Интенсификация процесса замораживания мяса при фазовых переходах его компонентов с использованием слаботочных электрических импульсов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Шишкин, Сергей Викторович

• Шишкин, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шишкин, Сергей Викторович

Введение.

Глава 1 Обзор литературы.

1.1 Анализ работ по интенсификации замораживания мяса с помощью электрических разрядов.

1.2 Тепло-массо-электроперенос при замораживании мяса.

1.3 Классификация способов интенсификации процесса замораживания мяса с использованием электротехнологии.

1.4 Выводы по главе 1.

Глава 2 Техника и методика эксперимента.

2.1 Схема стенда.;.

2.2 Постановка опытов и методика эксперимента.

2.3 Выводы по главе 2.

Глава 3 Результаты экспериментов.

3.1 Результаты и анализ экспериментов по замораживанию мяса в условиях несамостоятельного электрического разряда.

3.2 Стохастический резонанс электрических импульсов при замораживании мяса.

3.3 Анализ экспериментов по защите объектов от электрических полей и использованию электроимпульсов в условиях вакуума.

3.4 Анализ экспериментов по защите объектов от электромагнитных полей.

3.5 Термометрия в условиях фазового перехода.

3.6 Выводы по главе 3.

Глава 4 Физико-математическое моделирование процесса интенсификации замораживания мяса.

4.1 Физическая модель внешнего и внутреннего переноса электрической энергии в процессе замораживания мяса.

4.2 Математическая модель стохастического резонанса электрических импульсов при замораживании образцов мышечной ткани свинины.

4.3 Выводы по главе 4.

Глава 5 Гистологические исследования и качественная оценка мяса.

5.1 Методика исследования образцов мяса из говядины и свинины.

5.2 Результаты исследования образцов мяса из говядины и свинины дефростированного после замораживания традиционным способом и способом с использованием слабых электроимпульсных полей.

5.3 Качественная оценка мяса.

5.4 Выводы по главе 5.

Глава 6 Практическая реализация результатов исследования.

6.1 Влияние электрических разрядов при интенсификации замораживания мяса на экологические показатели.

6.2 Устройство для интенсификации процесса замораживания мяса с использованием слаботочных электрических импульсов.

6.3 Выводы по главе 6.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация процесса замораживания мяса при фазовых переходах его компонентов с использованием слаботочных электрических импульсов»

Создание достаточных запасов пищевых продуктов и возможность их хранения - считается одной из главных задач пищевой промышленности. Важную роль в сохранении качества продуктов питания занимает процесс замораживания и последующего их холодильного хранения.

Сезонность поступления сырья, наращивание темпов производства и объемов выпуска продукции мясной промышленности, увеличение грузооборота на холодильных предприятиях в условиях рыночной экономики - основные факторы, вызывающие необходимость расширения исследований в области холодильной технике и технологии.

В изменившихся условиях хранения мясопродуктов возникла проблема значительного увеличения естественной усушки мяса, приводящая к повышению себестоимости продукции. Для решения данной проблемы требуют рассмотрения следующие научно-технические задачи:

- совершенствование процесса холодильной обработки мяса;

- переориентация процесса холодильной обработки мяса на повышенные температурные режимы в связи с краткосрочностью его хранения;

- сохранение качества выпускаемой продукции.

Нельзя не учитывать возрастающую стоимость энергетических и сырьевых ресурсов, так как этот фактор все в большей степени влияет на оценку эффективности работы холодильного оборудования и процесса холодильной обработки пищевых продуктов. Для решения этих проблем необходимо разрабатывать различные способы, интенсифицирующие теплообмен, позволяющие рационально использовать энергию и сырье, прежде всего в таком энергоемком и отличающимся значительными потерями сырья процессе, как хранение мяса. Интенсификация процесса теплообмена приводит к уменьшению необходимой площади поверхности теплообмена, габаритных размеров аппарата, его материалоемкости и стоимости, а также позволяет сократить коэффициент рабочего времени и потери электроэнергии холодильного аппарата.

