Глава 5 Механическая обработка мясного и мясокостного сырья 5.1 Измельчение
5.3 Формование мясного сырья
2 2
К S , (2.19)
где: S2 – дисперсия определяемого параметра, полученная экспериментально; δ2 – генеральная дисперсия определяемого параметра.
Величина S2 определялась по уравнению
m
i
i x
m x S
1
2
2 ( )
1
1 ,
(2.20)
где: xi – текущее значение влажности; х - среднее значение влажности, m – число проб.
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте мясной промышленности (Российская Федерация) Лимоновым Г.Е. разработан производственный процесс получения колбасных изделий с использованием вибрационного перемешивания [97]. Сущность процесса виброперемешивания заключается в том, что при движении источника колебаний по круговой или эллиптической траектории частицы смеси непосредственно соприкасающиеся с источником колебаний, периодически получают ударный импульс, отбирая при этом определенную энергию, подводимую к системе через вибрирующий корпус и лопасти смесителя. В свою очередь, частицы пограничного слоя при своем движении передают импульс и энергию более отдаленным соседним слоям. Это вызывает интенсивные колебания и их циркуляцию.
Научными исследованиями было установлено, что использование вибрационного перемешивания оказывает специфическое воздействие на мясное сырье. Поля упругих колебаний, налагаемые на мышечные волокна, с одной стороны, перестраивают структуру белковых молекул, тем самым, улучшая качественные показатели мясопродуктов, а с другой — интенсифицируют процессы распределения и проникновения посолочных ингредиентов, ускоряя посол. Вибрационные воздействия способствуют разрушению пространственных коагуляционных структур, снижению предела упругости и получению достаточно однородной смеси. Специфические процессы, происходящие при вибрационном перемешивании колбасного фарша, позволяют эффективно воздействовать на конечные качественные и количественные показатели готового продукта.
Исследователи, при анализе полученных данных пришли к обоснованным выводам, что определение ПНС позволяет наиболее объективно оценить СМХ сырья в зависимости от состава компонентов, времени перемешивания и внешних воздействий. Поэтому при оценке структурообразования фаршей в процессе их приготовления целесообразно проводить определение величины ПНС.
Изучению процесса формования с гидродинамической точки зрения посвящены ряд работ, специальные монографии и исследования [17, 18, 19, 21, 25, 28, 65, 70, 104, 105].
В мясной промышленности при производстве мясных продуктов процесс формования (шприцевания, дозирования) также влияет на качественные характеристики готового продукта. Точное соблюдение рецептуры фарша по количественному и качественному составу исходного сырья и добавок, обеспечение оптимальных условий при его приготовлении и оптимизация процесса формования мясных продуктов являются гарантией получения высококачественной продукции [28].
Формование колбасных изделий производят путем наполнения фаршем естественной, искусственной оболочки или жесткой формы (металлической).
Формование мясопродуктов в основном исходит из сложившихся традиционных положений. Размеры колбасных изделий ограничивались размерами натуральной оболочки, возможностями ручных операций и др. С созданием искусственных колбасных оболочек, оборудования для механизированного наполнения и перевязки колбасных батонов появились предпосылки производства изделий больших размеров.
Известно, что с увеличением диаметра вареных колбас в оболочках уменьшаются потери массы при термообработке и хранении. Из теории тонкостенных оболочек следует, что с увеличением диаметра прочность оболочки снижается при одной и той же толщине оболочки. Поэтому при формовании колбас, особенно большого диаметра, возрастает роль плотности фарша, с которой наполняется оболочка. Величина плотности фарша, зависящая от давления, играет большую роль в формовании качественных и количественных параметров готовой продукции.
Появление метода формования колбасных изделий без оболочки связано с применением электрофизических методов, позволивших сократить время термообработки фарша и совместить операции транспортирования и нагрева [105]. Использование традиционных методов нагрева фарша при производстве колбас без оболочки экономически нецелесообразно. Сущность производства колбас без оболочки, заключается в том, что фарш, помещенный в форму, формуется за счет перехода из пластично-вязкого состояния в упруготвердое.
