Механические и гидромеханические процессы пищевых технологий

Наиболее распространенные механические процессы в пищевых технологиях - это измельчение и перемешивание.

Измельчение - это процесс увеличения поверхности твердых материалов путем их раздавливания, раскалывания, истирания и удара. В пищевой промышленности измельчение применяют для увеличения поверхности твердых материалов с целью повышения скорости биохимических и диффузионных процессов при переработке пищевого сырья, а также отходов производства. Измельчение широко применяется в консервном, мукомольном, мясном, спиртовом, пивоваренном и других производствах. Процессы измельчения в зависимости от начальных (Д_н) и конечных (Д_к) размеров наибольших кусков и частиц материала разделяются на дробление (крупное, среднее и мелкое), измельчение (тонкое и коллоидное) и резание:

Резание применяют, когда требуется не только уменьшить размер кусков, но и предать им определенную форму. Изрезанию подвергаются овощи, фрукты, конфетная и тестовая массы, мясо, рыба и др.

Для крупного и среднего дробления применяют дробилки (молотковые, ударные и др.), для среднего, мелкого и коллоидного измельчения применяют мельницы (валковые, шаровые, коллоидные и др.), для резания - пластинчатые, дисковые, струнные и прочие резательные машины.

Прессование в пищевой промышленности применяется для обезвоживания, брикетирования твердых материалов, гранулирования и формования пластичных материалов.

Обезвоживание продуктов проводят под действием избыточного давления, которое прикладывается к материалу, и применяют для выделения жидкости, когда она является ценным продуктом или когда с обезвоживанием ценность продукта увеличивается. Обезвоживание используется в производстве соков для выделения сока из ягод и плодов, растительного масла для выделения масла из семян подсолнечника, творога и сыров для обезвоживания белкового сгустка и других производствах.

Брикетирование (таблетирование и гранулирование) применяется с целью повышения качества и продолжительности использования продукта, уменьшения потерь, улучшения транспортировки и пр. Брикетирование используют для получения брикетов, т.е. брусков спрессованного материала прямоугольной или цилиндрической формы. Брикетирование применяется в производстве сахара-рафинада, пищеконцентратов, кондитерских изделий и др.

Гранулирование и формование проводят в экструдерах с целью получения полуфабрикатов или готовых изделий при комплексном воздействии давления, температуры, влажности и напряжения сдвига. При использовании холодной экструзии происходит только механическое формование пластического сырья в результате продавливания его через матрицу (например, выработка мучных изделий, макарон, плавленых сыров, конфетных масс, мясного фарша и др.). Варочную экструзию применяют в производстве сухих завтраков, хлебцев, супов, мясопродуктов, сухих напитков и др. При варочной экструзии во время нагревания в перерабатываемом материале происходят необратимые биохимические изменения белков, крахмала и сахара. Экструдат затем сушат или обжаривают и покрывают вкусовыми добавками.

К гидромеханическим процессам относятся процессы осаждения взвешенных частиц под действием гравитационной силы (отстаивание) или центробежной силы (центробежное осаждение), фильтрование (фильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос), перемешивание.

Отстаивание. Осаждение под действием собственного веса твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой среде, называют отстаиванием. Сущность отстаивания заключается в том, что неоднородная система, находящаяся в аппарате в состоянии покоя или движущаяся с малой скоростью, разделяется в нем на составные части под действием веса. Осаждение частиц происходит по законам падения тел в среде, которая оказывает сопротивление движению. Обычно осаждение взвешенных частиц, находящихся в суспензии, осуществляется в отстойниках периодического и непрерывного действия.

Отстаивание применяется при очистке многих пищевых суспензий, например, при очистке пищевых животных жиров, охмеленного пивного сусла, ликероводочных полуфабрикатов после обработки их осветляющими компонентами, на стадии самоосветления сока в виноделии и др.

Осаждение под действием центробежной силы. Этот процесс разделения пищевых жидкостей является более эффективным по сравнению с отстаиванием с точки зрения производительности процесса - исключается потребность в больших производственных площадях и большом количестве времени. Поле действия центробежных сил создается вращательным движением потока разделяемой жидкости при тангенциальном ее подводе в гидроциклоны или при направлении разделяемого потока во вращающийся корпус осадительных центрифуг.

Гидроциклоны широко применяются в пивоваренной промышленности для отделения взвесей горячего пивного сусла. В молочной промышленности фракционирование молока и молочных продуктов занимает почетное место. Сепарирование применяют для очистки молока (сепараторы-молокоочистите-ли, сепараторы-бактериоотделители), для получения сливок различной жирности, для обезжиривания творожного сгустка (сепараторы-творогоотделители) и др. В мясной промышленности сепарирование применяют для фракционирования крови животных для пищевых целей, для очистки пищевого жира после вытопки от примесей, для обезжиривания шквары.

