Технология консервирования

Раздел: Быт. Семья

При производстве большинства видов консервов сырье подвергают измельчению.

Техника этого технологического процесса еще столь несовершенна, что на само преодоление сил молекулярного сцепления сырья для разделения его кусков на части затрачиваются, даже в самых лучших конструкциях дробильных устройств, только малые доли процента всей расходуемой на работу машины энергии.

Измельчение сырья

Процесс измельчения сырья является необходимой операцией в подготовке плодов и овощей к прессованию. От степени измельчения сырья, количества разрушенных клеток зависит выход сока при прессовании. При достаточно тонком измельчении и одном и том же давлении выход сока получается больше, чем при более крупном измельчении.

Механическое измельчение сырья основано на приложении внешних сил, превышающих молекулярные силы сцепления. Это позволяет считать всякое механическое измельчение сырья как процесс разделения куска на отдельные части, при котором механически преодолеваются силы сцепления частиц и образуются новые поверхности. Механическое измельчение можно осуществить дроблением или резкой (см. схему).

В некоторых отраслях техники термин «измельчение» условно относят к более тонкому дроблению, считая, например, что крупные куски сырья дробят, а потом полученные мелкие раздробленные кусочки измельчают. Резанием можно получить более точные размеры и более правильные формы измельченного материала. Дробить можно ударом, раскалыванием, раздавливанием и истиранием ( 25).

Во всех современных дробильных машинах эти виды дробления проявляются комбинированно. В результате этих воздействий в сырье могут возникать разрывающие, изгибающие, сжимающие и другие напряжения. В твердых телах деформация распространяется относительно быстро. Поэтому ударом дробить твердые тела лучше. В вязких телах деформации распространяются значительно медленнее, и истирающее воздействие или спокойное раздавливание в этом случае выгоднее.

Частицы при крупном дроблении приобретают неправильную форму. В процессе истирания при все более мелком дроблении форма частиц округляется, приближаясь к сферической в результате наиболее тонкого дробления.

Воздействие на сырье преимущественно раздавливанием называют плющением.

Большое значение в работе молотковых дробилок имеет свободный удар (удар влёт). Раскалывание при помощи зубьев играет основную роль в работе ножевых дробилок для семечковых плодов.

Технологический результат работы дробильной машины оценивают тремя основными характеристиками: размером раздробленных частиц, их формой, распределением частиц по размерным классам.

На современных измельчающих машинах производственного типа нельзя достичь точных размеров, определенной формы и наперед заданного распределения по размерным классам частиц раздробленного сырья. Объясняется это прежде всего тем, что процесс дробления зависит от очень многих причин, частично совершенно случайных, поэтому он по своему характеру весьма сложен.

Дробление. Процесс дробления определяется свойствами сырья:- прочностью, твердостью, пластичностью, однородностью, состоянием и видом поверхности, степенью влажности, размерами, формой и взаимным расположением дробимых кусков сырья, коэффициентом трения между частицами, а также свойствами дробильной машины (формой и состоянием дробящей поверхности, ее скоростью и характером движения, массой рабочего органа, коэффициентом трения рабочей поверхности по сырью и др.).

Степень измельчения плодов оказывает решающее значение в процессах получения соков (продолжительность, выход сока, содержание взвешенных частиц и т. д.). Однако наличие большого количества мелких частиц затрудняет очистку сока от мякоти. Поэтому необходимо провести дробление таким образом, чтобы полученная дробленая смесь (мезга) имела оптимальный гранулометрический состав в зависимости от метода получения сока.

Конструкции дробилок, применяемых в консервном производстве, различны. Для дробления винограда, измельчения ягод, косточковых плодов используется валковая дробилка с рифлеными валками типа ВГД.

Дробилка состоит из двух вращающихся навстречу друг другу валков, расстояние между которыми может регулироваться в целях предупреждения повреждения косточки. Валки делаются рифлеными, притом на одном зубцы расположены по образующей цилиндра, на другом — под некоторым углом к ней. Для получения эффекта разрыва плода в некоторых конструкциях дробилок валки вращаются с разными окружными скоростями. В некоторых линиях переработки томатов устанавливают такие валковые дробилки.

Крупноизмельченные томаты поступают в горизонтальный конический барабан, имеющий в стенках отверстия диаметром 12 мм. Центробежной силой масса дробленых томатов отбрасывается к поверхности барабана. Через отверстия проходят сок и семена. Их отделению способствует вращающийся вал с обрезиненными бичами. Мякоть, выходящая из барабана, поступает в быстроходную ножевую дробилку. Весь этот агрегат называется дробилкой-семя- отделителем. Его применение обусловлено предупреждением измельчения семян при дроблении плодов на ножевой дробилке.

