Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
АХМЕДОВ Магомед Эминович
РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ НОВЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СПОСОБОВ КОНСЕРВИРОВАНИЯ И ЭФФЕКТИВНЫХ УСРОЙСТВ И АППАРАТОВ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ
Специальность 05.18.12 - Процессы и аппараты пищевых производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Махачкала - 2011
Работа выполнена в ГОУ ВПО Дагестанский государственный
технический университет
Научный консультант: | доктор технических наук, профессор Исмаилов Тагир Абдурашидович | |
Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Касьянов Геннадий Иванович | |
доктор технических наук, профессор Улумиев Адам Абакарович | ||
| доктор технических наук, профессор Гаджиев Серкер Шамилович | ||
Ведущая организация: | ГНОУ Краснодарский НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии |
Защита состоится "____"__________2011года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.052.05 в ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет, по адресу 367015, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70, ауд. 202.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет.
Автореферат разослан "____" _____________ 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн. наук, доцент М.Н.Исламов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Одной из важнейших проблем интенсификации пищевых производств является создание новых, более эффективных ресурсосберегающих и экологически безопасных способов, технологий и соответствующих аппаратов по переработке сельхозсырья. В этом плане стратегическим направлением Государственной Программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг., утвержденной постановлением Правительства РФ, является ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий.
Однако используемые в пищевой промышленности способы консервирования, основанные на использовании тепловой стерилизации консервов, имеют существенные недостатки; они имеют значительную продолжительность тепловой обработки, что существенно ухудшает пищевую ценность готовой продукции по сравнению с исходным сырьем, а также требует значительных затрат тепловой энергии и воды.
Поэтому актуальная проблема создания новых, более эффективных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологических процессов производства консервов требует разработки новых способов консервирования и эффективных устройств и аппаратов для стерилизации консервов. Решение этой проблемы связано с использованием высокотемпературного ротационного и пароконтактного нагрева и лучистой энергии, например, электромагнитных полей и излучений сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ). Такие способы консервирования позволяют более рационально использовать плодово-ягодное сырье, энергетические и материальные ресурсы, а также повысить качество готовой продукции.
Основными путями интенсификации процесса стерилизации, на наш взгляд, являются: применение высокотемпературных теплоносителей; вращение тары в процессе тепловой обработки; пароконтактный нагрев консервов в банках конденсирующимся паром; увеличение начальной среднеобъемной температуры консервов перед стерилизацией с использованием тепловых и физических факторов и процессов, а также совершенствование способов охлаждения консервов после тепловой стерилизации. Решению указанных проблем и посвящена данная диссертация.
Тема диссертационной работы соответствует приоритетным направлениям науки и техники и критическим технологиям, утвержденным Правительством РФ в 2002 г., развитию направлений, определенных приоритетным национальным проектом Развитие агропромышленного комплекса, целевой программе Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг. по направлению Экологически безопасные ресурсосберегающие производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания (Госконтракт № П 1577 от 10.09.2009 г.), и плану научных исследований в ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет, финансируемому по госбюджету Интенсификация технологических процессов пищевых производств на 2009-2013гг.
Цель и задачи исследований. Цель данных исследований - разработка научных основ интенсификации процесса тепловой стерилизации консервов на основе новых способов консервирования и разработки эффективных устройств и аппаратов для стерилизации консервов с использованием пароконтактного и высокотемпературного ротационного нагрева, а также предварительного подогрева плодов и овощей в банках с использованием электромагнитного поля сверхвысокой частоты и тепловой энергии.
В соответствии с этой целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:
Ц обосновать научную концепцию по созданию новых интенсивных экологически безопасных ресурсосберегающих способов консервирования, устройств и аппаратов для стерилизации консервов;
Ц разработать новые эффективные способы консервирования с использованием энергии СВЧ ЭМП;
Ц разработать конструкции устройств и аппаратов для тепловой стерилизации консервов с использованием высокотемпературного ротационного и пароконтактного нагрева;
Ц разработать математические модели исследуемых процессов для конкретизации и оптимизации параметров исследуемых процессов;
Ц установить оптимальные режимы стерилизации консервов с использованием пароконтактного и высокотемпературного ротационного нагрева и СВЧ энергии;
Ц разработать новые интенсивные способы охлаждения консервов после тепловой стерилизации;
Ц определить оптимальные частоты вращения тары при ротационной тепловой стерилизации;
Ц исследовать качественные показатели продуктов, полученных с использованием новых способов консервирования;
Ц разработать техническую документацию на новые способы консервирования с использованием традиционного тепла и СВЧ ЭМП;
Ц определить экономический эффект от внедрения предложенных способов консервирования на Буйнакском консервном заводе Республики Дагестан.
Научная концепция диссертационной работы заключается в решении проблемы по разработке экологически безопасных ресурсосберегающих производств и переработки сельскохозяйственного сырья на основе интенсификации процесса тепловой стерилизации консервов с использованием высокотемпературного ротационного и пароконтактного нагрева, повышения начальной среднеобъемной температуры консервов перед герметизацией с применением тепловой энергии, СВЧ ЭМП и эффективных способов охлаждения консервов после тепловой стерилизации.
Научная новизна. Разработаны теоретические и научно-технические принципы создания интенсивных технологий консервирования на основе комплексного использования высокотемпературного нагрева, вращения тары, интенсивных способов охлаждения, а также повышение начальной среднеобъемной температуры консервов с применением тепловой энергии и электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Предложены новые способы консервирования для различных консервов с использованием тепловой энергии и электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Разработаны новые способы воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов после тепловой стерилизации в аппаратах непрерывного действия открытого типа с вращением тары и двухступенчатого охлаждения в автоклавах.
Разработаны и предложены новые конструкции устройств для предварительного подогрева плодов и овощей в таре перед стерилизацией:
Ц с использованием электромагнитного поля сверхвысокой частоты;
Ц с использованием нагретого воздуха;
Ц с использованием горячей воды.
Разработаны и предложены новые конструкции устройств и аппаратов для тепловой стерилизации консервов.
Разработаны математические модели:
Ц продолжительности процесса и скорости нагрева компотов в потоке нагретого воздуха с вращением тары;
Ц продолжительности процесса нагрева фруктовых натуральных соков в потоке нагретого воздуха с вращением тары;
Ц продолжительности ротационного охлаждения компотов и соков в потоке атмосферного воздуха;
Ц продолжительности ступенчатого воздушно-водоиспарительного ротационного охлаждения компотов и соков.
Новизна предлагаемых технических решений подтверждена 3 авторскими свидетельствами СССР и 403 патентами РФ на изобретения.
Практическая значимость работы заключается в разработке новых ресурсосберегающих способов консервирования и режимов стерилизации консервов, обеспечивающих сокращение продолжительности тепловой стерилизации до 25-30%, экономию тепловой энергии и воды до 20-30% и повышение качественных показателей готовой продукции.
Разработаны технические условия на производство консервов новыми способами консервирования: компот из абрикосов (ТУ 91 6311-001-2069504-06) и компот из яблок (ТУ 91 6311-002-2069504-06). Разработан и запатентован ряд устройств для предварительного подогрева плодов и овощей в таре и аппаратов для тепловой стерилизации консервов, и на их основе предложены новые интенсивные технологии производства различных консервов. Созданные аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов, устройство для предварительного подогрева плодов и овощей в банках и аппарат для ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха экспонировались на выставках "Дагпродэкспо - 2006, 2008 и 2009" (г. Махачкала), где были удостоены золотых медалей.
В производственных условиях на Буйнакском консервном заводе апробированы новые способы консервирования, режимы тепловой стерилизации консервов и соответствующие устройства и аппараты.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Ц концепция создания новых ресурсосберегающих экологически безопасных способов консервирования с использованием пароконтактного и высокотемпературного ротационного нагрева и ЭМП СВЧ;
Ц новые способы высокотемпературной ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха с воздушным и воздушно-водоиспарительным охлаждением;
Ц новый способ производства консервов посредством пароконтактного нагрева консервов в таре конденсирующим паром;
Ц новые способы консервирования плодовоовощных консервов с предварительным подогревом плодов и овощей в таре: горячей водой; горячим сиропом; воздействием СВЧ ЭМП; нагретым воздухом;
Ц новые способы консервирования с использованием двухступенчатой СВЧ-обработки плодов, овощей в банках перед герметизацией;
Ц новые способы консервирования плодово-ягодных соков СВЧ-обработкой в банках перед герметизацией;
Ц новые способы воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов в стеклянной таре;
Ц новые способы охлаждения консервов в стеклянной и жестяной таре после тепловой стерилизации в автоклавах;
Ц способы определения оптимальной скорости вращения банки при ротационной стерилизации;
Ц новые конструкции аппаратов и устройств для тепловой стерилизации консервов: аппарат для ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха; аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов; аппарат для воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов после тепловой стерилизации в стеклянной таре; устройство для пароконтактной стерилизации и хранения консервов; устройство для подготовки стеклотары перед наполнением; устройство для подогрева и пастеризации консервов в СВЧ-поле; устройство для подогрева плодов и овощей в банках горячей водой и устройство для подогрева плодов и овощей в банках горячим воздухом.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены в период с 1978 по 2010 гг. на 23 конференциях различного уровня, в том числе 15 Всесоюзных (Махачкала, 1981 г., 2008 г., 2008 г.; Саранск, 1982 г.; Ленинград, 1986 г., 1991 г.; Москва, 1983 г.,1988 г.; Киев, 1991 г., 1998 г.; Воронеж, 2000 г., 2004 г.; Ставрополь, 2001 г.; Нижний Новгород, 2006 г, Краснодар, 2008 г.), 8 конференциях с международным участием (С.-Петербург, 1996 г.; 2001 г.; 2007 г., Махачкала, 1999 г.; 2009 г., Воронеж, 2004 г., Москва, 2001 г., Краснодар 1998 г.), Междисциплинарном научном симпозиуме Механизмы участия воды в биоэлектромагнитных эффектах ДагестанЦ2010 и научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и студентов ДГТУ.
Публикации. Основные научные положения диссертации опубликованы в 2-х монографиях, 35 научных статьях в рекомендованных ВАК РФ журналах, 42 тезисах докладов на различных конференциях; получены 3 авторских свидетельства СССР и 403 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, состоящего из 613 источников, в т.ч. 46 иностранных авторов, и приложений. Работа изложена на 425 страницах машинописного текста и включает 127 рисунков и 33 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, научная новизна и практическая ценность и положения, выносимые на защиту.
Исходной теоретической базой выполненных исследований явились труды известных ученых: Аминова М.С., Бабарина В.П., Болла Ч., Горенькова В.И., Мазохиной-Поршняковой Н.Н., Рогачева В.И., Рогова И.А., Флауменбаума Б.Л и других.
В первой главе проведен анализ состояния и перспектив развития теории и практики тепловой стерилизации консервов. Отмечается, что традиционные, используемые в практике консервной промышленности, способы тепловой стерилизации имеют ряд существенных недостатков.
