Сортировка сыпучих материалов

Сущность и назначение процесса сортирования. Сущность этого процесса заключается в разделении сыпучих материалов на группы (классы). Разделение может быть проведено как по размерам, так и по свойствам материалов, входящих в со­став сыпучей системы. Процесс сортирования также называют классификацией.

В общественном питании разделение частиц по их качеству принято называть сортированием, а разделение по величине – калибровкой, отделение от сыпучего продукта примесей – про­сеиванием. Сортирование применяется, например, при подго­товке зерна и различных круп к приготовлению пищи. В этом случае отсортировывают доброкачественные зерно и крупу от возможных примесей или неполноценных зерен. Калибровка осуществляется при подготовке овощей и плодов к дальнейшей пе­реработке. Просеивание совер­шенно необходимо при подготовке к переработке таких продуктов, как мука, крахмал, сахарный пе­сок. В общем виде можно считать, что просеивание необходимо в тех случаях, когда нужно от сыпучего продукта отделить всевозможные инородные частицы.

Существующие способы сортирования позволяют сыпучие материалы разделить по их величине, форме, плотности, маг­нитным и электрическим свойствам.

Сортирование по форме частиц называют триерованием. Сортирование по плотности частиц часто называют сепариро­ванием сыпучих материалов. Отделение от сыпучих материа­лов металлических примесей называют электромагнитным или магнитным разделением (сепарированием).

Просеивание осущест­вляют на различных ситах. Применяемые в пищевой промыш­ленности и общественном питании сита можно подразделить на следующие два основных типа: пробивные (штампованные) сита, изготовляемые из металлических листов со штампован­ными отверстиями, и сплетенные из металлической проволоки или из шелковых, капроновых, нейлоновых нитей.

Плетеные сита имеют, как правило, отверстия квадратной или прямоугольной формы. Форма отверстий пробивных сит может быть самой разнообразной в зависимости от их назна­чения.

Пропускная способность сита характеризуется его живым сечением, представляющим собой отношение площади отвер­стий к площади всего сита:

 

φ = S_o100/S, (5)

где φ – живое сечение; S_o – площадь сечений отверстий в сите, м²; S – площадь всего сита, м².

Живое сечение пробивных или штампованных сит обычно составляет не более 50-70 %.

Фракции материалов, которые проходят через сортирующее устройство (сита), называются проходом или просевом. Фрак­ции, которые задерживаются ситом, называются сходом или отсевом.

Для характеристики размеров частиц материалов, подвер­гающихся сортированию, используют обозначения в виде зна­ков «плюс» и «минус». Знак «плюс» означает, что частица имеет размер больший, чем размер проходных отверстий в си­тах. Знак «минус» говорит о том, что частица имеет меньший размер, чем размер отверстий в сите. Так, например, частица, имеющая размер больше 2 мм, но меньше 3 мм, проходит через сито с сечением отверстий 3 мм и задерживается на сите с отверстием 2 мм. Эту частицу можно обозначить –3 +2.

На этом принципе основан так называемый ситовой ана­лиз сыпучих материалов, разделяемых на фракции по раз­мерам.

Ситовой анализ является разновидностью дисперсионного анализа и проводится с целью характеристики дисперсности частиц сыпучей системы. Навеску исследуемой системы про­пускают через ряд сит, отверстия которых постепенно увеличи­ваются. Сход или отсев, задерживающийся на каждом из сит, взвешивают. На основании данных, полученных при взвешива­нии, может быть построена интегральная кривая распределе­ния отдельных фракций по массе.

Существуют разные способы просеивания. На практике применяют однократное и многократное просеивание. Много­кратное просеивание может быть осуществлено тремя основ­ными способами от мелкого к крупному, от крупного к мел­кому и комбинированно (рис. 36).

Все эти способы имеют свои достоинства и недостатки. При просеивании от мелкого к крупному (рис. 36, а)аппараты легко обслуживать, но низка их эффективность, так как секции сит забиваются частицами крупных размеров. Просеивание от крупного к мелкому позволяет получить высокий эффект сортирования, но установки, работающие на этом принципе, трудны в обслуживании. Комбинированный способ в значи­тельной мере свободен от недостатков, присущих первым двум способам.

Аппараты для сортирования. Аппараты этого типаподраз­деляют в зависимости от вида и способа сортирования. Так, известны аппараты для просеивания, для калибровки (калиб­ровочные аппараты), для триерирования (триеры), для сепа­рирования по плотности и для разделения по магнитным и электрическим свойствам (сепараторы).

Рис. 36. Способы многократного просеивания:

а – от мелкого к крупному; б – от крупного к мелкому; в – комбинированный:

1 – загрузочный бункер; 2 –сита; 3 – приемные бункеры

 

Аппараты для просеивания, бывают плос­кими, цилиндрическими или коническими. В плоских аппара­тах сита совершают возвратно-поступательное движение или вибрируют, в цилиндрических сита вращаются. На рис. 37 представлены аппараты для просеивания (грохоты). Грохоты с качающимися ситами выпускаются одноярусными и мно­гоярусными. В одноярусных просеивание осуществляется по способу от мелкого к крупному (рис. 36, а), в многоярусных грохотах просеивание проводится или по способу от крупного к мелкому (рис. 36, б), или по комбинированному способу (рис. 36, в). Просев проходит через сита, отсев движется слева направо.

Рис. 37. Аппараты для просеивания (грохоты):

а – с качающимися ситами: 1 – эксцентрик; 2 – корпус; 3 – опор­ная стойка;

б – с вибрирующими ситами; 1 – сита; 2 – корпус; 3 – дебалансы;

4 – вал; 5 – пружины

 

Вибрационные грохоты (рис. 37, б)также могут быть одно- и многоярусными. Сита в них совершают колебательные движения, создаваемые специальным вибратором, имеющим дебалансы. Вибрационные грохоты имеют ряд достоинств, главными из которых являются: малая засоряемость сит, боль­шая производительность, универсальность (на них можно раз­делять различные материалы, в том числе и влажные), удоб­ство в эксплуатации, невысокий рас­ход энергии.

Аппараты для просеивания, имеющие цилиндрическую или ко­ническую форму, называют буратами (рис. 38).

