автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка технических устройств и экспресс-метода для определения качества фарша и колбасных изделий по структурно-механическим характеристикам

р г а од

ч г - ■. Московский государственный университет ' • и ; . . прикладной биотехнологии

На правах рукописи

Абрамов Алексей Николаевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И ЭКСПРЕСС-МЕТОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ФАРША И КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ.

Специальность 05.18.12. • Процессы и аппараты пищевых производств

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-1997

"Работа выполнена на кафедре "Гидравлика, сантехника и промстроительство" Московского государственного университета прикладной биотехнологии ( МГУПБ )

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Косой В.Д. Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Мачихин С.А.

- кандидат технических наук, ст. н. с. Проселков В.Г. Ведущее предприятие - ОАО "МИКфМС"

2г од

Зашита состоится "...."............1997г. в ....ч. на заседании диссертационного совета К 063.46.01 Московского государственного университета прикладной биотехнологии по адресу: 109316,г.Москва,ул.Талалихина,33.

Сдиссертацией можно ознакомится в библиотеке МГУПБ.

Г>7 ОТ

Автореферат разослан^:/.:.1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Забашта А.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Одной из важных задач в условиях рыночных отношений и конкуренции между производителями является улучшение и стабилизация качества, оптимизация выхода мясопродуктов при более полном и рациональном использовании сырья. Ускорение научно-технического прогресса производства неотделимо от решительного улучшения качества продукции. Несоответствие ее современным технико-экономическим и потребительским требованиям, а Порой и явный брак, является расхищением материальных ресурсов и растратой труда рабочих. Полому всемерное повышение качества продукции должно быть в основе экономической политики страны.

Качество мясной продукции и наиболее полный выход зависят не только о г сырья, но и от соблюдения рациональных режимов обработки на каждом технологическом процессе (созревание, измельчение, перемешивание, шприцевание, термообработка) Применяемые в настоящее время методы поэтапного контроля при оценке готовности продукта - органолептическнй и среднестатистический - не всегда могут быть признаны удовлетворительными, так как зависят от субъек-' гконых факторов, а лабораторный биохимический анализ занимает много времени. Поэтому наряду с органолептическнм методом контроля необходимо, особенно в спорных вопросах, использовать инструментальные методы экспресс-контроля. При поэтапном контроле качества сырья, фарша и готовых изделий по структурно-механическим характеристикам (СМХ) перспективен инструментальный пенетрационный метод экспресс-контроля.

Анализ отечественной и зарубежной литературы дает основание считать, что несмотря на возможность широкого выбора конструкции реологических приборов и перспективность их использования дтя контроля качества мясного сырья, фарша и готовых изделий необходимы современные лабораторные и производственные электродные приборы с цифровой индикацией показаний, а также автоматические системы и устройства для регулирования консистенции фарша в процессе его приготовления.

С целью широкого их использования а мясной промышленности необходим Государственный стандарт Российской федерации на метод по определению пенетрацич мясопродуктов для оценки характеристики -консистенции.

Исследование качества фарша и колбасных изделий по СМХ посвящено много работ ряда авторов: Большакова A.C., Горбатова A.B., Журавской Н.К., Косого В.Д., Лимонова Г.Е., Рогова И.А., Соколова A.A., Спирина Е.Т., Хлебникова В.И., Федорова Н.Е., Мозенина H.H., Чойшнера Х.Д., Хамма Р. и других.

Учитывая излокенное, представляется актуальным разработка принципиально новых устройств для контроля качества фарша и колбасных изделий по их СМХ, проведение реометрических исследований и разработка ГОСТа на этот метод.

Работа проводилась по "Программе создания новых видов машин, приборов и оборудования для перерабатывающих отраслей Агропромышленного комплекса и увеличения их производства & 1983-1995годах", утвержденной СМ СССР 16.07.1990 г.

Цель и -задачи исследования.

Целью является создание технических устройств (приборов) для оценки к регулировки качественной характеристики (консистенции) фарша и колбасных изделий по их структурно-механическим характеристикам и разработка Гостиро-ванного метода по их определению.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка технического задания и создание прибора для оценки консистенции вязко-пластических и упруго-эластичных мясопродуктов методом пенетрации, апробация их в производственных условиях;

- определение и анализ СМХ фарша и готовых традиционных видов вареных, полукопченых и варено-копченых колбасных изделий на различных реологических приборах;

- анализ инвариантности показаний СМХ фарша и колбасных изделий, полученных на различных реологических приборах;

-обоснование выбора типа прибора для использования его в промышленности;

- определение рациональных динамических, геометрических и временных параметров выбранного прибора и вида индентора;

- разработка методики определения консистенции фарша и готовых колбасных изделий методом пенетрации;

-определение точности метода пенетрации для мясопродуктов;

- разработка и утверждение ГОСТа на методы определения пенетрации мясопродуктов конусом и игольчатым индентором;

- рассмотрение способов регулирования консистенции фарша в процессе куттеро-вания по СМХ и получение их алгоритмов.

Научная новитна.