Быстроходные ножевые дробилки имеют перфорированный барабан, в прорезях которого установлены пилообразные ножи. Внутри барабана установлен многолопастный ротор. Плоды лопастями отбрасываются к поверхности барабана, измельчаются ножами и через отверстия выводятся из машины.

Экспериментально определено, что при дроблении на дробилке такого типа мезга имеет следующий гранулометрический состав: частицы размером от 1 до 3 мм — 21%, от 3 до 5 мм — 47, от 5 до 7 мм —21%.

Типичным представителем таких конструкций дробилок является дробилка 361 ( 26) машиностроительного завода «Червене знамя» в г. Стара-Загора (НРБ), производительность ее 5—7 т/ч.

Для измельчения плодов с твердой структурой, например яблок, используются барабанные быстроходные ножевые дробилки типа КДП. Эти дробилки состоят из барабана, на наружную поверхность которого насажено восемь рядов ножей-гребенок толщиной 5 мм, имеющих мелкие зубья. Ножи выступают над поверхностью барабана на высоту от 0,5 до 5 мм. Вдоль барабана установлены четыре прижимные колодки. Зазор между колодками и ножами регулируют в пределах от 0,5 до 20 мм в зависимости от желаемой степени измельчения сырья. Частота вращения барабана 2550 мин-1. Окружная скорость ножей составляет около 29 м/с. Яблоки из бункера попадают между зубьями барабана и прижимными колодками. Благодаря значительной скорости вращения барабана целые яблоки измельчаются до кашицеобразного состояния. В связи с тем что в данных машинах очень трудно получить мезгу с заданным гранулометрическим составом, их применение в последние годы ограничено.

Более широкое применение получили молотковые дробилки. Они используются для измельчения плодов с твердой структурой. Эти дробилки бывают с горизонтально или вертикально расположенным ротором, который представляет собой вал с укрепленными на нем подвижно или неподвижно ударными рабочими органами — молотками ( 27). Ротор заключен в ситчатый цилиндр. В зависимости от обрабатываемого продукта сито может меняться на другое с меньшими или большими диаметрами отверстий. При быстром вращении ротора за счет свободного удара молотков происходит дробление исходного материала. Дробление длится до тех пор, notfa измельченный материал не пройдет через сито.

При дроблении яблок на молотковой дробилке типа 1-63 гранулометрический состав мезги следующий: частицы размером от 1 до 3 мм — 20%, от 3 до 5 мм — 30, от 9 до 12 мм — 10%. Диаметр отверстий сита в данном случае равен 12 мм.

Испытания и эксплуатация молотковых дробилок на консервных заводах СССР показали, что использование сит с крупными отверстиями приводит к получению мезги, в которой повышено соотношение частиц большого диаметра. При дроблении плодов с мягкой тканью на дробилках с ситами, имеющими отверстия малого диаметра, в мезге повышено содержание очень мелких частиц, которые при прессовании не создают дренажной системы, и извлечение сока из такой мезги затруднено.

Для дробления винограда с одновременным отделением ягод от гребней на некоторых заводах используется центробежная дробил- ка-гребнеотделитель типа ЦДГ, работающая по принципу молотковых дробилок.

Производительность таких машин может быть в пределах от 20 до 50 т/ч. Недостатком таких дробилок является сильная аэрация мезги.

Сравнительные исследования выхода сока из мезги, полученной на центробежной дробилке типа ЦДГ и на валковой дробилке типа ВГД, показали, что при прессовании этой мезги на гидравлическом прессе выход сусла-самотека увеличился на 7—8%, а выход сусла первого давления уменьшился на 4—5% для мезги после дробилки ЦДГ, чем для мезги после дробилки ВГД. При этом содержание мокрых взвесей увеличилось примерно на 12%.

Таким образом, хотя имеется общее увеличение выхода сусла (за счет интенсивного разрыва клеток), качество его невысокое. Кроме повышенного содержания в сусле мокрых взвесей во вкусе и аромате явно ощущаются окисленные тона, что связано с образованием большого количестваа перекисей. По этим показателям не рекомендуется использовать ударно-центробежные дробилки для переработки винограда на сок.