Рис. 38. Конический бурат:

1 – шнек-питатель; 2 –кожух; 3 – конический барабан;

4 – вы­грузной шнек; 5 – патрубки для выхода фракции

 

Рабочая поверхность конического барабана выполнена из сит с отверстиями, диаметр которых увеличи­вается по ходу движения разделяе­мого материала. Совершенно оче­видно, что производительность буратов увеличивается с повышением частоты вращения барабанов. Од­нако она может быть повышена только до определенного значения. Если частоту вращения повысить, то материал будет вращаться вместе с ба­рабаном. Цилиндрические барабаны буратов устанавливают под углом до 10° к горизонту.

Принцип работы калибровочных аппаратов основан на том, что в них имеются рамы с отверстиями разных размеров. Пе­ремещаемые по рамам овощи и плоды разделяются по вели­чине (длине, диаметру).

Триеры могут иметь различное конструктивное оформление. Сущность работы их заключается в том, что разделяющее уст­ройство их имеет ячейки определенных форм и размеров.

Сепараторы для разделения сыпучих материалов по плот­ности подразделяют на гидравлические, пневматические, цен­тробежные.

Гидравлические сепараторы выпускают отстойного и флота­ционного типов (рис. 39). Аппараты первого типа работают по принципу отстаивания (рис. 39, а). В проточный резер­вуар подаются, например, крупа и вода. Легкие примеси всплывают и уносятся с водой, а крупа оседает на дно. Гидрав­лические сепараторы флотационного типа (рис. 39, б) рабо­тают по принципу флотации. Флотацией называется процесс, при котором к частицам продукта прилипают воздушные пузырьки. Частицы и воздушные пузырьки образуют агломе­раты. Если средняя плотность образовавшегося агломерата меньше плотности воды, то он поднимается вверх. Флотацион­ные сепараторы чаще всего используются для разделения сы­пучих систем, разные компоненты которых имеют различную способность прилипать к воздушным пузырькам. Частицы вме­сте с воздухом поднимаются вверх, образуя пенообразный слой, и сливаются из аппарата. Другие частицы (без прилип­ших к ним пузырьков воздуха) оседают на дно аппарата.

Рис. 39. Схемы гидравлических сепараторов:

а –отстойного типа: 1 – резервуар; 2 – тяжелая фракция; 3 – легкая фракция;

4 –загрузочный бункер; 5 – патрубок для подачи воды; 6 –ло­ток для выхода легкой фракции; 7 – патрубок для выгрузки тяжелой фракции;

б –флотационного типа: 1 – резервуар; 2 – тяжелая фракция;

3 –перфорированная труба для подачи воздуха; 4 –легкая фракция;

5 – загру­зочный бункер; 6 – патрубок для подачи воды;

7 – лоток для выхода лег­кой фракции; 8 –патрубок для тяжелой фракции

 

К пневматическим (воздушным) сепараторам относятся различного рода вейки (рис. 40). Воздух, продуваемый через вейку, несет с собой частицы, которые постепенно осаждаются. Сначала оседают наиболее тяжелые, затем более легкие и, на­конец, совсем легкие могут быть вынесены из аппарата вовсе.

Рис. 40. Схема вейки:

1 – патрубок для входа воздуха; 2 – корпус; 3 – загрузочный бункер;

4 – патрубок для вы­хода воздуха с легкими фракциями;

5, 6, 7 –бункеры для сбора фракций разной плотности

 

К центробежным сепараторам, предназначенным для раз­деления сыпучих систем по плотности, относятся аппараты циклонного типа, конические и дисковые. Разделение во всех этих сепараторах осуществляется за счет центробежной силы, воздействующей на частицы в результате их вращения в ра­бочем органе аппарата.

Сепараторы циклонного типа работают примерно так же, как и циклоны для жидкостей и разделения газов. Конические центробежные сепараторы имеют перфорированный вращаю­щийся конус, в который поступает разделяемый материал. От­верстия в конусе разных размеров. В нижней его части они мелкие, в верхней – крупные.

Схема дискового сепаратора приведена на рис. 41. Мате­риал, подлежащий разделению через загрузочный бункер, по­падает на быстровращающийся диск, на котором частицы при­обретают центробежную силу и под ее действием слетают с него. В зависимости от плотности и размеров частиц центро­бежная сила, воздействующая на них, различна. Поэтому ча­стицы, имеющие большую плотность или больший размер, ле­тят дальше частиц с меньшими плотностью и размером.

Рис. 41. Схема дискового сепаратора разделителя:

1, 2, 6, 7 – кольцевые сборники; 3 – диск;

4 – загрузочный бун­кер; 5 – приводной вал

 

Магнитное сепарирование осуществляется за счет того, что многие металлы, полученные на основе железа, обладают маг­нитными свойствами. В устройствах для магнитного отделе­ния металлических примесей устанавливают постоянные маг­ниты или электромагниты, которые притягивают к себе эти примеси. Лучшими считаются сепараторы, снабженные элек­тромагнитами (рис. 42).

Рис. 42. Схема электромагнитного сепаратора:

1 – лента; 2 – ведомый барабан; 3 – загрузоч­ный бункер; 4 – разделяемый

материал; 5 – ве­дущий барабан; 6 – электромагнит; 7 – немаг­нитный материал; 8 – бункер для немагнит­ного материала; 9 –магнитный материал;

10 –бункер для магнитного материала; 11 – скребок

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

ПАСТЕРИЗАЦИЯ

Назначение и сущность процесса пастеризации. Пастеризация пищевых продуктов является одним из важнейших специфических тепловых процессов, имеющих особое значение в санитарно-гигиенических целях. Она применяется для обработки различных жидких пищевых продуктов (молоко, соки, сиропы, бульоны, пиво, вино и т. п.), а также воды, которая поступает на предприятия пищевых отраслей промышленности и общест­венного питания не из централизованных городских водопро­водных сетей.

Основная цель пастеризации – уничтожение болезнетвор­ных микробов и подавление жизнедеятельности микроорганиз­мов, вызывающих порчу продукта. При пастеризации прежде всего погибают психрофильные бактерии. Не выдерживает вы­соких температур большинство болезнетворных микроорганизмов, вызывающих всевозможные заболевания людей. В качестве примера таких заболеваний можно привести следующие: тубер­кулез, дизентерия, тиф, дифтерит, различного рода желудочно-кишечные заболевания.