На базе проведенных реометрических исследований:

- разработан ГОСТ Р 50о 14-95 по определению СМХ вязко-пластичных и упруго-эластичных, как однородных, так и неоднородных комбинированных мясных продуктов, используя метод пенетрации;

- определены рациональные условия проведения эксперимента:

- лля фарша бесшпиковых и шпиковых колбас (конический индентор с углом при вершине 60° и подвижной массой 0,095 кг) и готовых изделий из него (конус с углом 10° или четырехигольчатый индентор и подвижной массой 0,2857 или 0,38кг);

- для фарша шпиковых вареных, полукопченых и сырокопченых колбас, и готовых изделий из него, с целью уменьшения погрешности'замера, рекомендуется дополнительно измельчать на мясорубке с диаметром отвертий решетки 2мм, при этом измельченная масса плотно уложенная в емкость перед проведением замера, дЬлжна подпрессовываться при давлении 4х 103 Па в течении 180с, что уменьшает погрешность замера СМХ с 10% до 5% от среднего значения;

- установлено, что при использовании конусов с гладкой или рифленой поверхностью определяемая величина предельного напряжения сдвига (ПНС) лежит в пределах ошибки эксперимента;

- разработан метод определения ПНС продукта, ускоряющий замер в 36 раз по сравнению с существующим методом, за счет получения соотношения величин при 5с (h„) и при 180 с (h), когда'практически достигается равновесие системы, т.е. определяется практически максимальная глубина погружения (e=h/h»). На основе статической обработки экспериментальных данных получены следующие соотно-

шения t: для фарша бесшпнковых колбас -1,33, для фарша шпиковых колбас - 1,3, для готовых колбасных изделий -1,15;

- предложены следующие рекомендации определения ПНС по формуле Ребиндера П.А. для фарша твердых колбас с влажностью более 50% использовать для расчета константы конуса с углом при вершине (2а) в пределах от 10° до 90° общеизвестную формулу Агранат H.H. и Воларовича М.П., а с углом от 30° до 90° упрошенную зависимость Косого В.Д., Карпычева В.А. и других; при определении ПНС фарша готовой колбасы измельченной на мясорубке с влажностью менее 50°о следует применять для расчета константы конуса (2а=10°+60°) формулу Агранат H.H. и Воларовича М.П. с поправкой Арета В.А.,что обеспечивает получение практически одинаковых результатов;

- получен алгоритм регулировки консистенции фарша в процессе куттеровамия;

- определены рациональные технологические и реологические параметры для 4-х видов фарша и колбас.

Практическая ценность, '

На базе проведенных экспериментальных исследований и их статистической обработки:

- усовершенствованы и широко используются в научных исследованиях МГУПБ и ряда других учебных и научно-исследовательских институтов методы изучения' СМХ мясных, молочных и рыбных продуктов с помощью разработанного прибора (устройства);

- разработано техническое задание, рабочая документация и изготовлены опытные и промышленные образцы двух устройств для исследования структурно-мехапических свойств вязко-пластичных продуктов:

а) совместно со специальным конструкторским бюро по проектированию приборов и средств автоматизации, на которое получено авторское свидетельство №1479874 (приоритет изобретения 24.03.87г.), зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 15.01.89 (пенетрометр ПМДП-1);

б) созместио с Исследовательским центром имени М.В.Келдыша, на которое получен патент №2075751 (пенетрометр переносной малогабаритный ППМ-4);

- опытные образцы пенетрометров ПМДП-1 прошли межведомственные испытания (ЗЕ2.842.002ПМИ);

- Исследовательский центр имени М.В.Келдыша приступил к мелкосерийному производству пенетрометров ППМ-4 и модернизированных ПМДП-1;

- для оценки качественной характеристики - консистенции фарша и готовых изделий из него методом пенетрации разработан ГОСТ Р 50814-95 "Мясопродукты. Методы определения пенетрации конусом и игольчатым инаентором", который принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 6 сентября 1995 г. №462.

Апробация работы,

Основные положения и результаты работы доложены на 3 ВНТК "Разработка процессов получения комбинированных продуктоз питания" (Москва, 1988), на 3 ВНТК и 4 ВНТК "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целыо сопер-

а-Э/4

з

шенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств" (Москва, 1990, 1994 п .), на Международной научно-технической конференции "Пища, экология, человек" (Россия - Москва, 1995г.).

Пенетрометры были представлены на выставках "Конверсия-91", "Конверсия-93", "Конверсия-94" в 1993 и 1994 годах в Московском Государственном университете прикладной биотехнологии - "Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК", "Технические вузы Москвы - городу" в 1994 году.

Потенциальными потребителями пенетрометров могут быть предприятия Агропромышленного комплекса, фермерские хозяйства, учебные и научно -исследовательские лаборатории и институты.

Публикации..

Опубликовано 18 печатных работ, включая авторское свидетельство и патент.

Объем работы. « ■

Работа состоит ш введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения Работа изложена на 179 страницах машинописного текста, включает 15 таблиц, 27 рисунков, 6 приложений на 24 страницах и список отечественной и зарубежной литературы содержащий 154 источника.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранного направления темы, определены цель и задачи исследований.

Первая глава посвящена изучению факторов и процессов, влияющих на изменение консистенции мясопродуктов, существующие подходы и способы регулирования. Рассматриваются вопросы, связанные с корреляцией и идентификацией СМХ колбасных изделий с качественной характеристикой их консистенции и способы ее peí улирования с целью получения готового продукта с заданными СМХ. Систематизированы методы и приборы по определению реологических характеристик вязко-пластичных и упруго-зластичных материалов. Показана необходимость совместного использования инструментальных методов контроля качественной характеристики - консистенции с органолепгической оценкой, что позволит более объективно контролировать, регулировать и стабилизировать качество готовых изделий. Рассмотрены современные отечественные и Зарубежные приборы для объективной оценки консистенции продуктов и материалов по СМХ.