Наиболее широко в настоящее время для дробления плодов используются ножевые дробилки. Эти дробилки бывают дисковыми и барабанными. Рабочим органом первых является горизонтальный диск с круглыми или продолговатыми отверстиями, края которого приподняты и заточены, образуя режущие кромки. Размер частиц мезги определяется высотой кромок над поверхностью диска. При вращении диска плоды разрезаются на стружку, которая проходит через отверстия диска. В СССР выпускаются дробилки ДДС-5.

У барабанных терочных дробилок рабочим органом является перфорированный барабан с такими же отверстиями и режущими кромками, как и у дисковых. Внутри барабана имеется вал с лопастями, которые прижимают плоды во время вращения к терочной поверхности. Барабан может располагаться вертикально или горизонтально.

Резка. Измельчение плодов и овощей с получением кусочков определенного размера и определенной формы производится на резательных машинах.

Наиболее широко применяется комбинированная овощереза- тельная машина с дисковыми и плоскими ножами типа «Ритм». Машина имеет два горизонтальных вала, вращающихся в противоположных направлениях. Первый вал вращает барабан, во внутреннюю полость которого по желобу поступает сырье. Второй вал приводит во вращение дисковые ножи, установленные перпендикулярно оси вращения барабана, частота вращения которого равна 200 мин-1, дисковые ножи вращаются с частотой в пять раз большей.

Сырье, поступившее в барабан, под действием центробежной силы отбрасывается лопастью к неподвижному цилиндрическому корпусу машины и режущему органу, имеющему ряд вращающихся дисковых ножей и неподвижный плоский нож. Плоским ножом срезается пластинка плода, которая дисковыми ножами разрезается на брусочки. Размер поперечного сечения брусочка регулируется расстоянием между дисковыми ножами и перемещением плоского ножа.

При эксплуатации таких резательных машин необходимо следить за состоянием режущей кромки ножей.

В последние годы в СССР создана резательная машина А9-КИП. Она предназначена для нарезания овощей и фруктов на кубики, лапшу, ломтики и брусочки. Производительность этой машины 5000 кг/ч. Суммарное количество крошки от общей массы нарезанного продукта не более 12%.

Размеры нарезаемых овощей и фруктов следующие: кубики — 9,5X9,5X9,5 мм, лапша — 9,5X9,5X1,55 мм, ломтики — толщиной до 9,5 мм, брусочки — 9,5 X 9,5 X19 и 9,5X19X19 мм.

Режущий блок состоит из механизма продольной и поперечной резки. Продукт через загрузочное устройство поступает в барабан, ротор которого подает его на режущие органы машины.

Для резки капусты, лука и других овощей на консервных заводах применяются дисковые овощерезки (шинковальные машины), на вращающемся диске которых установлены серповидные ножи. Корпус овощерезки имеет форму кругового клина с определенным углом подъема, свернутого по окружности. Лезвия ножей выступают над плоскостью диска на высоту срезаемого слоя (5— 10 мм). Вдоль ножа в диске имеется отверстие, через которое срезанный слой продукта падает в разгрузочный лоток.

Тонкое измельчение (гомогенизация). Для производства соков с мякотью и фруктового пюре измельченные плоды поступают на операцию тонкого измельчения. При этом преобладающее число частиц после тонкого измельчения имеет размер 250—300 мкм.

В консервной промышленности для этого процесса используются гомогенизаторы и дезинтеграторы (коллоидные мельницы).

Принцип работы гомогенизатора заключается в продавливании продукта через узкую щель между седлом и клапаном гомогенизирующей головки. Перед клапаном продукт имеет давление около 15—20 МПа. Величина зазора регулируется в пределах 30— 100 мкм прижимом .клапана к седлу пружиной и винтом. Скорость движения продукта в зазоре равна 150—200 м/с. На консервных предприятиях используются гомогенизаторы типа ОГВ, представляющие собой горизонтальный трехплунжерный насос с одноступенчатой гомогенизирующей головкой. Плунжерные гомогенизаторы выпускаются производительностью 1200, 5000 и 10 000 л/ч.

Для получения фруктовой и овощной массы с очень высокой степенью дисперсности используются дезинтеграторы. В них сырье измельчается в очень малом зазоре (до 0,05 мм) между дисковым ротором, имеющим частоту вращения 100 с-1, и неподвижным статором или корпусом. Здесь создается вихревой поток и частицы вращаются с такой скоростью, что центробежные силы разрывают их. Чаще всего применяются вибрационные коллоидные мельницы фирмы «Пробст» (ЧССР), рабочий орган которых — ротор, имеющий частоту вращения 2900 мин-1. На поверхности ротора нанесены кольцевые нарезки, входящие в аналогичные пазы на статоре.