Однако при пастеризации погибают далеко не все микро­организмы. Так, остаются не уничтоженными споровые бакте­рии, выдерживают пастеризацию некоторые виды термофиль­ных бактерий.

Нужно подчеркнуть, что, хотя пастеризация и преследует цель уничтожения микроорганизмов, вызывающих порчу про­дуктов, эффективность процесса в первую очередь определя­ется степенью уничтожения болезнетворной, или, как ее назы­вают, патогенной, микрофлоры.

Теоретические основы пастеризации. Расчеты процессов па­стеризации основываются на данных зависимости продолжи­тельности выдержки продуктов от температуры среды.

В качестве конкретного примера такой зависимости можно привести формулу проф. Г.А. Кука:

 

lnτ = 36,84 – 0,48t, (6)

где τ – необходимая продолжительность выдержки продукта при заданной температуре пастеризации, с.

Это уравнение описывает оптимальную взаимосвязь темпе­ратуры пастеризации и продолжительность выдержки для мо­лока. Необходимо отметить, что в современной науке о пасте­ризации за нижний предел принята температура 60 °С. Только при температуре около 60 °С достигается пастеризующий бактерицидный эффект, это связано с термостойкостью туберку­лезной палочки.

Зависимость между температурой нагрева и продолжитель­ностью выдержки объясняется двумя причинами. Одна из них связана с тем, что денатурация, разрушение структуры веще­ства, из которого состоит микробная клетка, происходят во времени. Это время тем меньше, чем выше температура. Дру­гая причина вызвана закономерностями теплообмена. Нагрев микроорганизмов при любом виде пастеризации осуществля­ется не непосредственно, а через ту среду, в которой находятся бактерии. Потому для того, чтобы температура клетки бакте­рии достигала той же температуры, что и среда, требуется оп­ределенное время.

Эта фундаментальная зависимость позво­ляет определить необходимое условие достижения эффекта па­стеризации. Оно заключается в равенстве действительного вре­мени нахождения продукта при температуре пастеризации и теоретически необходимого.

В реальной действительности в каждом кубическом сантиметре жидкостей, подвергаемых пастеризации, содержатся сотни тысяч и даже миллионы бактерий. В связи с этим уста­новлена очень важная зависимость эффективности пастериза­ции от количества микроорганизмов в продукте до его пастеризации. Для этого введен так называемый коэффициент скорости гибели микроорганизмов. Он определяется по уравнению

 

С = (ln N_o – lnN_K)/θ, (7)

где С — коэффициент скорости гибели бактерий, 1/с; N_o – на­чальное количество бактерий в 1 см³ продукта; N_K – конечное количество бактерий в 1 см³; θ – продолжительность нахож­дения продукта при температуре пастеризации, с.

Если в продукте помимо микроорганизмов содержится ка­кая-то дисперсная фаза, то процесс пастеризации в определен­ной мере затрудняется. Это объясняется тем, что микроорга­низмы, которые адсорбированы на поверхности частиц дисперс­ной фазы, будут менее доступны для прогрева. Особенно трудно достигнуть достаточного эффекта пастеризации жидких продуктов, имеющих высокую способность пенообразования. Пена или воздушные пузырьки являются прекрасным теплоизолятором и затрудняют прогрев микроорганизмов.

Режимы пастеризации. Как было показано выше, режимы пастеризации предопределяются температурой и продолжи­тельностью выдержки продукта при этой температуре. В на­стоящее время выделяют три режима пастеризации: 1) дли­тельная пастеризация; 2) кратковременная пастеризация; 3) мгновенная, или моментальная, пастеризация.

При длительной пастеризации температура среды состав­ляет 63-65 °С, выдержка – 30 мин; при кратковременной па­стеризации – соответственно 72-76 °С и 20-30 с; при мгно­венной пастеризации – 85-95 °С и 1-2 с.

Выбор режимов пастеризации предопределяется техноло­гическими условиями и свойствами продукта. Если продукт содержит какие-то компоненты, отличающиеся низкой термо­устойчивостью (под действием высоких температур быстро раз­рушаются), то следует применять длительную пастеризацию.

В подавляющем большинстве случаев пастеризацию сле­дует проводить по кратковременному или мгновенному ре­жиму.

В заключение рассмотрения режимов пастеризации следует еще раз отметить, что этот процесс позволяет уничтожить да­леко не все микроорганизмы и в продукте остается какое-то количество бактериальных клеток. В связи с этим пастеризо­ванный продукт необходимо сохранять в условиях, препятст­вующих развитию остаточной микрофлоры. Одним из таких ус­ловий является охлаждение продукта после пастеризации. Наи­лучшая температура охлаждения 2-4 °С. Во всяком случае она не должна быть выше 6-8 °С.

Аппаратура, используемая при пастеризации. Она может быть самой разнообразной. В настоящее время наибольшее распространение получили пастеризационные установки (па­стеризаторы) непрерывного действия. Для пастеризации неболь­ших количеств продуктов используют аппараты периодического действия.

Пастеризаторы периодического действия, называемые ван­нами длительной пастеризации (ВДП), представляют собой теплообменные аппараты с рубашками. В качестве греющего агента используется горячая вода. Поддержание нужной темпе­ратуры воды осуществляется барботированием в нее пара.

Пастеризационные установки непрерывного действия можно подразделить на два основных типа: трубчатые и пластинчатые. В трубчатом аппарате (рис. 43) продукт движется по коллектору труб, а в межтрубное пространство поступает грею­щий агент, в качестве которого могут быть использованы горячая вода или пар. В последнее время трубчатые пастеризаторы применяются главным образом для высокотемпературной пастеризации.

Рис. 43. Схема трубчатого пастеризатора:

1 –патрубок для входа продукта; 2 – трубная решетка; 3 – трубы;

4 – патрубок для входа грею­щего агента; 5 – корпус пастери­затора;

6 – патрубок для выхода пастеризованного продукта;

7 – патрубок для выхода греющего агента или конденсата

 

Наибольшее значение в настоя­щее время имеют пластинчатые ап­параты (рис. 44), в которых грею­щие поверхности выполнены в виде рифленых пластин (44, б). Каж­дая пластина имеет четыре отвер­стия: два для входа и выхода па­стеризуемого продукта, два для входа и выхода теплоносителя. Про­дукт движется по одной стороне пластины, а теплоноситель по дру­гой. Рабочая часть пластины окан­тована резиновыми прокладками, которые при сборе пластин в па­кеты позволяют образовать герме­тически изолированные плоские пространства, по которым дви­жется продукт или теплоноситель.

Для увеличения поверхности теплообмена и интенсифика­ции процесса пластины делают, как уже указывалось, рифлеными. Рифли бывают самого различного профиля, но обяза­тельно должны обеспечивать турбулизацию потока. Зазор ме­жду пластинами зависит от высоты резиновых прокладок. В подавляющем большинстве расстояние между пластинами составляет в различных аппаратах от 3 до 10 мм. Пластины собираются в пакеты. Из пакетов на общей раме образуются секции и специальными стягивающими устройствами плотно прижимаются друг к другу (рис. 44, а).

Рис. 44. Схема пластинчатой пастеризационной установки:

а – схема аппарата: 1 – неподвижная опорная плита; 2 – пластины;

3 – на­жимная плита; 4 – стягивающие устройства; б – схема пластины;

1 – ос­нова пластины; 2 – резиновая прокладка; 3 – рифли

 

В настоящее время пластинчатые пастеризационные уста­новки являются универсальными или комбинированными теплообменными аппаратами. В них осуществляются не только па­стеризация продукта и его выдерживание, но и регенерация теплоты. Кроме того, в универсальных установках производят охлаждение продукта. Для проведения всех указанных процес­сов пластинчатые аппараты подразделяют на секции. Типичной является пятисекционная универсальная пастеризационная установка.

Исходный продукт поступает в секцию регенерации, где он нагре­вается за счет пастеризованного. Да­лее продукт переходит в секцию пас­теризации, где осуществляется его нагрев паром или горячей водой. На­гретый до температуры пастеризации продукт из секции пастеризации по­ступает в секцию выдерживания. За­тем он переходит в секции регенерации и охлаждения водой и далее в секцию охлаждения ледяной водой (t = 0-1 ºС) или рассолом. Из этой секции про­дукт идет или на резервирование, или на дальнейшую переработку.

Современные пластинчатые универ­сальные или комбинированные пастеризационные аппараты снабжены ав­томатическими устройствами, называемыми обратными клапа­нами. Эти устройства позволяют возвращать продукт, не на­гретый до температуры пастеризации, на повторную пастериза­цию. Возвратный клапан устанавливают или после секции пастеризации, или после выдерживателя.

Выше подробно рассмотрены пастеризаторы, работа кото­рых основана на применении теплового воздействия на про­дукт. К таким пастеризаторам относятся и так называемые электропастеризаторы, в которых нагрев продукта осуществля­ется за счет преобразования электрической энергии в тепловую. Их подразделяют на два типа: косвенного действия и прямого действия. В электропастеризаторах косвенного действия элек­троэнергия используется для нагрева воды, которая затем используется для пастеризации продукта. В электропастериза­торах прямого действия электроэнергия трансформируется в тепловую непосредственно в продукте. В том и другом типе пастеризаторов расход электроэнергии сравнительно высок, и поэтому они не нашли применения.

Возможно применение ультразвуковой пастеризации, пастеризации путем ультрафиолетового облучения, пастеризации радиоактив­ным облучением и пастеризации механической.

Ультразвуковая пастеризация основана на том, что про­дукт озвучивается ультразвуком с частотой колебаний более 25 кГц. Бактерицидный эффект достигается за счет того, что под действием ультразвука в жидкости возникает кавитация, связанная с возникновением гидравлических ударов огромной силы, под действием которых клетки микроорганизмов разры­ваются.

Определенное распростране­ние получили установки для па­стеризации жидких продуктов за счет ультрафиолетового облуче­ния. В этих ус­тановках происходит облучение тонкого слоя продукта. Тонкослойность обусловлена тем, что ультрафиолетовые лучи имеют небольшую проницаемость.

В установках конического типа продукт стекает по конической поверхности, в центре помещен источник ультрафиолетового из­лучения. В качестве источника служит кварцевая лампа, запол­ненная парами ртути. В цилиндрических установках ультрафио­летового пастеризатора трубка, расположенная внутри, представ­ляет собой кварцевую лампу, также заполненную ртутными па­рами.

Установлено, что бактерицидными свойствами обладают ультрафиолетовые лучи в диапазоне длин волн 3х10³ – 22х10³ А. Ультрафиолетовое облучение жиросодержащих продуктов при­водит к образованию в нем витамина D. Этот факт находит практическое применение для обогащения продукта витами­ном D. В частности, выпускают питьевое молоко, обработанное ультрафиолетовыми лучами.

Применяют для пастери­зации многих жидких продуктов (молоко, соки) так называе­мые актинизаторы. Принцип работы актинизаторов заключается в следующем. Продукт проходит последовательно первую трубку, в которой он нагревается до температуры 70-80 °С за счет инфракрасного облучения. Это излучение исходит от кварцевой трубки, которая снаружи имеет электротеп­ловую обмотку. Из этой трубки продукт переходит во вторую трубку, где он обрабатывается ультрафиолетовыми лучами.

Известен способ пастеризации продуктов за счет использо­вания ионизирующего облучения. Суть работы подобного рода пастеризационных установок заключается в том, что продукт в тонком слое (2 мм) подвергается облу­чению гамма-лучами. В качестве источ­ника излучения используют кобальт-60, цезий-137.

Мощность излучения невелика и со­ставляет около 2х10^-3 Дж. Этим путем можно по­лучить не только эффект пастеризации, но и эффект стерилизации.

Наконец, известен еще один способ пастеризации – механи­ческий, при котором выделение микроорганизмов достигается за счет центробежной силы. Сейчас в некоторых отраслях пище­вой промышленности применяют так называемые бактофуги, которые представляют собой центробежные сепараторы, имею­щие достаточно большие частоты вращения. При помощи бактофуг выделяют микроорганизмы из пива, соков, бульонов, молока. Однако бактофуги не могут заменить полностью теп­ловую пастеризацию, так как некоторые микроорганизмы имеют плотность или равную продукту, или меньшую, чем плотность продукта, и полностью не выделяются.