Представлена краткая характеристика основных способов тепловой стерилизации с их критическим анализом.
Приведен аналитический обзор основных конструкций аппаратов для тепловой стерилизации консервов. Показано, что перспективными направлениями по совершенствованию технологий и аппаратов для тепловой стерилизации являются применение высокотемпературных теплоносителей, вращение тары в процессе тепловой обработки, повышение начальной среднеобъемной температуры консервов перед стерилизацией.
На основании проведенного критического анализа литературных источников и в соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи настоящего исследования.
Во второй главе представлены обобщенная схема экспериментальных исследований (рисунок 1), разработанные автором лабораторные установки, а также использованные методики исследований.
В работе использованы следующие методы исследования состава продуктов - содержание сахаров (ГОСТ 8756.13.87), сухих веществ (ГОСТ28561-90), витамина С - по стандартному методу (метод Девятина); сахарозы и общего количества сахара (ГОСТ 8856.23-70).
Изложены методики измерения температуры при ротационном нагреве и определения требуемой летальности режимов стерилизации.
При разработке конструкций новых устройств и аппаратов основным методом являлось стендовое моделирование на основе экспериментальных данных.
В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований по созданию интенсивных технологий тепловой стерилизации консервов с использованием вращения тары и нагрева в потоке воздуха с высокими температурами (120-150оС). Установлено, что вращение тары в процессе тепловой обработки обеспечивает интенсификацию процесса теплообмена. Выявлено наличие для различной тары и различных консервов определенных оптимальных частот вращения банок в процессе тепловой обработки. Разработаны способы определения оптимальной скорости вращения банки в процессе тепловой обработки. Сущность способа определения оптимальной скорости вращения заключается в том, что одновременно измеряют температуры в наименее и наиболее прогреваемых точках и по наименьшей разности температур между ними устанавливают оптимальную частоту вращения. Разработан также способ определения оптимальной скорости вращения по наименьшей разнице температур теплоносителя и продукта в наименее прогреваемой точке банок.
Результаты экспериментальных исследований прогреваемости компотов в стеклянной таре СКО 1-82-500 в потоке нагретого воздуха с различными параметрами и вращением тары с донышка на крышку представлены на рисунке 2.
Как видно из рисунка 2, с увеличением скорости воздушного потока в и его температуры tв, продолжительность процесса нагрева уменьшается, а скорость прогрева продукта увеличивается. Так, установлено, что продолжительность нагрева компота от начальной температуры tн=50оС до конечной tк=100оС составляет при температуре нагретого воздуха tв=120оС и скорости воздушного потока в=1,2м/с 38 минут. Увеличение скорости воздушного потока до в=2,75м/с, при неизменной ее температуре (tк=120оС), приводит к сокращению продолжительности процесса нагрева компота до 100оС, которая составляет при этих параметрах 29 минут. Дальнейшее увеличение скорости до в=4,75м/с, 6,5м/с и 8,5м/с также приводит к сокращению продолжительности процесса, которая составляет соответственно 23, 21 и 19 минут. Анализ кривых прогреваемости консервов Компот из черешни в банках СКО 1-82-500 с вращением тары в потоке нагретого воздуха показывает, что оптимальной является скорость воздушного потока в пределах 5-6 м/с, так как дальнейшее, даже существенное, увеличение скорости воздушного потока практически мало влияет на сокращение продолжительности процесса нагрева, что подтверждается данными по прогреваемости компотов и при других температурах и в другой таре, представленными в таблице 1.
Рисунок 2 - Кривые прогреваемости консервов Компот из черешни при вращении банки 1-82-500 с донышка на крышку с частотой n= 0,133с-1 при температурах нагретого воздуха а) 120оС; b)130оС; с)140оС; d) 150оС и различных скоростях воздушного потока: 1)в=8,5 м/с; 2) в=5,75м/с; 3) в=3,5м/с; 4) в=2,75м/с; 5) в=1,2м/с
Анализ экспериментальных данных и их обработка с использованием метода наименьших квадратов позволили получить уравнение для расчета продолжительности нагрева компота из черешни в потоке нагретого воздуха в зависимости от объема тары V, температуры воздуха tв и ее скорости в.
Полученное уравнение имеет вид:
, (1)
где Р1=2,9+0,038tв; Р2=33+0,6 tв; Р3=0,13+0,02 в; Р4=1,2+0,3ln(V+0,1).
Относительная погрешность при сопоставлении расчетных и опытных данных колеблется в пределах 5-8%.
Однако полученное уравнение не учитывает то обстоятельство, что в зависимости от температуры заливаемого сиропа начальная температура компота перед стерилизацией может иметь различные значения от 40 до 60оС. Кроме того, в зависимости от концентрации заливаемого сиропа, а соответственно его вязкости, процесс теплообмена для разных компотов несколько отличается. Чтобы учесть эти параметры, влияющие на продолжительность процесса нагрева компотов, нами использован метод планирования эксперимента для расчета продолжительности процесса нагрева компотов с учетом всех факторов, влияющих на ее величину: начальной температуры Т2; температуры нагретого воздуха Т1; ее скорости 1 и объема банки V, а для учета влияния концентрации сиропа на продолжительность процесса нагрева, в уравнение введены доверительные интервалы.
Таблица 1. Продолжительность прогрева консервов Компот из черешни до tk=1000С в зависимости от скорости и температуры нагретого воздуха
№ п/п | Наимено- вание тары | Скорость нагретого воздуха, в м/с | Продолжительность нагрева от tн=500С до tk=1000С, мин. | |||||||
1200С | 1300С | 1400С | 1500С | |||||||
опыт. | расч. | опыт. | расч. | опыт. | расч. | опыт. | расч. | |||
1 | СКО 1-82-500 | 1,2 | 38 | 38 | 32 | 30 | 24 | 25 | 23 | 22 |
2,75 | 29 | 31 | 25 | 25 | 19,5 | 20 | 18,5 | 17 | ||
4,75 | 23 | 25 | 22 | 21 | 17 | 17 | 16 | 15 | ||
6,5 | 21 | 22 | 20 | 18 | 16 | 15 | 13 | 13 | ||
8,5 | 19 | 18 | 16 | 15 | 13 | 12 | 11,5 | 11 | ||
2 | СКО 1-82-1000 | 1,2 | 48 | 50 | 36 | 37 | 32 | 33 | 28 | 31 |
2,75 | 38 | 40 | 28 | 30 | 25 | 26 | 21 | 22 | ||
4,75 | 30 | 32 | 26 | 26 | 22 | 23 | 18 | 20 | ||
6,5 | 28 | 27 | 22 | 21 | 19 | 18 | 16,5 | 17 | ||
8,5 | 26 | 25 | 19,5 | 19 | 18 | 16 | 15 | 15 | ||
3 | СКО 1-82-3000 | 1,2 | 88 | 90 | 68,5 | 70 | 57,5 | 58 | 48,5 | 50 |
2,75 | 73 | 74 | 55,8 | 57 | 48 | 47 | 41,0 | 41 | ||
4,75 | 57 | 59 | 44 | 46 | 38 | 38 | 33,5 | 33 | ||
6,5 | 52 | 51 | 39 | 40 | 33,5 | 33 | 29,5 | 28 | ||
7,75 | 46 | 47 | 36,5 | 37 | 29,5 | 30 | 26 | 26 | ||
8,5 | 41,5 | 43 | 34,5 | 34 | 26 | 28 | 24 | 24 | ||
Окончательное уравнение в безразмерных факторах с учетом доверительного интервала имеет вид:
У=3,1164-0,1692х2-0,3186х3+0,2316х4-0,188х50,018. (2)
Выразив х2, х3, х4 и х5 через натуральные факторы, получим зависимости для определения продолжительности нагрева консервов до температуры1000С:
а) без учета доверительных интервалов:
= 3136755 T1,51691 -0,34767 V-0,2585 T2-1,02275 ; (3)
б) с учетом доверительных интервалов:
= 3136755 T1-1,517 -0,348 V-0,259 T2-1,023 К1, (4)
где К1=е0,018=0,982-1,018.
В результате выполнения аналогичных расчетов получена зависимость для определения скорости нагрева компотов W (оС/мин) в виде:
W = 0,001582 T1-1,504 -0,347 V-0,261 T2-1,141 К2, (5)
где К2=е0,0188=0,981-1,019.
Установлено влияние параметров нагретого воздуха на величину стерилизующего эффекта процесса нагрева компотов.
Как известно, общее время стерилизации общ состоит из времени проникновения тепла в центр банки, т.е. достижения в центре банки температуры стерилизации пр и летального времени л, т.е. времени, которое требуется для уничтожения микроорганизмов, находящихся в центре банки, начиная с того момента, когда там достигнута заданная температура:
общ = пр+ л. (6)
В этой связи большой практический интерес представляет определение величины и зависимости значений стерилизующего эффекта периода нагрева консервов от параметров теплоносителя и продолжительности нагрева.
Полученные результаты экспериментальных исследований расчетов величин стерилизующих эффектов компота из черешни в различной таре при нагреве их до конечной температуры 100оС в зависимости от параметров нагретого воздуха представлены в таблице 2.
Таблица 2. Влияние параметров теплоносителя на стерилизующие эффекты при нагреве компотов до конечной температуры 100оС
Параметры теплоносителя | Величина стерилизующего эффекта, усл.мин. | ||||||
температура tв, оС | скорость в, м/с | 1-82-500 | 1-82-1000 | 1-82-3000 | |||
центр. точка | перифер. точка | центр. точка | перифер. точка | центр. точка | перифер. точка | ||
120 | 1,2 | 151,94 | 175,29 | 234,91 | 269,35 | 406,1 | 445,5 |
-У- | 4,75 | 107,00 | 124,74 | 117,69 | 136,28 | 282,3 | 305,5 |
-У- | 8,5 | 62,87 | 72,95 | 105,73 | 122,8 | 204,7 | 228,5 |
130 | 1,2 | 123,81 | 143,02 | 141,82 | 159,78 | 279,6 | 292,2 |
-У- | 4,75 | 75,21 | 85,83 | 101,84 | 115,93 | 203,0 | 220,6 |
-У- | 8,5 | 57,84 | 64,97 | 68,20 | 78,68 | 136,6 | 148,8 |
140 | 1,2 | 103,6 | 119,5 | 125,42 | 142,52 | 199,3 | 216,5 |
-У- | 4,75 | 81,4 | 92,2 | 82,58 | 96,28 | 139,8 | 152,2 |
-У- | 8,5 | 75,1 | 86,6 | 77,32 | 87,35 | 103,9 | 113,8 |
150 | 1,2 | 101,5 | 118,5 | 95,85 | 109,43 | 189,6 | 202,2 |
-У- | 4,75 | 54,0 | 59,5 | 65,79 | 75,30 | 125,6 | 135,5 |
-У- | 8,5 | 33,4 | 39,5 | 58,8 | 66,77 | 67,3 | 78,8 |
Анализ результатов величин стерилизующих эффектов периода нагрева компотов позволяет сделать вывод о том, что применение нагретого воздуха с определенными параметрами в некоторых случаях для практического применения нежелательно с позиции того, что величина стерилизующего эффекта периода нагрева при конечной температуре нагрева компотов, равной 100оС, настолько велика, что она даже без учета значений стерилизующего эффекта периода охлаждения значительно выше требуемой величины, равной для компотов 150200 усл. мин.
