Гидромеханические процессы обработки гидробионтов: Монография

Камчатский государственный технический университет

и

В.Н. Дегтярёв

т

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ГИДРОБИОНТОВ

Монография

Петропавловск-Камчатский 2008

УДК 664.951 ББК 36.94 Д26 Рецензенты: А.С. Латкин, доктор технических наук, профессор, заместитель директора НИГТЦ ДВО РАН А.М. Сметанин, кандидат биологических наук, доктор экологических наук МАНЭБ

т

Д26

Дегтярёв, Виктор Никифоровичт

Гидромеханические процессы обработки гидробионтов: Монография / В.Н. Дегтярёв. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2008. – 171 с. ISBN 978–5–328–00187–8 В монографии рассмотрены важные аспекты повышения рентабельности технологических процессов, что является актуальной проблемой для рыбной промышленности. В основу работы положены материалы многолетних исследований и литературные данные по переработке и использованию гидробионтов. Рассмотрены технологические процессы и их техническое обеспечение, приведено 99 таблиц и 156 рисунков, что открывает возможности для визуального представления проблем и указывает пути их решения. Работа представляет интерес для инженеров-конструкторов рыбной промышленности, преподавателей, аспирантов и студентов вузов.

УДК 664.951 ББК 36.94

ISBN 978–5–328–00187–8

© КамчатГТУ, 2008 © Дегтярёв В.Н. , 2008 Д

2

ь

Оглавление Введение ................................................................................................................................. 4 Глава 1. Современное состояние проблемы ................................................................... 5 1.1 Предпосылки для формирования сырьевой базы ............................................ 5 1.2. Специфика обработки рыбы обжаренной в масле .......................................... 6 1.3. Некоторые особенности приготовления зернистой икры .............................. 8 1.4. Обработка молок и печени .............................................................................. 10 1.5. Элементы обработки крабов и креветок ........................................................ 11 1.6. Некоторые возможности использования пищевых отходов при производстве консервов .................................................................................. 15 1.7. Посол крупных лососевых рыб ....................................................................... 17 1.8. Анализ результатов исследования технологических процессов и оборудования ..................................................................................... 18 Глава 2. Гидравлические процессы обработки рыбы ................................................ 19 2.1. Методы шприцевания продуктов ................................................................... 19 2.2. Контактный метод шприцевания .................................................................... 21 2.3. Экспериментальные исследования посола крупных рыб ............................ 34 2.4. Качественная характеристика соленой рыбы ................................................ 45 Глава 3. Механические процессы обработки рыбы ................................................... 49 3.1. Физико-механические параметры рыб ........................................................... 49 3.2. Механические процессы резания рыб ............................................................ 63 Глава 4. Гидромеханические процессы обработки рыбы, крабов и креветок ...... 85 4.1. Характеристика форм связи воды с продуктами переработки гидробионтов ..................................................................................... 85 4.2. Характер поведения обрабатываемого сырья на рабочих поверхностях ........................................................................................ 87 4.3. Силы, преобладающие в разрыве связи воды с продуктами переработки гидробионтов ............................................................. 97 4.4. Удаление остаточной влаги с кусочков рыбы перед панировкой ............. 104 4.5. Удаление излишней влаги (сока) из вареного крабового мяса .................. 111 4.6. Удаление влаги с поверхности креветок и крабового панциря после их мойки .................................................................. 115 4.7. Удаление остаточной влаги с печени и молок рыб после мойки .............. 120 4.8. Процессы отделения тузлука от икры лососевой после посола и возможность повторного его использования ........................... 128 4.8.1. Отделение тузлука от икры лососевой после посола .............................. 128 4.8.2. Возможность повторного использования тузлуков при посоле икры лососевой .................................................................................. 139 Глава 5. Промышленные и экспериментальные образцы оборудования и устройств для обработки гидробионтов .................................................................. 145 5.1. Определение производительности оборудования и устройств для ведения технологического процесса ....................................... 145 5.2. Устройство для посола рыбы методом шприцевания ................................ 153 5.3. Оборудование и устройства, применяемые при разделке плоских рыб ... 155 5.4. Оборудование и устройства для разделки пищевых отходов лососевых рыб ....................................................................................................... 157 5.5. Горизонтальная центрифуга со шнеком ...................................................... 161 5.6. Центрифуга с вертикальным ротором .......................................................... 162 5.7. Опытно-промышленный образец центрифуги с коническим ротором .... 163 5.8. Установка для микрофильтрации тузлука ................................................... 164 Заключение ........................................................................................................................ 166 Литература ......................................................................................................................... 167 3

ВВЕДЕНИЕ Комплексное и рациональное использование гидробионтов является определяющим направлением в развитии и совершенствовании техники и технологии их переработки. Для эффективной переработки гидробионтов необходимо оснащение рыбоперерабатывающих предприятий более совершенным оборудованием и устройствами, обеспечивающими технологические процессы. Создание и совершенствование рыбообрабатывающих машин требует разнообразных данных о физико-механических свойствах сырья и материалов. До настоящего времени обобщающих данных в этой области недостаточно. Многие технологические процессы переработки гидробионтов недостаточно механизированы, требуют больших затрат времени, являются трудоемкими и энергоемкими. Так, при производстве консервов из рыбы обжаренной в масле, молок, печени, крабов, при переработке креветок, приготовлении икры зернистой лососевой процессы подсушки или отделения влаги (по технологическому процессу) практически не механизированы, поэтому они продолжительны по времени и трудоемки. При переработке лососевых рыб лишь незначительно используются для производства таких консервов, как, например, «Рагу из дальневосточных лососевых рыб», пищевые отходы – головы, хвостовые плавники и срезки плавников. Существующая линия по производству данного вида консервов занимает значительные производственные площади, тем не менее не предусматривает разделку хвостовых плавников и срезков плавников, которые также могут быть использованы для производства консервов. Актуальность вопроса рационального использования сырья и материалов требует изменения подхода к ведению технологических процессов. Так, при посоле крупных рыб возможно использование технологии посола методом шприцевания, что позволит улучшить качество слабосоленой рыбы. При посоле икры (рыбы) возможно повторное использование тузлука после его очистки способом микрофильтрации, что сократит затраты на вспомогательные материалы – соль, воду, энергоносители. Целью настоящей работы является решение некоторых проблем обработки гидробионтов. На основании дополнительных исследований физико-механических параметров сырья, гидромеханических процессов обработки рыбы, крабов, креветок и других объектов приводятся примеры экспериментальных и промышленных образцов оборудования и устройств, созданных на базе этих исследований. В заключение автор благодарит всех, кто принимал участие в исследовательской работе по данной теме: к. т. н. Л.И. Балыкову, к. т. н. А.В. Лосеву, к. т. н. Е.В. Сизых, к. т. н. А.П. Никитенко, Е.А. Плотникова, А.А. Ефимова и А.В. Дегтярёва. Автор выражает также благодарность за критические замечания и полезные советы, высказанные при прочтении рукописи, д.т.н. профессору А.С. Латкину, д. э. н. МАНЭБ А.Н. Сметанину и признательность коллективу кафедры товароведения, маркетинга и технологии Камчатского филиала АНО ВПО ЦС РФ «Российский университет кооперации». Особую благодарность автор выражает Н.М. Дегтярёвой за помощь в техническом оформлении работы.

4

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 1.1. Предпосылки для формирования сырьевой базы Развитие рыбохозяйственного комплекса Камчатской области в период до 2010 г. определяется стратегией его развития в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе. Долгосрочная перспектива развития связана со стратегией развития рыбного хозяйства России в целом и рыбохозяйственного комплекса Дальнего Востока в частности [22, 49, 63]. Рыбохозяйственный комплекс Камчатской области в основном базируется на водных биоресурсах экономической зоны России в прибрежных и в Охотском и Японском морях. В связи с этим состояние сырьевой базы и прогноз возможного изъятия водных биоресурсов предприятиями рыбохозяйственного комплекса Камчатской области в период 2000 – 2010 годов рассматриваются исходя из возможностей использования запасов водных биоресурсов главным образом в экономической зоне Российской Федерации на Дальнем Востоке. Развитие рыбного хозяйства Камчатской области предполагает увеличение уловов в 2010 г. по сравнению с 1999 г. на 21,8% и доведение их до 725 тыс. т (табл. 1.1). Таблица 1.1 Размещение уловов рыбы и нерыбных объектов на Дальнем Востоке (тыс. т) Годы Основные поставщики гидробионтов Россия, всего Дальний Восток, всего В том числе: Приморский край Хабаровский край Камчатская область Корякский АО Магаданская область Чукотский АО Сахалинская область

1997

1998

1999

2000

2005

4705 3163,2

4517 3015,5

4300 2655,2

4300 2800

5000 3200

2010 (прогноз) 5500 3550

1505,9 216,4 686,1 115,8 61,9 3,0 574,1

1395,9 250,3 691,3 96,0 55,6 4,7 521,7

1250 190 595,0 105,0 58,0 7,2 460,0

1250 180 630 120 68 12 540,0

1440 220 680 130 95 15 620,0

1570 255 725 135 120 35 700,0

Главной сырьевой базой для предприятий рыбохозяйственного комплекса области остается отечественная экономическая зона Дальнего Востока, основу которой составляют зоны промысла, расположенные в районах, прилегающих к ней. Структура уловов изменится незначительно. Доля рыбы сократится с 95,1% в 1999 г. до 93,2% в 2010 г., доля нерыбных объектов возрастет за счет добычи кальмаров и крабов. Основу промысла в перспективе будут по-прежнему составлять минтай (в 1999 г. – 53,8%, в 2010 г. – 42,8%), лососевые (в 1999 г. – 6,2%, в 2010 г. – 12,4%), камбаловые (в 1999 г. – 7,4%, в 2010 г. – 10,2%). Кроме того, по сравнению с 1999 г. возрастет вылов трески – на 8,4%, сельди – на 43,8%, наваги – на 17,4%, терпуга – на 26% (табл. 1.2). Особенностью развития перерабатывающих производств Камчатской области станет высокий удельный вес направления сырья на пищевые цели. Предполагаемое изменение объемов и структуры производства рыбной продукции предприятиями рыбообрабатывающего комплекса представлено в табл. 1.3.

5

Таблица 1.2 Видовой состав уловов рыбы и нерыбных объектов, добываемых предприятиями и организациями Камчатской области (тыс. т) Годы Видовой состав Всего В том числе рыба, всего Из нее: сельдь терпуги камбала палтус лососевые треска навага минтай прочие Нерыбные объекты, всего Из них: крабы кальмары прочие

1997

1998

1999

2000

2005

686,1 651,8

691,3 661,4

595,0 565,6

630,0 597,5

680,0 641,0

2010 (прогноз) 725,0 675,5

24,6 9,7 32,0 4,3 23,0 36,2 7,8 501,0 13,2 34,4

48,6 12,2 31,0 5,1 30,0 46,4 15,6 360,9 11,6 29,9

45,0 10,0 44,0 5,0 40,0 55,0 19,0 320,0 27,6 29,4

50,0 10,0 52,0 4,0 80,0 56,0 20,0 300,0 25,5 32,5

75,0 11,0 66,0 4,0 85,0 57,0 21,0 300,0 22,0 39,0

80,0 13,5 74,0 4,5 90,0 60,0 23,0 310,0 20,5 49,5

19,4 14,7 0,3

20,3 9,5 0,1

15,0 14,0 0,4

15,0 17,0 0,5

16,0 22,0 1,0

18,0 30,0 1,5 Таблица 1.3

Прогноз производства рыбной продукции, включая консервы, на предприятиях Камчатской области, тыс. т/муб Годы Наименование продукции Пищевая рыбная продукция, включая консервы, всего В том числе: соленая и маринованная сушеная и вяленая кулинария икра консервы, муб

1997

1998

1999

2000

2005

2010 (прогноз)

323,0

305,0

283,0

290,0

300,0

315,0

0,9 0,1 0,1 10,7 3,7

1,0 0,1 0,1 8,4 5,3

0,8 0,1 0,1 8,2 4,0

0,9 0,1 0,1 9,0 4,0

1,1 0,2 0,7 9,9 35,0

1,3 0,4 1,0 11,5 60,0

В перспективе предусматривается увеличение производства пищевой рыбной продукции по сравнению с 1999 г., включая консервы, в 2005 г. – на 6%, в 2010 г. – на 11,3%, в том числе консервов – соответственно в 8,8 и в 15 раз, икры – на 17,2 и 28,4%, сушеной и вяленой рыбы – в 2 и 4 раза, кулинарии – в 7 и 10 раз. При рациональной эксплуатации естественных запасов гидробионтов теоретически возможно длительное безущербное изъятие промысловых объектов. Однако даже хорошо организованный контролируемый промысел имеет предельно допустимый уровень изъятия водных биоресурсов. Дальнейшее наращивание уровня добычи гидробионтов возможно только за счет развития аквакультуры. 1.2.Специфика обработки рыбы обжаренной в масле Особенностью технологии производства консервов «Рыба обжаренная в масле» является то, что после процесса мойки или вкусового посола перед панировкой с поверхности рыбы удаляется излишек влаги [79, 82]. 6

Разделка

Мойка Порционирование

Посол

Удаление влаги

Панировка

Рис. 1.1. Фрагменты технологической схемы производства консервов из рыбы обжаренной в масле

После мойки или вкусового посола перед панировкой с поверхности рыбы необходимо удалить излишки влаги. Для этого ее выдерживают определенное время на специальных транспортерах или столах. В некоторых случаях рыбу дополнительно обдувают воздухом, подвергают встряхиванию, что позволяет уменьшить габариты устройств и продолжительность нахождения в них рыбы (табл. 1.4). Установка УС-1 предназначена для удаления с рыбы излишней поверхностной влаги. Обычно эта установка работает в комплекте с машиной для вкусового посола МВП-2. Установка выполнена по вертикальной многоярусной схеме. Рыба после вкусового посола укладывается в решетчатые корзины, установленные в специальных рамках, которые закреплены на двух ветвях бесконечного цепного транспортера. Основным недостатком установки УС-1 является продолжительность (30–45 мин) удаления поверхностной влаги, в связи с чем не исключено в значительной мере обсеменение полуфабриката микроорганизмами. Устройство конструкции ЦПКТБ «Азчеррыба» представляет собой сетчатый транспортер длиной до 6 метров. При небольших объемах производства для удаления избыточной влаги применяются перфорированные столы СС-1М и СС-2М емкостью 150 кг. И в первом, и во втором случае рыба обдувается теплым подогретым воздухом [43, 70]. Таблица 1.4

Технические характеристики устройств для удаления излишков влаги Характеристики

250 30–45 0,6

Конструкции ЦПКТБ «Азчеррыба» 800 15 0,6

Конструкции ЦПКТБ «Запрыба» 1000 10 2,7

3745 1310 2740 1677

6080 810 2600 510

8300 1600 2650 2566

УС-1

Производительность, кг/ч Продолжительность, мин Мощность электропривода, кВт Габариты, мм: длина ширина высота масса

3 1

2

Рис. 1.2. Схема установки для удаления с рыбы поверхностной влаги: 1 – транспортер; 2 – вентилятор; 3 – калорифер

7

Установка конструкции ЦПКТБ «Запрыба» представляет собой наклонный транспортер со стренговым полотном, на котором размещается рыба (рис. 1.2). Перед транспортером установлена площадка, наклон которой можно регулировать в пределах 5–8°. Площадке передается через эксцентриковый механизм вибрация с частотой 250 колебаний в минуту и амплитудой 15 мм. Под действием вибрации рыба частично обезвоживается, удаляется крошка. Площадка имеет продольные гофры, равномерно распределяющие рыбу перед поступлением на транспортер. В средней части транспортера установлены два обводных ролика, заставляющие рыбу переворачиваться. Транспортер заключен в кожух, в котором циркулирует подогретый до 35°С паровым калорифером воздух, обдувая рыбу. Следует учесть, что градиент скорости массообмена зависит от концентрации тузлука (С) и от температуры (Т), равно как и выделение поверхностной влаги из тканей рыбы – от проникновения соли в массу рыбы. Тогда при С > 0 и Т = 0 поверхностная влага меньше, а при Т > 0 поверхностная влага больше. 1.3. Некоторые особенности приготовления зернистой икры Из икры дальневосточных лососевых рыб – кеты, горбуши, нерки, чавычи, кижуча – приготовляют в основном зернистую икру [10]. Свежевыловленных лососевых рыб хранят до разделки в охлажденном виде не более 8 часов. Если температура окружающего воздуха не выше 15°С, то разрешается хранить и перевозить рыбу без охлаждения не более 2 часов. Ястыки икры у рыбы в прижизненный период стерильны, поэтому для предотвращения загрязнения их микрофлорой рекомендуется при разделке вынимать сначала икру, а затем внутренности (рис. 1.3). Извлеченные ястыки укладывают на высоту не более 6 см, в сетчатые корзины или ящики вместимостью 6–8 кг, которые немедленно направляют в икорный цех. Там ястыки сортируют по качеству на 1-й и 2-й сорт, промывают для удаления пленок, сгустков крови и других загрязнений холодной пресной водой (температура 0 … +5°С) и направляют на охлаждение с целью закрепления икорного зерна. Для этого ястыки погружают на 3 минуты в раствор поваренной соли плотностью 1120–1160 кг/м3, имеющий температуру –2 … –3°С. После охлаждения до температуры, близкой к 0°С, ястыки укладывают в перфорированные лотки, выдерживают в течение 5–10 мин для удаления солевого раствора и направляют на пробивку. Ястыки обрабатывают на грохотах для отделения зерна от соединительной ткани. При пробивке ястыков часть пленок вместе с оболочками лопнувших икринок проваливается через грохоту и засоряет икру. Для увеличения выхода и улучшения качества икры применяют спаренную бутару, на которой пробивают вначале упругое зерно, а затем более слабое. Спаренная бутара состоит из двух наглухо соединенных бутар, из которых одна расположена на 90 мм ниже другой. На верхней бутаре пробивают наиболее крупное и зрелое зерно. Остатки непробитого зерна сбрасывают на вторую бутару, где и заканчивают протирку. Выход икры при обработке этим способом увеличивается примерно на 7%. Икру, собранную с каждой бутары, солят отдельно в небольших овальных ваннах, изготовленных из хорошей клепки и окрашенных снаружи масляной краской, в прокипяченном, остуженном и отстоявшемся при температуре 10°С тузлуке, в который добавляют соль-дробленку или зерновую прокаленную соль высшего сорта из расчета 5–6 кг на 1 ц тузлука. Плотность тузлука – 1200 кг/м3. Соотношение икры и тузлука при посоле составляет 1 : 3 или 1 : 4. Икру выдерживают в тузлуке 6–18 мин в зависимости от состояния зерна, температуры воздуха и требуемой солености готовой икры. Для получения продукции улучшенного качества посол икры осуществляется последовательно в двух ваннах с выдержкой зерна в каждой ванне 4–6 мин. Слабое зерно рекомендуется солить в трех ваннах по 3–5 мин. После обработки в тузлуке икру еще 8

раз пропускают через бутару для отделения лопанца, пленок и сгустков крови. Для перемешивания икры при посоле применяют механизированную мешалку. Разделка рыбы Сортирование и ополаскивание

Охлаждение

Пробивка ястыков

Посол икры

Тузлук для повторного использования

Отделение тузлука

Микрофильтрация тузлука

Рис. 1.3. Фрагменты технологической схемы приготовления зернистой икры лососевых рыб

Отходы при пробивке ястыков в среднем составляют 22,4%, потери при посоле икры – 15,0%, выход готовой икры – 62,6% (рис. 1.4). После посола икру выдерживают в ситах емкостью не более 10–12 кг для стекания тузлука. Слой икры не должен превышать 5–8 см. Для размещения 1 ц икры требуется 0,9–1,2 м2 стеллажей. Продолжительность стекания (в часах) плотно– отходы го сухого зерна – не более 2–3, слабого – – потери 8–12, жидкого – 18. – в ыход икры На более крупных предприятиях Камчатки для стекания тузлука применяют обезвоживатели (рис. 1.5), которые предназначены для удаления тузлука из лососевой икры и представляют собой Рис. 1.4. Диаграмма выхода готовой икры вертикальную центрифугу периодического действия. На вертикальный вал специального редуктора насажен ротор с двумя рядами подвесных люлек, в которые устанавливаются перфорированные противни. Частота вращения ротора – 157 об/мин. Ротор заключен в цилиндрический кожух, имеющий люк для загрузки. У основания кожуха имеется поддон для сбора тузлука. Для санитарной обработки на крышке кожуха предусмотрено душевое устройство. Центрифуга подвешена к трем колоннам на специальных пружинах. Противни с икрой ставятся через люк на подвесные люльки. Единовременная загрузка обезвоживателя – 48 кг. Продолжительность обезвоживания – 15–20 мин. Привод осуществляется от электродвигателя мощностью 2,2 кВт. Габариты обезвоживателя – 1830 × 1310 × 1395 мм, масса – 710 кг. На рис. 1.6 представлена схема варки икорного тузлука. После солеконцентратора 1 тузлук поступает в варочный котел 2, где он кипятится в течение нескольких часов. Затем тузлук плотностью 1200 кг/м3 сливают в бак 3 для отстаивания и хранения [6, 38]. 9

б

1

2

4 в

а

3

г

3

2 д 1 Рис. 1.6. Схема установки для варки тузлука: 1 – солеконцентратор: а – вода, б – тузлук; 2 – варочный котел: в – пар, г – тузлук вареный; 3 – бак для отстаивания и хранения: д – тузлук вареный отстоянный

Рис. 1.5. Схема обезвоживателя лососевой икры: 1 – подшипник; 2 – вал; 3 – ротор; 4 – подвесные люльки

Вылов лососевых рыб с 1996 по 2000 гг. только по Камчатке составил (в тыс. т) соответственно 81,4; 94,6; 74,5; 95,4; 69,3. В 2000 г. выпуск икры лососевых составил 1911 т (табл. 1.5). Таблица 1.5 Выход икры из лососевых рыб за 2000 г. Рыба Горбуша Кета Нерка Кижуч Чавыча

Вылов, т 40 000 16 000 8000 3500 1800

Выход ястыков, % к массе рыбы-сырца 4,5 5,0 3,0 5,0 5,0

Выход икры, % к массе рыбы-сырца 2,70 3,25 1,80 3,15 3,15

Выход икры, т 1080 520 144 110,25 56,70

Таблица 1.6 Некоторые затраты на производство икры из лососевых рыб Год 2000

Вылов рыбы, т 69 300

Выход икры, т 1911

Расход воды, т 15 288

Расход соли, т 917

При производстве икры лососевой зернистой значительный удельный вес составляют затраты на вспомогательное сырье, тепло- и электроэнергию. Например, при выпуске 1911 т икры расход соли составил 917 т, а расход воды – 15 288 т (табл. 1.6). 1.4. Обработка молок и печени Печень и внутренности рыб заготавливают в свежем, охлажденном, мороженом и соленом виде. При заготовке печень сортируют по видам рыб, не допуская смешивания печени от рыб разных видов. Печень и внутренности обычно заготовляют при разделке рыбы. Внутренности собирают отдельно от печени. Печень отделяют, стараясь сохранить ее в целом виде, вырезают желчный пузырь и промывают в морской или пресной воде от сгустков крови, слизи и других загрязнений. Печень крупных рыб разрезают на куски длиной до 10 см. 10

Непромытую печень хранить не разрешается. Промытой печени дают стечь в течение 15 мин, а затем направляют на обработку [71, 83]. Жирные внутренности рыб отделяют от жабр и промывают от сгустков крови, слизи, других загрязнений и после Разделка стекания влаги направляют на переработку. Молоки лососевых рыб (горбуша, кижуч, чавыча, кета и нерка) направляют в посол целыми, плотными на ощупь, без Мойка и стекание влаги механических повреждений и порочащих запахов. Молоки разных рыб обрабатывают отдельно. После промывки в холодной проточной воде молоки укладывают на один час в реПросаливание в солевом растворе и стекание шета или сита для стекания воды [6]. Высолившиеся молоки отмывают от соли в тузлуке плотностью 1160–1200 кг/м3 и после стекания в течение одноУкладка в банки го часа убирают в бочки емкостью 100 литров. Для изготовления натуральных консервов используют печень сырца, охлажденной или мороженой рыбы (тресковых, макРис. 1.7. Фрагменты рурусовых, нототениевых, морского окуня и др.), а также молоки технологической схемы свежие, охлажденные или мороженые лососевых рыб и др. [71]. производства натуральных Из печени рыб изготавливают натуральные консервы рыбных консервов «Печень хека натуральная», «Печень макруруса натуральная», «Печень морского окуня натуральная», «Печень трески натуральная», «Печень нототении натуральная», «Печень минтая натуральная». Молоки идут на производство консервов «Молоки дальневосточных лососевых рыб натуральные». Консервы из печени рыб приготовляют главным образом на рыболовных траулерах, а также (в меньшем количестве) на береговых предприятиях. При этом используют свежую пе90 чень тресковых, макрурусовых и других 80 рыб. Масса печени составляет у крупной 70 трески 6,4%, у средней – 5,2%, у мелкой – 60 - гистограмма 1 2–3,9% от массы рыбы. Для консервиро50 40 вания пригодна печень плотной конси30 стенции однородного цвета. Печень с 20 потемневшими, пожелтевшими или по10 зеленевшими участками большой пло0 щади и большим количеством нематод и Разделка Стекание Прочие Рис. 1.8. Гистограмма затрат времени личинок нибилиний в производстве конна стекание влаги с сырья, % сервов не допускается. От печени отделяют остатки внутренностей, желчный пузырь, зачищают кровяные сгустки и после тщательной мойки в проточной воде и стекания укладывают в банки, которые направляют к последующим технологическим операциям. При производстве натуральных консервов из молок и печени затраты времени от процесса разделки до закатки (рис. 1.7) только на процесс стекания в среднем составляют 83,3%, на разделку – 5,5%, на другие операции – 11,2% (рис. 1.8). 1.5. Элементы обработки крабов и креветок В переработку допускают живых, полновесных крабов, нелинялых и небольных, без поврежденных конечностей, с отвердевшим панцирем размером не менее 130 мм в поперечнике по наибольшей ширине панциря. Варено-мороженые крабовые ножки. Принятых крабов разделывают: срывают панцирь с абдоменом и внутренностями. Конечности (ножки и клешни), соединенные в грудной части, очищают от остатков жабр и внутренностей, промывают, укладывают 11

и варят в котлах с паровым обогревом в морской воде или 4%-ном соляном растворе. Через 4–5 мин после погружения крабов вода должна закипеть. Продолжительность варки составляет 20–25 мин. Вареные крабовые ножки охлаждают в 4%-ном соляном растворе или в проточной морской воде в течение 10–15 мин до 30°С, после чего укладывают на стеллажи для стекания воды (далее по технологической схеме). Варено-мороженое крабовое мясо в брикетах. Вареные крабовые конечности разрубают по сочленениям вручную или с помощью машин, выбивают из них мясо, помещают его в противни, промывают в чистой проточной воде для удаления кусочков свернувшегося белка, крови, осколков панциря, кусочков жабр и других загрязнений. Промытое мясо обсушивают и упаковывают в виде брикетов (далее по технологии). Производство консервов из крабов. Полноценных крабов с твердым панцирем, уложенных рядами в стропы, доставляют на заводы (плавучие или береговые), где из них вырабатывают консервы. Крабов принимают по массе или поштучно, определяя раз в сутки среднюю массу одного экземпляра. Хранят их на палубе завода не более 3 часов с момента вылова. Панцирь обычно отделяют вручную вместе с внутренностями при помощи двухрожковой вилки, укрепленной на станине. Конечности сразу промывают под душем от остатков внутренностей, загрязнений и загружают в укрепленные на конвейере ковши, которые опускают в варочный аппарат с равномерно кипящей морской водой. Продолжительность варки конечностей составляет от 5 до 15 мин в зависимости от их размеров, температуры варки, биологических особенностей крабов и консистенции мяса. Конечности краба-стригуна варят 3–10 мин. Вареные конечности по конвейеру поступают во второе отделение крабоварки, где они в течение 1–1,5 мин охлаждаются до температуры не выше 45–50°С в потоке холодной морской воды. Охлаждение конечностей до температуры ниже 25°С затрудняет отделение мяса от хлопьев свернувшейся крови. Охлажденные конечности вручную отделяют (разрывают) одну от другой на транспортере и передают к рабочим столам или машинам для дальнейшей разделки. Для приготовления консервов используют мясо ходильных, клешненосных ножек и клешней. Панцирь разрезают ножницами вдоль конечности до первого сустава, отгибают его в сторону, перерезают хитиновую пластинку и концами ножниц выталкивают мясо розочки в корзину. Конечности рубят по сочленениям на членики и путем резкого встряхивания извлекают из них толстое, тонкое мясо и мясо коленца. Клешню разбивают со стороны неподвижного сустава легкими ударами деревянного молотка, поворотом за коготь извлекают мясо из клешни и обламывают хитиновую пластинку у основания когтя. Приклешневые шейки и левую клешню разделывают ножом. При разделке конечностей краба-стригуна извлекают мясо толстого членика, клешни и шейки. Может быть использовано и мясо розочки, тонкое мясо и мясо коленец. Процесс разделки должен продолжаться не более 20 мин во избежание переохлаждения конечностей краба. Кусочки мяса укладывают в корзины, быстро и тщательно промывают под душем в морской или пресной воде с температурой не выше 15°С, затем сортируют по качеству и виду мяса следующим образом. При сортировке розочек отбирают целые кусочки, удаляют посиневшие участки мяса, темные хитиновые пластинки из середины, после чего розочки используют для приготовления консервов высшего сорта. Битые розочки используют для приготовления лапши. Толстое мясо рассортировывают на крупные и мелкие целые куски и поврежденные куски. У целых кусков аккуратно и ровно обрезают раздробленные концы. Крупные куски могут быть разрезаны по диагонали на части, соответствующие по длине диаметру банки. Рассортированное мясо вторично тщательно промывают в воде от остатков крови и выдерживают в корзинах на этажерках для стекания влаги не более 30 мин (рис. 1.9). Из лапши удаляют лишнюю влагу путем отжима на прессе в тече12

ние 5–7 мин (рис. 1.10). Мясо краба-стригуна по видам не рассортировывают и используют в виде однородной лапши [84].

Сбор и взвешивание мяса

Предварительная мойка

Сортировка и резка

Ополаскивание и стекание

СОК

Укладка мяса в банки

Рис. 1.9. Фрагменты технологической схемы производства консервов из крабов

На рис. 1.10 представлена схема пресса для отжатия влаги из крабового мяса. В корпусе пресса размещены две прессующие плиты – верхняя неподвижная и нижняя подвижная, а также гидравлический привод. Сварной корпус пресса является одновременно резервуаром для масла – рабочей жидкости гидросистемы. В состав гидропривода входят электродвигатель мощностью 1 кВт, шестеренчатый насос, предохранительный клапан с переливным золотником, кран управления, гидравлический цилиндр и клиноременная передача между электродвигателем и насосом [69, 79]. На задней стенке корпуса размещен патрубок для отвода влаги, отжимаемой из крабового мяса. Патрубок телескопически соединен с трубой нижней прессующей плиты. На передней стенке корпуса размещена гор1 ловина для заливки масла и кнопки управления масляного насоса. 2 Прессующие плиты выполнены сварными из листовой нержавеющей стали. На нижнюю 3 подвижную плиту вручную устанавливают 4 стопкой шесть противней с крабовым мясом. Управление ходом подвижной плиты осуществляется рукояткой, связанной с краном системы гидропривода. Усилие прессования регулируется. 7 6 5 Габариты пресса составляют 810 × 680 × Рис. 1.10. Схема пресса для отжатия влаги × 1650 мм, масса – 410 кг. из крабового мяса: 1 – корпус; Наполненные банки закатывают на ваку2 – верхняя прессующая плита; ум-закаточной машине, после чего их промы3 – нижняя прессующая плита (подвижная); 4 – корпус привода; 5 – гидравлический привод; вают под душем горячей пресной водой, укла6 – рукоятка включения привода; дывают в решета и направляют в автоклавы. 7 – прибор контроля давления Промежуток времени с момента закатки банок до их стерилизации должен быть не более 30 мин. Креветок (шрамсы), которые сразу после вылова могут быть направлены на обработку, укладывают в металлические или деревянные ящики и пересыпают мелкодробленым льдом. Из креветок вырабатывают охлажденную, мороженую продукцию и консервы. 13

Вареные креветки. Свежих, охлажденных, а также мороженых после дефростации креветок промывают от загрязнений в морской или пресной воде, содержащей 3–4% соли, путем орошения из душевых устройств и после стекания направляют на варку. Вареных креветок охлаждают до 10–15°С в чистой морской воде или пресной воде, содержащей 3–4% соли, а затем сортируют или разделывают (шейка в панцире или чистое мясо). Разделанных креветок (шейка в панцире) быстро промывают в чистой проточной морской воде или пресной воде, содержащей 3% соли. После стекания вареных креветок упаковывают в картонные литографированные и нелитографирован1 ные коробки емкостью до 2,5 кг или в чистые деревянные ящики емкостью до 10 кг. Мороженые сырые и вареные креветки неразде2 ланные. Промытых и рассортированных сырых креветок раскладывают на сетки для стекания воды (рис. 1.11). 3 Затем сырых и вареных охлажденных креветок укладывают в картонные парафинированные коробки емкостью до 2,5 кг, а также в противни, разделенные на секции емкостью не более 1 кг – для беринговоморской и 2,5 кг – для остальных креветок, после чего их заливают водой. Рис. 1.11. Стеллажи для стекания Замораживают креветок в скороморозильных аппаратах влаги: 1 – корпус стеллажа; при температуре –25 … –30°С до достижения температу2 – полка; 3 – противень ры в толще брикета –15°С. Допускается замораживание для укладки крабового мяса креветок блоками массой до 5 кг (беринговоморской креветки – массой до 2,5 кг) с обязательной глазировкой блоков и обертыванием их пергаментом, целлофаном, подпергаментом или полиэтиленовой пленкой. Креветок, замороженных блоками, упаковывают в картонные коробки, которые укладывают в сухие деревянные или картонные ящики емкостью до 15 кг. Глазированные блоки упаковывают в деревянные или картонные ящики емкостью до 30 кг. Мороженые сырые и вареные креветки разделанные. Сырых креветок после стекания воды или вареных после охлаждения разделывают вручную, удаляя головогрудь в месте сочленения ее с шейкой, рассортировывают по цвету и размерным группам (далее по технологической схеме). На рис. 1.11 показаны стеллажи для стекания крабового мяса при производстве варено-мороженых крабовых ножек, варено-мороженого крабового мяса в брикетах, вареных креветок, мороженых сырых и вареных креветок неразделанных и крабового мяса при производстве консервов. В камчатских водах в 2000 г. добыто и переработано 4200 т крабов (камчатского, синего, стригуна опилио, равношипого, бэрди) и 2574 т креветок (углохвостой, северной, гребенчатой) [10]. Таблица 1.7 Затраты времени на стекание излишней влаги при обработке крабов

1400

84

240

Выход порционированного мяса, т 150

1400

84

240

240

560

–

–

1400

26

1036

1036

2590

–

–

Переработано Отходы и Конечный продукт краба- потери, % сырца, т Консервы из крабов Варено-мороженое крабовое мясо Варено-мороженые крабовые ножки

Выход мяса (ножек), т

14

Время стекания влаги, ч

Выход лапши, т

Время отжатия влаги, ч

750

90

2250

При обработке крабов больших затрат времени требует процесс удаления излишней влаги после их варки и охлаждения (табл. 1.7). Так, например, при производстве консервов из крабов на удаление излишней влаги из 100 кг мяса требуется 30 мин, а на отжатие влаги из 100 кг лапши – 2 ч 30 мин. Также много времени требуется на процесс стекания влаги при производстве мороженых сырых и вареных креветок разделанных, а также мороженых сырых и вареных креветок неразделанных. 1.6. Некоторые возможности использования пищевых отходов при производстве консервов Производство стерилизованных рыбных консервов является одним из основных направлений пищевого использования и сохранения рыбного сырья. При производстве большого ассортимента пищевой рыбной продукции рыба подвергается разделыванию, вследствие чего образуются отходы. При разделывании лососевых рыб представляют интерес головы и плавники, которые можно использовать при приготовлении консервов. Так, например, в 2000 г. вылов горбуши составил 40 · 106 кг, кеты – 16 · 106 кг, нерки – 8 ·106 кг и кижуча – 35 · 105 кг. Отходы при разделывании составили соответственно: 646 · 104 кг, 336 · 104 кг, 824 · 103 кг и 486 · 103 кг ( табл. 1.8) [7, 66, 81]. Таблица 1.8 Пищевые отходы при разделке лососевых рыб Вид рыбы Горбуша Кета Нерка Кижуч

Выловлено, кг 40 · 106 16 · 106 8 · 106 35 · 105

Отходы при разделке к массе целой рыбы Головы Плавники % кг % кг 13,15 526 · 104 3,0 12 · 105 12,0 192 · 104 9,0 144 · 104 5 10,0 8 · 10 3,0 24 · 103 3 9,8 343 · 10 3,4 119 · 103

Разделка голов может производиться как вручную, так и механическим способом. Существует линия разделки лососевых голов конструкции «Дальтехрыбпрома» производительностью 80 голов в минуту, предназначенная для разделки кусков головы при выработке консервов «Рагу из дальневосточных лососевых рыб» на береговых предприятиях и плавбазах, специализирующихся на обработке лососевых. На линии выполняются следующие технологические операции: отрезание грудных плавников, разрезание головы на пищевые и непищевые части, порционирование калтычков, отделение жабр и глаз с затылочной части, порционирование затылочной части, мойка кусочков для последующего консервирования. В состав линии входят (рис. 1.12): подающий транспортер, устройство для отрезания грудных плавников, машина для разделки голов, передающий элеватор, устройство для зачистки жабр, порционирующая машина, моечная машина, транспортер отходов [70]. Из разделочного цеха головы направляются подающим транспортером к двум устройствам для отрезания грудных плавников. Каждое устройство имеет по два дисковых ножа, приводимых во вращение электродвигателем с двумя выходными валами. Ножи диаметром 250 мм крепятся к ступицам, насаженным на валы двигателей. Частота вращения ножей составляет 1385 об/мин. Нож огражден кожухом, в котором имеются направляющие для плавников при подаче головы к ножу. Струей воды, поступающей через ниппель в кожухе, отрезанные плавники направляются в отводящий лоток. Обработанные головы подаются на стол-накопитель, с которого работницы загружают их в колодки рабочего транспортера разделочной машины. Это машина линейного 15

типа непрерывного действия с двухрядным транспортером, несущим со скоростью 0,16 м/с колодки для перемещения голов. 7

6

5

4

3

2

1

8 9

Рис. 1.12. Линия разделки лососевых голов: 1 – подающий транспортер; 2 – устройство для отрезания грудных плавников; 3 – стол-накопитель загрузочный; 4 – машина для разделки голов; 5 – передающий элеватор; 6 – устройство для зачистки жабр; 7 – порционирующая машина; 8 – моечное устройство; 9 – транспортер отходов

Каждая несущая колодка образована шарнирно соединенными створками, одна из которых неподвижно закреплена на цепи транспортера, а другая может откидываться под действием собственной силы тяжести в зоне загрузки голов. Подвижная створка снабжена роликом, который закрывает ее при взаимодействии с копиром. Створки выполнены в форме лодок. Во время движения транспортера они имеют пазы, сопряженные с направляющими, установленными на станине машины. Вдоль транспортера последовательно размещены режущие ножи, для которых в транспортирующих головы колодках предусмотрены прорези. Вначале отрезается затылочная часть. Ножи для отрезания затылочной части установлены параллельно продольной плоскости колодок. В момент реза голова фиксируется прутковыми направляющими. Нож приводится во вращение от индивидуального электродвигателя, плита которого шарнирно закреплена на станине. Регулирование положения ножа в вертикальном направлении обеспечивается перемещением плиты. Далее головы поступают к ножу отрезания калтычковой части, который установлен под углом 25–29° к продольно-вертикальной плоскости колодок. Угол наклона ножа можно регулировать с помощью винтового устройства. В момент реза голова фиксируется неподвижным ограничителем. Нож смонтирован на валу индивидуального электродвигателя. Разделительные планки, смонтированные за ножами, разделяют пищевые и непищевые части головы. При движении колодок после их открывания пищевая часть вымывается струей воды в отводящие лотки, непищевая проталкивается в лоток отходов. После разделки головы на затылочных частях могут оставаться основания жабр и глаз, которые удаляются устройством для зачистки жабр. Основными рабочими инструментами устройства являются зачистные насадки и диски, вращающиеся соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях с частотой 800 об/мин. Работницы 16

вручную забирают обрабатываемые части головы из бункера и зачищают на дисках остатки жабр, а на насадках – остатки глаз. Калтычковые части головы и зачищенные затылочной части передаются в порционирующую машину, которая имеет подающий транспортер с клиновидными зигзагообразно расположенными колодками для надежной фиксации головы в момент порционирования. Каждая колодка выполнена в виде двух шарнирно закрепленных половин в форме треугольников с прямоугольным основанием и боковинами, образующими клиновидное ложе для частей голов. В качестве режущего инструмента применяются дисковые вращающиеся ножи, для которых в колодках имеются прорези. Порционированные кусочки поступают в моечное устройство вихревого типа. После мойки кусочки направляют в консервный цех для укладки в банки. Отходы, мясная крошка, плавники отводятся транспортером отходов. На большинстве предприятий, занимающихся переработкой лососевых, вопрос использования пищевых отходов для производства консервов не решен. В лучшем случае пищевые отходы используются для получения рыбной муки. 1.7. Посол крупных лососевых рыб Одним из технологических способов производства соленой рыбной продукции является законченный ненасыщенный бочковой посол [46, 55, 72, 86, 98]. На посол направляется рыба-сырец не ниже 1-го сорта. Прием и аккумулирование сырья производится по технологической схеме чанового посола. Перед посолом рыбу потрошат, оставляя голову, моют в проточной воде, тщательно зачищают брюшную полость от остатков внутренностей, почек, сгустков крови Разделка и пленки (рис. 1.13). После мойки и зачистки рыбу укладывают на непродолжительное время для стекания изМойка лишков влаги, после чего направляют на посол. При посоле рыбу натирают солью (против чешуи), засыпают соль в брюшную полость и под жаберные крышки. При посоле Посол крупных экземпляров рыб делают уколы тупой шпилькой в мясистые части прихвостовой области и спинки. Обваленную солью рыбу укладывают в барабаны Хранение емкостью 250 литров или пластмассовые контейнеры плотными, ровными, параллельными рядами спинкой Рис. 1.13. Фрагменты вниз. Верхний слой рыбы укладывают спинками вверх. технологической схемы Каждый ряд рыбы засыпают солью и плотно обжимают. законченного ненасыщенного бочкового посола лососевых рыб Расход соли зависит от крупности рыбы и составляет от 26 до 31% от массы рыбы. Наполненные рыбой бочки закрывают донышками и оставляют на 6–12 ч для осадки рыбы. Затем ее подпрессовывают, бочки закупоривают, взвешивают и заливают охлажденным солевым раствором плотностью 1190–1200 кг/м3 в количестве 15–20% вместимости бочки. При производстве соленой лососевой рыбы могут появиться некоторые дефекты: загар, затяжка, окись, фуксин и др. Например, загар проявляется покраснением или почернением мяса у позвоночника, мажущейся консистенцией, иногда неприятным запахом. Причиной появления этого дефекта является длительная задержка сырца до обработки без охлаждения, плохая обвалка в соли, отсутствие кантовки при посоле или неравномерность посола рыбы. Избежать загара и других дефектов, возникающих при посоле рыбы, можно путем своевременного и равномерного распределения соли или солевого раствора по всей 17

массе рыбы. 1.8. Анализ результатов исследования технологических процессов и оборудования Основным поставщиком готовой рыбной продукции является обрабатывающая отрасль рыбной промышленности. Качество выпускаемой продукции, рост производительности труда, увеличение объемов производства и улучшение экономических показателей работы предприятий зависит главным образом от эффективности технологических процессов, степени оснащения производства современными высокопроизводительными средствами механизации и автоматизации трудоемких процессов. На существующих рыбообрабатывающих предприятиях при производстве продукции из рыбы обжаренной в масле наиболее энергоемким при значительных затратах времени является процесс удаления излишней влаги из рыбы перед ее панировкой [9, 14, 58, 68, 92, 99]. Установка УС-1 и устройства конструкции ЦПКТБ «Азчеррыба» и «Запрыба», используемые для удаления поверхностной влаги, имеют ряд недостатков, главные из которых – значительная продолжительность процесса и подача нагретого воздуха [52, 88, 95]. При производстве зернистой икры лососевой для отделения тузлука используют стеллажи и обезвоживатели. На мелких и средних предприятиях целесообразно использовать стеллажи, а на крупных – обезвоживатели. Однако при использовании как стеллажей, так и обезвоживателей после отделения тузлука в готовом продукте остается значительное количество лопанца в случае, когда для производства икры используется задержанная рыба-сырец. Анализ литературных данных показал, что вторичное использование тузлуков при посоле икры в промышленности не применяется [6, 62, 70, 85, 88]. При обработке рыбы вне зависимости от ассортимента вырабатываемой продукции, выбранной технологической схемы и видового состава обрабатываемого сырья образуются такие отходы, как молоки и печень. Печень трески, минтая, хека, макруруса и других рыб используют для приготовления натуральных консервов. Из молок лососевых рыб также изготавливают консервы. Кроме того, из молок лососевых и нототениевых рыб выпускают соленую продукцию. При производстве консервов из молок и печени затраты времени на стекание влаги после мойки составляют более 80% от затрат времени на другие операции до наполнения банок. На предприятиях любой мощности процесс удаления излишней влаги (когда предусмотрено технологией) при производстве рыбной продукции не механизирован. Выпускаемый ассортимент продукции из крабов и креветок разнообразен. Из крабов вырабатывают консервы, варено-мороженые крабовые ножки, варено-мороженое крабовое мясо в брикетах. Из креветок вырабатывают вареные креветки, мороженые сырые и вареные креветки и др. При производстве консервов из крабов наибольших затрат времени требует процесс стекания излишней влаги с мяса после его мойки. Для стекания влаги используют стеллажи, а для отжатия сока – пресс. Несмотря на то что при обработке крабов используются поточно-механизированные линии, процесс отделения влаги остается немеханизированным [24, 69, 89, 96]. На основе современных научных исследований, внедрения передовой техники и технологии возможно обеспечение рационального использования сырьевых ресурсов, увеличение выпуска пищевой продукции и улучшение ее качества. При переработке сырья водного происхождения наряду с производством основного вида продукции возможно более полное использование отходов для выпуска пищевой продукции. Анализ литературных данных показал, что существуют конструкторские разработки машин и линий по обработке пищевых отходов, в частности линия по разделке лососевых 18

голов [34, 59, 70, 87, 97]. Однако на рыбообрабатывающих предприятиях не уделяется достаточного внимания использованию отходов для выпуска пищевой продукции. Во многих странах для посола мяса и рыбы используется способ введения солевого раствора методом инъекции. Разработки, проводимые в ряде пищевых отраслей, могут либо использоваться в рыбной промышленности по своему прямому назначению, либо стать основой для новых технологических разработок и тем самым – для создания специализированного нового оборудования для рыбной отрасли. Это относится и к оборудованию для посола рыбы методом шприцевания.