Рассмогрены труды отечественных и зарубежных ученых в области физико-химической механики пищевых дисперсных систем (Азаров Б М„ Арста В.А., Ба-к'унца Г.В., Баранова B.C., Большакова A.C., Бражникова A.M., Бушковой Л.А., Виноградова Г.В., Воларовича М.П., Воловинской В.П., Горбатова A.B.. Жарикова А,И., Журавской H К., Ивашов В.И.. Крыловой H.H., Лимонова Г.Е., Липатова H.H., Маслова A.M.. Мачихина С.А., Мачихина Ю.А., Мизирецкого H.H.,Минаева А.И.. Пелеева А.И.. Рогова И.А., Соколова A.A., Солнцевой Г Л., Спирина Е.Т., Федорова Н Е., Хлебникова В.И., а также Дроке В., Крата А., Мо-зенниа H.H., Чойшиера H.H., Хламча Р. и других), которые свидетельствуют о сложной зависимости СМХ пищевых продуктов от технологических и фишки-хиунчсских параметров.

В целом сведения, приведенные в первой главе и их анализ позволили 6$основать и сформулировать цель и задачи исследований, а также сформулиро-

вать технические требования к прибору для оценки качества мясопродуктов по их консистенции, оцениваемой СМХ.

Во второй главе даны описания прибороа и методика по определению реологических и технологических характеристик фарша и готовых колбас, используемых в работе, и краткая характеристика объектов исследования. Последовательность проведения экспериментов, соподчиненность и взаимосвязь этапов, методов, приборов и объектов исследования показаны на рис. I. Приведены результаты реологических исследований колбасных фаршей и готоных изделий из него на пенетрометре ПП-ЗМ. Выявленные преимущества и недостатки применяемого прибора позволили составить техническое задание и тематическую карточку по форме ТК-1 на разработку и изготовление опытных образцов приборов. Специальным конструкторским бюро по проектированию приборов и средств автоматизации (СКБПросктприбор). На разработанное устройство - пенегрометр (рис.2) получено авторское свидетельство N1479874. Целью изобретения япляется повышение точности измерения путем использования непосредственного цифрового отсчета погружения индентора в исследуемый продукт.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве применена измерительная система, которая состоит из двух свободно вращающихся дисков, спаренных редуктором. На первом диске по концентри ческой окружности на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены отверстия, при этом с одной стороны-данного диска на одной линии с центрами отверстий установлены источники света, а с другой фоторезисторы. Второй диск оснащен двумя шкивами, на которых одними концами закреплены тонкче гибкие тросы, другими концами один из тросов связан с валом электродвигателя, а второй - со штоком индентора. Кроме того, устройство снабжено цифровым блоком. Блок состоит из триггеров, соединенных с фоторезисторами сумматора, который подключен симметричным триггерам, и двух каналов индикации. Каждый канал индикации состоит из последовательно включенных логического элемента 2И-НБ, счетчика - дешифратора и цифрового индикатора, электронного ключа, электрически связанного со штоком таймера. Электронный ключ подсоединен к логическому элементу и таймеру, доа выхода последнего - к каналам индикации, а третий выход - к блоку управления электродвигателя.

В зависимости от заданной точности измерения устройство может иметь различную редукцию, а в измерительную систему может входить несколько комплектов источников света и фоторезисторов.

На рис.2 показано устройство, реализованное с редукцией 1:5 и двумя парами источников света и фоторезисторов.

Кроме того, использование в предлагаемом устройстве таймера, двух счетчиков - дешифраторов и логических элементов позволяет определить глубину погружения индентора в исследуемый продукт в динамике при различном заданном времени погружения для дальнейшей математической обработки и получении математической модели исследуемого продукта, а также построения градуи-ровочной характеристики.

СКБПроектприбор изготовил 4 стандартных образца, на двух из которых были проведены межведомственные приемочные испытания.

Составленная программа межведомственных испытаний опытных образцов включала 4 основных раздела: рассмотрение технической документации, экспериментальные исследования опытных образцов пенетрометра, методика испытаний и оформление результатов испытаний.

Экспериментальные исследования опытных образцов пенетрометров включали 13 разделов, в том числе определение: основной погрешности, система-

Рис.1. Схеме Прмскши жсисрммсчтов, силоячшкниост и викиоснии лчюп, мс! один, приборов и объектив нсслсдовхмим.

А-А

Рне.2. Принципиальна« схема пенетрометра ПМДП-1 (АС № 147987-1)

1 - предметный столик; 2 - емкость; 3 - продукт; 4 - индентор; 5 - шток;

6,10 - диски; 7 - отверстия; 8, 9 • шестерни, И • источник света; 12 - фотореэистпры;

13,14- гибкие троса; 15- электродвигатель; 16,17-триггеры; 18 - сумматор;

19,20,21 - логические элементы; 22,23 - счетчики-дешифраторы,

24,25 - цифра а ые индикаторы; 26 - электронный ключ; 27 - таймер;

28 - блок управления; 29,30 - электромагнитное реле; 31 - кнопка "пуск".

тической составляющей основной абсолютной погрешности, среднеквадратичного отклонения случайной составляющей основной погрешности, изменение погрешности пенетрометра от изменения питающей сети и температуры окружающей средь:. Проведена оценка возможности метрологического обслуживания и обеспечения нормированных значений метрологических характеристик при выпуске и эксплуатации пенетрометра органами Государственной и ведомственных метрологических служб. Разработана новая аппаратура в виде стандартных образцов (СОП-ПМ) для обеспечения возможности испытаний и проверки пенетрометра при выпуске их из производства и в процессе эксплуатации. Стандартные образцы комплект СОП-ПМ проверяют глубину погружения подвижной головки пенетрометра в трех точках: на 5мм, на 20мм и на 35мм. Они изготавливаются из металлической плиты высотой 35, 30, 16, 3-5мм. Можно использовать меры длины концевые - плоскопараллельные по ГОСТ 9038-73.