Так, явно неприемлемы для практического применения при конечной температуре нагрева компота, равной 100оС, параметры нагретого воздуха в=1,2м/с и tв=1200С для стерилизации компота в банках СКО 1-82-1000, так как стерилизующий эффект периода нагрева уже равен 269,35 усл. мин. Для банки 1-82-3000 неприемлемы параметры нагретого воздуха 120оС и 130оС при любых скоростях последнего по той же причине. Эти параметры нагретого воздуха приемлемы для данных банок при условии, что конечная температура нагрева компота будет ниже 100оС.
Аналогичные исследования проведены и для компотов в жестяной таре (таблица 3), и для другого ассортимента консервов.
Таблица 3. Влияние параметров теплоносителя на стерилизующие эффекты при нагреве компотов до конечной температуры 100оС в жестяной таре
Параметры теплоносителя | Величина стерилизующего эффекта, усл. мин. | ||
температура tв, оС | скорость в , м/с | ж/б №13 | ж/б №14 |
130 | 1,40 5,75 8,50 | 139,19 61,99 55,06 | 135,34 104,50 88,71 |
140 | 1,40 5,75 8,50 | 76,01 60,09 53,76 | 97,63 88,82 81,07 |
150 | 1,40 5,75 8,50 | 66,30 57,72 42,98 | 88,20 84,15 62,75 |
Проведенные исследования прогреваемости фруктовых натуральных соков и соков с мякотью и сахаром в потоке нагретого воздуха с вращением тары с донышка на крышку показали (рисунок 3), что ротационная стерилизация фруктовых натуральных соков и соков с мякотью и сахаром в потоке нагретого воздуха обеспечивает сокращение продолжительности процесса с одновременным обеспечением равномерности нагрева продукта по всему объему тары и более полное сохранение качественных показателей продукта за счет сокращения продолжительности процесса тепловой обработки.
Нами получена математическая модель для расчета температуры продукта, которая позволяет с достаточной точностью определять температуру фруктовых натуральных соков в стеклянной банке СКО 1-82-3000 при нагревании горячим воздухом со скоростью подачи ϑв и температурой Тв при различных начальных температурах продукта Тнач , которая выражается уравнением:
, (7)
где значения параметра L определяются по выражению:
L(ϑ)=32,42+27,73e-(ϑ-1,75)/3,17 (8)
с использованием экспериментальных данных прогреваемости натуральных
фруктовых соков при различных режимах нагрева: Тв=120÷150С; ϑв=1,75-6,75м/с; Тнач=50, 65 и 80C.
- b)
c) d)
Рисунок 3. Кривые прогреваемости наименее прогреваемой точки консервов Сок яблочный натуральный в стеклянной банке СКО 1-82-3000 (а,b,с) и зависимости параметра L от скорости воздушного потока ϑв (d) при ϑв =1,75м/с (а); ϑв =3,75м/с (b); ϑв =6,75м/с (с) и температуре греющего воздуха: 1) Tв= 150оС ; 2) Tв= 140оС ; 3) Tв= 130оС ; 4) Tв= 120оС (значки - экспериментальные значения; сплошные линии - расчет по уравнению (7)
при L=60.16).
Уравнение (7) достаточно хорошо описывает экспериментальные данные почти на всем интервале температур от 50С до 100С, хотя при значениях, близких к 100С, они несколько отличаются.
В целом, уравнение (7) может быть полезным при поиске оптимальных режимов тепловой стерилизации натуральных фруктово-ягодных соков в зависимости от начальной температуры продукта, температуры греющего воздуха и его скорости, для определения времени достижения определенной температуры продукта, а также позволяет сократить количество проводимых опытов.
Были проведены также исследования по изучению процесса прогреваемости и установлению режимов стерилизации в потоке нагретого воздуха с вращением тары для разных видов консервов: томаты маринованные; огурцы маринованные; перец натуральный; томатное пюре; томатная паста; соки с мякотью и сахаром и т.д.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований по пароконтактному нагреву консервов в банках конденсирующимся паром. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что насыщенный водяной пар посредством барбатеров, вводимых в банку до расфасовки плодов, подается непосредственно в банку с продуктом. При этом количество и концентрацию заливочной жидкости (сироп, рассол) определяют с учетом количества образующегося конденсата.
Эффективность применения пароконтактного нагрева консервов в таре подтверждается экспериментальными исследованиями прогреваемости консервов (на примере консервов Компот из черешни в таре СКО 1-82-1000) различными способами (рисунок 4).
Рисунок 4. Кривые прогреваемости компота из черешни в банке СКО 1-82-1000 при стерилизации по режиму: 1 - в автоклаве по режиму действующей технологической инструкции; 2 - по режиму ; 3 - в пастеризаторе непрерывного действия с предварительным нагревом плодов паром перед заливкой; 4 - пароконтактным нагревом плодов, залитых сиропом, в таре конденсирующимся паром
Как видно из рисунка 4, при пароконтактном нагреве консервов в таре (кривая 4) продолжительность процесса нагрева значительно сокращается по сравнению с нагревом по режиму, рекомендованному действующей технологической инструкцией в автоклаве (кривая 1) высокотемпературного режима (кривая 2) и с предварительным подогревом плодов в таре паром до заливки сиропом (кривая 3).
В этой же главе решена задача нестационарного температурного поля в двухслойном бесконечном цилиндре, нагреваемом от внутреннего источника теплоты с учетом конвекции в радиальном направлении.
Уравнение теплопроводности с учетом конвективной составляющей имеет вид:
. (9)
Условия однозначности: начальное при =0 t(r,о)=t(r)=tн; (10)
краевое при: = 1, t= ts
, (11)
где r1, r2 - наружные радиусы соответственно барбатера и цилиндра (банки); - коэффициент теплопроводности продукта, Вт/мК; Ср - удельная теплоемкость продукта, кДж/кгК; - плотность продукта, кг/м3; tн, ts и tg - соответственно температуры продукта (начальная) пара и окружающей среды; - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К; - время, с.
Задача решена численно, разработана программа расчета, и получены экспериментальные данные по прогреваемости различных консервов.
Рисунок 5. Аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов в банках:
1 - каркас; 2 - дозатор плодов; 3 - подъемный столик; 4 - подвижные цилиндрические камеры; 5 - пружины; 6 - барбатеры; 7 - цилиндрические втулки; 8 - конические направляющие; 9 - втулки; 10 - паропровод; 11 - патрубки для заливочной жидкости;
12 Ц загрузочный бункер; 13 - банка; 14 - пазы.
Для практической реализации способа пароконтактного нагрева консервов в банках разработан аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов в банках. Схема аппарата представлена на рисунке 5, а его общий вид на рисунке 6.
Аппарат работает следующим образом: подготовленные банки подаются на подъемный столик 3, который поднимается с банками до упора об фланцы неподвижных цилиндрических камер 4, при этом барбатеры 6 входят в банки, после чего из секционного дозатора плоды поступают в банки и за счет вибрации подъемного столика укладываются в банках. После этого в банки подается сироп и греющий пар из барбатеров 6, и содержимое банок нагревают до нужной температуры.
Рисунок 6. Аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов в банках
Разработано устройство (рисунок 7) для пароконтактной стерилизации и хранения пищевых продуктов. Его можно использовать для снабжения предприятий общественного питания, армии и флота, а также пищеблоков дошкольных учреждений и школ консервированными пищевыми продуктами (компоты, маринады), где имеется потребность в больших объемах консервированных продуктов и экономически невыгодно потребление консервов, расфасованных в мелкую тару.
Отличительной особенностью устройства является то, что оно обеспечивает кратковременный нагрев продукта посредством подачи пара через барбатеры, установленные на её дне и присоединенные к патрубку, на котором установлен обратный клапан, обеспечивающий возможность герметизации устройства после завершения процесса нагрева.
Пятая глава посвящена исследованиям по интенсификации процесса тепловой стерилизации консервов путем увеличения начальной среднеобъемной температуры продукта посредством:
Ц предварительного нагрева плодов и овощей в банках в СВЧ-поле;
Ц предварительного нагрева плодов и овощей в банках посредством их заливки на 2-3 мин горячей водой или другими растворами температурой 40, 60 и 80-85оС с последующей заменой ее на сироп или другие растворы, предусмотренные технологической инструкцией, температурой, соответственно, 60, 8085 и более 90оС;
Ц предварительного подогрева плодов и овощей, расфасованных в банки, нагретым воздухом с температурой 120-140оС и скоростью 4-5 м/с, подаваемым попеременно в течение 3-5 минут через одну и вторую половину площади сечения горловины банки с интервалом 15-20 с.
A-A
Рисунок 7. Устройство для пароконтактной стерилизации и хранения консервов:
1 - корпус; 2 - крышка; 3 - патрубок; 4 - обратный клапан; 5 - барбатеры
Проведенными исследованиями выявлено, что предварительный подогрев плодов (овощей) в банках при производстве консервов перед их заливкой в течение 1-3, 5 минут в СВЧ-поле частотой 240050 МГц обеспечивает возможность повышения начальной среднеобъемной температуры продукта за счет предварительного подогрева плодов и заливки их заливочной жидкостью более высокой температуры, более чем на 15-20оС, что, в свою очередь, позволяет сократить продолжительность режимов стерилизации и обеспечивает экономию тепловой энергии.
В таблице 4 представлены результаты исследований по предварительному нагреву плодов в банках в СВЧ-поле перед заливкой.
Аналогичные исследования выполнены и для другого ассортимента консервов.
Для практической реализации данного способа разработана конструкция устройства для СВЧ-нагрева плодов, овощей, а также других консервов в банках перед их герметизацией, схема которого представлена на рисунке 8.
Таблица 4. Влияние СВЧ-энергии на начальную температуру консервов перед стерилизацией
Наименование консервов | Наименование тары | Продолжительность обработки, с | Начальная температура продукта в банке перед стерилизацией, оС | |
с предварительным подогревом в СВЧ-поле | по действующей технологической инструкции | |||
Картофель молодой натуральный нарезанный | 1-82-1000 1-82-500 | 150 90 | 66 65 | 42 42 |
Огурцы консервированные | 1-82-500 1-82-1000 | 80 120 | 64 65 | 44 45 |
Перец сладкий натуральный | 1-82-500 1-82-1000 | 60 80 | 60 61 | 44 45 |
Компот из яблок | 1-82-500 1-82-650 1-82-1000 | 50-60 90 110-120 | 70 70 71 | 50 49 51 |
Компот из айвы и груш | 1-82-350 1-82-500 1-82-1000 | 50-60 90 120-150 | 68 70 73-75 | 48 50 52 |
Принцип работы устройства состоит в том, что, проходя в СВЧ-камере, банки с продуктом обрабатываются СВЧ-энергией частотой 240050 МГц в течение 1-3,5 минут, где происходит быстрый бесконтактный нагрев консервов и банок. Предварительный нагрев плодов и овощей перед их заливкой в течение 2-3 мин горячей водой (рассолом, сиропом), которые далее заменяются сиропом (рассолом), предусмотренными технологической инструкцией, но температурой на 15-20оС большей, чем предусмотрено в технологической инструкции, также позволяет повысить начальную среднеобъемную температуру консервов перед стерилизацией на 10-15оС, что, в свою очередь, обеспечивает сокращение продолжительности стерилизации, снижение неравномерности тепловой обработки и экономию тепловой энергии.