ГЛАВА 2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ РЫБЫ 2.1. Методы шприцевания продуктов Основной фактор, сдерживающий механизацию и автоматизацию посола рыбы – очень большая продолжительность посола крупной рыбы, что исключает возможность создания аппаратов непрерывного действия либо сохранения непрерывности процессов. Переход на ускоренные методы консервирования требует разработки новой технологии, в которой просаливание протекало бы более интенсивно, а качество продукции сохранялось высоким. В настоящее время вместо так называемого прерванного посола внедрен более совершенный способ законченного посола, который, однако, не может быть использован для обработки крупных лососевых рыб, так как этим способом нельзя своевременно создать консервирующие концентрации соли в тканях околопозвоночного слоя рыбы. В мясной промышленности нашей страны и целого ряда зарубежных стран (ФРГ, ГДР, Франция, Ирландия, Нидерланды, Австралия и др.) в последние годы быстро развивается прогрессивное направление, связанное с использованием многоигольного шприцевания и струйной инъекции для диффузионно-осмотических процессов [1, 2]. В АзчерНИРО на основе этого принципа разработана машина, механизирующая процесс искусственного ожиривания мяса тощих рыб для производства балычных изделий. Машина состоит из станины, рамы, держателя, блока шприцев, механизма привода, бака для жира. На раме находится пластинчатый держатель, на который укладывается кусок рыбы, предназначенный для введения в него жира. Для удобства обслуживания основные рамы с держателем и шприцами расположены под углом 45°. Блок шприцев состоит из 16 полых игл, расположенных в два ряда. Каждый шприц представляет собой насос с всасывающим и нагнетательным клапанами. Устройство держателя позволяет центрировать относительно игл куски рыбы любой формы. При движении основания вверх кусок рыбы центрируется, фиксируется и затем накалывается на шприцы. Каждая игла независимо от формы куска рыбы входит в ткань на определенную глубину. В верхнем положении основания специальный кулачок нажимает через толкатель на подпружиненные плунжеры шприцев, выдавливая из каждого через полые иглы жир в мышечную ткань рыбы. Центровка рыбы и расположение игл обеспечивают равномерное распределение жира по всему куску. Всего в рыбу входит до 6% хамсового или китового жира. При обратном ходе за счет подпружинивания плунжеров шприцы заполняются жиром из бака. Температура жира должна быть 19

в пределах 25–30°С. Вместе с жиром можно вводить и различные ферменты. Машина обрабатывает куски рыбы размером 30 × 8 × 5 см и имеет производительность по полуфабрикату 350 кг/ч.

1

2

A

1 5

4 6

4 3

6

б

а

Рис. 2.1. Машина для введения жира в ткань тощих рыб: а – вид сбоку, б – вид сверху; 1 – рама; 2 – бак для жира; 3 – шприцы; 4 – насосы шприцев; 5 – толкатель; 6 – пластины для закладки рыбы

Посол чавычи при производстве слабосоленой продукции по действующей технологической инструкции продолжается от 20 до 30 суток при температуре –2 … 0°С. Это вызывает необходимость иметь большие производственные помещения с искусственным охлаждением, создавать большие запасы льда и привлекать к тяжелому труду значительное число рабочих. Длительность посола определяется скоростью проникновения соли в толщу рыбы, а также скоростью достижения необходимой концентрации, появления специфического вкуса и аромата деликатесного продукта. Ускорение процесса просаливания крупных рыб целесообразно, так как процесс посмертных изменений в теле рыбы, сопровождающийся появлением порочащих продукт признаков, опережает процесс образования консервирующих концентраций соли в мышечном соке рыбы [46]. Процесс просаливания в технологии посола рыбы рассматривается как диффузионный и осмотический [36, 98]. Возможности интенсификации процессов и улучшения качества изделий за счет диффузионных зависимостей в настоящее время, по утверждению профессора А.С. Большакова, почти исчерпаны [12]. В связи с этим все большее значение приобретают интенсивные механические процессы: шприцевание, струйная инъекция, массирование и т. д. При этом количество накапливаемых посолочных веществ увеличивается в основном за счет механических процессов фильтрации и эффекта губки, и лишь окончательное их распределение осуществляется диффузионным путем. Поэтому посол, который обычно с физико-химической точки зрения представляется как диффузионно-осмотический, необходимо рассматривать как процесс фильтрационно-диффузионный. Такой подход к процессу открывает новые возможности для его совершенствования. Исследования, проведенные МТИММП, показали, что наиболее рациональным и эффективным способом накапливания посолочных веществ (преимущественно неорганических) является многоигольное шприцевание, которое широко применяется в мясной индустрии [17, 57]. Безыгольный метод введения посолочных веществ – струйная инъекция – существенно отличается от других. Вместо иглы используют струю жидкости диаметром 0,1–0,2 мм, вытекающую из отверстий под давлением (10–30)105 Па. При инъекции рас20

сол частично поступает непосредственно в мышечные волокна, что существенно ускоряет посол [11]. Разрушение струи при попадании в кость во время инъецирования способствует накоплению соли в наиболее неблагоприятной зоне – около кости и сочленений. Одним из методов интенсификации распределения раствора является массирование сырья во вращающихся емкостях или в лопастных мешалках. При посоле с массированием нарушается целостность мембранных структур ткани, разрыхляются и набухают миофибриллярные белки, нарушается связь между актином и миозином, появляются свободные связи в структуре белков, способные удерживать дополнительное количество воды, происходит частичное высвобождение и перемещение в межклеточное пространство внутриклеточных ферментов. Скорость посола увеличивается, продолжительность посола уменьшается в 5–7 раз. Массирование применимо для бескостного сырья. Обработка костного сырья снижает качество готового продукта из-за нарушения целостности макроструктуры [67]. С применением метода вакуумного посола удается сократить время, необходимое для производства продуктов посола, на 30–40% по сравнению с традиционным методом посола [56]. Из литературы известно, что для ускорения просаливания рыбы делались попытки вводить раствор соли при помощи шприца. Предыдущие попытки оканчивались неудачей, так как этим путем удавалось ввести в рыбу лишь незначительное количество тузлука. Следовательно, нельзя было поднять концентрацию соли в рыбе до такого предела, когда она оказывала бы консервирующее действие [46]. По данным А.И. Юдицкой, в самую последнюю очередь просаливается мышечная ткань в околопозвоночной части рыбы, что делает ее наиболее уязвимой с точки зрения сохранения качества рыбы в период производства слабосоленой продукции [101]. Очевидно, по этой причине при производстве слабосоленой чавычи по существующей технологии чанового посола нередко случается появление мажущей консистенции мяса в толще спинки и хвостового стебля. 2.2. Контактный метод шприцевания При посоле крупных рыб для достижения одинаковой концентрации соли в мышечной ткани рыбы делают 4–6 проколов деревянной шпилькой диаметром 15 мм со стороны брюшной полости параллельно позвоночнику по обеим его сторонам и по направлению хвостового плавника. Таким образом, применяется контактный способ для образования каналов (проколы шпилькой) и бесконтактный способ доставки соли (диффузионным методом) в мышечную ткань рыбы (рис. 2.2). 1

а

3

2

б

в

Рис. 2.2. Схема прокола шпилькой мышечной ткани рыбы в прихвостовом плавнике: а – прокол шпилькой, б – канал от прокола шпилькой, в – поступление тузлука по каналам; 1 – мышечная ткань рыбы; 2 – хребтовая кость; 3 – брюшная полость

Метод бесконтактного, или безыгольного, шприцевания состоит в том, что солевой раствор вводится в мышечную ткань рыбы с помощью безыгольного инъектора в виде струи под высоким давлением. 21

Посол рыбы методом контактного шприцевания заключается в том, что в мышечную ткань рыбы вводится игла на заданную глубину для подачи тузлука (рис. 2.3). 2

3 4

1 5

а

б

в

Рис. 2.3. Схема ввода тузлука в мышечную ткань рыбы методом контактного шприцевания: а – укол иглы в мышечную ткань рыбы, б – подача тузлука через иглу в мышечную ткань, в – «капсула» с тузлуком в мышечной ткани рыбы; 1 – мышечная ткань рыбы; 2 – шприц; 3 – игла; 4 – «капсула» с тузлуком; 5 – хребтовая кость

Контактное и бесконтактное шприцевание основано на законах гидравлики [94, 103]. Из находящейся в равновесии жидкости выделим элементарный параллелепипед с ребрами dx, dy, dz, параллельными осям координат, и составим для него уравнения равновесия. На такой объем жидкости будут действовать объемные силы, проекции которых на оси координат, рассчитанные на единицу массы, – X, Y, Z, а на боковые грани – нормальные силы гидростатических давлений. Выясним величины последних (рис. 2.4). Пусть величина гидростатического давления в точке А, расположенной в центре параллелепипеда, равна р. Тогда, поскольку р(х, у, z) есть непрерывная функция координат, величины гидростатических давлений в точках М и N, расположенных Рис. 2.4. Схема в центрах площадок 2 – 4 – 4' – 2' и 1 – 3 – 3' – 1', равновесного состояния жидкости (дифференциальное уравнение Эйлера) находим из разложения указанной функции в ряд Тейлора. Ограничиваясь в этих разложениях двумя членами, получим:

рΜ = р −

1 др 1 др dх, р Ν = р − dх. 2 дх 2 дх

(2.1)

Принимая их за средние гидростатические давления на указанных площадках и проектируя на ось ох все силы, действующие на элементарный параллелепипед, получим: 1 др ⎞ 1 ∂p ⎞ ⎛ ⎛ dx ⎟ dydz − ⎜ p + dx ⎟dydz + Xρ dxdydz = 0, ⎜ р− 2 дх ⎠ 2 ∂x ⎠ ⎝ ⎝ откуда

22

(2.2)

ρX −

др =0. дх

Аналогично получим остальные два уравнения. Запишем все три уравнения равновесия [91]: 1 др 1 др 1 др = 0; Υ − = 0; Ζ − = 0. Χ− (2.3) ρ дz ρ дх ρ ду Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (Эйлера) показывают, что при равновесии жидкости объемные силы, действующие на жидкость, уравновешиваются соответствующими поверхностными силами. Допустим, что давления жидкости действуют на плоскую стенку площадью ω , наклоненную под углом θ к горизонту и расположенную в плоскости η0ζ, перпендикулярной плоскости рисунка. Проекция этой стенки представится прямой АВ. Данная стенка показана Рис. 2.5. Схема плоской стенки в жидкости в совмещении с плоскостью ξ0ζ (рис. 2.5). Выделим на глубине h элементарную площадку dω на рассматриваемой плоской стенке. С точностью до малых первого ряда гидростатическое давление р = ро + уh на такой площадке можно считать одинаковым. Тогда суммарное давление на эту площадку [65] определяется по формуле dP = pdω = ( p0 + γh) dω = ( p0 + γζ sin θ) .

(2.4)

Найдем суммарное давление Р на всю плоскую стенку: P = ∫ pdω = ∫ ( p0 + γh ) dω = ∫ ( p0 + γζ sin θ ) dω = p0 ω + γ sin θ ∫ ζdω , ω

ω

ω

(2.5)

ω

причем

∫ ζdω = ζ ω = S c

0η

,

(2.6)

ω

где S0η – статический момент площади стенки относительно оси 0η; ζc – координата центра тяжести (точки С) данной площади стенки. Отсюда Р = р0 ω + ωγζ с sin θ = ( p0 + γhc )ω = pc ω ,

(2.7)

где рс – гидростатическое давление в центре тяжести плоской стенки. Как и гидростатическое давление в точке, суммарное гидростатическое давление на плоскую стенку состоит из двух слагаемых: первое зависит от давления на свободную поверхность жидкости, второе – от давления самой жидкости непосредственно на данную стенку. Для определения координат ζd и ηd точки приложения Р′ воспользуемся теоремой, согласно которой момент равнодействующей равен сумме моментов составляющих. В результате получим: 23

P0 = p0 ω и P ' = ωγζ cc sin θ = γhc ω = pc′c ω , P′ζ d = ∫ dP′ζ = ∫ γζ sin θdωζ = γ sin θ ∫ ζ 2 dω. ω

ω

(2.8) (2.9)

ω

Учитывая равенства (2.9), находим:

∫ ζ dP ′ ∫ ζ d ω 2

ζd =

ω

=

P′

ω

ζc

=

I 0η ωζ c

,

(2.10)

где Ι 0 η − момент инерции площади рассматриваемой плоской стенки относительно оси 0η. Но, как известно, Ι 0 η = ζ с2 ω + Ι 0 η = ζ с2 ω + r02ηω,

(2.11)

где Ι 0ω – момент инерции той же площади относительно горизонтальной оси (параллельной оси 0η), проходящей через центр тяжести стенки (центральный момент инерции); r0 η – радиус инерции относительно той же оси. Подставив значение Ι 0 η из формулы (2.10) в формулу (2.11), получим: ζd = ζc +

I 0η ωζ c

,

(2.12)

или

ζd = ζc +

r02η ζc

.

(2.13)

Аналогично находим и координату η d центра избыточного давления: ηd =

∫ ηζdω ω

ωζ c

=

Ι ηζ ωζ c

,

(2.14)

где Ι ηζ – центробежный момент инерции той же площади относительно указанных координатных осей [100]. Тогда вместо выражения (2.7) можно записать: P = P0 + P′.

(2.15)

Входящие сюда величины (по аналогии с давлением в точке) называются так: Ро – начальное давление, Р′ – избыточное и полное суммарное гидростатическое давление. Точки приложения Ро, Р′ и Р называют центрами соответственно начального, избыточного и полного суммарного гидростатического давления. Обычно сначала определяют точки приложения Ро и Р′, а затем по правилу сложения параллельных сил – точку приложения Р. Начальное суммарное давление Ро, представляющее собой равнодействующую равномерно распределенной по площади стенки нагрузки интенсивностью ро, всегда будет приложено в центре тяжести стенки [91]. Для равномерной подачи жидкости (тузлука) и создания направленной струи к отверстию приставляют трубки-насадки, которые могут быть различной формы – цилиндрические, конические (сходящиеся и расходящиеся) и коноидальные. При правильном режиме работы насадка живое сечение выходящей из него струи 24

равно площади выходного сечения насадка. В результате этим устраняется сжатие струи на выходе из насадка, и коэффициент сжатия струи на выходе составляет ε. Рассмотрим принцип действия цилиндрического внешнего насадка. Струя, входящая в насадок (рис. 2.6), сначала испытывает сжатие, аналогичное сжатию, происходящему при ее выходе из отверстия. Однако в дальнейшем струя расширяется, и на некотором расстоянии от входа в насадок она занимает все его сечение. При правильной конструкции насадка влияние возросших потерь (потери энергии, вызванные расширением струи в насадке, потери на трение жидкости о ее стенки) должно перекрываться эффектом засасывания, в результате чего расход насадка должен быть больше расхода отверстия. Чтобы оценить влияние этих факторов, выведем формулу для вычисления расхода цилиндрического насадка. Запишем уравнение Бернулли для сечения, совпадающего со своРис. 2.6. Схема к расчету струи в насадке бодной поверхностью жидкости, и сечения струи на выходе из насадка. Полагаем давление р0 на поверхности жидкости в обоих сечениях равным атмосферному (скоростью опускания уровня жидкости пренебрегаем). Плоскость сравнения считаем совпадающей с осью насадка: 2 ρvcp2 L ρvcp р0 + γh = α к + (ζ он + ζ р + λ ) + p0 , (2.16) 2 D 2 где ζон – коэффициент местного сопротивления насадка; ζ р – коэффициент местного сопротивления при расширении; λ – коэффициент шероховатости; αк – коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределения скорости по сечению на величину кинетической энергии; γ – удельный вес жидкости, н/м3; h – высота столба жидкости, м; ρ – плотность жидкости, кг/м3; υ ср – средняя скорость потока жидкости, м/с; L – длина насадка, м; D – диаметр насадка, м. 2 L ρvcp учитывает потери в насадке по его длине L, а местные Здесь слагаемое λ D 2 потери отнесены к скорости vср на выходе из насадка. Скорость в выходном сечении определяется как vcp =

1

2 gh .

L λ + ζ cp + ζ p + aк D

(2.17)

Расход воды в насадке с учетом того, что коэффициент сжатия струи ε = 1 (табл. 2.2), находится по формуле Q = vcp S =

1 L λ + ζ 0 h + ζ p + aк D

S 2 gh .

Коэффициент расхода насадка определяется как

25

(2.18)

1

μH =

L λ + ζ 0 H + ζ p + aк D

,

(2.19)

т. е. он равен коэффициенту скорости насадка. На основании этого окончательно получим: Q = μ н S 2 gh , (2.20) Q = μS 2 gH .

(2.21)

Сравнивая формулы (2.20) и (2.21) для расчета расхода жидкости при истечении из отверстия (табл. 2.3), видим, что при равном напоре h насадок обеспечивает больший расход, если μн = μ . (2.22) Это условие позволяет определить допустимые относительные размеры насадка (рис. 2.7). Учтем, что отношение площади струи Sо в сжатом сечении насадка к сечению на выходе равно коэффициенту сжатия струи ε = S2/S1: ⎞ ⎛S ζ р = ⎜⎜ 2 − 1⎟⎟ . ⎝ S1 ⎠

(2.23)

Тогда в соответствии с формулой (2.23 ) 2

⎛1 ⎞ ζ р = ⎜ − 1⎟ . ⎝ε ⎠

(2.24)

Коэффициент сопротивления отверстия ζон, отнесенный к скорости на выходе из насадка, связан с коэффициентом сопротивления ζо, отнесенным к скорости в сжатом сечении Sс, соотношением 2

ζ он

⎛S ⎞ ζ = ζ о ⎜⎜ ⎟⎟ = 02 . ε ⎝ Sc ⎠

(2.25)

Таким образом, условие (2.22) можно записать в развернутом виде: 1

>

2

ζ0 ⎛ 1 ⎞ L + ⎜ − 1⎟ + λ + α к 2 ε ⎝ε ⎠ D

ε . ζ0 + αк

(2.26)

После несложных преобразований этого неравенства устанавливаем, что с точки зрения расхода жидкости насадок эффективнее отверстия с одинаковым коэффициентом сжатия струи ε, если

L 2(1 − ε ) < . D ελ

(2.27)

Давление в сжатом сечении pс падает пропорционально увеличению напора h, при котором работает насадок. Если давление pс снизится настолько, что достигнет давления pн насыщенных паров воды, то при данной температуре жидкость в сжатом сечении начнет вскипать (табл. 2.7). В этом случае возникает явление кавитации. Поскольку в реальной жидкости всегда присутствуют мельчайшие пузырьки газа или пара, то, двигаясь с потоком и попадая в область давления pc < pн, они теряют устойчивость и приобретают способность к неограниченному росту. Так, например, капля радиусом 1 · 10–3 м 26

в соответствии с рассматриваемой моделью теряет устойчивость при ускорении 470 м/с2 и скорости 0,28 м/с [42]. Переходя в зону повышенного давления pc > pн, рост пузырьков прекращается [15]. Найдем давление pc в сжатом сечении струи в насадке. Для этого воспользуемся уравнением Бернулли, записанным для свободной поверхности и сжатого сечения: S

р0 + γh = pc + α к к D

ρv 2 cpc ρv 2 cpc + ζ0 . 2 2

(2.28)

Учитывая, что vcpc = vcp ε, получим: L

H

ρv 2 cp (α к + ζ 0 ). рс = р0 + γh − 2ε 2

Выражая vcp в соответствии с формулой (2.17), получим:

d1 l1

(2.29)

⎛ ⎞ ⎜ ⎟ αк + ζ0 1 ⎜ − 1⎟h. (2.30) рс = р0 − γ 2 L ⎜ ⎟ ε ⎜ ζ щн + ζ + λ D + α к ⎟ р ⎝ ⎠

S1 d2

l2 S2

Явление кавитации проявляется главным образом при неправильном шприцевании, когда pc < pн и в «капсулу» (рис. 2.3) попадает газ, что Рис. 2.7. Расчетные параметры шприца: способствует осветлению мышечной ткани рыбы –3 L – длина корпуса шприца, × 10 м; –3 на «стенках капсулы». В соответствии с выражеl1 – длина насадка, × 10 м; l2 – длина иглы, × 10–3м; D – внутренний диаметр нием (2.27) этим условием является предельная корпуса шприца, × 10–3м; d1 – внутренний длина насадка в зависимости от величины коэфдиаметр насадка, × 10–3м; d2 – внутренний фициента шероховатости (λ)L = (40 – 50)D при диаметр иглы, × 10–3м; Н – напор, × 10–3м; длине насадков l = (3 – 4)d (табл. 2.1). S – живое сечение шприца, × 10–6м2; Формула (2.15) показывает, что давление S1 – живое сечение насадка, × 10–6 м2; –6 2 может изменяться в зависимости от напора, и не S2 – живое сечение иглы, ×10 м учитывает свойства материалов. Например, с некоторыми допусками мышечную ткань рыбы по физическим свойствам можно сравнить с вулканизированной резиной [45, 50]. Таблица 2.1 Таблица соотношения длины и диаметра Шприцы

Стандартные

L

L = (40–50)D

l1

l1 = (3–4)d1

l2

42

L < 440–550

10

l1 > 6–8

40

57

L < 560–700

10

l1 > 6–8

40

55

L < 600–750

10

l1 > 6–8

40 70

65

L < 760–950

10

l1 > 6–8

40

105

L < 1000–1250

10

l1 > 6–8

40

110

L < 1000–1250

10

l1 > 6–8

45

110

L < 1000–1250

15

l1 > 9–12

50

27

l2 = (40–50)d2 l2 > 32–40 l2 < 40–50 l2 > 32–40 l2 < 40–50 l2 > 40–50 l2 < 60–75 l2 < 30–40 l2 > 40–50 l2 < 32–40 l2 < 60–75 l2 < 60–75 l2 < 80–100 l2 < 60–75

115

L < 1000–1250

20

l1 > 12–16

70

115

L < 1000–1250

25

l1 > 15–20

75

Нестандартные

l2 < 80–100 l2 < 100–125 l2 < 120–150 l2 < 100–125 l2 < 120–150

Таблица 2.2 Значения коэффициента сжатия струи Шприцы

Стандартные

D

d1

11

2

14

2

15

2

19

2

25

2

d2 0,8 1,0 0,8 1,0 1,0 1,5 0,8 1,0 0,8 1,5 1,5 2,0 2,5 3,0

2 3 4 5

25 Нестандартные 25

ε1* 0,18 0,18 0,143 0,143 0,133 0,133 0,105 0,105 0,080 0,080 0,080 0,120 0,16 0,20

ε2* 0,40 0,50 0,40 0,50 0,50 0,75 0,40 0,50 0,40 0,15 0,15 0,66 0,62 0,60

ε* 0,073 0,090 0,057 0,071 0,066 0,100 0,072 0,053 0,032 0,060 0,060 0,080 0,100 0,120

* ε1 = d1/ D; ε2 = d2/d1; ε = d2/D – коэффициент сжатия струи. Таблица 2.3 Расход солевого раствора из шприца (насадка) Шприцы

d12

4,0 4,0 Стандартные

4,0 4,0

Нестандартные

d 22

0,64 1,00 0,64 1,00 1,00 2,25 0,64 1,00

S1 3,14 3,14 3,14 3,14

S2

H

0,5024 0,7850 0,5024 0,7850 0,7850 1,7662 0,5024 0,7850

40 40 70 70 65 65 50 50

H

Q1

6,3245

72,099

8,3660

95,372

8,0623

91,910

7,0711

80,611

Q2 11,536 18,025 15,259 23,843 22,979 51,702 12,897 20,153

4,0

0,64 2,25

3,14

0,5024 1,7662

110 110

10,4881

119,564

19,303 67,260

4,0 9,0

2,25 4,00

3,14 7,06

1,7662 3,1400

120 120

10,9545

124,881 280,983

70,251 124,881

16,0 25,0

6,25 9,00

12,56 19,63

4,9063 7,0650

125 125

11,1803

509,808 796,575

199,149 286,767

Примечания. Для расчета расхода солевого раствора из насадка применялась формула (2.21). Коэффициент расхода μ = 0,82.

Рассмотрим одноосную оболочку вращения при осесимметричной нагрузке Р2 = 0 (рис. 2.8). Линии α и β совпадают с линиями кривизны – меридианами и параллелями. Если α – длина дуги меридиана, β – угол долготы φ, то при Рп ≠ 0 имеем: 28

⎡ 2Τ y = ya ⎢1 + a ya ⎢⎣ θ

z = y aΤ a ∫

θa

R1 =

θ

∫

θa

⎛ θ p dθ ⎞ ⎤ 1 cos θ exp⎜ − ∫ 1 ⎟dθ ⎥; ⎜ θ pп ⎟ ⎥ pп ⎝ a ⎠ ⎦

(2.31)

⎛ θ p dθ ⎞ 1 sin θ exp⎜ − ∫ 1 ⎟d θ; ⎜ θ pп ⎟ ypп ⎠ ⎝ a θ ⎛ Ρd θ1 ⎞⎟ tΤ a exp⎜ − ∫ ⎜ θ Ρп ⎟ ⎝ a ⎠

⎡ 2T ⎢1 + A YA ⎢⎣

⎛ θ Ρdθ ⎞ ⎤ 1 1⎟ ⎜− d θ⎥ cos θ exp ∫θ PN ⎜ θ∫ Ρп ⎟ ⎥ ⎝ a ⎠ ⎦ θ

а

(2.32)

1 2

.

(2.33)

б

Рис. 2.8. Схема к расчету: а – оболочка (капсула); б – расчетная схема

Индекс «а» относит величину к параллели у = 0 (точка А). При этом соблюдены условия общей схемы расчета мягкой оболочки в одноосном состоянии (незамкнутый кусок выпуклой поверхности с плоским краем неспособен изгибаться, сохраняя плоский край, т. е. не отрываясь от плоскости; аналитическая поверхность, сохраняющая некоторую твердую кривую, не допускает изгибания). Для удовлетворения прочих условий используют уравнение исходной оболочки вращения у = у0(θ0), физические соотношения λ1 = λ1(Т) и законы конструктивной складчатости λ′0 и λ″0. Условия (замкнутая выпуклая поверхность неизгибаема, выпуклая поверхность с краем, которая получена из замкнутой удалением области положительной кривизны, изгибаема) объединены: при θ = θa y = ya = yoa/λ′o, при θ = θв y = yв = yoв/λ″0; Ту = Ту/у0, где у(θ) – координата точки исходной поверхности, соответствующая ее координате у0 на одноосной поверхности. Из формулы (2.33) следует, что Т = Т(θ, θа, уа, Та, Р1, Рп); Ту и λ1 зависят от θ0а. Необходимо найти поверхность с уравнениями F(x, y, z) = 0 и коэффициентами квадратичных форм А(α, β), В(α, β), L(α, β), M(α, β), N(α, β), которая бы, во-первых, проходила через кривые, описываемые уравнениями x = x′(S), y = y′(S); z = z′(S),

(2.34)

x = x′′(S), y = y″(S); z = z′′(S);

(2.35)

во-вторых, имела бы семейство линий α , длины которых S между границами связаны с длинами их прообразов S0 при помощи физических соотношений формулой

29

α′′

S0

∫ A(α, β)dα = ∫ λ1dS(α0 ) ,

α′

(2.36)

0

где α′, α′′ – значения α на границах. Условие (2.36) приведем к виду θ ⎛ θ Ρdθ ⎞ dy 1 (2.37) ∫θ dθ 0 dθ0 = Τ a ya θ∫ Ρyп λ1 (θ, θ0 ,L) exp⎜⎜ − θ∫ Ρп 1 ⎟⎟ dθ. 0а a ⎠ ⎝ a Метод решения полученных уравнений зависит от дополнительных условий задания и внешней нагрузки. Когда физические соотношения сложные или нагрузки заданы в функции от z, у, целесообразнее пользоваться следующими формулами: ⎫ ⎛ θ Ρ dθ ⎞ ⎪ Τ a ya cos θ exp ⎜ − ∫ 1 ⎟ dθ ⎜ θ Ρп ⎟ ⎝ a ⎠ , ⎪ dy = ⎪ Ρп y ⎪ ⎪ dz = tgθdy, (2.38) ⎬ ⎪ ⎛ θ P⎞ ⎪ 1 dy 1 = R1 = Ta ya exp ⎜ − ∫ ⎟ dθ,⎪ ⎜ θ Pп ⎟ cos θ dθ Pyп ⎝ a ⎠ ⎪ ⎪⎭ dS = R1dθ, θ0

где R – радиус кривизны. При этом легко реализуется метод конечных элементов, когда Р2 = Р1 = 0, Рп ≠ 0 [54]: ⎡ 2Τ y = ya ⎢1 + a ya ⎢⎣

⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ yT ⎪ T = a a .⎪ y ⎪ ⎭ 1

2 cos θdθ ⎤ ∫ Ρп ⎥⎥ , θa ⎦ θ

θ

sin θ d θ , yP п θα

z = yaTa ∫

(2.39)

Однако в процессе введения солевого раствора в мышечную ткань рыбы методом шприцевания возникают силы растяжения и молекулярные силы трения, которые препятствуют прохождению тузлука в мышечную ткань рыбы и влияют на создаваемое давление. Мясо рыбы состоит из четырех участков – из двух спинных и двух брюшных, разделенных вдоль перегородками из плотной соединительной ткани. По высоте тела мясо разделяется на ряд поперечных участков – миомеров, отделенных один от другого тонкими перегородками – септами. Мясо рыбы можно рассматривать как сплошную коллогенную систему, состоящую из трех основных образований: 2 1 6 7 5 4 септ, мышечных волокон и эндомизия. Септы разделяют соматическую 5 мышечную систему рыбы на поперечные 1 2 участки (миомеры) и состоят главным 3 образом из коллагена и эластина, обра4 зующих в септе мелкую структурную сетку, заполненную вязким белковоРис. 2.8. Схема строения мяса рыбы: 1 – эндомизий; 30 2 – структурная решетка эндомизия; 3 – мышечное волокно; 4 – миофибриллы; 5 – сарколемма; 6 – септа; 7 – структурная решетка септы

солевым раствором. Между септами вдоль тела рыбы расположены мышечные волокна, имеющие веретенообразную форму и с обоих концов прочно прикрепленные к септам («вросшие» в септы) при помощи большого количества гибких нитей, состоящих из коллагена и эластина (рис. 2.8). Мышечные волокна соединены между собой прослойками рыхлой соединительной ткани (эндомизием), заполненной вязкой слабоструктурированной жидкостью [19]. Зависимости плотности, поверхностного натяжения, вязкости воды и солевого раствора от температуры и концентрации представлены в табл. 2.4–2.6. Таблица 2.4 Зависимость плотности, поверхностного натяжения и вязкости воды от температуры [64] Температура, ºС

Плотность, кг/м3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 130

1000 1000 998 996 992 988 983 978 972 965 958 935

Поверхностное натяжение, × 103 Н/м 75,64 74,22 72,80 71,18 69,56 67,91 66,18 – – – 58,90 52,80

Вязкость, × 104 Н · с/м2 17,92 13,07 10,02 7,98 6,53 5,46 4,66 4,04 3,55 3,15 2,82 2,12 Таблица 2.5

Зависимость плотности и поверхностного натяжения солевого раствора от его концентрации Плотность при температуре ºС, кг/м3 Концентрация раствора NaCl, %

0ºС

10ºС

20ºС

5 10 20 25 26

1038,4 1071,1 1156,2 1197,2 1205,6

1036,6 1074,2 1152,5 1194,0 1202,5

1034,0 1070,7 1147,8 1188,8 1197,2

Поверхностное натяжение при температуре 18ºС, × 103 Н/м 74,0 75,5

Таблица 2.6 Зависимость вязкости солевого раствора от плотности и температуры Вязкость, × 104 Н · с/м2 0ºС –5ºС 29,63 36,46 30,41 37,47 31,39 38,55 32,96 40,71 34,73 –

Плотность при температуре 15ºС, кг/м3 1170 1175 1180 1190 1200

Таблица 2.7 Концентрация солевого раствора, кипящего под атмосферным давлением при различных температурах

31

Температура, ºС Концентрация, %

101 6,19

102 11,03

103 14,67

104 17,69

105 20,32

107 25,09

Возьмем поперечный срез рыбы и произведем шприцевание (рис. 2.9). Естественно, что при гидростатическом давлении, согласно формуле (2.15), под каким бы углом мы ни производили шприцевание, солевой рас90° твор в мышечную ткань рыбы не войдет, так как этому препятствует давление внутренней а среды мышечной ткани, которое состоит из си45° лы сжатия и внутреннего молекулярного давб ления эндомизия. Математически это можно выразить формулой 4 (2.40) РГ + РД = РС + РМ , 5 6

где РГ – гидростатическое давление, Па; РД – добавочное давление на поршень, Па; 0° 2 в РС – давление сжатия, Па; 1 РМ – внутреннее молекулярное давление, Па. Так как процессы трения и молекулярРис. 2.9. Схема вероятного шприцевания: ного давления эндомизия недостаточно изуа – поперек мышечных волокон, чены, а они оказывают значительное влияние б – под углом 45° относительно плотной соединительной ткани, в – вдоль мышечных на сопротивление внутренней среды, то эту волокон; 1 – хребтовая кость; 2 – плотная проблему приходится решать в комплексе соединительная ткань; 3 – мышечные волок(табл. 2.8). на; 4 – структурная решетка эндомизия; Установлено, что наиболее оптимальны5 – «капсула» с солевым раствором; 6 – игла ми условиями введения солевого раствора, являются условия, когда игла расположена параллельно плотной соединительной ткани (рис. 2.9, в). В этом случае разрыв мышечной ткани происходит при меньшем сопротивлении внутренней среды [20, 53]. 3

Таблица 2.8 Давление, создаваемое при погружении иглы в массу рыбы Глубина прокола мышечной ткани рыбы 1/4 иглы ~ 3,2 пластины 1/2 иглы ~ 6,4 пластины 1,0 иглы ~ 10 пластин Р3, кПа (Р3 – Рт), кПа Р3, кПа (Р3 – Рт), кПа Р3, кПа (Р3 – Рт), кПа 84,415 20,229 98,408 34,772 149,350 85,714 77,922 14,286 98,408 34,772 124,870 61,234 90,909 27,273 116,883 53,247 136,363 72,727 84,415 20,779 98,408 34,772 129,870 66,234 77,922 14,286 103,895 40,259 136,363 72,727 84,415 20,779 110,389 46,753 129,870 66,234 98,408 34,772 90,909 27,273 129,870 66,870 90,909 27,273 103,895 40,259 136,363 72,727 Σ 180,206 – 312,107 – 565,727

Обозначения Р3 – давление нагнетания солевого раствора в мышцу рыбы, кПа Рт – давление создания струи солевого раствора, 63,636 кПа Предельная глубина иглы – 4 × 10–2 м Вводимая доза солевого раствора – 5 × 10–6 м3

При введении солевого раствора в мышечную ткань рыбы, когда игла расположена под углом 90° к плотной соединительной ткани, возникает максимальное сопротивление при разрыве мышечной ткани и преодолении внутреннего молекулярного давления эндомизия (табл. 2.9). Таблица 2.9

32

Определение предельного напряжения сдвига

1 Введение иглы поперек мышцы

Чавыча (толщина мышцы 4–6 мм) Fн, н Рв *, кПа 2 3 6,78 56,730 5,86 44,010 5,39 45,098

Кета (толщина мышцы 4–5 мм) Fн , н Рв, кПа 4 5 7,54 63,087 7,37 61,664 7,46 62,417

Палтус (толщина мышцы 6–8 мм) Fн, н Рв, кПа 6 7 8,61 72,039 9,01 75,386 8,97 75,051

Треска (толщина мышцы 8–10 мм) Fн, н Рв, кПа 8 9 12,06 100,906 19,23 160,897 13,40 112,117 Окончание табл. 2.9

1 Введение иглы в мышцу под углом Введение иглы вдоль мышцы

2 4,62 4,91 4,48 2,92 3,61 3,05

4 6,39 6,98 5,37 4,12 3,98 4,12

6 6,02 5,64 5,12 3,64 4,08 3,72

8 6,17 7,63 6,67 4,83 4,89 5,05

№ п/п

3 38,655 41,081 31,484 24,431 30,204 25,519

5 53,465 58,401 44,930 34,472 33,300 34,472

7 50,369 47,189 42,839 30,455 33,551 31,125

9 51,624 63,840 55,807 40,412 40,914 42,253

* Рв = kFн / h2, где k – константа конуса, равная 0,41; Fн – усилие нагружения, Н; h – глубина внедрения, м.

Анализируя зависимость давления (рис. 2.10) от глубины вводимого солевого 150 × раствора, находим, что давление на глубине × × 2 × 10–2 м находится в пределах 90 909 Па – × 130 × 116 883 Па, а на глубине 4 × 10–2 м нижний × ∆ × предел увеличился на 33 861 Па, верхний ∆ 110 × ∆ соответственно на 32 470 Па. ○ ∆ ○ Наблюдаем, что в процессе введения ○ 90 ∆ ○ ∆ солевого раствора в мышечную ткань рыбы ○ ∆ ○ 70 ∆ на глубину от 1 × 10–2 м до 4 × 10–2 м давле○ ○ –3 l2, 40 × 10 м ние увеличивается более чем на 50%. Таким 0 образом, давление с увеличением глубины 1,0 1/4 1/2 3/4 введения солевого раствора возрастает. Рис. 2.10. Зависимость давления Диаграмма построена по средним от глубины вводимого солевого раствора данным (табл. 2.9) внутреннего сопротивления рыбы (предельного значения напряжения сдвига). Как следует из диаграммы (рис. 2.11), значения предельного напряжения сдвига имеют наибольшую величину в мышечной ткани трески при нагрузке поперек волокон (рис. 2.9, а–в). Мышечная ткань чавычи оказывает меньшее сопротивление нагрузкам и 150 составляет в среднем поперек волокон – чавыча 100 48 570 Па, под углом – 37 074 Па и – кета вдоль волокон – 26 718 Па. Такое со– палтус 50 стояние обусловлено тем, что мясо ча– треска вычи имеет сочную, нежную конси0 Поперек Под углом Вдоль стенцию и соответственно меньшее Рис. 2.11. Диаграмма предельного напряжения сдвига сопротивление нагрузкам, чем мясо трески, палтуса, кеты и других рыб. В формуле (2.40), заменив Рс + Рм на Рв, напишем: (2.41) Рг + Рд = Рв. Решая уравнение (2.41) относительно Рд, получим (табл. 2.10): (2.42) Рд = Рв – Рг. Р, кПа

Таблица 2.10

33

Гидростатическое давление и предельное давление внутреннего сопротивления рыбы Шприцы Рг, кПа Чавыча Кета max Рв , кПа Палтус Треска

0,392

0,686

Стандартные 0,637

0,490 56,736 63,087 72,039 60,897

Нестандартные 1,176 1,225

1,078

Найдем среднее значение давления при введении солевого раствора на глубину 1/4, 1/2 иглы и всей длины иглы (длина иглы составляет 4 × 10–2 м): n

Ρ

cp 1 4

=

∑p

i

1

n

=

p1 + p2 + p3 + L + pn = 22 525 Па; n

(2.43)

=

p1 + p2 + p3 + L + pn = 39 013 Па; n

(2.44)

=

p1 + p2 + p3 + L + pn = 70 715 Па. n

(2.45)

n

Ρ

ср 1 2

=

∑p

i

1

n n

Ρ

cp 1 0

=

∑p

i

1

n

Таблица 2.11 Сравнение предельного значения напряжения сдвига и силы внутреннего сопротивления в рыбе при подаче солевого раствора Чавыча /24 431/пн > Ρ 1ср < /56 730/вп

Кета /33 300/нп > Ρ 1ср < /63 087/вп

/24 431/пн > Ρ 1ср < /56 730/вп

/33 300/нп > Ρ 1ср < /63 087/вп

/24 431/нп > Р

/33 300/нп > Ρ

4

4

2

ср 1 0

2

< /57 730/вп

Палтус /31 125/пн > Ρ 1ср < /75 386/вп /31 125/нп > Ρ

< /63 087/вп

Треска /40 412/нп > Ρ 1ср < /160 896/вп

4

ср 1 2

ср 1 0

4

< /75 386/вп

/40 412/нп > Ρ

/31 125/нп > Ρ 1ср < /75 386/вп

ср 1 2

< /160 897/вп

/40 412/нп > Ρ 1ср < /160 897/вп

0

0

Таким образом, можно рассчитать добавочное давление на поршень, определить оптимальный режим посола рыбы и подобрать необходимые шприцы для введения солевого раствора. 2.3. Экспериментальные исследования посола крупных рыб

Эксперименты проводились в условиях Октябрьского (р. Большая), Усть-Камчатского (р. Камчатка) рыбозаводов и лаборатории Камчатского филиала Дальрыбвтуза. Для посола и исследования рыбу (чавычу) отбирали из плавных сетей, сортировали по качеству, хранили до обработки во льду. Биологические показатели чавычи в р. Камчатка: длина от 0,8 до 1,8 м и масса 34

от 8,6 до 20 кг; в р. Большая: длина от 0,8 до 1,2 м и масса от 8 кг до 20 кг. Массовый состав частей тела чавычи (в %): голова – 8,1 – 10, тушка – 73,4 – 77, плавники – 1,7 – 2,0, икра – 4,7 – 5, молоки – 1,8 – 2,1, печень – 1,9 – 2,1. В мясе чавычи содержатся водорастворимые витамины (в мг/%): В1 – 0,03–0,17, В2 – 0,04–0,13, В12 – 35–160, биотин – 5,3–25,4, пантотеновая кислота – 0,58–0,66, а также жирорастворимые витамины (и. е. на 100 г мяса): А – 30–600, Д – 200–800; Е – 1,6 мг/%. Химический состав мышечной ткани (в %): вода – 66,8, белок – 20,8, жир – 11,1, минеральные вещества – 1,7 [10]. По содержанию белковых веществ и жира в мясе чавыча относится к среднебелковым жирным рыбам [27]. По форме тела чавыча относится к овальным рыбам (коэффициент овальности К0 = а/В × 100 показывает, насколько тело рыбы в поперечном сечении заполняет окружность, диаметр которой равен ширине (высоте) рыбы в рассматриваемом сечении) [28]. Разделка и мойка рыбы. Поступившую в обработку рыбу хорошо промывали холодной водой, удаляя слизь и поверхностные загрязнения, и после этого немедленно разделывали. Разделку рыбы проводили на разделочных столах. При разделке удаляли у рыбы полностью все внутренности (включая икру и молоки), а также вырезали жабры. Удаление внутренностей можно проводить путем обычного потрошения рыбы – через сплошной разрез по середине брюшка рыбы от калтычка до анального отверстия, а также или путем потрошения по способу семужной резки – через два разреза по брюшку, сделанных от анального отверстия до брюшных плавников и далее, отступая от последних на 6–12 см, до калтычка (в обоих случаях калтычок не перерезать). После этого перерезали у калтычка пищевод, извлекали все внутренности, разрезали почку и, используя скребки без острых кромок, зачищали брюшную полость. Выпотрошенную рыбу хорошо промывали чистой водой, охлажденной до температуры 10°С. При мойке тщательно удаляли с поверхности слизь и кровь, аккуратно зачищали жаберную и брюшную полости от остатков крови, внутренностей и пленок. Мыть рыбу следует осторожно, не повреждая ткани и не нарушая целостности чешуйчатого покрова. По окончании мойки рыбу ополаскивали свежей порцией чистой холодной воды. Промытую рыбу после стекания излишней воды, не задерживая, подвергали посолу. Посол рыбы. Для шприцевания и заливки использовали солевой раствор плотностью 1,2 г/см3, охлажденный до температуры –3°С. Для шприцевания использовались стандартные и нестандартные шприцы. Шприцевание проводилось по трем сеткам, имеющим соответственно размеры 0,1 × 0,02, 0,05 × 0,02, 0,025 × 0,02 м. Иглы вводили со стороны кожного покрова по направлению к хребтовой кости. В момент шприцевания рыбы наблюдалось лавинное вытекание окрашенного кровью тузлука из кровеносных сосудов по всей длине реза и из отверстий, оставленных иглой и значительно удаленных от места иглоукалывания. С увеличением числа уколов росло внутреннее напряжение в теле рыбы. Состояние рыбы напоминало состояние ее в посмертном окоченении. В отдельных случаях образовывались полости, заполненные тузлуком. Они обнаруживались со стороны брюшной полости (отслаивание пленки) или на перемычке в рыбе, разделанной по способу семужной резки. Для учета вытекающего тузлука рыбу шприцевали в специальном противне из алюминия. До и после шприцевания рыбу взвешивали на технических весах с точностью до 0,01 кг. Плотность тузлука, вытекающего из рыбы, была меньше плотности вводимого и составляла 1,15 – 1,18 г/см3. Масса чавычи при шприцевании увеличивалась от 1,5 до 12,4%. Сравнивая содержание соли в рыбе в момент окончания шприцевания (рис. 2.12), можно утверждать, что тузлукоемкость чавычи зависит от сетки шприцевания и по35

смертного состояния рыбы. Наибольшее количество соли отмечается в образцах рыбы, находящихся в состоянии выделения слизи и обработанной по сетке 0,025 × 0,02 м. Меньшее количество тузлука удерживается рыбой в состоянии автолиза и шприцованной по сетке 0,1 × 0,02 м. При осмотре рыбы было установлено, что следов от уколов иглами нет, а расслоение и мажущая консистенция, как одни из характерных признаков чавычи, отсутствуют. С целью оптимизации режимов посола проводили исследования диа намики и кинетики процесса просаливания. Чавычу солили законченным посолом в бочках по двум б вариантам: – рыбу шприцевали, укладыва2 ли в бочку, заливали солевым раствором плотностью 1,2 г/см3; в – рыбу шприцевали, поверхность натирали солью, в брюшную поСетка перфорации лость вносили сухую соль (6% к мас1 се), заливали солевым раствором 1 2 3 плотностью 1,15 г/см3. Рис. 2.12. Накопление соли в чавыче различной Количество добавляемой сухой степени свежести при шприцевании: соли и плотность заливаемого солеа – выделение слизи; б – посмертное окоченение; вого раствора определяли расчетным в –автолиз путем. В расчетах учитывали количество заливаемого тузлука и содержание поверенной соли в слабосоленой продукции. Для просаливания и последующего хранения бочки с рыбой помещали в камеру холодильника с температурой от –4 до –6°С. Контролем служила соленая рыба промышленного посола. Кинетика просаливания чавычи из р. Большая показана на рис. 2.13. Контролем служила соленая рыба промышленного посола. 3

W, %

36

12

W, %

11 10 9

к в

8 б

7 6

а

5 4 3 2 1

t, сут

0

30

60

90

120

150

Рис. 2.13. Кинетика просаливания чавычи, выловленной в р. Большая: а – вариант 1; б – вариант 2; в – вариант 3; к – контрольный вариант

Наибольшая скорость накопления в тканях рыбы поваренной соли отмечается в образцах, шприцованных по сетке 0,1 × 0,02 м. Кинетика просаливания чавычи, выловленной в р. Камчатка, показана на рис. 2.14. После шприцевания в рыбе содержалось в б 2–2,5% поваренной соли. Кривые эксперименW, % тального посола рыбы между собой практиче6 ски не различаются. а 4 Величины скорости просаливания и ее уменьшения для обоих вариантов одинаковы. 2 Скорость накопления соли в рыбе чанового поt, сут сола выше, чем в рыбе шприцованной. Так, через 5 10 20 15 5 дней скорость посола в сутки составила (в %) 0,7, через 10 суток – 0,4, через 15 суток – 0,2, Рис. 2.14. Кинетика просаливания чавычи, что в два раза выше, чем в рыбе шприцованной выловленной в р. Камчатка: а – вариант 1; б – вариант 2; в – контроль (соответственно 0,4; 0,2; 0,16). Через 15–20 суток скорости посола выравниваются. Однако на процесс посола рыбы оказывают влияние такие факторы, как объем шприца, отношение частоты уколов к массе рыбы, количество игл, количество отверстий в игле и т. д. На рис. 2.15 показана зависимость тузлукоемкости рыбы от объема шприца (шприцевание производилось по сетке 0,025 × 0,02 м). Из графика видно, что при объеме шприца 5 × 10–6 м3 тузлукоемкость составляет около 5%, с увеличением объема шприца до 20 × 10–6 м3 тузлукоемкость возрастает до 11%, а затем независимо от увеличения объема шприца тузлукоемкость практически не изменяется. W, % 12 11 10 9 8 7

37

Рис. 2.15. Зависимость тузлукоемкости от объема шприца

При шприцевании чавычи через наружную поверхность удается увеличить ее массу на 11%. На рис. 2.16 показано, как изменяется масса рыбы в зависимости от количества уколов. Удельное количество уколов более 32 уколов/кг практически не увеличивает тузлукоемкости. Следует отметить, что при шприцевании рыбы бóльшая часть тузлука теряется. Величина потерь зависит от количества отверстий в игле (рис. 2.17). Увеличивая число отверстий, можно частично уменьшить потери тузлука. Так, применение иглы с пятью отверстиями по сравнению с обычной иглой способствует снижению потерь на 4%. 12

W, %

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 100 1

10

30

20

40

Количество уколов, укол/кг

Рис. 2.16. Зависимость тузлукоемкости чавычи от частоты уколов

38

80

G, %

12

W, %

11 10 9 8 70

1

7 6 5 4

2

3 2

60

1

Количество отверстий в игле 1

2

3

4

5

Рис. 2.17. Зависимость тузлукоемкости W и потерь тузлука G от количества отверстий в игле: 1 – тузлукоемкость; 2 – потери тузлука 12 11 10 9 8 7 6 5 4 2

1

0

На рис. 2.18 показана зависимость тузлукоемкости чавычи от степени свежести рыбы-сырца. Из графика видно, что хранение чавычи во льду в течение 34 ч (на практике максимальный срок вынужденного хранения составляет 12 ч) практически не влияет на тузлукоемкость. Изучалась возможность шприцевания рыбы через брюшную W, % полость. На рис. 2.19 показана заt, × 103С висимость между накоплением 93 28 57 115 соли и частотой уколов. С увеличением числа уколов содержание Рис. 2.18. Зависимость тузлукоемкости чавычи соли сначала увеличивалось до от времени хранения до обработки 2%, а затем резко падает. Тузлук вытекает в местах иглоукалывания, и его задерживается тем меньше, чем больше уколов. Максимальное количество соли, которое удалось ввести через брюшную полость, составляет 2%. На рис. 2.20 показан градиент мышечной ткани чавычи. Разделанную рыбу разрезали на куски толЧастота уколов, укол/кг щиной 0,05 м и определяли массу W, %

4

5

6

7

8

9

10 39

Рис. 2.19. Зависимость между накоплением соли и частотой уколов при шприцевании рыбы через брюшную полость

мышечной части куска. Градиент рассчитывали как отношение массы мяса куска (в кг) к его длине (в м). Поскольку тузлук удерживается в рыбе мясом, то, очевидно, наибольшее количество тузлука долж-но быть в части тела под № 3, 4. В худших условиях находятся центральные слои мяса хвостового стебля. Поваренная соль в околопозвоночную часть попадает только со стороны кожного покрова. Скорость накопления в ней соли самая низкая (0,14% в сутки) и не изменяется в течение всего периода посола. В момент тарировки содержание соли в этом слое не превышает 2,5%. Мышцы хвостового стебля отличаются большой активностью, посмертные процессы в них протекают быстрее. Низкое содержание поваренной соли, незащищенность белков от действия тканевых ферментов приводят к изменению гистологии, появлению мажущейся консистенции мяса. Однако, учитывая все вышеперечисленные факторы, влияющие на просаливание рыбы, посол рыбы вели по первому и второму вариантам с использованием второй сетки шприцевания (0,05 × 0,02). На рис. 2.21 показана кинетика просаливания чавычи. Контроль за просаливанием рыбы производился на протяжении 7 месяцев. Разницы в темпе накопления соли почти не было. Однако можно отметить некоторое его увеличение для второго варианта посола. Содержание воды и влагоудерживающая способность мяса чавычи (ВУС) изменяется незначительно (табл. 2.12) [16].