Фильтрование. Фильтрованием называют процесс разделения суспензий с использованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и пропускают ее жидкую фазу. Этот процесс разделения суспензий называют фильтрованием с образованием осадка. Движущей силой процесса фильтрации является перепад давлений над перегородкой (или слоем осадка и перегородкой) и под перегородкой. Перепад давлений создается при помощи вакуума, давления сжатого воздуха, подачи суспензии поршневым или центробежным насосом или гидростатического давления.

Через фильтровальную ткань применяют фильтрование при первичной очистке молока, для удаления сухих частиц шквары из пищевых животных жиров после вытопки, через слой дробины фильтруют пивное сусло, через специальный фильтр-картон фильтруют полуфабрикаты ликероводочного производства и пр.

При разделении суспензии с небольшой концентрацией тонкодисперсной твердой фазы часто применяют вспомогательные материалы, которые представляют собой тонкодисперсные или тонковолокнистые вещества. Их наносят тонким слоем на фильтровальную перегородку, и, образуя своды над порами перегородки, эти вещества препятствуют забиванию пор. В результате готовый продукт приобретает требуемую прозрачность. Например, при фильтровании пива применяют диатомит, в производстве водки используют активированный уголь и др.

Разделение растворов с помощью мембран. В настоящее время широко применяется способ разделения пищевых растворов через полупроницаемые перегородки (мембраны) - ультрафильтрация или обратный осмос.

Ультрафильтрация предназначена для разделения низкоосмотических растворов и позволяет задерживать сравнительно крупные молекулы с молекулярной массой выше 500. Ультрафильтрация осуществляется при сравнительно низком давлении 0,05-1,0 МПа.

Обратный осмос применяется для разделения растворов низкомолекулярных веществ, обладающих высоким осмотическим давлением, при этом рабочее давление составляет 5,0-10,0 МПа.

Разделение растворов мембранным методом происходит без фазовых превращений при температуре окружающей среды, что благоприятно сказывается на качестве готовых продуктов.

Мембраны должны обладать высокой селективностью к извлекаемому веществу, высокой проницаемостью, достаточной механической прочностью, устойчивостью к воздействию агрессивных сред, постоянством параметров в процессе длительной эксплуатации. Анизотропные мембраны представляют собой пластины толщиной 0,01-0,4 мкм. Наибольшее распространение получили мембраны на основе ацетатцеллюлозы, триацетатцеллюлозы, этилцеллюлозы, полиамидов, целлофана и др.

Мембранная обработка пищевых продуктов широко применяется при подготовке воды для производства безалкогольных напитков, ликероводочных изделий, для очистки продуктов микробиологических производств. Широко применяется этот процесс разделения растворов в молочной промышленности: для деминерализации соленой сыворотки, очистки рассолов в сыроделии, для производства концентрированных молока и молочных продуктов и др.

Перемешивание используют для интенсификации тепловых, диффузионных и биохимических процессов. Перемешивание в жидкой среде применяют при получении суспензий и эмульсий. При смешивании пластичных и сыпучих материалов ставится задача получения однородной массы основного вещества с различными твердыми, жидкими и пластичными добавками. Кроме того, при перемешивании пластичных масс, в частности при получении теста в хлебопекарном, макаронном и кондитерском производствах, не только смешиваются различные компоненты, но и тесто при этом разминается, насыщается воздухом и приобретает определенные свойства.

Гомогенизация (как разновидность перемешивания жидкостей) является специфическим гидромеханическим процессом, который широко применяется в молочной промышленности. Гомогенизацию используют при производстве питьевого молока, кисломолочных напитков, сметаны, мороженого, молочных консервов, заменителей цельного молока. Применение гомогенизации позволяет предотвратить такой дефект в производстве данных продуктов, как отстой сливок («сливочная пробка»), а в производстве сливочного масла и плавленых сыров с помощью гомогенизатора добиваются также получения однородной пластичной консистенции.

Липидная часть молока представлена жировой эмульсией прямого типа - «масло в воде». Цель гомогенизации - это обеспечение такого распределения жировых шариков по размерам, чтобы подавляющее большинство их имело диаметр (д), не превышающий определенную заданную величину (д₀), что обеспечит необходимую стабильность жировой фазы в молоке. Для достижения этой цели достаточно измельчить все жировые шарики, у которых д меньше д₀. Сущность процесса гомогенизации заключается в следующем (рассматривается на примере клапанного гомогенизатора). Жировой шарик вместе с потоком молока движется с начальной скоростью по каналу клапана гомогенизатора. При входе в клапанную щель скорость потока резко возрастает. При этом жировая капля потоком плазмы растягивается в цилиндр, который под действием сил поверхностного натяжения дробится на отдельные мелкие шарики, принимая, таким образом, устойчивую форму. Помимо скорости на диспергирование жирового шарика в зоне перехода влияет и разность давлений в канале и клапанной щели.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: