2000. Они обеспечивают заданный температурный ре-жим(60-65°С) при = 0,7-5,3 мин, / = 100-300 мм для лампы мощностью 1000 Вт и при тр = 0,9-2,5 мин, I = 200-400 мм для лампы мощностью 2000 Вт.

Для различных режимов тепловой обработки свиных туш экспериментально

Рис.4.3ависимости температуры t в камере от времени т обработки 1 - при / = 100 мм; 2 - при / = 150 мм; 3 - при / = 200 мм; 4 - при I = 250 мм; 5 - при / = 300 мм; 6 - при / = 350 мм; 7- при I =400мм

определялись поля температур на поверхности шкуры, в шкуре и за ней (на глубине 4 и 10 мм), а также усилие для удаления щетины после обработки. По наименьшему усилию удаления щетины выбирался рациональный режим и способ шпарки. Исследование производилось при ИК-шпарке, а также в паро-воз-душной среде при температуре в камере 63-65 °С.

Важно было установить температуру в шкуре, то есть на глубине нахождения волосяной сумки щетины. Поэтому процесс шпарки осуществлялся до того времени, пока щетина не начинала легко удаляться рукой в соответствии с требованиями технологического регламента. Результаты измерения температуры в шкуре t при вышеназванных режимах представлены на рис.5.

Установлено, что для исследуемых режимов и способов шпарки, температура

шк>

50

45

40

35

30,

25

V 2

з//

а/1 Режимы ИК-шпарки: 1- 1к=б0°С,/=250мм,Р=1кВт 2- ^=60оС,/=350мм,Р=2кВт 3- Ск=62"С,/-250мм,Р=1 кВт 4- 1к=62"С,/=350мм,Р=2кВт

у 1 5

АЛА. Г * 7

Режимы ИК-шпарки: 5- 1к=64°С,/=250мм,Р=1кВт; 6- 1к=64°С,/=3 5 0мм,Р=2кВт Шпарка в паро-воздушной среде: 7-^=63-654:

0 1 2 3 4 х.мин 0 1 2 3 4 т,мин Рис.5. Зависимости температуры в шкуре от продолжительности шпарки

в толще шкуры находится в пределах 49-52 °С и обеспечивает условия для ослабления силы удерживания щетины в волосяной сумке. Повышение темпера-суры или продолжительности шпарки может привести к производственному потоку - зашпарке. Из графиков 1:шк = (т ) видно(см. рис.5), что при всех выбранных оежимах требуемая температура в шкуре достигается при разном времени шпар-ш. Поэтому для проведения дальнейших исследований было выбрано три режима ИК-шпарки с температурой в камере 60,62 и 64 °С при соответствующей минимальной продолжительности достижения температуры в шкуре 1 =49 - 52 °С. Выбранные режимы представлены в табл.1. Процесс шпарки в паровоздушной :реде, как видно из графика 7 (см.рис.5), осуществляется при = 63 - 65 °С в течении 4-5 мин.

Режимы ИК-шпарки Таблица 1

Температура в камере, °С Мощность лампы, Вт Время шпарки, мин Расстояние до обрабатываемой поверхности, мм

60 1000 4 250

62 2000 з 350

64 2000 2 350

Для выбранных режимов экспериментально получены температурные поля в образцах с подкожным слоем толщиной 25-40 мм и толщиной самой шкуры 4 мм. Изменение температуры по толщине свиной шкуры при ИК-шпарке и при шпарке

в паро-воздушной среде представлено в виде зависимости I = £ (Ь) на рис.6. В ходе экспериментов одновременно по окончании времени шпарки производилось измерение усилия удаления щетины для каждого температурного режима шпарки.

Из анализа температурных полей (см.рис.6) видно, что эффект проникающего коротковолнового излучения наиболее полно проявляется при температуре в камере 64 °С. При этом требуемая температура в шкуре (1шк = 49-52 °С) достигается на второй минуте шпарки, а удаление щетины происходит с наименьшим усилием - до 0,4 Н.

Рис.6. Изменение температуры по толщине свиной шкуры

а)ИК-шпарка: (1к=60°С,/=250мм,Р=1 кВт);

б)ИК-шпарка: (1к=62°С,/=350мм,Р=2 кВт);

в)ИК-шпарка: (у=64сС,/=350мм,Р=2 кВт);

г)Шпарка в паро-воздушной среде:(у=63-65°С)

Таким образом, наиболее рациональными режимами тепловой обработки, с точки зрения наименьшего усилия удаления щетины со свиных туш, являются: ИК-шпарка при работе с излучателем КГ-220-2000 на расстоянии до обрабатываемой поверхности 350 мм с температурой в камере 62 или 64°С и с продолжительностью шпарки 3 или 2 мин, соответственно, а тикже шпарка в паро-воздушной

:реде при температуре 63 - 65СС в течении 4-5 мин. При этом необходимо поддерживать температуру в шкуре в пределах 49-52 °С.