Рис. 2.20. Градиент мышечной ткани чавычи

40

13

W, %

12 11 10 9

б

к

8

а

7 6 5 4 3 2 1

t, сут 60

30

90

120

150

180

Рис. 2.21. Кинетика просаливания чавычи: а – вариант 1; б – вариант 2; к – контроль Таблица 2.12 Изменение содержания воды и влагоудерживающей способности (ВУС) мяса соленой чавычи при хранении, % Вариант 1 2 Контроль

Влага ВУС Влага ВУС Влага ВУС

3 56 42 – – – –

7 64 43 – – – –

11 64 53 66 53 – –

17 66 56 – – – –

23 – – – – – –

Время хранения, сутки 36 45 62 90 65 63 66 64 51 48 53 52 63 64 63 60 49 51 48 – – 57 57 59 – 45 44 46

120 60 48 66 51 59 –

150 64 50 64 53 60 49

180 – – 66 55 59 48

210 65 51 – – – –

Примечание. У свежей чавычи содержание влаги – 65%, ВУС – 41%.

Содержание воды в экспериментальных образцах составляет 60–65%, в контрольных – 60%. Влагоудерживающая способность мяса чавычи выше у шприцованной рыбы. Степень созревания соленого продукта оценивается по показателю буферности. В период хранения буферность мяса увеличилась с 34 до 64 градусов (табл. 2.13). Готовый созревший продукт имел буферность 45–50 градусов. Таблица 2.13 Изменение буферности мяса соленой чавычи при хранении, град Варианты Первый Второй Контроль

3 34 – –

7 34 42 –

11 32 32 –

17 34 40 –

23 33 – –

Время хранения, сутки 36 45 62 90 33 40 42 50 27 – 46 50 – 42 48 61

Примечание. Буферность мяса свежей чавычи – 34 градуса.

41

120 36 51 53

150 47 36 55

180 64 – –

210 – 63 60

Для определения динамики просаливания из рыбы вырезали два куска толщиной 0,1 м: первый – из участка наибольшей толщины, второй – из хвостового стебля в районе анального отверстия. Концентрическими резами из куска вырезали три кольца одинаковой толщины и нумеровали со стороны кожного покрова (рис. 2.22). Особенности накопления и распределения соли в теле чавычи (динамика просаливания) показаны на рис. 2.23. В мясо рыбы плоскости 1 (рис. 2.23, а) поваренная соль попадает со стороны кожного покрова и брюшной полости. После шприцевания основная масса тузлука накапливается в области позвоночной кости.

а

Рис. 2.22. Схема отбора проб: I, II – куски рыбы; 1, 2, 3 – кольца (штриховая линия – линия реза)

б Рис. 2.23. Динамика просаливания чавычи: а – плоскость 1; б – плоскость 2 (штрихпунктирная линия – вариант 2; сплошная линия – контроль; 1, 2, 3 – то же, что на рис. 2.21)

Поэтому в худших условиях в шприцованной рыбе оказываются верхние подкожные слои мяса, а в контрольных образцах – средние. В неблагоприятных условиях находятся центральные слои мяса хвостового стебля продукции чанового посола в результате низкой скорости накапливания соли в течение всего периода просаливания (рис. 2.23, б; 1, 2, 3). В шприцованной рыбе поваренная соль сначала распределена неравномерно. Ее содержится больше в третьем слое и меньше в подкожном. Тузлучные капсулы начинают рассасываться на 5-е сутки посола, при этом соль диффундирует в области, не содержащие соли (между капсулами), и с меньшей концентрацией – в средние и периферийные слои. По сравнению с контролем неравномерность распределения соли по слоям значительно ниже. Для контроля она составляет 2,4–2,6%, для эксперимента – 0,4–0,6%. Неравномерность распределения соли существенно влияет на срок готовности продукта. Так, для распределения соли в контрольных образцах требуется 30 суток холодильного хранения в изотоническом тузлуке. Все характерные гастрономические свойства чавыча экспериментального посола приобретает на 20–30 суток раньше чановой продукции. О равномерности распределения соли можно судить по содержанию хлористого натрия в отдельных слоях образцов. Динамика просаливания чавычи представлена данными в табл. 2.14. Анализ показывает, что существенной разницы в скорости распределения соли в рыбе двух вариантов посола нет. Наблюдается некоторое отставание в накоплении и распределении соли в мясе хвостового стебля (плоскость 2). В первые 10 суток содержание соли в третьем (околопозвоночном) слое несколько уменьшается, а в первом (подкожном) – увеличивается. Очевидно, происходит перераспределение введенной соли и удаление воды из наружных слоев. Таблица 2.14 Динамика просаливания чавычи, выловленной в р. Камчатка

42

Вариант

Плоскость

Слой 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 1 2 1 2 2 1 К 2

3 3,7 4,1 5,5 3,3 5,1 5,9 3,6 4,3 4,8 3,3 4,2 4,0 – – – – – –

7 4,0 4,5 5,2 4,4 4,8 5,4 – – – – – – – – – – – –

11 4,1 4,3 5,1 3,5 3,7 4,7 3,9 4,8 4,5 3,4 3,5 3,9 – – – – – –

17 5,5 5,0 5,6 5,2 4,7 4,8 5,2 4,8 5,5 3,9 4,5 4,7 – – – – – –

Время хранения, сутки 36 45 55 6,7 7,2 8,2 7,5 8,2 8,7 7,6 8,6 8,9 6,0 6,8 7,7 5,6 6,4 7,9 5,4 6,1 8,2 5,9 7,8 7,7 5,6 8,0 8,7 5,5 7,4 9,0 5,3 6,9 8,2 5,3 6,7 7,5 5,9 6,4 8,4 – 7,3 6,1 – 8,0 6,5 – 8,4 6,7 – 6,5 6,1 – 6,5 5,9 – 6,6 6,0

90 8,4 7,9 9,1 8,9 9,2 9,3 9,6 10,3 9,8 9,5 9,9 9,8 8,6 9,1 9,5 8,3 8,2 8,0

120 9,8 10,0 9,1 8,8 9,3 8,4 9,9 10,0 9,6 9,6 10,3 9,7 8,4 9,4 9,6 8,1 9,3 8,9

150 9,7 9,4 9,7 9,6 9,2 9,2 11,5 11,1 11,0 10,9 10,6 11,0 9,7 10,1 9,8 10,6 11,3 10,8

180 – – – – – – – – – – – – 9,8 10,7 9,8 10,6 11,0 11,0

Хранение. В период холодильного хранения качество соленой чавычи постоянно изменяется. На рис. 2.24 показано изменение массы чавычи при посоле и хранении в тузлуке при низких температурах. Хорошо видны две фазы – вначале ( после шприцевания) идет интенсивная отдача воды под влиянием большой разницы концентраций соли в рыбе и тузлуке, затем по мере выравнивания этих концентраций выход воды замедляется и, наконец, сменяется впитыванием ее в состав тузлука, что сопровождается увеличением массы рыбы. Во второй фазе, после четырех месяцев хранения, наблюдается резкое изменение скорости впитывания тузлука, однако равновесия не наступает и впитывание тузлука продолжается. W, % а

100 99 98

б

97

в

96 95 94 93 92 91

t, сут 30

60

90

120

150

180

Рис. 2.24. Изменение массы чавычи в период просаливания и хранения: а – вариант 1; б – вариант 2; в – вариант 1 (р. Большая)

Изменение массы чавычи базового варианта показано на рис. 2.25, 2.26. Различный характер кривых объясняется неодинаковым соотношением тузлука и рыбы в барабанах. 22 20 18

W, %

43

Рис. 2.25. Изменение массы соленой чавычи при хранении (р. Большая)

Более интенсивно набухает чавыча, выловленная в р. Большая. К шести месяцам хранения масса рыбы увеличивается на 14%, в то время как масса чавычи из р. Камчатка составляет 106,5% (табл. 2.15). Кривая, характеризующая процесс набухания чавычи из р. Камчатка (рис. 2.26), имеет точку перегиба, скорость набухания которой падает в 10 раз. 11

W, %

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 t, сут

100 30

60

120

90

150

180

Рис. 2.26. Изменение массы соленой чавычи при хранении (р. Камчатка)

Это наступает на 120-е сутки со дня ее посола. Аналогичные изменения характера кривых набухания экспериментальных и контрольных образцов, наличие точек перегиба вызывают необходимость проведения глубоких исследований качества соленой чавычи и, очевидно, исследований гидрофильных веществ, а именно белков. Математическая обработка экспериментального материала дает следующий результат. Кривая, приведенная на рис. 2.25, может быть описана уравнением m = 1,122τ 0,514 . (3.1) Первый и второй участки кривой (рис. 2.26) описаны соответственно уравнениями 44

m = 0,068τ ,

(3.2)

m = 0,007 τ + 5,6, где m – масса рыбы, % от тарированной рыбы (100%); τ – время хранения, сутки. 7,0

(3.3)

pH

6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 б

6,4

к а

6,3 в

6,2 6,1 6,0

t, сут

5,9 0

60

30

90

120

150

180

Рис. 2.27. Изменение активной кислотности мяса соленой чавычи при хранении: а – вариант 1; б – вариант 2; в – вариант 3; к – контроль Таблица 2.15 Коэффициенты набухания слабосоленой чавычи (р. Камчатка) С 0 30 60 90 120 150

5 1,003 1,024 1,044 1,063 1,065 1,067

10 1,007 1,027 1,048 1,063 1,065 1,067

15 1,010 1,031 1,051 1,063 1,065 1,067

20 1,014 1,034 1,054 1,064 1,066 1,068

25 1,017 1,037 1,058 1,064 1,066 1,068

30 1,020 1,041 1,061 1,064 1,066 1,069

Примечание. Например, для определения массы нетто слабосоленой чавычи необходимо массу рыбы в барабане, зафиксированную в день тарировки, умножить на коэффициент набухания. Последний зависит от продолжительности (С) хранения продукта. В таблице величина С представлена суммой цифр боковика строк и заголовка граф. Чтобы определить, например, коэффициент набухания (1,051) слабосоленой чавычи через 75 суток после тарировки, надо найти пересечение строки 60 (слева) и строки 15 (сверху).

При хранении рыбы активная кислотность (рис. 2.27) для всех образцов, включая контрольный, изменяется в незначительных пределах – от 6,8 до 6,2 – и имеет тенденцию к снижению. Посоленная и созревшая рыба хранилась в камере холодильника при температуре –4 … –6°С. Для проверки качества рыбы при хранении через 15 суток после ее созревания вскрывали контрольные бочки и проводили исследование по органолептическим и физико-химическим показателям. 2.4. Качественная характеристика соленой рыбы

45

Контроль качества экспериментальных образцов соленой чавычи проводился в соответствии с требованиями стандартов. Была определена периодичность контроля в процессе просаливания и хранения рыбы за состоянием тары (бочки), температурой в холодильной камере и в теле рыбы. Отбирались пробы для органолептической оценки рыбы (внешний вид, консистенция мяса в толще рыбы, вкус, запах и др.) и физико-химического контроля. Результаты текущего контроля фиксировались в специальных таблицах. Определение солености рыбы по слоям определялось в соответствии с графиком. В зависимости от показателя солености проводилась оценка качества соленой чавычи. За время хранения соленой чавычи экспериментальные образцы четыре раза представлялись на заседания дегустационного совета при ОАО «Камчатрыбпром», где была произведена оценка качества продукции и даны рекомендации о целесообразности дальнейшей работы (табл. 2.16–2.19). Таблица 2.16 Результаты оценки качества соленой чавычи дегустационным советом от 04.12.81 г. (присутствовало 18 человек) Номер образца 1

1

Параметры 2 Внешний вид Разделка Консистенция мяса Цвет мяса Вкус и запах

Характеристика 3 Поверхность рыбы чистая, незначительная сбитость чешуи Потрошенная семужной резки, внутрибрюшная полость чистая, без повреждений пленки Сочная Присущий чавыче, однородный Приятные, свойственные чавыче Окончание табл. 2.16

1

2

2 Внешний вид Разделка Консистенция мяса Цвет мяса Вкус и запах Внешний вид Разделка Цвет мяса

3 Консистенция мяса Вкус и запах

4

Внешний вид Разделка Цвет мяса Консистенция Вкус и запах

3 Поверхность рыбы чистая, незначительная сбитость чешуи Потрошеная с головой, внутри брюшной полости следы от уколов, незначительные повреждения пленки Сочная Присущий чавыче, однородный Приятные, свойственные чавыче Поверхность рыбы чистая, незначительная сбитость чешуи Потрошеная, семужной резки, внутрибрюшная полость чистая, без повреждений пленки На продольном срезе неоднородность цвета, наличие продольных розовато-лиловых полос в спинной части ближе к хвосту Нежная, незначительное расслоение мяса по спине вдоль позвоночника ближе к хвостовой части Во вкусе ощущается некоторая «сырость», присущая обычно не вполне созревшей рыбе Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Потрошеная с головой, без нарушений Присущий чавыче, однородный Сочная Приятные, свойственные чавыче. В спинной части наличие струвита Таблица 2.17

Результаты оценки качества соленой чавычи дегустационным советом от 16.04.82 г. (присутствовало 16 человек) Номер образца

Параметры

Характеристика

46

1

2 Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса

1 Вкус и запах

2

3

4

Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли

3 Поверхность рыбы чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная, семужной резки Слегка мажущая Присущий данному виду рыбы, потемнение вдоль позвоночника от хвоста до середины образца Ощущается горьковатый привкус соли, струвит, не ощущается букета созревшей рыбы 14,9 % Поверхность рыбы чистая, незначительная сбитость чешуи Разрез неровный Нежная Бледно-розовый, потемнение вдоль позвоночника Не ощущается букета созревшей рыбы 14,3% Поверхность чистая, небольшая сбитость чешуи Правильная Мажущая от середины рыбы до хвостовой части Потемнение вдоль всего позвоночника Ощущается струвит 13,97% Поверхность рыбы чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная Сильно мажущая, особенно в хвостовой части, сильное набухание Потемнение вдоль всего позвоночника Присущий данному виду рыб 15,3% Окончание табл. 2.17

1

5

2 Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли

3 Поверхность чистая, без повреждений Правильная Сильно мажущая Потемнение вдоль всего позвоночника Ощущается привкус горечи, окислившегося жира на поверхности брюшной полости 13,7%

Таблица 2.18 Результаты оценки качества соленой чавычи дегустационным советом от 20.08.82 г. (присутствовало 10 человек) Номер образца 1

Параметры 2 Внешний вид Разделка Консистенция

1

2

Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка

Характеристика 3 Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная Сочная, в районе хвостового стебля у хребтовой кости, со стороны брюшной полости участок размером 10 × 3 см имел мясо с мажущей консистенцией Присущий данному виду рыбы Приятные, свойственные слабосоленой чавыче 8,9% Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная

47

Консистенция Цвет мяса

3

4

5

Вкус и запах Содержание Поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли

Плотная Присущий соленой чавыче, незначительное потемнение мяса около хребтовой кости в хвостовом стебле Приятные, свойственные слабосоленой чавыче 9,9% Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная Нежная Присущий слабосоленой чавыче Приятные, свойственные слабосоленой чавыче, наличие струвита в мясе спинки 9,0% Поверхность чистая, серебристая Правильная Нежная, незначительное расслоение Присущий слабосоленой чавыче, яркий Приятные, без посторонних признаков 8,8% Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная От сочной к плотной Присущий слабосоленой чавыче, незначительное потемнение в средней части рыбы вдоль позвоночника Приятные, без порочащих признаков 9,9%

Окончание табл. 2.18 1

6

2 Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли

3 Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная Плотная Присущий слабосоленой чавыче, потемнения от кровоподтеков в приголовке и хвостовом стебле Приятные, посторонних признаков нет 9,9%

Таблица 2.19 Результаты оценки качества соленой чавычи дегустационным советом от 24.12.82 г. (присутствовало 11 человек) Номер образца

1

2

Параметры Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса

Характеристика Поверхность чистая, блестящая, незначительная сбитость чешуи Правильная, кровоподтек в приголовке Сочная Свойственный слабосоленой чавыче Присущий соленой чавыче 10,0% Поверхность чистая, значительная сбитость чешуи Правильная Нежная, расслоение в хвостовом стебле Свойственный соленой чавыче

48

3

4

5

6

Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли Внешний вид Разделка Консистенция Цвет мяса Вкус и запах Содержание поваренной соли

Присущий соленой чавыче 11,8% Поверхность чистая, потускневшая, сбита чешуя Правильная Сочная Свойственный соленой чавыче, кровоподтеки в хвостовом стебле Присущий соленой чавыче 10,8% Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи, пожелтение на срезах брюшной полости Правильная Сочная, в хвостовом стебле мажущая Свойственный соленой чавыче Присущий соленой чавыче, запах древесины, струвит 11,0% Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная Ослабевшая, с расслоением мяса Свойственный соленой чавыче Присущий соленой чавыче 12,4% Поверхность чистая, незначительная сбитость чешуи Правильная Сочная Свойственный соленой чавыче Присущий соленой чавыче, струвит 12,4%

На заседаниях дегустационного совета рассматривались образцы заготовленных опытных партий соленой чавычи (выловленной в реках Большая и Камчатка) с использованием в технологии производства слабосоленой продукции метода контактного шприцевания (по четырем вариантам) и контрольные образцы чанового посола. По результатам оценки качества дано заключение, согласно которому все представленные образцы соответствуют 1-му сорту ГОСТ 16080–70 «Лососи дальневосточные соленые». При сравнении с лучшими образцами по внешнему виду, цвету мяса, вкусу признаны образцы, шприцованные по сетке 0,05 × 0,02 м. По химическим показателям образцы (из р. Большая) при хранении в течение 5 месяцев относятся к среднесоленой рыбе. После 5 месяцев хранения соленость увеличивается и продукция переходит в крепкосоленую. Кроме того, отмечается появление струвита. Образцы соленой чавычи (из р. Камчатка) после трех месяцев хранения по химическим показателям относятся к слабосоленой продукции, а после пяти месяцев хранения по содержанию поваренной соли относятся к среднесоленой продукции.

ГЛАВА 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ РЫБЫ 3.1. Физико-механические параметры рыб

Физико-механические параметры рыб характеризуют строение и форму отдельного 49

экземпляра и вида рыб в целом, а также восприимчивость рыбы (или отдельных ее частей) к воздействующим на нее в процессе добычи и обработки физико-механическим факторам. Теоретической основой создания рыборазделочных машин являются физикомеханические характеристики рыб, на базе которых разрабатываются технологические инструменты, узлы регулировки и настройки машин, цикличность работы различных узлов и машины в целом. Для внедрения новых методов обработки рыбы необходимо знать физико-механические свойства обрабатываемых рыб. При обработке рыбы наиболее трудоемким является процесс ее разделки. Для механизации разделки требуются самые разнообразные машины, которые должны разделывать рыбу различных видов, размеров и состояний с наименьшими потерями сырья. Физико-механические параметры камбал. Одной из особенностей камбаловых являются широкие параметры изменения длины рыбы внутри рода и даже вида [13]. От длины рыбы зависят и другие параметры, без учета которых невозможно создание рыбообрабатывающего оборудования. Соотношение общей длины рыбы с другими параметрами, определяющими форму тела рыбы, геометрические размеры, массовые и весовые величины, называется морфометрией рыбы. Важнейшим элементом морфометрической характеристики является общая длина рыбы. Исходя из длины рыбы рассчитываются следующие морфометрические характеристики камбал [28]: (3.1) a = ka L B = kB L (3.2) b = kb L (3.3) l 2 = kl 2 L (3.4) S = k S L2

(3.5)

V = kV L3

(3.6)

3

M = kρ L

(3.7)

P = kγ L ,

(3.8)

3

где L – общая длина камбалы, м; а – наибольшая толщина, м; В – наибольшая ширина с плавниками, м; b – наибольшая ширина тела, м; l2 – длина головы, м; S – площадь проекции камбалы, м2; V – объем камбалы, м3; М – масса камбалы, кг; Р – вес камбалы, Н; ka, kB, kb, kl2, kS, kV – коэффициенты пропорциональности камбалы соответственно толщины, ширины с плавниками, ширины тела, длины головы, площади проекции и объема камбалы; kρ – коэффициент массы, кг/м3; kγ – коэффициент веса, Н/м3. Для расчета параметров, приводимых в формулах (3.1.–3.8), применялись значения коэффициентов пропорциональности камбал (табл. 3.1). Графически зависимость между толщиной и общей длиной камбалы изображается прямой линией (рис. 3.1). На рис. 3.2 показана зависимость между наибольшей шириной и общей длиной желтобрюхой, желтоперой и двухлинейной камбал. Таблица 3.1 Значения коэффициентов пропорциональности

50

Вид камбалы Желтобрюхая Палтусовидная Двухлинейная

38

Размер L, × 10–3 м 220–290 300–390 400–460 230–290 300–390 400–460 230–290 300–390 400–430

ka 0,072 0,079 0,079 0,068 0,079 0,079 0,077 0,079 0,083

kB 0,637 0,634 0,631 0,619 0,623 0,629 0,620 0,625 0,658

kb 0,440–0,456 0,402–0,426 0,413–0,441

kl 0,840 0,834 0,833 0,830 0,844 0,851 0,835 0,840 0,848

kS 0,405 0,374 0,365 0,327 0,330 0,331 0,346 0,346 0,342

kV 125 124 125 103 105 93 110 111 115

а, × 10–3 м

34

1

280 2

30

240

3

26

В, 10–3 м 1 2

200

3

22 а = kаL

18

B = kBL

160 4

14 220 260 300 340

120 220 260

380 420 460

340

380

420

460

Общая длина рыбы L, ×10–3 м

Общая длина рыбы L, ×10–3 м Рис. 3.1. Зависимость наибольшей толщины камбалы от ее общей длины: 1 – желтоперая; 2 – палтусовидная; 3 – двухлинейная

300

Рис. 3.2. Зависимость наибольшей ширины камбалы от ее общей длины: 1 – желтобрюхая; 2 – желтоперая; 3 – палтусовидная; 4 – двухлинейная

Площадь, занимаемая камбалой на плоскости ( площадь проекции), определялась по формуле (3.5). Графически зависимость площади проекции камбалы от ее общей длины изображена на рис. 3.3. Характер изменения зависимости объема желтобрюхой, палтусовидной и двухлинейной камбал от их общей длины показан на рис. 3.4. Как видно из рисунка, зависимость объема рыбы от ее длины характеризуется параболой третьего порядка. Так, для желтобрюхой камбалы при длине 220 × 10–3 м объем составляет 150 × 10–6м3, при длине 340 × 10–3м – 500 × 10–6м3, при длине 460 × 10–3м – 1300 × 10–6м3.

51

800

S, ×10–4 м2

700

1300

S = kSL

V, ×10–6 м3 V = kyL

1100

600

900

500 700

1

2

1

400 2 300

500 3

3

300

200

100

100 220

260

300

340

380

420

220

460

260

300

340

380

420

460

Общая длина рыбы L, × 10–3 м

Общая длина рыбы L, ×10–3 м Рис. 3.3. Зависимость площади проекции камбалы от ее общей длины: 1 – желтобрюхая; 2 – палтусовидная; 3 – двухлинейная

Рис. 3.4. Зависимость объема камбалы от ее общей длины: 1 – желтобрюхая; 2 – палтусовидная; 3 – двухлинейная

Масса рыбы является количественной характеристикой. Этой характеристикой пользуются при расчетах гидротранспортеров и транспортеров, при расчете производительности рыборазделочных машин и т. п. (табл. 3.2). Таблица 3.2 Массовые и весовые характеристики камбал

Вид камбалы Желтобрюхая Палтусовидная Двухлинейная

Плотность, кг/м3 Предельные Среднее значения значение 976–1034 1010 980–1114 1042 964–1098 1029

Удельный вес, Н/м3 Предельные Среднее значения значение 9575–10 143 9908 9614–10 928 10 223 9449–10 771 10 094

Вес рыбы – это силовая характеристика, которой пользуются при определении центра тяжести рыбы, силы давления на плоскость, при расчетах коэффициентов трения и т. п. При расчетах также часто пользуются такими характеристиками, как удельный вес и плотность. На рис. 3.5 показана зависимость коэффициента массовой пропорциональности камбалы от ее общей длины, на рис. 3.6 – зависимость коэффициента весовой пропорциональности камбалы от ее общей длины.

52

14

kρ, кг/м3

140

kγ, H/м3

130

13

1

1

12

120 3

11

110

2

3 9

2

100

kρ = ρkv 8

kγ = γkv

90 220 260 300

80

340 420

220

–3

Общая длина рыбы L, ×10 м

260

300

340 380

420

Общая длина рыбы L, ×10–3 м

Рис. 3.5. Зависимость коэффициента массовой пропорциональности от общей длины камбалы: 1 – желтобрюхая; 2 – палтусовидная; 3 – двухлинейная

Рис. 3.6. Зависимость коэффициента весовой пропорциональности от общей длины камбалы: 1 – желтобрюхая; 2 – палтусовидная; 3 – двухлинейная

На рис. 3.7 показана зависимость массы камбалы от ее общей длины. Как видно из рисунка, разность масс желтобрюхих и палтусовидных камбал при абсолютной (общей) длине, равной 220 × 10–3 м, составляет 20 × 10–3 кг, затем возрастает и при L = 460 × 10–3 м достигает величины 320 × 10–3 кг. На рис. 3.8 показана зависимость веса камбалы от ее общей длины. Графически эта зависимость представляет собой кубическую параболу. Как видно из графика, при одинаковой абсолютной длине вес желтобрюхих камбал почти не отличается от веса палтусовидных и двухлинейных, и эта разница составляет 0,023 Н. С увеличением абсолютной длины камбал разница в их весе увеличивается. Так, при L = 340 × 10–3 м вес желтобрюхих камбал составляет 4,913 Н, а при L = 460 × 10–3 м соответственно 13,33 Н. Вес двухлинейных камбал при L = 340 × 10–3 м составляет 4,598 Н, а при L = 430 × 10–3 м соответственно 9,937 Н. Вес палтусовидных камбал при L = 380 × 10–3 м составляет 5,863 Н, а при L = 460 × 10–3 м – 11,481 Н. М, кг

1,3 1,1

13 11

М = kρL

0,9

Р = kγL

9

1

0,7

1 2

7

3

0,5

Р, Н

2

3

5

0,3

3

0,1 220 260

300 340

380 420

1 220 260

460

Общая длина рыбы L, ×10–3 м

300

340

380

420

460

Общая длина рыбы L, ×10–3 м

Рис. 3.7. Зависимость массы камбалы от ее общей длины: 1 – желтобрюхая; 2 – палтусовидная; 3 – двухлинейная

Рис. 3.8. Зависимость веса камбалы от ее общей длины: 1 – желтобрюхая; 2 – палтусовидная; 3 – двухлинейная

53

На рис. 3.9 показана схема измерения параметров, необходимых для разработки режущего устройства, применяемого при разделке камбал.

В

Б а2

А а1

а3

В l2

l2

Б L

Рис. 3.9. Схема измерения параметров, необходимых для создания режущего устройства: L – общая длина камбалы; l1 – длина головы от рыла до плечевых костей; l2 – длина хвостового плавника; a1 – наибольшая толщина в разрезе Б – Б; а2 – толщина плавника в разрезе А – А; а3 – толщина прихвостовой части в разрезе В – В

Основными параметрами являются: толщина тушки камбалы в сечении Б – Б, толщина плавника в сечении А – А, толщина в прихвостовой части в сечении В – В (табл. 3.4), длина головы и хвостового плавника (табл. 3.3), угол при вершине головы и хвостового плавника (табл. 3.5). Таблица 3.3 Размеры головы, хвостового плавника и коэффициенты пропорциональности для желтобрюхих камбал Общая длина камбалы L, ×10–3 м 260–300 300–400 400–500

Длина головы камбалы l1 , ×10–3 м 60–75 70–100 95–125

Среднее значение kl1 0,24 0,25 0,26

Длина хвостового плавника l2, ×10–3 м 40–55 50–75 70–95

Среднее значение kl2 0,157 0,175 0,183

Таблица 3.4 Значения параметров а1, а2, а3 Вид камбалы Желтобрюхая Палтусовидная Двухлинейная

Длина камбалы L, × 10–3 м 235–300 300–400 182–260 260–340 182–260 260–300

а1, × 10–3 м 27,4–32,1 33,7–41,6 19,7–21,5 22,0–29,3 20,3–22,4 20,8–28,5

аср, × 10–3 м а2, × 10–3 м 29,7 37,6 20,6 25,6 21,3 24,6

54

2,4–3,3 3,1–4,6 1,9–2,5 2,6–3,7 1,8–2,7 2,8–3,1

аср, × 10–3 м а3, × 10–3 м 2,8 3,8 2,2 3,2 2,3 2,9

5,5–8,1 8,5–14,2 4,3–8,6 8,7–10,5 4,8–7,8 8,1–12,6

аср, × 1–3 м 6,8 11,5 6,5 9,6 6,3 10,4

Таблица 3.5 Значения углов при вершине головы и хвостового плавника камбал Вид камбалы Желтобрюхая Палтусовидная Двухлинейная

Длина камбалы L, × 10–3 м 235–240 340–400 182–260 260–340 182–260 260–300

Угол при вершине головы

Угол при вершине хвостового плавника φх, град φср, град

φг, град

φср, град

73–94

83,5

51–79

65,0

46–61

53,5

36–52

44,0

60–87

73,5

49–78

63,5

В диапазоне абсолютной длины камбал наблюдаются изменения толщины тушки в сечении Б – Б (а1), толщины плавника в сечении А – А (а2) и в прихвостовой части в сечении В – В (а3) (табл. 3.4). Так, для желтобрюхих камбал при изменении абсолютной длины в пределах от 235 × 10–3 до 400 × 10–3м величина а1 изменяется от 27,4 × 10–3 до 41,6 × 10–3м; а2 – от 2,4 × 10–3 до 4,6 × 10–3м; а3 – от 5,5 × 10–3 до 14,2 × 10–3м. У палтусовидных камбал при абсолютной длине от 182 × 10–3 до 340 × 10–3м средние значения а1, а2, а3 по сравнению с желтобрюхими камбалами уменьшаются соответственно на 32, 15,8 и 16,6%, а у двухлинейных камбал (при длине от 182 × 10–3 до 300 × 10–3м) средние значения а1 изменяются на 34,6%, а2 – на 23,7%, а3 – на 9,6%. Так как математическое моделирование контура тела рыбы сопряжено с определенными трудностями, в данном случае использован геометрический принцип построения контура тела рыбы, лежащей на плоскости. В основу построения контура тела рыбы положены длина тела рыбы от рыла до конца лучей хвостового плавника (L), угол при вершине головы (φг), угол при вершине хвостового плавника (φх). Угол при вершине головы (φг) и угол при вершине хвостового плавника (φх) исследовались как возможные варианты ориентирования рыбы головой вперед или хвостом вперед при определенных длине (L) и размерной группе рыбы. Они представлены на рис. 3.10–3.12.

а

б

Рис. 3.10. Угол при вершине головы (а) и хвостового плавника (б) желтобрюхой камбалы

а

б

Рис. 3.11. Угол при вершине головы (а) и хвостового плавника (б) палтусовидной камбалы

55

а

б

Рис. 3.12. Угол при вершине головы (а) и хвостового плавника (б) двухлинейной камбалы

Представленные зависимости показывают, что при изменении общей длины желтобрюхой камбалы в пределах от 235 × 10–3 до 400 × 10–3м угол при вершине головы (φг) изменяется от 73 до 94º, а угол при вершине хвостового плавника (φх) – от 51 до 79º (рис. 3.10). При изменении общей длины палтусовидной камбалы в пределах от 182 × 10–3 до 340 × 10–3м угол при вершине головы (φг) изменяется от 46 до 61º, а угол при вершине хвостового плавника (φх) – от 36 до 52º (рис. 3.11). При изменении общей длины двухлинейной камбалы в пределах от 182 × 10–3 до 300 × 10–3 м угол при вершине головы (φг) изменяется от 60 до 87º, 26 а угол при вершине хвостового плавника М, × 106 кг (φх) – от 49 до 78º (рис. 3.12). Физико-механические параметры лососевых рыб. Все дальневосточные ло12 соси размножаются в реках, ручьях и озе11 рах в летнее время. Массовая добыча рыбы в этот период не позволяет полностью 10 использовать пищевые рыбные отходы 9 для выпуска пищевой продукции. Для внедрения безотходных технологий необ8 % ходимы исследования морфометрических 80 7 характеристик рыбы, в частности ее пи1 70 щевых отходов. На рис. 3.13 показано со6 отношение отдельных частей рыбы лосо60 5 севых пород (горбуша, кета, нерка, 50 4 1 кижуч), получаемых при ее разделке. На рис. 3.14 показана зависимость массы 3 40 2 рыбы от ее длины. Из рисунка видно, что 2 30 с увеличением длины рыбы масса горбу3 ши возрастает незначительно, а масса 2 20 1 кижуча возрастает резко. Что касается 10 кеты и нерки, то у них увеличение массы 3 3 0 происходит плавно. 10 20 Весовые характеристики рыбы (гор30 40 буша, кета, нерка, кижуч) отражены на Общий вылов рыбы М, × 106 кг рис. 3.15. С увеличением длины рыбы весовые характеристики горбуши изменяютРис. 3.13. Соотношение отдельных частей рыбы ся незначительно, а весовые характерилососевых пород: стики кеты, нерки и кижуча возрастают - - - - процентное отношение к целой рыбе: резко. Схема и данные обмера хвостовых 1 – тушка, 2 – голова, 3 – плавники; ______ масса отдельных частей рыбы, кг: плавников лососевых рыб представлены 1 – тушка, 2 – голова, 3 – плавники на рис. 3.16 и в табл. 3.6. 56

М, кг

9,5

70

Р, Н

60

7,5

2 50

6,0 4 4,5

4

40

2

3

30 3

3,0

20

1,5

М = ρV 1

0 30

40

1

10

Р = Мq

0 50

60

70

80

90

30

–3

40

50

60

70

90

80

Общая длина рыбы L, ×10–3 м

Общая длина рыбы L, ×10 м а Рис. 3.14. Массовые характеристики лососевых рыб: 1 – горбуша; 2 – кета; 3 – нерка; 4 – кижуч

б Рис. 3.15. Весовые характеристики лососевых рыб: 1 – горбуша; 2 – кета; 3 – нерка; 4 – кижуч Таблица 3.6

Данные обмера хвостовых плавников лососевых рыб Вид рыбы Горбуша Кета Кижуч Нерка

l 100 110 95 170 180 175 165 145 150 150 145 160

l1 50 50 50 110 105 102 100 80 95 60 55 69

l2 10 8 9,5 25 25 20 18 20 19 14 15 16

Линейные размеры, × 10–3 м b b1 b2 40 35 70 45 36 68 40 34 58 70 55 65 70 50 78 65 55 70 58 60 70 52 50 70 53 45 65 54 52 85 55 53 80 52 50 90

t 20 27 25 55 52 54 42 38 40 35 35 36

t1 11 15 12 24 25 26 16 14 15 19 18 22

t2 5,0 7,0 4,0 3,5 4,0 3,9 4,5 4,0 3,8 6,5 6,0 7,0

Примечание. Символ l – длина хвостового плавника; l1 – длина хвостового плавника до конца чешуйчатого покрова; l2 – длина от конца чешуйчатого покрова до середины хвостового плавника; b – ширина хвостового плавника; b1 – ширина хвостового плавника на уровне конца чешуйчатого покрова; b2 – ширина средней части хвостового плавника; t – толщина хвостового плавника; t1 – толщина хвостового плавника на уровне конца чешуйчатого покрова; t2 – толщина средней части хвостового плавника.

Для расчета полезного (товарного) объема хвостового плавника применялся принцип расчета клиb2 t2 новидного тела: bh l2 t1 V = (2a − a1 ). (3.9) 6 l Линейные размеры хвостового l1 b1 t плавника представим в координатах x, y, z (рис. 3.17). Тогда высоту хвоb стового плавника определяем как h = y sin α . Подставляя значения Рис. 3.16. Схема обмера хвостовых плавников лососевых рыб координат х, у, z, напишем: 57

V=

xy sin α (2 z − z1 ). 6

(3.10)

Учитывая, что x = b, y = (l1 + l2), z = t, z1 = t2, получим: V=

b(l1 + l2 ) sin α (2t − t2 ), 6

(3.11)

где α – угол при вершине хвостового плавника, град. z

1

50 40

2

30 20

3 4

10

х

0

α

70

10 20 30

40

А

50

60

70

А

80

90 11 0

y

Рис. 3.17. График зависимости полезного (товарного) объема хвостового плавника от его линейных размеров: 1 – кета; 2 – горбуша; 3 – кижуч; 4 – нерка

На рис. 3.17 графически представлены полезные (товарные) объемы хвостовых плавников кеты, горбуши, кижуча и нерки. Для среднего размера рыб значения полезного объема хвостовых плавников составляют: у горбуши – 10 222 × 10–9 м3, у нерки – 20 533 × 10–9 м3, у кижуча – в три раза больше относительно горбуши, у кеты – в два раза больше, чем у кижуча. С увеличением угла α увеличивается мясистость в прихвостовой части плавника. Из табл. 3.7 видно, что длина головы до плечевого среза у разных рыб имеет различные значения. У горбуши эта длина колеблется от 105 × 10–3 (у самки) до 115 × 10–3м (у самца); длина головы у кеты колеблется от 134 × 10–3 (у самки) до 190 × 10–3м (у самца); у кижуча соответственно от 135 × 10–3 до 150 × 10–3 м, у нерки – от 130 × 10–3 до 170 × 10–3м. От размера длины головы до плечевого среза зависят и другие параметры головы (рис. 3.18). 58

Таблица 3.7 Данные обмера голов лососевых рыб Вид рыбы Горбуша Кета Кижуч Нерка

l 105 110 115 134 190 182 150 140 135 130 170 150

l1 13 15 14 15 30 15 20 15 15 15 15 15

l2 40 35 40 46 70 66 55 50 48 40 70 55

Линейные размеры, × 10–3 м b b1 b2 b3 b4 98 30 55 34 52 110 30 78 25 51 100 29 65 29 50 112 37 72 39 70 180 60 115 70 115 165 45 85 65 75 130 45 80 59 72 130 58 68 58 81 125 55 68 56 75 120 60 65 43 59 130 56 70 62 82 125 55 68 45 70

l3 18 17 16 21 40 35 37 30 30 20 40 28

t 49 44 40 61 65 60 65 66 65 62 75 70

t1 48 41 39 62 65 65 62 66 60 63 73 68

t2 41 37 37 50 64 60 56 57 56 51 59 55

t3 27 23 25 29 55 52 34 40 35 30 40 35

Угол α, град 55 40 45 55 75 60 60 70 60 50 50 50

Примечание. Символ l – длина головы до плечевого среза; l1 – расстояние от плечевого среза до жаберной крышки; l2 – расстояние от начала рыла до глаза; l3 – расстояние от начала рыла до носовой полости; b – высота рыбы на срезе; b1 – расстояние от спины до хребтовой кости; b2 – расстояние от хребтовой кости до внутренней части брюшка; b3 – высота головы на уровне носовой полости; b4 – высота головы на уровне глаз; t – толщина рыбы на срезе; t1 – толщина головы на уровне жаберных крышек; t2 – толщина головы на уровне глаз; t3 – толщина головы на уровне носовой полости [101]. l l2

l1

l3

b1 t1

α

t

t3

t2

b b2

Рис. 3.18. Схема обмера лососевых голов

Зависимость других параметров головы у горбуши, кеты, нерки и кижуча от размера длины головы до плечевого среза показана на рис. 3.19 (а–л). 80

l2, × 10–3 м

4 2

60 1 40 20

l, × 10–3 м

0 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

а Рис. 3.19. Зависимость линейных параметров головы рыбы от ее длины: а – зависимость расстояния от начала рыла до центра глаз; 1 – горбуша; 2 – кета; 3 – кижуч; 4 – нерка (см. также с. 59–62)

59

40

l3, × 10–3 м

4

3 2

30 1

20 10

l, × 10–3 м

0 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

б

180

в, × 10–3 м

2

160 140

4

3

120

100

1 l, × 10–3 м

80 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

в

60

4

в, × 10–3 м

2

3 50

40 1 30 20 100

l, × 10–3 м

110

120

130

140

150

160

170

180

190

г Рис. 3.19. Продолжение: б – зависимость расстояния от начала рыла до носовой полости; в – зависимость высоты рыбы на срезе; г – зависимость расстояния от спины до хребтовой кости

60

в2, × 10–3 м

110 100 90

2

80

4

3 70 1 60

l, × 10–3 м 50 100

110

140

130

120

150

160

190

170

д 70

в3, × 10–3 м 3

60

4

50 2

40 1 30

l, × 10–3 м

20 100

110

120

130

140

150

170

160

180

190

е 100

в4, ×10–3 м

90 3

80

2 70 4

60 1 50

40 100

l, ×10–3 м 110

120

130

140

150

160

170

180

190

ж Рис. 3.19. Продолжение: д – зависимость расстояния от хребтовой кости до внутренней части брюшка; е – зависимость высоты головы на уровне носовой полости; ж – зависимость высоты головы на уровне глаз

61

80

t, ×10–3 м

4 70

3

2

60 50 40

1

30 100

l, ×10–3 м

110

120

130

140

150

160

170

180

190

з 80

t1, × 10–3 м

70 60 50 40 l, × 10–3 м

30

и

2

t2, × 10–3 м

3

60

4

50 1 40 30 100

l, × 10–3 м 110

120

130

140

150

160

170

180

190

к Рис. 3.19. Продолжение: з – зависимость толщины рыбы на срезе и – зависимость толщины головы на уровне жаберных крышек; к – зависимость толщины головы на уровне глаз

62

60

t3, × 10–3 м 2

50

3 4

40 1 30 20 100

l, × 10–3 м 110

120

130

140

150

160

170

180

190

л Рис. 3.19. Окончание: л – зависимость толщины головы на уровне носовой полости

Из рис. 3.19 (б, г, е, ж–л) видно, что у горбуши с увеличением длины головы линейно уменьшаются такие параметры, как l3, b1, b3, b4, t, t1, t2, t3. У кеты, кижуча и нерки с увеличением длины головы остальные параметры линейно увеличиваются. На рис. 3.20 показана схема обмера спинных, жировых, брюшных и анальных плавников. По размерам плавники у горбуши существенно не отличаются, а размер срезков зависит от способа разделки рыбы – ручной или машинной (табл. 3.8). Нередко спинной срезок (рис. 3.20, а) состоит из спинного и жирового плавников, а брюшной срезок (рис. 3.20, б) – из брюшных и анального плавников.

а

б Рис. 3.20. Схема обмера плавников у горбуши: а – срезка спинных и жировых плавников; б – срезка брюшных и анальных плавников Таблица 3.8 Данные обмера спинных, жировых, брюшных и анальных плавников у горбуши Варианты 1 a

l, × 10–3 м 2 200 185 190 201 195

l1, × 10–3 м 3 90 95 87 90 88

l2, × 10–3 м 4 35 34 35 32 33

63

h, × 10–3 м 5 50 52 50 49 51

h1, × 10–3 м 6 15 16 14 15 13

Окончание табл. 3.8 1

2 170 185 175 169 170

б

3 90 83 87 85 92

4 90 90 87 85 90

5 15 16 14 16 15

6 40 42 43 40 41

Примечание. Символ а – срезка спинных и жировых плавников; l – длина срезки; l1 – длина срезки спинных плавников; l2 – длина срезки жировых плавников; h – высота срезки от кромки до вершины спинного плавника; h1 – высота срезки от кромки до вершины жирового плавника; б – срезка брюшных и анальных плавников; l – длина срезки; l1 – длина срезки брюшных плавников; l2 – длина срезки анальных плавников; h – высота срезки от кромки до конца брюшного плавника; h1 – высота срезки от кромки до конца анального плавника.

В табл. 3.9 приведены средние значения массы пищевых отходов при разделке горбуши – голов и хвостовых плавников (до и после их разделки), а также срезков плавников. Таблица 3.9 Средние значения массы пищевых отходов при разделке горбуши

Виды пищевых отходов

Количество, шт.

