Области использования новых методов интенсификации процессов при получении различных пищевых продуктов

18.06.2015

В соответствии с общей идеей данной книги при анализе технологических процессов в первую очередь установим возможность и целесообразность управления структурно-механическими свойствами различных пищевых продуктов. Это необходимо для обеспечения наименьшего уровня реологического сопротивления деформированию или изменению объема системы (или сочетания изменения формы и объема) и осуществления на фоне оптимального реологического состояния конкретной технологической операции. Следует учитывать возможность промежуточных случаев, когда достижение наименьшего реологического сопротивления не является обязательным (например, при формовании изделий). Далее необходимо установить, каким образом следует обеспечить оптимальное реологическое состояние системы, т. е. изменение вида, интенсивности и условий подведения внешних механических воздействий в сочетании с другими формами воздействий (введение ПАВ, термические воздействия и т. п.) или без них.
Целесообразность, более того, необходимость такого подхода определяется прежде всего тем, что параметры механических воздействий на ту или иную систему должны определяться, исходя из структурно-механических свойств объекта переработки.
Следуя этому принципу, проанализируем возможные области и наиболее целесообразные пути интенсификации и оптимизации технологических процессов получения пищевых продуктов.
Сахарная промышленность. В процессе получения сахара-песка штучный продукт (корни сахарной свеклы) должен переводиться первоначально в стружку, затем в микрогетерогенную жидкообразную систему (при получении и обработке диффузионного сока) и в конце процесса — в сыпучую двухфазную систему — кристаллический сахар-песок.
Интенсификация технологического процесса получения сахара-песка может идти по пути активизации в процессе мойки соударения корней сахарной свеклы с источником воздействий и между собой; повышения дисперсности и, следовательно, ускорения осмотического взаимодействия клеток и интермициллярной жидкости. Путем повышения скорости массообменных процессов можно повысить качество и ускорить технологические операции по очистке диффузионных соков, их сатурации, выпариванию, кристаллизации, сушке И охлаждению сахара-песка. Для повышения качества очистки сахара-песка и ускорения этого процесса целесообразно уменьшить плотность слоя песка, т. е. увеличить объем слоя.
Масло-жировая промышленность. С целью интенсификации технологических процессов переработки растительных и животных жиров и повышения их качества целесообразно резко снизить реологическое сопротивление жиров при рафинировании; повысить однородность распределения активированных порошков при отбеливании и порошкообразных катализаторов при гидрогенизации жиров в результате снижения вязкости системы и увеличения активной удельной поверхности порошков при их взаимодействии с водородом; увеличить скорость сдвигового деформирования системы при центрифугировании и фильтрации жиров.
В производстве маргарина и майонеза интенсификация процессов получения смесей жира с остальными рецептурными составляющими и их гомогенизация в условиях снижения реологического сопротивления объектов переработки позволят сократить продолжительность всего технологического производства этих видов продуктов.
Крахмало-паточная промышленность. В производстве картофельного, кукурузного и других видов крахмала интенсификация технологических операций должна идти по пути активизации соударения сырьевых компонентов с водой в процессе их мойки, увеличения дисперсности полуфабрикатов при измельчении клубней картофеля и зерна, повышения удельной поверхности дисперсных фаз в крахмальной суспензии, ускорения процессов центрифугирования и сепарирования крахмальной суспензии и сырого крахмала, значительной интенсификации процессов смешивания.
При получении сухого крахмала в процессе его сушки и просеивания целесообразно обеспечить перевод систем во «взвешенное» состояние. Получение патоки может быть интенсифицировано путем ускорения массообменных процессов гидролиза крахмала и нейтрализации его содой и уваривания паточных сиропов в патоку.
Мясо-молочная промышленность. Для увеличения сроков хранения молока и молочных продуктов без их расслоения целесообразно обеспечить более тонкое диспергирование жировой фракции молока в процессе гомогенизации и перевод его в состояние псевдокипения при пастеризации, стерилизации и сверхпастеризации.
При производстве колбасных изделий увеличение действующей активной поверхности рецептурных компонентов, снижение вязкости системы в процессе переработки и достижение высокой конечной однородности позволят повысить количество связанной влаги и сократить продолжительность технологического цикла при одновременном улучшении качества готовых изделий.
Мукомольно-крупяная промышленность. В процессе переработки зерна интенсификация таких технологических операций, как сепарирование, очистка, обогащение зерна, смешивание перед размолом для получения помольной партии необходимой композиции, фракционирование муки, может быть осуществлена путем увеличения объема системы, снижения ее плотности и повышения подвижности каждого элемента с полным их отрывом друг от друга, а таких операций, как вальцевание и диспергирование, — путем повышения эффекта сдвигового деформирования.
Интенсификация крупяного производства должна осуществляться за счет активации гидромеханических процессов обработки крупяных изделий, перевода объектов переработки во «взвешенное» состояние при очистке крупы от примесей и фракционном сортировании.