Совершенствование процессов замораживания, использование рациональных режимов хранения продуктов во многом определяется нашими познаниями относительно закономерностей изменения состояния влаги и характера её связи при отрицательных температурах.

В связи с этим, интенсификация замораживания мяса представляется важнейшей задачей. В этой ситуации обработка мяса возможна за счет использования импульсов слабого тока, являющихся высокоэффективным и малоэнергоемким средством воздействия на продукт.

Приведенные выше проблемы и их решения, связанные с эффективностью процессов холодильной обработки пищевых продуктов в условиях интенсивного грузооборота, позволят значительно снизить энергозатраты на производство и потребление искусственного холода и сохранить качество товаров, доходящих до потребителя, что является актуальной проблемой.

Настоящая работа посвящена совершенствованию процесса замораживания мяса на основе изучения влияния слаботочных импульсов на его состояние. Целью работы является интенсификация процесса замораживания мяса на основе изучения фазовых переходов его компонентов с использованием слаботочных электроимпульсных воздействий.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Шишкин, Сергей Викторович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На базе ПК и генератора электрических импульсов высокого напряжения создана экспериментальная установка для исследования частоты, амплитуды и скважности электрических импульсов при замораживании мяса.

2. Экспериментально установлено, что влага содержащаяся в мясе, при фазовых переходах первого рода генерирует электрические импульсы отрицательной полярности со следующими параметрами: f 200-300 Гц, U 20-40 мВ, Q- 2 и 1-60мкА.

3. Установлены рациональные параметры электрических импульсов генератора высокого напряжения при замораживании мяса: частота импульсов f - 200 Гц, скважность импульсов Q - 2, выходное напряжение UB = ЮкВ, длительность экспозиции t - 800 с.

4. Выявлено, что при несамостоятельном разряде электрических импульсов генератора высокого напряжения, экологические показатели зоны рабочих мест обслуживающего персонала находится в пределах допускаемых норм СанПиН 2.2.4.1191-03.

5. Разработан и запатентован (патент РФ на изобретение №2300097) «Способ термометрии при фазовых переходах веществ».

6. Предложена физическая модель внешнего и внутреннего переноса электрической энергии в процессе замораживания мяса с использованием слабых электроимпульсных воздействий, а также предложена математическая модель стохастического резонанса электрических импульсов при замораживании мяса.

7. Экспериментально установлено, что жировая ткань в мясе при замораживании проявляет аморфные свойства, и ей присущ фазовый переход второго рода.

8. Доказана экономическая эффективность и получены акты проведения промышленных испытаний и сдачи-приемки в эксплуатацию устройства интенсификации процесса замораживания мяса, а также акт передачи результатов НИР на ООО «РостАгроКомплекс».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шишкин, Сергей Викторович, 2010 год

1. А.С. 1174694 СССР, МКИ Г25Д 13/06 Скороморозильный аппарат для штучных пищевых продуктов /Б.С. Бабакин, O.K. Буяно, К.П. Венгер и др. (СССР) №3661176/28-13. Опубл. 23.06.85 в Б.И №3

2. А.С. 1684575 (СССР) Комплекс холодильной обработки биологических объектов / И.А. Рогов, Б.С. Бабакин, М.Р. Бовкун — Опубл 02.04.1989 в Б.И. №38

3. А.С. 1721417 (СССР) Электроконвективные системы электродов для холодильной обработки биологических объектов / И.А. Рогов, Б.С. Бабакин, М.Р. Бовкун опубл. 23.08.1992 в Б.И.№11

4. А.С. 1637474 (СССР) Электроконвективные устройства к теплообменным аппаратам / Б.С. Бабакин, И.А. Рогов, М.Р. Бовкун — опубл. 11.03.1990 в Б.И.№ 16

5. А.С. 1635308 (СССР) Способ охлаждения и замораживания продуктов / М.Р. Бовкун, Б.С. Бабакин опубл. 12.12.1990 в Б.И.№29

6. А.С. 1619824 (СССР) Коронирующий электрод для охлаждения / Б.С. Бабакин, М.Р. Бовкун, Амерханов- опубл. 23.11.1991 в Б.И.№17