Часть ротора у входа продукта имеет более крупные нарезки и больший зазор, чем на выходе. Продукт самотеком подается в гомогенизирующую головку и разбрызгивается быстро вращающимся ротором. Измельчение происходит за счет воздействия на частицы сил удара и трения, а также колебаний^ возникающих вследствие вращения ротора в статоре и перемещения продукта по кольцевому зазору с разным диаметром. Частота колебаний достигает 18 600 кГц, приближаясь к ультразвуковому барьеру. Величина зазора может регулироваться. Производительность такой установки от 2400 до 12 000 кг/ч.

По аналогичному принципу работает гомогенизатор РЗ-КГБ, разработанный в СССР. Гомогенизирующая головка представляет собой стальной корпус с неподвижными дисками. Диски имеют радиальные прорези. Внутри статора вращается вал с насаженными на него подвижными роторами, входящими в зазоры между дисками статора. Выступы роторов также имеют радиальные прорези.

Продукт проходит пять ступеней гомогенизации. Зазоры на ступенях гомогенизации имеют различные величины: I ступень — 2 мм, II ступень — 1,8, III ступень — "1Д IV ступень — 1,4 и У ступень — 1,2 мм.

Содержащаяся в соке (после протирочной машины) мякоть, проходя через пазы в дисках статора и ротора всех пяти ступеней, тонко измельчается, и на выходе из аппарата получается высококачественный гомогенизированный сок или пюре.

Если до обработки преобладающий размер частиц был равен 2 мм, то после обработки в этом гомогенизаторе размер частиц становится 120 мкм. Число пазов в статоре и роторе по 30 шт. Частота вращения ротора 3000 мин-1.

Протирание. Другим процессом, обеспечивающим получение продукта с тонкоизмельченной мякотью, является протирание. При последовательной установке нескольких протирочных машин исходное сырье можно разделить на три и более фракций.

Принцип работы протирочных машин основан на силовом воздействии на обрабатываемый продукт.

Вращающийся внутри ситчатого барабана вал несколькими парами бичей захватывает продукт и за счет центробежной силы прижимает продукт к барабану. В связи с тем что бичи расположены с некоторым опережением, т. е. их плоскость имеет определенный угол (1,5—2°) к образующей ситчатого барабана, продукт внутри него перемещается по винтовой линии от загрузочного к выгрузочному отверстию. Регулировка угла опережения позволяет изменить продолжительность пребывания продукта внутри машины. Это дает возможность изменять производительность, но прежде всего изменять влажность отходов (крупной фракции). Чем меньше угол опережения, тем меньшую влажность имеют отходы. На влажность отходов также влияет величина зазора между бичами и поверхностью сита.

В зависимости от обрабатываемого продукта и его назначения протирочные машины имеют различные диаметры отверстий сит- чатого барабана.

При использовании протирочных машин в качестве косточкоот- делителей при производстве пюре из косточковых плодов диаметр отверстий составляет 3—8 мм. Для производства тонкоизмельчен- ных пюреобразных продуктов и соков с мякотью используются протирочные машины одно-, двух- и трехступенчатые с диаметром отверстий соответственно 1,2, 0,8 и 0,4 мм. Живое сечение (отношение площади отверстий ко всей площади сита) на всех трех барабанах соответственно равно 23, 17 и 12%.

В линиях переработки томатов одной из первых машин стоит протирочная машина-семяотделитель. Диаметр отверстий в сите равен 1,25 мм, при этом живое сечение составляет 23%.

Частота вращения вала с бичами в протирочных машинах обычно составляет 250—300 мин-1, в некоторых высокоскоростных машинах — 1500 мин-1.

Отходы при протирании составляют от 3,8 до 6% (в среднем 4,6%), но имеют довольно высокую влажность — до 65%.

Для облегчения протирания и уменьшения отходов продукт предварительно нагревают до температуры 75—90 °С.

Одним из способов получения соков с мякотью из дробленой мезги является центрифугирование на шнековых центрифугах.

В СССР на ряде консервных заводов применяется вертикальная коническая фильтрующая центрифуга НВШ-350.

Основными рабочими органами центрифуги являются конический ротор, вращающийся с частотой 3000 мин-1, с установленным на нем ситом и расположенный внутри ротора шнек, вращающийся с относительной к ротору частотой 60 мин-1. Производительность центрифуги 4 т/ч, выход сока 60—70%. Производительность и выход сока зависят от типа и размера отверстий сита ротора. Для увеличения выхода сока и улучшения его качества мезгу или пульпу перед центрифугированием подвергают нагреву до 90— 95 °С.