Общая масса m, × 10–3 кг

Неразделанные головы

84

21 271

Разделанные головы

84

11 508

400

18 570

400

12280

100

2475

Неразделанные хвостовые плавники Разделанные хвостовые плавники Срезки плавников

Средняя масса Σmi m1 + m2 + m3 + ... + mn = = m, × 10 −3 кг n n 21 271 = 253,2 84 11 508 = 137,0 84 18 570 = 46,4 400 12 280 = 30,7 400 2475 = 24,75 100

Как видим, потеря массы при разделке голов составляет 46%, а при разделке хвостовых плавников – 35%. Масса голов после разделки уменьшается за счет удаления жабер, челюстей, сгустков крови и глаз, а масса хвостовых плавников уменьшается за счет удаления усеченной части хвостового плавника (рис. 3.16) – это l1 + l2. 3.2. Механические процессы резания рыб

Основным процессом в рыборазделочных машинах является резание. На рис. 3.21 показана схема резания продукта. На рис. 3.21, а показана схема резания продукта с помощью ножа, имеющего вращательное движение. Перемещение продукта может производиться по направлению к ножу, или нож может перемещаться относительно продукта. Причем скорость перемещения υп > 0. На рис. 3.21, б показана схема резания продукта с помощью ножа с прямолинейной кромкой, совершающего возвратно-поступательное движение. Скорость продукта при резании υп = 0, при этом нож перемещается относительно продукта. На рис. 3.21, в показана схема резания продукта с помощью матрицы и пуансона. При резании продукт находится без движения (υп = 0), пуансон совершает возвратнопоступательное движение в горизонтальной плоскости продукта. 64

υny

υn ω υвп

υn > 0

υn = 0

υn = 0

а

б

в

Рис. 3.21. Схемы режущих устройств: а – нож с вращательным движением: 1 – продукт; 2 – нож; б – нож с возвратно-поступательным движением: 1 – продукт; 2 – нож; в – режущая пробивная пара: 1 – продукт; 2 – матрица; 3 – пуансон

Допустим, резание продукта производится на однооперационной линейной машине дисковым ножом с радиусом R при скорости вращения n об/мин и скорости движения продукта υп. Распределение сил при контакте продукта с ножом определится следующим образом: R = F' + Q1 + Q2,

(3.11)

где R – вектор реакции продукта на воздействие ножа, т. е. равнодействующая всех сил, приложенных к ножу и распределенных по поверхности контакта ножа и продукта; F' – вектор равнодействующих сил, распределенных по режущей кромке. В дальнейшем силу F' заменим силой F, выражающей результат действия режущих микроэлементов ножа на точки продукта, расположенные на линии реза; F' = F назовем F – силой резания; Q1 и Q2 – векторы равнодействующих сил, приложенных к боковым поверхностям ножа. Обычно Q1 + Q2 ≈ 0,1 F, поэтому ими можно пренебречь. Процесс резания начинается с момента, когда напряжения на кромке ножа превысят предельно-допустимые напряжения продукта: σ = σττ + σnn,

(3.12)

где σ – результирующая напряжений в продукте; στ, σn – соответственно касательное и нормальное напряжения в продукте; τ, n – соответственно касательное и нормальное усилия. Как известно из теории микрорежущих элементов, величина напряжений на кромке ножа зависит от площади контакта режущих элементов и продукта. На практике сложно определить и площадь контактов, и само напряжение при резании неоднородных продуктов, например кожи, мышечной ткани, костей и др., а следовательно, и силу F по данным στ и σn. Поэтому силу F следует находить из удельного усилия резания, определяемого экспериментальным путем с помощью уравнения L (t )

F (t ) =

∫ Ρdl,

(3.13)

0

где L(t) – длина линии реза как функция времени; Р – удельное усилие резания, или результирующая тангенциального и нормального удельных усилий, определяемая по формуле Р = Рττ + Рnn. 65

(3.14)

Допустим, что рыба разбита на зоны с одинаковыми механическими свойствами, что макро- и микрогеометрия ножа по всей кромке одинакова, составляющие удельных усилий Рτ и Рn для данной зоны являются постоянными и при резании продукт не сминается. Для определения по величинам Рτ и Рn силы F и затрачиваемой мощности Ν(t), а также для обратного определения составляющих удельного усилия резания по измеренной мощности и силе проделаем следующие вычисления. Пусть линия реза АВ в момент резания имеет длину 2Rα. Найдем усилие резания, затрачиваемую мощность и работу резания (рис. 3.22). Заменим распределенные по дуге АВ удельные усилия резания и их составляющие Рτ и Рn одной силой F, приложенной в точке С дуги АВ, и парой сил с моментом Мс. Тогда проекции этой силы на направления τ и n будут определяться так: +α

(t ) τ

F

= ∫ R(Ρτs cos θ + Ρn sin θ)dθ = 2 RΡτ sin α, −α +α

Fn( t ) = ∫ R(−Ρτ sin θ + Ρn cos θ)dθ = 2 RΡn sin α ,

(3.15)

−α

+α

M c = ∫ R 2 [Ρτ (1 − cos θ) − Ρn sin θ ]dθ = 2 R 2 Ρτ (α − sin α) .

(3.16)

−α

По малости значений приравниваем α = = sin α, тогда F(t)τ = PτL(t); F(t)n = PnL(t); Мс = 0. (3.17) Напишем выражения для проекций силы F на оси х и у: Fx = − Fτ sin ϕc + Fn cos ϕc , ⎫ ⎬ Fy = − Fτ cos ϕc + Fn sin ϕc ,⎭

(3.18)

где φ – центральный угол, соответствующий точке С. Так как за время dt нож повернется на угол dφ = πndt/ 30, а продукт переместится на отрезок dx = vTdt, то мощность, затраченная на резание, выразится как N (t ) =

Рис. 3.22. Схема определения усилий резания дисковым ножом

πnR Pτ L(t ) + Fx (t )νT . 30

(3.19)

Работа за время резания составит: τ

τ

πnR А= Ρτ ∫ L(t )dt + vT ∫ Fx (t )dt. 30 0 0

Для случая резания прямым ножом, направленным к горизонтали под углом α, получим следующие выражения для составляющих удельного усилия резания (рис. 3.23): τ

v cos α Ρx = T ∫0 Fx dt , s

(3.20)

τ

Ρy =

vT sin α ∫0 Fy dt , s

где vT – скорость транспортирования продукта; α – угол наклона ножа к горизонтали, или односторонняя заточка ножа; s – площадь разреза. 66

(3.21)

Если α = 90°, то cos α = 0 и Рх = 0. В этом случае создается новая режущая пробивная пара (рис. 3.21, в). Основываясь на теории резания продуктов и используя графики расположения углов при вершине головы и хвостового плавника (рис. 3.10–3.12), построим профиль режущего устройства и рассчитаем удельное усилие и мощность, затрачиваемую на резание камбалы. Резание камбаловых рыб. На прямой линии (рис. 3.24) откладываем отрезок АБ, равный средней величине общей длины L желтобрюхой камбалы. Из точки А откладываем отрезок lГ, равный средней длине головы, плюс Рис. 3.23. Схема определения усилий резания для ножа 10–15 мм. Через полученную точку О с прямолинейной кромкой проводим прямую ГГ1 под углом 58° к прямой АБ. Из точки А проводим луч АА1 под углом, равным 1/2 средней величины угла при вершине головы. Из точки Б лучами ББ1 и ББ2 строим угол, равный величине угла при вершине хвостового плавника (табл. 3.5).

а

б

Рис. 3.24. Схема режущего устройства: а – для желтобрюхих камбал; б – для палтусовидных камбал

В результате пересечения лучей АА1 и ББ1 получаем точку О1. Из точки Б откладываем отрезок lx, равный длине хвостового плавника. Из полученной точки восстанавливаем перпендикуляр к прямой АБ и на этом отрезке откладываем среднюю величину ширины хвостового плавника по сечению В–В (рис. 3.9). Получаем точки К и К1. Параллельно лучам ББ1 и ББ2 из точек К и К1 проводим прямые К1К2 и КК3. Из точки О1 восстанавливаем перпендикуляр к прямой КК3 и получаем точку Е. Радиусом О1Е проводим дугу до пересечения с прямой ГГ1. Из точки О1 восстанавливаем перпендикуляр к АБ до пересечения с дугой ГЕ и получаем точку Е1. Из точки Е1 опускаем перпендикуляр на прямую К1К2 и получаем точку Е2. Радиусом Е1Е2 проводим дугу до пересечения с прямой ГГ1. Радиусом r, равным КК1, строим сопряжение, а в точках Г и Г1 строим сопряжение радиусами r1 и r2 (табл. 3.10). Получаем искомый контур режущего устройства для желтобрюхих, палтусовидных и других видов камбал (рис. 3.24). 67

Таблица 3.10 Дополнительные параметры к построению профиля режущего устройства Вид камбалы Желтобрюхая Палтусовидная Двухлинейная

Длина, × 10–3 м 260–400 182–300 182–340

lг, × 10–3 м 60–100 80 43–72 57,5 45–85 65

lг1 × 10–3 м 10–15 10–15 10–15

b x, × 10–3 м 25–30 27,5 21–30 25,5 18–27 22,5

lx, × 10–3 м 40–75 57,5 38–45 41,5 35–60 47,5

α, град

r, × 10–3м

r1, r2, × 10–3 м × 10–3 м

58

37

10

9

58

30

10

9

58

22

10

9

Примечания: 1. Символ lг – длина головы от начала рыла до плечевых костей; lг1 – длина от плечевых костей до среза; bх – ширина хвостового плавника на уровне окончания чешуйчатого покрова; lx – длина хвостового плавника; α – угол среза относительно прямой АБ; r – радиус сопряжения в прихвостовом плавнике; r1, r2 – радиусы сопряжения на линии среза. 2. В знаменателе даются средние значения величин.

На основании экспериментальных данных установлена зависимость предельного напряжения сдвига в мышечных тканях камбаловых рыб от прилагаемого усилия нагружения (рис. 3.25). Как видно из графика, при увеличении нагружения на мышечную ткань рыбы предельное напряжение сдвига возрастает. σ, кН/м2

Fн, Н Рис. 3.25. Зависимость предельного напряжения сдвига от усилия нагружения: 1 – образец мышечной ткани, расположенный вниз шкурой; 2 – образец мышечной ткани обесшкурен; 3 – образец мышечной ткани, расположенный вверх шкурой

При величине нагружения 6,98 Н предельное напряжение сдвига достигает 57,567 кН/м2. При этом наблюдается деформация мышечной ткани рыбы, а затем происходит ее разрушение (табл. 3.11). Таблица 3.11 Усилие нагружения и предельные напряжения сдвига камбаловых рыб Образец расположен вниз шкурой F, Н σ, кН/м2 6,89 57,657 6,89 57,657 6,86 57,400 Σσ/n 57,567

Образец обесшкурен σ, кH/м2 57,484 57,484 57,400 57,456

F, H 6,87 6,87 6,86 Σσ/n

68

Образец расположен вверх шкурой F, H σ, кH/м2 6,86 57,400 6,86 57,400 6,87 57,483 Σσ/n 57,428

Усилие, необходимое для пробивки режущей пробивной парой (рис. 3.21, в) при разделке камбал при параллельных плоскостях рабочих торцов пуансона и матрицы, зависит от размеров рыбы, ее толщины и механических свойств, а также от величины зазора и состояния режущих кромок, и определяется по формуле [35] F = сПпрАпрσ,

(3.22)

где с = 1,25 – коэффициент, учитывающий затупление режущих кромок матрицы и пуансона; Ппр – приведенный периметр камбалы, м; Апр – приведенная толщина камбалы, м; σ – предельное напряжение сдвига, Н/м2. Величины Ппр и Апр определяем по формулам Ппр = 2(L – lг – lx) + 2(b + bx)1/2 = 2(L – klгL – klxL) + + kbL + kbxL = 2L – 2klгL – 2klxL + kbL + kbxL = L(2 + kb + kbx – 2klг – 2klx), (3.23) Апр = (а1 + а3)1/2 = (kа1L + kа3L)1/2 = L(kа1 + kа3)1/2.

(3.24)

Приведем расчет усилия пробивки (F = сПпр1Апр1σ), приведенных периметра (Ппр = 2(L– l – lx) + b + bx) и толщины (Апр = (а1 + а3) 1/2) для желтобрюхих, палтусовидных и двухлинейных камбал при с = 1,25 и σ = 57567 Н/м2: L1 Ппр1 Апр1 F1 L3 Ппр3 Апр3 F3 L5 Ппр5 Апр5 F5

200 × 10–3 м 322 × 10–3 м 16,45 × 10–3 м 381,1 Н 300 × 10–3 м 542 × 10–3 м 20,3 × 10–3 м 791,7 H 400 × 10–3 м 704 × 10–3 м 25,9 × 10–3 м 1312,0 H

L1 Ппр1 Апр1 F1 L3 Ппр3 Апр3 F3 L5 Ппр5 Апр5 F5

182 × 10–3 м 318 × 10–3 м 12,0 × 10–3 м 275,6 H 232 × 10–3 м 436 × 10–3 м 14,0 × 10–3 м 439,2 Н 275 × 10–3 м 520 × 10–3 м 17,5 × 10–3 м 654,8 Н

L1 Ппр1 Апр1 F1 L3 Ппр3 Апр3 F3 L5 Ппр5 Апр5 F5

182 × 10–3 м 334 × 10–3 м 12,5 × 10–3 м 300,4 Н 234 × 10–3 м 434 × 10–3 м 15,5 × 10–3 м 484,0 Н 300 × 10–3 м 562 × 10–3 м 18,0 × 10–3 м 727,9 H

Желтобрюхая

Палтусовидная

Двухлинейная

69

L2 Ппр2 Апр2 F2 L4 Ппр4 Апр4 F4 L6 Ппр6 Апр6 F6

250 × 10–3 м 406 × 10–3 м 18,4 × 10–3 м 537,5 H 350 × 10–3 м 604 × 10–3 м 23,2 × 10–3 м 1008,3 H 450 × 10–3 м 790 × 10–3 м 27,9 × 10–3 м 1586,0 H

L2 Ппр2 Апр F2 L4 Ппр4 Апр4 F4 L6 Ппр6 Апр6 F6

202 × 10–3 м 358 × 10–3 м 13,0 × 10–3 м 334,9 H 254 × 10–3 м 467 × 10–3 м 15,5 × 10–3 м 520,8 Н 300 × 10–3 м 578 × 10–3 м 19,9 × 10–3 м 827,7 Н

L2 Ппр2 Апр2 F2 L4 Ппр4 Апр4 F4 L6 Ппр6 Апр6 F6

202 × 10–3 м 372 × 10–3 м 13,5 × 10–3 м 367,4 Н 275 × 10–3 м 514 × 10–3 м 16,5 × 10–3 м 610,3 Н 340 × 10–3 м 640 × 10–3 м 20,5 × 10–3 м 944,1 H

Полученный искомый контур режущего устройства для камбал (рис. 3.24), преобразованный в соответствии с расчетным приведенным периметром, изображен на рис. 3.26, а. Однако для того чтобы при резании камбал не концентрировались усилия на матрицу, поверхности режущего устройства выполняются сопряженными (рис. 3.26, б).

а

б

Рис. 3.26. Изображение усилий на камбалу при резании до сопряжения поверхностей режущего устройства (а) и после него (б)

При общей длине желтобрюхой камбалы 200 × 10–3 м приведенный периметр тушки камбалы составляет 322 × 10–3 м, у палтусовидной камбалы при общей длине 182 × 10–3 м приведенный периметр тушки – 318 × 10–3 м, у двухлинейной камбалы такой же длины приведенный периметр тушки – 334 × 10–3 м, а приведенная толщина камбал соответственно составляет 16,45 × 10–3, 12 × 10–3 и 12,5 × 10–3 м. При общей длине палтусовидной F, Н и двухлинейной камбал 275 × 10–3 м приведенный периметр тушки палтусовидной составляет 520 × 10–3 м, а двухлинейной – 514 × 10–3 м. Приведенная толщина у этих камбал соответственно составляет 17,5 × 10–3 и 16,5 × 10–3 м. У желтобрюхой, палтусовидной и двухлинейной камбал при общей длине 300 × 10–3 м приведенный периметр тушки соответственно составляет 542 × × 10–3, 578 × 10–3 и 562 × 10–3 м, а приведенная толщина – соответственно 20,3 × × 10–3, 19,9 × 10–3 и 18 × 10–3 м. На рис. 3.27 показана зависимость усилия пробивки от общей длины камбалы. Как видим, у палтусовидных и двухлинейных камбал при общей –3 L, × 10 м длине 182 × 10–3 м усилие пробивки соответственно составляет 275,6 и 300,4 Н. При общей длине 275 × 10–3 м Рис. 3.27. Зависимость усилия пробивки усилие пробивки у палтусовидных – от общей длины камбалы: 654,8 Н, а у двухлинейных – 610,3 Н. 1 – палтусовидная; 2 – двухлинейная; Затем усилие пробивки возраста3 – желтобрюхая ет и при общей длине 300 × 10–3 м достигает у палтусовидных камбал 827,7 Н, а у двухлинейных при общей длине 340 × 10–3 м – 944,1 Н. У желтобрюхих камбал при общей длине 200 × 10–3 м усилие пробивки составляет 381,1 Н. При увеличении общей длины камбалы усилие пробивки возрастает. Так, при общей длине 350 × 10–3 м оно составляет 1008,3 Н, а при длине 450 × 10–3 м – 1586 Н. 70

Резание пищевых отходов сырья лососевых рыб. Для резания рыб применяется большая разновидность режущих инструментов: клиновидные и трехлопастные ножи, дисковые пилы и др. На рис. 3.28 изображены головоотсекающие ножи: 1 – головоотсекающий нож с гладкой режущей кромкой, который может быть использован для порционирования рыбы или отходов; 2 – дисковый нож с пильчатой кромкой, который целесообразнее применять для разделки голов рыб; 3 – парный нож с фигурными кромками, который используется для отрезания голов рыб клиновидным резом, но главным образом используется при филетировании рыб; 4 – серповидный нож для прямого реза голов рыб; 5 – фигурный нож для прямого реза голов рыб; 6 – маятниковый нож для прямого реза голов рыб; 7 – цилиндрический нож для обезглавливания рыбы по окружности.

Рис. 3.28. Схема режущих инструментов: а – с гладкой режущей кромкой; б – с пильчатой кромкой; в – маятниковый нож; г – фигурный нож; д – парный нож с фигурными кромками; е – серповидный нож с пильчатой кромкой; ж – цилиндрический нож с пильчатой режущей кромкой

Особый интерес представляют ножи с гладкой и пильчатой режущими кромками, так как ножи с гладкой режущей кромкой могут применяться для порционирования срезанных спинных и брюшных плавников при разделке рыбы на консервы, а ножи с пильчатой режущей кромкой целесообразно использовать для разделки и порционирования голов рыбы. На рис. 3.29 показаны виды пищевых отходов, образующихся при разделке лососевых рыб. Схема обмера хвостовых плавников показана на рис. 3.16, а схема обмера лососевых голов – на рис. 3.18. Результаты обмера срезков плавников горбуши отражены в табл. 3.8, а в табл. 3.9 приведены средние значения массы пищевых отходов при разделке горбуши.

Рис. 3.29. Пищевые отходы при разделке лососевых рыб на консервы: 1 – голова; 2 – срезки спинных и жировых плавников; 3 – срезки брюшных и анальных плавников; 4 – хвостовой плавник (стебель и плавник)

Обработка голов лососевых рыб сопряжена с рядом трудностей: в первую очередь это удаление верхней и нижней челюстных костей с зубами (так как зубы не поддаются термической обработке и являются инородным телом в консервах), далее – удаление пищевода, сгустков крови, жабер и глаз [102]. 71

Схема разделки голов представлена на рис. 3.30. Для удаления верхней и нижней челюстных костей применяются спаренные ножи с пильчатой кромкой (рис. 3.30, а). Ножи устанавливаются таким образом, чтобы плоскость верхнего ножа образовала угол (α) относительно лобной кости черепа, а плоскость нижнего ножа находилась под углом (α) к плоскости верхнего ножа (рис. 3.18). При такой обработке нарушаются связи верхних и нижних челюстных костей, языка и задней подъязычной кости с жаберными лучами.

б

а

в

г

Рис. 3.30. Схема разделки голов лососевых рыб: а – удаление челюстей и языка, б – удаление жабер, в – удаление правого глаза, г – удаление левого глаза; 1 – планка подготовки нижней и верхней челюстей к резанию ножами; 2 – спаренные ножи с пильчатой кромкой; 3 – металлическая коническая фреза; 4 – фигурный нож для удаления глаз

Для удаления пищевода, сгустков крови и жабер применяется металлическая коническая фреза (рис. 3.30, б), которая вводится со стороны среза головы в области брюшной полости и удаляет (высверливает) пищевод, сгустки крови и жабры. При этом через отверстия в самой фрезе подается вода для смыва удаленных отходов. Для удаления глаз при разделке голов рыб применяется фигурный нож, который представляет собой вращающуюся на валу пластину с двумя режущими кромками (рис. 3.30, в, г). При измельчении пищевых отходов для определения степени измельчения и степени наполнения банок воспользуемся теорией вероятности [5]. Результат испытания можно характеризовать качественно (событием) и количественно (случайной величиной). Характеристикой случайной величины служит закон распределения [18]. Одним из законов распределения непрерывной случайной величины (степень измельчения или степень наполнения банок продуктом) является ряд распределения – перечень всех возможных значений хi cлучайной величины Х и соответствующих им вероятностей pi: pi = P(X = xi).

(3.25)

Ряд распределения задается следующей таблицей: xi pi

x1 p1

x2 p2

x3 p3

… …

xn pn

Таким образом, воспользовавшись данным законом распределения непрерывной случайной величины, можно охарактеризовать степень измельчения пищевых отходов или степень наполнения банок продуктом. При этом, учитывая принятые допущения для характеристики непрерывной случайной величины, воспользуемся нормальным законом распределения (законом Гаусса). 72

Плотность вероятностей непрерывной случайной величины выражается функцией − 1 f ( x) = e σ 2π

( x −ν )2 2σ2

,

(3.26)

где х – значения случайной величины; ν – математическое ожидание; σ2 – дисперсия распределения; σ – стандартное отклонение; е – основание натуральных логарифмов. В выражение функции (3.26) входят числовые параметры, которые являются числовыми характеристиками случайной величины, математическое ожидание, дисперсия, стандартное отклонение и т. д. Для определения средней арифметической степени измельчения продукта или степени наполнения банок напишем выражение X=

l

1 l

∑n

∑ ni xi = i =1

i

1 n ∑ xi . n i =1

(3.27)

i =1

Средняя арифметическая Х случайной величины может служить приближенной оценкой ее математического ожидания ν. Для оценки точности средней арифметической воспользуемся t – распределением Стьюдента. При этом точность средней выборочной определяется по формуле ε = t γ (k )

σ . n

(3.28)

Для математического ожидания запишем доверительный интервал: σ σ < ν < X + t γ (k ) , n n

X − t γ (k ) или приближенно

J γ = ν ± t γ (k )

σ , n

(3.29)

(3.30)

где γ – принятая надежность, определяемая по справочным таблицам; tγ(k) – распределение Стьюдента, которое определяется по справочным таблицам; k – число степеней свободы (k = n – 1). Уравнение для определения дисперсии (при n > 20) напишем в таком виде: σ

2

=

l

1 l

∑n

i

∑ ni ( xi − X ) 2 = i =1

1 n ( xi − X ) 2 , ∑ n i =1

(3.31)

i =1

где l – число разрядов в сгруппированном статистическом ряде. Однако бывает удобнее пользоваться характеристикой рассеяния, размерность которой совпадает с размерностью случайной величины. Такой характеристикой является среднее квадратичное отклонение σ

=

1 n ~ ( xi − X ) 2 . ∑ n i =1

(3.32)

Определив таким образом параметры, характеризующие случайную величину, необходимо оценить соответствие статистических данных нормальному распределению (принятому). Ориентировочно представление о степени близости эмпирического и тео73

ретического распределений можно составить графически или сопоставлением относительных частот p i c соответствующими вероятностями рi. Для определения вероятностей интервального ряда воспользуемся выражением вида ⎛β−ν⎞ ⎛α−ν⎞ р(α ≤ Х ≤ β) = Φ⎜ ⎟ − Φ⎜ ⎟, ⎝ σ ⎠ ⎝ σ ⎠

(3.33)

где α – β – интервал значений случайной величины; ν, σ – соответственно числовые параметры случайной величины; Ф – функция Лапласа, значения которой принимаются по справочным таблицам [48]. Для количественной оценки степени близости статистического распределения с предполагаемым теоретическим воспользуемся критерием соответствия χ2 Пирсона [18] l

χ =∑ 2

i =1

(ni − npi ) , npi

(3.34)

где ni – частоты; n – число всех вариантов; рi – вероятности; l – число разрядов статистического ряда. Гипотеза о законе распределения принимается, если и отвергается, если

χ2 < χ2γ(k),

(3.35)

χ2> χ2γ(k),

(3.36)

где γ – принятая надежность; χ2(k) – критическое значение критерия соответствия (принимается по справочным таблицам [5] ); k – число степеней свободы, определяемое выражением k = l–3. Допустим, что оценка степени близости определяется выражением (3.33), тогда вычисленные статистические характеристики приравниваем к параметрам нормального распределения ν =Х , σ = σ . Далее производим обработку результатов наблюдений в предположении, что статистическое распределение не расходится с принятым теоретическим. На рис. 3.31 изображена схема технологических процессов обработки пищевых отходов начиная от измельчения продукта и до распределения его в банки. Основываясь на теории вероятности, определяем степень измельчения продукта соизмеримо объему банок № 3–6, 8. Для расчета относительной частоты степени измельчения пищевых отходов составим табл. 3.12.

Рис. 3.31. Схема технологических процессов обработки пищевых отходов (условные обозначения): 1 – измельчитель; 2 – мешалка; 3 – дозатор; Р м – мелкая фракция измельченного сырья;

74

Р

ср

– средняя фракция; Р

к – крупная фракция; Р 70, Р 80 и Р 90 – наполнение банок измельченными пищевыми отходами (головами лососевых рыб) Таблица 3.12

Расчет относительных частот степени измельчения пищевых отходов Степень измельчения пищевых отходов, хi [2 – 4] [4 – 6] [6 – 8] [8 – 10] [10 – 12] [12 – 14] [14 – 16] [16 – 18] Σ

Относительная частота, Рi 0,001334 0,021466 0,1359 0,3413 0,3413 0,1359 0,021466 0,001334 1

Частота, ni 4 5 7 12 8 3 2 1 42

~ Относительная частота, Р

Степень измельчения пищевых отходов, 10–3 кг Рис. 3.32. Многоугольник распределения степени измельчения пищевых отходов (головы, срезки и хвостовые плавники)

По данным табл. 3.12 строим многоугольник распределения степени измельчения пищевых отходов (рис. 3.32). Как видно из рисунка, вероятность распределения степени измельчения пищевых отходов изменяется от 0,001334 при массе кусочков 2 × 10–3 – 4 × 10–3 кг до 0,1359 при массе кусочков 6 × 10–3 – 8 × 10–3 кг, а затем при массе кусочков 10 × 10–3 – 12 × 10–3 кг составляет 0,3413. Далее с увеличением массы кусочков вероятность распределения понижается. Для расчета дисперсии и среднего квадратичного отклонения степени измельчения пищевых отходов составим табл. 3.13. По уравнениям (3.27, 3.31, 3.32) рассчитываем числовые характеристики степени измельчения пищевых отходов: Х

= 9,76, σ

2

= 12,47; σ

= 3,5. Таблица 3.13

Расчет числовых характеристик Х и σ 2 степени измельчения пищевых отходов лососевых рыб xi 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Σ

ni 2 2 5 7 12 8 3 2 1 42

xi ni 4 8 30 56 120 96 42 36 18 410

xi – X –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8

75

(xi – X )2 64 36 16 4 0 4 16 36 64

Ni(xi – X )2 128 72 80 28 0 32 48 72 64 524

Для оценки точности ε средней арифметической Х степени измельчения с надежностью γ = 0,99 воспользуемся уравнениями (3.28–3.30): 3,5 = 0,54 , ε = t0,99 (41) 6,48 t0,99 (41) = 2,72, 0,54 = t < t0,99 (41) = 2,70. Для математического ожидания запишем доверительный интервал: 9,76 – 0,54 < ν < 9,76 + 0,54, или приближенно Ј0,99 = 9,76 ± 0,54. Воспользовавшись формулой (3.34), находим количественную оценку степени близости статистического распределения с предполагаемым теоретическим: χ2 = 14,5. Выбираем критическое значение критерия соответствия при принятой надежности: γ = 0,99, χ20,99 (5) = 15,09; γ = 0,999, χ20,999 (5) = 20,52; 14,5 = χ2 < χ20,999 (5) = 20,52. 14,5 = χ2 < χ20,99 (5) = 15,09; Практически установлено, что при массе кусочков менее 8 × 10–3 кг готовый продукт в таре имеет крошкообразное состояние (рис. 3.32). При массе кусочков более 8 × 10–3 кг и менее 14 × 10–3 кг в готовом продукте форма кусочков сохраняется. При массе кусочков более 14 × 10–3 кг заполнение банок затруднено, так как требуется дополнительное порционирование. Технологическая схема (рис. 3.31) предусматривает после процесса измельчения перемешивание порционированных кусочков, а затем наполнение банок. Так как 80–90% сырья пищевых отходов составляют головы, проведем анализ степени заполнения банок согласно теории вероятности. По данным табл. 3.14 строим многоугольник распределения порционированных голов в банки (рис. 3.33). Таблица 3.14 Расчет относительных частот содержания порционированных голов лососевых рыб в банках Содержание порционированных голов рыбы в банках хi Частота ni Относительная частота Р i

~ Относительная частота, Р

Содержание порционированных голов рыбы в банках Рис. 3.33. Многоугольник распределения порционированных голов рыбы в банке

50–60

60–70

70–80

80–90

90–100

Σ

5 0,0631

8 0,2442

10 0,3855

3 0,2442

2 0,0631

28 1

Как видно из рис. 3.33, вероятность распределения порционированных голов в банки при степени наполнения банок 60% составляет 0,0631, при степени наполнения 70% – 0,2442, при степени наполнения 80% – 0,3855, затем относительная частота убывает. Для расчета дисперсии и среднего квадратичного отклонения степени наполнения банок порционированными лососевыми головами составим табл. 3.15. По уравнениям (3.27, 3.31, 3.32) рассчитываем числовые характеристики степени наполнения банок порционированными лососевыми головами: 76

Х

= 73,21, σ

2

= 141,0, σ

= 11,87. Таблица 3.15

Расчет числовых характеристик Х и σ 2 содержания порционированных голов лососевых рыб в банках xi 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Σ

ni 1 2 2 4 4 5 5 2 1 1 1 28

nixi 50 110 120 260 280 375 400 170 90 95 100 2050

(xi – X )2 625 400 225 100 25 0 25 100 225 400 625

xi – X –25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25

Ni(xi – X )2 625 800 450 400 100 0 125 200 225 400 625 3950

Для оценки точности ε средней арифметической Х степени наполнения с надежностью γ = 0,99 воспользуемся уравнениями (3.28–3.30). Тогда ε = t0,99(27) =

11,87 = 2,24 , 5,29

2,24 = t < t0,99(27) = 2,77. Для математического ожидания запишем доверительный интервал: 73,21 – 2,24 < ν < 73,21 = 2,24, или приближенно Ј0,99 = 73,21 ± 2,24. Используя формулу (3.34), находим количественную оценку степени близости статистического распределения с предполагаемым теоретическим: χ2 = 8,89. Выбираем критическое значение критерия соответствия при принятой надежности: γ = 0,99, χ20,99(2) = 9,21; γ = 0,999, χ20,999(2) = 13,82; 8,89 = χ2 < χ20,99(2) = 9,21; 8,89 = χ2 < χ20,999(2) = 13,82. Как видим из рис. 3.34, из проверенРис. 3.34. График степени наполнения банок ных 10 банок относительная частота стеизмельченными пищевыми отходами: 1 – головы ( лобовая часть, приголовки, калтычки); пени наполнения банок Рi, равная 0,3, со2 – срезки спинных и брюшных плавников; 3 – хвостовой плавник 77 (часть стебля и часть плавника)

ставляет 70% и более, Рi = 0,4 – 80%, Рi = 0,3 – 90% и менее. Таким образом, из вышеизложенного следует, что математической моделью может служить нормальное распределение степени измельчения пищевых отходов и степени наполнения тары порционированными пищевыми отходами при производстве консервов. Важным фактором являются энергетические затраты на измельчение сырья. Расход энергии определяется мощностью, затрачиваемой на процесс измельчения, которая зависит от усилий резания, а усилие резания, в свою очередь, определяется с учетом предельного напряжения в рыбе. В табл. 3.16 приведены значения предельного напряжения сдвига, а на рис. 3.35 показан график зависимости предельного напряжения сдвига от усилий нагружения. Таблица 3.16 Значения предельного напряжения сдвига от усилий нагружения Кижуч 1 n

1

n

n

∑ F ; n ∑σ i

i =1

Fн, Н 7,00 7,00 7,50 22,08 7,25 10,166

i

i =1

Кета 1 n

1

n

n

∑ F ; n ∑σ i

i =1

Fн, Н 7,54 7,37 21,00 7,46 10,50 10,774

i

i =1

Горбуша

σ, Н/м2 58 571,4 58 571,4 62 755,1 184 751,1 60 663,3 85 062,5

Fн , Н 8,24 7,00 10,97 7,00 7,15 8,072

σ, Н/м2 63 089,8 61 667,4 175 714,3 62 420,4 87 857,2 90 149,8

Fн, Н 7,02 7,25 14,31 7,01 7,18 8,558

Нерка

σ, Н/м2 68 946,9 58 571,4 91 789,8 58 571,4 59 826,5 67 541,2

σ, Н/м2 58 738,8 60 663,3 119 736,6 58 655,1 60 077,5 71 607,8

σ, Н/м2

Fн, Н

Рис. 3.35. Зависимость предельного напряжения сдвига от усилий нагружения: 1 – кижуч; 2 – кета; 3 – нерка; 4 – горбуша

Как видно из графика (рис. 3.35), предельное напряжение у кижуча составляет 78

184 751 Н/м2, у кеты – 175 714 Н/м2, у нерки – 119 736 Н/м2, у горбуши – 19 789 Н/м2. Затем наблюдается разрушение мышечной ткани. Усилие резания рыбы зависит от разрезаемой площади. Так как площадь рыбы в поперечном сечении (от головы до хвостового плавника) разная, то и усилие резания будет неодинаковым: F1, F2, F3, …, Fi,

или

F1 = σS1; F2 = σS2; F3 = σS3, …, Fi = σSi.

(3.37)

В табл. 3.17 приведены значения усилий резания для горбуши, нерки, кеты и кижуча. При площади резания 3000 × 10–6 м2 для горбуши усилие резания составляет 275,37 Н, для нерки при площади резания 9000 × 10–6 м2 – 1077,62 Н, для кеты при площади резания 10 000 × 10–6 м2 – 1757,14 Н, для кижуча – 1847,51 Н. Таблица 3.17 Значения усилий резания и площади разреза рыбы (для горбуши σ = 91 789 Н/м2, для нерки σ = 119 736 Н/м2, для кеты σ = 175 714 Н/м2, для кижуча σ = 184 751 Н/м2) S, × 10–6 м2 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 3000 5000 7000 9000 10 000

Горбуша F, H 4,58 9,18 13,77 18,36 22,95 27,54 32,13 36,71 41,30 45,89 55,07 64,25 73,43 82,61 91,79 275,37 – – – –

Нерка F, H 5,98 11,97 17,96 23,95 29,93 35,92 41,91 47,90 53,88 59,87 71,84 83,81 95,79 107,76 119,74 352,21 598,68 838,15 1077,62 –

Кета F, H 8,78 17,57 26,36 35,14 43,93 52,71 61,50 70,78 79,07 87,86 105,43 123,00 140,57 158,14 175,71 527,14 878,57 1229,99 1581,42 1757,14

Кижуч F, H 9,24 18,47 27,71 36,95 46,19 55,42 64,66 73,90 83,14 92,37 110,85 129,32 147,80 166,27 184,75 554,25 923,75 1293,25 1662,75 1847,51

В случае, когда порционирование рыбы производится с помощью одного ножа, справедлива одна из формул (3.37). Если порционирование производится несколькими ножами, то усилие резания рассчитывается по формуле n

F = σ(S1 + S2 + S3 … + Si) = σ∑ Si .

(3.38)

i =1

Среднее значение усилия резания определяется как Fср = σ

1 n ∑ Si . n i =1

(3.39)

На рис. 3.36 показана зависимость усилия резания от площади разреза для кижуча, кеты, нерки и горбуши. Из рисунка видно, что при площади разрезания 50 × 10–6 м2 79

усилие резания для горбуши составляет 4,58 Н, для нерки – 5,98 Н, для кеты – 8,78 Н и для кижуча – 9,24 Н. При площади резания 300 × 10–6 м2 усилие резания составляет для горбуши 27,54 Н, для нерки, кеты и кижуча соответственно 35,92; 52,71; 55,42 Н. При площади резания 500 × 10–6 м2 усилие резания составляет для горбуши, нерки, кеты и кижуча соответственно 45,89; 59,87; 87,86; 92,37 Н. F, Н

Площадь разрезания, × 10–6 м2 Рис. 3.36. Зависимость усилия резания от площади разреза рыбы: 1 – кижуч; 2 – кета; 3 – нерка; 4 – горбуша

Полезная мощность (в Вт), затрачиваемая на резание рыбы, определяется как N = Fv,

(3.40)

где F – усилие резания, Н; v – скорость подачи продукта (рыбы), м/с. В табл. 3.18 приведены экспериментальные данные по определению мощности в зависимости от усилий резания. На рис. 3.37 графически показано изменение мощности от усилий резания. В табл. 3.19 приведены экспериментальные данные по определению мощности в зависимости от скорости подачи рыбы на резание. Графически зависимость мощности от скорости подачи рыбы на резание отображена на рис. 3.38. Таблица 3.18 Экспериментальные данные по определению зависимости полезной мощности от усилий резания рыбы (горбуша, нерка, кета, кижуч)

1

v = 0,05 м/с N, × 10–3 кВт 2

4,58 13,77 22,95 32,13

0,229 0,688 1,147 1,600

F, H

v = 0,5 м/с N, × 10–3 кВт 3

v = 1,0 м/с N, × 10–3 кВт 4

2,290 6,885 11,475 16,065

4,580 13,770 22,950 32,130

Горбуша

80

41,30 45,89

2,065 2,294

20,650 22,945

41,300 45,890 Окончание табл. 3.18

1

2

3

4

2,990 8,980 14,965 20,955 26,694 29,934

5,980 17,960 29,930 41,910 53,800 59,870

4,390 13,180 21,965 30,750 39,535 43,930

8,780 26,360 43,930 61,500 79,070 87,860

4,620 13,855 23,095 32,330 41,570 46,185

9,240 27,710 46,190 64,650 83,140 92,370

Нерка 5,98 17,96 29,93 41,91 53,88 59,87

0,299 0,898 1,496 2,095 2,694 2,993

8,78 26,36 43,93 61,50 79,07 87,86

0,439 1,318 2,196 3,075 3,953 4,393

9,24 27,71 46,19 64,66 83,14 92,37

0,462 1,385 2,309 3,233 4,157 4,618

Кета

Кижуч

N, × 10–3 кВт

N, × 10–3 кВт

F, Н

F, Н

а

б

–3

N, × 10 кВт

N, × 10–3 кВт

F, Н

F, Н в

г

81

Рис. 3.37. Зависимость полезной мощности от усилий резания: а – горбуша, б – нерка, в – кета, г – кижуч; 1 – при v = 0,05 м/с; 2 – при v = 0,5 м/с; 3 – при v =1,0 м/с Таблица 3.19 Экспериментальные данные по определению зависимости полезной мощности от скорости подачи продукта на резание (горбуша, нерка, кета, кижуч) v, м/с

F = 4,58 Н N, × 10–3кВт

0,025 0,050 0,250 0,500 0,750 1,000

0,114 0,229 1,145 2,290 3,435 4,580

v, м/с 0,025 0,050 0,250 0,500 0,750 1,000

F = 5,98 H 0,149 0,299 1,495 2,990 4,485 5,980

v, м/с 0,025 0,050 0,250 0,500 0,750 1,000

F = 8,78 H 0,219 0,439 2,195 4,390 6,585 8,780

v, м/с 0,025 0,050 0,250 0,500 0,750 1,000

F = 9,24 H 0,231 0,462 2,310 4,620 6,930 9,240

F = 27,54 Н N, × 10–3 кВт

F = 45,89 Н N, × 10–3 кВт

0,688 1,377 6,885 13,770 20,655 27,540

1,147 2,294 11,472 22,945 34,417 45,890

F = 35,92 H 0,898 1,796 8,980 17,960 26,940 35,920

F = 59,87 H 1,497 2,993 14,967 29,935 44,902 59,870

F = 52,71 H 1,317 2,635 13,177 26,355 39,530 52,710

F = 87,86 H 2,196 4,393 21,965 43,930 65,890 87,860

F = 55,42 H 1,385 2,771 13,850 27,710 41,560 55,420

F = 92,37 H 2,309 4,618 23,090 46,180 69,277 92,370

Горбуша

Нерка

Кета

Кижуч

N, × 10–3 кВт

N, × 10–3 кВт

м/с а

м/с б

82

Рис. 3.38. Изменение полезной мощности от скорости подачи рыбы на резание: а – горбуша: 1 – при F = 4,58 Н; 2 – при F = 27,54 Н; 3 – при F = 45,89 Н; б – нерка: 1 – при F = 5,89 Н; 2 – при F = 35,92 Н; 3 – при F = 59,87 Н (см. также с. 82)

N, × 10–3 кВт

N, × 10–3 кВт

м/с

м/с

в

г

Рис. 3.38. Окончание: в – кета: 1 – при F = 8,78 Н; 2 – при F = 52,71 Н; 3 – при F = 87,86; г – кижуч: 1 – при F = 9,24 Н; 2 – при F = 55,42 Н; 3 – при F = 92,37 Н

Как видно из рис. 3.37, 3.38, первоначальная мощность от усилий резания и скорости подачи рыбы (F и v) изменяется незначительно, а затем идет ее резкое возрастание. При порционировании рыбы одновременно несколькими ножами полезная мощность определяется как Nn = N1 + N2 + N3 + … + Ni;

(3.41)

средняя полезная мощность – как N

ср

=

1 n ∑ Ni . n i =1

(3.42)

В табл. 3.20 приведены экспериментальные данные по определению полезной мощности в зависимости от количества ножей, одновременно используемых для порционирования рыбы. На рис. 3.39 графически показано изменение полезной мощности от количества ножей, используемых при резании рыбы. Таблица 3.20 Экспериментальные данные по определению зависимости полезной мощности от количества ножей, одновременно используемых при резании рыбы Горбуша

Нерка

Кета

Кижуч

Количество ножей n, шт.

F = 45,89 Н, V = 0,5 м/с

F = 59,87 Н, v = 0,5 м/с

F = 87,86 Н, v = 0,5 м/с

F = 92,37 Н, v = 0,5 м/с

1 2 3 4

N, × 10–3 кВт 22,94 45,89 68,82 91,76

N, × 10–3 кВт 29,93 59,86 89,79 119,72

N, × 10–3 кВт 43,93 87,86 131,79 175,72

N, × 10–3 кВт 46,18 92,37 138,54 184,72

83

5 6

114,70 137,64

149,65 179,58

N, × 10–3 кВт

Рис. 3.39. Изменение мощности от количества ножей, одновременно используемых при резании рыбы: 1 – горбуша (при F = 45,89 H, v = 0,5 м/с); 2 – нерка (при F = 59,87 H, v = 0,5 м/с); 3 – кета (при F = 87,86 H, v = 0,5 м/с); 4 – кижуч (при F = 92,37 H, v = 0,5 м/с)

219,65 263,58

230,90 277,08

Как видно из рис. 3.39, при одной и той же скорости подачи рыбы на порционирование и при использовании одного ножа полезная мощность увеличивается в зависимости от усилия резания. Так, для горбуши полезная мощность составляет 22,94 × 10–3 кВт; для нерки, кеты и кижуча соответственно 29,93 × 10–3, 43,93 × 10–3, 46,18 × 10–3 кВт. При использовании шести ножей (n = 6) для порционирования рыбы полезная мощность составляет для горбуши 137,64 × 10–3 кВт, для нерки – 179,58 × 10–3 кВт, для кеты – 263,58 × × 10–3 кВт, для кижуча – 277,08 × 10–3 кВт. В табл. 3.21 приведены экспериментальные данные по определению удельного расхода энергии в зависимости от массы порционируемых пищевых отходов. Графически зависимость удельного расхода энергии от массы порционированных пищевых отходов показана на рис. 3.40. Таблица 3.21

Экспериментальные данные по определению удельного расхода энергии в зависимости от массы порционируемых пищевых отходов

1

N = 4,58 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 2

1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6

4,58 2,29 1,52 1,14 0,92 0,76

с/кг

с/кг 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 с/кг 1/1

N = 5,98 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 5,98 2,99 1,99 1,49 1,19 0,99 N = 8,78 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 8,78

N = 27,54 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 3 Горбуша 27,54 13,77 9,18 6,88 5,51 4,59 Нерка N = 35,95 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 35,95 17,97 11,98 8,98 7,19 5,99 Кета N = 52,71 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 52,71

84

N = 45,89 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 4 45,89 22,04 15,29 11,47 9,17 7,64 N = 59,81 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 59,81 29,90 19,93 14,95 11,96 9,96 N = 87,86 × 10–3 кВт W, ×10–3 кВт · с/кг 87,86

1/2 1/3 1/4

4,39 2,92 2,19

26,35 17,57 13,17

43,93 29,28 21,96 Окончание табл. 3.21

1 1/5 1/6 с/кг 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6

2 1,75 1,46

3 10,54 8,78 Кижуч N = 55,42 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 55,42 27,71 18,47 13,85 11,08 9,23

N = 9,24 × 10–3 кВт W, × 10–3 кВт · с/кг 9,24 4,62 3,03 2,31 1,84 1,54

4 17,57 14,64 N = 92,37 × 10–3 кВт W, ×10–3 кВт · с/кг 92,37 46,18 30,79 23,09 18,47 15,39

W, × 10–3 кВт · с/кг

W, × 10–3 кВт · с/кг

с/кг

с/кг

а

б W, × 10–3 кВт · с/кг

W, × 10–3 кВт · с/кг

с/кг

с/кг в

г

Рис. 3.40. Изменение удельного расхода энергии от массы порционируемого сырья: а – горбуша: 1 – при N = 4,58 × 10–3 кВт; 2 – при N = 27,54 × 10–3 кВт; 3 – при N = 45,89 × 10–3 кВт; б – нерка: 1 – при N = 5,98 × 10–3 кВт; 2 – при N = 35,95 × 10–3 кВт; 3 – при N = 59,81 × 10–3 кВт; в – кета: 1 – при N = 8,78 × 10–3 кВт; 2 – при N = 52,71 × 10–3 кВт; 3 – при N = 87,86 × 10–3 кВт; г – кижуч: 1 – при N = 9,24 × 10–3 кВт; 2 – при N = 55,42 × 10–3 кВт; 3 – при N = 92,37 × 10–3 кВт

Полезная мощность и удельный расход энергии, затрачиваемые при резании рыбы 85

на кусочки с площадью резания в диапазоне от 50 × 10–6 м2 до 500 × 10–6 м2, соответствуют затраченной полезной мощности и удельному расходу энергии при порционировании пищевых отходов для производства консервов.

