К.т.н. Щеcюк О.В., к.т.н. Щербак Ю.Г.

Чорноморський державний університет імені Петра Могили

ВИЗНАЧЕННЯ ЗМІНЕННЯ ВОЛОГОСТІ СИРОКОПЧЕНИХ І СИРОВ’ЯЛЕНИХ КОВБАСНИХ ВИРОБІВ

У ПРОЦЕСІ СУШІННЯ

За cтруктурними ознаками сирокопчені та сиров’ялені ковбаси відносяться до капілярно-колоїдних тіл.

У капілярних тілах перенос вологи здійснюється по капілярах. Якщо капіляри заповнені водою, рушійною силою її переносу є капілярний тиск, а коли в капілярах пара – парціальний тиск.

У колоїдних тілах, утворених гидротованими частками, перенос вологи здійснюється від шару, більш насиченого вологою до меньш насиченого. При цьому потенціал переносу визначнється енергією зв’язку молекул води з полярними групами колоїдних часток. Перенос вологи у колоїдних тілах пов’язаний з їх значною усадкою, що є характерним для сирокопчених та сиров’ялених ковбасних виробів [1].

При сушінні сирокопчених і сиров’ялених ковбасних виробів проявляються обидва механізма переносу вологи, при цьому співвідношення кількості вологи, що переноситься наведеними механізмами, безперервно змінюється в процесі сушіння-дозрівання [1].

Із кривих сушіння та швидкості сушіння [2] витікає, що процес сушіння можна розділити на два періода.

Перший період починається у приміщенні осадки. Втрата вологи здійснюється при осадці ковбас, вироблених із замороженого м’яса в результаті стікання її надлишків, що складають 5…10% маси батона [1]. Особливістю даного періоду є постійна швидкість сушіння, а його тривалість відповідає часу видалення вільної вологи.

У другому періоді починає видалятися зв’язана волога. Це основна вологість і видаляється вона у приміщеннях сушіння, в яких продукт перебуває протягом 28 та більш діб, втрачаючи при цьому до 30% вихідної кількості вологи у фарші. Швидкість сушіння поступово зменьшується.

У період постійної швидкості сушіння температура на поверхні батону дорівнює температурі вологого термометра. У період спадної швидкості сушіння температура батону підвищується і спрямовує до температури навколишнього повітря.

Точка переходу від постійної швидкрсті сушіння до спадної точки має назву критичної та відповідає початку видалення з продукту зв’язаної вологи. Вологовміст продукту, що відповідає даній точці, називається критичним вологовмістом Uкп .

При тривалому перебуванні продукту в повітрі з постійними параметрами в ньому установлюється така вологість, при якій тиск насиченої водяної пари у поверхневому шарі над батоном знаходиться у рівновазі з парціальним тиском водяної пари в навколишньому повітрі. Такий вологовміст продукту відповідає так званому рівноважному вологовмісту Uр, який залежить від температури і відносної вологості повітря.

Теоретично рівноважна вологість може бути досягнутою лише за нескінчено великої тривалості процесу сушіння. Для досягнення вологісті, яка наближається до рівноважної, процес сушіння завершується тоді, коли змінення маси батону стає мінімальним, що можливо тільки у випадку, якщо зовнішні шари не ущільнилися раніше, ніж втратилась волога у товщі батона до нормованого показника [3].

Для оцінки показників процесу сушіння в даній роботі використані деякі положення теорії сушіння [2, 4, 5].

Загальна тривалість процесу сушіння τ (діб) визначається у вигляді:

τ = τ1 +[(Uкп - Uр) / N] · ln [(Uкп - Uр) /(U - Uр)], (1)

де

τ1 – тривалість першого періоду сушіння, діб;

N – швидкість сушіння у першому періоді у кг видаляємої вологи протягом доби на 1 кг сухих речовин, кг/(кг с.р.), яка згідно з даними [4] може прийматися рівною N = 0,0654 кг/(кг с.р.);

Uр – рівноважний вологовміст готового продукту, кг/(кг с.р.);

Uкп – приведений критичний волововміст при переході від першого до другого періоду сушіння, кг/(кг с.р.);

U – змінне значення вологовмісту в процесі сушіння, кг/(кг с.р.).

Тривалість першого періоду сушіння τ можна визначити у вигляді

τ1= (Uо - Uкп) / N , (2)

де

Uо – початковий волововміст продукту ( до початку першого періоду сушіння), кг/(кг с.р.).

Залежність (1) можна представити у вигляді

N(τ - τ1) /(Uкп - Uр) = ln [(Uкп - Uр) /(U - Uр)]. (3)

Із виразу (3) знаходимо

U = Uр + (Uкп - Uр)·exp[-N(τ - τ1) /(Uкп - Uр)]. (4)

У роботі [6] в якості рівноважного значення вологовмісту ковбасних виробів пропонується Uр = 0,33 кг/(кг с.р.).

Приведений критичний вологовміст продукту при переході від першого до другого періоду сушіння може бути приблизно оцінено за формулою:

Uкп = Uр + 1/x , (5)

де х – відносний коефіцієнт сушіння, який для різних матеріалів може бути обчисленим за приблизним рівнянням

х = 1,8 / Uо , (6)

При обробці великого масиву дослідних даних нами визначено, що усереднене значення вологовмісту продукту до початку першого періоду сушки складає Uо = 1,4 кг/(кг с.р.).

Тоді за формулою (5) знаходимо

Uкп = 0,33 + 1,4/1,8 = 1,108 кг/(кг с.р.). (7)

Тривалість першого періоду сушіння τ1 визначається за формулою (2):

τ1= (Uо - Uкп) / N = (1,4 - 1,108) / 0,065 = 4,5 діб.

Якщо підставити значення величин Uр, Uкп, N і τ1 у формулу (4), отримаємо вираз для змінного значення вологовмісту продукту в процесі сушіння

U = 0,33 + 0,778 exp[-0,0835(τ - 4,5)]. (8)

Починаючи з τ = 4,5 діб, сушіння відбувається у другому періоді. Тоді вираз (8) перетворюється до виду

U = 0,33 + 0,778 exp(-0,0835 τ ). (9)

Змінення вологовмісту ковбасних виробів U від тривалості процеса сушіння τ відповідно до формули (9) представлено на рис. 1. Там же нанесено експериментальні дані, отримані протягом 1995-2011 р.р. при виконанні робіт, пов’язаних з розробкою обладнання для забезпечення тепловологісних режимів під час процесу сушіння сирокопчених та сиров’ялених ковбасних виробів.

Рис. 1. Змінення вологовмісту сирокопчених і сиров’ялених ковбасних виробів у другому періоді процесу сушіння:

1–розрахункова залежність; ● – експериментальні дані авторів

Література:

1. Рыжов С.А., Страхова Г.Г. Кинетика формирования капиллярно-пористой структуры сырокопченных колбас // Мясная индустрия. – 2002. – №4. – С. 51-52.

2. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. – М: Энергия, 1972. – 320 с.

3. Усатенко П.Ф., Патлайчук Н.И., Щесюк О.В. Снижение энергетических затрат при сушке сырокопченных и сыровяленных колбас // Мясная индустрия. – 2007. – №10. – С. 50-52.

4. Лыков А.В. Тепло- и массообмен в процесах сушки. – М: Госэнергоиздат, 1956. – 395 с.

5. Лыков А.В. Теория сушки. – М: Энергия, 1968. – 472 с.

6. Жадан В.З., Мартынова Л.В. Исследование влагообмена при сушке сырокопченныых колбас // Холодильная техника и технология.– 1966. – №4. – С. 24-27.