Изучение микроструктурных изменений свиной шкуры показало, что при всех режимах обработки наблюдается разрыхление структуры корня щетины, что объясняется раскрытием волосяной сумки при тепловом воздействии. Можно проследить гистологические изменения свиной шкуры в зависимости от режимов и способов шпарки. Так, ИК-нагрев вызывает уплотнение эпидермиса шкуры по сравнению с контролем, имеет место значительное и выраженное разрыхление струк-гур дермы(оболочек, корня щетины). Также при ИК-нагреве наблюдается изменение жирового вещества клеток подкожной клетчатки, значительная кристаллиза-дия. Как следует из анализа результатов экспериментов, кристаллизация жира в шачительной степени зависит от способа шпарки и температуры нагрева, а также эт продолжительности тепловой обработки. Режим шпарки в паро-воздушной :реде является более мягким по сравнению со шпаркой в воде или ИК-нагревом, три этом прогревание подкожных слоев незначительное. Это подтверждается тем, ¡то имеет место единичная кристаллизация жирового вещества и тем, что гисто-югическая картина близка к контрольному образцу.

Рациональными способами шпарки с точки зрения микроструктурных изменений свиной шкуры является шпарка в паро-воздушной среде при температуре в камере 63-65°С в течение 4-5 мин и с применением ИК-нагрева при (;к = 60 °С в течении 4 мин.

Различные способы шпарки свиных туш оценивались по качественным пока-¡ателям на основе определения кислотного и пероксидного чисел жировой ткани, 1 также изменений тиобарбитурового числа (ТБЧ) жира. Из анализа результатов исследования следует, что кислотное и пероксидное числа подкожной жировой гкани существенно не изменялись при всех исследованных способах и режимах обработки, а также не превышали величин, допустимых для свежей жировой ткани. Изменения тиобарбитурового числа (рис.7), наиболее объективно отражаю-цего глубину окислительных процессов в жировой ткани, свидетельствуют о том, 1то на интенсивность переокисного окисления липидов оказывают влияние не только температура нагрева и способ шпарки, но и продолжительность тепловой эбработки. Если ИК-нагрев при температуре в камере 60 -62 °С на протяжении 31 мин вызывает тенденцию к росту ТБЧ, то сокращение времени ИК-обработки де 2-х минут при повышении температуры в камере до 64 °С способствует снижению ТБЧ жировой ткани на 5% по сравнению со шпаркой водой. В то же время

при шпарке в паро-воздушной среде в течение 5 минут при температуре в камере 63-65 °С ТБЧ жировой ткани снижается на 17 %.

Это объясняется тем, что при более длительной тепловой обработке ИК-из-лучением прогревание внутренних подкожных слоев происходит интенсивнее, так как коротковолновое ИК-излучение обладает проникающей способностью. Режим же шпарки в паро-воздушной среде является более мягким по сравнению со шпар-кой в воде или ИК-нагревом и прогревание подкожных слоев незначительное. Рациональными способами шпарки по показателям качества жировой ткани является ИК-нагрев при температуре в камере до 64 °С в течение 2 мин при удалении лампы на 350 мм от обрабатываемой поверхности туши и шпарка в паровоздушной среде при температуре в камере 63-65 °С в течение 4-5 мин.

Рис.7.3ависимость тиобар-битурового числа подкожной жировой ткани от способа и режима шпарки

1 - контрольный образец: без тепловой обработки;

2 - шпарка водой: ^ = 65°С, т = 5 мин;

3 - ИК-шпарка = 60°С, х =4 мин, / = 250 мм;

4 - ИК-шпарка: ^ = 62°С, т =3 мин, I = 350 мм;

5 - ИК-шпарка: гк = 64°С, х=2 мин, / = 350 мм;

6 - Шпарка в паровоздушной среде: 1к = 63-65°С, т = 4-5 мин.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ представлены результаты опытно-конструкторских работ, испытаний, внедрения и промышленной апробации нового оборудования для шпарки и удаления щетины со свиных туш. Разработка и испытания экспериментальной установки ИК-нагрева для шпарки свиных туш, опытных образцов агрегата удаления щетины Я23-ФЩА и вертикальной полировочной машины Я23-ФПВ подтверждены соответствующими протоколами испытаний и актами внедрения. Дан расчет экономической эффективности от внедрения новых форм шпарки и удаления щетины со свиных туш.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Проведенное экспериментально-теоретическое исследование позволяет сделать следующие выводы и предложения:

1. Выполненный критический анализ существующих способов и оборудования, применяемых для шпарки, удаления щетины и опалки свиных туш, позволил классифицировать способы шпарки свиных туш по их расположению в рабочей зоне и по видам применяемых теплоносителей для обработки.