86

ГЛАВА 4 ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ РЫБЫ, КРАБОВ И КРЕВЕТОК 4.1. Характеристика форм связи воды с продуктами переработки гидробионтов

Влажные материалы (например, рыба после мойки или вкусового посола, икра после посола, вареное мясо краба, печень и молоки после мойки и др.) являются коллоидными капиллярно-пористыми телами. Влага в таких материалах связана различными силами. Различают связь химическую, физико-химическую и физико-механическую. Классификация форм связи влаги с материалом приведена в табл. 4.1 [52]. Таблица 4.1 Классификация форм связи влаги с материалом Виды связи Характер данной формы связи Условия образования данной формы связи с влагой

Физико-химическая связь Осмотическая связь

Физико-механическая связь Структурная связь Связь смачивания

Избирательная диффузия через полупроницаемую оболочку

Образование геля

Причина, обусловливающая данную форму связи Примеры тел, образующих данную форму связи

Осмотическое давление

Вода захватывается при образовании структуры геля Крабы, креветки, студнеобразующие тела, твердая фаза + вода [84]

Интенсивность (энергия) связи Условия нарушения связи Изменение тела и воды вследствие осуществления данной формы связи с влагой

Рыба, икра, растительные клетки с концентрированным раствором, в которые вода проникает из менее концентрированного раствора-среды [83] Слабая обратимая связь-удерживание Влагоотнятие, образование более концентрированного раствора вне клетки Набухание тела

Механическое удерживание воды, мономолекулярный слой связан адсорбционно Испарение, отжатие влаги давлением, нарушение структуры Тело меняет свои свойства; образуется квазитвердое тело. Происходит иммобилизация воды в структуре. Вода меняет свои свойства

Прилипание воды при непосредственном соприкосновении с поверхностью тела Поверхностное натяжение, характеризуемое углом смачивания θ < 90° Непористые смачиваемые гидрофильные тела

Механическое удерживание воды (слой влаги у поверхности тела связан адсорбционно) Механические способы, испарение Основная масса удержанной воды является свободной и сохраняет свои свойства. Слой воды, связанный адсорбционно, меняет свои основные свойства. Тело сохраняет свои основные свойства и изменяет некоторые в связи с образованием адсорбционно-связанной воды

Физико-химическая связь обусловлена физико-химическими процессами, происходящими при посоле рыбы. Посол рыбы может быть охарактеризован как диффузионно-осмотический процесс, при котором происходит осмос воды из тканей во внешний концентрированный раствор через оболочки клеток, диффузия хлорида натрия из внешнего раствора в ткань и затем распределение хлорида натрия в тканевом соке (рис. 4.1, а) [88]. 87

а

б

Рис. 4.1. Условная схема нарушения связи воды: а – при посоле рыбы (осмотическая связь): 1 – мышечная ткань; б – при варке крабов (структурная связь): 1 – крабовое мясо

Изучая процесс диффузии в жидкостях и газах, наблюдаем, что количество диффундирующего растворенного вещества из слоя с большей концентрацией в слой с меньшей концентрацией прямо пропорционально площади слоя, через который совершается диффузия, продолжительности диффузии и градиенту концентрации. Математически это выражается формулой Q = −D

F (c1 − c2 )βτ , x

(4.1)

где Q – количество растворенного вещества, продиффундировавшего через слой растворителя, кг; D – коэффициент диффузии, зависящий от природы диффундирующего вещества, температуры и вязкости раствора, м2/с (знак «минус» перед правой частью формулы показывает, что изменение концентрации происходит от большей величины к меньшей); F – площадь слоя, м2; τ – продолжительность диффузии, с; х – толщина слоя, м; с1 и с2 – концентрации растворенного вещества на границах слоя, кг/м3. Как известно, при диффундировании хлорида натрия в мышечную ткань рыбы выделяется влага. Часть влаги идет на набухание мышечной ткани, остальная влага скапливается на поверхности (шкуры или среза рыбы). Количество влаги, выделяемой продуктом (рыбой), зависит от плотности тузлука. Процентное содержание влаги определяется так: – для камбалы: W = 15,431 – 0,011 ρ;

(4.2)

W = 72,08 – 0,006 ρ.

(4.3)

– для горбуши: Из литературных данных [47] следует, что коэффициент просаливания (диффузии) D находится в прямо пропорциональной зависимости от температуры. Если коэффициент диффузии увеличивается, то в один и тот же промежуток времени количество соли, проникающей в рыбу, а значит, и количество выделившейся влаги будут тем больше, чем выше температура (табл. 4.2). 88

Таблица 4.2 Влияние температуры на скорость проникновения соли в рыбу Вид рыбы Тихоокеанская сельдь

Температура посола, °С 1 16 20

Содержание соли (в %) при продолжительности посола, сут – 7,10 8,09 11,21 – 8,16 10,22 12,27 6,9 – 10,60 14,20

В силу того что количество выделяемой влаги в единицу времени будет тем больше, чем выше температура посола рыбы, процесс подсушки рыбы после вкусового посола перед панировкой будет сопряжен с дополнительными трудностями. Структурная связь воды характерна для студнеобразных тел. Сырое мясо краба полупрозрачное, имеет студнеобразную консистенцию серовато-синего цвета. После термической обработки мясо краба приобретает белый цвет и уплотненную консистенцию за счет потери влаги. Так, например, сырое мясо краба содержит 82–88% влаги. После 15 мин варки содержание влаги составляет 78–79% , а после 25 мин варки содержание влаги уменьшается на 6–11% (рис. 4.1, б) [84]. На рис. 4.2 показана схема нарушения связи воды. Осмотическая связь воды нарушается при посоле рыбы. При этом происходит выделение влаги, которая удерживается на поверхности рыбы, и имеет место смачивание влаги с продуктом. Осмотическая связь

Посол рыбы, икры, молок и т. д.

Связь смачивания

Структурная связь

Поверхностное удаление влаги

Варка краба, креветок и т. д.

Удаление излишков влаги после мойки и вкусового посола Удаление излишков тузлука после посола икры Удаление влаги после мойки и посола молок Удаление влаги после мойки печени Удаление влаги после мойки вареного мяса краба Удаление влаги после мойки сырой и вареной креветки Рис. 4.2. Схема нарушения связи воды при удалении влаги с продукта гидромеханическим способом

Как и осмотическая связь, структурная связь нарушается при варке крабов. Мясо краба меняет свои свойства, образуется влага. При этом связь влаги и продукта характеризуется как связь смачивания. Для нарушения связи смачивания с целью удаления излишков влаги с продукта применяется гидромеханический способ. 4.2. Характер поведения обрабатываемого сырья на рабочих поверхностях

Поведение обрабатываемого сырья на рабочей поверхности имеет сложный характер. Это прежде всего состояние рабочей поверхности и состояние сырья, расположение сырья на поверхности, коэффициенты, сила трения и др. На рис. 4.3 показано расположение сырья по отношению к рабочей поверхности: 89

а – порционированная рыба, которая при движении рабочей поверхности занимает на ней устойчивое положение при длине кусочков больше их ширины; кусочки могут располагаться как срезом, так и шкурой к рабочей поверхности; б – лососевая икра, отделенная от пленки (форма икринок шарообразная); масса икринок имеет шесть степеней свободы для удаления влаги через макрокапилляры; рабочая поверхность может быть горизонтальной, вертикальной или наклонной; в – печень или молоки, занимающие на рабочей поверхности устойчивое положение, располагаясь по ходу ее вращения, при этом оптимальные размеры сырья (l – длина, b – ширина, t – толщина) следующие: у лососевых молок l > (3–5)b, b > (2–3)t; у печени лососевых l > (1–1,5)b, b > (2–3)t; у печени минтая l > (4–6)b, b > (1–2)t; г – крабовый панцирь (трубки), при смачивании которого на поверхности остается поверхностная влага и в трубках – свободная влага; на рабочей поверхности занимает устойчивое положение, располагаясь по ходу вращения; д – вареное мясо краба, имеющее свободную влагу как на поверхности, так и внутри; для ее отделения используется вращательная рабочая поверхность, при этом устойчивое положение продукта обеспечивается с помощью дополнительных устройств; е – креветки, которые ввиду особенностей своего строения (десятиногие раки с кольчугообразным панцирем) при смачивании удерживают до 50% влаги от своей массы; на рабочей поверхности занимают устойчивое положение, располагаясь спинкой по ходу вращения.

а

б

г

д

в

е

Рис. 4.3. Схема расположения гидробионтов по отношению к рабочей поверхности: 1 – рабочая поверхность

При трении рыбы по рабочей поверхности статистическая сила трения определяется как F = F1 + F2,

(4.4)

где F1 – сила сухого трения, Н; F2 – сила среза адгезионной пленки, Н. Сила сухого трения по закону Амонтона вычисляется по формуле F1 = fN,

(4.5)

где f – коэффициент сухого трения; N – сила нормального давления, Н. Для определения силы среза адгезионной пленки воспользуемся формулой F2 = τS, 90

(4.6)

где τ – напряжение среза пленки, разделяющей контактирующие поверхности, Н/м2; S – площадь фракционного контакта, м2. При постоянной плотности пленки степень соприкосновения продукта с поверхностью материала тем больше, чем больше площадь продукта. При значительной массе продукта на единицу площади сила среза адгезионной пленки практически равна нулю. Исследование кинетических коэффициентов трения проводилось на установке с вращающимся диском, который смачивался водой (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема установки с вращающимся диском для определения кинетического коэффициента трения: D – радиус диска (материал – «пищевой» алюминий), м

Порционированная рыба (лососевые, камбаловые) укладывалась на вращающийся диск срезом к рабочей поверхности. Скорость вращения диска изменялась от 1 до 2 м/с. Центр вращения рыбы D = 0,5 м, а полуоси эллипса (рыба в разрезе) b1 и а1 равны соответственно 0,1 и 0,02 м. Уравнение эллипса имеет вид ( x − 45) 2 y 2 + = 1. 4 100

(4.7)

Выражая координату х через у , получим: ( x − 45) 2 y 2 ( x − 45) 2 100 − y 2 1 = 1− ; = ; x = 45 ± 100 − y 2 . 4 100 4 100 5

(4.8)

Проекция силы трения на ось у определяется по формуле Fу = Fcos α,

(4.9)

dF = fdN = fqdxdy,

(4.10)

элементарная сила трения – как где f – коэффициент трения; dN – элементарная сила нормального давления; q – сила нормального давления, приходящаяся на единицу площади. Проекция суммарной силы трения на ось у определяется следующим интегралом: Fy = fq ∫∫ cos α dxdy; d

91

(4.11)

cos α =

x x

Fy = fq ∫∫

x2 + y2

D

;

x + y2 2

(4.12)

dxdy.

(4.13)

За начало координат принимается центр вращения диска, следовательно, пределы интегрирования по у будут от 0 до 10, а по х – от 100 − y 2 =k 45 − 5 45 +

до

100 − y 2 = k1 . 5

Тогда k1

10

Fy = 2 fq ∫ dy ∫ 0

k

10

x x +y 2

2

dx = 2 fq ∫ x 2 + y 2

k1 k

dy =

0

⎡10 ⎤ 100 − y 2 = 2 fq ⎢ ∫ 2025 + 18 100 − y 2 + + y 2 dy − ⎥ 25 ⎢⎣ 0 ⎥⎦ 10

−∫ 0

⎤ ⎡10 24 2 100 − y 2 2 + y dy ⎥ = 2 fq ⎢ ∫ 2029 + 18 100 − y 2 + y dy − 2025 − 18 100 − y + 25 25 ⎥⎦ ⎣⎢ 0 2

10

− ∫ 2029 − 18 100 − y 2 + 0

24 2 ⎤ y dy ⎥ ; 25 ⎦⎥

(4.14)

24 2 y dy; 25

(4.15)

24 2 y dy . 25

(4.16)

10

I1 = ∫ 2029 + 18 100 − y 2 + 0

10

I 2 = ∫ 2029 − 18 100 − y 2 + 0

Интегралы I1 и I2 не являются табличными. Для их решения воспользуемся методом приближенного вычисления по формуле трапеций: I=

b − a ⎡ z0 + z n ⎤ + ( z1 + z 2 + z3 + L + z n −1 )⎥. ⎢ n ⎣ 2 ⎦

(4.17)

Для I1 z = 2029 + 18 100 − y 2 +

24 2 y . 25

(4.18)

Определив значения z0 – z10 от у = 0 до у10 = 10, вычисляем интервал I1 – он равен 469,46. Аналогично определяем интеграл I2 – он равен 438,21. Проекция суммарной силы трения на ось у составляет: Fу = 2ƒq(469,46 – 438,21) = 2ƒq31,25 = 62,5ƒq. 92

(4.19)

Если бы движение рыбы по отношению к плоскости было прямолинейным, то полная сила трения определилась бы как F = ƒqS = ƒqπab = 3,14 ·10 · 2ƒq = 62,8ƒq,

(4.20)

2

где S – площадь эллипса, м . В этом случае погрешность ε при определении силы трения составит: F − Fy ε= = 0,005 (или 0,5 %). F В действительности эта погрешность еще меньше, так как задача решалась в предположении, что удельное давление равномерно распределено по всей площади фрикционного контакта, тогда как в центре контакта оно будет больше, чем на периферии. Проекцию суммарной силы трения на оси х можно определить следующим образом: Fx = ∫∫ fq sin αdxdy = ∫∫ fq D 2

D 2

47

Fx = fq ∫ dx 43

y x2 + y2

+ 5 4 − ( x − 45 )2

∫

−5 4 − ( x − 45 )

2

y x + y2 2

(4.21)

dxdy;

dy.

(4.22)

Решая этот интеграл, окончательно получим: Fx = 2qF.

(4.23)

Таким образом, проекция силы на ось х составляет 0,04F. Момент МFx, создаваемый силой Fx, будет незначительным в связи с тем, что сила мала, а точка ее приложения находится вблизи от центра эллипса и не может существенно повлиять на результаты замеров [90]. Из табл. 4.3 видно, что при движении кусочков рыбы, имеющих на срезе площадь 0,001 м2 (желтобрюхая, палтусовидная и желтоперая камбалы), коэффициенты трения о поверхность находятся в пределах 0,153–0,177, а для кусочков рыбы, имеющих на срезе площадь 0,002 м2 (нерка, кета, кижуч), коэффициенты трения составляют 0,182–0,195. Таблица 4.3 Коэффициенты трения поверхности среза рыбы при движении по дюралевому диску Вид рыбы Желтобрюхая камбала Палтусовидная камбала Желтоперая камбала Горбуша Нерка Кета Кижуч

a1, × 10–3 м 10÷17 13,5 10÷16,5 13,25 11.5÷18,5 15,0 20÷24,5 22,2 31÷35 33 30÷32,5 31,2 32.5÷33 32,7

b1, × 10–3 м 48,5÷105 76,7 49÷92,5 70,7 49÷95 72 49÷55 52 60÷65 62,5 56÷90 73 64,5÷65 62,7

sср, м2

N, H

F, H

F x, H

ƒ

0,001

0,733

0,129

0,005

0,177

0,0009

0,35

0,081

0,003

0,127

0,001

0,699

0,118

0,004

0,169

0,001

0,765

0,117

0,0046

0,153

0,002

0,812

0,158

0,063

0,195

0,002

0,858

0,156

0,006

0,182

0,002

0,837

0,157

0,0063

0,187

Примечание. Символ а1 = а/2; а1 – малая полуось эллипса, м; а – наибольшая ширина на срезе кусочка рыбы, м; b1 = b/2; b1 – большая полуось эллипса, м; b – наибольшая длина на срезе кусочка рыбы; S – площадь среза кусочка рыбы, м2 (S = πa1b1); N – нормальное давление на поверхности кусочка рыбы, Н; F – полная сила трения, Н; Fx – проекция силы трения на ось х, Н; ƒ – кинетический коэффициент трения.

93

Кинематический коэффициент трения кусочков рыбы по перфорированной поверхности определяли на установке, изображенной на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Установка для определения коэффициентов трения кусочков рыбы по перфорированной поверхности: 1 – перфорированная поверхность; 2 – фланцевый электродвигатель с редуктором; 3 – барабан; 4, 5, 6 – система блоков; 7 – нить; 8 – специальная защепка; 9 – кусочек рыбы; 10 – пружинная пластина; 11 – кронштейн; 12 – индикатор

Установка для определения кинематического коэффициента трения при скорости перемещения кусочка 0,05 м/с представляет собой перфорированную горизонтальную плоскость с сеткой отверстий диаметром 4 × 10–3 м–5 × 10–3 м. К горизонтальной плоскости крепится фланцевый электродвигатель с редуктором. На вал редуктора насажен барабан, на который через систему блоков наматывается нить. Одним концом она крепится к барабану, а другим с помощью специальной защепки – к исследуемому кусочку рыбы. Блок закреплен консольно на пружинной пластине, которая крепится к кронштейну. Пружинная пластина упирается в рычаг индикатора. Перед пуском установки предварительно проводили тарировку индикатора, для чего нагружали блок пружинной пластины грузами различной массы и фиксировали показания индикатора. Подсоленный кусочек рыбы (после мокрого посола) взвешивали, укладывали на перфорированную плоскость и с помощью специальной защепки крепили к нити. При включении электродвигателя кусочек перемещается по перфорированной поверхности (при этом снимали показания индикатора). Затем на кусочек рыбы помещали груз, имитирующий действие прижимной силы, включали установку и снимали показания индикатора. Кинематический коэффициент трения определяли для палтусовидных, желтобрюхих и желтоперых камбал при движении по чешуе, против чешуи и боком. Формулу для определения кинематического коэффициента трения можно представить в следующем виде: F , 2N (1 − ε)η где F – усилие, регистрируемое прибором, Н; N – сила нормального давления (прижимная сила), Н; f =

94

(4.24)

ε – коэффициент проскальзывания нити (0,01); η – коэффициент полезного действия подшипников (0,99). Исследования по определению кинематического коэффициента трения кусочков рыбы по перфорированной поверхности проводили на дефростированной камбале трех видов [31] – палтусовидной, желтоперой и желтобрюхой при плотности тузлука 1149 кг/м2, температуре 15°С и скорости перемещения 0,05 м/с. Зависимость кинематического коэффициента трения от внешней нагрузки представлена на рис. 4.6–4.9. Из графиков видно, что коэффициент трения кусочков палтусовидной камбалы о перфорированную поверхность значительно выше коэффициентов трения кусочков желтоперой и желтобрюхой камбал. f

а б

в

N, Н

Рис. 4.6. Зависимость кинематического коэффициента трения палтусовидных, желтоперых и желтобрюхих камбал от внешней нагрузки при перемещении брюшком вниз (температура 15°С, плотность тузлука 1149 кг/м3, диаметр перфорации 4 × 10–3 м): а – палтусовидная, б – желтоперая, в – желтобрюхая; 1 – движение против чешуи; 2 – движение по чешуе; 3 – движение боком

f

а б N, Н

Рис. 4.7. Зависимость кинематического коэффициента трения желтобрюхих камбал от внешней нагрузки при перемещении брюшком вниз: а – диаметр перфорации 5 × 10–3 м; б – диаметр перфорации 4 × 10–3 м; 1 – движение боком; 2 – движение против чешуи; 3 – движение по чешуе

95

f

а б в N, Н

Рис. 4.8. Зависимость кинематического коэффициента трения палтусовидных, желтоперых и желтобрюхих камбал от внешней нагрузки при перемещении спинкой вниз (диаметр перфорации 4 × 10–3 м, температура 15°С, плотность тузлука 1149 кг/м3): а – палтусовидная, б – желтоперая, в – желтобрюхая; 1 – движение боком; 2 – движение против чешуи; 3 – движение по чешуе

f

а

б N, Н

Рис. 4.9. Зависимость кинематического коэффициента трения желтобрюхих камбал от внешней нагрузки при перемещении спинкой вниз: а – диаметр перфорации 4 × 10–3 м, б – диаметр перфорации 5 × 10–3 м; 1 – движение против чешуи; 2 – движение боком; 3 – движение по чешуе

Так, для палтусовидной камбалы коэффициент трения изменяется в пределах от 1 до 0,5, для желтоперой – от 0,7 до 0,4, для желтобрюхой – от 0,4 до 0,2. Для этих видов рыб определялось изменение коэффициентов трения в зависимости от перемещения кусочков рыбы по перфорированной поверхности спинкой вниз или брюшком вниз. Величина кинематического коэффициента трения в интервале внешних нагрузок от 1 до 3 Н при перемещении кусочков рыбы брюшком вниз выше, чем при перемещении спинкой вниз. В проводимых экспериментах по определению кинематического коэффициента трения кусочки рыбы перемещались по перфорированной поверхности по чешуе, против чешуи и боком. Во всех указанных случаях величина коэффициента трения изменялась незначительно. Зависимости кинематического коэффициента трения от внешней нагрузки для желтобрюхих камбал представлены на рис. 4.6–4.9. 96

Представленная зависимость показывает, что с увеличением внешней нагрузки величина кинематического коэффициента трения уменьшается (табл. 4.4). Наиболее интенсивное снижение коэффициента трения наблюдается в интервале внешних нагрузок от 1 до 4 Н. Таблица 4.4 Кинематический коэффициент трения желтобрюхих камбал при плотности тузлука 1149 кг/м3, температуре 15ºС, диаметре отверстий 4 × 10–3 м и скорости перемещения 0,05 м/с Нагрузка (прижимная сила) N, Н

Коэффициент трения (среднее значение) при перемещении рыбы брюшком вниз спинкой вниз по чешуе

против чешуи

боком

по чешуе

против чешуи

боком

Масса кусочка, кг

0,278 0,211 0,198 0,192 0,198 0,201

0,232 0,207 0,196 0,190 0,181 0,198

0,0783 0,0782 0,0777 0,0773 0,0768 0,0762

0,327 0,254 0,261 0,277 0,282 0,277

0,278 0,289 0,311 0,298 0,309 0,311

0,0787 0,0785 0,0784 0,0784 0,0783 0,0782

–3

0 2 4 6 8 10

0,425 0,317 0,262 0,249 0,232 0,222

0,575 0,267 0,239 0,222 0,217 0,203

0 2 4 6 8 10

0,398 0,319 0,311 0,282 0,285 0,309

0,329 0,296 0,294 0,295 0,268 0,253

Перфорация, d = 4 × 10 м 0,339 0,349 0,253 0,291 0,243 0,264 0,204 0,245 0,201 0,236 0,186 0,231 Перфорация, d = 5 × 10–3 м 0,317 0,434 0,294 0,388 0,298 0,360 0,277 0,346 0,266 0,347 0,255 0,386

Влияние диаметра отверстий перфорированной поверхности на кинематический коэффициент трения для желтобрюхих камбал представлено на рис. 4.7, 4.9, а также в табл. 4.4. Проведенные эксперименты показали, что при диаметре отверстий перфорированной поверхности, равном 4 мм и менее, происходит забивание отверстий мышечной тканью рыбы, что препятствует удалению свободной влаги с поверхности рыбы. Наиболее рациональным является диаметр отверстий, равный 5 мм. Увеличение диаметра отверстий приводит к значительному возрастанию кинематического коэффициента трения и измельчению кусочков о грани фасок отверстий. Так как обработка рыбы ведется при температуре от 15 до 18ºС с использованием солевого раствора концентрацией 18–22%, то определение кинематического коэффициента трения проводилось также при температуре 18ºС и плотности тузлука 1139 кг/м3. В табл. 4.5 даны значения коэффициентов трения желтобрюхих камбал при плотности тузлука 1139 кг/м3 и температуре 18ºС. На рис. 4.10 показана зависимость кинематического коэффициента трения от внешней нагрузки при перемещении кусочков рыбы спинкой и брюшком вниз. Таблица 4.5 Кинематический коэффициент трения желтобрюхих камбал при плотности тузлука 1139 кг/м3, температуре 18ºС, диаметре отверстий 4 × 10–3 м и скорости перемещения 0,05 м/с Нагрузка (прижимная сила) N, Н 0 2 4 6 8 10

Коэффициент трения (среднее значение) при перемещении спинкой вниз брюшком вниз по чешуе против чешуи боком по чешуе против чешуи 0,500 0,482 0,464 0,601 0,654 0,278 0,233 0,243 0,283 0,274 0,214 0,168 0,207 0,219 0,200 0,194 0,154 0,177 0,198 0,182 0,186 0,150 0,162 0,191 0,164 0,188 0,123 0,154 0,170 0,143

97

боком 0,558 0,248 0,206 0,172 0,163 0,135

Масса кусочка, кг 0,0515 0,0513 0,0513 0,0512 0,0510 0,0504

f

N, Н а f

N, Н б Рис. 4.10. Зависимость кинематического коэффициента трения желтобрюхих камбал от внешней нагрузки при перемещении: а – брюшком вниз, б – спинкой вниз (диаметр перфорации 4 × 10–3 м); 1 – движение по чешуе; 2 – движение против чешуи; 3 – движение боком

Как видим из рис. 4.10, при внешней нагрузке 2 Н и выше коэффициенты трения незначительно отличаются от коэффициентов трения, определенных при температуре 15°С и плотности тузлука 1149 кг/м3. В результате исследований определены коэффициенты трения кусочков камбалы трех видов по перфорированной поверхности и установлено, что наибольший коэффициент трения имеет желтоперая камбала. Найден оптимальный диаметр отверстий перфорированной поверхности, равный 5 мм. Выявлена зависимость изменения кинематического коэффициента трения от величины внешних нагрузок, действующих на кусочек рыбы. Установлено, что положение кусочка рыбы при перемещении его по перфорированной поверхности (по чешуе, против чешуи или боком) незначительно влияет на величину коэффициента трения. Экспериментально установлено, что зависимость коэффициента трения от прижимной силы для пары трения кожа рыбы – «пищевой» алюминий следующая: для терпуга fср = 0,7N–0,1, для палтусовидной камбалы fcp = 0,71N–0,276, для желтоперой камбалы fср = 0,52N–0,19, для желтобрюхой камбалы fср = 0,29N–0,17.

98

4.3. Силы, преобладающие в разрыве связи воды с продуктами переработки гидробионтов

Продукты переработки гидробионтов (кусочки рыбы, молоки, печень, икра, крабы, креветки и др.) после мойки, вкусового посола или термической обработки на поверхности ( и не только на поверхности) имеют определенное количество влаги. Значительную часть этой влаги можно удалить механическим способом: встряхиванием, сжатием тела и воздушным обдувом. Эти способы удаления влаги с поверхности продукта комплексно решаются при применении центробежного поля, действие которого условно можно разделить на три периода. Первый период. Продукт, попадая в зону действия центробежного поля, приобретает скорость вращения вогнутой криволинейной поверхности, которая во много раз больше скорости перемещения продукта до попадания его в зону действия центробежных сил. Пленка влаги (поверхностная влага) удерживается на продукте силами поверхностного натяжения, которое определяется выражением σ = F/П, (4.25) где σ – поверхностное натяжение, Н/м; F – сила поверхностного натяжения, Н; П – периметр смоченной поверхности, м. Отсюда силу поверхностного натяжения выразим зависимостью F= σП. (4.26) Кусочки продукта с центром массы в точке А, попадая на вращающуюся поверхность, под действием нормальной составляющей силы Fн приобретают нормальное ускорение ω2r или v2/r, т. е. имеет место равенство Fн = mω2r, или Fн = mv2/r, (4.27) где Fн – нормальная сила инерции, Н; m – масса кусочка продукта, кг; v – линейная скорость вращающегося кусочка продукта, м/с; r – радиус кривизны поверхности, м; ω – угловая скорость, рад/с. Если сила Fн > F, то разрушаются внутренние связи влаги, находящейся на поверхности кусочков продукта. В табл. 4.6, 4.7 и на рис. 4.11 показаны сила натяжения F и сила разрушения Fн, возникающие при удалении излишней влаги с поверхности крабовых конечностей и молок после их мойки. Таблица 4.6 Силы натяжения и разрушения связи влаги при ее удалении с панциря краба, (поверхностное натяжение воды σв = 72 800 Н/м, радиус барабана r = 0,5 м) Пк, м 0,139 0,159 0,179 0,199 0,299 0,310 0,320

F, Н Fн, Н (формула 4.26) (формула 4.27) 10 119,2 > 43,0 11 575,2 > 946,5 13 031,2 > 2339,6 14 538,1 > 6300,1 21 789,0 > 11 829,1 22 568,0 < 22 716,5 23 296,0 < 34 784,6

m, × 10–3 кг

n, 1/с

v, м/с

v2, м/с2

20 30 40 50 60 80 90

20 40 60 80 100 120 140

32,8 125,6 188,4 251,2 314,0 376,8 439,6

1075,8 15 775,4 35 494,6 63 001,0 98 576,0 141 978,3 193 248,2

Примечание. Смоченный периметр Пк ≈ 2π 2(a12 + b12 ) + 2l ; a1 и b1 – полуоси эллипса; l – длина плечевого сустава крабовой конечности; m – масса крабовой конечности; n – частота вращения барабана; v = πDn – линейная скорость; D – диаметр барабана.

99

Таблица 4.7 Силы натяжения и разрушения влаги при ее удалении с поверхности молок после мойки (поверхностное натяжение воды σв = 72 800 Н/м, радиус барабана r = 0,5 м) F, H Fн, Н (формула 4.26) (формула 4.27) 12 303,2 > 296,6 14 632,8 > 1306,2 17 472,0 > 4745,2 21 548,8 > 13 369,6 27 008,8 < 34 756,3 35 744,8 < 58 244,9 38 511,2 < 118 883,1

Пм, м 0,169 0,201 0,240 0,296 0,371 0,491 0,529

m, × 10–3 кг

n, 1/с

ω, рад/с

ω2, рад/с

9,4 18,4 37,6 67,8 122,4 150,7 235,5

40 60 80 100 120 140 160

251,2 376,8 302,4 628,0 753,6 879,2 1004,8

63 101,4 141 978,2 252 405,7 394 384,0 567 912,9 772 992,6 1 009 623,4

Примечание. Смоченный периметр Пм ≈ π 2(a12 + b12 ) + 2l ; a1 и b1 – полуоси эллипса; l – длина молок; m – масса молок; n – частота вращения ротора; ω = 2πn – угловая скорость. F, кН F, кН

m, × 10–3 кг

m, × 10–3 кг

а

б

Рис. 4.11. Силы натяжения и разрушения связи воды при ее удалении с поверхности: а – панциря краба после мойки; б – молок после их мойки

Как видно из графика (рис. 4.11), сила натяжения при смоченном периметре 0,2993 м равна 21 789 Н. При этом сила разрушения при массе 60 × 10–3 кг (mк ~ Пк) составляет 11 829 Н, причем F > Fн. При таком соотношении сил связи влаги с продуктом не нарушаются. При увеличении смоченного периметра и массы крабовых конечностей возрастают сила натяжения F и сила разрушения Fн, пересекаясь в некоторой точке. Далее соотношение сил меняется: сила натяжения при Пк = 0,310 м составляет 22 568 Н, а сила разрушения – 22 716 Н при массе продукта 80 × 10–3 кг (Пк ~ mк). В дальнейшем при отделении влаги происходит нарушение связи влаги с продуктом, т. е. Fн > F. На рис. 4.11, б изображены кривые силы натяжения F и силы разрушения связи воды с продуктом Fн. При смоченном периметре молок, равном 0,371 м (Пм ~ mм), сила натяжения составляет 27 008,8 Н. При этом сила разрушения при массе 122,4 × 10–3 кг (mм ~ Пм) будет равна 34 756,3 Н. В данном случае Fн > F – происходит нарушение связи влаги с продуктом. В табл. 4.8, 4.9 и на рис. 4.12 показаны сила натяжения F и сила разрушения Fн, возникающие при удалении тузлука с поверхности кусочков рыбы и икры после посола. 100

Таблица 4.8 Силы натяжения и разрушения связи влаги при ее удалении с поверхности рыбы (поверхностное натяжение тузлука σ т = 75 500 Н/м, плотность тузлука ρ = 1490 кг/м3, радиус барабана r = 0,5 м) F, H Fн, H (формула 4.26) (формула 4.27) 24 160 > 1971,9 27 180 > 6635,2 30 200 > 15 775,3 33 220 > 30 811,2 36 240 < 53 241,8 39 260 < 84 546,0 42 280 < 126 202,8

Пр, м 0,32 0,36 0,40 0,44 0,48 0,52 0,56

m, кг

n, 1/с

ω, рад/с

ω2, рад/с

0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040

100 150 200 250 300 350 400

628 942 1256 1570 1884 2198 2512

394 384 887 364 1 577 536 2 464 900 3 549 456 4 831 204 6 310 144

Примечание. Смоченный периметр Пр = 4(a + b + h); a, b, h – соответственно длина, ширина и толщина кусочка рыбы; m – масса кусочка рыбы; n – частота вращения барабана; ω = 2πn – угловая скорость. Таблица 4.9 Силы натяжения и разрушения связи тузлука при его удалении с поверхности икры (поверхностное натяжение тузлука σт = 75 500 Н/м, плотность тузлука ρ = 1200 кг/м–3, радиус барабана r = 0,5 м) dи , × 10–3м 1 2 3 4 5 6 7

П и, м 0,00628 0,01258 0,01884 0,02512 0,03140 0,03768 0,04396

F, H Fн, H (формула 4.26) (формула 4.27) 474,1 > 0,49 948,3 > 15,80 1422,4 > 119,30 1896,5 > 506,10 2370,7 > 1547,90 2844,8 < 3861,80 3318,9 < 8309,60

m, × 10–4 кг

n, 1/c

ω, рад/с

ω2, рад/с

0,00628 0,0502 0,168 0,401 0,785 1,360 2,150

200 400 600 800 1000 1200 1400

1256 2512 3768 5024 6280 7536 8792

1 577 536 6 310 144 14 197 824 25 240 576 39 438 400 56 791 296 77 299 264

Примечание. Символ dи – диаметр икринок; смоченный периметр Пи = 2πdи = 6,28 dи; m – масса икринки (m = vиρ = 0,524dи3ρ = 628,8d 3); n – частота вращения барабана; ω = 6,28n – угловая скорость. F, кН

F, кН

Fн

Fн F

F m, × 10–4 кг

m, кг а

б

Рис. 4.12. Силы натяжения и разрушения связи тузлука при его удалении с поверхности: а – кусочков рыбы после вкусового посола; б – икры после посола

101

Из графика (рис. 4.12, а) видно, что сила натяжения F и сила разрушения связи тузлука с продуктом (с кусочками рыбы) Fн в некоторой точке А пересекаются. До точки А связь тузлука с продуктом устойчивая, так как преобладает сила поверхностного натяжения. После точки А преобладает сила разрушения связи тузлука с продуктом, т. е. Fн > F. На рис. 4.12, б изображены кривые силы натяжения F и силы разрушения связи тузлука с икрой Fн. При смоченном периметре икры 0,03140 м (Пи ~ mи) сила натяжения F составляет 2370,7 Н. При этом сила разрушения Fн при массе 0,785 × 10–4 кг (mи ~ Пи) будет равна 1547,9 Н, т. е. F > Fн. После пересечения кривых F и Fн в точке А сила разрушения связи тузлука с продуктом возрастает, а сила поверхностного натяжения теряет свою значимость, т. е. Fн > F. Такое соотношение сил натяжения и сил разрушения связи приводит к нарушению целостности продукта (икры, молок, кусочков рыбы). Второй период характерен интенсивным обдувом воздухом с постоянной скоростью, проникновением его в капилляры продукта, т. е. механической подсушкой кусочков продукта. Скорость сушки выражается уравнением L=

dv = 0,0745(vγ ) 0,8 ( Pн − Pп ), Fdt

(4.28)

где ν – скорость движения воздуха, м/с; γ – удельный вес воздуха, Н/м; Рн – упругость насыщенного пара влаги (тузлука, воды), Н/м2; Рп – парциальное давление пара теплоносителя, Н/м2. Упругость насыщенного пара и парциальное давление определяются следующими уравнениями: Рн =

ХнР , 0,622

(4.29)

где Х н – влагосодержание воздуха на поверхности подсушенного продукта, кг/кг; Р – атмосферное давление, 760 мм рт. ст.; Рп =

ХпР , 0,622

(4.30)

где Х п – влагосодержание в воздухе над высушенным продуктом, кг/кг. Однако прежде чем переходить к интенсивной подсушке продукта, необходимо удалить с его поверхности капельную влагу. На рис. 4.13 и в табл. 4.10 показана сила ветровой нагрузки при удалении излишней влаги с продукта, на поверхности которого находится капельная влага после его мойки или вкусового посола, при скорости движения продукта 1,0; 0,5; 0,05 м/с. Как видно из графиков (рис. 4.13), кривая 3 силы ветровой нагрузки при скорости 0,05 м/с пересекается с кривой 4 силы поверхностного натяжения. До пересечения этих кривых происходит отрыв капель с поверхности продукта. Далее, после пересечения кривых 3 и 4, возрастает сила поверхностного натяжения, что препятствует отрыву капель. Сила ветровой нагрузки (кривые 1, 2) больше силы поверхностного натяжения воды (тузлука), поэтому при скорости 1,0 и 0,5 м/с и диаметре капель влаги от 1 × 10–3 до 5 × 10–3 м будет происходить отрыв капель с поверхности продукта. Следовательно, с увеличением линейной скорости продукта увеличивается интенсивность обдува его воздухом, что способствует ускорению процесса подсушки.

102

F, кН

F, кН

d, × 10–3 кг а

б

d, × 10–3 кг

Рис. 4.13. Сила ветровой нагрузки при удалении излишней влаги с продукта: а – продукт, смоченный водой, б – продукт, смоченный тузлуком; 1 – при ν = 1,0 м/с; 2 – при ν = 0,5 м/с; 3 – при ν = 0,05 м/с; 4 – сила поверхностного натяжения воды (а) и тузлука (б)

Таблица 4.10 Сила ветровой нагрузки, способствующая срыву капель остаточной влаги с продукта (икры, кусочков рыбы, молок и др.) d, × 10–3 м

П, × 10–3 м

S, × 10–3 м

1

3,14 ~ 0,785

2

6,28 ~ 1,57

3

9,48 ~ 2,35

4

12,56 ~ 3,14

5

15,70 ~ 3,92

v, м/с 1,0 0,5 0,05 1,0 0,5 0,05 1,0 0,5 0,05 1,0 0,5 0,05 1,0 0,5 0,05

Fв , Н 228,5 457,2 685,7 914,3 1142,6

Fвн, Н < 822 929,0 > < 205 732,2 > < 2057,3 > < 411 484,9 > < 102 866,2 > < 1028,6 > < 274 893,6 > < 68 723,4 > < 687,2 < < 205 732,5 > < 51 433,1 > > 514,3 < < 164 795,9 > < 41 198,9 > > 411,9 <

Fт, Н 237,1 474,1 715,7 948,3 1185,4

Примечание. Символ d – диаметр капель; П – периметр капли (П = πd = 3,14d); S – площадь капли (S = πd2/4 = 0,785d2); Fвн – сила ветровой нагрузки (Fвн = ν2ρ/2S; ρ = 1,293 кг/м3 – плотность воздуха при 760 мм рт. ст); ν – скорость движения продукта, на поверхности которого капельная влага; σв = 72 800 Н/м – поверхностное натяжение воды; σт = 75 500 Н/м – поверхностное натяжение тузлука.

Третий период. С увеличением частоты вращения горизонтального перфорированного барабана, внутри которого находится продукт, центробежная сила может увеличиться настолько, что продукт прижмется к внутренней поверхности и будет вращаться вместе с ней. При этом продукт будет испытывать пульсирующую нагрузку (рис. 4.14), способствующую удалению свободной влаги. 103

Рис. 4.14. Характер нагрузок в барабане при удалении излишней влаги с продукта: а – горизонтальный барабан; б – пульсирующая нагрузка; в – вертикальный барабан; г – равномерная нагрузка; д – конический барабан; е – возрастающая нагрузка

При использовании вертикального перфорированного барабана для удаления влаги с продукта последний не испытывает при его вращении пульсирующей нагрузки, а удаление свободной влаги происходит за счет разрушения внутренней связи влаги с продуктом согласно формулам (4.26), (4.27) и рис. 4.14, в, г. При отделении излишков влаги в коническом вертикальном перфорированном барабане на продукт, находящийся в барабане, действует центробежная сила, причем ее величина тем больше, чем больше угол конусности. Удаление влаги происходит в результате разрушения связи влаги, находящейся на поверхности продукта. При этом чем больше конусность барабана, тем интенсивнее происходит удаление влаги согласно формулам (4.26), (4.27) и рис. 4.14, д, е. При перемещении продукта по криволинейной поверхности происходит потеря свободной влаги. Это движение рассматривается при определенных условиях, а именно: – продукт движется по ограниченной криволинейной поверхности; – радиус криволинейной поверхности – величина постоянная, т. е. r = const; – ось продукта в поперечном сечении совпадает с касательной к траектории центра ее массы; – криволинейная поверхность однородна, коэффициент трения продукта о поверхность считаем величиной постоянной (f = сonst); – сила, движущая продукт, приложена к центру его массы; – поверхность, по которой движется продукт, условно сухая. Траекторией точки постоянной массы будет плоская кривая. Уравнения движения продукта получаем, спроектировав силы на нормальную и касательную оси (рис. 4.15) [8]: v2 v2 ; m = R − P cos ϕ , r r

(4.31)

dv dv ; m = F − Fтр − P sin ϕ, dt dt

(4.32)

ΣFн = m ΣFτ = m

где R – нормальная сила реакции поверхности, Н; Р – вес продукта, Н; m – масса продукта, кг; ν – скорость движения продукта, м/с; r – радиус криволинейной поверхности, м; F – сила, движущая продукт, Н; 104

Fтр – сила трения продукта о поверхность, Н; γ – угол, определяющий положение продукта, град. Так как ν = const, то dv/dt = 0. Следовательно: F – Fтр – Рsinφ = 0.

(4.33)

Рис. 4.15. Схема распределения сил, действующих на продукт при его движении по вогнутой поверхности

Из уравнения (4.31) находим нормальную силу реакции поверхности: R=m

v2 + P cos ϕ. r

(4.34)

Из уравнения (4.33) находим силу, движущую продукт по вогнутой криволинейной поверхности: F = Fтp = p sin φ.

(4.35)

Fтp = fR,

(4.36)

Но где f – коэффициент трения движения. Следовательно, подставляя выражения (4.34) и (4.36) в уравнение (4.35) и сделав преобразование, запишем: v2 F = fm + P (sin ϕ + f cos ϕ). r

(4.37)

Уравнение (4.37) определяет силу, движущую продукт по вогнутой криволинейной поверхности. Эта сила направлена по линии, проходящей (в поперечном сечении) через центр массы продукта в сторону движения. Когда продукт попадает на вогнутую криволинейную поверхность и движется по ней, то со стороны продукта на поверхность действует сила N, равная силе реакции согласно формуле (4.34). Следовательно, v2 N = m + P cos ϕ, r

(4.38)

где N – сила, прижимающая продукт к вогнутой криволинейной поверхности (прижимная сила), Н. 105

В уравнении (4.38) первое слагаемое есть центробежная сила инерции, определяемая как Fн = m

v2 r

(4.39)

и являющаяся функцией двух переменных: Fн = ψ1(m; v). Второе слагаемое уравнения (4.38) есть сила нормального давления N = P cos φ, которая также является функцией двух переменных: N1 = ψ2(m; φ). Следовательно, прижимная сила – функция трех переменных: N = ψ(m; v; φ).

(4.40)

4.4. Удаление остаточной влаги с кусочков рыбы перед панировкой

Исследование процесса подсушки кусочков рыбы с целью удаления остаточной влаги перед панировкой проводили на экспериментальной установке (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Экспериментальная установка для удаления излишней влаги с кусочков рыбы: 1 – перфорированный барабан; 2 – опоры; 3 – загрузочно-разгрузочный люк; 4 – шкив привода

Установка состоит из горизонтального перфорированного барабана, вращающегося от электродвигателя через вариатор и клиноременную передачу. Диаметр отверстий перфораций в барабане составляет 5 × 10–3 м. Частота вращения барабана изменяется в пределах 1,4 – 2,0 с–1. Скорость вращения барабана подбиралась таким образом, чтобы прижимная сила способствовала отделению влаги. На рис. 4.17 и в табл. 4.11 показан характер действия прижимной силы на продукт. Из рисунка видно, что при линейной скорости продукта 2,25 м/с Fп1 составляет 1,01 Н; при v = 2,75 м/с Fп2 равна 1,51 Н; при v = 3,25 м/с Fп3 равна 2,11 Н; Fп = ψ1(m; v). При постоянных массе, скорости и радиусе вращения величина Fп будет постоянной, а прижимная сила N увеличивается или уменьшается за счет N1 = ψ2(m; φ). На графике показана кривая прижимной силы, построенная относительно линии центробежной силы инерции Fп2 = 1,51 Н. При φ = 0° прижимная сила максимальная: она выжимает влагу с поверхностных капилляров. При φ = 180° прижимная сила минимальная: внутренняя влага перемещается на поверхность, кусочек рыбы «дышит». Допустим, что кривая прижимной силы будет построена относительно линии центробежной силы инерции Fп1 = 1,01 Н. Тогда при φ = 180° прижимная сила составит 0,01 Н, т. е. практически она будет отсутствовать и кусочки рыбы массой m > 0,1 кг не будут прижаты к стенке барабана (они будут падать). 106

φ

N, Н

Рис. 4.17. График зависимости прижимной силы от угла поворота барабана

Таблица 4.11 Зависимость прижимной силы от угла поворота барабана при m = 0,1 кг и r = 0,5 м Функции угла φ, град cos 0 cos 30 cos 60 cos 90 –sin (90 + 30) –cos (180 – 150) –cos 180

Значения функций 1 √3/2 1/2 0 –1/2 –√3/2 –1

N1 = P cos φ 1,00 0,86 0,50 0,00 –0,50 –0,86 –1,00

v = 2,25 м/с 2,01 1,87 0,51 1,01 0,51 0,15 0,01

N = Fn + N1 v = 2,75 м/с 2,51 2,37 2,01 1,51 1,01 0,64 0,51

v = 3,25 м/с 3,11 2,97 2,61 2,11 1,61 1,25 1,11

Кусочки рыбы после мокрого посола поштучно подавались во вращающийся барабан. В барабане под действием прижимной силы согласно формуле (4.38) происходило удаление влаги с поверхности кусочков рыбы. Влага через перфорацию удалялась из барабана центрифуги. Порционированные кусочки рыбы подсаливали в растворе хлористого натрия в течение 6 мин. Температура раствора поддерживалась от 13 до 18°С, а концентрация изменялась в пределах от 19 до 22%. Кусочки рыбы взвешивали с точностью до 1 × 10–3 кг, подсаливали, снова взвешивали, затем направляли в экспериментальную установку для подсушки, после чего взвешивали. Масса кусочков рыбы при проведении экспериментов колебалась в преде107

лах от 40 × 10–3 до 100 × 10–3 кг. Исследования проводили на свежей и дефростированной рыбе (камбала, палтус, голец, треска, горбуша и др.). Исследовали интенсивность процесса подсушки кусочков рыбы в зависимости от вида рыбы, ее состояния (свежая, дефростированная), концентрации тузлука при посоле и скорости вращения перфорированного барабана. На рис. 4.18 представлен график зависимости потери влаги кусочками рыбы от действия прижимной силы. Наибольшее удаление влаги при действии прижимной силы наблюдается у дефростированной рыбы, наименьшее – у свежей. Причем количество свободной влаги, выделяемой кусочками рыбы, зависит от породы рыбы. W, %

N, Н

Рис. 4.18. График зависимости потери влаги рыбой от действия прижимной силы: 1 – терпуг дефростированный; 2 – камбала дефростированная; 3 – терпуг свежий

Зависимость обезвоживания (W, %) рыбы от прижимной силы в горизонтальном барабане выражается формулой W = 0,345 + 0,203N.

