автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка интенсивной технологии замораживания продуктов пластинчатой формы в комбинированном барабанно-флюидизационном скороморозильном аппарате

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Методы расчета продолжительности замораживания.

1.2. Функции распределения частиц по времени пребывания в аппарате.

1.3. Оборудование для замораживания плодоовощной продукции

1.4. Изменения при хранении замороженных лиственных овощей.

Цель и задачи исследований

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА, ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Постановка эксперимента

2.1.1. Описание экспериментальных установок.

2.1.2. Объект исследования

2.1.3. Замораживание щавеля в комбинированном бара-рабанно-флюидизационном скороморозильном аппарате.

2.1.4. Расчет продолжительности замораживания щавеля

2.1.5. Исследование функции распределения частиц продукта по времени пребывания в комбинированном барабанно-флюидизационном аппарате

2.2. Методы исследования

2.2.1. Физико-химические методы.

2.2.2. Оптические методы.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Кинетика замораживания плоской пластины с учетом теплоемкости замороженной части

3.2. Кинетика замораживания плоской пластины с учетом постепенного вымораживания влаги.

3.3. Кинетика замораживания тел простой формы с учетом начальной температуры

3.4. Функция распределения частиц по времени пребывания в аппарате.

3.5. Определение среднеобъемной температуры продукта на выходе из аппарата

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

4.1. Изменение компонетов химического состава щавеля в процессе замораживания.

4.2. Изменение компонетов химического состава замороженного щавеля при холодильном хранении

4.2.1. Изменение содержания сухих веществ и влагосо-держания.

4.2.2. Изменение содержания моно- и дисахаридов.

4.2.3. Изменение содержания органических кислот.

4.2.4. Изменение содержания витамина С

4.2.5. Изменение содержания каротиноидов при замораживании и холодильном хранении.

4.2.6. Изменение цвета при замораживании и холодильном хранении щавеля

4.3. Функция распределения по времени пребывания материала в комбинированном барабанно-флюидизаци-онном аппарате.

4.4. Инженерный расчет комбинированного барабанно-флюидизационного скороморозильного аппарата

Актуальность темы. Возрастающая потребность страны в качественных продуктах питания требует изыскания новых источников богатых витаминами продуктов, таких как зеленные культуры - шпинат, щавель, лук порей и др., которые в последнее время широко используются при производстве соусов, кетчупов, дрессингов. Так как зеленные овощи неспособны к длительному хранению, разрабатываются методы их консервирования.

Одним из наиболее перспективных, но достаточно сложных процессов является быстрое замораживание тонких пластин.

Широко используемые в промышленности скороморозильные установки с режимом псевдоожижения не могут быть использованы для замораживания комкующихся продуктов.

Однако мировые стандарты на быстрозамороженную продукцию предъявляют высокие требования к ее качеству, которое может быть достигнуто лишь при определенной организации процесса замораживания. Требуемое отсутствие смерзшихся агрегатов, высокое содержание хлорофилла, витаминов и т.д. возможно лишь при проведении процесса замораживания в комбинированном барабанно-флюидизационном скороморозильном аппарате, в этом случае осуществляется технология быстрого и сверхбыстрого замораживания.

Предложенное оборудование достаточно экономично, просто в конструктивном оформлении, имеет высокие удельные показатели. Кроме того, аппарат работает в непрерывном режиме, позволяющем осуществить непрерывную автоматическую расфасовку готовой продукции.

При замораживании в комбинированном барабанно-флюидизационном скороморозильном аппарате в процессе перемешивания разрушаются аг

- 5 регаты из тонких пластин продукта, а за счет флюидизации исключается длительный контакт частиц между собой, препятствуя смерзанию и прилипанию частиц к металлическим частям аппарата, что обеспечивает высокое качество готового продукта.

Научная новизна. Основные результаты работы являются новыми.

На основе решения задачи Стефана получены корректные формулы для расчета времени замораживания тонких пластинчатых тел, учитывающие теплоемкость замороженной части, начальную температуру и постепенность вымораживания влаги.

Получены соотношения для расчета функции распределения по времени пребывания продукта в комбинированных барабанно-флюидиза-ционных скороморозильных аппаратах.