Некоторые данные результатов исследования при производстве компотов и различных овощных натуральных консервов приведены в таблице 5.
Для практической реализации данного способа разработана конструкция устройства для предварительного подогрева плодов и овощей в банках горячей водой, схема которого представлена на рисунке 9.
Устройство работает следующим образом: банки с расфасованными плодами транспортером подаются к приемному столику банок, над которым расположен секционный дозатор горячей воды, который после поступления
Рисунок 8. Устройство для нагрева плодов и овощей и пастеризации консервов:
1 - каркас; 2 - СВЧ-камера; 3 - транспортер; 4 - пальцы; 5 - стаканы; 6 - приемный столик; 7 - упорная планка; 8 - банка.
Таблица 5. Влияние предварительного подогрева плодов и овощей в таре горячей водой (сиропом) на начальную среднеобъемную температуру консервов перед стерилизацией
Наимено- вание консервов | Расфа-совка | Заливоч- ная жид-кость | Темпе-ратура, оС | Продол- житель- ность обработки, мин. | Начальная температура консервов перед стерилизацией, оС | |
по новой техноло- гии | по действую-щей техно-логии | |||||
Картофель молодой натуральный нарезанный | 1-82-500 1-82-1000 1-82-2000 1-82-3000 ж/б №13 ж/б №14 | Горячая вода -У- -У- -У- -У- | 90 90 90 90 90 90 | 3 3 3 4 3 3 | 53 55 58 60 57 60 | 41 42 45 48 47 48 |
Огурцы консерви-рованные | 1-82-500 1-82-1000 | Горячая вода | 85 85 | 3 3 | 56 57 | 45 46 |
Компот из яблок | 1-82-500 1-82-1000 | Сироп -У- | 85 85 | 3 3 | 58 59 | 47 47 |
банок на приемный столик обеспечивает подачу горячей воды через патрубки с пробковыми краниками из объемных секционных дозаторов.
Рисунок 9. Устройство для предварительного подогрева плодов и овощей в банках горячей водой: 1 - каркас; 2,3 - подводящий и отводящий транспортеры; 4 - толкатель; 5 - приемный столик; 6 - направляющие; 7 - секционный дозатор; 8 - секции; 9 - приемник горячей воды; 10,11 - патрубки; 12 - стойки; 13 - втулки; 14 - планки; 15 - конический захват; 16 - основание захвата; 17 - сборник; 18 - банка; 19 - шарнир.
Находясь на приемном столике, банки с плодами (овощами), залитые горячей водой, нагреваются, в это время очередная партия банок, находящихся под дозатором, наполняется горячей водой, а на подводящем транспортере накапливается следующая партия банок. При подаче очередной партии банок на приемный столик последний ряд банок, находящихся на приемном столике, выталкивается на отводящий транспортер и далее поступает к механизму для слива воды из банок.
Исследования по предварительному подогреву плодов и овощей в банках нагретым воздухом температурой 120-150оС и скоростью 3-5 м/с перед их заливкой показывают, что этот способ также способствует увеличению начальной среднеобъемной температуры продукта перед стерилизацией (таблица 6).
Для практической реализации этого способа повышения начальной среднеобъемной температуры продукта разработана конструкция устройства, схема которого представлена на рисунке 10. Принцип работы устройства заключается в том, что банки с уложенными в них плодами (овощами) подаются в камеру 9, где через зигзагообразную щель, перекрывающую половину площади сечения горловины банки, попеременно с интервалом 15-20 с подается горячий воздух, и по мере перемещения в камере банки с плодами (овощами) подогреваются горячим воздухом, скорость и температуру которого в процессе тепловой обработки можно регулировать.
Кроме сокращения продолжительностей режимов стерилизации, предложенные способы увеличения начальной среднеобъемной температуры продукта позволяют обеспечивать значительную экономию тепловой энергии за счет того, что при использовании данных способов на 15-20оС увеличивается температура заливочной жидкости (сироп, рассол, протертая томатная масса). И так как все они варятся при 100оС, то устраняются неэффективные потери, связанные со снижением температуры заливочной жидкости от 100оС до температуры заливки, предусмотренной технологической инструкцией, которая колеблется от 40оС до 90оС.
Таблица 6. Влияние предварительного подогрева плодов и овощей в банках в потоке нагретого воздуха на начальную среднеобъемную температуру консервов перед стерилизацией.
Наимено- вание консервов | Расфасовка | Параметры нагретого воздуха | Продол-жительно-сть, мин. | Среднеобъемная начальная температура консервов, оС | ||
темпера-тура, оС | скорость, м/с | по новой техноло-гии | по дейст-вующей технологии | |||
Компот из яблок | 1-82-500 1-82-1000 1-82-3000 | 140 140 150 | 3,0 4,0 5,0 | 4,0 5,0 8,0 | 63 65 65 | 49 50 52 |
Компот из винограда | 1-82-500 1-82-1000 1-82-3000 | 120 120 120 | 3-3,5 4,0 5,0 | 5 7 8 | 62 63 62 | 30 31 32 |
С учетом разработанных способов повышения температуры продукта в банке разработано аппаратурное оформление поточно-механизированной линии для производства компотов с использованием ЭМП СВЧ для предварительного подогрева плодов в таре перед заливкой сиропом. Схема линии представлена на рисунке 11. Предлагаемая технологическая линия дополни
тельно укомплектована устройством для СВЧ-нагрева плодов и овощей в банках перед их заполнением сиропом (рассолом), что позволяет существенно повысить начальную среднеобъемную температуру консервов перед стерилизацией и тем самым обеспечивает возможность повысить температуру сиропа или рассола при заливке их в банки, что снижает потери тепловой
энергии на охлаждение сиропа (рассола) до требуемой температуры, предусмотренной по технологической инструкции, а также несколько сокращает продолжительность режимов стерилизации консервов.
Рисунок 10. Устройство для подогрева плодов и овощей в банках: 1 - каркас; 2,11 Ц приводной и натяжной барабаны; 3,10 - окошки для входа и выхода банок; 4 - банки, 5 - транспортер; 6 - нижняя стенка воздухораспределителя; 7 - воздухораспределитель; 8 Цвоздуховод; 9 Црабочая камера; 11 - воздухоотвод; 12 - воздухосборник, 13 - упорные ролики, 14 - зигзагообразная щель.
В шестой главе представлены результаты исследований по разработке новых интенсивных способов охлаждения консервов после тепловой стерилизации.
Разработан способ воздушно-водоиспарительного охлаждения, сущность которого заключается в том, что на поверхность охлаждаемой в потоке атмосферного воздуха банки попеременно, по мере испарения, с интервалом 510 с наносится водяная пленка, температура которой на 272оС ниже, чем температура стенки банки.
Эффективность использования способа подтверждается из анализа кривых охлаждения консервов "Компот из черешни" в банках СКО 1-82-1000 различными способами после тепловой стерилизации.
Как видно из рисунка 12, при охлаждении по режиму действующей технологической инструкции в автоклаве продолжительность процесса охлаждения до конечной температуры, равной 60оС, составляет 31 минут. При
Рисунок 11. Линия производства компотов по интенсивной технологии с использованием ЭМП СВЧ: 1 - инспекционный транспортер; 2 Цмоечные машины; 3 - ленточный транспортер; 4 - машины для резки и чистки яблок; 5 - транспортер-элеватор; 6 - бланширователь; 7 Црасфасовочный конвейер; 8 - устройство для нагрева плодов в банках в СВЧ-поле; 9 - наполнитель сиропа; 10 Цзакаточная машина;
11 Цавтоклав.
охлаждении в потоке атмосферного воздуха с вращением тары продолжительность охлаждения составляет 18 минут, а при охлаждении по разработанному способу продолжительность процесса охлаждения составляет всего 12 минут.
Риcунок 12. Кривые охлаждения компота из черешни в банке СКО 1-82-1000 различными способами: 1 - охлаждение по способу воздушно-водоиспарительного охлаждения; 2 - охлаждение в потоке атмосферного воздуха; 3 - охлаждение по предлагаемому способу.
Для практического осуществления разработанного способа охлаждения разработан аппарат ротационного типа для охлаждения консервов в стеклянной таре после тепловой стерилизации. Схема аппарата для ротационного воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов в стеклянной таре представлена на рисунке 13, а общий вид - на рисунке 14. Принцип работы аппарата основан на том, что банки, перемещаясь на роликовом транспортере с одновременным вращением вокруг своей оси, охлаждаются потоком атмосферного воздуха с попеременным нанесением на поверхность банок водяной пленки переменной температуры.
Для охлаждения консервов после высокотемпературной стерилизации, когда температура стенки тары достигает температур выше 130оС, разработан и предложен способ охлаждения, сущность которого заключается в том, что до температуры стенки банки, равной 1272оС, банки охлаждают в потоке атмосферного воздуха с последующим продолжением охлаждения с попеременным нанесением на поверхность банки водяной пленки переменной температуры.
Рисунок 13. Схема аппарата для ротационного воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов в стеклянной таре: 1 - каркас; 2 - роликовый транспортер; 3 - полые
ролики; 4 - вентилятор; 5 - воздуховод; 6 - банки.
Рисунок 14. Общий вид аппарата для ротационного воздушно-водоиспарительного охлаждения консервов.
Для упрощения практического использования воздушно-водоиспарительного охлаждения разработан и предложен способ ступенчатого охлаждения консервов, сущность которого заключается в том, что до температуры 80оС консервы охлаждаются в потоке атмосферного воздуха, а дальнейшее охлаждение продолжают с попеременным нанесением на поверхность банки водяной пленки температурой 65-70оС.
На основании математической обработки экспериментальных данных получена математическая модель продолжительности процесса ступенчатого воздушно-водоиспарительного охлаждения компотов, которая имеет вид:
, (12)
где Р1=7,8; Р2=111,6; Р3=0,075+0,015; Р4=1,2+0,5 (V+0,01); Р5=1,27 х10-3+1,89 х 10-3 -4,6 х 10-4 V; ф(х) - функция Хависайда; V- объем банки; - скорость воздушного потока.
Полученная модель позволяет количественно определить влияние различных факторов на процесс охлаждения, адекватно описывает область изменения параметров ступенчатого воздушно-водоиспарительного охлаждения.
Проведены также исследования по ротационному охлаждению консервов в потоке атмосферного воздуха и установлена математическая модель продолжительности процесса охлаждения компотов в потоке атмосферного воздуха в виде:
(13)
В этой главе представлены результаты исследования влияния параметров охлаждающей среды на величину стерилизующего эффекта периода охлаждения.