Стандартные образцы пенетрометра рекомендуем использовать при проверке следующих метрологических характеристик: систематической составляющей основной погрешности (ССОП) и среднеквадратичного отклонения (СКО) случайной составляющей погрешности пенетрометра. Определение ССОП осуществлялось по трем точкам диапазона шкалы: от 0 до 8мм, от 16 до 24мм и от 32 до 40мм и не превышала ± 0,2мм, а СКО - 0,08.

В результате испытаний установлено, что изменение основной погрет кости пенетрометра от изменения напряжения питания ( 220В), не превышает значения равного 0,25, а изменение температуры окружающей среды в пределах от 5 до 40° С не влияет на показания пенетрометра, предел допускаемого значения основной абсолютной погрешности пенетрометра составляет не более 0,3мм.

На основании результатов проведенных испытаний комиссия отметила, что опытные образцы пенетрометра ПМДП-1 по своим основным техническим < метрологическим характеристикам соответствует требованиям ТУ, ПС, леи ствующих и распространяющихся на пенетрометр стандартов и других НТД и ре комендовала изготовить установочную серию в количестве 10 штук, устранив прч этом замечания и предложения, выявленные в процессе межведомственных испы таний.

В связи с конверсией оборотной промышленности, устранение выявлен ных недостатков в конструкции пенетрометра и выпуск установочной серии было поручено Исследовательскому центру имени М.В.Келдыша под научным руковод сгвом сотрудников Московской Государственной университета прикладной био технологии. Погрешность замера сократилась до 0,1 мм.

Третья глава посвящена реологическим и реометрическим исследованиям пенстрации. Показана инвариантность показаний определяемых на различных приборах и перспективность использования пенегрометра ПМДП для определения сдвиговых структурно-механических характеристик для оценки консистенции колбасных фаршей и готовых изделий из него экспресс - методом. С этой целью 6li.hi проведены исследования на одной пробе фарша по определению реологиче ских характеристик на следующих приборах: ротационный вискозиметр, пенетро метр) ПМДП и универсальная испытательная ма иина "Инстрон".

На ротационном вискозиметре были определены соответственно для не разрушенной и разрушенной структуры фарша следующие характеристики: статическое (Э„, 0о ) и динамическое (0ОД, 9„д ) напряжение сдвига и эффективная вяз-копь при различной скорости (и1) движения фарша (11,4,= В» "1), где В - эффективная вязкость при единичном значении скорости, т - темп разрушения структуры. При этом необходимо отмстить, что при определении ПНС для ра)рушен-

ной структуры (9о ) имелся значительный разброс экспериментальных данных, который достигал ±50%. Помимо этого процесс снятия реограмм сравнительно длителен и трудоемок. Поэтому использование данного прибора для экспресс-оценки консистенции фарша является нерациональным. Кроме этого, его нельзя использовать для оценки консистенции готовых колбасных изделий.

На универсальной машине "Инстрон" сравнительно быстро и точно можно определить величину адгезионного давления, статического и динамического ГШС При этом необходимо отметить, что ПНС, определенное на "Ипстроне", хорошо коррелирует с ПНС, определенном на ротационном внеконшетре и пенетрометре с коническнм нндентером (2а=60°). Данный прибор имеет ряд существенных достоинств. одним из них является возможность изучения СМХ в динамике. "Инстрон" предпочтительней использовать для научных исследований, так как он является дорогостоящим, требующим высокой квалификации специалистов по его обслуживанию.

Ьенетрометр ПМДП, при использовании различных инденторов позволяет экспресс-методом определить ПНС фарша или пенетрационное напряжение готовых колбасных изделий. При этом необходимо отметить, что при использовании конического индентора с углом при вершине равным 2а=60°, как на пенетрометре, так и на "Инстроне" и ротационном вискозиметре получают идентичные показания, лежащие в пределах ошибки эксперимента.

Так как, пенетрометр имеет ряд существенных преимуществ по сравге-' нию с другими реологическими приборами, то его можно рекомендовать к использованию в производственных условиях. Для более широкого его использования о промышленности нами проведены peo метрические исследования, позволившие выявить рациональные параметры и характеристики прибора, обеспечивающие минимальную погрешность и достаточную достоверность замеряемых величин СМХ фарша и готорых колбас.

Из анализа литературных источников видно, что в настоящее время я основном изучены и определены СМХ фарша бесшпиковых вареных колбас и готовых изделий из него. Практически не изучены СМХ фарша полукопченых (л/к) и варенокопченых (в/к) колбас и готовых изделий из него, что можно объясни-,ь сложностью даш-ых объектов, которые являются неоднородными, имеющими включения сравнительно большого размера.

Для широкого использования прибора ПМДП в промышленности необходима уточненная методика для каждого конкретного объекта. Поэтому перед нами была поставлена задача провести реометрические исследования с целью разработки методики оценки консистенции фарша п/к и в/к колбас и готовых изделий из него, используя метод пенетрации, который включали: изучение цлияния подготовки образца; определение массы подвижной части прибора; выбор типа индентора; выбор соотношения степени пенетрации при 5с и 180с.

Для изучения влияния способа подготовки образца на погрешность замера были проведены исследования как на образцах фарша а'к и bík колбасы, так и готовых изделий из него с различной предварительной подготовкой.

При замере ПНС фарша использовали конический индентор с углом при вершине 2а=60°, который обеспечивает одинаковые значения при замере на различных приборах. В результате эксперимента исходного фарша п/к и в/к колбасы определена погрешность замера, которая достигала 10% от среднего значения, за счет неоднородности образца, включающего шпик размером 8x3x8 мм. С целью увеличения точности замера из образца были изъяты крупные включения шпика, что снизило погрешность до 6-7%, что можно объяснять сравнительно крупными включениями в фарш мышечной ткани. Для получения более однородной

массы, фарш дополнительно измельчали на мясорубке с диаметром отверстий решетки 2 мм, за счет чего значение ПНС уменьшилось в среднем на 20%, а погрешность замера снизилась до 5% по сравнению с неизмельченным фаршем.

