Интенсификация процесса посола рыбы под воздействием механических колебаний

В статье представлен разработанный способ посола продуктов и установка для его осуществления. В отличие от аналогов, способ обеспечивает режим колебаний с параметрами, различными для рассола и продукта. Результаты исследований свидетельствуют, что возникающая на границе раздела фаз (продукт, рассол) относительная скорость движения, в значительной степени интенсифицирует процесс посола. При этом показано, что по сравнению с условиями отсутствия такой относительной скорости процесс посола интенсифицируется в 1,5–2 раза. В результате время процесса посола сокращается и обеспечивается равномерность распределения посолочных ингредиентов по всей массе продукта.

Ключевые слова: повышение эффективности, посол рыбы, соленость, интенсификация, вибростимуляция, образец рыбы, механические колебания, кинетика процесса, относительная скорость.

The article indicates method developed by salting products and installation for its implementation. Unlike analogies, the method provides a mode of vibrations with the parameters for the various product and brine. Results of researches testify that arising at the phase interface (product, brine), the relative speed of movement, largely intensifies the process of salting. It was then shown that, compared with the absence of such relative speed of the process of salting is intensified by 1.5–2 times. As a result, process time salting is reduced and provides uniform distribution of ingredients salting throughout the mass of the product.

Keywords: improving the efficiency, salting fish, salinity, intensification, vibratory stimulation, sample fish, mechanical vibrations, kinetics of the process, relative velocity.

Сокращение времени процесса посола и улучшение качества соленых мясных, рыбных и прочих продуктов является важными характеристиками производственного процесса. Эти характеристики являются определяющими в технологии производства, поскольку определяют время производства и трудозатраты. Одним из путей решения этой задачи, как известно [1], является применение механических колебаний.

При анализе отечественных и зарубежных источников [1, 2] выявлено, что наряду с установленным положительным влиянием колебаний на скорость процесса посола, остается неизученной кинетика процесса посола и сравнительная роль составляющих стадий процесса (внешний массобмен, внутренний массобмен) [1, 3]. Попытка решения этого вопроса явилась предметом настоящей работы. Сущность предлагаемого способа интенсификации процесса и установки для его осуществления показаны на рис. 1. На этом рисунке схематично показано направление колебаний в установках аналогах (рис.1, а) и на исследуемом устройстве (рис.1, б)

Рис. 1. Схема режимов колебаний продукта и рассола: режимы колебаний: а — одинаковый; б — различающийся

Как следует из рисунка 1, в известных установках для посола мяса и рыбы режим колебаний продукта посола и рассола оказывается одинаковым, поскольку продукт в рассоле размещается непосредственно в самой емкости. Если разделить продукт и рассол в емкости любым устройством, изменяющим частоту колебаний одного из названных элементов, то режимы колебаний продукта и самого рассола окажутся разными. Такая система была использована в установке, представленной на рис.2 [4, 5]. Как видно из рисунка, в этом случае режимы колебаний продукта и рассола различны. В результате этого различия на границе раздела продукт-рассол возникает относительная скорость движения продукта по отношению к рассолу, которая как следует из современных представлений о конвективном массопереносе, определяет интенсивность внешнего массобмена. При этом, формула общего коэффициента массопередачи процесса посола Км если пренебречь скоростью процесса переноса на границе раздела рассол-продукт, будет иметь вид (1):

 (1) где β_внеш — коэффициент массоотдачи при внешнем массообмене, м/с;

β_внут — коэффициент массоотдачи при внутреннем массообмене, м/с;

При повышении скорости массоотдачи внешней или внутренней тем самым следует ожидать общую интенсификацию процесса. Результаты эксперимента не только подтверждают это очевидное предположение, но и указывают, что именно внешний массоперенос играет определяющую роль в лимитировании общей скорости процесса.

В опытах измерялась концентрация соли в исследуемых образцах с помощью солемера TDS-3, в совокупности с аргентометрическим способом по ГОСТу 7636–85. Применялся раствор соли NaCl лимитированной концентрацией 10 %, так как превышение этого показателя солености может привести к частичному разрушению структуры белка [2]. При построении графиков на основе полученных экспериментальных данных недостающие данные были найдены методом интерполяции. Параметры механических колебаний взяты соответственно рекомендациям [1].

Стейки горбуши и скумбрии соответствовали ГОСТу 814–96 приняты, как лабораторный материал соответственно ГОСТу 7631–85.