Сравнительные результаты исследований по охлаждению консервов в потоке атмосферного воздуха и ступенчатом воздушно-водоиспарительном охлаждении представлены в таблице 7.
Используя метод математического планирования эксперимента, мы получили математические модели для продолжительности процесса охлаждения томатного сока и фруктовых соков с мякотью и сахаром в потоке атмосферного воздуха в виде:
охл = 4,15T0,588 -0,186 n-0,102 К1, (14)
где К1 - коэффициент, увеличивающий величину доверительного интервала: К1 = 0,9371,07.
Таблица 7. Результаты экспериментальных исследований при охлаждении компотов различными способами.
Способы охлаждения | Банка СКО 1-82-500 | Банка СКО 1-82-1000 | Банка СКО 1-82-3000 |
1.Охлаждение атмосферным воздухом: | Средняя скорость охлаждения компотов, оС/мин. | ||
=2,75м/с | 1,8оС/мин | 1,33оС/мин | 0,9оС/мин |
=3,75м/с | 2,22оС/мин | 1,81оС/мин | 1,00оС/мин |
=4,8м/с | 2,5оС/м | 1,98оС/мин | 1,12оС/мин |
=5,8м/с | 3,33оС/м | 2,1оС/мин | 1,36оС/мин |
2.Охлаждение в потоке воздуха с нанесением водяной пленки | |||
в=2,75м/с | 5,0оС/мин | 3,12оС/мин | 1,14оС/мин |
в=3,75м/с | 5,2оС/мин | 3,57оС/мин | 1,28оС/мин |
в=4,8м/с | 5,36оС/мин | 3,84оС/мин | 1,38оС/мин |
в=5,8м/с | 5,56оС/мин | 4,1оС/мин | 1,56оС/мин |
Аналогичным образом получена и расчетная зависимость для температурного перепада между центром и периферийной точкой:
Т = 14,709T-0,648 -0,024 n-0,671 К2 , (15)
К2 = 0,841,19.
Аналогичным образом получены математические модели при воздушно-водоиспарительном охлаждении.
Для продолжительности процесса охлаждения в виде:
охл = 4,635T0,442 -0,187 n-0,671 (0,841,19). (16)
Для перепада температур между центром и периферийной точкой в виде:
Т = 0,566T0,811 0,123 n-0,765 (0,881,13). (17)
Получено эмпирическое уравнение и разработана программа для расчета температурного перепада в стенке пустой стеклянной тары при охлаждении с постоянным температурным перепадом в зависимости от толщины стенки (), времени () и коэффициента теплоотдачи () на внешней стенке:
Тс = 1,3610-2 0,93 0,89 0,18 . (18)
Разработаны и предложены способы охлаждения консервов в автоклавах в стеклянной и жестяной таре, консервируемых по новым способам с предварительным подогревом плодов и овощей в банках перед герметизацией.
Сущность способов заключается в том, что консервы после тепловой стерилизации в автоклаве охлаждаются не до температуры 35-40оС воды в автоклаве, как предусмотрено в технологической инструкции, а до такой температуры, при которой давление в банках не вызывает срыв крышек со стеклянной тары, не нарушает герметичность жестяной тары, и позволяет продолжить охлаждение в другом автоклаве или емкости с меньшей температурой воды и без противодавления. Такая технология охлаждения обеспечивает существенную экономию тепла за счет того, что при стерилизации очередной партии консервов сокращается расход тепла на нагрев воды в автоклаве. Для примера, если даже конечную температуру воды в автоклаве увеличить на 5оС, т.е. охлаждать консервы до температуры 45оС, а не 40оС, то, учитывая, что в автоклаве (Б6 КАВ-2) находится около 700 кг воды, экономия тепловой энергии на одну автоклавоварку составит около 14500 кДж.
В седьмой главе представлены анализ разработанных способов консервирования и стерилизации различных консервов, позволяющих оценить влияние различных технологических параметров на эффективность процесса тепловой стерилизации и конструкция разработанного аппарата открытого типа для ротационной стерилизации консервов.
Результаты экспериментальных исследований по прогреваемости консервов в потоке нагретого воздуха, а также воздушному и воздушно-водоиспарительному охлаждению с вращением тары позволяют установить режимы стерилизации консервов.
Прежде чем установить новые режимы стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха с воздушным и воздушно-водоиспарительным охлаждением при вращении тары, необходимо было установить, как лучше выразить "формулу стерилизации" для аппаратов непрерывного действия, так как существующие формулы не характеризуют всех параметров данного процесса. В формулу, выражающую режим стерилизации, необходимо ввести в обязательном порядке следующие параметры: начальная температура продукта (Тн), температура греющей среды (Т1), температура в камере выдержки (Т2), при необходимости выдержки консервов для обеспечения достижения требуемой величины летальности, температуру охлаждающей среды (Т3), скорости греющей (1) и охлаждающей (2) сред, продолжительности подогрева - 1, выдержки - 2, охлаждения - 3, а также частоту вращения тары, с-1.
Учитывая вышесказанное, предлагается "формулу стерилизации" для ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха с воздушным или воздушно-водоиспарительным охлаждением представить в следующем виде:
. ( 19)
В случае, когда консервы стерилизуются без выдержки, т.е. 2=0, формулу можно записать в виде:
. (20)
На рисунке 15 представлены кривые прогреваемости (1,2) и фактической летальности (3,4) консервов "Компот из черешни" в банках СКО 1-82-500 при стерилизации по режиму:
.
Режим обеспечивает промышленную стерильность консервов, так как величина стерилизующего эффекта выше требуемого значения (для компотов 150-200 усл. мин). Продолжительность режима стерилизации составляет 37 минут, а по режиму действующей технологической инструкции продолжительность режима составляет 55 минут.
На рисунке 16 представлены кривые прогреваемости (1,2) и фактической летальности (3,4) в наименее (2,4) и наиболее (1,3) прогреваемых точках консервов "Компот из черешни" в банках СКО 1-82-1000 при стерилизации в
потоке нагретого воздуха с вращением тары с "донышка на крышку"
Рисунок 15. Кривые прогреваемости (1,2) и фактической летальности (3,4) в наиболее (1,3) и наименее (2,4) прогреваемых точках консервов Укомпот из черешниФ в банках 1-82-1000 при ротационной стерилизации по режиму: .
по режиму .
Режим обеспечивает промышленную стерильность консервов, так как величина стерилизующего эффекта соответствует требуемому значению. Аналогичным образом установлены режимы стерилизации для различных консервов.
Учитывая то обстоятельство, что требуемую величину стерилизующего эффекта можно обеспечивать при различных параметрах (температуре и скорости) нагретого воздуха и при различных конечных температурах нагрева продукта, то выявление этой зависимости и наглядное изображение имеет большую практическую значимость при разработке режимов стерилизации консервов.
В этой связи были выявлены зависимости для различных параметров нагретого воздуха и тары и разных конечных температурах нагрева продукта, а результаты для случая стерилизации компота из черешни в банках СКО 1-82-500 в потоке нагретого воздуха температурой 120оС при различных скоростях воздушного потока представлены на рисунке 17.
Кривые прогреваемости и фактической летальности при вышеуказанных параметрах нагретого воздуха и с воздушно-водоиспарительным охлаждением при конечных температурах нагрева компота (Тмах), равной 100оС и 105оС,
представлены на рисунках 18 и 19, а изоуровни значений фактической
Рисунок 16. Кривые прогреваемости (1,2) и фактической летальности (3,4) в наиболее (1,3) и наименее (2,4) прогреваемых точках консервов Компот из черешни в банках
1-82-1000 при ротационной стерилизации по режиму: .
етальности и времени выдержки при достигнутой температуре для обеспечения требуемой величины стерилизующего эффекта представлены на рисунках 20 и 21.
Для общего процесса стерилизации норма фактической летальности для компотов при ротационной стерилизации составляет в пределах 230 усл. мин. Как видно из рисунка 20, это значение достигается при Тмах больше 102С, а при увеличении скорости нагретого воздуха от 1,2 до 8,5 м/с Тмах повышается до 105С.
Если Faобщ<230, то добавочное время прогревания при данной максимальной температуре Тмах можно определить по уравнению:
. (21)
Для практической реализации установленных режимов разработана конструкция аппарата ротационного типа для стерилизации консервов, схема которого представлена на рисунке 22.
Рисунок 17. Кривые прогреваемости (1,2,3,4,5) и фактической летальности (1/, 2/, 3/,4/,5/) при ротационном нагреве консервов компот из черешни в таре СКО 1-82-500 в потоке нагретого воздуха температурой 120оС при различных скоростях воздушного потока.
Продолжительность, мин
Рисунок 18. Кривые прогреваемости (Тмах, ϑ, t) и фактической летальности Fk (Тмах, ϑ, t) в зависимости от скорости нагревающего воздуха ϑ при конечной температуре нагрева компота из черешни в банках СКО 1-82-500 равной Тмах= 100С
Продолжительность, мин
Рисунок 19. Кривые прогреваемости F(Тмах, ϑ, t) и фактической летальности Fk(Тмах, ϑ, t) в зависимости от скорости нагретого воздуха ϑ при конечной температуре
нагрева компота из черешни в банках СКО 1-82-500, равной Тмах= 105С
Температура, оС
Рисунок 20. Изоуровни значений фактической летальности Fa при стерилизации компота из черешни в таре СКО 1-82-500 в потоке нагретого воздуха при скорости 1,28,5м/с и температурой 120оС с воздушно-водоиспарительным охлаждением при различных
конечных температурах нагрева и скорости охлаждающего воздуха 4,8 м/с .
Аппарат работает следующим образом: в момент остановки транспортера банки подаются в носители, которые, перемещаясь, попадают в секцию нагрева. Вращение банок в камерах стерилизации и охлаждения осуществляется за счет контакта ступенчатых шкивов с направляющими 10. В камере нагрева за счет подачи горячего воздуха температурой 120-160оС продукт нагревается до нужной температуры. Далее носители с банками переносятся в секцию охлаждения, где подвергаются ступенчатому охлаждению атмосферным воздухом и нанесением водяной пленки и выгружаются из аппарата.
т е м п е р а т у р а Тмах, С
Рисунок 21. Изоуровни добавочного времени (мин) для доведения фактической летальности режима до нормативных значений в зависимости от Тмах (90-105С) и скорости греющего воздуха (1.2-8.5 м/с) при стерилизации компота из черешни в банках СКО 1-82-500 в потоке нагретого воздуха температурой 120оС с воздушно-водоиспарительным
охлаждением.
Установлены режимы стерилизации консервов посредством пароконтактного нагрева (таблица 8).
Установлены режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов в СВЧ-поле с последующей заливкой заливочной жидкостью и стерилизацией в автоклаве, некоторые из которых представлены в таблице 9.
Установлены режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов и овощей заливкой на 2-3 мин горячей воды или другими растворами определенной температуры с последующей заменой их на соответствующий раствор, предусмотренный технологической инструкцией (таблица 10).