Для выбора рациональной массы подвижной части прибора, позволяющей с достаточной точностью определить консистенцию фарша, были проведены эксперименты с использованием конуса с углом при вершине 2а=60°. На основании анализа экспериментальных данных можно сделать вывод, что при массе подвижной части прибора от 0,095 кг до 0,2857 кг, что соответствует величине от 0,2 до 0,6 Н, средние показания ПНС колеблются от 1352 до 1379 Па, что лежит в пределах ошибки эксперимента. При малой массе подвижной части прибора, например 0.0476 кг, что соответствует Km=0,l Н, значение ПНС завышено. Это можно объяснить неоднородностью фарша, в результате чего не происходит полного сдвига продукта, а следовательно глубина погружения индентора несколько занижена. Для оценки консистенции готовых колбасных изделий, предварительно измельченных на мясорубке, с использованием конического индентора с углом при вершине 2а =60° и с массой подвижной части прибора 0,2857 кг погрешность составила не более 4%.

С целью выбора рационального типа индентора для оценки консистенции колбасного фарша и измельченного фарша готовых колбас рыли выбраны игольчатые инденторы с одной или четырьмя иглами, конические инденторы с углом при вершине равным 10", 20°, 30°, 45°, 60". Кроме этого конические инденторы использовались с гладкой и рифленой поверхностью. Глубина рифлений равнялась 1 мм.

Для колбасного фарша вареных, п/к и в/к колбас, как для исходного, так и дополнительно измельченного, наиболее рациональным, обеспечивающим минимальную погрешность, является конус с углом при вершине равным б0°,что подтверждается также другими исследователями.

Проведенные эксперименты при использовании конусов с гладкой и рифленой поверхностью показали, что определяемые величины ПНС лежат в пределах ошибки эксперимента.

Для определения консистенции готовых колбасных изделий использовали четырехигольчатый индентор и конический индентор с углом при вершине равным 10°. Результаты эксперимента показали, что можно использовать оба индентора. При этом погрешность замера не превышала 8+10%. С целью увеличения точности замера и получения усредненной характеристики готовая колбаса измельчалась на мясорубке с диаметром отверстий 2 мм. Измельченная масса готовой колбасы плотно укладывалась в емкость и перся проведением замера подлрес-совывалась. Рациональным давлением подпрессовки является 4 х 101 Па. Дальнейшее увеличение давления на точность замера практически не влияло. Под-прессовка проводилась в течении трех минут, Погрешность замера при определении степени пенстрации при соответствующих условиях и использовании различных конусов составила не более 6%. При этом необходимо отметить, что при определении ПНС используемая константа конуса, огТределяемая по формуле Агранаг-Воларовича, с помощью которой были получены идентичные показания для сырого колбасного фарша, в данном случае не позволила получить одинаковые результаты.

Поэтому были проанализированы известные зависимости для получения константы конуса:

I. Формула П.А.^ебиндсра К = 0,52 (ctga cos'a) Л

2. Формула Н.Н.Аграната и М.П.Воларовича

К 1 = JCtg'o {[2а - 2(sina + 1С ln(sina/(sina + 1 )]+[l-ctg(Tt/4+a/2)l(2sina + 1)' ln[2sina/(2sinct + I)| +■ [ctg(7C/4 c/2) - clg(7t/4 + a)] ctg" (1U4 - a) ln{2/(ctga + I)] + etg(71/4 + all) [ctg(7t/4 - a) - (2sina + 1)])

(2)

3. Формула В.Д.Косого, В А.Ючрпычева

К = 0,687 ctg\z (3)

4. Поправка В.А.Арета к формуя« (2)

К = 1,32 tga V9lg4i + 4 /'(3tgb -t-1) (4)

Константы конуса, расчитанные по различным зависимостям, приведены в таблице 1

Таблица 1

2 а,град К(1) К (2) К(3) К (2) с поправкой (4)

10 18,5 29,0 - 10,0

20 8,92 17,93 22, Г б 7,89

30 5,66 9,40 9,68 5,90

45 3,35 4,08 4,01 3,47

60 2,11 2,13 2,06 2,13

75 1,34 МО 1.17 1,32

90 0,81 0,715 0,69 0.85

ПНС фарша готовой колбасы, расчитанные с использованием различных констант с учетом поправочных коэффициентов приведены в таблице 2. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие рекомендации:

Значения ПНС фарша готовой колбасы ( №>50'",) с учетам константы конуса, рассчитанной по различным зависимостям

2 а.град т, кг е„(Г>, Па (2), Па 00 (3), Па е„(2), с поправкой (4), Па

60 0.2861 2188 2211 2138 2211

60 0.2106 2163 2284 2113 2184

15 0.2061 2146 2613 2568 2222

30 0.1916 2105 3495 3599 2194

20 0,0766 2460 4983 6159 2192

10 0.0736 4111 6444 2221

10« 0,1226 3991 6256 2157

*- колус с рифленной поверхностью 0<кр = 2192

Из анализа экспериментальных данных, можно сделать вывод, что ПНС, рассчитанные с учетом константы по формулам (2) и (3) лежат в одних пределах при угле 60°, а по формуле (I) при углах от 30° до 60°. Взяв за основу формулу (2) с поправкой (4) были получены одинаковые результаты, при углах от 10° до 60°, которые лежат в пределах ошибки эксперимента. По всей вероятности, это можно объяснить тем, что в сыром колбасном фарше п/к колбас превалируют вязко-пластичные свойства, а в фарше измельченных колбасных изделий - пластические свойств^, где сила сцепления между частицами гораздо ниже, чем у сырого фарша.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие рекомендации:

1. Для сырого фарша п/к колбас:

с влажностью \У>50% при расчете константы конуса с углом 10°< 2а ^ 90° следует принять формулу (2), а при использовании конуса 30°£ 2а й 90° - упрощенную' формулу (3).