Хлебопекарная промышленность. Интенсификацию технологических процессов получения хлебобулочных изделий с одно-временным повышением их качества можно обеспечить путем снижения плотности и повышения подвижности исходных сыпучих и жидких компонентов при их подготовке к производству; ускорения массообменных процессов в технологических операциях получения опары и теста и снижения реологического сопротивления в поверхностном слое теста при его формовании.
Кондитерская промышленность. Практически во всех технологических операциях, связанных с очисткой сырья от примесей, их сортировкой по размерам, сушкой (обжаркой), освобождением какао-бобов от оболочек и разделением на фракции, т. е., по существу, во всей многоотраслевой кондитерской промышленности, можно значительно повысить качество обработки и снизить продолжительность технологического цикла, если перевести обрабатываемые компоненты во «взвешенное» состояние, сопровождающееся снижением плотности слоев и повышением активности движения каждой частицы. Наиболее важная и определяющая технологическая операция — это процесс смешивания. Резкой интенсификации этой операции и значительного повышения качества можно достичь, если будут созданы условия для снижения вязкости до наименьшего уровня, осуществлено дезагрегирование и диспергирование твердых фаз, увеличение удельной поверхности компонентов и повышение активности движения каждой частицы. При этом интенсивность процесса смешивания дисперсных фаз должна быть достаточной для того, чтобы наибольшая однородность системы была достигнута за время, не превышающее длительности начальной стадии — стадии с минимальной плотностью, прочностью структуры в целом, ее элементов и контактов между частицами твердой фазы.
Только при этих условиях, т. е. при создании оптимального динамического состояния системы в процессе смешивания исходных компонентов, можно обеспечить максимальную конечную однородность, повысить вкусовые и питательные достоинства готовых изделий, резко ускорить протекание коллоидных процессов и, как следствие, обеспечить значительную интенсификацию данного технологического процесса в целом.
Высокая конечная однородность в свою очередь обусловливает равномерное распределение упругих напряжений и после снятия нагрузок, что позволяет значительно ускорить восстановление структуры и протекание релаксационных явлений, снять остаточные напряжения во всем ее объеме сразу же после прекращения механических воздействий.
Это предопределяет значительное сокращение стадий вылежки, резкое повышение качества формования, т. е. сохранение формы изделий и улучшение состояния их поверхностей, существенную интенсификацию последующих операций, например процесса охлаждения изделий после их формования или процесса конширования шоколадных масс при одновременном сокращении расхода дорогостоящего сырья — какао-масла.
При обеспечении регулируемого изменения реологических характеристик поверхностного слоя высококонцентрированных дисперсных систем в процессе формования можно резко повысить интенсивность этой технологической операции и обеспечить управление структурой получаемых изделий.
В процессе измельчения шоколадных масс на валковых мельницах или вальцевания упруговязкопластичного мучного теста можно значительно снизить реологическое сопротивление обрабатываемых масс путем повышения скорости сдвиговых деформаций (например, при дополнительном высокочастотном осевом перемещении валков), тем самым, можно увеличить дисперсность получаемого полуфабриката, интенсифицировать эти технологические операции и повысить качество готовых изделий.
В заключение следует подчеркнуть перспективность применения вибрации как универсального средства управления динамическим состоянием не только высокодисперсных структурированных систем, но и практически всех дисперсных продуктов, полуфабрикатов и сырья включая грубодисперсные и штучные. Параметры вибрации должны варьироваться в широких пределах.
И хотя закономерности действия вибрации на различные системы имеют существенные отличия, общим следствием ее применения во всех случаях является возможность создания с ее помощью регулируемого и в пределе оптимального динамического состояния систем. Использование именно этой особенности вибрации, как наиболее эффективной формы механических воздействий, предопределяет целесообразность, а во многих случаях, необходимость ее применения в технологии пищевых производств с целью интенсификации процессов и повышения качества продукции, особенно в сочетании с ПАВ. Сделать такой вывод стало возможно в результате всестороннего анализа путей и методов управления технологическими процессами производства самых различных пищевых продуктов в условиях интенсивных механических воздействий. Поэтому в последующих разделах книги существенное внимание будет уделено управлению процессами структурообразования в условиях воздействия механических колебаний — вибрации, особенно в сочетании с ПАВ, в частности, при смешивании как одном из наиболее общих и типичных процессов приготовления различных видов пищевых масс в многоотраслевой пищевой промышленности.
Вместе с тем, было бы совершенно неверно ограничивать все многообразие воздействий на пищевые дисперсные системы в процессах их получения и переработки только вибрацией.
Речь идет о том, что вибрационные воздействия позволяют Выявить закономерности поведения пищевых дисперсных систем в динамических условиях, характерных для технологии, и регулировать свойства этих систем в весьма широких пределах.