Данный способ имеет ряд неоспоримых преимуществ перед традиционным, но высокая стоимость, сложность эксплуатации и ремонта необходимого оборудования сдерживают его массовое применение в промышленности.
На качество наполнения колбасной оболочки фаршем и произ- водительность шприца в целом решающее воздействие оказывают конструктивные особенности механизмов, выполняющих операции. В современных конструкциях шприцев скорость истечения фарша из цевки значительно превышает предел, за которым начинается течение с разрушенной структурой. Это приводит к образованию дефектов в готовой продукции, снижению выходов и обусловливает необходимость процесса осадки, во время которого происходит тиксотропное восстановление структуры фарша.
А.И. Пелеевым [55] сформулированы следующие требования к конструкции шприцев: исключение возможности попадания воздуха в фарш;
целостность формы шпика при заполнении оболочек; возможность быстрой прочистки и промывки мест соприкосновения с фаршем; возможность маневрирования скоростью истечения фарша в зависимости от вида фарша и диаметра цевки и т. д.
Исследованиями А.И. Пелеева [55] установлена зависимость между величиной давления фарша и скоростью истечения фарша из цевки в рабочем цилиндре шприца поршневого типа
2 2
1 ln ) ln( / )
(k k D d
р , (5.1)
где - коэффициент, зависящий от конструкции; k1 - напряжение (в Н/см2), соответствующее сопротивлению истечения при =1 м/с; k2 - коэффициент, учитывающий прирост давления соответственно изменению скорости истечения; - скорость истечения, м; D - внутренний диаметр цилиндра шприца, м; d - внутренний диаметр цевки, м.
С.Н. Туменовым установлены величины давления шприцевания: для сосисок и сарделек - (3,94,9)105 Па, для колбас вареных - (4,95,9)105, полукопченых - (5,97,8) 105 Па, копченых - до 12105 Па [105].
Г.3. Джамилашвили получена зависимость изменения абсолютной величины деформации фарша полукопченых колбас при формировании в металлической форме диаметром 0,55 м.
По данным А.М. Бражникова [105], деформация фарша зависит только от температуры. В.В. Вагин считает, что причинами расширения фарша являются (по степени значимости): расширение воздуха, содержащегося в фарше;
изменение объема за счет физического процесса расширения тел; изменение структуры и форм связи влаги; перестройка в присутствии воды фибриллярных и глобулярных полипептидных белковых цепей от изогнутой складчатой к развернутой форме; расширение воды и водно-белковых растворов.
В.Д. Косой считает [28], что тепловое расширение жидкой (вода), твердой и газообразной (воздушные включения) фракций, являющихся основными частями фарша, не является главным фактором. Воздух расширяется на 2 %, и его общее расширение, отнесенное ко всему объему, составит не более 0,01 %.
Расширение воды и водно-белково-солевых растворов практически не может существенно влиять на увеличение объема, так как температурный коэффициент объемного расширения воды незначителен. Основной причиной расширения фарша, зависящего от его массы, состояния исходного сырья, влажности и степени измельчения, является образование новой структуры.
По данным С.А. Бредихина [106], концентрация газовой фазы в сырье и приготовленных на его основе фаршевых (колбасных) продуктах изменяется от 2,0 до 9,5 % объема.
Исследование процесса формования на насыщение воздухом продукта показывают [107], что при формовании фарша в шприце концентрация газовой
фазы в продукте по сравнению с перемешиванием и тонким измельчением практически не меняется. В тоже время формование в вакуумном шприце после измельчения продукта в вакуумном куттере приводит к удалению из фарша до 67 % от начальной концентрации газовой фазы в продукте после смешивания его компонентов, а использование вакуумного шприца после куттера без вакуумирования позволяет удалять до 53,7 % воздуха по сравнению с его концентрацией после куттерования.
Снижение остаточного давления в вытеснителе вакуумного шприца приводит к уменьшению содержания газовой фазы в фарше. Исследованиями подтверждено [106], что вакуумное шприцевание после куттерования недостаточно эффективно удаляет воздух из фарша.
