Тема: Разработка технологии посола деликатесных изделий с использованием гидродинамической кавитации

Проблема обеспечения безопасности и качества продукции на предприятиях пищевой промышленности на сегодняшний день становится все более актуальной. Нововведения в производстве пищевых продуктов позволяют, с одной стороны, расширить ассортимент продукции, увеличить сроки ее хранения и полнее удовлетворить требования потребителя, с другой - формируют новые опасные факторы для человека. Одним из приоритетных направлений развития пищевой промышленности являются вопросы по обеспечению качества и безопасности пищевого сырья и продуктов питания [1-9]. В целях повышения конкурентной способности продукта необходимо проводить мероприятия по совершенствованию качества и существующих технологий производства пищевых продуктов. Необходимо снизить потребность восстановления утрачиваемых при хранении свойств и качеств сырья и продуктов питания, а также стремиться к получению более совершенных по своему физическому и химическому составу пищевых продуктов.
В этой связи важная роль отводится не только улучшению существующих методов технологической обработки пищевых продуктов: механические,
гидромеханические, термические, биохимические, химические, - но и внедрению современных инновационных технологий [10-13]. На сегодняшний день одним из инновационных методов обработки пищевых продуктов является кавитационная технология [14].
В последнее время достигнуты определенные успехи в разработке принципиально новых конструкций кавитационных смесителей. Рассматривая тенденции развития смесительного оборудования, можно отметить, что все большее распространение находят идеи использования для интенсификации процессов смешения новых физических эффектов и явлений.
Необходимо отметить, что широкое использование кавитационных явлений определено потребностью в таких технологических операциях, как перемешивание, диспергирование, тепло- и массоперенос. В настоящее время кавитационные технологии дают превосходные результаты преобразования газообразных, твердых и жидких сред. Кавитационные технологии используют для приготовления стойких против расслоения смесей, а также для смешения различных сред, например, трудносмешиваемых или несмешиваемых. Используют для приготовления гомогенных растворов, эмульсий, взвесей и дисперсий из различных продуктов, для активации ферментов и ускорения процессов за счет поддержания каталитических реакций, для очистки сточных вод, а также для очищения воды в системах водоподготовки.
Сфера применения кавитационных явлений распространилась и на пищевую отрасль. В настоящее время в пищевой промышленности известны технологии кавитационной обработки рабочих жидкостей. Например, технология приготовления хлебопекарного и кондитерского теста на кавитационноактивированной воде позволяет увеличить удельный объем хлеба, повысить его эластичность, замедлить очерствение и сократить использование хлебопекарных улучшителей, а кавитационная обработка сахарно-солевых растворов перед смешиванием их с тестом позволяет снизить содержание в хлебе соли и сахара на 15-20 % без изменения вкуса и пищевой ценности продукта [15]. Известна технология кондиционирования зерна перед его помолом аэрозолем кавитационно-активированной воды, технология кавитационной обработки рассолов для мясопродуктов, цельного молока, а кавитационная обработка воды в системе водоподготовки для пищевых производств позволяет обеззаразить ее за счет подавления и разрушения микробных тел.
В данной выпускной квалификационной работе предложен принципиально новый метод приготовления посолочной смеси на основе ее кавитационной обработки для цельномышечных копчено-вареных изделий из свинины с использованием гидродинамического кавитационного устройства. Ассортимент этих изделий зависит от вида мяса, условий его технологической обработки, используемых частей туш. Необходимым условием для осуществления посола с помощью кавитации является ритмичная подача сырья в отделение посола.
В данной выпускной квалификационной работе предлагается использовать кавитационный способ посола на примере следующего ассортимента цельномышечных изделий из свинины:
- окорок тамбовский копчено-вареный высшего сорта (ГОСТ 54043-2010);
- окорок деликатесный копчено-вареный высшего сорта (ТУ 10 РСФСР 591);
- рулет ростовский копчено-вареный высшего сорта (ГОСТ 54043-2010);
- грудинка копчено-вареная высшего сорта (ГОСТ 54043-2010);
- корейка копчено-вареная (ГОСТ 54043-2010).
Целью выпускной квалификационной работы явилась разработка гидродинамического кавитационного устройства с минимальным
энергопотреблением для жидких пищевых сред, применяемых в мясной промышленности. В соответствие с целью были поставлены следующие задачи:
1. Проведение сравнительного анализа существующих конструкций кавитационных устройств.
2. Выбор наиболее подходящего способа посола цельномышечных копченовареных изделий из свинины для осуществления кавитационной обработки.
3. Разработка рабочего процесса гидродинамического кавитационного устройства, реализующего переход сверхзвукового течения рабочей жидкости в дозвуковой через скачок давления.
4. Построение математической модели рабочего процесса кавитационного устройства для обработки жидких пищевых сред, применяемых в мясной промышленности.
5. Разработка конструкции кавитационного устройства с минимальным энергопотреблением, реализующим протекание рабочего процесса через скачок давления.
6. Разработка рекомендаций оптимального проектирования кавитационного устройства непрерывного действия с минимальным энергопотреблением.

