К.т.н. Матиящук А.М.

Савицька С.В.

Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна

Моделювання впливу подрібнення клітинної структури рослинної сировини на вихід соку у консервному виробництві

Із технології консервного виробництва фруктових та овочевих соків відомо, що основним показником, який визначає вихід соку є попереднє фізико-хімічне оброблення сировини до пресування. Оскільки за механічного подрібнення сировини пошкоджується від 30 до 80 % клітинної структури плодів, а під час пресування лише 10 %. Із літературних джерел відомо [1], що під час збільшення ступеня пошкодження клітинної структури плодів до моменту пресування вихід соку збільшується. Водночас зростають витрати енергії на подрібнення, а витрати енергії на пресування такої сировини зменшуються за умов однакової продуктивності для отримання необхідного виходу соку.

Єдиної теорії моделювання механічних процесів подрібнення рослинної сировини немає [2], оскільки всі вони будуються на емпіричному підході щодо визначення витрат необхідної енергії для подрібнення твердих частинок неорганічного походження.

Основним завданням даної роботи є розроблення математичної моделі отримання соків консервного виробництва на основі процесів подрібнення та пресування рослинної сировини, на прикладі отримання яблучного соку та здійснення обчислювального експерименту із визначення ступеня пошкодження клітин рослинної сировини з метою знаходження оптимального значення виходу соку.

Вихід соку В у технології консервного виробництва залежить від соковитості плодової тканини J, ступеня пошкодження клітин рослинної сировини під час подрібнення φ₁ та пресування φ₂, що може бути розрахований за рівнянням:

В = К·J·(φ₁ – φ₂)·100 (1)

Ступінь пошкодження клітин φ₁ визначається відношенням кількості пошкоджених клітин S під час нарізання до загальної кількості клітин S_c, які складають клітинну структуру плодів:

φ₁= S / S_c (2)

Величина φ₁ залежить від способу подрібнення рослинної сировини, визначається експериментально і залежить від певних конструктивних особливостей пристроїв.

Ступінь пошкодження клітинної структури яблук під час пресування φ₂ подрібненої сировини у кошикових пресах залежно від тиску P_k у зоні пресування можна розрахувати за емпіричним рівнянням

φ₂(P_k) = 0,468 P_k^0,15 – 0,298. (3)

Тиск на частинки подрібненої сировини (кубики) у зоні пресування вибирають у межах 0,1 – 0,6 МПа. Збільшувати тиск у зоні пресування більше 0,6 МПа недоцільно у зв’язку із можливість „запресовування” мезги у сік. Це призведе до збільшення вмісту нерозчинних сухих речовин соку, і, як наслідок, до збільшення витрат на освітлення (фільтрування) соку.

З метою визначення ступеня пошкодження клітин рослинної сировини плодів пропонується емпірична модель подрібнення, яка передбачає такі припущення:

приймаємо, що всі плоди, які надходять на подрібнення мають шароподібну форму і однаковий розмір (діаметр d) із розрахунку 50 – 60 мм;

ступінь стиглості та соковитість плодів однакова, які в свою чергу проявляються у консистенції К плодової клітинної структури і визначаються умовами під час розв’язання задачі;

нарізання плодів відбуватиметься на частинки правильної форми у вигляді кубика із довжиною ребра а.

Визначити утворену поверхню подрібненої сировини під час подрібнення складніше ніж під час нарізання її на частинки правильної форми. Якщо плоди розрізати на дрібні частинки із малою довжиною ребра кубика (до 2 мм), то можна змоделювати таким чином дробіння і визначити питому поверхню подрібненої сировини.

Використовуючи конкуруючі параметри розмір кубика подрібненого плоду та значення тиску у зоні пресування під час процесів отримання соку здійснюємо визначення витрат енергії на одиницю отриманої продукції. Для цього будемо керуватися такими властивостями конкуруючих параметрів, що у першому випадку з метою отримання необхідного виходу соку можна подробити сировину на кубики менших розмірів та віджати таку сировину у пресах із меншим тиском у зоні пресування. Або навпаки у другому випадку провести подрібнення плодів на кубики більших розмірів, затративши при цьому менше енергії, а потім віджати сировину при більшому значенні тиску, затративши більше енергії під час пресування аніж у першому випадку.

Отже, задачу отримання яблучного соку необхідно вирішити так, щоб під час переробки заданої кількості сировини отримати максимальний вихід соку із найменшими витратами на одиницю отриманої продукції.

Література

1. Основы консервирования пищевых продуктов/ Флауменбаум Б. Л. и др. / М.: Агропромиздат, 1986. -494 с.

2. Даурский А.Н., Мачихин Ю.А. Резание пищевых материалов. М.: Пищ. пром-сть, 1980. 240 с.