Практическая ценность. Проведены испытания экспериментального образца комбинированного барабанно-флюидизационного скороморозильного аппарата при замораживании щавеля (протокол приемочных испытаний от 20 сентября 2000 г.).

Разработан комплект рабочей документации, принятый к производству фирмой ООО "Рост" в рамках федеральной программы "Создание новых комбинированных продуктов функционального жизнеобеспечения с максимальным содержанием эксенциальных веществ, свободных от эко-токсинов".

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались автором на НПК "Безопасность питания - основа жизни человека XXI века", Санкт-Петербург, 1998; МНТК "Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств", Санкт-Петербург, 1999; МНПК "Техническое переоснащение пищевой и перерабатывающей промышленности Северо-Западного региона Российской Федерации. Межрегиональные связи", Санкт-Петербург, 2000 г. Макеты разработанных скоромо

- 6 розильных аппаратов были представлены на II и III выставках-ярмарках "Инновации-1999. Технологии живых систем" и "Инновации-2000. Технологии живых систем", проводимых на ВВЦ в 1999 и 2000 г. г. (г. Москва), и награждены двумя медалями ВВЦ. Работа выполнялась в рамках федеральных программ "Новые продукты массового и лечебно-профилактического назначения", "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК" и "Создание новых комбинированных продуктов функционального жизнеобеспечения с максимальным содержанием эксенциальных веществ, свободных от экотоксинов".

- 7

- 122 -ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Получены кинетические уравнения для расчета времени замораживания тонких пластин, позволяющие с достаточной точностью рассчитать необходимое время пребывания продукта в аппарате.

Применимость уравнений подтверждена экспериментальными исследованиями по замоарживанию тонких пластин (щавеля, лука порея) в комбинированном барабанно-флюидизационном скороморозильном аппарате.

2. Разработан комбинированный барабанно-флюидизационный скороморозильный аппарат для быстрого замораживания комкующихся продуктов и предложена технологическая схема проведения процесса.

3. На основе теоретических и экспериментальных исследований получены выражения для функции распределения материала по времени пребывания в аппарате. Это дает возможность определить среднеобъ-емную температуру продукта на выходе из аппарата, а также время запаздывания выхода продукта из аппарата.

4. Разработана методика расчета среднеобъемной температуры продукта на выходе из аппарата.

5. Предложена методика инженерного расчета комбинированного барабанно-флюидизационного скороморозильного аппарата.

6. Проанализировано качество готового продукта, замороженного в комбинированном барабанно-флюидизационном скороморозильном аппарате. Показано, что продукт обладает высоким качеством, незначительной усушкой, малым изменением количества Сахаров, щавелевой кислоты, витамина С и др. Продукт обладает хорошим товарным видом.

7. Получена зависимость содержания витамина С, моно- и диса-харидов, органических кислот, каротиноидов, хлорофиллов, влагосо-держания от продолжительности хранения.

- 123

1. Алмаши Д., Эрдели Л., Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -408 с.

2. А.с. СССР N 1486715 кл. F 25 D 13/06.

3. Богатырев А.Н., Куцакова В.Е. Консервирование холодом. -Новосибирск, 1992. 161 с.

4. Броунштейн Б.И., Луковский О.С. //Труды ГИПХ. 1970. -Вып. 66. - С. 15-19.

5. Будак Б.М., Васильев Ф.П., Успенский А.Б. Разностные методы решения некоторых краевых задач типа Стефана //Числовые методы в газовой динамике. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1965, вып. 4. -С. 139-183.

6. Будак Б.М., Васильев Ф.П., Егорова А. Т. Об одном варианте неявной разностной схемы с ловлей фазового фронта в узел сетки для решения задач типа Стефана //Вычислительная математика и программирование. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1967, вып. 6. - С. 321-341.

7. Васильев Ф.П. Разностный метод решения задач типа Стефана для квазилинейного параболического уравнения с разрывными коэффициентами //ДАН СССР. 1964. - Т. 157. - N 6. - С. 1280-1283.

8. Вейник А.И. Приближенный расчет процессов теплопроводности. М.: Госэнергоиздат, 1959.- 124

9. Вейник А. И. Теория затвердевания отливки. М.: Металлур-гиздат, 1961.

10. Гинзбург А. С., Громов М.А. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и плодов. М.: Агропромиздат, 1987.