Купить

Данная выпускная квалификационная работа является законченной - в ней изложены теоретически обоснованные технические решения совершенствования существующих и разработки принципиально новых прогрессивных технологий обработки жидких пищевых сред. С этой целью на основе обширных исследований информационных и патентных источников был определен путь решения, а именно - применение кавитационных технологий для обработки таких сред. Несомненно, кавитационные технологии в настоящее время достаточно широко применяются не только в пищевой промышленности, но и во многих других сферах - в пищевой, химической промышленности, в фармацевтике, биотехнологии, медицине - все активнее применяют кавитацию как высокотехнологичный процесс с целью интенсификации химических, тепло- и массообменных процессов в жидких средах, а также традиционно - для процессов смешения и диспергирования гомогенных и гетерогенных систем [89, 90]. Однако только кавитационное воздействие на жидкую среду не обеспечивает совершенное смешение и диспергирование. И тогда возникает идея: при кавитации из жидких сред выделяются ранее растворенные в них газы и среда становится двухфазной. Известно, что скорость звука в двухфазных средах много меньше, чем в жидкой и даже в газовой средах. Поэтому, при помощи кавитации можно сформировать сверхзвуковой течение в двухфазной среде, которое неизбежно перейдет в дозвуковое через прыжок давления. И это мощное ударное воздействие давления на среду, несмотря на кратковременность, является дополнительным интенсифицирующим фактором дезинтеграции - можно получить дисперсные системы с размером частиц от нескольких десятков микрон (мкм) до десятых долей микрон и даже нескольких нанометров (нм).
С целью реализации данной работы были выполнены следующие работы:
- проведен сравнительный анализ существующих конструкций кавитационных устройств [91] (глава 1);
- выбран наиболее подходящий способа посола цельномышечных копченовареных изделий из свинины для осуществления кавитационной обработки (глава 2, стр 34);
- детально описан рабочий процесс гидродинамических кавитационных смесителей, который целесообразно формировать с таким расчетом, чтобы на начальном участке рабочей камеры за побудителями кавитации образовалось бурное сверхзвуковое течение парогазожидкостной смеси, переходящее затем в конце рабочей камеры смесителя в дозвуковое течение в скачках перемешивания. В последних происходит интенсивная конденсация пара, дробление и диспергирование жидких присадок в несущую среду. В результате данного процесса образуется высокодисперсная эмульсия (глава 5, стр. 66);
- разработана математическая модель рабочего процесса кавитационных смесителей непрерывного действия, которая включает уравнения количества движения, материального и энергетического баланса потока, а также соотношения и коэффициенты, полученные на основе экспериментальных данных. Она позволяет рассчитать поперечные размеры смесителей с побудителями кавитации в потоке в виде многоструйного сопла (либо гидродинамической кавитационной решетки), а также определить координаты скачка перемешивания и, тем самым, - продольные размеры смесителя (глава 5, стр. 70);
- определены основные параметры, описывающие рабочий процесс гидродинамических кавитационных смесителей, а именно: число кавитации о; относительная площадь кавитационного устройства (сопла или гидродинамической решетки) Q, приведенная критическая длина уУ относительный перепад давления (Рн Рк)/(Рн Рн.п) на смесителе. Установлены их функциональные связи, а также оптимальные значения и соотношения. Например, установлено, что относительный перепад давления в смесителе зависит, главным образом, от коэффициентов сопротивления элементов проточной части: горловины Q конфузора ^он, кавитатора £кав и диффузора Удиф, а также относительной площади кавитационного устройства Q и числа кавитации с.
Каждому набору коэффициентов сопротивления элементов проточной части смесителя отвечает оптимальное значение основного геометрического параметра Д>пт , при котором перепад давления в смесителе - минимален. Во всем практическом диапазоне изменения коэффициентов сопротивления горловины 4, 0.08... 1,00 и гидравлически совершенном профилировании других элементов
проточной части: конфузора (Дон =0,15), кавитационного устройства (4кав=0,1) и диффузора (4диф=0,25) оптимальная величина относительной площади струйного кавитационного устройства составляет Дшт=0,45... 0,70.
- установлено, что с целью интенсификации кавитационного процесса
целесообразно очаги кавитации распределять равномерно по нормальному сечению потока, а их число, по возможности, увеличить. Этому требованию отвечает многоструйное сопло с равномерно расположенными отверстиями, создающее несколько высокоскоростных струй. Для инициирования прыжка перемешивания именно в рабочей камере целесообразно выполнить
порогообразный выступ в конце рабочей камеры, а сразу за выступом - успокоитель, который выполнял бы функции гашения колебаний давления и успокоения потока (глава 5, стр. 72);
- метод расчета гидродинамических кавитационных смесителей, построенный на основе предложенной математической модели рабочего процесса вместе с условиями минимума потери давления в устройстве и рекомендациями его оптимального проектирования, позволяет разрабатывать эффективные смесительные устройства непрерывного действия с минимальным энергопотреблением - показано расчетом лабораторного образца гидродинамического кавитационного смесителя непрерывного принципа действия, реализующего рабочий процесс дезинтеграции через прыжок давления (глава 5, стр. 76).
Таким образом, в работе приведены теоретически обоснованные технические решения поиска принципиально новых инновационных технологий обработки жидких пищевых сред, применяемых для продуктов питания животного происхождения, а также предложены пути совершенствования существующих и разработки принципиально новых смесительных устройств на их основе - гидродинамических кавитационных смесителей непрерывного действия с минимальным энергопотреблением. Достоверность и обоснованность теоретических положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием при составлении физической и математической модели рабочего процесса фундаментальных законов сохранения и их общепринятого математического описания; применением достоверных полуэмпирических данных; удовлетворительным соответствием расчета лабораторного образца гидродинамического кавитационного смесителя разработанной математической модели и методу расчета, который, а также разработанные рекомендации оптимального проектирования, могут быть использованы не только в пищевой промышленности, но и в машиностроении, теплоэнергетике, нефтехимическом производстве и пр. при совершенствовании существующих или разработке новых кавитационных смесительных устройств для более качественной обработки жидких сред с целью улучшения их характеристик.
В приложении приведены научные достижения и информационные материалы по теме исследования ВКР, выполненные дипломником
Купить