7. А.С. 1346103 (СССР) Способ охлаждения и замораживания влагосодержащих объектов /В.В Илюхин -Опубл. 15.09.1986, Бюл. 34

8. А.С. СССР № 1322516 Устройство для контроля параметров электризации ионизированного потока газа. Илюхин В.В. Опубл. 07.07.87 Бюл. №25

9. А.С. СССР № 1011961 «Способ охлаждения и замораживания объекта», авт. Илюхин В.В., Носков Б.Е. Опубл. 14.12.1982 Бюл. №16

10. А.С. СССР № 1387953 «Способ охлаждения и замораживания влагосодержащих объектов», авт. Илюхин В.В. Опубл. 15.12.1987 Бюл. №21

11. А.С. СССР № 1346103 «Способ охлаждения и замораживания влагосодержащего объекта» авт. Илюхин В.В.- Опубл 07.05.1986 Бюл.

12. Алексеев А.В. Уточнение методики тепловлажностных процессов вкамерах холодильников/ Холодильная техника. 1980, №1. - С.35-37

13. Бабакин Б.С., Федоров Е.А. Еркин М.В. Электроконвективный теплообмен при инееобразовании, 1989 №6 С.24-28

14. Бабакин Б.С., Письменская В.И., Цветков М.М. Использование электроконвекции для условий краткосрочного хранения мороженного мяса //Международная научно-техническая конференция «Пищевой белок и экология», Москва 2000 С.3-5

15. Бабакин Б.С. Научные основы электроконвекции в холодильной технике, Автореферат на соискание степени доктора технических наук, 1994 С. 7-12

16. Бантыш JI.A. Интенсификация процесса сублимации и обезвоживания гомогенизированных пищевых продуктов с помощью электрического и магнитного полей. Автореферат на соиск. Ученой ст. к.т.н. М.: 1973, 20с.

17. Барабанные морозильные аппараты /Н.Ф. Фомин, Б.М. Менин, В.Б. Ржевская, Э.И. Гуйго, Под. Ред. Э.И. Гуйго, JL Машиностроение, 1986-166с.

18. Башкатова А.А., Лыкова А.В, Винницкая А.А., Токарь К.В. Фазовые переходы в процессе замораживания мяса и мясопродуктов // Пища. Экология. Человек: Материалы V Международной научно-технической конференции М.: МГУПБ, 2003. - С.62

19. Болога М.К., Литинский Г.А., Электроантисепарирование в пищевой промышленности, Под ред. И.А. Рогова Кишинев, Штиница ,1981 - 181с

20. Бражников A.M., Каухчешвили Э.И. Холодильная техника. Введение в специальность. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, 144с.

21. Бут А.И. Применение электронно-ионной технологии в пищевой промышленности М.: Пищевая промышленность, 1987 -87с.

22. Быков В.А. Прошиснова Н.Г. Новое в исследованиях по холодильной промышленности: Обзорная информация. -М.:ЦНИИТЭИмясомолпром, 1986 С.10-16 (холодильная промышленность и транспорт)

23. Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионной технологий М.: Энергоатомиздат, 1985, 160с.

24. Веримеров Д.А. Влияние параметров воздуха на потери массы в процессах охлаждения говядины //Бюл МИХ — 1988 №2 с. 194

25. Гинзбург А.С. Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов, М.: Агропромиздат, 1990 -287с.

26. Зацепина Г.И. Свойства и структура воды. —М.: Изд-во МГУ, 1974. -168с. С.24-35

27. Илюхин В.В. Экологические аспекты использования электрических разрядов в перерабатывающих отраслях АПК/ В.В. Илюхин, Н.В. Макаров, И.М. Тамбовцев, В.В. Персиянов, С.В. Шишкин, С.С.

28. Илюхина, М.Я Бурлев // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК: Сборник научных работ. -М.:МГУПБ, 2005. -С. 149-152.