Установка включает специальную рабочую емкость, в которой устанавливается дополнительное устройство основания для фиксации продукта в режиме колебаний, отличающимся от общего для рассола, что приводят к значительному изменению относительной скорости на границе рассол-продукт для интенсификации процесса посола.

Колебания в установке создаются за счет масс вращения толкателей по эксцентриситету, ход которых обеспечивает пружинам поочередный режим сжатия и растяжения. Наличие трех зубчатых колес в составе вибратора позволяет использовать различные модификации вибраторов, как маленьких, так и больших. Устройство работает следующим образом. В емкость 1 загружают рассол и продукт (рыбу) 5, крепя на вибропланшете 2, закрывают крышкой. Емкость 1 с сырьем, в свою очередь, крепится к вибростолу 3 при помощи шнура и фиксируется крючками. В нижней части стола закреплен вибратор 4, включающий три зубчатых колеса, связанных между собой. В движении обеспечивает поступательное движение емкости 1 с сырьем в вертикальной плоскости. Это обеспечивает колебания рассола, который, вместе с колебаниями от самой емкости приводит в движение с другой частотой вибропланшет 2 с продуктом 5. После выполнения работы, продукт (рыба) 5 выгружается из емкости 1 и проверяется качество посола.

Рис. 2. Установка для проведения процесса посола: 1 — емкость; 2 — основание; 3 — вибростол; 4 — вибратор; 5 — продукт (рыба)

На рисунке 3, расположение кривой 1 прямо свидетельствует о том, что при наличии относительной скорости движения на границе раздела фаз существенно увеличивает интенсивность процесса. Так, уже после суток проведения процесса посола с помощью вибростимуляции достигалась концентрация соли в продукте значением более 9 %. В то же время при других методах посола эта величина лежала в пределах 5.5–7.5 %.

Рис. 3. Изменение средней солености при посоле горбуши под электро- и вибростимуляцией: 1 — при вибростимуляции раствора и образца; 2 — электростимуляция до сухого посола; 3 — электрохимическая стимуляция посола; 4 — мокрый посол; 5 — электростимуляция до мокрого посола; 6 — сухой посол; 7 — электростимуляция до посола в насыщенном растворе

На рисунке 4 показано, что массоперенос соли при вибрационном воздействии происходит интенсивнее, если режим колебаний таков, что на границе раздела продукт-рассол создаются условия, обеспечивающие наличие относительной скорости движения фаз (сравнить кривые 1, 2 для условий существования относительной скорости движения и кривые 3, 4 для условий когда относительная скорость движения продукта и рассола практически отсутствует). Это происходит на отрезке времени от 10 до 25 минут (соответственно значения lnτ, равных 2,3 и 3,2).

Рис. 4. Сравнение кривых изменения средней солености рыбы при посоле в поле механических колебаний: 1, 2 — при передаче колебаний только к емкости с рассолом и неподвижным образцом горбуши и скумбрии соответственно; вибростимуляции раствора и образца; 3, 4 — при передаче колебаний только к емкости с рассолом и продуктом соответственно горбуши и скумбрии

В таблицах 1 и 2, представлены данные по изменению солености рыбы (горбуши и скумбрии) при посоле в устройстве прототипа и полезной модели. При посоле горбуши (табл.1) с целью получения малосоленой продукции по ГОСТ 7448–2006, устройству требуется 10–15 минут.

Таблица 1

Изменение солености горбуши

Таблица 2

Изменение солености скумбрии

Таким образом, установлено что, наложение механических колебаний на процесс посола позволяет сократить его продолжительность приблизительно в 1,5–2,5 раза.

Время посола рыбы для достижения требуемой для заданного продукта концентрации (по рыбе — ГОСТ 7448–2006) составляет 25 минут.

Литература:

1.                  Лимонов Г. Е., Боровикова О. П., Смирнова Л. В. Вибрационная техника и технология в мясной промышленности. М.: Агропромиздат, 1989. -232 с.

2.                  Уитон, Ф. В., Лоусон, Т. Б. Обработка водных пищевых продуктов. Нью-Йорк: Уайли, 1985, -273–327 с.

3.                  Минухин Л. А. Расчёт сложный процессов тепло и массообмена в аппаратах пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1986. -170 с.

4.                  Слабяк В. П., Минухин Л. А. Повышение эффективности посола рыбы в поле механических колебаний // Аграрный вестник Урала. — 2015.- № 3, 21–25 с.

5.                  Слабяк В. П., Минухин Л. А. Исследование кинетики процесса посола рыбы в поле механических колебаний // Аграрный вестник Урала. — 2015.- № 4, 62–66 с.