2. Для фарша готовой колбасы, измельченного на мясорубке, с влажностью \У<50% при 10°£ 2а й 60° следует принять зависимость (2) с поправкой (4).

По данным литературного обзора известно, что глубина погружения ин-дентора в колбасный фарш в течение пяти секунд составляет, в среднем, 75% от максимальной глубины погружения индентора.

С целью ускорения замера характеристик, по которым можно оценить консистенцию как фарша, так и готовых колбас, была проведена работа по выявлению соотношения между пснетрацией в течение 5 с и 180 с.

Многочисленные эксперименты показали, что соотношение для фарша п/к колбас составляет 1,3 с погрешностью до 10%, а для фарша и с погрешностью до 5% для дополнительно измельченного фарша; для готовых колбасных изделий не измельченных - 1,1 с погрешностью до 7%; для готовых колбасных изделий измельченных - 1,15с погрешностью до 4%.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям, проведенных в производственных условиях на ОАО "Царицыно", АО "Московский мясокомбинат МИКОМС", колбасный завод "Выхино". Для проверки метрологического обеспечения метода пенетрации конусом и игольчатым индентором вязко-пластичных и упруго-эластичных мясных продуктов, был статистически обработан экспериментальный материал, который сведен в таблицу 3.

Таблица 3

Определение пенетрации вюко-пластичных иупруго-мастичиых мясных продуктов

Вид продукта Диапазон, пенетрации. ед. Сходимость единицы погрешность, % Воспроизводи мость. единицы Погрешность, /и

Фарш вареных колбас 235-425 12-15 2.6-1,8 25-28 4.7-3.3 ' "

Готовые вареные колбасы 220-400 9-12 2,1-1,5 19-21 4,3-2.7

Фаш п/к и в/к колбас 150-230 20-25 6.6-5,4 • 24-30 8.0-6.5

Фарш п/к и в/к колбас дополнительно измельченный 180-230 10-12 2,8-2,5 16-24 4.5-5,0

Колбаса п/к и в/к (4-х игольчатый индентор) 170-300 20-25 5,8-4,2 25-30 7,3-5,0

Колбаса п/к и в/к дополнительно измельченная (конус 2а=60°) 200-300 10-12 ' 2,5-2,0 20-25 5,0 4,2

Для фарша и готовых вареных колбас, а также для фарша п/к и в/к колбас и готовых изделий из него, дополнительно измельченных, расхождение между результатами трех параллельных измерений не превышает 4% и измерений, выполненных в двух разных лабораториях на разных приборах одной партии не превышает 5%.

С целью выбора рациональных технологических и реологических параметров фарша и колбасы, которые стабилизируют качество и выход готовой продукции, проведены эксперименты на четырех видах традиционных вареных колбас, пользующихся наибольшим спросом населения. Для них были определены реологические и технологические характеристики (рН, влага, потери массы в процессе термообработки и хранения, степень пенетрации). Для фарша использовали конический индентор с углом при вершине 60е и подвижной массой 0,095 кг, для колбас - конус с углом 10° и подвижной массой 0.38 кг. У фарша величина рН колебалась от 5,2 до 6,45, а у колбас - от 6,1 до 6,6. В производственных условиях иногда изготовляют колбасы влажностью, превышающей нормативную, а чаще всего эти значения занижены (см. таблицу 4).

Колбаса Технологические параметры

фарша колбас

произведет венные колебания рациона льные колебания №„),% рациональная пе-нетрация Ь„р,ЫМ произведет венные колебания рациона льные колебание рациональ ная пе-нетрация Ищ,, мм

Молочная 63-73 67,2-68,0 23-24 61-69 64,3-65 21,9-22,3

Столовая 67-71 67,2-68,0 •23-24 61-68 64,3-65 21,5-22,3

Особая 67-78 76,2-77,7 25-26 64-75,3 74,2-75 23-24

Докторская 61,7-65,7 65,5-66,0 20-21 54,5-63,3 63-64 33-34

Зависимость степени пенетрации фарша от влажности Имеет вид экспоненты, а ПНС в данных пределах влажности можно аппроксимировать в.виде прямой зависимости. Следовательно, реологические характеристики чувствительны к изменению влажности продукта.

На основе анализа экспериментальных данных рекомендуются рациональные технологические (влажность \УР) и реологические (степень пенетрации за 5с.,Ьпр) параметры фарша и колбасы, величины которых показаны в таблице 4. Для сравнения взята колбаса "Докторская", изготовленная в цехе деликатесной продукции. Анализ этой колбасы показал, что ее влажность ниже нормативной. Продукт был хорошо измельчен и имел плотную структуру фарша, что подтвердилось реологическими исследованиями (см. таблицу 4).

Для более широкого -использования метода пенетрации, расширения области его применения, сокращения продолжительности измерения на различных стадиях технологического процесса производства колбас непосредственно на рабочем меоте, был разработан и запущен в мелкосерийное производство переносной малогабаритный пенетрометр (устройство) ППМ-4. Поставленная задача решена с помощью того, что предложенный пенетрометр имеет подвижную относительно иедентора опору, которая при контакте с продуктом не вызывает его прессовку; использует прямой метод измерения перемещения опоры относительно индентора; имеет барабан с Ы-ным количеством гильз фиксированных усилий, причем каждая гильза настроена на свое значение фиксированного усилия. Количество гильз определяется областью применения пенетрометра ППМ-4. В нашем случае гильзы 0,5; 2,0; 5,0; 0,9 кг. На рис. 3 представлена схема общего вида ППМ-4 (а), гильза фиксированного усилия (б) и принципиальная схема (в).

Таким образом, используя реологические методы контроля, можно уменьшить производственные колебания влажности и консистенции до минимума. Это позволит увеличить выпуск колбасных изделий из того же количества сырья. При этом выход и качество готовых колбасных изделий стабилизируются.

С мелью осуществления производственного контроля, стабилизации выпуска готового продукта и улучшения его .качества необходим экспресс-контроль процесса тонкого измельчения колбасного фарша. Для изучения возможности вышеуказанного контроля и определения рациональных границ СМХ фарша нами были проведены исследования на ОАО "Царицыно". В качестве измельчающего оборудования использовали кулер фирмы "Ласка". После окончания куттерова-ния на пенетрометре ПМД определяют степень пенетрации, ПНС и влажность фарша колбас "Подольская", "Останкинская" и сосисок "Молочные", формовали

батоны и после термической обработки и охлаждения оценивали консистенцию готовых колбасных изделий ортанолептическим и ненетрационным методом. На основе полученных экспериментальных данных получили следующее: производственные колебания ПНС фарша: для колбасы "Подольская" - 410-220 Па; колбасы "Останкинская" - 538-317 Па; сосисок "Молочные" - 509-296 Па. Наилучшее качество готового продукта по результатам органолелтического и приборного контроля соответствует следующим значениям ПНС фарша: для колбасы "Останкинская" - 500-400 Па, "Подольская" 300-220 Па, сосисок "Молочные" -380-300 Па. Значение степени пенетрации готовых колбасных изделий хорошо коррелируют с их влажностью и ПНС фарша. -4

Таким образом, использование полученных результатов на пенетрометре ПУЩ Г! позволяет осуществить контроль фаршесоставления с целью получения продукта высокого качества и стабилизированного выхода.

С целью регулирования процесса куттерования фарша необходимо получить математическую зависимость, которая позволяла бы определить дополнительное количество влаги (га3,), добавляемой в конце куттерования в зависимости от заданной консистенции фарша, определяемой значением рационального ПНС (0ро1 и от величины отклонения (до) истинного значения ПНС (60) от 9р0.

Д9 = 6рО-0О

В работах академика Горбатова А.В. и профессора Косого В.Д. приведена эмпирическая зависимость определения 6р0 фарша от его жирности (<р, кг/кг) и влагосодержания (и,кг/кг) или влажности (У/, кг/кг):

0ро - А«? [4<р - (0,31 - 21 <р2)и]. Па

где, W/(l-W), А - коэффициент, имеющий размерность Па (для бесшпиковых колбас, А=2120Па).

На основе этой зависимости и проверочных экспериментальных исследований была получена математическая зависимость т«,= Г(6р0, ДО), которая в первом при-. ближении была аппроксимирована прямой:

. т\ = (786 - 1,34 ВО Д90"! О"5, кг/кг где Дб0* - относительные величины, равные:

ер„'= еРо/бог, де„*=ле0 /о01; 9„1 = 1, Па

Отклонения расчетных величин от экспериментальных составляли в основном не более 5%. Таким образом, полученная математическая зависимость может быть использована в виде алгоритма для введения в ЭВМ, что позволяет для любых видов вареных колбас получить фарш заданной консистенции путем автоматического определения необходимого количества добавляемой влаги в конце процесса куттерования индивидуально для каждого замеса фарша и при добавлении которой куттер должен быть переключен на процесс перемешивания.

Проведенные реометрические исследования пенетрометра и проверка его работоспособности в производственных условиях позволило разработать ГОСТ на метод определения пенетрации конусом и игольчатым инденгором мясопродуктов (ГОСТ Р 50814-95).

Выводы:

1. Установлена идентичность показаний СМХ колбасного фарша вареных, полукопченых и варенокопченых колбас и готовых изделий из него на различных реологических приборах (ротационный вискозиметр, универсальная испытательная машина "Инстрон", пенетрометр с коническим индентором (2а=60°), величины которых отличаются друг от друга в пределах ошибки эксперимента.

2. Разработаны устройства (пенетрометры ПМДП, ППМ-4) для определения СМХ вязко-пластичных и упруго-эластичных продуктов (АС N 1479874, патент N 2075751), опытные образцы которых прошли межведомственные испытания и рекомендованы к серийному выпуску, в настоящее время налажено мелкосерийное производство.

3. Установлено, что в настоящее время наиболее перспективным и универсальным прибором для определения СМХ фарша и готовых изделий из него является пенетрометр.

4. Определены рациональные динамические, геометрические и временные, параметры для пенетрометра ПМДП:

а) масса подвижной части прибора т= 0,2857 кг;

б) вид индентора: для фарша п/к и в/к колбас и измельченных готовых изделий - конус с углом при вкршьне 2а = 60°, для готовых изделий - четырехигольчатый индентор или конус с 2а = 10°;

в) продолжительность пенетрации 5с (h„), при которой определены соотношения е = h/h, (h - максимальная глубина погружения): для фарша п/к и в/к колбас-1,3; для готовых колбасных изделий-1,1; для дополнительно измельченных готовых колбасных изделий - 1,15;

г) установлено давление подпрессовки фарша п/к и в/к колбас 4 х 10", Па.

5. Разработана методика определения консистенции фарша п/к и в/к колбас и готовых изделий из него по их СМХ экспресс-методом, обеспечивающая минимальный разброс экспериментальных данных.