(4.41)

Влияние концентрации тузлука при посоле кусочков рыбы перед центрифугированием на степень потери влаги трех видов камбалы представлено на рис. 4.19–4.23 и в табл. 4.12–4.16. W, %

Концентрация тузлука, % Рис. 4.19. Потеря влаги кусочками свежей белобрюхой (1), палтусовидной (2) и желтобрюхой (3) камбал в зависимости от концентрации тузлука при линейной скорости вращающегося кусочка v = 2,576 м/с

108

W, %

Концентрация тузлука, % Рис. 4.20. Потеря влаги кусочками свежей белобрюхой (а) и желтобрюхой (б) камбал в зависимости от концентрации тузлука и линейной скорости вращающегося кусочка: 1 – линейная скорость v = 2,476 м/с; 2 – линейная скорость v = 2,543 м/с W, %

Концентрация тузлука, % Рис. 4.21. Потери влаги кусочками свежей (б) и дефростированной (а) желтобрюхой камбалы в зависимости от концентрации тузлука и линейной скорости вращающегося кусочка: 1 – линейная скорость v = 2,476 м/с; 2 – линейная скорость v = 2,543 м/с W, %

Концентрация тузлука, % Рис. 4.22. Потеря влаги белобрюхими свежими (а) и дефростированными (б) камбалами в зависимости от концентрации тузлука и линейной скорости вращения при центрифугировании: 1 – линейная скорость v = 2,476 м/с; 2 – линейная скорость v = 2,543 м/с

109

W, %

а

б

ν, м/с

Рис. 4.23. Потеря влаги кусочками свежей белобрюхой (а) и желтобрюхой (б) камбал в зависимости от линейной скорости вращающегося кусочка: 1 – посол в 19%-ном тузлуке; 2 – посол в 22%-ном тузлуке Таблица 4.12 Потеря влаги свежей палтусовидной камбалой в зависимости от концентрации тузлука при линейной скорости вращающегося кусочка рыбы v = 2,476 м/с, температуре среды 13°С и времени центрифугирования 15 с Среднее значение

Концентрация тузлука, %

Подсушка, % (среднее значение)

Масса условно сухого кусочка mс, × 10–3 кг

Масса кусочка после посола mп, × 10–3 кг

19 20 21

2,128 1,98 2,28

53,594 39,039 39,055

53,897 39,340 39,628

Масса кусочка после центрифугирования, mк, × 10–3 кг 52,750 33,579 38,720

Таблица 4.13 Потеря влаги дефростированной белобрюхой камбалой в зависимости от изменения линейной скорости вращающегося кусочка рыбы и процентной концентрации тузлука при температуре среды 13°С и времени центрифугирования 15 с Линейная скорость вращающегося кусочка, м/с 2,476 2,476 2,476 2,476 2,543 2,543 2,543 2,543

Концентрация тузлука, % 19 20 21 22 19 20 21 22

Масса условно сухого кусочка mc, × 10–3 кг 43,106 50,810 51,979 39,652 48,953 26,965 48,546 45,964

Среднее значение Масса кусочка Масса кусочка Подсушка, после посола после центрифуги% mп, × 10–3 кг рования mк, × 10–3 кг 43,481 42,359 2,4 51,932 50,409 2,93 52,267 51,148 2,14 40,427 39,175 3,09 41,568 40,101 3,53 28,057 27,002 3,75 49,305 47,575 3,508 46,795 44,880 4,093

110

Таблица 4.14 Потеря влаги свежей палтусовидной камбалой в зависимости от изменения линейной скорости вращающегося кусочка рыбы и процентной концентрации тузлука при температуре среды 13°С и времени центрифугирования 15 с Линейная скорость вращающегося кусочка, м/с 2,476 2.543 2,610 2,476 2,543 2,610 2,476 2,543 2,610

Среднее значение Концентрация тузлука, % 19 19 19 20 20 20 21 21 21

Масса условно сухого кусочка mс, × 10–3 кг

Масса кусочка после посола mп, × 10–3 кг

Масса кусочка после центрифугирования mк, × 10–3 кг

Подсушка, %

62,596 53,306 60,597 50,345 46,944 61,519 63,610 47,863 57,387

64,139 54,382 61,642 51,021 47,991 62,594 64,136 48,714 58,507

62,019 52,126 58,906 50,040 46,660 60,956 62,334 46,967 56,731

3,304 4,320 4,460 1,920 2,770 2,616 2,809 3,586 3,035 Таблица 4.15

Потеря влаги дефростированной желтобрюхой камбалой в зависимости от изменения линейной скорости вращающегося кусочка рыбы и процентной концентрации тузлука при температура среды 13°С и времени центрифугирования 15 с Линейная Конценскорость трация тузвращающегося лука, % кусочка, м/с 2,476 19 2,476 20 2,476 21 2,476 22 2,543 19 2,543 20 2,543 21 2,543 22

Масса условно сухого кусочка mc, × 10–3 кг 49,030 47,274 40,266 48,888 40,214 35,861 39,593 38,908

Среднее значение Масса кусочка Масса кусочка после после посола центрифугирования mп, × 10–3 кг mк, × 10–3кг 49,827 48,867 47,725 46,411 40,711 39,780 49,717 48,504 40,442 39,113 36,103 35,140 40,245 38,807 39,879 38,474

Подсушка, % 1,925 2,75 2,285 2,438 3,285 2,660 3,574 3,508 Таблица 4.16

Потери влаги свежей рыбой в зависимости от изменения линейной скорости вращения кусочка рыбы при температуре среды 13°С, времени центрифугирования 15 с и концентрации тузлука 20% Линейная Среднее значение скорость Масса условно сухого Масса кусочка после Масса кусочка после центри- Подсушка, вращающегося фугирования mк, × 10–3 кг % кусочка mс, × 10–3 кг посола mп, × 10–3 кг кусочка, м/с Голец 2,464 67,085 68,991 67,504 2,15 2,490 70,030 72,029 70,512 2,11 2,531 61,931 65,570 62,777 4,26 Палтус 2,464 62,699 63,186 62,369 1,26 2,460 54,420 54,926 53,961 1,76 2,531 78,867 79,454 78,081 1,72 2,572 65,655 66,145 64,836 1,97 Треска 2,407 55,394 57,517 56,263 2,18 2,470 69,037 71,648 69,828 2,54 2,516 65,029 68,057 65,397 3,90

111

На рис. 4.19 характер кривых показывает, что наименьшая потеря влаги кусочками камбалы наблюдается при 20%-ной концентрации тузлука, наиболее интенсивная потеря влаги кусочками свежей камбалы – при 19%-ной концентрации тузлука (рис. 4.20). Характер кривых потери влаги сохраняется с увеличением линейной скорости от v = 2,476 м/с до v = 2,543 м/с. Но при линейной скорости v = 2,543 м/с потери влаги как белобрюхими, так и желтобрюхими камбалами выше потерь влаги этими породами рыб, чем при линейной скорости v = 2,476 м/с. На рис. 4.21 и 4.22 представлены сравнительные характеристики потери влаги свежими и дефростированными белобрюхими и желтобрюхими камбалами. Из приведенных графиков видно, что потери влаги дефростированными камбалами значительно выше потерь влаги свежими камбалами этих пород. Так, у дефростированной желтобрюхой камбалы потери влаги на 30%, а у дефростированной белобрюхой – на 15% больше потери влаги свежими камбалами. Эксперименты по определению зависимости потери влаги кусочками камбалы от частоты вращения барабана показали, что с увеличением частоты вращения потеря влаги увеличивается. В исследуемом диапазоне линейных скоростей от 2,4 до 2,6 м/с потеря влаги кусочками камбалы всех видов превышает 1,5% от массы кусочков (рис. 4.23). Для свежих рыб, таких как голец, палтус и треска (рис. 4. 24, табл. 4.16), подсоленных в 20%-ном растворе тузлука, характерно увеличение потери влаги рыбой с увеличением частоты вращения барабана. W, %

ν, м/с

Рис. 4.24. Потеря влаги палтусом, гольцом, треской в зависимости от линейной скорости при 20%-ной концентрации тузлука: 1 – голец; 2 – треска; 3 – палтус

Наиболее равномерная отдача влаги при центрифугировании наблюдается у кусочков палтуса и трески, подсоленных в 20%-ном растворе тузлука. Резкое увеличение потери влаги наблюдается у кусочков гольца при линейной скорости, которая выше 2,53 м/с. Из сравнения кривых потери влаги свежими кусочками рыбы при линейной скорости v = 2,54 м/с потеря влаги для камбалы всех видов и палтуса находится в пределах требований технологических инструкций, т. е. не менее 1,5%. Для гольца и трески наиболее оптимальной является линейная скорость v = 2,476 м/с. Для кусочков дефростированной горбуши, подсоленных в 21%-ном растворе тузлука, потери влаги приведены в табл. 4.17. Наиболее оптимальной является линейная скорость v = 2,54 м/с, так как при более высоких скоростях наблюдается выдавливание отдельных кусочков рыбы через перфорацию барабана в результате действия прижимной силы. 112

Таблица 4.17 Потеря влаги дефростированной горбушей Линейная скорость кусочка, м/с Масса подсоленных кусочков, кг 2,54 2,61

1990 1260

Среднее значение Масса кусочков после центрифугирования, кг 1930 1212

Потеря влаги (подсушка), % 3,02 3,81

Зависимость обезвоживания (в %) кусочков рыбы от времени (в с) их нахождения в барабане определяется выражением W = 0,264 = 0,085t.

(4.42)

Зависимость обезвоживания (в %) от диаметра перфорации выражается при N = 2H – W = 0,22d 0,748. Зависимость обезвоживания (в %) от линейной скорости (в м/с) движения рыбы в барабане определяется: – для желтобрюхой камбалы W = –4,332 + 2,649v; – для горбуши W = –21,048 + 9,721v. Для приближения работы установки к условиям консервного производства кусочки рыбы направлялись в барабан потоком в течение определенного времени, соответствующего скорости технологического процесса, т. е. подсушка осуществлялась согласно требованиям технологической инструкции. В результате исследования процесса подсушки кусочков рыбы перед панировкой методом центрифугирования установлено, что подсушка кусочков рыбы в центробежном поле позволяет ускорить процесс и улучшить качество подсушки. 4.5. Удаление излишней влаги (сока) из вареного крабового мяса

Отделение влаги из вареного крабового мяса производилось на горизонтальной центрифуге (рис. 4.14, а, б). Пульсирующая прижимная сила, действующая на кусочек вареного крабового мяса, определялась при скорости вращения перфорированного барабана ν = 3,0 м/с, массах кусочка 20 × 10–3 и 40 × 10–3 кг (рис. 4.25 и табл. 4.18).

N, Н Рис. 4.25. График зависимости прижимной силы от угла поворота барабана при удалении излишков влаги из вареного крабового мяса: F20 ~ m = 20 × 10–3 кг; F40 ~ m = 40 × 10–3 кг

113

Как видим из рис. 4.25, прижимная сила находится в прямой зависимости от массы кусочка. Так, при массе кусочка 20 × 10–3 кг она меньше, чем при массе 40 × 10–3 кг, т. е. F20 < F40. Кривая пульсирующей прижимной силы при массе кусочка 20 × 10–3 кг и при температуре 0° достигает N = 0,92 H; при температуре 90° N = F20, а затем с изменением угла вращения барабана (от 0 до 360°) прижимная сила изменяется по синусоидальной кривой. При массе кусочка вареного крабового мяса 40 × 10–3 кг и скорости вращения барабана ν = 3,0 м/с кривая пульсирующей прижимной силы аналогична кривой пульсирующей прижимной силы при массе кусочка 20 × 10–3 кг, т. е. она также имеет синусоидальный характер. Исследование по определению потерь влаги кусочками вареного крабового мяса проводилось на горизонтальной центрифуге. Для экспериментов брали навеску массой 20–40 кг, которую помещали в перфорированный барабан с диаметром перфорации d = 2 × 10–3 м и при скорости вращения барабана ν = 3,0 м/с и ν = 4,0 м/с, продолжительности вращения барабана 30 и 60 с производили отделение влаги (табл. 4.18). Таблица 4.18 Прижимная сила при скорости вращения барабана ν > 1,0 м/с, угле поворота барабана φ = 0–360° и массе кусочка мяса краба m = 20–40 × 10–3 кг (длине кусочка мяса краба 40–60 × 10–3 м) ν, м/с 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Fп = mν2/r 20 × 10–3 кг 0,08 0,18 0,32 0,50 0,72 0,98 1,28

40 × 10–3 кг 0,16 0,36 0,64 1,00 1,44 1,96 2,56

Значение функций φ 1 √3/2 1/2 0 –1/2 –√3/2 –1

ν = 3,0 м/с N1 = P cos φ N = Fп + N1 20 × 10–3 кг 40 × 10–3 кг 20 × 10–3 кг 40 × 10–3 кг 0,20 0,40 0,92 1,84 0,17 0,35 0,89 1,79 0,10 0,20 0,82 1,64 0,00 0,00 0,72 1,44 –0,10 –0,20 0,62 1,24 –0,17 –0,35 0,55 1,09 –0,20 –0,40 0,52 1,04

Расчет потерь влаги проводили по формуле W=

M − M1 100, M

(4.43)

где W – потеря влаги при центрифугировании, %; М – масса навески до центрифугирования, кг; М1 – масса навески после центрифугирования, кг. В табл. 4.19 приведены экспериментальные данные потери влаги кусочками вареного крабового мяса при центрифугировании в зависимости от времени и скорости вращения перфорированного барабана. Таблица 4.19 Потеря влаги кусочками вареного крабового мяса при центрифугировании в зависимости от продолжительности и скорости вращения барабана d = 2 × 10–3 м, t = 18°C, τ = 60 с при ν = 4,0 м/с М, кг М1, кг W, % 1 2 3 21,0 15,2 27,6 21,1 15,0 28,9 21,9 16,7 23,7 22,2 15,6 29,7 23,0 18,0 21,7 23,7 16,9 28,7 24,4 17,6 27,9

d = 2 × 10–3 м, t = 18°C, τ = 30 с при ν = 3,0 м/с M', кг M'1, кг W', % 4 5 6 15,7 15,46 1,5 12,4 12,09 2,5 16,6 16,34 1,6 14,87 14,59 1,9 9,61 9,14 4,9 10,5 10,0 4,8 11,3 10,89 3,6

114

Окончание табл. 4.19 1 24,8 25,5 30,6 31,1 32,1 33,2 34,8 36,0 39,4

2 19,7 19,3 23,1 24,2 26,2 26,6 27,7 28,9 31,6

3 20,6 24,3 24,5 22,2 18,4 19,9 20,4 19,7 19,8

4 10,37 12,8 26,36 27,55 28,43 10,51 20,1 13,72 17,21

5 9,91 12,1 25,76 26,91 27,74 9,51 18,9 12,74 16,19

6 4,4 5,5 2,3 2,3 2,4 9,5 6,0 7,2 5,9

На рис. 4.26 графически показана потеря влаги вареным крабовым мясом при центрифугировании. Как видно из рисунка, кривая потери влаги при скорости вращения барабана 4,0 м/с и продолжительности нахождения продукта в барабане 60 с показывает, что при меньшей навеске продукта количество отделенной влаги больше. W, %

W, %

М, кг а

М', кг б

Рис. 4.26. Потеря влаги вареным крабовым мясом при центрифугировании: а – при τ = 60 с и ν = 4,0 м/с; б – при τ = 30 с и ν = 3,0 м/с

Так, при массе продукта в барабане 20 кг количество отделенной влаги составляет 27,6%, при массе 25,5 кг – 24,3%, при массе 32,0 кг – 18,4%. Отсюда следует, что тенденция к снижению отделяемой влаги зависит от массы загружаемого в барабан продукта. На рис. 4.26 (б) показана кривая потери влаги продуктом в процессе центрифугирования при скорости вращения барабана 3,0 м/с и времени нахождения продукта в барабане 30 с. Из рисунка видно, что процент отделенной влаги тем меньше, чем меньше скорость и время центрифугирования. При массе навески 25,0 кг процент отделенной влаги составил в первом случае 24,3% (рис. 4.26, а), во втором случае – 2,3% (рис. 4.26, б). Соответственно при навеске 31 кг процент отделенной влаги составил 22,2% (рис. 4.26, а) и 2,4% (рис. 4.26, б). Отсюда следует, что на количество отделенной влаги влияют скорость и время центрифугирования, а также масса загружаемого продукта. Отделяемая из вареного крабового мяса влага (сок) может быть использована как вторичное сырье, так как содержит переходящие из мышечной ткани белок, жир, макрои микроэлементы (табл. 4.20). В мясе краба обнаружен комплекс витаминов группы В, макро- и микроэлементы: калий, кобальт, кадмий, медь, цинк, марганец. При проведении исследований определялось количество отделенного сока на килограмм вареного крабового мяса. 115

Таблица 4.20 Химический состав сырой мышечной ткани краба, % Вид мышечной ткани

Вода

Белок

Жир

Толстое мясо Тонкое мясо Коленце Розочка Абдомен Клешня правая

81,6 82,2 82,5 81,3 80,9 79,1

15,8 15,3 15,1 16,1 16,1 18,3

0,5 0,6 0,6 0,5 0,6 0,5

Минеральные вещества 2,0 1,8 1,8 2,0 1,9 2,0

В табл. 4.21 показаны результаты отделения сока (влаги) из вареного крабового мяса методом центрифугирования при скорости вращения барабана ν = 4,0 м/с, времени τ = 60 с; при ν = 3,0 м/с, τ = 30 с. Таблица 4.21 Результаты отделения сока (влаги) из вареного крабового мяса методом центрифугирования M, кг 21,0 21,1 21,9 22,2 23,0 23,7 24,4 24,8 25,5 30,6 31,1 32,1 33,2 34,8 36,0 39,4

При τ = 60 с, ν = 4,0 м/с m, кг L, кг/кг 5,8 0,276 6,1 0,289 5,2 0,237 6,6 0,297 5,8 0,217 6,8 0,282 6,8 0,279 5,1 0,206 6,2 0,243 7,5 0,245 6,9 0,222 5,9 0,184 6,6 0,199 7,1 0,204 7,1 0,197 7,8 0,198

M', кг 9,61 10,37 10,50 10,51 11,30 12,40 12,80 13,72 14,87 15,70 16,60 17,21 20,10 26,36 27,55 28,43

При τ = 30 с, ν = 3,0 м/с m', кг 0,47 0,46 0,50 1,00 0,41 0,31 0,70 0,98 0,28 0,24 0,26 1,02 1,20 0,60 0,64 0,69

L', кг/кг 0,049 0,044 0,048 0,095 0,036 0,025 0,055 0,072 0,019 0,015 0,016 0,059 0,060 0,023 0,023 0,024

Примечание. Символ М – масса вареного крабового мяса до центрифугирования, кг; m – масса отделенного сока, кг; L – количество отделенного сока на килограмм вареного крабового мяса, кг/кг.

На рис. 4.27 показаны кривые соотношения количества отделяемого сока на килограмм вареного крабового мяса (m ~ M). L', кг/кг

L, кг/кг

m, кг а

m', кг б

Рис. 4.27. График соотношения количества отделенного сока на килограмм вареного крабового мяса: (m ~ M:) а – при τ = 60 с и ν = 4,0 м/с; б – при τ = 30 с и ν = 3,0 м/с

116

Из рис. 4.27 видно, что при таком расположении наблюдаемых значений пар величин явно выражена положительная корреляция между массой отделенного сока (m ~ M) и количеством сока на килограмм вареного крабового мяса. При исследовании было определено, что содержание белка в соке составляет 2,3–5,6% (ν = 4,0 м/с, τ = 60 с) и 1,1–1,7% (ν = 3,0 м/с, τ = 30 с). Соки, богатые белком, макро- и микроэлементами, можно использовать как добавки в кулинарном производстве или в качестве ароматизаторов в производстве рыбных консервов. Экспериментальные образцы консервов из бланшированной трески, ароматизированные крабовым соком, имеют высокие органолептические показатели. 4.6. Удаление влаги с поверхности креветок и крабового панциря после их мойки

При вращении продукта с постоянной массой в горизонтальной плоскости, ограниченной окружностью (рис. 4.14, в, г), на продукт будет действовать прижимная сила согласно уравнению (4.38). Если центробежная сила инерции перпендикулярна силе продукта, т. е. F ┴ P, тогда cos 90° = 0, a N1 = P cos φ, при этом вторая составляющая прижимной силы будет равна 0, а прижимная сила N = F, т. е. N =F =m

v2 , r

(4.44)

где m – масса продукта, кг; v – окружная скорость продукта, м/с; r – радиус вращения продукта, м. При массовом движении продукта первая частица продукта, находящаяся у вращающейся поверхности перфорированного барабана, будет прижиматься к ней с силой, равной сумме прижимных сил всех частиц, стоящих ближе к центру вращения (рис. 4.28), т. е. N = F1 + F2 + F3 + ... + Fn–1 + Fn,

(4.45)

v12 – центробежная сила инерции частицы, враr щающейся у поверхности барабана; v2 F2 = m2 2 – центробежная сила инерции частицы, r −d отстоящей от поверхности барабана на диаметр частицы; v32 F3 = m3 – центробежная сила инерции частиr − 2d цы, отстоящей от поверхности барабана на два диаметра частицы; vn2 Fn = mn – центробежная сила инерции часr − (n − 1)d Рис. 4.28. Схема к расчету тицы, отстоящей от поверхности барабана на n диаметров прижимной силы при частицы. центрифугировании продукта в вертикальном барабане: Подставим значение ν2 = ω2r2 в уравнение (4.44) и поОО1 – ось вращения; лученное выражение F = mω2r подставим в уравнение n – частота вращения (4.45), которое затем будет иметь вид где F1 = m

2

2

2

N = m1ω r + m2ω (r – d) + m3ω (r – 2d) + … + mnω2[r – d(n – 1)]. 117

(4.46)

барабана; h – образующая барабана; r – радиус барабана

Учитывая, что угловая скорость ω барабана и начальный радиус вращения продукта r – величины постоянные для данного режима работы центрифуги, то, сделав преобразование уравнения (4.46), получим формулу для определения прижимной силы любой частицы продукта, вращающейся в горизонтальной плоскости вертикального цилиндрического барабана: n

N = mω2 ∑ [ r0 + d (i − 1)],

(4.47)

i =1

где ω – угловая скорость частицы продукта, рад/с; m – масса частицы продукта, кг; r – начальный радиус вращения продукта, м; d – приведенный диаметр продукта, м; I = 1, 2, 3, ..., n – 1, n. В вертикально расположенный вращающийся барабан продукт поступает в верхнюю часть. Если Р > N, то продукт проходит в барабане вдоль образующей и выгружается в нижней части. Следовательно, продукт на выходе будет испытывать большее давление, чем продукт, вошедший в барабан. Если в барабане по длине образующей находится Z частиц продукта, то нижняя частица будет испытывать следующее давление: T=

zP , S

(4.48)

где z – число частиц продукта, находящихся в барабане вдоль образующей; Р – сила веса частицы продукта, Н; S – площадь частицы продукта по Миделю, м2. πd 2 Подставляя в выражение (4.48) значение S = , получим: 4 T=

4 zP , πd 2

(4.49)

где Т – давление на частицу продукта, находящуюся на выходе барабана, Па; d – приведенный диаметр частицы продукта, м. На рис. 4.29 показан график заW, % висимости количества отделяемой влаги с сырых креветок от частоты вращения барабана. Из графика видно, что при изменении частоты вращения барабана от 5,0 до 11,6 1/с количество отделяемой влаги возрастает от 1,7 до 5,3%. Далее количество отделяемой влаги резко увеличивается и в интервале 11,6–15,0 1/с возрастает на 9,8–13,0%. Затем на отрезке, соответствующем 15,0–16,6 1/с, наблюдается тенденция выравнивания кривой паn, 1/с раллельно линии абсцисс. Исследования процесса отделения влаги проводились на сырых и ваРис. 4.29. График зависимости количества реных креветках (табл. 4.22). Вариаотделенной влаги с сырых креветок цию проведения исследования от частоты вращения барабана определяли по структурной формуле при продолжительности центрифугирования: 1 – 90 с; 2 – 60 с; 3 – 30 с (рис. 4.30), где in – вариация частоты вращения барабана (при n = 5,0; 8,3; 118

11,6; 16,6 1/c, in = 1, 2, 3, 4, 5); iτ – вариация продолжительности центрифугирования (при τ = 30 с; 60 с; 90 с; iτ = 1, 2, 3); im – вариация изменения массы продукта (im = 1, 2, 3, 4, 5, 6). Средняя масса креветок определялась экспериментальным путем и составила 20 × 10–3 кг. Следовательно, в одном килограмме содержится 50 особей. Таблица 4.22 Удаление влаги после мойки сырых креветок методом центрифугирования Частота вращения барабана, 1/с 5,0 8,3 11,6 15,0 16,6

Время центрифугирования, с 60 90 Средняя масса креветки отделенной креветки отделенной креветки отделенной до обработки, кг влаги, кг до обработки, кг влаги, кг до обработки, кг влаги, кг 6,123 1,010 5,875 0,994 5,716 0,942 5,700 1,020 5,820 1,040 6,591 1,261 5,685 1,032 5,650 1,173 5,511 1,225 5,911 1,844 5,743 1,840 5,695 1,809 6,050 1,940 5,550 1,858 5,711 1,899 30

На рис. 4.31 показан график зависимости отделенной влаги после варки креветок от продолжительности центрифугирования при разной частоте вращения барабана. W, %

1n

in

1τ

1m

iτ

iτim

iniτ

iniτim τ, с

Рис. 4.30. Структурная формула процесса отделения влаги

Рис. 4.31. График зависимости отделенной влаги после варки креветок от продолжительности центрифугирования при частоте вращения барабана: 1 – 5,0 1/с; 2 – 8,3 1/с; 3 – 11,6 1/с; 4 – 15,0 1/с; 5 – 16,6 1/с

Следует отметить, что процент отделенной влаги с вареных креветок при частоте вращения барабана 5,0 1/с и продолжительности центрифугирования 30, 60 и 90 с отличается незначительно. Однако стоит заметить, что при увеличении частоты вращения барабана от 8,3 1/с и продолжительности центрифугирования 30 с возрастает процент отделенной влаги от первоначального на 3,5; 9,6; 14,9; 16,1. Также наблюдается увеличение процента отделенной влаги с увеличением частоты вращения барабана при про119

должительности центрифугирования креветок 60 и 90 с (табл. 4.23). Таблица 4.23 Удаление влаги после варки креветок методом центрифугирования Время центрифугирования, с 30 60 90

Параметры М, кг М1, кг W, % М, кг М1, кг W, % М, кг М1, кг W, %

5,0 6,273 5,813 7,33 6,250 5,725 8,40 6,308 5,745 8,92

Частота вращения барабана, 1/с 8,3 11,6 15,0 5,625 6,140 5,860 5,015 5,097 4,557 10,84 16,98 22,23 5,860 5,832 6,145 5,167 4,773 4,778 11,82 18,13 22,24 6,525 5,435 6,098 5,633 4,465 4,622 13,67 17,84 24,20

16,6 5,307 4,062 23,45 5,518 3,923 29,91 5,710 4,288 24,90

Примечание. Символ М – средняя масса креветок до обработки, кг; М1 – средняя масса креветок после обработки, кг; W – процент отделенной влаги.

На рис. 4.32 показан график зависимости отделенной влаги от массы сырых креветок и креветок после варки при различной продолжительности центрифугирования (30, 60 и 90 с). W, %

М, кг

Рис. 4.32. График зависимости отделенной влаги от массы сырых (а) и вареных (б) креветок, находящихся в барабане при центрифугировании

Как видно из графика, с увеличением массы продукта в барабане процент отделенной влаги возрастает. Так, при массе продукта 1,0 кг отделившаяся влага составляет в среднем для сырой креветки 3,06%, для вареной креветки – 2,01%. При массе продукта в барабане 6,0 кг процент отделившейся влаги в среднем составляет для сырых креветок 120

18,38 (рис. 4.32, а), для вареных – 11,87 (рис. 4.32, б). Более низкий процент влагоотделения у вареных креветок по сравнению с сырыми при одних и тех же режимах центрифугирования объясняется тем, что панцирь креветки в результате термической обработки приобретает выраженные гидрофобные свойства (табл. 4.24). Таблица 4.24 Удаление влаги после мойки сырых креветок и после их варки при частоте вращения барабана n = 8,3 1/с Масса креветок до обработки, кг 1 2 3 4 5 6

Сырые креветки Влагоотделение, % Время центрифугирования, с 30 60 90 2,98 3,03 3,18 5,96 6,06 6,36 8,94 9,09 9,54 11,92 12,12 12,72 14,90 15,15 15,90 17,88 18,18 19,08

Вареные креветки Влагоотделение, % Время центрифугирования, с 30 60 90 1,80 1,97 2,27 3,60 3,94 4,54 5,40 5,91 6,81 7,20 7,88 9,08 9,00 9,85 11,35 10,80 11,82 13,62

Отделение влаги с панциря краба после выбивки из него мяса и последующей мойки. При проведении исследований навеску крабового панциря массой от 2,840 до 3,371 кг помещали в вертикальный перфорированный барабан центрифуги и обрабатывали в первом случае в течение 60 с, а во втором – в течение 90 с. На рис. 4.33 показан график зависимости отделенной влаги с панциря краба после мойки от частоты вращения барабана. W, %

n, 1/с

Рис. 4.33. График зависимости отделенной влаги с панциря краба после мойки от частоты вращения барабана при продолжительности центрифугирования: 1 – 60 с; 2 – 90 с

Как видим из графика, характер кривых, отражающих результаты влагоотделения, показывает, что продолжительность центрифугирования на влагоотделение влияет незначительно. В основном процесс влагоотделения зависит от частоты вращения барабана. Так, при частоте вращения барабана 5,0 1/с процент отделенной влаги за 60 с составил 16,46, а за 90 с – 15,47, в то время как при частоте вращения барабана 16,16 1/с 121

процент отделенной влаги за 60 с составил 31,99, а за 90 с – 33,02 (табл. 4.25). Таблица 4.25 Удаление влаги с панциря краба после мойки с предварительной выбивкой из него мяса Частота вращения барабана, 1/с 5,0 8,3 11,6 15,0 16,6

Время центрифугирования (60 с) Время центрифугирования (90 с) M, кг m, кг W, % M, кг m, кг W, % Средние значения 3,068 0,505 16,4 3,037 0,470 15,47 2,850 0,510 17,89 2,745 0,520 18,94 2,840 0,510 17,95 3,277 0,586 17,88 3,125 0,922 29,50 3,371 0,930 27,58 3,032 0,970 31,99 2,922 0,965 33,02

Примечание. Символ М – средняя масса панциря краба, помещенного в барабан после мойки, кг; m – количество отделенной влаги, кг; W – процент отделенной влаги.

Влияние частоты вращения барабана на количество отделенной влаги объясняется тем, что основная масса влаги находится на внутренней поверхности крабового панциря, а наружная его поверхность, так же как и панцирь креветки после варки, обладает гидрофобными свойствами. 4.7. Удаление остаточной влаги с печени и молок рыб после мойки

При подсушке печени и молок рыб после мойки удаляется влага, которая задерживается на их поверхности. Пользуясь классификацией форм связи влаги с материалом (табл. 4.1), определяем, что между влагой и продуктом (печенью и молоками) существует физикомеханическая связь. Причем по характеру форма связи относится к связи смачивания, а для нарушения связи с учетом того, что продукт быстропортящийся, целесообразно выбрать механический способ с использованием центробежного поля. Напряженность поля центробежных сил, создаваемого в центрифуге, характеризуется фактором разделения [64]: ω2 r Φ= , g

(4.50)

где ω – угловая скорость вращения ротора (барабана), рад/с; r – радиус ротора, м; g – ускорение силы тяжести, м/с2. По формуле (4.50) определяется фактор разделения для центрифуги с цилиндрическим ротором, однако для конического ротора (рис. 4.14, д, е) выражение (4.50) несколько видоизменяется: Фк = Фн + ΔФ,

(4.51)

где Фк – фактор разделения для ротора с большим радиусом; Фн – фактор разделения для ротора с меньшим радиусом; ΔФ – приращение фактора разделения. Установлено, что чем больше фактор разделения, тем больше разделяющая способность центрифуги. Однако для центрифуги с цилиндрическим ротором для увеличения фактора разделения необходимо увеличить или радиус ротора, или частоту его вращения. Для центрифуги с коническим ротором при постоянной частоте вращения на единицу длины образующей происходит увеличение числа фактора разделения. При центрифугировании следует учитывать напряженность поля центробежных 122

сил (прижимной силы), влияющих на сохранение целостности продукта. Исходя из этого проводились исследования молок и печени лососевых рыб и трески по определению напряжения на разрыв (табл. 4.26). Таблица 4.26 Предельное напряжение на разрыв печени и молок рыб Молоки Fн, H 5,94 5,61 4,87 4,96 5,05 4,87 – 5,94 5,286

Печень σм, кПа 29,70 28,05 24,35 24,80 25,25 24,35 – 29,70 26,43

Fн, H 5,13 5,25 4,35 5,31 5,75 4,35 – 5,75 5,158

σп, кПа 25,65 26,25 21,75 26,55 28,75 21,75 – 28,75 25,79

Примечание. Символ Fн – предельное усилие нагружения, Н; σп, σм – предельное напряжение соответственно на разрыв печени и молок, Па (числитель – предельное значение, знаменатель – среднее значение).

На рис. 4.34 показан график зависимости прижимной силы от частоты вращения ротора при центрифугировании печени и молок рыб. Как видно из графика, при максимальном радиусе ротора 0,15 и 0,50 м и изменении частоты вращения от 1,66 до 2,50 1/с прижимная сила увеличивается незначительно и равна для печени соответсвенно 3,697 и 12,324 Н, для молок – 7,394 и 24,649 Н. Затем прижимная сила резко возрастает и при радиусе 0,15 м и частоте вращения ротора 11,6 1/с достигает для печени – 79,602 Н, для молок – 159,204 Н (табл. 4.27, 4.28). N, Н

n, 1/с

Рис. 4.34. График зависимости прижимной силы от частоты вращения ротора для печени (1 – при r = 0,15 м, 3 – при r = 0,50 м) и для молок (2 – при r = 0,15 м; 4 – при r = 0,50 м)

123

Таблица 4.27 Значения прижимной силы и напряжения, испытываемого печенью рыб при центрифугировании, при максимальном радиусе ротора 0,15 и 0,50 м и средней массе (одного экземпляра) печени 0,1 кг ω2, рад/с

n, 1/c

27,17 61,62 108,94 170,62 246,49 985,96 2716,91 5306,83

0,83 1,25 1,66 2,08 2,50 5,00 8,30 11,60

N, H rmax = 0,15 0.407 0.924 1,634 2,559 3,697 14,789 40,754 79,602

σ, Па rmax = 0,50 1,358 3,081 5,447 8,531 12,324 49,298 135,845 265,341

rmax = 0,15 0,485 110,00 194,52 304,64 440,12 1760,59 4851,54 9476,42

rmax = 0,50 161,66 366,78 648,45 1015,59 1467,14 5868,80 16 172,02 31 588,21

Таблица 4.28 Значения прижимной силы и напряжения, испытываемого молоками рыб при центрифугировании, при максимальном радиусе ротора 0,15 и 0,50 м и средней массе молок (одного экземпляра) 0,2 кг n, 1/c

ω2, рад/с

0,83 1,25 1,66 2,08 2,50 5,00 8,30 11,60

27,17 61,62 108,94 170,62 246,49 985,96 2716,91 5306,83

N, H rmax = 0,15 0,817 1,848 3,268 5,118 7,394 29,578 81,507 159,204

σ, Па rmax = 0,50 2,717 6,162 10,894 17,062 24,649 98,596 271,691 530,683

rmax = 0,15 136,2 308,0 544,6 853,0 1233,3 4926,6 13 584,5 26 534,0

rmax = 0,50 452,8 1027,0 1815,6 2843,6 4108,2 16 432,6 45 281,8 –

Примечание. Символ n – частота вращения ротора; ω – угловая скорость ротора; N – прижимная сила; σ – напряжение, испытываемое продуктом при центрифугировании.

На рис. 4.35 показан график зависимости предельного напряжения от прижимной силы при центрифугировании печени и молок. Из графика видно, что кривая 3 напряжения для печени площадью 8,4 × 10–3 м2 при максимальном радиусе ротора 0,50 м пересекает линию предельного напряжения, кривые 1 и 2 напряжения для молок площадью 6 × 10–3 м2 при максимальном радиусе ротора 0,15 и 0,50 м также пересекают линию предельного напряжения σп и σм. Отсюда следует, что при достижении кривыми 1, 2, 3 предельного напряжения σп = 25,79 кПа и σм = 26,43 кПа будет происходить механическое повреждение продукта (печени и молок) при центрифугировании (табл. 4.27, 4.28). Для исследований использовали экспериментальную установку с коническим перфорированным ротором. Эксперименты проводили по следующей схеме (рис. 4.36): печень или молоки промывали, укладывали в лоток, взвешивали, а затем загружали в конический ротор. В процессе вращения ротора с установленной частотой на печень или молоки действует прижимная сила, в результате действия которой с поверхности печени или молок удаляется влага смачивания. После центрифугирования печень или 124

молоки направляли на взвешивание, а также взвешивали отделенную влагу. σ, кПа

σМ = 26,43 кПа σn = 25,79 кПа

N, Н

Рис. 4.35. График зависимости напряжения от прижимной силы для печени (4 – при r = 0,15 м; 3 – при r = 0,50 м) и для молок (2 – при r = 0,15 м, 1 – при r = 0,50 м)

МОЙКА

УКЛАДКА

ВЗВЕШИВАНИЕ

Центрифугирование

Рис. 4.36. Схема процесса экспериментальных исследований

В процессе центрифугирования устанавливали частоту вращения конического ротора 0,83; 1,25; 1,66; 2,08 и 2,50 1/с; продолжительность центрифугирования печени или молок составляла 30, 60, 90, 120 и 150 с, а масса разовой загрузки сырья – от 2,965 до 5,530 кг. Результаты исследований сведены в табл. 4.29–4.32, по данным которых построе125

ны графики зависимости отделенной влаги от частоты вращения ротора и продолжительности центрифугирования. Таблица 4.29 Количество отделенной влаги в процессе центрифугирования печени лососевой после ее мойки, × 10–3 кг Время центрифугирования, с 30 60 90 120 150

Частота вращения ротора центрифуги, 1/с 0,83

1,25

1,66

2,08

2,50

70 – 100 85 120 – 150 135 155 – 175 165 160 – 190 175 230 – 250 240

90 – 120 105 110 – 130 120 135 – 165 150 200 – 225 212 210 – 265 237

110 – 125 117 230 – 245 237 240 – 255 247 240 – 260 250 260 – 280 270

170 – 200 185 230 – 260 245 250 – 290 270 270 –310 290 300 – 350 325

210 – 290 250 305 – 315 310 300 – 360 330 310 – 370 340 310 – 390 350

Примечание. В числителе – предельные значения, в знаменателе – средние величины. Таблица 4.30 Количество отделенной влаги в процессе центрифугирования печени тресковой после ее мойки, × 10–3 кг Время центрифугирования, с 30 60 90 120 150

Частота вращения ротора центрифуги, 1/с 0,83

1,25

1,66

2,08

2,50

50 – 75 62 90 – 110 100 135 – 145 140 140 – 185 162 200 – 230 215

70 – 95 82 95 – 115 105 115 – 155 135 180 – 210 195 200 – 260 230

100 – 110 105 210 – 230 220 220 – 235 227 230 – 340 235 240 – 270 255

155 – 195 175 200 – 240 220 230 – 260 245 250 – 280 265 290 – 310 300

190 – 265 227 290 – 300 295 290 – 340 315 300 – 350 325 310 – 360 335

Примечание. В числителе – предельные значения, в знаменателе – средние значения. Таблица 4.31 Количество отделенной влаги в процессе центрифугирования печени тресковой и лососевой при частоте вращения ротора 0,83 и 2,50 1/с Время центрифугирования, с 30 60 90 120 150

Частота вращения ротора, 1/с Печень тресковая Печень лососевая 0,83 2,50 0,83 2,50 0,013 0,048 0,026 0,044 1,37 4,89 2,64 4,45 0,023 0,067 0,038 0,055 2,33 6,71 3,87 5,58 0,031 0,073 0,050 0,059 3,19 7,33 5,03 5,97 0,036 0,077 0,053 0,065 3,60 7,74 5,32 6,54 0,044 0,080 0,065 0,074 4,48 8,07 6,58 7,45

126

Примечание. В числителе – масса отделенной влаги на 1 кг сырья, кг/кг; в знаменателе – процент отделенной влаги от массы обрабатываемого сырья. Таблица 4.32 Количество отделенной влаги в процессе центрифугирования лососевых молок после их мойки, кг Время центрифугирования, с 30 60 90 120 150

0,83 0,030 – 0,062 0,046 0,054 – 0,098 0,076 0,101 – 0,127 0,114 0,131 – 0,175 0,153 0,191 – 0,210 0,200

Частота вращения ротора, 1/с 1,25 1,66 2,08 0,040 – 0,073 0,081 – 0,095 0,123 – 0,168 0,056 0,088 0,145 0,082 – 0,105 0,184 – 0,203 0,188 – 0,217 0,093 0,193 0,202 0,094 – 0,120 0,197 – 0,215 0,199 – 0,229 0,107 0,206 0,214 0,137 – 0,151 0,202 – 0,229 0,210 – 0,257 0,144 0,215 0,233 0,187 – 0,244 0,217 – 0,241 0,212 – 0,251 0,215 0,229 0,231

2,50 0,158 – 0,191 0,174 0,182 – 0,213 0,197 0,199 – 0,236 0,218 0,201 – 0,289 0,245 0,235 – 0,290 0,262

Примечание. В числителе – предельные значения; в знаменателе – средние значения.

На рис. 4.37 показан график зависимости количества отделенной влаги после мойки лососевой печени от частоты вращения ротора. m, × 10–3 кг

n, 1/с

Рис. 4.37. График зависимости количества отделенной влаги после мойки лососевой печени от частоты вращения ротора: 1 – при τ = 30 с; 2 – при τ = 60 с; 3 – при τ = 90 с; 4 – при τ = 120 с; 5 – при τ = 150 с

Из графика видно, что при частоте вращения ротора 0,83 1/с за 30 с центрифугирования количество отделенной влаги в среднем составило 85 × 10–3 кг, а за 150 с центрифугирования при той же частоте вращения ротора – 240 × 10–3 кг. При частоте вращения ротора 1,25 1/с за 30 с центрифугирования количество отделенной влаги в среднем составило 237 × 10–3 кг. Затем с увеличением частоты вращения ротора и времени центрифугирования влагоотделение возрастает. На рис. 4.38 показан график зависимости количества отделенной влаги после мойки тресковой печени от продолжительности центрифугирования. Из графика видно, что при продолжительности центрифугирования 30 с и частоте вращения ротора 0,83 1/с количество отделенной влаги в среднем составило 62 × 10–3 кг, т. е. на 27,1% меньше, чем у лососевой печени. При частоте вращения ротора 1,25 1/с и том же времени цен127

трифугирования количество отделенной влаги у тресковой печени меньше, чем у лососевой, на 22%. При продолжительности центрифугирования 150 с и частоте вращения ротора 0,83 и 1,25 1/с количество отделенной влаги у тресковой печени меньше, чем у лососевой, соответственно на 10,4 и на 3,0%. m, × 10–3 кг

τ, с Рис. 4.38. График зависимости количества отделенной влаги после мойки тресковой печени от продолжительности центрифугирования: 1 – при n = 0,83 1/с; 2 – при n = 1,25 1/с; 3 – при n = 1,66 1/c; 4 – при n = 2,08 1/c; 5 – при n = 2,50 1/c

На рис. 4.39 представлен график зависимости количества отделенной влаги на 1 кг обрабатываемой печени от продолжительности центрифугирования. Как видно из графика, с увеличением продолжительности центрифугирования выход влаги с 1 кг печени увеличивается. Это объясняется главным образом тем, что в загружаемой на обработку печени влага содержится не только на поверхности куска, но и в толще массы между кусками. Влага, находящаяся между кусками печени, при центрифугировании стремится к поверхности вращения (к ротору), однако она на своем пути встречает препятствия. Таким препятствием является сама печень, которая при вращении растекается (повышенные реологические свойства) и перекрывает доступ влаги к отверстиям ротора. L, кг/кг

τ, с

128

Рис. 4.39. График зависимости количества отделенной влаги с 1 кг сырья от продолжительности центрифугирования для печени трески (1 – при n = 0,83 1/c; 4 – при n = 2,50 1/c) и лосося (2 – при n = 0,83 1/c; 3 – при n = 2,50 1/c)

На рис. 4.40 представлен график зависимости количества отделенной влаги после мойки лососевых молок от продолжительности центрифугирования. Из графика видно, что при продолжительности центрифугирования 30 с и частоте вращения ротора 0,83 1/с влагоотделение у лососевых молок на 45,9% меньше, чем при этом же режиме центрифугирования у лососевой печени. m, × 10–3 кг

τ, с Рис. 4.40. График зависимости количества отделенной влаги после мойки лососевых молок от продолжительности центрифугирования при частоте вращения ротора: 1 – 0,83 1/с; 2 – 1,25 1/с; 3 – 1,66 1/с; 4 – 2,08 1/с; 5 – 2,50 1/с

При времени центрифугирования 30 с и частоте вращения ротора 1,25 и 1,66 1/с влагоотделение у лососевых молок меньше, чем у печени, соответственно на 46,7 и 24,8%. При времени центрифугирования 90 с и частоте вращения ротора 0,83 и 1,25 1/с количество отделенной влаги у лососевых молок меньше, чем у печени, соответственно на 28,7 и на 16,6%. Затем, начиная от продолжительности центрифугирования 90 с, характер кривых 3, 4 и 5 имеет тенденцию выравнивания относительно оси абсцисс, т. е. количество отделяемой влаги остается постоянным. На рис. 4.41 представлен график зависимости процента отделенной влаги от продолжительности центрифугирования. W, %

τ, с

129

Рис. 4.41. График зависимости процента отделенной влаги от продолжительности центрифугирования для печени трески (1 – при n = 0,83 1/c; 4 – при n = 2,50 1/c) и лосося (2 – при n = 0,83 1/с; 3 – при n = 2,50 1/с)

Установлено, что после мойки печени или молок при использовании для стекания влаги лотков или стеллажей количество отделенной влаги должно составлять 2–3%. Анализируя кривые графиков (рис. 4.37, 4.38, 4.40, 4.41), замечаем, что за 60 с при частоте вращения ротора 0,83 1/с от печени трески отделилось 2,33% влаги (рис. 4.41), а за 90 с – 3,19%, т. е. первое значение (2,33%) находится в установленном интервале, второе значение (3,19%) – несколько выше. Значения кривых 2, 3 и 4 находятся выше установленного интервала влажности. Следовательно, если печень или молоки обрабатываются после мойки в центрифуге в течение 60–90 с при частоте вращения ротора 0,83–1,25 1/с, то подсушка будет удовлетворять требованиям производства. 4.8. Процессы отделения тузлука от икры лососевой после посола и возможность повторного его использования

4.8.1. Отделение тузлука от икры лососевой после посола Производство икры лососевых пород включает в себя такие основные технологические процессы, как пробивка ястыков, посол икры, обезвоживание, добавление антисептиков, расфасовка, которые тесно связаны между собой. Процесс обезвоживания икры после посола заключается в удалении влаги с поверхности икры. Интенсификация существующих способов обезвоживания икры комплексно решается при применении центробежного поля. Действительно, икра перемещается с определенной скоростью технологического процесса и, попав во вращающуюся криволинейную поверхность, приобретает скорость этой вращающейся поверхности. При обезвоживании икры после посола методом центрифугирования в результате появления динамических нагрузок образуется лопанец, что повышает процент отходов и отрицательно влияет на качество готовой икры. Для определения оптимальных режимов центрифугирования (обезвоживания) необходимо учитывать физические параметры икры, для чего определялись: диаметр свежего и соленого зерна икры, состояние формы зерна, масса свежего и соленого зерна икры, его прочность. Диаметр свежего и соленого зерна икры определяли с помощью биологического микроскопа. Для этого отбирали образцы икры (30–50 зерен) – вначале свежей, а затем из этого же сырья – соленой. При этом фиксировали вид рыбы, дату обработки, состояние сырья: свежее, задержанное и т. п. (табл. 4.33). При определении диаметра зерна икры одновременно визуально определяли состояние формы зерна по трем условным параметрам: – правильная (зерно свежее или соленое представляет собой форму шара, находящегося на плоской поверхности); – средняя (нижняя часть зерна имеет осадку менее, чем радиус зерна, и соприкасается с плоской поверхностью); – неправильная (осадка зерна на радиус и более, зерно растекается в оболочке и теряет форму шара). Таблица 4.33 Сила разрушения зерна свежей и соленой икры Вид рыбы

Время обработки

Состояние сырья

1

2

3

Диаметр зерна, × 10–3 м 4 5 Свежая икра

Состояние формы

130

Масса зерна, × 10–3 кг

Сила разрушения, × 10–3 Н

6

7

Кижуч

Август

Свежее

Правильная

3,0–4,0

0,058

183,475 – 299,975 214,018 Окончание табл. 4.33

1 Горбуша Кета

2 Июль – август Июль

3 Задержанное Задержанное

Кижуч

Август

Свежее

Горбуша

Июль август Июль

Задержанное Задержанное

Кета

4

5

6

7 123,475 – 303,475 197,168 503,475 – 873,475 650,862

Неправильная 4,0–5,0 Правильная, средняя 5,0–6,0 Соленая икра Правильная 3,0–4,0

0,079

Неправильная Правильная, средняя, неправильная

4,0–5,0

0,098

524,775-834,975 690,169 403,475 – 703,475 478,712

5,0–6,0

0,196

958,475 – 1623,475 1126,962

0,167 0,072

Примечание. В числителе – предельные значения силы разрушения зерна икры, в знаменателе – средние ее значения.

