Определение времени термической обработки вареных колбас

Определение времени термической обработки вареных колбас

М.Н. Шишлин,

Ю.Н. Богданова,

П.В. Мишта

Тепловая обработка является основным технологическим процессом при производстве вареных колбас. При этом традиционная технология предусматривает проведение термической обработки изделий в три стадии (подсушка, обжарка, варка), различающиеся между собой температурными режимами греющей среды и продолжительностью операций.

Как известно, тепловая обработка мясопродуктов является наиболее энергоемким технологическим процессом. В связи с этим вопросы, связанные с сокращением ее продолжительности, представляются актуальными. С целью решения задачи оптимизации режима тепловой обработки в работе получены зависимости, позволяющие рассчитать продолжительность термической обработки вареных колбас.

Общая продолжительность термической обработки вареных колбас может быть вычислена по формуле:

 (1)

где  − время подсушки; -время обжарки; -время варки.

Стадия подсушки. Время подсушки определяется как сумма времени сушки (  ) и времени удаления конденсата ():

 (2)

Размерное время подсушки:

 (3)

где  − продолжительность подсушки в безразмерном выражении;  − радиус батона на стадии подсушки, принимаем равным исходному , так как увеличение радиуса колбасного батона незначительно (до 0,3 %);  − коэффициент температуропроводности (для вареных колбас а = 5^.10^-4 м/мин).

Значение критерия Фурье, соответствующего времени в течение которого для подсушки температура в центре колбасного батона достигает требуемого значения, определяется по формуле:

 (4)

где  - критерий Био для стадии подсушки;  - безразмерное значение температуры поверхности продукта в процессе подсушки;  − критерий Фурье.

Значение критерия Био определяется по формуле:

 , (5)

где  − коэффициента теплоотдачи;  − коэффициент теплопроводности (для вареных колбас = 0,465 Вт/м*К) [1].

Значение коэффициента теплоотдачи от воздушной среды можно определить по известным критериальным зависимостям конвективного теплообмена либо по эмпирической формуле Юргеса [2]:

 Вт/(м²∙К) (6)

где W − скорость движения среды, м/с (W = 1м/с) [3].

Значение коэффициента теплоотдачи при термической обработке колбасных изделий можно определить по выражению:

где d − влагосодержание продукта (при температуре среды t_ср=100°С и относительной влажности воздуха φ = 10 % влагосодержание d = 0,076 кг/кг).

Подставив значения коэффициентов теплопроводности и теплоотдачи (7) в формулу (5) получим:

 (8)

Критерий Фурье, зная число Био (8), находим по формуле:

 (9)

Безразмерное значение температуры поверхности продукта в процессе подсушки, определяется по формуле:

 (10)

где  − температура поверхности колбасного батона в конце процесса подсушки, °С;  − начальная температура колбасного батона, °С;  − температура среды, °С.

Подставив выражение (8) в формулу (4) получим значение критерия Фурье, соответствующее времени, в течение которого для подсушки температура в центре колбасного батона достигает требуемого значения:

 (11)

Размерное время подсушки с учетом коэффициента температуропроводности:

 (12)

Время удаления конденсата может быть определено по формуле:

 (13)

где  − значение температуры на поверхности батона в начале стадии подсушки.

Подставив формулах (12) и (13) в выражение (2) получим значение времени подсушки:

 (14)

Стадия обжарки. Размерное время стадии обжарки определяется аналогично стадии подсушки по формуле (3). При этом и соответственно равны  и .

Размер колбасного батона на стадии обжарки можно выразить следующим эмпирическим соотношением:

 (15)

Среднее значение радиуса колбасного батона на стадии обжарки определяем по формуле:

 (16)

Подставив выражение (16) получим критерий Био на стадии обжарки:

 (17)

Подставив выражение (17) в формулу (9) определим критерий Фурье:

 (18)

Продолжительность процесса обжарки в безразмерном выражении вычислим по формуле:

где  − температура в центре колбасного батона в конце процесса обжарки, °С;

Размерное время на стадии процесса обжарки находим по формуле (3):

 (20)

Определим значение температуры поверхности колбасного батона к моменту окончания процесса обжарки по выражению:

 (21)

Размерное значение температуры поверхности колбасного батона в конце процесса обжарки вычисляем по формуле:

 (22)

Стадия варки. Размерное время процесса варки (τ_вар) колбасных батонов определяем по формуле (3), а критерий Био - по формуле (5). При этом и соответственно равны  и

Размер колбасного батона на стадии варки можно выразить следующим эмпирическим соотношением:

 (23)

Среднее значение радиуса колбасного батона на стадии варки определяем по формуле:

Значение коэффициента теплоотдачи при термической обработке колбасных изделий можно определить по выражению:

 Вт/(м²∙К) (25)

где d − влагосодержание продукта (при температуре среды t_ср=85 °С и относительной влажности воздуха φ = 90 % влагосодержание d = 0,7653 кг/кг) [3].

Определяем значение критерия Био, подставив выражения (24) и (25) в формулу (5):

 (26)

Критерий Фурье находим по формуле (9), подставив выражение (26):

 (27)

Продолжительность варки в безразмерном выражении определяем по формуле:

 (28)

где t_ц - температура в центре батона в конце процесса варки.

При расчете продолжительности варки полагаем, что начальное состояние продукта (t_{o, вар}) можно охарактеризовать среднеобъемной температурой:

 (29)

Размерное время процесса варки (τ_вар) колбасных батонов определяем по формуле (3):

 (30)

Подставив значення полученные в уравнениях (14), (20) и (30) в уравнение (1) получим математическую модель тепловой обработки вареных колбас:

 (31)

где значения безразмерных времен режимов определяются по формулам (11), (19) и (28) соответственно.

Таким образом, по результатам решения приведенных в работе уравнений представляется возможным рассчитать общую продолжительность термической обработки вареных колбас. Кроме того, созданная математическая модель позволяет оптимизировать продолжительность основных этапов тепловой обработки продукта с целью снижения расхода энергоресурсов на единицу продукции.

термический обработка вареный колбаса

Литература

2.      Ивашкин, Ю.А. Моделирование производственных процессов мясной и молочной промышленности : учеб. пособ. / Ю.А. Ивашкин. − М.: Агропромиздат, 1987. − 236 с.

3.     Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : учеб. пособ. / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.