29. Илюхин В.В. Метрология при использовании коронного разряда /

30. B.В. Илюхин И.М. Тамбовцев, С.В. Шишкин, М.Я. Бурлев // Надежность и техническая диагностика оборудования перерабатывающих отраслей АПК: Сборник научных работ. М.: МГУПБ, 2005.-С. 153-157.

31. Илюхин В.В Измерение криоскопической температуры молока-сырья/ В.В. Илюхин И.М. Тамбовцев, С.В. Шишкин, М.Я. Бурлев,

32. C.С. Илюхина // Молочная промышленность. -№12. -2005. -С. 5254.

33. Илюхин В.В. Явление генерирования электрических импульсов при фазовых переходах / В.В. Илюхин, И.М. Тамбовцев, С.В. Шишкин, М.Я. Бурлев, С.С. Илюхина // Вестник международной академии холода. №4. -2005. - С. 15-17.

34. Илюхин В.В. Метрология при термометрии процессов обработки мясных продуктов/ В.В. Илюхин, И.М. Тамбовцев, С.В. Шишкин

35. Мясная индустрия. -№1. 2006. - С.50-52. 36. Илюхин В.В. Стохастический резонанс при замораживании мяса /

36. B.В. Илюхин, С.В. Шишкин // Вестник международной академии холода. -№1. -2006. С.41-42.

37. Илюхин В.В. Интенсификация процесса замораживания мяса при атмосферном давлении и в вакууме с использованием электрофизических полей /В.В. Илюхин, С.В. Шишкин // Вестник международной академии холода. №1. -2007. - С.28-29.

38. Илюхин В.В. Способ измерения температуры веществ при фазовых переходах /В.В. Илюхин, И.М. Тамбовцев, М.Я. Бурлев,

39. C.В. Шишкин, С.С. Илюхина. Патент Российской Федерации на изобретение № 2300097. Заявители Илюхин, Тамбовцев, Бурлев, Шишкин, Илюхина. Опубликовано Бюл. №15. 27.05.2007

40. Иоссель Ю. Я. Электрические поля постоянных токов. — JL: Энергоатомиздат, 1986 160с.

41. Камовников Б.П. Малков JI.C., Воскобойников В.А. Вакуумсублимационная сушка пищевых продуктов. М. Агропромиздат, 1985 -288с.

42. Камовников Б.П., Шалапугин Б.П. Методы оценки эффективности охлаждающихся систем производственных холодильников. Обзорная информ. М.: АгроНИИТЭИММП, 1990 - 20с (холод промыш. И транспорт)

43. Катаева В.Б. Совершенствование процесса размораживания мяса и мясопродуктов. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н., М.:МГУПБ 2000, 20с.

44. Козыренко В.Т. Совершенствование процесса холодильного дозаривания и хранения бананов. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. М.: МГУПБ 2002, 21с. (С. 5-6)

45. Кулагин В.Н. Фазовые переходы влаги при замораживании мяса,диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.:МИПБ 1985 120с. (С. 55-64)

46. Куликовская JI.B., Румынская О.И. Влияние электростимуляции на цвет охлажденного мяса при хранении //Холодильная техника — 1993 №1 С.23-27

47. Кутателадзе Е.С. Основы теории теплообмена Новосибирск, Наука, 1975 -212с. (С. 51-63)

48. Кутателадзе Е.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче Л.: Госэнергоиздат, 1959 - С.23-26

49. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967- 599с. (С. 23-29)

50. Лыкова А.В. Тепломассообмен. Справочник. — М.: Энергия 1978-480с. (С. 75-90)

51. Мадагаев Ф.А. Научные и практические основы использования электростимуляции в технологии мяса и мясопродуктов. Автореф. Дис. Д-ра техн. Наук М.: 1994 - 36с. (С. 5-6)

52. Мазуренко А.Г., Федоров В.Г. Замораживание пищевых продуктов в блоках. М.: Агропромиздат, 1986. — 207 с.

53. Малова Н.Д., Рогова В.А. Способы и техника охлаждения мяса и мясных продуктов: Обзорн. Информ. М.: АгроНИИТЭИММП, 1988- С.3-8

54. Маэко Н. Наука о льде / Пер. с яп. М.: Мир, 1988 -231 с.