С помощью прибора, разработанного С.Н. Туменовым и др., записаны кинетические кривые деформации различного фарша (характеризуемого влагосодержанием и жирностью) в зависимости от давления и продолжительности приложения нагрузки [105]. В результате проведенных исследований процесса формования вареных колбасных изделий установлено, что оптимальная величина давления формования, соответствующая наименьшим потерям бульона, прямо пропорциональна величине сухого вещества в продукте. При наименьшей и наибольшей жирности оптимальная величина давления формования пи термообработке равна 0,5·105 Па.
Наименьшая величина давления – 0,1·105 Па соответствует фаршу диабетической колбасы.
Объем фарша под давлением изменяется в результате взаимного смещения частиц и их объемной деформации. Установлено, что с увеличением давления внутренние свободные полости уменьшаются, частицы деформируются, незначительно выделяется влага. Количество отделенной влаги тж.д. при давлении 15,6105 Па
тж.д= 7,2310-3 exp(3ин -32φн). (5.2) где ин – влагосодержание фарша; н – жирность фарша.
Графоаналитическая обработка данных результатов эксперимента позволила получить уравнение для расчета плотности
ρ= ρ1 [1,37- (0,29 φн + 0,0105 ин) + 0,022 lg p*] , (5.3)) где ρ1 - плотность, равная 1000 кг/м3; р* - относительное давление, Па.
Уравнение (5.3) справедливо при ин=1,5÷3,5; φн=0,103; р= (0,1÷0,16)105 Па. В уравнение входит начальное влагосодержание фарша без учета тж.д, поэтому наибольшая погрешность расчета плотности может достичь ±3 % при величине давления 15,6·105 Па.
При повышении давления плотность фарша увеличивается в основном при р=(2÷4)·105 Па. При дальнейшем возрастании давления плотность
увеличивается незначительно. В дозаторах и формах для фарша величина давления должна соответствовать первой стадии уплотнения.
Зависимость плотности фарша ρ от давления р описывается уравнением
ρ = а+ 22 lg p, (5.4)
где а - постоянная величина, зависящая от вида фарша (определяется экспериментально).
Для фаршей сырокопченых колбас аналогичная зависимость при давлении (0÷50)·105 Па описывается уравнением
ρ = a1 pb + c1, (5.5) где а1, b, c1 - коэффициенты, зависящие от вида фарша.
С повышением давления относительное увеличение плотности уменьшается. Плотность увеличивается существенно при небольших величинах давления, а при (2÷4)105 Па увеличение заканчивается.
Комплексные исследования зависимости плотности мясного фарша от давления, жирности и влагосодержания позволили установить между ними аналитическую зависимость [70 (с.79)]
ρ=A1-(A2φ+А3 и)+А4 lgp, (5.6) где A1 - коэффициент (по данным М.Б. Смирнова), кг/м3 (при 0<р105Па<2,5 Па A1=1052 кг/м3; при 2,5<р105 Па<16,0 Па A1=1107 кг/м3); A2, А3 - эмпирические коэффициенты, кг/м3 (A2=270 кг/м3; А3=10,5 кг/м3); А4 - коэффициент, кг/м3 (А4=143 при 0<р10-5 Па<2,5 Па; А4=47 при 2,5<р10-5 Па<16,0 Па); при давлении (0,1÷16)105 Па, жирности от 0,15 до 0,22 кг жира на 1 кг фарша, влагосодержании фарша от 1,8 до 2,7 кг влаги на 1 кг сухого продукта A1=1037 кг/м3; A2=290 кг/м3, А3=10,5 кг/м3, А4=22 кг/м3; φ - жирность фарша, кг жира на 1 кг фарша; и - влагосодержание фарша, кг на 1 кг сухого остатка; р – давление, Па.
Таким образом, результаты этих исследований позволяют учесть изменение плотности фарша при различных давлениях, что необходимо для расчета технологических машин и аппаратов.
Глава 6 Машины и аппараты для механической обработки сырья