11. Головкин Н.А. Холодильная технология пищевых продуктов. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 239 с.

12. ГОСТ 24556-89. Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения витамина С. М.: Госстандарт.

13. Демченко Л.И. О численном интегрировании одной задачи для уравнения второго порядка с разрывными коэффициентами //Математическая физика. Киев: Наукова думка, 1972, вып. И. - С. 17-20.

14. Дербеденева З.А. Технология замораживания плодов и овощей методом флюидизации и в жидком азоте // Новые методы замораживания пищевых продуктов /Под ред. Рютова Д.Г. М., 1975. - С. 27-55.

15. Диткин В.А., Кузнецов П.И. Справочник по операционному исчислению. М.-Л.: ГИТТЛ, 1951.

16. Ермаков А.И., Арасимович В.В. и др. Методы биохимического исследования растений. М.-Л.: Госуд. изд-во сельхоз. лит-ры,- 125 1952. 507 с.

17. Жеребятьев И.Ф., Лукьянов А.Т. Математическое моделирование процессов тепло- и массообмена с подвижными границами. Алма-Ата: Гылым, 1992.

18. Жоров Ю.М. Расчеты и исследования химических процессов нефтепереработки. М.: Химия, 1973.

19. Заявка Великобритании N 2186674 кл. F 25 D 17/08.

20. Заявка Франции N 2617581 кл. F 15 D 11/02, 29/00.

21. Зинчук Г. А. Продолжительность образования замороженного слоя при подмораживании пищевых продуктов //Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1977. - N 1. - С. 100-102.

22. Зинчук Г. А. Определение продолжительности холодильной обработки рыбы до заданной среднеобъемной температуры //Рыбное хозяйство. 1978. - N 7. - С. 59-62.

23. Колодязная B.C., Орехова С.М. Технологические режимы замораживания различных сортов лука-порея //Ресурсосберегающие технологии пищевых производств: Международная научно-техническая конференция: Тез. докл. Санкт-Петербург, 1998. - С. 167.

24. Колодязная B.C., Орехова С.М. Пектиновые вещества и обратимость процесса замораживания лука-порея //Прогрессивные технологии и оборудование пищевых производств: Всероссийская научно-техническая конференция: Тез. докл. Санкт-Петербург, 1999. - С. 73-74.

25. Кретович В. Л. Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1980. - 445 с.

26. Кротов Е.Г., Плужников И.И. и др. Инактивация ферментных систем овощей перед замораживанием //Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1971. - N 5. - С. 42-45.- 126

27. Кунии Д., Левеншпиль 0. Промышленное псевдоожижение. -М.: Химия, 1976.

28. Куцакова В.Е., Фролов С.В. Функции распределения по времени пребывания для бесконечного и полубесконечного каналов //ЖПХ.- 1996. Т. 69. - ВЫП. 7. - С. 1221-1223.

29. Куцакова В.Е., Филиппов В.И., Фролов С.В. Консервирование пищевых продуктов холодом (Теплофизические основы): Учеб. пособие.- СПб: СПбГАХПТ, 1996. 212 с.

30. Куцакова В.Е., Фролов С.В. К вопросу отыскания средних значений определяющих параметров процессов обработки дисперсных материалов в аппаратах непрерывного действия //ЖПХ. 1997. - Т. 70. - Вып. 6. - С. 1019-1021.

31. Куцакова В.Е., Фролов С.В., Рубцов А.К., Третьяков Н.А. Одноступенчатый скороморозильный аппарат с направленным псевдоожи-женным слоем //Холодильная техника. 1998. - N 1. - С. 2.

32. Куцакова В.Е., Фролов С.В., Крупененков Н.Ф. К расчету времени гидроаэрозольно-испарительного охлаждения тушек птицы //Вестник МАХ. 1999. - Вып. 2. - С. 44-45.

33. Куцакова В.Е., Фролов С.В., Рубцов А.К. Комбинированный- 127 барабанно-флюидизационный скороморозильный аппарат для мелкоштучных пищевых продуктов пластинчатой формы //Известия СПбГУНПТ.- 2000. N 1. - С. 88-91.