СТЕРИЛИЗАЦИЯ

 

Назначение и сущность процесса стерилизации заключается в уничтожении всех видов микроорганизмов, в том числе и их спор. В пищевой промышленности и общественном питании стерилизацию применяют при производстве консервов, стойких в хранении продуктов. Осуществляется стерилизация различ­ными путями. Основным из них является тепловая стерилиза­ция за счет нагрева продукта до высоких температур. Так же как и при пастеризации, в стерилизации существует зависи­мость между температурой нагрева продукта и продолжитель­ностью выдержки. Кроме того, иногда применяют так назы­ваемую дробную стерилизацию, которая заключается в много­кратном нагреве и охлаждении продукта. Сначала продукт нагревают до 100-110 °С, затем его охлаждают до 35-40 °С и выдерживают при этой температуре 1-2 ч. Это делается для того, чтобы проросли споры. После этого продукт вновь на­гревают до 100-110 °С, затем опять охлаждают до темпера­туры 35-40 °С и выдерживают 1-2 ч. Так повторяют не­сколько раз.

Эффективность стерилизации характеризуют коэффициен­том стерилизующего действия, который представляет собой ло­гарифм отношения начального и конечного количеств бактерий в единице объема продукта:

 

C = lg(N₀/N_K). (8)

 

Между максимальной температурой стерилизации продукта и коэффициентом стерилизующего действия существует пря­молинейная зависимость.

Способы стерилизации. Существуют два основных вида сте­рилизации. Один из них заключается в предварительной рас­фасовке и упаковке продукта с последующей стерилизацией. При другом способе продукт сначала стерилизуют в потоке, а затем в асептических условиях расфасовывают в тару. С по­зиции современных представлений об уровне технического ос­нащения процесса более прогрессивной является стерилизация в потоке. Однако ее реализация затруднена необходимостью асептической расфасовки и упаковки. В настоящее время наи­более завершенными в аппаратурном оформлении являются стерилизация в потоке различного рода соков, молока и расфа­совка их в одноразовую упаковку, т. е. в бумажные пакеты различной вместимости (от 10 мл до 4 л) и формы.

Процесс стерилизации в потоке осуществляется двумя пу­тями. Первый из них основан на нагреве продукта через теплопередающую поверхность. Этот способ иногда называют кос­венной стерилизацией. Он осуществляется в теплообменниках трубчатого или пластинчатого типа. По своей конструкции они аналогичны пастеризационным установкам (см. рис. 43 и 44). Пластинчатые стерилизаторы имеют большую распространенность.

Второй путь стерилизации – это непосредственный нагрев продукта паром. Непосредственная стерилизация осуществля­ется или путем введения пара в продукт или путем введения продукта в пар. Стерилизация путем непосредственного нагрева паром имеет ряд преимуществ. Одно из них заключается в минимальном расходе теплоты, так как вся энтальпия пара полностью используется на нагрев про­дукта. Второе преимущество состоит в том, что нагрев осуществляется практически мгновенно, за десятые доли секунды. Это означает, что высокая температура (140-160 °С) на продукт воздействует очень короткое время и составные элементы его не успевают денатурировать. В современных стерилизационных установках сразу же после нагрева продукта до температуры стерилизации он попадает в вакуум-камеры, где за счет самоиспарения очень быстро охлаждается. Более того, в вакуум-камере из продукта удаляется влага, которая в него попала при конденсации греющего пара.

При непосредственной стерилизации предъявляются особые требования к качеству пара, он должен быть особо чистым и не содержать никаких примесей. Это обстоятельство является причиной того, что в некоторых странах до сих пор стерилиза­ция введением пара в продукт запрещена.

Косвенная стерилизация, т. е. через теплопередающую по­верхность, осуществляется в общей сложности за сравнительно длительный промежуток времени (несколько секунд) и приво­дит к денатурации составных элементов продукта под воздей­ствием высокой температуры (140-160 °С).

Стерилизацию продукта, расфасованного и упакованного в тару, осуществляют при температурах до 120 °С, при этом выдержка составляет около 20 мин.

Аппаратура, используемая при стерилизации. Аппаратурное оформление стерилизации продукта в таре может быть перио­дическим и непрерывнодействующим. К первому типу стери­лизаторов относятся различного рода автоклавы, ко второму – роторные и гидростатические стерилизаторы.

Принцип работы стерилизаторов периодического действия заключается в том, что уложенный в корзины продукт поме­щают во внутреннюю полость автоклава. После герметического уплотнения крышки в автоклав подают греющий пар. Давление увеличивается постепенно с целью того, чтобы из него вытеснить воздух. При достижении требуемого давления и температуры осуществляют выдержку продукта. После завершения стерилизации постепенно снижают давление. Когда давление внутри актоклава будет снижено до атмосферного, открывают крышку и выгружают стерилизованный про­дукт. Подобного рода стерилизаторы находят некоторое при­менение в общественном питании.

Непрерывнодействующие стерилизаторы бывают различных типов. Так, в консервной промышленности известны роторные стерилизаторы, а в отраслях пищевой промышленности, произ­водящих жидкие стерилизованные продукты, широко приме­няют гидростатические стерилизаторы.

Роторные стерилизаторы состоят, как правило, из четырех горизонтальных большегабаритных цилиндров (корпусов). Первый и второй из них представляют собой подогреватели, третий – собственно стерилизатор, четвертый – охладитель. Ци­линдры внутри имеют вращающиеся барабаны. Подлежащий стерилизации продукт в металлических банках поступает в пер­вый цилиндр, где он нагревается горячей водой до температуры 80 °С. Во втором цилиндре продукт нагревается также горячей водой до температуры 90-95 °С. Нагретый продукт переходит в третий корпус – собственно стерилизатор, внутрь которого подается пар требуемого давления. Время нахождения продукта в стерилизаторе зависит от частоты вращения барабана. Из стерилизатора продукт переходит в охладитель, в котором в целях избежания бомбажа создают противодавление. Охлаж­дение осуществляется холодной водой, давление регулируется сжатым воздухом.

Гидростатические стерилизаторы состоят из трех вертикаль­ных колонн, имеющих высоту до 20 м. Первая и третья колонны заполнены соответственно горячей и холодной водой, вторая ко­лонна – паром. В первой колонне происходит предварительное нагревание продукта, во второй стерилизация, в третьей ох­лаждение. Внутри колонн находится транспортер-носитель, в который загружаются банки или бутылки с продуктом.