6. Уточнена методика определения ПНС фарша п/к и в/к колбас,при использовании конуса с углом при вершине в пределах 10° £ 2а £ 90°, и измельченных готовых изделий 10" ä 2а £ 60°, позволяющая получить идентичные показания.

7. Получен алгоритм регулировки консистенции фарша в процессе кутте-рования.

8. Разработан ГОСТ Р 50814-95 "Мясопродукты. Методы определения пенетрации конусом и игольчатым индентором".

По содержанию диссертации опубликованы следующие работы:

1. A.C. СССР N 1479874, МКИ С Ol N 33/12 Тевзадзе Т.Н., Бандзелазде А.Е., Дадунашвили A.A., Косой В.Д., Емельянов Ю.В., Абрамов А Н. и др. "Устройство для исследования структурно-механических свойств вязко-пластичных продуктов". Зарегистрировано в Госреестре изобретений 15.01.89 с приоритетом 24.03.87.

2. Абрамов А.Н., Косой В.Д., Жакабеков В.М., Медведев A.M. "Обоснование выбора прибора для оценки качества фарша и готовых колбасных изделий на мясокомбинатах". Тезисы докладов^ ВНТК "Разработка получения комбинированных продуктов питания"--М., 1988, с.293-294.

3. Косая Т.В., Абрамов АН., Косой В.Д., Жакабейков Б.М. "Геометрические исследования пенетрометра для оценки качества неоднородных комбинированных продуктов". Тезисы докладов 3 ВНТК "Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания"-М., 1988, с.294-295.

4. Косой В.Д., Саргсян K.P., Абрамов А.Н. "Способы регулировании консистенции фарша по структурно-механическим характеристикам". Тезисы докладов 3 ВНТК "Теоритические и практические аспекты применения инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств"-М., 1990, с.200-201.

5. Косой В.Д., Саргсян K.P., Абрамов А.Н. "Получение алгоритма регулировки консистенции фарша в процессе куттеривания". Тезисы докладов 3 ВНТК "Теоретические и практические аспекты применения инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств"-М., 1990, с.267-268.

6. Абрамов А.Н., Косой В.Д., Прусаков ¡O.A. "Прибор для определения жесткости мяса и мясопродуктов". Тезисы докладов 4 ВНТК "Теоретические и практические аспекты применения инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств"-М., 1994, с.9.

7. Абрамов А.Н., Варсанович Г.Н., Косой В.Д. "Определение рациональных технологических характеристик фарша и колбасных изделий в производствен- • ных условиях". Тезисы докладов 4 ВНТК "Теоретические и практические аспекты применения инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств"-М., 1994, с, 10-11.

8. Абрамов А.Н., Косой В.Д., Прусаков Ю.А., Слободянский A.M. "Влияние pH на структурно-механические характеристики мяса". Тезисы докладов 4 ВНТК "Теоретические практические аспекты применения инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств"-М., 1994, с. 13-14.

9. Абрамов А.Н., Косой В.Д, Крылов А.И., Моисеева О.В. "Метод определения пенетрации вязко-пластичных однородно-гомогенизированных мясопродуктов". Материалы Международной научно-технической конференции "Пиша, экология, человек"-М., 1995, с.64.

10. Абрамов А.Н., Косой В.Д., Сюткин C.B., Виноградов Я.И. "Методы определения пенетрации вязко-пластичных неоднородных или грубодисперсных продуктов и упруго-эластичных мясопродуктов". Материалы Международной научно-технической конференции "Пища, экология, человек"-М., 1995, с.65.

11. Косой В.Д,, Журавская H.A., Крылов А.И., Абрамов АН. "Определение точности метода пенетрации конусом и игольчатым индентором".

Материалы Международной научно-технической конференции "Пища; экология, человек"-М., 1995, с.74.

12. Косой В.Д., Новик О.Ю., Абрамов А.Н. "Использование пенетрометров повышает гарантию качества". Мясная промышленность, N2, 1995, с.17-19.

13. ГОСТ Р-50814-95 "Мясопродукты. Методы определения пенетрацнн конусом и игольчатым индентором". Головин Ю.М., Абрамов А.Н.. Голлендер Г.М., Косая Т В., Косой В.Д.. Помогнн Н.И.. Литвинова Г.А. Издание официальное. Госстандарт России, 9с.

14. Патент N2075751. "Устройство для определения структурно-механических характеристик пищевых продуктов". Головин Ю.М.. Помогнн Н.И.. Человань П.П., Литвинова Т.А., Косой В.Д., Сентякова Т.В., Абрамов А.Н. - Приоритет изобретения 27.04.95.

15. Косой В.Д.,. Абрамов А.Н., Головина Н.Ю. и др. "Метод и прибор для оценки качества консистенции упруго-эластичных продуктов по структурно- механическим характеристикам". Тезисы докладов "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интесификации технологических процессов пищевых произ-водств"-М., 14-15 мая 1996. с. 19.

16. Абрамов А.Н., Косой В.Д., Крылов А.И., Митрюшина Т.М. "Уточненная методика расчета предельного напряжения сдвига фарша полукопченных колбас". Тезисы докладов научных чтений "Теоретические и практические основы расчета термической обработки пищевых продуктов".-М., 22 апреля 1997,

. с.75.

17. Абрамов А.Н., Косой Е.Д. Крылов А.И., Митрюшина Т.М. "Ускоренная методика расчета предельного напряжения сдвига фарша полукопченных колбас и готовых изделий из него". Там же, с.76.

18. Абрамов А.Н., Косой В.Д. Крылов А.И., Митрюшина Т.М. "Уточненная методика расчета предельного напряжения сдвига полукопченных колбас". Там же, с.77.

ГПП Лтташ». Эк. 3/4 Тшр. 10О