34. Куцакова В.Е., Фролов С.В., Рубцов А.К. К вопросу о продолжительности замораживания //Свойства рабочих веществ и процессы тепломассообмена в холодильных установках: Межвуз. сб. науч. тр.-СПб.: СПбГУНиПТ, 2000. С. 79-83.

35. Лейбензон Л.С. Руководство по нефтепромысловой механике //Гидравлика. -М.-Л.: ГНТИ, 1931, N41.

36. Любов Б.Я. В кн.: Физико-химические основы производства стали. - М.: Изд-во АН СССР, 1957.

37. Любов Б.Я. В кн.: Кристаллизация металлов. - М.: Изд-во АН СССР, 1960.

38. Любов Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений. М.: Металлургия, 1969.

39. Любов Б.Я. Теория кристаллизации в больших объемах. М.: Наука, 1975.

40. Мейрманов A.M. Задача Стефана. Новосибирск: Наука,1986.

41. Методические указания по проведению исследований с быстрозамороженными плодами, ягодами и овощами. М., 1989. - 32 с.

42. Новое в технике и технологии производства быстрозамороженных фруктов и овощей /Куцакова В.Е., Кузьмина И.А., Бурова Т.Е. //Серия 18. Консервная, овощесушильная и пищеконцентратная пром-сть: Обзорная информация. М.: АгроНИИТЭИПП, 1991. - Вып. 5.- 24 с.

43. Парамонова Т.Н. Экспресс-методы оценки качества продовольственных товаров. М.: Экономика, 1988. - С. 24-52.

44. Патент РФ на изобретение N 2083934 кл. F 25 D 13/06 "Ско- 128 роморозильный аппарат для мелкоштучных продуктов" /Куцакова В.Е., Фролов С.В., Бурова Т.Е. и др. Опубл. Б.И. N 19, 1997.

45. Патент США N 4760712 кл. F 25.

46. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. М.: Колос, 1985. - 255 с.

47. Плотникова Т.В., Позняковский В.М., Ларина Т.В., Елисеева Л.Г. Экспертиза свежих плодов и овощей: Учебное пособие. Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2001. - 302 с.

48. Попов Ф.С. Вычислительные методы инженерной геокриологии.- Новосибирск: Наука, 1995.

49. Постольски Я., Груда 3. Замораживание пищевых продуктов.- М.: Пищевая промышленность, 1978. 606 с.

50. Пудовкин М.А., Чугунов В.А., Саламатин А.Н. Задачи теплообмена в приложении к теории бурения скважины. Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1978.

51. Решения задач типа Стефана. М.: Изд-во Моск. Ун-та.,1972.

52. РСТ РСФСР 367-77 "Щавель и шпинат свежие".

53. Рубинштейн Л.И. Проблема Стефана. Рига: Звайгзне, 1967.

54. Свидетельство на полезную модель N 14274 "Скороморозильный аппарат для мелкоштучных продуктов /Куцакова В.Е., Фролов С.В., Рубцов А.К. и др. Опубл. Б.И. 1999.

55. Скорикова Ю.Г., Гаврилишина Л.И. Способ приготовления и хранения пряной зелени в замороженном виде //Консервная и овощесу-шильная пром-сть. 1972. - N 1. - С. 8.

56. Скорикова Ю.Г., Гаврилишина Л.И. Сроки хранения замороженных полуфабрикатов пряной зелени //Консервная и овощесушильная пром-сть. 1976. - N 2. - С. 30.- 129

57. Тейдер В.А. Продолжительность замораживания продукта, лежащего на оребренной поверхности //Холодильная техника. 1962. -N6. - С. 37-42.

58. Технологическая инструкция по производству овощей быстрозамороженных и смесей из них к ТУ 9165-013-02068491-98 "Овощи замороженные и смеси из них". Санкт-Петербург, 1998.

59. Флауменбаум Б. J1., ТанчевС.С., Гришин М. А. Основы консервирования пищевых продуктов. М. : Агропромиздат, 1986. - С. 458-478.

60. Фролов С.В. О продолжительности замораживания пластины с различными коэффициентами теплоотдачи на ее сторонах //Теплофизи-ческие свойства холодильных агентов и процессы тепломассообмена: Межвуз. сб.научн. тр. -С.-Пб.: СПбГАХПТ, 1995. С. 89-91.

61. Фролов С.В. О продолжительности промерзания цилиндра и шара //ИФЖ. 1997. - Т. 70. - Вып. 2. - С. 309-314.