2. На основании математического описания процесса нестационарной теплопроводности в свиной туше при ее шпарке в паро-воздушной среде аналитически получена зависимость для расчета температурных полей по толщине шкуры в свиной туше, что позволяет установить рациональные темпера-турно-временные характеристики режимов шпарки.

3. Экспериментально исследованы спектральные терморадиационные характеристики свиных шкур в области я = 0,4-1,2 мкм, что позволило осуществить выбор ИК-излучателей, серийно выпускаемых промышленностью. Установлено, что максимальная пропускательная способность находится в области спектра 0,8-1,2 мкм, которому соответствуют "светлые" коротковолновые излучатели типа КГ. В этом случает ИК-излучение способно проникать вглубь шкуры и вызывать парообразование, которое приводит к раскрытию волосяной сумки и ослаблению сцепления щетины с тушей.

4. Впервые обоснована возможность проведения альтернативного традиционному способу процесса шпарки с применением ИК-нагрева. Гистологическими исследованиями показано, что рациональным режимом ИК-шпарки является: инфракрасный нагрев при температуре в камере до 64°С в течении 2 мин при удалении ИК-источника на 350 мм от поверхности туши, что обеспечивает интенсификацию процесса в 2-2,5 раза по сравнению с традиционной шпаркой водой.

5. Рациональным режимом процесса шпарки в паро-воздушной среде в пределах технологических требований по качеству обезволашивания является: температура в камере 63-65сС, продолжительность шпарки 4-5 мин.

6. Для обеспечения наименьших значений усилий удаления щетины необходимо обеспечить температуру в шкуре свиной туши в пределах 49-52°С.

7. Разработаны новые способы, технологические схемы и оборудование для

шпарки и удаления щетины со свиных туш. Способы и технические решения защищены пятью авторскими свидетельствами. Разработаны полные комплекты конструкторской документации, изготовлены и успешно прошли ведомственные приемочные испытания, рекомендованы к изготовлению опытной партии агрегат удаления щетины во свиных туш Я23-ФЩА и вертикальная полировочная машина Я23-ФПВ. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов исследования составил 41,3 млн.рублей (в ценах 1993 г.) на один комплект оборудования.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Ковалев В.Я., Васильев С.Л., Ковалева E.H. К вопросу интенсификации процесса шпарки туш свиней// Технология и техника мясной и молочной промышленности на основе современных исследований. Тез. докл.всесоюзной научн.-техн. конф.15 декабря 1987. -М., 1988,- С.19.

2. Рациональные способы шпарки свиных туш/В.Я. Ковалев, С.Л.Васильев, В.И.Литовко A.C. Егоров, А.И. Аврущенко, Т.А Ярошевич.// Молочная и мясная промышленность. - 1988, Ж>.-С.25-26.

3. Удаление щетины со свиных туш ./В.Я.Ковалев, С.Л. Васильев, A.C. Егоров, В.И. Литовко//Молочная и мясная промышленность. - 1988, № 4.-С.35-37.

4. Состояние и перспективы совершенствования технологий и оборудования для удаления щетины со свиных туш. Обзор.информ./В.Я.Ковалев, С.Л. Васильев, A.C. Егоров, А.И. Аврущенко. -Минск, БелНИИНТИ, 1990.-51 с.

5. Ковалев В.Я. , А.И. Аврущенко, Егоров А.С . Применение инфракрасного излучения для шпарки свиных туш//Экспресс-информ.Сер.Мясная и холодильная промышленность. Вып.8-М.:АгроНИИТЭИММП, 1990.-С.20-23.

6. Ковалев В.Я., Буслаева Г.П., Писменская В.Н. Микроструктурные изменения свиной шкуры в зависимости от режимов и способов шпарки//Молочная и мясная промышленность. -1991, №3.-С.9-11.