Установлены режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов и овощей, расфасованных в банки, горячим воздухом температурой 120-1400С в течение 3-8 минут с последующей стерилизацией в автоклаве; некоторые из них представлены в таблице 11.
Рисунок 22. Аппарат для ротационной стерилизации консервов: 1 - каркас; 2 - секция подогрева; 3 - секция охлаждения; 4 - роликовтулочные цепи; 5 - звездочки; 6 Цносители; 7 - банки; 8 - валы; 9 - ступенчатые шкивы; 10 - направляющие; 11 - упорные уголки; 12 - стойка; 13,14,15 - распределители горячего, отработанного и атмосферного воздуха; 16 - отводящий транспортер; 17 - подводящий транспортер;
18 Цразбрызгиватели воды.
Таблица 8. Режимы пароконтактной стерилизации консервов
Наименование консервов | Расфа-совка | Началь-ная температура, 0С | Давление греющего пара, Па | Конеч-ная температура, 0С | Продолжительность пароконтактного нагрева, мин | Концентрация сиропа, % | Количество заливаемого сиропа в банку, кг | Расход пара, кг/мин | ||
по действующей тех-нологической инст-рукции | по предлагаемому способу | по действующей техно-логической инструкции | по предлагаемому способу | |||||||
Компот из алычи | 1-82-500 | 52 | 1,2105 | 90 | 2,0 | 60 | 70 | 0,185 | 0,159 | 0,013 |
Компот из алычи | 1-82-1000 | 50 | 1,2105 | 90 | 2,5 | 60 | 70 | 0,370 | 0,318 | 0,021 |
Компот из черешни | 1-82-1000 | 48 | 1,2105 | 100 | 2,5 | 31 | 40,8 | 0,290 | 0,215 | 0,03 |
Компот из черешни | 1-82-3000 | 50 | 1,2105 | 100 | 3,0 | 31 | 40,8 | 0,870 | 0,645 | 0,07 |
Компот из черешни | 1-82-10000 | 50 | 1,2105 | 100 | 7,0 | 31 | 40,8 | 2,9 | 2,15 | 0,1 |
Компот из вишни | 1-82-1000 | 50 | 1,2105 | 100 | 2,5 | 60 | 76,8 | 0,365 | 0,285 | 0,032 |
Компот из абрикосов | 1-82-500 | 54 | 1,2105 | 100 | 2,0 | 40 | 47,1 | 0,205 | 0,174 | 0,015 |
Компот из абрикосов | 1-82-1000 | 54 | 1,2105 | 100 | 2,5 | 40 | 47,1 | 0,41 | 0,34 | 0,03 |
Таблица 9. Режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов и овощей в СВЧ-поле.
Наименование консервов | Расфасовка | Продолжи-тельность СВЧ-нагрева, с | Температура сиропа (заливки), оС | Режим стерилизации | ||
по действующей тех-нологической инст-рукции | по предлага-емому способу | по действующей технологической инструкции | по предлагае-мому способу | |||
Томаты натуральные целые | 1-82-500 1-82-1000 | 50-60 90-120 | 80-85 80-85 | 92-95 92-97 | кПа кПа | кПа кПа |
Перец сладкий натуральный | 1-82-500 1-82-1000 | 65-80 110-130 | Не ниже 90 | Не ниже 95 | кПа кПа | кПа кПа |
Огурцы консервированные | 1-82-500 1-82-1000 | 80-90 120-130 | Не ниже 85 | Не ниже 95 | кПа кПа | кПа кПа |
Компот из яблок | 1-82-500 1-82-1000 | 60-90 | 80-85 | 95-97 | кПа | кПа |
Компот из айвы и груш | 1-82-1000 1-82-350 | 120-150 50-60 | 80-85 80-85 | 95-97 95-97 | кПа кПа | кПа кПа |
Сок вишневый с мякотью | 1-82-1000 | 150-160 | - | - | ||
Сок яблочный натуральный с мякотью | 1-82-500 | 75-80 | - | - | ||
Сок виноградный | 1-58-200 | 45-55 | - | - | ||
Таблица 10. Режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом горячей водой (растворами).
Наименование консервов | Вид тары | Наименование заливочной жидкости | Температура заливочной жидкости, оС | Продолжитель ность заливки, мин | Режим стерилизации | |
по действующей технологической инструкции | по предлагаемому способу | |||||
Компот из черешни | 1-82-1000 | горячая вода | 60 | 3 | кПа | кПа |
Компот из яблок | 1-82-500 | горячая вода | 80-85 | 3 | кПа | кПа |
Компот из айвы и груш | 1-82-500 1-82-1000 1-82-3000 | горячая вода | 80-85 80-85 80-85 | 3 3 3 | кПа кПа кПа | кПа кПа кПа |
Томаты натуральные целые | 1-82-500 1-82-1000 | томатный сок | 80-85 80-85 | 3 3 | кПа кПа | кПа кПа |
Перец сладкий натуральный | 1-82-1000 1-82-500 1-82-2000 | горячая вода | не ниже 90 | 3 3 3 | кПа кПа кПа | кПа кПа кПа |
Огурцы консервированные | 1-82-1000 1-82-2000 | горячая вода | не ниже 85 | 3 3 | кПа кПа | кПа кПа |
Таблица 11. Режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов и овощей в банках горячим воздухом.
Наименование консервов | Тара | Параметры горячего воздуха (Т 0С, м/с) | Продолжительность под огрева, мин | Температура заливочной жид кости, оС | Режим стерилизации | ||
темп. 0С | ско-рость м/с | по действующей тех-нологической инст-рукции | по новой технологии | ||||
Компот из яблок | 1-82-1000 1-82-3000 | 140 140 | 3-4 5-6 | 5-6 7-8 | 95-97 95-97 | кПа кПа | кПа кПа |
Компот из винограда | 1-82-500 1-82-1000 | 120 120 | 3-3,5 4-4,5 | 3-5 6-7 | 65 65 | кПа кПа | кПа кПа |
Перец сладкий натуральный | 1-82-500 | 125-130 | 2,5-3 | 3-3,5 | 95-97 | кПа | кПа |
Установлены режимы стерилизации с двухступенчатым нагревом в СВЧ-поле плодов и овощей в банках перед заливкой в течение 50-180 с и повторно СВЧ-нагревом после заливки в течение 70-180 с до 95оС с последующей выдержкой в потоке нагретого воздуха для обеспечения требуемой летальности и ступенчатым охлаждением воздухом и орошением водой в аппаратах открытого типа (таблица 12).
Установлены режимы стерилизации консервов высокотемпературным нагревом в потоке нагретого воздуха температурой 120-150оС с ротацией тары и охлаждением в потоке атмосферного воздуха (таблица 13) и воздушно-водоиспарительным охлаждением (таблица 14).
Таблица 12. Режимы стерилизации консервов с двухступенчатым подогревом в СВЧ-поле.
Наименование консервов | Расфасовка | Продолжи-тельность предварительного подогрева плодов (овощей) в СВЧ-поле, с | Температура заливной жидкости, оС | Продолжительность повторно го СВЧ-нагрева, с | Продолжи тельность выдержки в потоке нагретого воздуха (105-110оС), мин | Продолжи тельность ступенча-того охлаж-дения (воздухом и водой), мин |
Огурцы консер-вированные | 1-82-500 1-82-1000 | 65-70 120-130 | 95-97 95-97 | 70Ч80 90-100 | 8-10 8-10 | 15 20 |
Перец сладкий натуральный | 1-82-500 1-82-1000 | 60-70 110-130 | 95-97 95-97 | 105-110 100-110 | 10-12 8-10 | 15 20 |
Компот из айвы и груш | 1-82-1000 | 180 | 95-97 | 180-200 | 10-11 | 20 |
Компот из яблок | 1-82-500 1-82-1000 | 50-60 120-150 | 95-97 95-97 | 90 150-180 | 8-10 7-8 | 15 20 |
Таблица 13. Режимы высокотемпературной ротационной стерилизации консервов с воздушным охлаждением.
Наименование консервов | Тара | Режим стерилизации | |
по действующей тех-нологической инст-рукции | по предлагаемому способу | ||
Компот из черешни | 1-82-500 | кПа | |
Компот из яблок | 1-82-3000 | кПа | |
Компот из яблок | 1-82-500 | кПа | |
Компот из персиков без косточек | 1-82-500 | кПа | |
Компот из винограда | 1-82-1000 | кПа | |
Установлены режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов (овощей) горячей водой в течение 2-3 минут с последующей заменой ее на раствор (сироп) температурой 95-97оС и дальнейшей обработкой консервов СВЧ-полем с частотой 2450 МГц в течение 60-100 с, герметизацией и стерилизацией в автоклаве по новым режимам. Некоторые режимы представлены в таблице 15.
Установлены режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов (овощей) горячей водой в течение 2-3 минут с последующей заменой ее на раствор (сироп) температурой 95-97оС и дальнейшей
Таблица 14. Режимы высокотемпературной ротационной стерилизации консервов с воздушно-водоиспарительным охлаждением.
Наименование консервов | Тара | Режим стерилизации | |
по действующей тех-нологической инст-рукции | по предлагаемому способу | ||
Компот из персиков без косточек | 1-82-1000 | кПа | |
Компот из яблок | ж/б №14 | кПа | |
Компот из вишни | ж/б №14 | кПа | |
Компот из черешни | ж/б №14 | кПа | |
Таблица 15. Режимы стерилизации консервов с предварительным нагревом горячей водой и обработкой в СВЧ-поле.
Наименование консервов | Тара | Темпе-ратура горячей воды, оС | Темпе-ратура заливочной жидкости оС | Продол-житель-ность СВЧ-нагрева, с | Режим стерилизации | |
по действующей технологической инструкции | по предлагаемому способу | |||||
Перец сладкий натуральный | 1-82-500 | 90 | 95-97 | 90-100 | кПа | кПа |
Перец сладкий натуральный | 1-82-1000 | 90 | 95-97 | 120-130 | кПа | кПа |
Патиссоны маринованные | 1-82-1000 | 85 | 97 | 100-105 | кПа | кПа |
обработкой консервов СВЧ-полем с частотой 2450 мГц в течение 60-100 с, герметизацией и стерилизацией в автоклаве с двухступенчатым охлаждением.
Предварительный нагрев плодов и овощей в банках горячей водой (воздухом или СВЧ-полем) позволяет на 12-25оС повысить начальную температуру продукта в банках и тем самым снизить величину давления в банках, что позволяет процесс стерилизации консервов в автоклавах проводить с охлаждением в два этапа: в первом автоклаве, где осуществляется стерилизация, охлаждение проводить до 45-50оС с противодавлением, а дальнейшее охлаждение проводить в другом автоклаве (емкости) без противодавления при температуре воды равной 30-40оС. Такой способ охлаждения позволяет значительно экономить тепловую энергию и охлаждающую воду.
Режимы стерилизации консервов с двухступенчатым охлаждением представлены в таблице 16.