62. Фролов С.В. Расчет усушки при замораживании: Метод, указания к дипломному проектированию для студентов технологических спец. /Под ред. В.И. Камоцкого. СПб.: СПбГАХПТ, 1997. - 8 с.

63. Химический состав пищевых продуктов. Справочник. Книга 1 /Под ред. д. т.н., проф. И. М. Скурихина и д.м.н., проф. М.Н. Вол-гарева. М.: Агропромиздат, 1987. - С. 68.

64. Христодуло Д.А., Рютов Д.Г. Быстрое замораживание мяса. -М.: Пищепромиздат, 1936.

65. Церевитинов Ф.В. Химия и товароведение свежих плодов и овощей. М.: Госторгиздат, 1949.

66. Чарный И.А. О продвижении границы изменения агрегатного состояния при охлаждении или нагревании тел //Изв. АН СССР, ОТН, 1948, N 2. С. 457.- 130

67. Чижов Г.Б. Вопросы теории замораживания пищевых продуктов. М.: Пищепромиздат, 1956. - 140 с.

68. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1979.

69. Шапиро М.С., Трайнина Г.Г. Лабораторный контроль в предприятиях общественного питания. М.: Госторгиздат, 1962. - 392 с.

70. Шапиро.Л.К. Практикум по биологической химии /Под ред. акад. АН БССР А.С. Вечера. Минск: Вышэйшая школа, 1972. - 256 с.

71. Швецов П.Ф., Ковальков В.П. Физическая геокриология. -М.: Наука, 1986.

72. Шипицына Л.И. Расчет динамики температурного режима грунтов под снегом с учетом зависимости его характеристик от температуры //Теплофизические исследования криолитозоны Сибири. Новосибирск: Наука, 1983. - С. 187-203.

73. Юшков П.П., Гейнц Р.Г. О продолжительности промерзания пластины //ИФЖ. 1967. - Т. 12. - N 4. - С. 460-464.

74. Danckwerst P.V. Trans. Faraday Soc., 1950, v.46, p. 300-303.

75. Douglas J., Gallie G.M. On the numerical Integration of a parobolic differential equation subject to a moving boundary condition //Duke Math. J., 1955, vol. 22, N4, p. 557-572.

76. Erlich L.W. A numerical method of solving a teat flow problem with moving boundary //J. Assoc. Computing Machinery, 1958, v. 5, N 2, p. 161-177.

77. Fikiin K.A. Generalized numerical modelling of unsteady heat transfer during cooling and freezing using an improved enthalpy method and quasy-one-dimensional formulation. Int. J. Ref-rig., vol. 19, № 2, 1996, p. 132-140.- 131

78. Goodman Т. The heat balance Integral and Its application to problems Involving change of phase //Trans. Am. Soc. Mech. Engrs, 1959, v. 80, p. 335-342.

79. Krelth F., Romle F. A study of the thermal diffusion equation with boundary conditions corresponding to solidification or melting of matherials initialy at the funsion temperature //Proc. Phys. Soc. Section B, 1955, v. 68, p. 277-291.

80. Lazaridis A. A numerical solution of the multidimensional solidification (of melting) problem //Int. J. Heat transfer, 1970, v. 13, N 9, p. 1459-1477.

81. Levenspiel 0., Smith V.K. Chem. Eng. Sci., 1957, v.6, № 4/5, p. 227-233.

82. Levy F.L. Anleitung jum programmierten Berechnen des Kuh-lens und des Gefrierens von Jleisch. A Guid forwards Programming Chiling and Freezing Operation of Meat. ZF4, 1984, №8, p. 614-616

83. Luft und Kaltetechuick, 1985, 21, N 3, 132.

84. Plank R. Z. ges Kalteind, Bd 20, 1913, s. 109.

85. Ruvue Internationale froid. 1987, 10, N 5, 165.

86. Stefan J. Ann. der Phys. und Chem. 42, 269, 1891.

87. Van der Laan E. Th., Chem. Eng. Sci., 7, 183, 1958.

88. Zemlicka I. Zmrarovaca a chladice rarizeni pro potravi prumyse z obor podniki Strojobal. Promyse potravin. 1985. 6. N 9.- 132