7.Оптимизация способа шпарки свиных туш по качественным показателям подкожных жировых тканей/Л.К. Герасимова, В.Я. Ковалев, А.И. Аврущенко, ЛД. Божко, P.M. Земскова// Известия вузов. Пищевая технология,-1991, № 1-3.-С.218-219.

8. Ковалев В.Я. Повышение эффективности операций удаления щетины со сви-

пых туш// Научно-технический прогресс в пищевой промышленности. Тез. докл-,Междунар.научн.-техн.конф.22-24 ноября 1995.-Могилев, 1995.-С.135.

9. A.c. 1565457 СССР, МКИ А 22В 5/08. Устройство для шпарки свиных туш [таро-воздушной смесью / C.JI. Васильев, В.Я. Ковалев, A.C. Егоров, В.А. Мороз, В.И. Литовко и Е.З. Школьников (СССР). 4357118/30-13, заявлено 04.01.88, эпубл.23.05.90, Бюл. № 19.- 2 с.

10. A.c. 1608850 СССР, МКИ А22 В 5/08. Способ шпарки свиных туш/ В.И.Литовко, В.Я. Ковалев, В.Г. Коротких и С.Л. Васильев (СССР). - № 4655995/ 30-13, заявлено 12.12.88, ДСП.

11. A.c. 1614778 СССР, МКИ А 22 В 5/08. Способ ослабления удерживаемости детины перед ее удалением со свиных туш и устройство для его осуществления / 1.Л. Васильев, В.Я. Ков&тев, A.C. Егоров, А.И. Аврущенко, А.Ф. Крюков и В.И. Питовко(СССР). № 4458156/30-13, Заявлено 11.07.88, опубл. 23.12.90, Бюл.Л'Ь 47,-к.

12. A.c. 1775086 СССР, МКИ А 22 В 5/08. Рабочий орган устройства для обез-юлашивания свиных туш / В.Я. Ковалев, М.Ф. Бунаков, С.Л. Васильев, A.C. Егоров Ю.Я. Ланцман, В.Г. Коротких и А.И. Аврущенко (СССР).- № 4807766.13. Заилено 02.04.90, опубл.15.11.92, Бюл. № 42.-4 с.

13. A.c. 1817283 СССР, МКИ А22 В 5/08. Машина для очистки свиных туш от шидермиса и остатков щетины после опалки / В.Я. Ковалев, М.Ф. Бунаков, С.Л. Засильев, С.А. Егоров, А.И. Аврущенко, Ю.Я. Ланцман и В.Г. Коротких (СССР).

№ 4821722/13. Заявлено 03.05.90, ДСП.

РЕЗЮМЕ

Ковалев Владимир Яковлевич

Повышение эффективности процесса шпарки свиных туш и разработка оборудования для удаления щетины

ШПАРКА, ОБЕЗВОЛАШИВАНИЕ, ОПАЛКА, ПОЛИРОВКА, УДАЛЕНИЕ ЩЕТИНЫ, ЛУКОВИЦА ЩЕТИНЫ, ВОЛОСЯНАЯ СУМКА, ЭПИДЕРМИС, РЕЖИМ ШПАРКИ, ТЕМПЕРАТУРА, ПАРОВОЗДУШНАЯ СРЕДА, ИК-НАГРЕВ

Объектом исследования является технологический процесс и оборудование для шпарки и удаления щетины со свиных туш. Шпарка - кратковременная тепловая обработка поверхности туш, проводящаяся с целью ослабления усилия удерживания луковицы щетины в волосяной сумке и размягчения эпидермиса.

Цель работы - повышение эффективности шпарки туш свиней путем интенсификации процесса переноса тепла от теплоносителя к туше в пределах технологических требований и создание нового оборудования для удаления щетины.

На основе проведенного экспериментально-теоретического исследования установлен рациональный режим шпарки свиных туш при их тепловой обработке в воде, паро-воздушной среде и инфракрасном нагреве, научно обоснована возможность применения ИК-излучения для шпарки туш, дано математическое описание процесса тепловой обработки свиной шкуры, определены терморадиационные характеристики шкуры, изучены микроструктурные изменения свиной шкуры и качественные показатели подкожных жировых тканей для разных режимов и способов шпарки.

Проведенное исследование позволило разработать новые технологические схемы процесса удаления щетины при вертикальном положении свиных туш. Создано новое оборудование: агрегат удаления щетины со свиных туш марки Я23-ФЩА и вертикальная полировочная машины Я23-ФПВ. Оборудование прошло приемочные испытания и рекомендовано к изготовлению опытной партии. Результаты работы используются в проектах техперевооружения и реконструкции предприятий мясной промышленности.