55. Медведева A.M., Анципович И.С., Виноградов Ю.Н. Охрана труда в мясной и молочной промышленности. — М.: Агропромиздат 1989. — 256с

56. Метрологическое обеспечение производств мясной и молочной промышленности / В.И. Усков, В.К. Бондаренко, В.В. Митин и др.; под ред. В.И. Ускова. — М.: Агропромиздат, 1988. -183с.

57. Михайлов В.Д., Данилов В.Р., Бовкун М.Р. Регулированиеотносительной влажности воздуха с использованием микропроцессорной техники. Холодильная Техника, 1990 №3 С. 17-20

58. Моик И.Б., Рогов И.А., Горбунов А.В. Термо- и влагометрия пищевых продуктов: Справочник: под. Ред. И.А. Рогова. М.: Агропромиздат, 1988 - 304с.

59. Непрерывное охлаждение мясопродуктов //Бюл МИХ -1988-С.206

60. Никитина JI.M. Термодинамические параметры и коэффициенты массопересоса во влажных материалах. М.: Энергия, 1966. - 499с

61. Новая технология в мясной промышленности// Бюл МИХ -1985-с.719

62. Новый туннельный роторный аппарат для замораживания измельченного продукта в С02 //Бюл МИХ -1987 -№3-С.342

63. Нуждин А.С., Ужанский B.C. Измерения в холодильной технике. -М.Агропромиздат, 1986. 368 с. (С.45-49)

64. Основы электрогазодинамики дисперсных систем /И.П. Верещагин., В.И. Левитов, Г.З. Мирзабенян, М.М. Пашинин -М.Энергия, 1974, -480с.

65. Паташинский А.З., Покровский В.А. Флуктуационная теория фазовых переходов, М.: Наука, 1975, С. 256

66. Планк. К теории распределения энергии излучения нормального спектра. Избранные научные труды. Русский пер. из сборника под ред. А.П. Виноградова. Стр.251

67. Рогов И.А., Бабакин Б.С., Бовкун М.Р. Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции «Пути интенсификации производств с применением холода в отраслях агропромышленного комплекса в торговле и на транспорте», Одесса 1989, 58с

68. Рогов И.А., Горбатов А.В. Свинцов В.Я. Дисперсные системы мясных и молочных продуктов. -М.: Агропромиздат, 1986 -351с.

69. Рютов Д.Г. Закономерности усушки мороженого мяса при хранении. Труды ЛТИХПа, 1956, т. 10, С.10-21

70. Самарский А.В, Гулин М.Б. Численные методы. М.: Высшая школа, 1987, -976 с. (С.650-660)

71. Тихонов Б.С., Бабакин Б.С. Массообмен при хранении замороженных мясопродуктов: Монография. М.: МГУ lib, 2003. -116с. (С.33-34)

72. Тихонов С.М., Самарский А.В. Уравнения математической физики. М.: Высшая школа, 1976, -690с (С.300-378)

73. Хвыля С.И. Научно-методические рекомендации по микроструктурному анализу мяса и мясных продуктов. -М.: РАСХН, 2002, 40 стр

74. Хелемский М.З. О теории тепловлажностных процессов в камерах холодильников/ Холодильная техника. 1980. -№2 — С.46-48

75. Холодильная техника (Энциклопедический справочник). М.: Госторгиздат, 1961, т.2. — 575 с.

76. Чижов Г.Б. Вопросы теории замораживания пищевых продуктов. — М.: Пищепромиздат, 1956. 140 с.

77. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1979. — 271 с. С. 36-45

78. Чижов Г.Б. Метод расчета усушки при охлаждении и замораживании продуктов в воздухе / Холодильная техника, 1979. -№9 С.40-42

79. Щукин Е.Д. Коллоидная химия, М.: Наука 1992, 416 с.

80. Шеффер А.П., Саатчан А.К., Кончаков Г.Д. Интенсификация охлаждения, замораживания и размораживания мяса. — М.: Пищевая промышленность, 1972. — 375 с.