ВЫПАРИВАНИЕ

 

Выпаривание – это тепловая обработка продуктов в ва­кууме в целях концентрации сухих веществ, содержащихся в жидкости. Основным назначением тепловой обработки про­дуктов в вакууме в общественном питании является получение пищевых концентратов при сохранении физико-химических свойств их компонентов, т. е. сохранении пищевой ценности кулинарных изделий.

В вакууме проводят тепловую обработку продуктов, неус­тойчивых к высоким температурам. Кроме того, широкое при­менение тепловая обработка в вакууме находит при сгущении (концентрации) ценных жидких пищевых продуктов: соков, молока, бульонов, соусов и других с тем, чтобы сохранить их высокую питательную ценность. Производство этих видов про­дуктов благодаря применению выпаривания возможно осуще­ствлять на центральных кулинарных комбинатах и обеспечи­вать ими столовые, буфеты. Концентрированные продукты проще транспортировать. Перед реализацией их требуется только разбавить кипяченой водой.

Аппараты, используемые для проведения процессов выпа­ривания. Для пояснения физической сущности выпаривания рассмотрим принципиальную схему вакуум-выпарной уста­новки (рис. 45). Любая выпарная установка должна состоять из трех основных элементов: собственно вакуум-аппарата, где продукт кипит при низкой температуре; конденсатора, где осу­ществляется конденсация образовавшихся при кипении паров; вакуум-насоса, предназначенного для отвода (отсоса) из конденса­тора несконденсированных газов и воздуха.

Рис. 45. Принципиальная схема вакуум-выпарной установки:

1 – вакуум-аппарат; 2 – патрубок для входа продукта;

3 – трубопровод для отвода вторичных паров; 4 – кон­денсатор;

5 – трубопровод для отвода несконденсированных газов; 6 – ва­куум-насос;

7 – патрубок для отвода несконденсированных газов в атмо­сферу;

8 – патрубок для отвода ох­лаждающего агента; 9 – патрубок для отвода

конденсата; 10 – патрубок для входа охлаждающего агента;

11 – патрубок для отвода сгущенного продукта

 

Аппараты, предназначенные для вакуумной варки, по своему устройству идентичны с вакуум-выпарными установками.

Работа вакуум-выпарной уста­новки заключается в следующем. Продукт поступает в вакуум-ап­парат. Здесь он за счет теплоты, воспринимаемой от теплоноси­теля, поступающего в калориза­тор, закипает. В результате этого образуется пар, называемый вто­ричным, или соковым. Вторичный пар переходит в конденсатор, где он конденсируется. Несконденсированные газы, выделенные из продукта, и воздух, попадающий в продукт через микрощели уп­лотнений аппарата, отводятся ва­куум-насосом.

В процессе кипения продукта и отвода образовавшихся из него вторичных паров он постепенно сгущается, т. е. концен­трация в нем сухих веществ повышается.

Температура кипения в вакуум-выпарных установках пред­определяется давлением, при котором осуществляется этот про­цесс. Чем ниже давление, тем ниже температура кипения жидкого продукта. В современных вакуум-выпарных установ­ках, применяемых в пищевой промышленности и общественном питании, температура кипения в зависимости от назначения продукта и типа установки составляет от 20 до 85 °С.

Эффект создания вакуума в установке можно объяснить тем, что при превращении пара в воду резко уменьшается его объем. При атмосферном давлении, чтобы получить 1 кг или 1 л воды, требуется сконденсировать 1,7 м³ паров. При давлении 4,9х10⁴ Па, т. е. равном половине атмосферного, требуется сконденсировать 3,3 м³ паров. Это значит, что объем, зани­маемый паром, при его конденсации уменьшается соответст­венно в 1700 и в 3300 раз.

Собственно вакуум-аппарат состоит из устройства для на­грева (калоризатор или кипятильник) и сепаратора (пароотделитель), предназначенного для отделения от пара части­чек продукта. Для этих целей служат также брызгоуловители, расположенные в сепараторе.

Конденсаторы, применяемые в вакуум-выпарных установ­ках, подразделяют на поверхностные конденсаторы и конден­саторы смешения. Поверхностные конденсаторы представляют собой трубчатые теплообменные аппараты. Внутри труб движется холодная вода, а вторичные пары по­ступают в межтрубное пространство. В результате контакта пара с наружной поверхностью труб происходит его конденса­ция. Достоинство поверхностных конденсаторов заключается в том, что получаемый конденсат является чистым и его можно использовать для различных технологических целей.

Существенным недостатком поверхностных конденсаторов являются их большие габаритные размеры.

Конденсаторы смешения подразделяются на два основных типа: прямоточные и противоточные.В кон­денсаторах смешения пар проходит через слой воды, стекающей в виде пленки или брызг.

Вакуум-насосы, применяемые в вакуум-выпарных установ­ках, подразделяют на суховоздушные, мокровоздушные и струй­ные. В качестве суховоздушных и мокровоздушных используют поршневые и роторные насосы. Суховоздушные насосы отводят из конденсаторов только воздух и несконденсированные газы, за счет чего в вакуум-выпарных установках поддерживается требуемый вакуум. Мокровоздушные насосы отводят из кон­денсаторов не только несконденсированные газы и воздух, но и конденсат. Известны мокровоздушные насосы, в которых в качестве составного элемента имеется конденсатор смешения, где осуществляется конденсация вторичных паров.

Струйные насосы, выполняющие роль вакуумных, примени­тельно к вакуум-выпарным установкам называют эжекторами.

К числу струйных насосов в вакуум-выпарных установках относятся также инжекторы, выполняющие роль термокомпрес­соров.

Классификация вакуум-выпарных установок. Классифика­цию вакуум-выпарных установок можно осуществить по мно­гим признакам. Рассмотрим основные из них.

1. По периодичности проведения процесса вакуум-выпарные установки подразделяют на установки периодического и непре­рывного действия.

2. По принципу использования вторичных паров их подраз­деляют на установки без использования вторичных паров и на установки с использованием вторичных паров. В свою очередь вакуум-выпарные установки, работающие с использованием и без использования вторичных паров, подразделяют на одно- и многокорпусные.