Определение массы зерна свежей и соленой икры производили путем взвешивания образцов на аналитических весах. Определение прочности зерен свежей и соленой икры производили на специальном приборе (рис. 4.42). Зерно икры помещали на столик в зону действия подвижного штока, который в это время находился в верхнем положении. Затем шток плавно опускали на зерно. Если зерно под действием силы веса штока не разрушалось, то на площадку устанавливали дополнительный груз (из разновеса) до момента разрушения зерна. Таким образом определяли общую массу груза и рассчитывали статическую силу разрушения зерна:

Рис. 4.42. Схема определения статической силы разрушения зерна икры

Рраз = g(Мш + Мгр),

(4.52)

где Рраз – статическая сила разрушения, Н; Мш – масса штока (величина постоянная), кг; Мгр – масса груза (разновес), кг; g – ускорение в гравитационном поле, м/с2. На рис. 4.43 представлен график зависимости силы статического разрушения зерна икры от его диаметра. Как видно из рисунка, максимальная сила статического разрушения зерна икры горбуши составляет для свежей икры 303,475 × 10–3 Н, а для соленой – 703,475 × 10–3 Н, т. е. у зерна соленой икры горбуши сила статического разрушения на 43,1% выше, чем у свежей икры. У соленой икры кижуча и кеты сила статического разрушения зерна больше, чем у соленой икры горбуши, соответственно на 15,8 и 43,3%. Проводимые опыты показали, что использование центрифуги с цилиндрическим, перфорированным, горизонтально и вертикально вращающимся ротором неэффективно, так как при малых оборотах ротора икра с тузлуком (не разделяясь) проходит к разгрузочному отверстию, а при больших оборотах икра прилипает к внутренней поверхности 131

ротора и не перемещается к выходному отверстию центрифуги. Р, × 10–3 Н

Р, × 10–3 Н

d, × 10–3 м

d, × 10–3 м

а

б

Р, × 10–3 Н

Р, × 10–3 Н

d, × 10–3 м

d, × 10–3 м в

г

Р, × 10–3 Н

Р, × 10–3 Н

d, × 10–3 м

d, × 10–3 м

д

е

Рис. 4.43. График зависимости силы разрушения зерна икры от размеров зерна: икра горбуши (а – свежая, б – соленая); икра кижуча (в – свежая, г – соленая); икра кеты (д – свежая, г – соленая)

132

На рис. 4.44 представлен график зависимости прижимной силы при центрифугировании икры лососевой от частоты вращения ротора. N, Н

n, 1/с

Рис. 4.44. График зависимости прижимной силы при центрифугировании икры лососевой от частоты вращения ротора: а, б, в – кривые прижимной силы свежей икры соответственно кижуча, горбуши, кеты; г, д, е – кривые прижимной силы соленой икры соответственно кижуча, горбуши, кеты; 1, 2, 3 – предельные значения силы статического разрушения зерна свежей икры соответственно у кижуча (Рmax = 299,975 × 10–3 Н), горбуши (Рmax = 303,475 × 10–3 Н), кеты (Рmax = 873,475 × 10–3 Н); 4, 5, 6 – предельные значения силы статического разрушения зерна соленой икры соответственно у кижуча (Рmax = 834,975 × 10–3 Н), горбуши (Рmax = 703,475 × 10–3 Н), кеты (Рmax = 1623,475 × 10–3 Н)

Из графика видно, что с увеличением частоты вращения ротора прижимная сила возрастает. Однако возрастание прижимной силы выше предельного значения силы статического разрушения нежелательно, так как это приводит к нарушению целостности зерна икры (табл. 4.34). Таблица 4.34 Значения прижимной силы, возникающие при центрифугировании икры лососевой при максимальном радиусе ротора 0,33 м Частота Угловая вращения скорость ротора, ротора, 1/с рад/с 1,66 8,3 16,6

10,42 52,12 104,25

Прижимная сила, × 10–3 Н Средняя масса зерна свежей икры Средняя масса зерна соленой икры Кижуч Горбуша Кета Кижуч Горбуша Кета (0,058 × (0,079 × (0,167 × (0,072 × (0,098 × (0,196 × × 10–3) кг × 10–3) кг × 10–3) кг × 10–3) кг × 10–3) кг × 10–3) кг 2,0 2,8 5,9 2,5 3,5 7,0 52,0 70,9 149,7 64,5 87,8 175,7 208,0 283,3 598,9 258,2 351,4 702,9

133

25,0 33,3

157,0 209,12

471,7 837,0

642,6 1140,7

1358,4 2410,0

585,6 1039,1

797,2 1414,3

1594,3 2828,6

На рис. 4.44 кривые а, б, в прижимной силы для свежей икры, обозначенные сплошными линиями, находятся ниже предельного значения силы статического разрушения. Так, предельное значение силы статического разрушения для икры кижуча (кривая а, 1) равно 299,975 × 10–3 Н, для икры горбуши (кривая б, 2) – 303,475 × 10–3 Н, для икры кеты (кривая в, 3) – 873,475 × 10–3 Н. Для соленой икры (рис. 4.44) кривые г, д, е прижимной силы, обозначенные на рисунке пунктирными линиями, также находятся ниже предельного значения силы статического разрушения. Предельное значение силы статического разрушения для икры кижуча (кривая г, 4) составляет 834,975 × 10–3 Н, для икры горбуши (кривая д, 5) – 703,475 × 10–3 Н, для икры кеты (кривая е, 6) – 1623,475 × 10–3 Н. При использовании для отделения тузлука от икры центрифуги с коническим вращающимся перфорированным ротором (рис. 4.14, д, е) на частицу (зерно икры) действуют центробежная сила инерции С, сила веса Р, прижимная сила N, сила F, выталкивающая частицу вверх, и сила F1, стремящаяся скатить частицу вниз (рис. 4.45). По величине эти силы ( кроме силы Р) могут изменяться в зависимости от угла наклона образующей, величины угловой скорости и радиуса вращения: С = mω2r; F = C cos φ; N = C cos (π/2 – φ).

(4.53)

Рис. 4.45. Силы, действующие на зерно икры, находящейся в конусном роторе

Поскольку в нижней части ротора имеется днище, принимаем, что радиус днища – величина постоянная, т. е. r0 = const, а затем определяем радиус для любой точки наклонной образующей (рис. 4.46): – для первой (начальной ) точки образующей R1 = r0; – для второй точки R2 = r0 + Δr1; – для третьей точки R3 = r0 + Δr2; – для n-й точки Rn = r0 + (n – 1)Δrn,

(4.54)

где Δr – приращение радиуса; Δr/1 = cos φ. Следовательно, Δr = L cos φ.

(4.55)

Сделав подстановку выражения (4.55) в уравнение (4.54), запишем формулу для определения радиуса в таком виде: n

Rn = r0 + ∑ (i − 1) L cos ϕ,

(4.56)

i =1

Рис. 4.46. Схема к расчету радиуса конусного ротора

где Rn – радиус любой точки образующей, м; r0 – радиус днища, м; L – длина участка образующей, м; φ – угол наклона образующей к горизонтали, град; 134

i = 1, 2, 3, ..., n – 1, n. Поскольку L для расчетных участков – величина постоянная, т. е. L = L1 = L2 = L3, …, можно определить длину образующей Loб: n

Lo = ∑ Li .

(4.57)

i =1

Для установившегося режима работы ротора угловая скорость (ω) будет величиной постоянной. При этом изменением массы частицы (m) можем пренебречь и допустить, что m = const. Затем, делая подстановку уравнения (4.53) в уравнение (4.56), для определения центробежной силы инерции (С) запишем: C = mω2[r0 +

n

∑ (i − 1) L cos ϕ] .

(4.58)

i =1

При больших значениях С сила F > F1 и частица поднимается вверх. При меньших значениях С сила F ≤ F1, следовательно, частица или скатывается вниз или прилипает к поверхности ротора. Угол наклона образующей к горизонтали – величина ограниченная, т. е. 0 ≤ φ ≤ π/2. При φ = 0 cos 0 = 1. В этом случае рассматривается вращающийся диск с радиусом, определяемым по формуле n

R = r0 + ∑ (i − 1) Δrn.

(4.59)

i =1

При φ = π/2 cos φ = 0. В этом случае рассматривается цилиндрический вертикальный ротор. Длина образующей конического ротора представляет собой путь, который проходит зерно в процессе обезвоживания. Зерно движется с нижней части ротора до выхода по образующей, смещенной на угол α, который приближенно равен углу наклона образующей φ к горизонтали. При этом на зерно икры действует прижимная сила и сила, выталкивающая икру вверх (рис. 4.47, а – в). С, × 10–3 Н

С, × 10–3 Н

φ, град

φ, град а

б –3

С, × 10 Н

φ, град в

135

Рис. 4.47. Графики зависимости прижимной силы и силы, выталкивающей зерно икры из ротора центрифуги, от конусности ротора: а – при = 1,66 1/с и ω = 10,42 рад/с; б – при n = 5,0 1/с и ω = 31,4 рад/с; в – при n = 10,0 1/с и ω = 62,8 рад/с

Как видно из данного рисунка и табл. 4.35, прижимная сила и сила, выталкивающая икру из ротора центрифуги, зависят от конусности ротора. При длине образующей конического ротора 0,2 м, максимальном радиусе вращения ротора 0,19 м и частоте вращения ротора 1,66 1/с центробежная сила инерции С1 при φ = 45º равна 1,2 × 10–3 Н, а прижимная сила N1 и сила F1, выталкивающая икру вверх, будут равны и составляют 0,8 × 10–3 Н (рис. 4.47, а, точка А). При длине образующей конического ротора 0,3 м и максимальном радиусе вращения 0,26 м центробежная сила инерции С2 = 1,6 × 10–3 Н, а N2 = F2 = 1,1 × 10–3 Н (рис. 4.47, б, точка Б). При длине образующей конического ротора 0,4 м и максимальном радиусе вращения 0,33 м центробежная сила инерции С3 = 2,0 × 10–3 Н, а прижимная сила и сила, выталкивающая икру вверх, равны, т. е. N3 = F3 = 1,4 × 10–3 Н (рис. 4.47, а, точка В). Это показывает, что когда угол φ наклона образующей к горизонтали равен 45º, то прижимная сила и сила, выталкивающая икру вверх, будут равны, причем прижимная сила не превышает силу разрушения зерна икры, т. е. это и будет обеспечивать нормальный режим обезвоживания икры и выход ее из центрифуги (рис. 4.47, а–в; точки А–В). Таблица 4.35 Значения прижимной силы и силы, выталкивающей зерно икры из ротора центрифуги, в зависимости от конусности ротора

Cos φ

Cos (90º – φ)

0 30 45 60 90

90 60 45 30 0

Cos φ 0 30 45 60 90

Cos (90º – φ) 90 60 45 30 0

Cos φ 0 30 45 60 90

Cos (90º – φ) 90 60 45 30 0

a) n = 1,66 1/c; ω2 = 108,58 рад/с L = 0,30 м L = 0,20 м Rmax = 0,26 м Rmax = 0,19 м С1 = 1,2 × 10–3 Н С2 = 1,6 × 10–3 Н F1 N1 F2 N2 1,2 0,0 1,6 0,0 1,0 0,6 1,4 0,8 0,8 0,8 1,1 1,1 0,6 1,0 0,8 1,4 0,0 1,2 0,0 1,6 б) n = 5,0 1/с; ω2 = 985,96 рад/с С1 = 10,8 × 10–3 Н С2 = 14,8 × 10–3 Н 10,8 0,0 14,8 0,0 9,3 5,4 12,7 7,4 7,5 7,5 10,3 10,3 5,4 9,3 7,4 12,7 0,0 10,8 0,0 14,8 в) n = 10,0 1/c; ω2 = 3943,84 рад/с С1 = 43,4 × 10–3 Н С2 = 59,4 × 10–3 Н 43,4 0,0 59,4 0,0 37,3 21,7 51,0 29,7 30,4 30,4 41,5 41,5 21,7 37,3 29,7 51,0 0,0 43,4 0,0 59,4

L = 0,40 м Rmax = 0,33 м С3 = 2,0 × 10–3 Н F3 N3 2,0 0,0 1,7 1,0 1,4 1,4 1,0 1,7 0,0 2,0 С3 = 18,8 × 10–3 Н 18,8 0,0 16,1 9,4 13,2 13,2 9,4 16,1 0,0 18,8 С3 = 75,5 × 10–3 Н 75,5 0,0 64,9 37,7 52,8 52,8 37,7 64,9 0,0 75,5

Примечание. Символ n – частота вращения ротора, 1/с; ω – угловая скорость вращения ротора, рад/с; Rmax – максимальный радиус ротора, м; L – образующая ротора, м; С – центробежная сила инерции, Н; φ – угол конусности ротора, град; N – прижимная сила, Н; F – сила, выталкивающая зерно икры из ротора, Н.

Для определения оптимальных режимов центрифугирования проводились исследования на экспериментальной установке (рис. 4.48). 136

Установка представляет собой вертикальный полый цилиндр ндр с перфорированным конусным ротором. Вращательное движение передается от электродвигателя на вал, далее к полому цилиндру, который вращается вместе с конусным ротором, и клиноременную передачу. Вал установлен в подшипниках качения. Загрузка икры производится через загрузочную воронку. При проведении экспериментов в полый цилиндр ндр центрифуги устанавливали поочередно перфорированные роторы с углом конусности 14, 20, 40, 45 и 60°. Для каждого конического ротора при оптимальных рабочих параметрах определяли количество лопанца. Для этого брали 100 целых икринок и с тузлуком загружали в центрифугу. После выгрузки икры проводили подсчеты лопанца (опыты повторяли не менее 10 раз для каждого ротора). Для определения оптимальных параметров центрифугирования выставляли необходимый зазор «h», включали установку в сеть и устанавливали минимальные обороты 3,33 1/с. Затем брали навеску икры с тузлуком и взвешивали вместе с мерным стаканом. После этого загружали икру в центрифугу и, плавно увеличивая частоту вращения ротора, добивались Рис. 4.48. Экспериментальная установка полного ого выхода икры из центрифуги. Дас коническим перфорированным ротором: а – поступление икры с тузлуком, лее замеряли частоту вращения ротора б – слив фугата; 1 – загрузочная воронка; при полном выходе икры. 2 – конусный перфорированный ротор; Изменяя частоту вращения ротора и 3 – полый цилиндр; 4 – подшипники качения; зазор «h», добивались наибольшей степени 5 – вал; 6 – клиноременная передача; 7 – электродвигатель (D – диаметр выходного подсушки для данного угла конусности отверстия загрузочной воронки; h – высота (табл. 4.36). выходного отверстия воронки до днища ротора; r0 – радиус днища ротора)

Таблица 4.36 Результаты исследований обезвоживания икры на центрифуге с перфорированным коническим ротором при различных углах конусности и частоте вращения ротора Частота Выход вращения икры, % ротора, 1/с 1 2 4,16 5,0

80 100

6,66 6,66

75 75

4,16

5

Результаты наблюдений 3 Угол конусности 14º Выход икры удовлетворительный. Большая влажность Выход икры полный. Ввиду плохого качества икры количество лопанца не бралось во внимание. Влажность очень высокая. Практически подсушки нет Угол конусности 20º Загрузка икры в конусный барабан непрерывным потоком Выход икры удовлетворительный, количество лопанца незначительно. При непрерывной загрузке такого количества икры в данный конус создаются благоприятные условия для выхода Угол конусности 40º Незначительный выход икры. Обезвоженная икра распределилась по внутренней поверхности барабана. Лопанца нет

137

5,83

80

Выход икры удовлетворительный. Икра, оставшаяся в барабане, распределилась по отдельным участкам. Икринки попадают в отверстия перфорации и застревают, препятствуя продвижению остальных Окончание табл. 4.36

1 8,33

2 100

4,16

70

5,0

75

3,33

–

4,16

–

6,66 11,66

– –

3 Выход икры полный. При данном значении частоты вращения ротора «n» на икру действует большая центробежная сила, что дает большое количество лопанца Угол конусности 45° Выход икры удовлетворительный. Лопанца значительно меньше. Влажность ротора и содержание влаги в разгрузочном устройстве велико. Влага (тузлук) поднимается вдоль образующей конуса между отверстиями перфорации, несмотря на их шахматное расположение Выход икры удовлетворительный. Наблюдается повышение содержания лопанца в разгрузочной улитке. Икра влажная, много влаги в разгрузочной улитке Угол конусности 60° Выхода икры нет. Обезвоженная икра распределилась по диаметру дна барабана. Продвижение икры вдоль образующей не наблюдается Используется икра обезвоженная при частоте вращения ротора 3,33 1/с. Выхода икры нет. Икра не продвигается вдоль образующей Выхода икры нет. Икра незначительно продвинулась равномерным слоем по диаметру Выхода икры нет. Появилось значительное количество лопанца

На рис. 4.49 представлен график зависимости относительной влажности икры от частоты вращения ротора центрифуги. С изменением частоты вращения ротора от 5,0 до 8,3 1/с относительная влажность уменьшается, т. е. количество отделившегося тузлука увеличивается. При n = 5,0 1/с с углом конусности ротора φ = 20° относительная влажность составляет 25%, при φ = 40° – 21,5% и при φ = 45° – 24,0%. Затем при частоте вращения ротора 8,3 1/с относительная влажность уменьшается незначительно: при φ = = 20° достигает 21,7%, при φ = 40° – – 20,5%. При частоте вращения ротора 9,1 1/с и φ = 45° относительная влажность составляет 21,8% (табл. 4.37).

W, %

n, 1/с

Рис. 4.49. График зависимости относительной влажности икры от частоты вращения ротора: 1 – при φ = 20°; 2 – при φ = 40°; 3 – при φ = 45° Таблица 4.37

Выход икры лососевой при центрифугировании на коническом перфорированном роторе Частота вращения ротора, 1/с 1

Масса икры с тузлуком, × 10–3 кг 2

5,0 6,6 7,5 8,3

200,0 200,0 200,0 200,0

5,0

200,0

Масса икры, × 10–3 кг

3 Угол конусности ротора 20° 150,0 154,0 156,0 156,5 Угол конусности ротора 40° 157,0

138

4

Выход икры к общей массе икры с тузлуком, % 5

25,0 23,0 22,0 21,7

75,0 77,0 78,0 78,3

21,5

78,5

Относительная влажность, %

6,6 7,5 8,3

200,0 200,0 200,0

1

2

5,0 6,6 7,5 8,3 9,1

200,0 200,0 200,0 200,0 200,0

157,5 159,0 159,0

21,2 20,5 20,5

3 Угол конусности ротора 45° 152,0 154,0 156,5 156,0 154,0

78,8 79,5 79,5 Окончание табл. 4.37

4

5

24,0 23,0 21,7 22,0 21,8

76,0 77,0 78,3 78,0 78,2

На рис. 4.50 представлен график зависимости процентного содержания лопанца икры при центрифугировании на коническом перфорированном роторе. Из графика видно, что процентное содержание лопанца при частоте вращения ротора 3,3 1/с и φ, равном 40 и 45°, составляет 1,5%. При n = 9,1 1/с и φ = 40° процент лопанца составляет 1,6%, а при φ = 45° – 1,5%. Затем, при изменении частоты вращения ротора от 9,1 до 10,8 1/с, количество лопанца резко увеличивается и достигает 3,5% (табл. 4.38). L, %

n, 1/с Рис. 4.50. График зависимости процентного содержания лопанца при центрифугировании икры на коническом перфорированном роторе: 1 – при φ = 40°; 2 – при φ = 45° Таблица 4.38 Процентное содержание лопанца при центрифугировании икры лососевой на коническом перфорированном роторе Частота вращения ротора, 1/с 3,3 4,1 6,6 9,1 3,3 4,1 5,0 6,6 8,3

Количество зерен икры, шт.

Количество лопанца, шт.

Угол конусности ротора 40° 1000 15 1000 15 1000 17 1000 16 Угол конусности ротора 45° 1000 15 1000 12 1000 11 1000 12 1000 13

139

Процентное содержание лопанца 1,5 1,5 1,7 1,6 1,5 1,2 1,1 1,2 1,3

9,1 10,0 10,8

1000 1000 1000

15 20 35

1,5 2,0 3,5

При обработке икры на центрифуге должно обеспечиваться отделение тузлука от икры и отделение лопанца, образующегося в процессе механической обработки икры. Конический ротор с радиальной перфорацией не удовлетворяет технологическим требованиям, так как перфорации размером d = 1 × 10–3 м при центрифугировании частично или полностью забиваются зернами икры или лопанцем. При больших размерах перфорации d > dикры происходит потеря икры с фугатом через перфорацию. На рис. 4.51 представлена схема конического ротора с щелевой перфорацией. Как видно из рисунка, кольцевые канавки располагаются по всей внутренней поверхности ротора на определенном расстоянии друг от друга, причем перед канавками имеются «пороги», которые не позволяют тузлуку растекаться по внутренней поверхности ротора.

Рис. 4.51. Схема ротора с щелевой перфорацией

Внутри канавок находится щелевая перфорация, через которую посредством «порогов» при центрифугировании удаляются тузлук и лопанец. На рис. 4.52 представлен график зависимости относительной влажности икры (после центрифугирования на роn, 1/с торе с щелевой перфорацией) от частоты вращения ротора. Как видно из рисунка, при частоте вращения ротора 6,6 1/с с Рис. 4.52. График зависимости относительной влажности икры после центрифугирования углом конусности 45° относительная на роторе с щелевой перфорацией от частоты влажность составила 1,548%, а при часвращения ротора с углом конусности φ = 45° тоте вращения ротора 9,1 1/с – 1,485%. Далее кривая относительной влажности имеет тенденцию выравнивания относительно оси абсцисс и W = 1,458% (табл. 4.39). W, %

Таблица 4.39 Результаты обезвоживания икры на роторе с щелевой перфорацией Частота вращения ротора, 1/с 1

Количество икры, направленной на центрифугирование, кг 2

6,6

23,0

140

Относительная влажность икры после центрифугирования, % 3 1,53 – 1,56 1,548

7,5

27,0

8,3

50,6

1

2

9,1

55,0

10,0

25,5

1,41 – 1,55 1,512 1,46 – 1,65 1,498 Окончание табл. 4.39 3 1,46 – 1,50 1,485 1,42 – 1,50 1,458

Примечание. В числителе – предельные значения относительной влажности, в знаменателе – средние ее значения.

Таким образом, использование ротора с кольцевыми канавками и щелевой перфорацией позволяет улучшить работу по отделению тузлука и лопанца при обезвоживании икры в центробежном поле. 4.8.2. Возможность повторного использования тузлуков при посоле икры лососевой При производстве лососевой икры возможно снижение затрат на вспомогательное сырье (соль, вода) за счет повторного использования тузлука после его очистки с применением мембранной технологии, которая в настоящее время приобретает все большее значение. К основным мембранным методам относятся: обратный осмос (гиперфильтрация), ультрафильтрация, микрофильтрация (мембранная фильтрация), диализ, электродиализ (рис. 4.53). Определяющей проблемой при реализации мембранных методов является выбор материала и диаметра пор мембраны, конструкции применяемого аппарата.

а

б

в

141

Рис. 4.53. Границы применения мембранных методов разделения жидких систем: а – микрочастицы, б – высокомолекулярные вещества, в – низкомолекулярные вещества; 1 – микрофильтрация; 2 – ультрафильтрация; 3 – испарение через мембрану; 4 – электродиализ; 5 – диализ; 6 – обратный осмос

Мембраны должны обладать следующими свойствами: высокой удельной производительностью, достаточной селективностью (эффективностью), химической и бактериологической стойкостью к действию обрабатываемой среды, устойчивостью при регенерации, жизненностью характеристик при длительной эксплуатации и низкой стоимостью. В табл. 4.40 приведен ряд величин, наиболее часто применяемых для характеристики мембранных процессов и используемых мембран. В каждом конкретном случае свойства мембраны должны соответствовать особенностям технологического процесса, а форма – условиям применения и конструкции мембранного аппарата. Таблица 4.40 Величины, характеризующие мембранные процессы и мембраны Характеристика мембранного процесса Удельная производительность (проницаемость) Коэффициент проницаемости (коэффициент производительности) Задерживающая способность

Сущность процесса Количество вещества, проходящего через единицу поверхности мембраны в единицу времени Количество вещества, проникающего через единицу поверхности мембраны, имеющей единичную толщину, в единицу времени при перепаде давления, равном единице Селективность R

Размерность величин кг/(м2 · с) моль/(м2 · с) м3/(м2 · с) мкг/(м2 · с, Па) мм3/(м2 · с, Па) ммоль/(м2 · с, Па) % ( или доля единицы)

C o − C1 100, где С0 – концентрация задерживаемого вещества C0 в потоке, проводимом к мембране; С1 – концентрация того же вещества в потоке, проходящем через мембрану.

Примечание. Селективность R =

В тех случаях, когда осмотические давления пренебрежимо малы по сравнению с рабочим давлением, что, например, характерно для водных растворов высокомолекулярных веществ, процесс разделения растворов с помощью полупроницаемых мембран называют ультрафильтрацией. Ультрафильтрация – это процесс разделения высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений в жидкой фазе с использованием селективных мембран, пропускающих преимущественно или вообще только молекулы низкомолекулярных соединений. Движущей силой ультрафильтрации является разность давлений (рабочего и атмосферного) по обе стороны мембраны. Обычно ультрафильтрацию проводят при сравнительно невысоких давлениях (0,3–1,0 МПа). Ультрафильтрация имеет принципиальное отличие от обычной фильтрации. Если при фильтрации продукт образуется в виде твердого или аморфного осадка на поверхности фильтра, то при ультрафильтрации продуктами являются два раствора, один из которых обогащен растворенным веществом. В этих процессах накопление растворенного вещества у поверхности мембраны недопустимо, так как приводит к резкому снижению селективности и проницаемости мембраны. Для проведения опытных работ по очистке тузлука после посола икры был создан экспериментальный стенд с использованием ультрафильтрационных мембран (рис. 4.54). В этой установке тузлук из накопительной емкости подается центробежным насосом в ультрафильтрационный модуль. Сконцентрированну ю жидкость из модуля возвращают 142

в накопительную емкость, смешивают с тузлуком и вновь подают в модуль. Фильтрат отводят из модуля через патрубок и используют в дальнейшем при посоле рыбы.

Рис. 4.54. Экспериментальный стенд с использованием ультрафильтрационных мембран: а – схема рамного блок-фильтра: 1 – крышка; 2 – ультрафильтрационная мембрана; 3 – ложное дно (подкладка); 4 – корпус; 5 – опоры; 6 – патрубок нагнетательный; 7 – патрубок отвода фугата; 8 – патрубок слива фильтрата; 9 – болты стяжные; б – схема экспериментального стенда для ультрафильтрации тузлука: 1 – накопительная емкость; 2 – патрубок подачи тузлука; 3 – центробежный насос; 4 – перепускная система; 5 – рамный блок-фильтр (модуль); 6 – манометр; 7 – вентиль; 8 – патрубок для отвода фильтрата

При постоянном давлении проницаемость мембран возрастает с увеличением скорости движения жидкости. При использовании мембраны УАМ-300 (давление равно 0,3 МПа) скорости движения потока 1,25 м/с соответствует проницаемость 15 л/м2 · ч, а скорости 5,0 м/с – 39 л/м2 · ч (рис. 4.55). Из рис. 4.55 видно, что наибольшую проницаемость имеют ацетатцеллюлозная мембрана УАМ-400 и мембрана из сополимера А-15-0 (кривые а, б), наименьшую – мембраны типа УАМ-150 и из полисульфонамида. Проницаемость этилацетатцеллюлозной мембраны с диаметром пор 200 Ǻ при эксплуатации плоскокамерного модуля (кривая г) была значительно ниже проницаемости испытанных мембран ти-

G, л/м2 · ч

τ, ч Рис. 4.55. Изменение проницаемости полимерных мембран типа УАМ-400 (а), УАМ-300 (б), УАМ-150 (г), из полисульфонамида (д), из этилацетатцеллюлозы 143 с диаметром пор 200 Ǻ (е) в процессе их эксплуатации

па БТУ 0,5/2. Со временем проницаемость мембран снижается, причем мембраны типа БТУ 0,5/2, характеризующиеся меньшей проницаемостью, отличаются большей стабильностью производительности во времени. Промывка мембран теплой водой (30–36°С) в течение 20 минут через 4 часа эксплуатации, а также механическая очистка через 8 часов эксплуатации позволяет практически полностью восстановить их производительность и обеспечить стерильность. Недостатком процесса ультрафильтрации является то, что она не позволяет провести разделение смесей белков в тех случаях, когда их молекулярные массы не отличаются в значительной мере. Помимо этого при очистке тузлуков со временем снижается проницаемость мембран, поэтому в данном случае целесообразнее применять метод микрофильтрации, который является наиболее эффективным. Микрофильтрация – это отделение под действием градиента давления достаточно крупных частиц из газообразных или жидких (чаще всего) сред с использованием пористых мембран (рис. 4.56). Мембраны, предназначенные для микрофильтрационных процессов, в зависимости от характера последних могут иметь размеры пор от 0,1 до 10 мкм. Производительность мембран может составлять 150–1000 л/м2 · ч. Мембраны Рис. 4.56. Схема процесса микрофильтрации: работают при давлении 0,2 × 105–2 × 105 М – мембрана, Р –давление; 1 – вода; 2 – соль; Па, максимальной температуре 75°С и рН 3 – макромолекула; 4 – микроорганизмы среды от 1 до 13. Для проведения экспериментов по регенерации тузлуков создана микрофильтрационная установка с использованием мембраны УПМ-11 (рис. 4.57). При посоле лососевой икры в зависимости от породы рыбы и ее свежести в тузлук попадает различное количество белков, жиров, экстрактивных веществ, а также оболочки лопнувших зерен и микроорганизмы (табл. 4.41). В результате ухудшаются органолептические и химические показатели тузлука (табл. 4.42, 4.43).

Рис. 4.57. Схема экспериментальной установки для микрофильтрации тузлука:

144

1 – бак для неочищенного тузлука; 2 – система подачи тузлука в бак; 3 – насос центробежный; 4 – блок-фильтры микрофильтрационные; 5 – манометр; 6 – сборник фильтрата; 7 – патрубок для отвода фильтрата Таблица 4.41 Размеры бактерий, микроорганизмов и пор фильтрующей мембраны Бактерии и микроорганизмы Микрококки (Mikrococcus) Кишечная палочка Сенная палочка (Bac. Subtilis) Картофельная палочка (Bac. mesentericus) Дрожжи

Размеры бактерий и микроорганизмов, мкм (Ǻ) Длина Ширина 1,0–2,0 1,0–2,0 (10000–20000) (10000–20000) 1,0 – 3,0 0,5–0,8 (10000–30000) (5000–8000) 2,0–3,0 0,4 (20000–30000) (4000) 3,0–10,0 0,5–0,6 (30000–100000) (5000–6000) 8,0–10,0 2,0–7,0 (80000–100000) (20000–70000)

Размер пор мембраны, мкм (Ǻ)

0,1–10,0 (1000–100000)

Таблица 4.42 Химические показатели икорных тузлуков до очистки Номер Кислотоб- ность, % разца 1 0,26 2 0,04 3 0,52 4 0,40 5 1,73 6 0,90 7 0,69 8 1,53 9 1,20 10 1,30 11 0,61 12 1,62 13 1,13 14 1,20

ПереНебелко- Белковые Содер- Содер- КислотСодерОбщий кисное вый азот, вещест- жание жание АЛО, % жание ное число, азот, % соли, % % ва, % жира, % пены, % число % 0,1157 0,0021 0,7105 0,0900 – 0,094 0,028 – 22,0 0,0326 0,0032 0,1838 0,5220 – 0,36 0,04 2,43 16,6 0,2561 0,0006 1,5970 0,4990 50 0,60 0,011 2,50 24,8 0,2134 0,0053 1,3008 0,5480 – 0,72 0,013 – 23,7 0,8493 0,0035 5,2865 0,5630 7,7 0,11 0,0015 1,70 22,9 0,4730 0,0041 2,9303 0,5630 21,0 0,18 0,0022 – 23,3 0,3259 0,0040 2,0116 0,0751 2,0 0,15 0,0018 1,48 23,7 0,6128 0,0017 3,8195 – 4,0 0,20 0,0022 0,73 24,5 0,7140 0,0060 4,4575 – 5,8 0,17 0,0021 1,50 23,6 0,6705 0,0014 4,1818 0,0002 9,0 0,30 0,0017 1,70 23,2 0,2682 0,0014 1,6673 – 9,0 0,27 0,0011 0,97 22,8 0,9769 0,0023 6,0916 – 1,0 0,16 – 2,92 20,0 0,4062 0,0017 2,5280 – 2,0 0,23 – 2,70 22,7 0,3989 0,0023 2,4789 – 2,0 0,16 – 2,90 22,8 Таблица 4.43 Физические показатели икорных тузлуков до очистки

Номер образца

Плотность, %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1,180 1,185 1,195 1,195 1,190 1,181 1,180 1,185 1,185 1,190 1,195

Температура, °С 5,0 10,0 15,0 16,0 9,0 9,0 12,0 13,0 17,0 15,0 8,0

145

рН 6,0 5,6 6,3 6,5 6,8 5,6 6,1 6,1 5,9 5,9 6,4

Оптическая плотность, Д 1,52 1,05 0,86 0,77 1,60 1,61 1,64 1,69 1,59 1,61 1,58

Взвешенные вещества, % 0,170 0,084 0,079 0,508 0,166 0,210 0,960 0,290 0,560 0,500 0,320

12 13 14

1,185 1,190 1,188

9,0 12,0 15,0

6,3 6,2 6,2

1,64 1,58 1,60

0,360 0,740 0,370

Для повторного использования тузлука необходимо удалить из него все, кроме поваренной соли, а также повысить концентрацию тузлука (табл. 4.44–4.46). Таблица 4.44 Химические показатели икорных тузлуков после очистки БелкоСодер- КислотНомер НебелкоСодер- СодерКислот- Общий вые веобразвый азот, жание жание АЛО, % жание ное чисность, % азот, % щества, пены, % ца % жира, % соли, % ло % 1 0,14 0,0037 0,0025 0,0075 0,0540 21,91 – – 0,054 2 0,12 0,0058 0,0015 0,0275 0,0650 22,33 0,5 – 0,840 3 0,12 0,0144 0,0018 0,0791 0,0900 24,50 1,9 36,5 0,490 4 0,29 0,0879 0,0029 0,5313 0,0570 25,80 – 67,0 0,400 5 0,64 0,1903 0,0012 1,1823 0,1240 21,4 1,22 – 0,088 6 0,81 0,1024 0,0029 0,6218 0,2500 22,2 1,22 – 0,110 7 0,35 0,0879 0,0011 0,5425 0,6670 23,3 – 25,0 0,250 8 0,50 0,0288 0,0023 0,1658 – 23,2 – 7,7 0,200 9 0,40 0,0952 0,0020 0,5822 – 22,5 1,22 19,0 0,160 10 0,50 0,1168 0,0034 0,7083 – 21,4 1,22 2,0 0,092 11 0,38 0,0519 0,0005 0,3108 – 22,8 0,73 4,0 0,130 12 0,58 0,0605 0,0017 0,3677 – 19,5 2,20 6,0 0,130 13 0,58 0,1324 0,0006 0,8245 – 27,7 0,98 21,0 0,110 14 0,52 0,0524 0,0003 0,3258 – 22,4 1,70 2,0 0,120

Перекисное число, % 0,0012 0,0180 0,0070 0,0080 0,0033 0,0015 0,0047 0,0019 0,0012 0,0015 0,0009 – – –

Таблица 4.45 Физические показатели икорных тузлуков после очистки Номер образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Плотность, кг/м3 1,180 1,185 1,180 1,180 1.180 1,180 1,178 1,165 1,180 1,180 1,190 1,180 1,180 1,180

Температура, °С

рН

15,0 14,0 12,0 16,0 11.0 11,0 13,0 17,0 18,0 17,0 11,0 12,0 15,0 15,0

6,1 6,7 6,5 6,5 6,4 6,0 6,4 6,6 6,4 6,4 6,5 6,5 6,7 6,5

Относительная плотность, Д 0,055 0,020 0,055 0,163 0,415 0,400 0,192 0,172 0,105 0,320 0,150 0,115 0,165 0,075

Взвешенные вещества, % – 0,0015 0,0650 0,1380 0,0400 0,0500 0,2500 0,0100 0,4900 0,0180 0,1100 0,0100 0,0920 0,0380 Таблица 4.46

Микробиологические показатели тузлуков до и после фильтрации Номер образца 1 1

Тузлук до очистки Общее микробное Кишечная палочка число, бакт/мл 2 3 40 000 Отсутствует

146

Тузлук после очистки Общее микробное Кишечная палочка число, бакт/мл 4 5 800 Отсутствует

2 3 4

28 000 Сплошной рост Сплошной рост

Отсутствует Отсутствует Наличие

Отсутствует Отсутствует 50 000

Отсутствует Отсутствует Отсутствует Окончание табл. 4.46

1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

2 Сплошной рост 12 000 16 000 50 200 Сплошной рост 3800 40 000 15 000 72 000 Сплошной рост

3 Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Наличие Наличие Наличие Наличие Отсутствует

4 100 10 Отсутствует 1800 480 240 34 000 520 30 000 23 200

5 Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует Отсутствует

Для оценки эффективности очистки тузлука проводились физико-химические и микробиологические исследования, которые показали, что плотность тузлука уменьшается в основном в период посола, а при микрофильтрации практически не изменяется. Из азотистых веществ задерживаются (в основном мембраной) белковые вещества (до очистки процентное содержание белковых веществ – 2,8, после очистки – 0,45). Содержание жира в очищенном тузлуке незначительно, оптическая плотность до очистки составляет 1,45 , после очистки – 0,17. После микрофильтрации микробиологические показатели соответствуют предъявляемым требованиям. По органолептическим показателям после микрофильтрации тузлук прозрачный, без запаха, т. е. соответствует требованиям, предъявляемым к икорным тузлукам.

ГЛАВА 5 ПРОМЫШЛЕННЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОБРАЗЦЫ ОБОРУДОВАНИЯ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГИДРОБИОНТОВ 5.1. Определение производительности оборудования и устройств для ведения технологического процесса

Анализ результатов представленных выше исследований при ведении различных технологических процессов показывает, что для рационального ведения любого технологического процесса существуют оптимальные режимы, на основании чего представлены основные методики расчета производительности устройств и оборудования. Допустим, что G – путь, пройденный точкой конвейера с момента пуска машины до остановки, или количество выработанной продукции на протяжении работающего конвейера; а – расстояние между изделиями на конвейере; τ – время работы машины. Тогда производительность (изделия в единицу времени) определяется по формуле g=

G 1G = . aτ a τ

(5.1)

Если а ≠ 1, но больше нуля, производительность g выражается формулой (5.1). При а = 1 147

G . (5.2) τ Тогда среднее значение производительности gср можно вычислить по формуле g=

g cp =

ΔG . Δτ

(5.3)

Переходя к пределу отношения (5.3), при ∆τ → 0 можно определить истинное значение производительности машины: g = lim

Δτ→0

ΔG . Δτ

(5.4)

Так как производительность является переменной величиной, т. е. g = g(τ), то элементарное количество продукта dG, произведенное за время dτ, можно определить уравнением dG = g (τ) dτ,

G

(5.5)

или g ( τ) =

dG . dτ

(5.6)

Рассматривая дифференциальное уравнение (5.5) в геометрическом смысле, можно построить график (рис. 5.1). На рис. 5.1 отношение стороны ВС треугольника АВС к стороне АВ, т. е. ВС/АВ, есть tg φ. В то же время ВС = dG, АВ = ∆τ, следовательно, при dτ = ∆τ

τ Рис. 5.1. Зависимость производства общего количества продукта G от времени τ

dG = tg ϕ = g (τ). dτ

(5.7)

В данном случае производительность машины g = g(τ) численно равна тангенсу угла наклона касательной АК к оси О – τ. Интегрированием уравнения (5.5) определится общее количество производимого продукта G (рис. 5.2):

g(τ)

τ + Δτ

G=

∫ g (τ)dτ.

(5.8)

τ

τ

В геометрическом смысле интеграл (5.8) численно равен площади, ограниченРис. 5.2. Количество вырабатываемой продукции ной кривой g = g(τ), осью О – τ и двумя в зависимости от переменной g(τ) ординатами, определяющими пределы интегрирования [21]. Выше рассмотрены вопросы определения производительности машины, а также производства продукции за время работы машины. Однако нередко появляется необходимость определения производительности группы машин, количества продукции, вырабатываемой этой группой машин. Зачастую приходится решать обратную задачу – определять необходимое число однотипных машин для производства заданного количества продукции. Допускаем, что на участке установлено число машин n. Очевидно, количество вы148

работанной продукции Gn можно определить следующим образом (рис. 5.3): dG = g (τ1 − τ); dG1 = g1 (τ 2 − τ1 ); dG2 = g 2 (τ3 − τ 2 ); ………………….. dGn −1 = g n −1 (τ n − τ n −1 ).

g(τ)

Суммируя, получаем уравнение следующего вида:

τ

dGn = g (τ1 − τ) + g1 (τ 2 − τ1 ) + g 2 (τ3 − τ 2 ) + L + g n −1 (τ n − τ n −1 ) . (5.9)

Рис. 5.3. График определения количества продукции Gn, выработанной n машинами

Если ввести обозначения (τ1 − τ) = dτ; (τ 2 − τ1 ) = dτ1 ; (τ3 − τ 2 ) = dτ 2 ; ………….…. (τ n − τ n −1 ) = dτ n −1 ,

то уравнение (5.9) примет вид dGn = gdτ + g1dτ1 + g 2 dτ 2 + L + g n −1dτ n −1 ,

(5.10)

или dGn = dG + dG1 + dG2 + L + dGn −1 ,

(5.11)

или n

dGn = ∑ dGn −1 .

(5.12)

1

После интегрирования и подстановки уравнения (5.5) уравнение (5.12) принимает вид: Gn =

τn n

n τn

∫ ∑ dGn−1 = ∑ ∫ g n−1 (τ)dτn−1. τ

1

1

(5.13)

τ

Допустим, что выпуск продукции увеличивается при таких условиях (рис. 5.3), при которых g = g(τ) возрастает. При этом отрезки времени работы машины равны, т. е. dτ = dτ1 = dτ2 = ... = dτn – 1, тогда dG1 = g(τ)dτ; 1) g1 = g; 2) g2 = g1 + g = 2g; dG2 = 2g(τ)dτ; 3) g3 = g1 + 2g = 3g; dG3 = 3g(τ)dτ; ………………………………………………………………. n – 1) gn – 1 = g + (n – 2)g = (n – 1)g; dGn – 1 = (n – 1)g(τ)dτ; n) gn = g1 + (n – 1)g = ng, dGn = (5.14)

ng(τ)dτ.

После интегрирования уравнения (5.14) определим количество продукции, выработанной группой машин: 149

τ + Δτ

∫ g (τ)dτ.

Gn = n

(5.15)

τ

Очевидно, равенство (5.15) можно переписать так: n=

τ + Δτ

Gn

.

(5.16)

∫ g (τ)dτ τ

Из уравнения (5.16) видно, что произведенная группой машин продукция Gn в n раз больше продукции g(τ), произведенной одной машиной. Очевидно, n – необходимое число однотипных машин для производства продукции Gn. Из уравнения (5.7) видно, что g(τ) = tg φ. Следовательно, n показывает, сколько g(τ) или tg φ содержится в Gn. При наличии графика (рис. 5.4) можно вычислить tg φ. Допустим, необходимо выпустить определенное количество продукции Gn, при g(τ) этом необходимо количество n машин. Каждая машина имеет производительность Рис. 5.4. График определения числа g = g(τ) и выпустит в начальный период G(τ) однотипных машин продукции. В следующий промежуток времени будет произведено продукции G1(τ). Очевидно, что прирост производительности составит g1 – g = dg, а прирост продукции – dG1. При этом из треугольника АВС находим: Gn

ВС dG1 = = tg ϕ1. АВ dg1 Анализируя далее аналогичным образом процесс изменения производительности и выпуска продукции, запишем: dG0 dG1 dG2 dG3 dGi −1 dGi = tg ϕ0 ; = tg ϕ1 ; = tg ϕ2 = tg ϕ3 ; L = tg ϕi −1 ; = tg ϕi . dg 0 dg1 dg 2 dg 3 dg i −1 dg i Следовательно, dG0 = tg ϕ0 → dG0 = tg φ0 dg0; dG0 = 0; dg0 = 0; φ0 = 0; tg φ0 = 0; n = 0; dg 0 dG1 = tg ϕ1 → dG1 = tg φ1 dg1; dG1 > 0; dg1 > 0; 45° > φ1 > 0; 1 > tg φ1 > 0; 1 > n > 0; dg1 ……………………………………………………………………………………………….. dGi −ε = tg ϕi −ε → dGi – ε = tg φi – ε dgi – ε; dGi – ε = dgi – ε; φi – ε = 45°; tg 45° = 1; n = 1; dg i −ε ………………………………………………………………………………………………... dGi −1 = tg ϕi −1 → dGi – 1 = tg φi – 1dgi – 1; dGi – 1 > 0; dgi – 1 > 0; 90° > φi – 1 > 45°; dg i −1 ∞ > tg φi – 1 > 1; ∞ > n > 1; dGi = tg ϕi → dGi = tg φi dgi; dGi → Gn; dgi = 0; φi = 90°; tg φi = ∞; n = ∞. dg i 150

При 1 > n > 0 обычно принимают n = 1, но при этом руководствуются экономической целесообразностью с точки зрения выгодности применения машинного или ручного труда. При ∞ > n > 1 величину n чаще всего округляют до целого числа, при этом не превышая 10%-ного перегруза машин. На основании представленных расчетов составлена номограмма для определения производительности машин или линий (рис. 5.5). Необходимое количество однотипных машин можно находить по номограмме. Зная производительность линии, выбрав технологическую схему, имея данные продуктового расчета, по справочнику подбираем необходимую машину. Затем определяем необходимое количество машин и, применяя коэффициент использования машины, выходим на заданную производительность линии. Например, производительность машины (выбранная по справочнику) составляет 225 рыб/мин. Пунктирная линия (по часовой стрелке) пересекается с линией n = 3, т. е. необходимо три однотипных машины. Общая производительность составляет 675 рыб/мин. С учетом коэффициента использования машин 0,55 производительность линии равна 375 рыб/мин, что соответствует заданной производительности. Если необходимо определить производительность машины при заданной производительности линии или участка, следует воспользоваться примером, показанным пунктирной линией ( против часовой стрелки).