81. Benzi R, Sutera S., Vulpiani V. A stochastic resonance of electricalimpulses. — "Regrigerating enginneering", 1981 vol. 147

82. Cross J.D., Speare P.A. Electrical aspects on invaporiation of ice. — National journal of appliyed phyzics of Great Britain, 1988 p.50 54

83. Gac A. Contribution a l'etude du refroidissement des denrees. -Annexe 1992-1 au Bulletin de l'I.I.F., p. 505 514

84. Heiss R. Untersuchungen uber den Kaltebedarf und die ausgefrorenen wassermengen beim schnellen und langsamen gefrierenen von lebelsmitteln. "Zeitschrift fur die gesamte Kalte - Industrie", 1993Band 39, Heft 7

85. Experimental data for freezing and thawing of multi-diension objects / D.S. Cleland, A.C. Cleland, R.L> Earl, S.S. Byrn // Int. S. Of Refrigeration. 1988 - V. 10. №1. -P.22-23

86. Economy walk-ins //Meat Plant Magazine. 1989-V.50-#4 P.31

87. Ferenc S. A hus hutese // Husipar. 1989. -#2 - P.74-76

88. International Journal of Refrigeration. 1986. #1 - P. 123-130

89. Internet site, http://www.linecool.ru/mysnix.html

90. Junkhan C.H Some effects of Mechanically Produced Unsteady Boundary Layer Flows on Convective heat transfer Augmentation ASME -1983-V2-P. 1032-1038

91. Konno K, Kuriyama M, Asano M. Harada E. Heat transfer from circular pipes under corona discharge // Heat transfer sapanese research 1990-v.4-№4-p. 35-43

92. Lorentzen G., Rosvik S. The influence of packaging on freezing time and weight loss for cut meat. Annexe 2000 - 3 au Bulletin de l'I.I.F., p. 263-280

93. Luyet B. Principles governing the stability of the ice phase in frozen aqueous substances. Annexe 1992 -1 au Bulletin de l'I.I.F., p 413-424

94. Legaretta I. G. Et al Extending the retail storage time of pork-sausige using modified atmospheres and freezing //Meat science. — 1989. — V.23.1 -Р.21-36

95. L'Elargissement rapide du champ d'applications // Process magazine -1990.-№1049.-P.42-45

96. Maracek S., Stoklacek B. Moznost optimalizace procesu zohlazovani masa pro porazce // Zpravoday masneho pr umyseu/ -1987. V.5. -№2 -4,-C. 37-42.

97. Maracek S., Stoklacek B. Zkusenosti z yystavby a provozu mecharizovane dopravy veprovych a hoverich pulek // Zpravodai masnech prumuclu. 1988. V.5. - №2-4.-P. 50-56

98. O'Brien R.L/. Shine A.I.// Trans. ASME. 1980. -V. 89. -№1. P.138-140

99. Persson P. Influence of plant design and operation on weight loss in cold storage. Annexe 1970 — 3 au Bulletin de de 1T.I.F.,

100. Plank R. Die lagerfahigkeit von lebensmitteln als funktion der temperatur. "Kaltetechnik", 1959, Heft 10 s. 306-310

101. Plank R. Handbuch der Kaltetechnik. Springer - Verlag, 1960, Band10, 690s

102. Riedel L. Kalorimetrische untersuchungen uber das gefriren von seefischen Kaltetechnik", 1996, Heft 2, s. 374-377

103. Razgaltis R., Nolman S.P. // Heat and mass Trans. Processes. 1984. -V.2. p. 831-866.

104. Sparrow E.M. Hajilloo A. Measurment of heat transfer and Pressure drop for an Array of staggered places aligned parralel tj an air flow //ASME S. Of heat trans. 1989. V. 102. - p. 406-432

105. Stermer R.A. Brasington C.F., Camp Т.Н. Vanderzant C.T., Hidrochilling a rapid method for cooling meats // Transactions of the ASME - 1986.-V.29.-P.306-311.

106. Tamm W. Neue untersuchungen uber gleischkulung. — "Der Kalte — Klima- aktiker", 1992 №12 s.380-387