3. По типу калоризаторов вакуум-выпарные установки под­разделяют на установки с трубчатыми, пластинчатыми, змеевиковыми калоризаторами, а также установки, в которых калоризаторы выполнены в виде паровой рубашки.

4. По виду теплоносителя, применяемого для сгущения продукта, их делят на установки с нагревом водяными парами и на установки с аммиачным или хладоновым обогревом.

 

ВАРКА

Сущность и назначение процесса варки. Сущность процесса варки заключается в тепловой обработке продуктов в кипящей жидкости или в атмосфере водяного пара с целью доведения продукта до кулинарной готовности. При варке изменяются структура, внешний вид, цвет продукта. Происходят глубокие физико-химические изменения белков, жиров, углеводов и дру­гих компонентов продуктов. Кстати, кулинарная готовность многих продуктов определяется не только температурой в их центральных слоях, но главным образом по изменениям, проис­ходящим с основными их компонентами. Например, при варке мяса его готовность определяют по изменениям двух белковых фракций – миоглобина и коллагена. Миоглобин придает мясу красный цвет. При температуре 50-60 °С мясо сохра­няет красный цвет. При повышении температуры до 60-70 °С в миоглобине происходят изменения и мясо приобретает розовый цвет. А при 70-80 °С, когда происходит полная не­обратимая денатурация миоглобина, мясо становится серовато-коричневым.

Основным показателем, характеризующим готовность мяса при варке, является деструкция коллагена, который уже при 58-62 °С начинает превращаться в глютин. Основные технологические параметры перехода коллагена в глютин – температура варки и ее продолжитель­ность. Установлено, что при одинаковой продолжительности варки глютина образуется в 2 раза больше при температуре 120 °С, чем при 100°С.

Классификация способов варки. Все способы варки можно классифицировать по нескольким признакам. Так, в техноло­гии процесс варки подразделяют на собственно варку, припускание, тушение. С позиций процессов и аппаратов варку це­лесообразно подразделять по виду греющей среды (теплоносителя): варка в жидкости и варка в атмосфере водяного пара. Варка в жидкости (вода, бульон, отвар, молоко, сок, сироп) может быть проведена при полном и частичном погружении в нее продукта (припускание) Ее производят как в открытых, так и в закрытых аппаратах. Для варки в паровой среде ис­пользуют только закрытые аппараты. Кроме того, различают варку при атмосферном давлении, при избыточном давлении и в вакууме.

Условно к процессу варки иногда относят бланширование (ошпарива­ние), при котором продукт кратковременно подвергается воздействию кипя­щей воды или пара.

Процессы варки в жидкости можно классифицировать по температурным режимам их проведения. Варку при полном по­гружении продукта в жидкость в условиях атмосферного дав­ления производят при температуре 98-100 °С, в условиях из­быточного давления – при 110-120, в вакууме – при 60-80 °С.

Варку в жидкости при атмосферном давлении можно про­изводить в двух режимах. При первом, жидкость доводят до кипения. Далее температуру несколько (на 2-3 °С) снижают и продолжают варку при слабом (тихом) кипении. Второй режим заключается в том, что жидкость с продуктом доводят до кипения, выдерживают некоторое время при этой температуре, а затем прекращают подвод теплоты. Ку­линарная готовность достигается за счет теплоты, аккумулирован­ной жидкостью и продуктом.

В зависимости от параметров варку в атмосфере водяного пара подразделяют на варку в атмосфере влажного насыщен­ного пара при температуре 100-110 °С и варку в атмосфере перегретого пара, температура которого составляет 140-160 °С.

Варка в атмосфере насыщенного пара принципиально от­личается от варки в атмосфере перегретого пара. При варке в атмосфере насыщенного пара на поверхности продукта, об­разуется устойчивый слой (пленка) конденсата и теплота пере­дается от пара к продукту через этот слой. При варке в ат­мосфере перегретого пара пленка конденсата образуется лишь в самом начале варки. После этого она исчезает и передача теплоты от пара к продукту осуществляется непосредственной конвекцией.

Кроме того, за счет высокой температуры при варке в ат­мосфере перегретого пара на продукте благодаря реакции меланоидинообразования появляется румяная корочка, имеющая капиллярно-пористую структуру, которая оказывает определен­ное термическое сопротивление.

Наконец, за счет интенсификации нагрева при варке в ат­мосфере перегретого пара центральные слои продукта быстро нагреваются до температуры 75-80 °С, которая соответствует кулинарной готовности. В связи с этим необходимо более тща­тельно регулировать продолжительность процесса варки.

Требования к аппаратам для варки. Эти требования в ос­новном идентичны требованиям, предъявляемым ко всем аппа­ратам, применяемым в общественном питании. Однако суще­ствуют и специфические требования, предъявляемые к аппара­там для варки. Они связаны с необходимостью достаточно точно регулировать интенсивность подвода теплоты (теплового потока) и, следовательно, изменять температурные режимы в нужных пределах на различных этапах проведения процесса. Применительно к варочным аппаратам ужесточаются требова­ния, связанные с материалом, из которого должны быть изготовлены аппараты. Это обусловлено длительным взаимодейст­вием жидкости, в которой варится продукт, и материала, из которого изготовлен аппарат. Материалы Должны быть ней­тральными и не вступать в реакцию с веществами, содержа­щимися в отваре и продукте. Кроме того, материалы не дол­жны способствовать окислительным процессам, которые про­исходят при варке продуктов.

Еще одно специфическое требование, предъявляемое к варке в атмосфере пара. Пар, предназначенный для этих целей, дол­жен отличаться высокой чистотой и не содержать никаких вредных и нежелательных примесей. Пар, отвечающий этим требованиям, иногда называют кулинарным.

Основные типы варочных аппаратов. Варочные аппараты подразделяют на аппараты для варки в кипящей жидкости и для варки в атмосфере пара, периодического и непрерывного действия.

В соответствии с принятой классификацией теплообменни­ков варочные аппараты для варки в кипящей жидкости можно подразделить на аппараты с рубашкой и аппараты без ру­башки. Среди аппаратов без рубашки различают аппараты, в которых теплота к корпусу варочного резервуара подводится гибкими или пленочными электронагревателями, и аппараты с огневым обогревом варочного резервуара. Эти аппараты от­носятся к группе теплообменников с поверхностными нагрева­телями без теплоносителей.