Рис. 5.5. Номограмма для определения производительности машины или линии (шт/с; шт/мин; шт/ч; шт/см; шт/сут или кг/с; кг/мин; кг/ч; кг/см; кг/сут): n – необходимое количество машин; α – коэффициент использования машин; 1, 2, 3, …, x – коэффициенты увеличения

Коэффициенты использования оборудования выбираются при следующих условиях: минутная и часовая производительность – 0,95; суточная (трехсменная) – 0,83; двухсменная – 0,55; односменная – 0,27. 151

В случае, когда заданные параметры линии не вписываются в рамки номограммы, возможно применение коэффициентов увеличения. При этом для машины и линии коэффициент увеличения принимается равнозначным. Производительность линии для посола рыбы методом шприцевания Определяющим фактором производительности линии посола рыбы методом шприцевания является производительность устройства для введения солевого раствора в мышечную ткань рыбы. Производительность устройства зависит главным образом от дозы вводимого в мышечную ткань рыбы солевого раствора и времени [75]. Если продолжительность введения солевого раствора вычисляется по формуле τ=

V V = , Q sμ 2 gHβ

(5.17)

а размерность производительности определяется как рыб 1 = с τ кг m Gм = = , или как с τ то, подставляя уравнение (5.17) в выражение (5.18), получим: Gp =

Gp =

sμ 2 gHβ zVk

Gм =

msμ 2 gHβ , zVk

(5.18)

или (5.19)

где Gp – штучная производительность, рыб/с; Gм – массовая производительность, кг/с; S – живое сечение иглы, м2; Q – расход солевого раствора через иглы, м3/с; m – масса рыбы, кг; μ – коэффициент расхода; g – ускорение силы тяжести, м/с2; Н – напор солевого раствора, Па; β – коэффициент пропорциональности, м3/Н; V – объем солевого раствора, вводимого одной иглой, м3; z – число одновременно работающих шприцов; k – поправочный коэффициент к вводимой дозе солевого раствора (для V = 2,5 см3 k =15; для V = 5,0 см3 k = 25; для V = 10 см3 k = 30). Производительность устройства и линии для разделки плоских рыб Производительность режущего устройства (режущей пробивной пары) определяется по формуле Gp = ηn

πD B

или Gм = ηmn 152

πD , B

(5.20)

где Gp – штучная производительность, рыб/с; Gм – массовая производительность, кг/с; n – частота вращения загрузочного устройства, 1/с; D – диаметр загрузочного устройства, м; В – наибольшая ширина камбалы, м; m – масса экземпляра камбалы, кг; η – коэффициент использования загрузочного устройства (0,9). Для создания линии для разделки плоских рыб необходима установка карусельного типа с несколькими режущими устройствами. Производительность такой установки определяется как Gp = nZ Gм =mnZ,

или как

(5.21)

где Z – число режущих устройств. Производительность линии по разделке пищевых отходов лососевых рыб Целесообразность выпуска консервов из пищевых отходов лососевых рыб была рассмотрена в разд. 1.6 гл. 1. Линия по разделке пищевых отходов лососевых рыб, используемых для производства консервов «Рагу из дальневосточных лососевых рыб», включает в себя как стандартное, так и нестандартное оборудование. Производительность стандартного оборудования можно определить по номограмме (рис. 5.5). Производительность нестандартного оборудования (в рыб/с) определяется следующим образом: – машины для разделки голов: Gг = ν/a;

(5.22)

– машины для разделки хвостовых плавников: Gхв = nZ;

(5.23)

– машины для разделки срезков плавников: Gс.п = nz,

(5.24)

где ν – скорость подачи голов, м/с; а – расстояние между кассетами, м; n – частота вращения загрузочного устройства, 1/с; Z – число режущих устройств; z – число подающих устройств. Производительность горизонтальной центрифуги со шнеком Удаление влаги с продукта в центрифуге данного типа происходит за счет прижимной силы, действующей на продукт, а перемещение продукта от места загрузки к разгрузочному устройству производится шнеком, находящимся внутри барабана (рис. 5.6). Исходя из этого теоретическая производительность определяется по формуле Gтеор = πDбνq.

(5.25)

Линейная скорость продукта вдоль барабана находится Рис. 5.6. К расчету производительности горизонтальной центрифуги со шнеком

153

по формуле ν = nt.

(5.26)

Так как частота вращения барабана и шнека неодинакова, то разность вращения составит: n = nб – nш,

(5.27)

где nб – частота вращения барабана, 1/с; nш – частота вращения шнека, 1/с. Коэффициент заполнения барабана продуктом определяется как k=

Gтех , Gтеор

(5.28)

где Gтеор – теоретическая производительность, кг/с; Gтех – техническая производительность, кг/с. Подставляя в формулу (5.25) выражения (5.26–5.28), получим техническую производительность: Gтех = πDбntqk,

(5.29)

где t – шаг шнека, м; q – удельная нагрузка продукта на внутреннюю поверхность барабана, кг/м2; k – коэффициент заполнения барабана продуктом. Производительность вертикальной центрифуги Определяем объемную производительность (рис. 5.7): Gv = α

S1 g , n

(5.30)

где Gv – объемная производительность, м3/с; S1 – живое сечение выходного отверстия, м2; α – коэффициент, учитывающий выход продукта; g – ускорение свободного падения, м/с2; n – частота вращения ротора, 1/с. Величина S1 находится по формуле S1 =

πD22 . 4

(5.31)

Живое сечение рабочей части ротора (в м2) определяется уравнением Рис. 5.7. К расчету производительности вертикальной центрифуги

π( D − D1 ) 2 , S= 4

(5.32)

где D – диаметр ротора, м; D1 – диаметр внутреннего цилиндра, исключающего мертвую зону вращения, м; D2 – диаметр выходного отверстия, м. При значениях S1/S, равных 0,2; 0,3; 0,4; 0,5, коэффициент, учитывающий выход продукта, будет равен соответственно 0,626; 0,653; 0,689; 0,737. Массовая производительность определяется выражением Gм = ρα 154

S1 g , n

(5.33)

где Gм – массовая производительность, кг; ρ – насыпная масса продукта, кг/м3. Производительность центрифуги с коническим ротором Производительность центрифуги с коническим ротором определяется по формуле G = mznk1k2k3,

(5.34)

где G – производительность загрузочного устройства, кг; m – масса загружаемого в ротор продукта (икра и тузлук), кг; n – частота вращения ротора, 1/с; k1 – коэффициент, учитывающий количество отделенного тузлука (k1 ≥ 1); k2 – коэффициент, характеризующий работу загрузочного устройства на выходе смеси (икра – тузлук); k3 – коэффициент, характеризующий степень конусности; z – количество икры на верхней кромке конуса. Величины z, k определяются следующим образом (рис. 4.48, 4.50): L z= ; (5.35) d h ; r0

k2 =

k3 = cos ϕ,

(5.36) (5.37)

где L – длина окружности верхней кромки конуса, м; d – диаметр зерна икры, м; h – расстояние между загрузочным устройством и дном конуса, м; ro – радиус дна конуса, м; φ – угол наклона образующей конуса к горизонтали. Массовая производительность по готовому продукту (в кг) определяется следующим образом: в формулу (5.34) подставляем выражения (5.35–5.37) и получаем: Gм =

L h mn cos ϕ. d r0

(5.38)

Производительность микрофильтрационной установки Удельная производительность (или проницаемость) выражается количеством фильтрата, получаемого в единицу времени с единицы рабочей поверхности мембраны [106]: G=Z

V , τS

(5.39)

где G – удельная производительность, м3/м2 · с; V – количество фильтрата, получаемого в единицу времени, м3; S – площадь рабочей поверхности мембраны в секции, м2; τ – время фильтрации, с; Z – количество секций. 5.2. Устройство для посола рыбы методом шприцевания

Технологическая линия производства слабосоленой рыбы (рис. 5.8) состоит из разделочного стола 1; элеватора подачи рыбы на шприцевальный аппарат 2; шприцевального аппарата 3, на корпусе а которого установлен конвейер б, циклично подаю155

щий рыбу на шприцевальное устройство в; разгрузочного лотка г; стола 4 для обвалки рыбы солью после шприцевания; барабана (бочки) и рольганга 5.

Рис. 5.8. Схема линии по производству слабосоленой рыбы: 1 – стол разделочный; 2 – элеватор подачи рыбы на шприцевальный аппарат; 3 – шприцевальный аппарат (а – корпус; б – конвейер; в – шприцевальное устройство; г – разгрузочный лоток); 4 – стол обвалки рыбы солью; 5 – укладка рыбы (д – барабан (бочка); е – рольганг)

Разделанная рыба поступает по элеватору на конвейер аппарата, подающего рыбу на шприцевальное устройство, где автоматически включаются все шприцы, иглы которых погружаются в мышечную ткань рыбы. После этого с помощью механизма привода штока поршней шприцов солевой раствор через иглы вводится в мышечную ткань рыбы. Нами испытывались безыгольные инъекторы, применяемые в медицине. Давление в камере (рис. 5.9) с солевым раствором достигает 29,418 МПа, причем для формирования нужной струи очень важно получить определенный характер нарастания и спада этого давления. Для долговечности устройства и обеспечения формирования нужной струи в сопло вставляется рубиновая втулка.

Рис. 5.9. Разновидности бесконтактных (безыгольных) инъекторов: 1 – БИ-3; 2 – БИ-5; 3 – БИ-8; 4 – БИ-11

Выходное отверстие у разных инструментов различное. Обычно его диаметр составляет от 8 × 10–5 до 2 × 10–4 м. При этом давление струи на выходе из инъекторов тоже получается различным: от 29,418 до 37,262 МПа, для самой тонкой струи – до 20,592 – 27,456 МПа. При этом скорость струи достигает 200 м/с. Заправка балончика инъектора солевым раствором достаточна для посола одной крупной рыбы. Эти инъ156

екторы могут использоваться в основном при штучном посоле рыбы или при посоле мелких партий рыбы на тоне. При расчете линий для посола рыбы методом шприцевания следует использовать теоретические и практические данные, приведенные в формулах (2.20)–(2.30); (2.39)–(2.42), (5.1)–(5.19), а также в табл. 2.1–2.3 и 2.8–2.11.

а

б

в Рис. 5.10. Рекомендованная сетка шприцевания рыбы: а – квадратная; б – прямоугольная; в – ромбовидная

Кроме того, надо учитывать, что сетка шприцевания (рис. 5.10, б) для крупных рыб имеет размеры 0,05 × 0,02 м, для средней и палтусовидной рыбы (рис. 5.10, а) – 0,03 × 0,03 м, для мелкой рыбы – горбуша, мелкая нерка и палтус (рис. 5.10, в) – 0,026 × 0,026 м. 5.3. Оборудование и устройства, применяемые при разделке плоских рыб

Особенностью обработки плоских рыб являются их физико-механические параметры (форма, коэффициент трения, слипаемость, прочность и др.), использование которых при создании и реконструкции машин позволит увеличить производительность этих машин и повысить их эффективность [44, 32]. Проводились дополнительные исследования параметров камбал (рис. 3.1–3.9; 157

табл. 3.1–3.4; формулы (3.1)–(3.8). При этом были определены углы при вершине головы и хвостового плавника у желтобрюхих, палтусовидных и двухлинейных камбал в зависимости от их длины и ширины (рис. 3.10–3.12; табл. 3.5), прочностные характеристики камбал (рис. 3.21, в; 3.25; 3.27; формулы (3.5)–(3.16); табл. 3.10–3.12). Были определены контуры режущих устройств для желтобрюхих, палтусовидных и других видов камбал. Проведенные исследования позволили создать стендовое режущее устройство для разделки камбал (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Схема стенда режущего устройства: 1 – несущая стойка; 2 – перекладина; 3 – втулка; 4 – стержень; 5 – пластина; 6 – шляпка приводного механизма; 7 – индикатор; 8 – матрица; 9 – пресс-нож; 10 – планка

Режущее устройство состоит из несущих стоек, к которым болтами с обеих сторон крепится перекладина с впресованными втулками, выполненными из бронзы. Во втулках перемещаются стержни, которые связаны пластиной. К нижней части стержней крепится планка с пресс-ножом. В проводимых экспериментах по разделке камбалы не удалось получить рез по всему контуру камбалы. Это объясняется тем, что принятый нами прямой рез, т. е. когда пресс-нож и матрица находятся в одной плоскости, дает большое сопротивление при резании костей рыбы. В этом случае пресс-нож несколько перемещается в сторону хвостового плавника, что увеличивает зазор в паре пресс-нож – матрица и приводит не к чистому срезу, а смятию кожного покрова и ткани рыбы. На рис. 5.12 представлена схема укрупненного стенда по разделке камбал. Неразделанная камбала подается в бак гидромеханического разделителя 1. В бак также подается вода, проточность которой создается с помощью сливных патрубков, а уровень поддерживается сливными решетками. Под воздействием лопастей камбала перемещается по криволинейной поверхности бака из нижнего устойчивого в неустойчивое положение у кромки схода. При подходе к кромке схода камбала, находящаяся у кромки, 158

отделяется и выходит из бака, а камбала, идущая рядом с ней, опрокидывается на лопасти для повторного цикла разделения.

Рис. 5.12. Схема укрупненного стенда по разделке камбал: 1 – гидромеханический разделитель; 2 – ориентатор; 3 – конвейер; 4 – сканирующее устройство; 5 – приводной механизм режущего устройства; 6 – пресс-нож; 7 – матрица

Вышедшая из бака камбала поступает на ориентирующую плоскость 2, где она разворачивается головой вперед, продолжает движение и поступает на конвейер 3. Конвейер перемещает камбалу под сканирующее устройство 4, где производится замер угла при вершине головы и хвостового плавника, после чего поступает сигнал на приводной механизм режущего устройства 5 и происходит перестройка пресс-ножа 6 и матрицы 7. 5.4. Оборудование и устройства для разделки пищевых отходов лососевых рыб

Процессы обработки пищевых отходов лососевых рыб при производстве консервов являются наиболее трудоемкими. В то же время использование пищевых отходов (головы, хвостовые плавники, срезки плавников) позволяет обеспечить рациональное использование рыбного сырья. На рис. 5.13 представлена схема подготовки пищевых отходов лососевых рыб для производства консервов «Рагу из дальневосточных лососевых рыб».

159

Рис. 5.13. Схема подготовки пищевых отходов лососевых рыб для производства консервов «Рагу из дальневосточных лососевых рыб»

Разделка голов, хвостовых плавников, срезков плавников и их порционирование производятся на нетиповом оборудовании. Далее для процессов перемешивания, наполнения тары, дозирования соли и специй, контроля веса, укупорки и других операций используется типовое оборудование. При расчете и конструировании нетипового оборудования использовались данные экспериментальных работ: рис. 3.13–3.20, 3.21, а, б, 3.22, 3.29–3.40, 5.5; табл. (3.6)–(3.9), (3.17)–(3.22), уравнения (3.19), (3.10), (3.15)–(3.20), (3.37)–(3.42), (5.1)–(5.16), (5.22)–(5.24). На рис. 5.14 показана схема разделки лососевых голов, а на рис. 5.15 – схема узла разделки лососевых голов.

а

б

в

г

Рис. 5.14. Схема разделки лососевых голов: а – прорез нижней челюсти вертикальным ножом: 1 – вертикальный нож; б – распластывание головы: 2 – распластыватель; 3 – диск; в – срезка колтычков: 4 – двухрядный конвейер; г – удаление глаз и разрезание головы: 5 – горизонтальные ножи

Лососевые головы загружаются в колодку 4 в момент ее раскрытия (рис. 5.16). Далее колодки с головами перемещаются конвейером под вертикальный нож 7, где производится прорез нижней челюсти. Затем головы поступают на распластывание и далее под горизонтальные ножи для удаления глаз и жабер. Разделанные головы удаляются из машины по лотку 8, а отходы поступают в сборник по лотку 9. На рис. 5.17 показана схема машины для порционирования разделанных лососевых головок. Разделанные головки загружаются в колодки 5, находящиеся на цепном конвейере, с помощью которого колодки с головками перемещаются под порциони160

рующие ножи 7, 8.

Рис. 5.15. Схема узла разделки лососевых голов: 1 – электродвигатель; 2 – горизонтальный нож; 3 – вертикальный нож; 4 – колодка; 5 – звездочка конвейера; 6 – цепь конвейера

Рис. 5.16. Схема машины для разделки лососевых голов Н3-ИРЛГ.000: 1 – станина; 2 – цепной конвейер с колодками; 3 – натяжное устройство; 4 – колодка (раскрытая); 5 – ограничитель; 6 – горизонтальные ножи; 7 – вертикальный нож;

161

8 – лоток для выхода разделанных головок; 9 – лоток для сбора отходов

Рис. 5.17. Схема машины для порционирования разделанных лососевых голов: 1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – приводной вал конвейера; 4 – натяжное устройство; 5 – колодки; 6 – червяк; 7, 8 – ножи; 9 – ограничитель

С помощью ограничителя 9 порционированные головы направляются в сборник. Схема машины для разделки плавников лососевых рыб представлена на рис. 5.18.

Рис. 5.18. Схема машины для разделки плавников лососевых рыб: 1, 8, 12 – электродвигатели; 2 – редуктор; 3–10, 4–5 – цепная передача; 6–7 – коническая передача дискового ориентатора плавников; 9 – цепная передача вала порционирования; 11 – цепная передача конвейера; 13 – линейный ориентатор;

162

14 – конвейер; 15 – ножи порционирования

Электродвигатель 1 передает движение на редуктор 2. Через цепную передачу 4–5 и коническую передачу 6–7 движение передается дисковому ориентатору плавников. Перед поступлением на дисковый ориентатор плавники предварительно подаются на линейный ориентатор 13, где происходит ориентация плавников. Дисковый ориентатор захватывает плавники и передает их в кассеты порцинирующего конвейера. Кассеты с плавниками поступают под порционирующие ножи 15, где и производится порционирование плавников. 5.5. Горизонтальная центрифуга со шнеком

Горизонтальная центрифуга со шнеком применяется для удаления излишней влаги с поверхности кусочков рыбы перед панировкой, а также для удаления излишней влаги (сока) из вареного крабового мяса [3, 4, 73]. При создании промышленного образца центрифуги использованы теоретические расчеты и экспериментальные данные, полученные в лабораторных и производственных условиях: формулы (4.1)–(4.3), (4.7)–(4.24), (4.25)–(4.40), (4.43), (5.1)–(5.16), (5.25)– (5.29); табл. 4.2–4.21; рис. 4.4, 4.6–4.27; 5.5. На рис. 5.19, а представлена схема промышленного образца горизонтальной центрифуги со шнеком Н27-ИЯМ ПМ.

а

в

б Рис. 5.19. Схема горизонтальной центрифуги со шнеком: а – промышленный образец, б – ротор, в – загрузочный барабан; 1 – перфорированный ротор; 2 – выступ для крепления опорных роликов; 3 – цилиндрический шнек; 4 – загрузочный барабан; 5 – разгрузочный барабан; 6 – установочная плита; 7 – бункер; 8 – лоток; 9 – спиральная пластина; 10 – опорные ролики; 11 – электродвигатель; 12, 13 – вариаторы скоростей; 14, 15 – цепные передачи; 16 – кожух; 17 – поддон

Центрифуга работает следующим образом. Кусочки рыбы попадают в бункер 7, откуда по лотку 8 они поступают в полость ротора в зону ускорения, где прижимаются под действием прижимной силы к внутренней поверхности и приобретают скорость вращения ротора. Далее кусочки рыбы перемещаются спиральной пластиной 9 к шне163

ку 3, который захватывает их и направляет в рабочую зону ротора. Так как скорость вращения шнека больше, чем скорость вращения ротора, то кусочки рыбы транспортируются шнеком к разгрузочному барабану 5. При перемещении кусочков рыбы под действием прижимной силы с их поверхности удаляется влага, которая через перфорацию ротора стекает в поддон 17, а подсушенные кусочки выгружаются из центрифуги. Движение ротору и шнеку передается от электродвигателя 11 через вариатор скоростей 12–13 и цепные передачи 14–15. Ротор вращается в опорных роликах 10, закрепленных на поверхности загрузочного 4 и разгрузочного 5 барабанов (рис. 5.19, б). Выравниватель скорости (спиральная пластина 9) крепится к загрузочному барабану (рис. 5.19, в) и обеспечивает целостность продукта при перемешивании. 5.6. Центрифуга с вертикальным ротором

Центрифуга с вертикальным ротором (рис. 5.20) применяется для удаления влаги с поверхности креветок и крабового панциря после их мойки. Установка работает следующим образом. Креветки или крабовый панцирь попадают в загрузочную воронку 1, затем на распределительный конус 3, где под действием прижимной силы они равномерно распределяются по поверхности перфорированного ротора 4. В процессе движения на креветки (крабовый панцирь) действует прижимная сила, в результате действия которой с поверхности продукта удаляется поверхностная влага. Удаляемая влага через перфорацию ротора 4 попадает в кожух 5 и далее через патрубок 6 удаляется из установки.

Рис. 5.20. Схема вертикальной центрифуги: 1 – загрузочная воронка; 2 – клиноременная передача; 3 – распределительный конус; 4 – перфорированный ротор; 5 – кожух; 6 – сливное отверстие;

164

7 – разгрузочный конус; 8 – электродвигатель

Привод ротора осуществляется от электродвигателя 8 через клиноременную передачу 2. Ротор 4 вращается в подшипниках скольжения. Смазкой подшипников служит вода. Выгрузка продукта из центрифуги осуществляется через разгрузочный конус 7. Для расчета и конструирования центрифуги использовались эмпирические материалы, отраженные в формулах (4.44)–(4.49), (5.1)–(5.16), (5.30)–(5.33); табл. 4.22–4.25 и рис. 4.2, 4.3, г, е, 4.28–4.33, 5.7 [51, 77, 78]. 5.7. Опытно-промышленный образец центрифуги с коническим ротором

Центрифуга с коническим ротором предназначена для отделения остаточной влаги с печени и молок рыб после их мойки, а также для отделения тузлука от икры лососевой после посола (рис. 5.21) [29, 33, 41]. Для расчета и конструирования центрифуги с коническим ротором использовались теоретические и экспериментальные материалы: формулы (4.1), (4.50), (4.51), (4.52)–(4.59), (5.1)–(5.16), (5.34)–(5.38); табл. 4.26–4.39; рис. 4.2, 4.3, б, в, 4.34, 4.35, 4.37–4.41, 4.43, 4.44, 4.47, 4.49–4.52, 5.5.

Рис. 5.21. Схема опытно-промышленного образца центрифуги с коническим ротором: 1 – ротор; 2 – опорный подшипник; 3 – диск приемный; 4 – загрузочный лоток; 5 – приемник продукта; 6 – приемник фугата; 7 – сливной патрубок; 8 – разгрузочный лоток; 9 – электродвигатель; 10 – клиноременная передача; 11 – душевое устройство

Центрифуга состоит из конического ротора 1 со щелевой перфорацией (табл. 5.1), вращающегося на подшипниковой опоре 2. Внутри ротора на днище установлена приемная площадка 3 для икры. Сверху ротора находится загрузочный вибролоток 4 и приемник икры 5. Под ротором 1 находится приемник фугата 6 со сливным патрубком 7. Приемник икры включает в себя вибролоток 8. Привод осуществляется от электродвигателя 9 через клиноременную передачу 10. Санобработка осуществляется душевым устройством 11. Центрифуга работает следующим образом. Вращение передается от электродвигателя 9 через клиноременную передачу 10 на вал ротора 1 с постоянным передаточным 165

отношением. Таблица 5.1 Ротор со щелевыми канавками Угол наклона образующей, град

Живое сечение, %

Длина образующей, мм

45

87 89

300 280

Высота кольцевой канавки, мм 0,8 1,0

Икра, попадая на загрузочный вибролоток 4, равномерно подается в ротор на приемную площадку 3. Под действием прижимной силы икра прижимается к стенкам ротора 1 и движется вверх по образующей. При движении вверх по образующей происходит отделение поверхностной влаги от икры. Икра попадает на приемник 5, а влага (фугат) через щелевые канавки уходит в приемник фугата 6 и через сливной патрубок 7 – в канализацию. Из приемника 5 икра равномерно выгружается вибролотком 8. Конструкция центрифуги для отделения остаточной влаги с печени и молок после их мойки принципиального отличия не имеет. Она отличается лишь видом перфорации конического ротора и углом наклона образующей. Таблица 5.2 Параметры конических роторов Угол наклона образующей, град 14 20 40 45 60

Живое сечение, %

Длина образующей, мм

75 68 84 79 76

224 180 144 158 120

Диаметр отверстий перфорации, мм 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

Параметры конических роторов, применяемых для отделения влаги с печени и молок после их мойки, приведены в табл. 5.2. 5.8. Установка для микрофильтрации тузлука

Применение технологии микрофильтрации отработанных тузлуков при посоле икры лососевой позволяет сократить затраты на вспомогательное сырье (соль, вода, электроэнергия и др.) за счет повторного использования очищенных тузлуков при посоле икры (рыбы) [104, 105, 106]. Расчет микрофильтрационной установки основывался на использовании эмпирических материалов по ультра- и микрофильтрации: формулы (5.1)–(5.16), (5.39); табл. 4.40–4.46; рис. 4.53–4.55, 4.57, 5.5. На рис. 5.22 представлена схема установки 1,2-3К для микрофильтрации тузлука. Установка состоит из двух емкостей для сбора отработанного и отфильтрованного тузлука. Емкости представляют собой вертикальный цилиндрический сосуд с поворотной сферической крышкой, технологическими штуцерами, уровнемером и люком с уложенной внутри него сеткой. Подача отработанного тузлука на фильтрование производится центробежным насосом с электродвигателем, которые смонтированы на раме. Фильтровальное устройство МПГ 1,2-3К представляет собой два фильтра, установленные на тележке 7 и связанные между собой соединительной арматурой – диафрагменными вентилями для подачи раствора, отвода фильтрата, проведения теста на «пузырек» и слива остатков тузлука. Фильтровальное устройство также снабжено термометром и манометром для контроля процесса микрофильтрования и укомплектовано заглушками, 166

позволяющими использовать уменьшенное количество фильтровальных патронов.

Рис. 5.22. Схема установки для микрофильтрации тузлука: а, б, в – байпас; 1 – емкость для сбора тузлука; 2 – насос центробежный; 3 – фильтры; 4 – манометры; 5 – емкость для сбора отфильтрованного тузлука; 6 – водомерные трубки; 7 – тележка

Для улавливания случайно попавших в раствор включений перед насосом установлен фильтр из нержавеющей сетки. В микрофильтрационном устройстве МПГ 1,2-К3 использовались мембраны марки МФАР-Б-2, МФАР-Б-3 и МФАР-Б-4 (табл. 5.3). Таблица 5.3 Марки мембран и их характеристики Характеристика мембран Номер партии Коэффицент производительности по воде при Р = 0,049 МПа, мл/см2 · мин Расчетный размер пор, мкм Точка «пузырька», МПа Размер образца, м2

МФАР-Б-2 4/88 2,9 0,2 > 0,39 1,5

Марки мембран МФАР-Б-3 73 5,2 0,3 > 0,39 1,5

МФАР-Б-4 36/86 8,8 0,4 > 0,39 1,0

Работа микрофильтрационной установки осуществляется следующим образом. Перед началом работы все вентили и воздушники необходимо закрыть, емкость отработанного тузлука заполнить до необходимого уровня и все крепежные элементы затянуть. Отработанный тузлук из предварительно наполненной емкости 1 подается центробежным насосом 2 на фильтры 3. Очищенный тузлук (фильтрат) поступает в емкость 5. Для контроля процесса микрофильтрации служат манометры 4 и термометры. Уровень жидкости в емкостях контролируется по водомерной трубке 6. Установка может работать как в последовательном, так и в параллельном режиме. При работе в последовательном режиме открывается вентиль б и закрываются вентили а, в. При работе в параллельном режиме открываются вентили а, в и закрывается вентиль б. При работе установки в параллельном режиме ее производительность 167

увеличивается в два раза. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение эффективности переработки рыбного сырья обеспечивается внедрением малоотходных и безотходных технологий и нового оборудования на перерабатывающих предприятиях. В настоящей работе автор интерпретировал имеющиеся в литературных источниках материалы, а также комплексные исследования, полученные в лабораторных и производственных условиях, по процессам и оборудованию при переработке гидробионтов. В гл. 1 показано современное состояние сырьевой базы Камчатской области, рассмотрены предпосылки для освоения сырьевой базы, специфика и особенности производства продукции из рыбы обжаренной в масле, приготовления зернистой лососевой икры, обработки молок и печени. Также рассмотрены наиболее проблемные участки технологических процессов при производстве продукции из крабов и креветок, возможности использования пищевых отходов лососевых рыб при производстве консервов, разработки новых технологий посола рыбы (метод шприцевания). Проанализированы результаты исследования технологических процессов и оборудования. В последующих главах рассмотрены механические и гидромеханические процессы обработки гидробионтов, экспериментальные и промышленные образцы оборудования и устройств для обеспечения процессов обработки. Проведены экспериментальные исследования посола крупных рыб методом шприцевания (чавыча из рек Большая и Камчатка). Рассмотрен вопрос массообмена в процессе просаливания крупной рыбы. Определены технологические и прочностные параметры посола и рекомендована сетка шприцевания рыбы. Кроме того, были определены физико-механические характеристики лососевых и камбаловых пород рыб, рассмотрены гидромеханические процессы при удалении излишней влаги с поверхности рыбы и других объектов обработки гидробионтов после их мойки или вкусового посола, а также особенности разделки плоских рыб, что привело к разработке оборудования и устройств для механизации процесса резания рыбы,. Изучена характеристика поведения сырья на рабочих поверхностях технологического оборудования, зависимость процесса подсушки продукта от выделенной влаги при диффундировании соли и прижимной силы в роторе центрифуги. Сделан анализ экспериментальных данных процесса удаления тузлука из икры после посола в зависимости от перемещения влаги в капиллярно-пористом теле продукта, а также от характера и скорости движения продукта в роторе центрифуги. Рассмотрен вопрос холодной стерилизации тузлука (мембранная технология) после посола икры и возможности его повторного применения. Дан анализ качества тузлука после микрофильтрации. В заключительной главе обобщен теоретический и практический материал для расчета производительности и конструирования оборудования и устройств для ведения технологического процесса. Приведены схемы промышленных и экспериментальных образцов оборудования и устройств для обработки гидробионтов. Автор надеется, что данная работа поможет предприятиям крупного, среднего и малого бизнеса решить некоторые проблемы эффективного использования рыбного сырья.

168

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. 820788 СССР. Способ производства мясных изделий / А.С. Большаков и др.; Б.И., 1981, Бюл. № 14. 2. А.с. 556773 СССР. Устройство для посола мясопродуктов / И.А. Рогов, Э.Э. Афанасьев; Б.И., 1977, Бюл. № 17. 3. А.с. 679246 СССР. Цетрифуга / В.Н. Дегтярев, Е.В. Сизых, А.П. Никитенко, В.Н. Бучнев; Б.И., 1979, Бюл. № 30. 4. А.с. 1042808 СССР. Центрифуга / В.Д. Халецкий, А.Ф. Навильников, А.П. Никитенко, В.Н. Дегтярев, Е.В. Сизых; Б.И.,1983, Бюл. № 35. 5. Аксютина З.М. Элементы математической оценки результатов наблюдений в биологических и рыбохозяйственных исследованиях. – М: Пищ. пром-сть, 1968. – 288 с. 6. Андрусенко П.И. Малоотходная и безотходная технология при обработке рыбы. – М.: Агропромиздат, 1988. – 111 с. 7. Барбаянов К.А., Лемаринье К.П. Производство рыбных консервов. – М.: Пищепромиздат, 1961. – 407 с. 8. Бать М.И., Джанилидзе Г.Ю., Кельзон А.С Теоретическая механика. Т. 11. – М.: Наука, 1966. – 663 с. 9. Беляев М.И., Шильман Л.З. Совершенствование процессов тепловой обработки продуктов в общественном питании. – М.: Экономика, 1975. – 110 с. 10. Богданов В.Д., Карпенко В.К, Норинов Е.Г. Водные биологические ресурсы Камчатки: биология, способы добычи, переработка. – Петропавловск-Камчатский: Новая книга, 2005. – 258 с. 11. Большаков А.С и др. Микроструктурный анализ характера распределения рассола в мышечной ткани при структурной инъекции // Изв. вузов СССР. – М: Пищ. технология, 1981. – 30 с. 12. Большаков А.С и др. Исследование характера распределения белковых веществ в мышечной ткани при структурной инъекции // Мясн. индустрия СССР. – 1976. – № 9. – 30 с. 13. Борисов П.Г., Овсянников Н.С. Определитель промысловых рыб. – М.: Пищепромиздат, 1954. – 259 с. 14. Бранденбург В., Кремер Г. Промышленная обработка рыбы / Пер. И.И. Толмачева. – М.: Пищ. пром-сть, 1972. – 290 с. 15. Большая Советская Энциклопедия. Т. 11. – М.: Сов. энцикл., 1973. – С. 321–324. 16. Быкова В.М. Факторы, влияющие на влагоудерживающую способность мяса рыбы и теплокровных животных. – М.: Мировое рыболовство, 1969. – 66 с. 17. Белоусов А.А. и др. Влияние массирования на структуру парной свиной мышечной ткани при посоле // Мясн. индустрия СССР. – 1980. – № 3. – 39 с. 18. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Наука, 1969. – 576 с. 19. Воскресенский Н.А., Лагунов Л.Л. Технология рыбных продуктов. – М.: Пищ. пром-сть, 1968. – 422 с. 20. Воскресенский Н.А. Посол, копчение и сушка рыбы. – М.: Пищ. пром-сть, 1966. – 562 с. 21. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. – М.: Наука, 1964. – 870 с. 22. Горшечников В.П., Шпаченков Ю.А. Становление и развитие малого предпринимательства в рыбном хозяйстве Сахалинской области. – М.: ВНИРО, 1998. – 283 с. 23. Горфункель И.И. и др.Товароведение мясных, рыбных, молочных и жировых товаров. – М.: Экономика, 1980. – 200 с. 24. Оборудование для обработки морепродуктов / С.Е. Губарь, И.Е. Зенина, В.И. Мейта, Л.М. Попов. – М.: Пищ. пром-сть, 1977. – 140 с. 169

25. Гудович А.В. Направления развития технологического оборудования пищевых отраслей и возможности его применения в рыбной промышленности. – М.: ЦНИИТЭИРХ, 1988. – 10 с. 26. Гудович А.В., Цветков АЛ. Оборудование для обработки рыбопродукции физическими методами: Обзорная информ. – М.: ВНИЭРХ, 1989. – 53 с. 27. Дегтярев В.Н., Лосева А.В., Плотников Е.А. Исследование процесса просаливания чавычи. – М.: Рыбное хоз-во, 1982. – С. 69–70. 28. Дегтярев В.Н. Механизация обработки камбаловых рыб. – М.: Пищ. пром-сть, 1976. – 100 с. 29. Дегтярев В.Н. Установка для подсушки икры после посола // Рыбохозяйственное образование Камчатки в XXI в. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. – С. 104–107. 30. Дегтярев В.Н. Прочность зерна икры лососевых рыб. Рациональное использование морских биоресурсов. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2002. – С. 42–47. 31. Дегтярев В.Н., Сизых Е.В., Лежнина С.В. Исследование факторов, влияющих на углы трения кусочков рыбы, находящихся в солевом растворе, по поверхности различных материалов: Материалы IV науч. конф. молодых специалистов и ученых Камчатки. – Петропавловск-Камчатский: ВЦ статуправления, 1976. – С. 92–95. 32. Дегтярев В.Н., Кариус ВТ. Автоматизация поштучной подачи камбал на обработку // Тр. ВНИРО. Т. 28. – М.: ВНИРО, 1971. – С. 90–101. 33. Дегтярев В.Н. К расчету конусного ротора центрифуги для подсушки икры // Вестник КамчатГТУ. – 2002. – № 1. – С. 32–34. 34. Дикие М.Я., Мальский А.Н. Оборудование консервных заводов. – М.: Пищепромиздат, 1962. – 468 с. 35. Дубинин Н.П. и др. Технология металлов и других конструкционных материалов. – М.: Высш. шк., 1969. – 701 с. 36. Зайцев В.П. и др. Технология рыбных продуктов. – М.: Пищ. пром-сть, 1965. – 465 с. 37. Заявка 29344923 ФРГ, МКИА 23 В 4/02. Способ впрыскивания в мясо солевого раствора. 38. Заявка 3034284 ФРГ, МКИ А 23 В 4/02. Способ регулирования количества впрыскиваемого рассола в машине для посола мяса. 39. Заявка 56-10011 Япония, МКИ А 23 В 4/02. Устройство для посола кусков мяса. 40. Заявка 7930037 Франция, МКИ А 23 В 4/02. Машина для посола пищевых продуктов. 41. Ильин М.И. и др. Центрифуга НВИ-Л-1000-03 для сахара // Сахарная пром-сть. – 1972. – № 6. – С. 13. 42. Исаков А.Я. Моделирование условий возникновения гидродинамической кавитации в вихревых потоках жидкости // Вестник КамчатГТУ. – 2002. – № 1. – 203 с. 43. Ицкович Г.Г. Устройство для обжаривания рыбы в таре. – М.: Рыбное хоз-во. – 1973. – № 6. – С. 64–66. 44. Кариус В.Г., Дегтярев В.Н., Кузнецова В.В. О фотоэлектронной сортировке плоских рыб на размерные группы по длине // Тр. ВНИРО. Т. 28. – М.: ВНИРО, 1971. – С. 85–89. 45. Корякин Н.И., Быстров К.Н., Киреев П.С. Краткий справочник по физике. – М.: Высш. шк., 1962. – 453 с. 46. Кизеветтер К.В., Гончар Т.В. Посол амурских рыб. – Владивосток: Дальневост. кн. изд-во, 1950. – 138 с. 47. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. – М.: Госхимиздат, 1962. – 647 с. 48. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике / Пер. с англ. И.Г. Арамановича, А.М. Березмана, И.А. Ванштейна, Л.З. Румшиского, Л.Я. Цлафа. – М.: Наука, 170

1970. – 720 с. 49. Крылов ГГ. О важнейших составляющих отечественного промышленного рыболовства и его месте в мировом рыболовстве. – М.: ВНИЭРХ, 2002. – 33 с. 50. Jlenemoв B.A. Расчеты и конструирование резиновых технических изделий и форм. – Л.: Химия, 1972. – 312 с. 51. Лосева А.В., Дегтярев В.Н. Безотходная технология производства продуктов из крабов // Пробл. науч.-техн. прогресса рыбной отрасли Камчатки и пути их решения. – Петропавловск-Камчатский: ВЦ статуправления, 1987. – С. 125–127. 52. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. – М.: Энергия, 1972. – 558 с. 53. Любошиц М.И., Ицкович Г.М. Справочник по сопротивлению материалов. – Минск: Вышэйш. шк., 1969. – 462 с. 54. Магула В.Э. Судовые эластичные конструкции. – Л.: Судостроение, 1978. – 262 с. 55. Механизация тяжелых и трудоемких работ в рыбной промышленности // Тр. ВНИРО. Т. 28. – М.: Пищепромиздат, 1954. – 100 с. 56. Минаев А.И., ЛабецкийЕ.В. Влияние вакуумной обработки сырья на распределение поваренной соли // Мясн. индустрия СССР. – 1980. – № 2. – С. 32. 57. Новиков Д.А. Влияние избыточного давления и вакуума на диффузионноосмотический процесс при посоле мяса // Мясн. индустрия СССР. – 1975. – № 10. – С. 34. 58. Новиков В.М. Производство полуфабрикатов, кулинарных изделий из рыб и морепродуктов. – М: Пищ. пром-сть, 1973. – 178 с. 59. Оборудование для рыбной промышленности: Отраслевой каталог. – М., 1988, № 36. 60. Оборудование пищевой промышленности: Реферативный журн. – М., 1966, № 2. – 73 с. 61. Оборудование пищевой промышленности: Реферативный журн. – М., 1967, № 2. – 73 с. 62. Осипова Н.И. Охрана окружающей среды в рыбном хозяйстве. – М.: Агропромиздат, 1986. – 69 с. 63. Олейников Б.И., Коломийцев Ф.И., Шпаченков Ю.А. Рыбное хозяйство Камчатской области (состояние и перспективы развития). – Петропавловск-Камчатский: КГАРФ, 1999. – 59 с. 64. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Процессы и аппараты химической технологии. – Л.: Химия, 1969. – 623 с. 65. Патрашев А.Н., Кивако Л.А., Гожий СИ. Прикладная гидромеханика. – М.: Воениздат, 1970. – 683 с. 66. Квоты вылова водных биологических ресурсов континентального шельфа и исключительной зоны на 2000 год для рыбохозяйственных организаций: Приложение № 1 к распоряжению Правительства Российской Федерации // Рос. газета. – 2000. – 4 марта. 67. Разработка и использование решений для методов производства продуктов посола: Годовой отчет. Индекс Б, 244030. – 1979. – С. 102. 68. Романов А.А. Механизация производства рыбной продукции. – М.: Пищ. пром-сть, 1974. – 198 с. 69. Романов А.А., Строганова Е.К., Зимина И.Е. Справочник по технологическому оборудованию рыбообрабатывающих производств. Т. 2. – М.: Пищ. пром-сть, 1979. – 277 с. 70. Романов А.А., Строганова Е.К., Зинина И.Е. Справочник по технологическому оборудованию рыбообрабатывающих производств. Т. 1. – М.: Пищ. пром-сть, 1979. – 295 с. 71. Сборник технологических инструкций по производству рыбных консервов и пресервов. Ч. 2. – Л.: Гипрорыбфлот, 1989. – 285 с. 171

72. Сборник научно-технической информации. Вып. 2. – М.: ВНИРО, 1967. – 138 с. 73. Сизых Е.В., Дегтярев В.Н., Ащин Н.В. Исследование процесса подсушки рыбы методом центрифугирования: Материалы IV науч. конф. молодых специалистов и ученых Камчатки. – Петропавловск-Камчатский: ВЦ статуправления, 1976. – С. 89–91. 74. Сквайрс Дж. Практическая физика / Пер. с англ. под ред. Е.М. Лейкина. – М.: Мир, 1971. – 246 с. 75. Смирнов П.Д. Машина для гидравлической разделки рыбы. – М.: Пищ. пром-сть, 1977. – 84 с. 76. Скачков В.П. Пищевое использование мяса океанических хрящевых рыб. – М.: Пищ. пром-сть, 1975. – 52 с. 77. Согеолов В.И. Центрифугирование. – М.: Химия, 1971. – 356 с. 78. Соколов В.К. Современные промышленные центрифуги. – М.: Машиностроение, 1967. – 382 с. 79. Справочник по производству консервов (консервы из мяса, рыбы и молока). Т. 3 / Под ред. В.И. Рогачева. – М.: Пищ. пром-сть, 1971. – 653 с. 80. Справочник-каталог по технологическому оборудованию рыбной промышленности. Ч. 1. – М.: Пищепромиздат, 1954. – 181 с. 81. Справочник технолога рыбной промышленности. Т. 1 / Под общ. ред. В.М. Новикова. – М.: Пищ. пром-сть, 1971. – 527 с. 82. Справочник технолога рыбной промышленности. Т. 4 / Под общ. ред. В.М. Новикова. – М.: Пищ. пром-сть, 1972. – 487 с. 83. Справочник технолога рыбной промышленности. Т. 2 / Под общ. ред. В.М. Новикова. – М.: Пищ. пром-сть, 1972. – 462 с. 84. Справочник технолога рыбной промышленности. Т. 3. / Под общ. ред. В.М. Новикова. – М.: Пищ. пром-сть, 1972. – 503 с. 85. Таникова Ичи. Продукты морского промысла Японии / Пер. с англ. В.М. Быковой; Под ред. В.П. Быкова. – М.: Пищ. пром-сть, 1975. – 351 с. 86. Технология рыбных продуктов // Тр. ВНИРО. Т. 65. – М.: Пищепромиздат, 1962. – 143 с. 87. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий: Каталогсправочник. Ч. 1. – М.: Легпищемаш, 1970. – 82 с. 88. Технология продуктов из гидробионтов / Под общ. ред. Т.М. Сафроновой и В.И. Шендерюка. – М.: Колос, 2001. – 489 с. 89. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий: Каталогсправочник. Ч. 3. – М.: Легпищемаш, 1972. – 93 с. 90. Уманцев A.3. Физико-технические свойства рыб. – М.: Пищ. пром-сть, 1980. – 150 с. 91. Федяевский К.К., Войткунский Я.И., Федеев Ю.И. Гидромеханика. – Л.: Судостроение, 1968. – 567 с. 92. Флауменбаум Б.Л. Основы консервирования пищевых продуктов. – М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1982. – 267 с. 93. Чепрасов Н.Н. Оборудование предприятий и судов рыбной промышленности и его эксплуатация. – М.: Пищ. пром-сть, 1980. – 318 с. 94. Чугаев P.P. Гидравлика. – Л.: Энергия, 1971. – 551 с. 95. Чупахин В.М., Дорменко В.В. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих заводов. – М.: Пищепромиздат, 1960. – 562 с. 96. Чупахин В.М. Оборудование предприятий и судов рыбной промышленности. – М.: Пищевая пром-сть, 1969. – 490 с. 97. Чупахин В.М. Технологическое оборудование рыбообрабатывающих предприятий. – М: Пищ. пром-сть, 1976. – 471 с. 98. Шендрюк В.И. Производство слабосоленой рыбы. – М.: Пищ. пром-сть, 1976. 172

– 176 с. 99. Шиф И.Г. Тепловое оборудование рыбообрабатывающих предприятий. – М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1981. – 222 с. 100. Эберт Г. Краткий справочник по физике / Пер. со 2-го нем. изд. под ред. К.П. Яковлева. – М.: Физматгиз, 1963. – 551 с. 101. Юдицкая A.M. Микроскопическое исследование рыбы при посоле // Тр. ВНИРО. Т. 40. – М.: ВНИРО, 1969. 102. Юдкин И.И. Ихтиология. – М.: Пищепромиздат, 1941. – 277 с. 103. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М.: Физматгиз, 1963. – 847 с. 104. А.С. 865254 СССР. Установка для приготовления и регенерации тузлука / А.Н. Кренов, А.Н. Красильников, С.К. Келле-Шагинов, А.М. Пикарев; Б.И., 1981, Бюл. № 35. 105. А. С. 824938 СССР. Установка для регенерации тузлука / Г.С. Жиров, В.П. Скачков; Б.И., 1981, Бюл. № 16. 106. Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. – М.: Химия, 1975. – 229 с.

173

Монография

Дегтярёв Виктор Никифорович ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ГИДРОБИОНТОВ

Редактор Г.Ф. Майорова Технический редактор Е.Е. Бабух Набор текста Н.М. Дегтярёва Верстка, оригинал-макет Е.Е. Бабух, О.А. Лыгина Подписано в печать 23.06.2008 г. Формат 61*86/8. Печать цифровая. Гарнитура Times New Roman Авт. л. 16,82. Уч.-изд. л. 17,22. Усл. печ. л. 21,34 Тираж 50 экз. Заказ № 88 Издательство Камчатского государственного технического университета Отпечатано полиграфическим участком издательства КамчатГТУ 683003, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Ключевская, 35

174