Таблица 16. Режимы стерилизации консервов с предварительным подогревом плодов (овощей) и двухступенчатым охлаждением.
Наименование консервов | Тара | Продол-житель-ность подогре- ва пло- дов в банках горячей водой, мин | Темпе-ратура зали-вочной жидкос- ти, оС | Продол-житель-ность СВЧ-нагрева, с | Режим стерилизации | |
по действующей технологической инструкции | по предлагаемому способу | |||||
Перец сладкий натуральный | 1-82-500 | 2-3 | 95-97 | 90-100 | кПа | кПа |
Перец сладкий натуральный | 1-82-1000 | 2-3 | 95-97 | 120-130 | кПа | кПа |
Компот из яблок | 1-82-1000 | 2-3 | 97-98 | 50-60 | кПа | кПа |
Патиссоны маринованные | 11-82- 800 | 2-3 | 97-98 | 100-110 | кПа | кПа |
На основе проведенных исследований по повышению начальной среднеобъемной температуры консервов с применением тепловой энергии и ЭМП СВЧ предлагаются новые технологии производства компотов, овощных натуральных консервов, говядины тушеной, детских пюреобразных консервов, соков и других консервов.
Технологическая схема производства компотов из семечковых плодов с использованием ЭМП СВЧ
Доставка, приемка, хранение мойка калибровка резка и очистка бланшировка расфасовка СВЧ-нагрев (1-3,5 мин) заливка сиропа (950) СВЧ- подогрев укупорка пастеризация охлаждение складские операции.
Технологическая схема производства консервов Перец сладкий
с использованием ЭМП СВЧ
Доставка, приемка, хранение калибровка мойка инспекция бланшировка и охлаждение резка укладка в банки СВЧ-нагрев (1,5-2 мин) заливка рассолом (950С) СВЧ-нагрев герметизация стерилизация складские операции.
Технологическая схема производства консервов Морковь гарнирная и Свекла гарнирная с использованием традиционного тепла и СВЧ-нагрева
Доставка, приемка, хранение мойка инспекция сортировка очистка и мойка резка бланшировка наполнение заливка горячей водой на 2-3 минуты заливка раствором 950С СВЧ-нагрев (1,5-2 минуты) герметизация стерилизация складские операции.
Технологическая схема производства консервов Говядина тушеная
Доставка, приемка, туалет разделка обвалка жиловка резка на куски расфасовка СВЧ-нагрев (90-105с) закатка мойка банок проверка герметичности стерилизация складские операции.
Технологическая схема производства консервов
Томаты натуральные целые
Доставка, приемка, хранение сортировка, калибровка мойка инспекция очистка от кожицы расфасовка подогрев горячим воздухом (3-5 минут) заливка (950С) СВЧ- подогрев герметизация стерилизация складские операции.
Физико-химические показатели компотов, стерилизованных по новым режимам стерилизации, представлены в таблице 17.
Таблица 17. Физико-химические показатели компотов.
Показатели | Стерилизованные компоты | |||
из черешни | из абрикосов | |||
в автоклаве | в ротац. аппарате | в автоклаве | в ротац. аппарате | |
Сухие вещества, % Кислотность, % Редуцирующие сахара, % Витамин С, мг на 100г Каротин, мг на 100г Дубильные и красящие вещества, % на 100г | 23,9 0,33 20,5 3,27 0,03 0,2 | 23,9 0,33 20,5 4,4 0,039 0,29 | 24 0,34 20,4 3,7 1,03 0,22 | 24,1 0,34 20,4 4,7 1,039 0,25 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполнено комплексное исследование, позволяющее научно обосновать технологические и технические решения, направленные на совершенствование, разработку и практическую реализацию технологии тепловой стерилизации консервов с использованием различных механических, физических и электрофизических процессов.
На основании результатов выполненных исследований сделаны следующие выводы и даны рекомендации:
1. Разработаны научная концепция и научно-технические принципы создания интенсивных ресурсосберегающих способов консервирования, эффективных устройств и аппаратов для стерилизации консервов с использованием пароконтактного нагрева консервов в банках конденсирующимся паром, высокотемпературного ротационного нагрева и интенсивных способов охлаждения и с предварительным подогревом плодов и овощей в банках с использованием тепловой энергии и ЭМП СВЧ.
2. Научно обоснованы и установлены оптимальные параметры и разработаны новые режимы высокотемпературной ротационной стерилизации консервов в стеклянной и жестяной таре в потоке нагретого воздуха температурой 120-160оС и скоростях 1,2-8,5 м/с с воздушным и воздушно-водоиспарительным охлаждением.
3. Разработаны математические модели:
Ц продолжительности и скорости нагрева компотов в потоке нагретого воздуха при ротационной стерилизации;
Ц продолжительности нагрева фруктовых натуральных соков в потоке нагретого воздуха при ротационной стерилизации;
Ц продолжительности пароконтактного нагрева консервов;
Ц продолжительности охлаждения консервов в потоке атмосферного воздуха;
Ц продолжительности охлаждения при ступенчатом воздушно-водоиспарительном охлаждении;
Ц температурного перепада в стенке стеклянной тары при охлаждении с постоянным температурным перепадом.
4. На уровне изобретений разработаны новые способы консервирования различных консервов:
Ц с предварительным подогревом плодов и овощей в банках горячей водой в течение 24 минут с последующей заменой ее сиропом (рассолом) температурой 80-97оС и дальнейшей герметизацией и стерилизацией в автоклавах по новым режимам;
Ц с предварительным подогревом плодов и овощей в банках энергией ЭМП СВЧ с частотой 2400 МГц в течение 1-3,5 минут с последующей заливкой сиропом (рассолом) с температурой 80-97оС, герметизацией и стерилизацией в автоклавах по новым режимам;
Ц с предварительным подогревом плодов и овощей в банках энергией ЭМП СВЧ с частотой 2400 МГц в течение 1-3,5 минут с последующей заливкой сиропом (рассолом) с температурой 80-97оС, герметизацией и стерилизацией в пастеризаторах открытого типа;
Ц с предварительным подогревом плодов в банках сиропом температурой 80-85оС в течение 3-4 минут с последующей заменой его на сироп температурой 90-97оС герметизацией и стерилизацией в автоклавах по новым режимам;
Ц с предварительным подогревом плодов и овощей в банках горячим воздухом температурой 120-140оС в течение 3-8 минут с попеременной подачей его через одну и вторую половины площади горловины банки с последующей заливкой сиропом (рассолом) температурой 80-97оС герметизацией и стерилизацией в автоклавах по новым режимам;
Ц с предварительным подогревом плодов (овощей) в банках горячей водой температурой 40-90оС в течение 2-3 минут с последующей заливкой, СВЧ-нагревом в течение 1,5-3,5 мин, герметизацией и стерилизацией в аппаратах открытого типа и в автоклавах с двухступенчатым охлаждением.
5. На уровне изобретения разработаны технология и аппаратурное оформление поточно-механизированной линии для производства компотов с использованием энергии ЭМП СВЧ.
6. Разработаны способы определения оптимальной частоты вращения банки при ротационной стерилизации.
7. Впервые установлены технологические параметры воздействия ЭМП СВЧ на расфасованные в банки плоды и овощи перед их заливкой сиропом или рассолом, позволяющие значительно увеличить начальную среднеобъемную температуру продукта перед стерилизацией.
8. На уровне изобретений разработаны способы консервирования различных соков в таре СКО 1-58-200, 1-82-1000 с предварительным подогревом в течение 1-3 минут в СВЧ камере частотой 240050 МГц до 75-95оС с последующей герметизацией и пастеризацией по новым режимам.
9. Разработаны и защищены патентами РФ аппарат и устройство для расфасовки и пароконтактного нагрева плодов и овощей в банках.
10. Разработан и защищен патентом РФ стерилизатор ротационного типа для стерилизации консервов нагретым воздухом с воздушно-водоиспарительным охлаждением.
11. Разработаны и защищены патентами РФ устройство и способы охлаждения консервов после тепловой стерилизации:
Ц воздушно-водоиспарительного охлаждения с попеременным нанесением на поверхность банок водяной пленки температурой на 272оС меньшей температуры стенки;
Ц ступенчатого охлаждения банок до 80оС атмосферным воздухом с последующим продолжением охлаждения с попеременным нанесением на поверхность банки водяной пленки температурой 65-70оС;
Ц после высокотемпературной тепловой стерилизации, предусматривающей охлаждение банок до температуры стенки, равной 130оС, в потоке атмосферного воздуха с продолжением охлаждения с нанесением на поверхность банки водяной пленки.
12. Разработаны и защищены патентами РФ способы охлаждения компотов и соков в стеклянной и жестяной таре в автоклавах, предусматривающие двухступенчатое охлаждение, позволяющие обеспечить экономию тепловой энергии и воды.
13. Разработаны и защищены патентами РФ устройства для предварительного подогрева плодов и овощей в банках:
Ц горячим воздухом;
Ц горячей водой, горячим сиропом, томатным соком;
Ц электромагнитным полем сверхвысокой частоты.
14. Установлены режимы стерилизации для ряда консервов с использованием разработанных способов консервирования.
15. Расчетная экономическая эффективность от внедрения предлагаемых способов и устройств (в условиях ООО Буйнакский консервный завод, Республика Дагестан) составляет 1012 рублей на 1 туб.
Список
основных научных работ, опубликованных по теме диссертации
Монографии
1. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Теория и практика пароконтактного нагрева и ротации тары для интенсификации тепловой стерилизации. - Махачкала, 2007. - 160 с.
2 Ахмедов М.Э. Современные тенденции в развитии техники и технологии тепловой стерилизации консервов. - Махачкала, 2009. - 290 с.
Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
3.Аминов М.С., Мурадов М.С., Ахмедов М.Э. Эффективность высокотемпературной ротационной стерилизации Компота из персиков с воздушно-водоиспарительным охлаждением // Консервная и овощесушильная промышленность. - 1975. - № 12. - С. 18-20.
4.Аминов М.С., Мурадов М.С., Ахмедов М.Э., Гаммацаев К.Р., Умаров С.К. Стерилизация компота из черешни пароконтактным способом // Консервная и овощесушильная промышленность. Ц1981. - № 12. - С. 12-13.
5 Ахмедов М.Э., Мурадов М.С., Мамаева Б.М., Умаров С.К. Эффективность пароконтактной стерилизации консервов Зеленый горошек // Консервная и овощесушильная промышленность. Ц1982. - № 4. ЦС. 18-20.
6.Джаруллаев Д.С., Аминов М.С., Ахмедов М.Э. Способ и устройство для пастеризации жидких пищевых продуктов в потоке // Пищевая промышленность. - 1994. - № 8. - С. 8.
7.Ахмедов М.Э., Аминов М.С., Мурадов М.С., Даудова Т.Н. Способ охлаждения консервов после тепловой стерилизации // Пищевая промышленность. Ц1997. - № 3. - С.4.