РЭЗЮМЭ

Кавалеу Улaдзiмip Якayлeвiч

Павышэнне эфектыунасщ працэсу абварю свшых туш 1 распрацоука абсталявання па выдаленню шчацшня

АБВАРКА, АБЕЗВАЛАШВАННЕ, АСМАЛЬВАННЕ, ПАЛ1Р0УКА,

ВЫДАЛЕННЕ ШЧАЦШНЯ, ЦЫБУЛ1НА ШЧАЦШНЯ, ВАЛАСЯНАЯ СУМКА, ЭП1ДЭРМ1С, РЭЖЫМ АБВАРК1, ТЭМПЕРАТУРА, ПАРА-

ПАВЕТРАНАЕ АСЯРОДДЗЕ, 1Ч-НАГРЭУ

Аб'ектам даследавання з'яуляецца тэхналапчны працэс 1 абсталяванне для бварю I выдаленню шчацшня з свшых туш. Абварка - кароткачасовая цеплавая працоука паверхня туш, якая праводзщца з мэтай аслаблення намагання трымл1вання цыбулшы шчацшня у валасяной сумцы 1 размякчэння зшдэрмку.

Мэта працы - павышэнне эфектыунащ aбвapкi свшых туш шляхам этэнслфжацьп працэсу перанясення цяпла ад цепланосьби-а да тушы у межах эхналапчных патрабаванняу 1 стварэнне новага абсталявання па выдаленню ичацшня.

На аснове праведзеннага эксперыментальна-тэарэтычнага даследавання ус-аноулены рацыянальны рэжым абварга свшых туш пры ¡х цеплавой апрацоуцы у адзе, пара-паветраным асяроддз! 1 шфрачырвоным нагрэве, навукова абгрунта-ана магчымасць скарыстання 1Ч-выпраменьвання для абвари туш, дано матэма-ычнае ашсанне працэсу цеплавой апрацоута свшой шкуры, вызначаны тэрмара-ыяцыйныя характарыстыга шкуры, вывучаны мшраструктурныя змяненш сшной гкуры 1 якасныя паказчыга падскурных тлушчовых тканак для розных рэжымау г посабау абварш.

Праведзенае даследаванне дазволша распрацаваць новыя тэхналапчныя схе-ы працэсу выдалення шчацшня пры вертыкальным палажэнш свшых туш. Ство-ана новае абсталяванне: агрэгат выдалення шчацшня з свшых туш марю Я23Ф-ДАI вертыкальная пaлipoвaчнaя машына Я23-ФПВ. Абсталяванне прайшло пры-мачныя выпрабаванш 1 рэкамендавана да вырабу вопытнай партьп. Вышю пра-ы выкарыстоуваюцца у праектах тэхпераузбройвання 1 рэканструкцьп прадпры-мствау мясной прамысловасщ.

SUMMARY

Kovalev Vladimir Yakovlevich

Increase of efficiency of the process of scald of pig's carcasses and elaboration of the equipment for removal of bristle

Scald, hair removal, burn, polishing, removal of bristle, hair bag, epidermis, schedule of scald, temperature, steam and air circle, infrared-heating.

The subject of the research is technological process and the equipment for scald and removal of bristle from the pig's carcasses. Scald is the transitory thermal processing of cover of the carcasses, with purpose of weakening of the effort of keeping bulb of bristle in the hair bag and of epidermis softening.

The purpose of the work - to increase the efficiency of scald of pig's carcasses by the way of intencification of the process of transfer warmth from the heat-transfer agent to the carcass in the limit of technological demands and to establish the new equipment for the removal of bristle.

On the base of conducted complex of theoretical and experimental research the rational schedule of scald of the pig's carcasses under thermal processing in water, steam and air midium and infrared heating was established, the possibility of use of infrared radiation, for scald of carcasses was scientifically grounded, the mathematical description of the process of thermal processing of pig's skin was given, thermoradiated characteristics of the skin were determined, microstructural changes of pig's skin indexes of quality of hypodermic grease tissues for the different schedules and possibilities of scald.

The conducted research allowed to develop new technological schemes of the processing of bristle removal by vertical position of the pig's carcasses. The new equipment was established: the unit for removal of bristle from the pig's carcasses marked iI23-<DIHA and vertical polish machine .H23-OIIB. The equipment was passed through the entrance tests and was recommended for producing the experimental batch. The results of the work are used in the projects of technical rearmament and reconstruction of enterprises of meat industry.