Варочные аппараты с рубашкой подразделяют по способу подвода пара на аппараты с централизованным подводом пара и аппараты с автономными парообразователями. В свою оче­редь варочные аппараты с автономными парообразователями разделяют на аппараты с электрическим, паровым, огневым обогревом. Среди варочных аппаратов с рубашкой за последние годы получили распространение панельные, в которых парооб­разователь изготовлен в виде щелеобразных панелей.

Аппараты для варки в атмосфере пара, называемые пароварочными, подразделяют на аппараты, работающие при атмосферном и избыточном давлении. Как правило, они рабо­тают с индивидуальными электропаронагревателями, хотя из­вестны пароварочные аппараты, подача пара в которые осуще­ствляется от групповых парообразователей, с электрическим или газовым обогревом.

 

ЖАРКА

Виды жарки. По технологическому принципу различают соб­ственно жарку, обжарку и пассерование. Из них лишь при жарке продукт доводится до кулинарной готовности, которая предусматривает образование специфической корочки. Оба дру­гих вида играют вспомогательную роль, они предназначены главным образом для придания продукту определенных органолептических свойств и уменьшения в них содержания влаги. К жарке относят также выпечку, которая предназначена для тепловой обработки кулинарных изделий из теста, и запекание, при котором продукт доводят до кулинарной готовности с образованием поджаристой корочки.

С позиций теплообменных процессов жарку можно подраз­делить на два принципиально различных вида. Первый из них – жарка на открытой греющей поверхности путем контакта продукта с этой поверхностью (с использованием жира как промежуточной среды и без него). Второй вид жарки осуще­ствляется без непосредственного контакта продукта с греющей поверхностью. Жарка проходит при контакте с теплоносителем (греющей средой), в качестве которого может быть использован расплавленный жир или воздух. К этому виду относятся также жарка с использованием лучистой энергии и жарка с помощью СВЧ. Как теплофизический процесс жарка в жире (во фри­тюре) аналогична варке в жидкости, а жарка (выпекание) в атмосфере воздуха не имеет принципиальных отличий от варки в атмосфере перегретого пара. При жарке во фритюре и в атмосфере воздуха к продукту теплота подводится за счет конвекции. Жарку путем контакта с греющей поверхностью в свою очередь можно подразделить на жарку на открытой по­верхности с небольшим количеством жира и жарку на откры­той поверхности без жира.

Кроме того, существует промежуточный вид жарки (вы­печки) в закрытых камерах (жарочных шкафах). Продукт по­мещают в неглубокую посуду и обжаривают с небольшим ко­личеством жира.

Рассмотрим физическую сущность каждого из перечислен­ных видов жарки.

При жарке путем контакта продукта с греющей поверхно­стью на последнюю помещают небольшое количество жира, который нагревают до температуры более 100 °С. Затем кла­дут продукт. В начальный момент жарки жидкий жир обеспе­чивает равномерный прогрев поверхности продукта до 100 °С. При этом поверхностный слой продукта за счет испарения влаги и диффузионного переноса влаги из поверхностных слоев во внутренние обезвоживается. Дальнейший нагрев обезвожен­ного слоя продукта приводит к изменению его состава. Обра­зуются вещества, в большей своей части относящиеся к меланоидинам, обусловливающие появление специфического аро­мата и вкуса жареного. Этот процесс образования корочки начинается при температуре около 105 °С. Его интенсивность повышается вместе с увеличением температуры. Однако при нагреве поверхностного слоя до 135 °С и выше ухудшаются органолептические показатели продукта, в частности появляется вкус и запах горелого.

При жарке без жира процесс проходит примерно идентично. Это объясняется тем, что жарке таким способом подвергаются жиросодержащие продукты, из которых при контакте с грею­щей поверхностью выделяется жир, образующий на ней тонкий слой.

При жарке во фритюре на всей поверхности продукта, пол­ностью погруженного в жир, образуется корочка. Сам продукт прогревается равномерно. Жарку во фритюре осуществляют при температуре фритюра 135-180 °С. При более низкой тем­пературе увеличивается расход жира, качество продукции ухуд­шается.

Различают среднегорячий, горячий и очень горячий фритюры. Среднегорячий фритюр имеет температуру 135-150 °С. Он используется для приготовления продуктов с большим со­держанием углеводов. Горячий фритюр имеет температуру 150-165 °С. Он применяется для обжаривания продуктов, ко­торые предварительно были сварены. Очень горячий фритюр имеет температуру 165-180 °С. Его применяют для жарки продуктов из теста, рыбы и других продуктов.

Перед погружением продукта в жир последний нагревают до температуры 170-180 °С и выдерживают до тех пор, пока из него не прекратится выделение пузырьков пара. Этот про­цесс подготовки жира называют прокаливанием, он продолжа­ется в течение 30 мин и более.

Жарка в закрытых или открытых камерах без применения жира осуществляется за счет теплоизлучения от специальных излучателей и греющих поверхностей или от открытого огня без дыма.

При жарке в закрытых камерах (шкафах) продукт поме­щают в посуду с небольшим количеством жира, которая уста­навливается на греющую поверхность. Подвод теплоты осу­ществляется от греющей поверхности, а также от воздуха, прогреваемого этой же поверхностью. В закрытых шкафах подвод теплоты может быть осуществлен ИК-излучением и СВЧ.

В закрытых шкафах осуществляют выпечку.

Одинаковыми для всех рассмотренных видов жарки явля­ются обезвоживание поверхностного слоя продукта и образо­вание корочки.

Однако при жарке путем контакта продукта с греющей по­верхностью направления изменения температуры и переноса влаги совпадают.

При других видах жарки перенос теплоты и влаги в про­дукте осуществляется в противоположных направлениях, что в определенной мере замедляет весь процесс. Кипение влаги по мере нагревания продукта происходит в слоях, перемещаю­щихся от поверхности продукта к его центру.

Таким образом, при всей аналогии между варкой и неко­торыми видами жарки существует одно принципиальное раз­личие между этими двумя процессами. Оно заключается в том, что при варке практически не происходит кипения воды в про­дукте, а при жарке кипение неизбежно, так как имеет место существенный температурный перепад между теплоносите­лем или греющей поверхностью и температурой кипения. За исключением варки в атмосфере перегретого пара такого тем­пературного перепада при других видах варки нет.