8.Ахмедов М.Э., Аминов М.С., Мурадов М.С, Даудова Т.Н. Определение оптимальной скорости вращения консервных банок в процессе ротационного охлаждения пищевых продуктов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1997. Ц№ 6. ЦС. 20-21.
9.Ахмедов М.Э., Аминов М.С., Алибеков А.К., Мурадов М.С. Модель ротационного охлаждения томатного сока в потоке атмосферного воздуха // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1998. - № 7. - С. 23-24.
10.Ахмедов М.Э., Аминов М.С., Алибеков А.К., Мурадов М.С., Даудова Т.Н. Анализ параметров, определяющих равномерность тепловой обработки томатного сока при ротационном охлаждении // Хранение и переработка сельхозсырья. Ц1998. - № 7. - С. 25-26.
11. Ахмедов М.Э., Аминов М.С., Мурадов М.С., Демирова А.Ф. Устройство для охлаждения консервов в стеклянной таре // Пищевая промышленность. - 2001. - № 11. - С. 36-37.
12. Шиян Е.В., Исмаилов Э.Ш., Ахмедов М.Э. Применение микроволновой энергии при переработке растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. - № 12. - С. 22-23.
13. Мурадов М.С., Ахмедов М.Э., Ахмедов Н.М., Мурадов С.М. Теоретические и экспериментальные исследования для создания стерилизатора непрерывного действия // Хранение и переработка сельхозсырья. Ц2003. - № 12. - С. 43-46.
14. Ахмедов М.Э., Мурадов М.С., Алибеков А.К., Демирова А.Ф., Ахмедов Н.М. Исследование процесса ротационного воздушно-водоиспарительного охлаждения томатного сока // Хранение и переработка сельхозсырья. Ц2005. - № 5. - С. 46.
15. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Расчет нестационарного температурного поля при пароконтактном нагреве продуктов в цилиндрической таре // Известия вузов СКНЦ "Технические науки". - 2005. - № 4. - С. 17-20.
16. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Исследование термостойкости стеклянной тары при охлаждении с постоянным температурным напором // Вестник международной академии холода. - 2006. - № 1. - С. 45-48.
17.Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Ротационное воздушно-водоиспарительное охлаждение компотов в стеклянной таре // Пищевая промышленность. Ц2006. Ц № 2. - С. 40.
18. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Математическая модель процесса прогрева компотов при ротационной стерилизации в потоке нагретого воздуха // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - № 5. - С. 13-14.
19. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Режимы ротационной стерилизации консервов "Компот из черешни" в потоке горячего воздуха с воздушно-водоиспарительным охлаждением // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - № 3. - С. 18-20.
20. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Математическая модель процесса воздушно-водоиспарительного охлаждения // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - № 7. - С. 78-79.
21. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Режимы стерилизации компотов посредством пароконтактного нагрева с воздушно-водоиспарительным охлаждением // Вестник международной академии холода. - 2007. - № 2. - С. 51-52.
22.Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Математические модели продолжительности и скорости нагрева компотов до конечной температуры при ротационной стерилизации в потоке нагретого воздуха // Известия вузов. Пищевая технология. - 2007. - № 1. - С.89-91.
23.Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Математическая модель процесса ступенчатого воздушно-водоиспарительного охлаждения компотов // Известия вузов. Пищевая технология. - 2007. - №2. - С. 49-50.
24.Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Эффективность ротационного охлаждения компотов в таре СКО 1-82-500 в потоке атмосферного воздуха // Вестник международной академии холода. - 2007. - № 3. - С. 38-39.
25.Ахмедов М.Э.Интенсификация технологии тепловой стерилизации консервов Компот из яблок с предварительным подогревом плодов в ЭМП СВЧ // Известия вузов. Пищевая технология. - 2008. - № 1. - С. 15-16.
26.Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Прогреваемость консервов при стерилизации в потоке нагретого воздуха // Продукты длительного хранения. - 2007. - № 2. - С. 9-10.
27.Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Режимы ротационного нагрева компотов в таре СКО 1-82-1000 при тепловой стерилизации в потоке нагретого воздуха // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007. - № 11. - С. 36-38.
28.Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Математическое планирование эксперимента при ротационной стерилизации консервов в потоке нагретого воздуха // Хранение и переработка сельхозсырья. Ц2009. - № 1. - С. 26-27.
29. Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э., Пиняскин В.В., Ахмедов Н.М. Новый способ ротационной стерилизации консервов Компот из яблок в потоке нагретого воздуха с воздушным охлаждением // Известия вузов. Пищевая технология. - 2009. - № 2-3. - С. 42-43.
30. Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э., Пиняскин В.В., Ахмедов Н.М. Совершенствование технологии производства компотов с применением предварительного СВЧ- нагрева плодов в таре // Известия вузов. Пищевая технология. - 2009. - № 2-3. - С. 75-76.
31. Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э., Ахмедов Н.М. Аппарат для ротационной стерилизации консервов // Известия вузов. Пищевая технология. - 2009. Ц№ 2-3. - С. 88-90.
32. Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э., Ахмедов Н.М., Пиняскин В.В. Способ консервирования компота из яблок с предварительным подогревом плодов в банках горячей водой // Известия вузов. Пищевая технология. - 2009. - № 4. - С. 75-77.
33. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А. Аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов в банках // Известия вузов. Пищевая технология. - 2009. - № 4. - С. 56-58.
34. Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э.Эффективность ротационного охлаждения компотов в таре СКО 1-82-1000 в потоке атмосферного воздуха // Пищевая промышленность. - 2009. - № 7. - С. 34-36.
35. Ахмедов М.Э, Шихалиев С.С., Суракатов С.С., Рахманова М.М. Высокотемпературная ротационная стерилизация компотов // Пищевая промышленность. - 2009. - № 7. - С. 30-31.
36. Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э. Демирова А.Ф., Пиняскин В.В., Ахмедов Н.М.Влияние параметров теплоносителя на выбор режимов высокотемпературной ротационной стерилизации компотов в потоке горячего воздуха. // Известия вузов. Пищевая технология. Ц 2010. - № 2-3. - С. 74-76.
37. Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А., Демирова А.Ф., Рахманова М.М., Ахмедов Н.М. Новый способ интенсификации тепловой стерилизации консервов и устройство для его осуществления // Известия вузов. Пищевая технология. Ц 2010. - № 2-3. - С. 89-90.
Авторские свидетельства и патенты
38.Способ стерилизации компота из черешни: пат. 2312561 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006111113; заявл.05.04.06, опубл.20.12.07, Бюл. № 35.
39. Аппарат для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов в банках: пат. 2312568 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2005110827; заявл.13.04.05, опубл.20.12.07, Бюл. № 35.
40.Способ консервирования компота из яблок. пат. 2318388 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2005136247; заявл.22.11.05, опубл.27.05.07, Бюл. № 7.
41. Способ консервирования компота из яблок. пат.2318389 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. -№ 2005136248; заявл.22.11.05, опубл.27.05.07, Бюл. № 7.
42. Способ консервирования компота из слив. пат.2318390 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006109789; заявл.27.03.06, опубл.10.03.08, Бюл. № 7.
43.Способ охлаждения консервов после тепловой стерилизации. пат.2318412 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006103181; заявл.29.03.06, опубл.10.03.08, Бюл. № 7.
44.Аппарат для ротационной стерилизации консервов. пат.2318413 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/00 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А., Н.М.Ахмедов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006104522; заявл.13.02.06, опубл.10.03.08, Бюл. № 7.
45.Способ охлаждения консервов в стеклянной таре после высокотемпературной тепловой стерилизации. пат.2327383 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006104524; заявл.13.02.06, опубл.27.06.08, Бюл. № 18.
46. Способ стерилизации компота из черешни: пат. 2327384 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006113274; заявл.18.04.06, опубл.27.06.08, Бюл. № 18.
47.Способ стерилизации компота из абрикосов: пат. 2328163 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006145258; заявл.19.12.06, опубл.10.07.08, Бюл. № 19.
48.Способ стерилизации компота из яблок: пат. 2328164 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006145258; заявл.19.12.06, опубл.10.07.08, Бюл. № 19.
49.Способ стерилизации компота из яблок: пат. 2328165 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006145261; заявл.19.12.06, опубл.10.07.08, Бюл. № 19.
50.Способ консервирования компота из айвы и груш в банках СКО 1-82-500: пат. 2328167 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006146648; заявл.25.12.06, опубл.10.07.08, Бюл. № 19.
51.Способ стерилизации яблочного натурального сока с мякотью: пат. 2339269 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 / Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007115720; заявл.25.04.07, опубл.27.11.08, Бюл. № 33.
52.Способ пастеризации вишневого сока с мякотью: пат. 2340262 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 / Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007115718; заявл.25.04.07, опубл.10.12.08, Бюл. №34.
53.Способ стерилизации компота из персиков с косточками: пат. 2344727 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 / Исмаилов Т.А. Ахмедов М.Э.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007126172; заявл.09.07.07, опубл.27.01.09, Бюл. № 3.
54.Устройство для подогрева плодов и овощей в банках: пат. 2344729 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 / Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007126174; заявл.09.07.07, опубл.27.01.09, Бюл. № 3.
55.Способ производства консервов Морковь гарнирная: пат. 2358593 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007147397; заявл.19.12.07, опубл.20.06.09, Бюл.№ 17.
56.Способ производства консервов Свекла гарнирная: пат. 2358606 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007147606; заявл.22.01.08, опубл.20.06.09, Бюл.№ 17.
57.Способ консервирования перца сладкого натурального: пат. 2359561 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 / Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007143114; заявл.21.11.07, опубл.27.06.09, Бюл. № 18.
58.Способ консервирования патиссонов: пат. 2369296 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2008124398; заявл.16.06.08, опубл.10.10.09, Бюл. № 28.
59.Способ консервирования перца сладкого натурального: пат. 2366346 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 /Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2008114002; заявл.09.04.08, опубл.10.09.09, Бюл. № 25.
60.Способ производства консервов Патиссоны консервированные: пат. 2371038 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 / Исмаилов Т.А, Ахмедов М.Э.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2008124460; заявл.16.06.08, опубл.27.10.09, Бюл. № 30.
61.Способ стерилизации компота из алычи: пат. 2345678 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/00 / Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2006119711; заявл.05.06.06, опубл.10.02.09, Бюл. № 4.
62.Способ консервирования томатов натуральных целых: пат. 2374933 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/00 / Исмаилов Т.А., Ахмедов М.Э.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2008124467; заявл.16.06.08, опубл.10.12.09, Бюл. № 34.
63.Способ консервирования компота из айвы и груш в банках СКО 1-82-500: пат. 2370166 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/00 / Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2008124472; заявл.16.06.08, опубл.20.10.09, Бюл. № 29.
64.Способ стерилизации компота из яблок: пат. 2356404 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04 / Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007143101; заявл.21.11.07, опубл.27.05.09, Бюл. № 15.
65.Способ производства консервов Огурцы консервированные: пат. 2355256 Рос. Федерация: МПК А 23 L 3/04, 3/00 / Ахмедов М.Э., Исмаилов Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет. - № 2007143092; заявл.21.11.07, опубл.20.05.09, Бюл. № 14.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям