Лекція 15-16 Тема. КОНДЕНСАЦІЯ. СПЕЦИФІЧНІ ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ.

Лекція 15-16

Тема. КОНДЕНСАЦІЯ. СПЕЦИФІЧНІ ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ.

Мета. Розглянути процес конденсації, специфічні теплові процеси

та методи їх інтенсифікації

План.

1. Конденсація.

2. Процес варення.

3. Процес смаження.

4. Пастеризація.

5. Стерилізація.

6. Інтенсифікація теплових  процесів та регенерація теплоти.

1. Конденсацією називають процес перех оду пари або стиснутого до критичного

стану газу в рідкий стан. Скраплення пари досягається  охолоджуванням  її, а газ  -

стискуванням з подальшим охолоджуванням.

Процес конденсації широко застосовується в харчових виробництвах для

різноманітних цілей: створення розрідження у випарних, фільтраційних,

сушильних та інших вакуумних установках; використання теплоти конденсації

для нагрівання в теплообмінниках з паровим обігріванням; розподіл

багатокомпонентних систем з різними температурами скраплення; скраплення

пари спирту, вуглекислого газу (для одержання рідкої вуглекислоти), аміаку і

фреонів у холодильних установках.

Апарати, в яких відбувається конденсація, називають конденсаторами. Конденсатори бувають двох типів: поверхневі, в яких пара (або газ), що конденсується, та охолоджуючий агент розділені поверхнею теплопередачі, і змішування, в яких конденсація пари відбувається під час безпосереднього зіткнення з охолоджувальним теплоносієм. Звичайно охолоджувальним агентом є холодна вода, рідше -повітря та інші холодоносії.

Поверхневі конденсатори застосовують у тих випадках, коли необхідно отримати

конденсат у чистому вигляді або сконденсувати пару цінного  продукту, наприклад,

етилового спирту, винної пари та ін. Як поверхневі  конденсатори широко застосовують

теплообмінники кожухотрубні,"труба в трубі", змійовикові та зрошувальні.

Розглянемо загальний випадок конденсації перегрітої водяної пари. Охолоджуючим агентом є вода.

Конденсація здійснюється у вертикальному кожухотрубному протитечійному

конденсаторі. Графік зміни температур водяної пари, що конденсується, і

охолоджуючої води в процесі конденсації показано на рис.4.33

З урахуванням особливостей процесів, які протікають у конденсаторі, робочу поверхню його по висоті умовно розділяють на три зони: І — зона охолоджування перегрітої пари від температури tп до температури насичення tн, II - зона конденсації пари, в якій процес протікає при tн = сonst, III - зона охолоджування отриманого в другій зоні конденсату від tн до заданої кінцевої температури t. У працюючому конденсаторі таких чітких меж між зонами немає. При виконанні теплових розрахунків для кожної зони складається тепловий баланс і визначається необхідна поверхня теплообміну.

Конденсатори змішування застосовуються для конденсації пари рідини, не розчинної у воді, або пари, що є невикористовуваним відходом того чи іншого процесу.

Ефективність роботи конденсаторів змішування залежить від величини поверхні контакту охолоджуючої води і пари, тому для її збільшення охолоджуючу воду подають у конденсатор за допомогою різноманітних розбризкувальних приладів.  Залежно від способу виведення з апарата води і газів розрізняють конденсатори змішування мокрі і сухі.

У конденсатор змішування разом з парою і водою, а також через нещільності апарата потрапляє повітря, що знижує ефективність теплообміну. Тому воно безперервно відсмоктується з конденсатора насосом.  У мокрих конденсаторах суміш води й конденсату, а також повітря та інші гази, які не конденсуються, відводяться разом мокроповітряним насосом.

У сухих конденсаторах суміш води і конденсату відводиться знизу (як правило - самопливом), а повітря та гази відсмоктуються вакуум-насосом з верхньої частини конденсатора. Для відводу суміші води і конденсату застосовують барометричну трубу.

Крім того, залежно від напрямку руху пари і води конденсатори змішування бувають прямоточні і протитечійні. Пара на конденсацію надходить до конденсатора через штуцер у нижній частині апарата. У конденсаторі розміщено ряд перфорованих сегментних полиць. Охолоджувальна вода подається на верхню полицю, після цього перетікає з полиці на полицю у вигляді тонких струмків через отвори та борти. Утворений конденсат разом з водою виводиться через патрубок у нижній частині апарата, для відводу суміші служить барометрична труба. Повітря відводиться через патрубок 3 у верхній частині апарата і, минаючи бризко уловлювач, висушеним вилучається з системи за допомогою вакуум-насосу.  

Питання для самоперевірки

1. Що називають конденсацією?

2. За якими ознаками класифікують конденсатори?

3. У чому полягає особливість розрахунку поверхневих конденсаторів?

4. Назвіть відомі вам типи конденсаторів.

5. Як улаштовані конденсатори змішування?

6. Яку мету переслідують процеси конденсації в різних виробництвах?

7. Від чого залежить ефективність роботи конденсаторів змішування?

2. Процес варення

Варення - це процес гідротермічного оброблення продуктів з метою доведення їх до стану готовності. Воно знаходить широке застосування при виробництві продуктів у ресторанному господарстві і технологічних процесах ряду харчових виробництв. Так, при виробництві спирту одним з найбільш важливих процесів є розварювання зерна і картоплі, в пивоваренні варять хмільне пивне сусло, у консервному і кондитерському виробництвах варять джеми, повидло, начинки і тощо. Під час варення змінюються білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мінеральні та смакові речовини, які містяться в продуктах, що впливає на усвоюванність, харчову цінність, масу, смак, запах, колір цих продуктів.

Під час варення денатурируються і коагулюються білки, колаген з'єднувальної тканини м'ясо-рибних продуктів переходить у глютин, знищується більшість вегетативних форм мікробів, інактивуються ферменти. Жири в процесі варення переходять у воду і емульгують, розпадаючись на дрібні жирові кульки. Крохмаль, що нагрівається з водою, клейстеризується, поглинаючи вологу, завдяки цьому збільшується маса круп, бобових і макаронних виробів. Продукти рослинного походження розм'якшуються, бо протопектин, що міститься в стінках клітин, переходить у розчинний пектин. Основною метою розварювання сировини, яка містить крохмаль (зерна, картоплі), є руйнування клітинних стінок, звільнення крохмалю з клітин і переведення його в форму, в якій він швидше і легше оцук-рюється ферментами.

Під час варення (у воді, бульйоні, молоці або насиченій парі) відбувається рівномірне прогрівання продуктів по всьому об'єму до стану кулінарної готовності при повному або частковому зануренні їх у середовище, що обігрівається. Кулінарна готовність багатьох продуктів визначається не тільки температурою в їхніх центральних шарах, але головним чином за змінами, що відбуваються з основними їхніми компонентами.

Відзначимо, що варення, як теплообмінний процес, супроводжується масообміном - мають місце екстрагування, сорбція, розчинення тощо. Частина розчинних речовин (білки, вуглеводи, мінеральні солі, екстрактивні і барвні речовини, вітаміни) переходять у рідину. Найбільше процес екстрагування проявляється при основному способі варення, значно менше - при припусканні і тушкуванні, і цілком дачі іачно - при варенні парою. Кількість екстрагованих речовин зростає із збільшенням тривалості та температури процесу варення

При варенні відбуваються як бажані, так і небажані зміни в різноманітних продуктах. Особливо це стосується варення круп. Так, під час варення в крупах утворюються одоруючі речовини, що надають крупам у нагрітому стані неприємний і незвичний запах, а інколи і прогірклий смак. Ці речовини легко видаляються з парою. Але якщо варення здійснюється в герметично закритій посудині, пара нікуди не видаляється, а конденсується (захоплюючи при цьому і одоруючі речовини) та всмоктується продуктом.

Усі способи варення можна класифікувати за декількома ознаками. За і ехпологічною ознакою існують такі способи варення: у великій кількості рідини (основний спосіб), в малій кількості рідини (припускання, тушкування та бланшування). За видом гріючого середовища (теплоносія) розрізняють варення: в рідині (у воді, бульйоні, відварі, молоці, сиропі), в атмосфері пари, пароводяній і пароповітряній суміші. Окрім цього, розрізняють варення при атмосферному тиску, під надлишковим тиском і під вакуумом. Від тиску, при якому здійснюється варення в рідині, залежить температурний режим процесу: відповідно 98 -100° С - при атмосферному тиску, 110-120° С - при надлишковому тиску і 60-80° С — у вакуумі.

Варення здійснюють також нагріванням: конвективним, кондуктивним, електроконтактним, інфрачервоним і в електромагнітному полі ВЧ і НВЧ. У кулінарній практиці застосовують і комбінації основних прийомів варення.

Розглянемо докладніше два основні способи варення — в рідині та атмосфері насиченої й перегрітої пари.

Весь процес варення в рідині можна розбити на два етапи. Перший полягає в нагріванні рідини до температури кипіння, а другий - у нагріванні продукту до необхідної температури.

Тривалість нагрівання рідини до кипіння в варильному апараті залежить від багатьох факторів: теплофізичних характеристик і початкової температури рідини, величини коефіцієнта теплопередачі, поверхні нагрівання, температурного напору.

Цілком очевидно, що скорочення тривалості нагрівання можна досягнути за рахунок збільшення коефіцієнта теплопередачі та температурного напору.

Нагрівання продукту, поміщеного в киплячу рідину (в парове середовище), здійснюється під час підведення теплоти до його зовнішньої поверхні. Теплообмін між гріючим середовищем (рідиною або парою) і продуктом, що нагрівається, здійснюється в основному конвекцією, а перенесення теплоти від поверхні продукту до його центральної частини - теплопровідністю.

Більшість харчових продуктів мають відносно низький коефіцієнт теплопровідності, що й визначає тривалість процесу їхнього теплового оброблення. Як було вже сказано, при тепловому обробленні продукту в киплячій рідині необхідно нагріти всю масу продукту до певної температури і витримати за неї для здійснення процесів, пов'язаних з хімічними змінами окремих складників продукту (перехід колагену в глютин, протопектина в пектин та ін.). Тривалість за часом теплового оброблення продукту являє собою суму двох складових: тривалість нагрівання продукту до заданої температури в центрі і тривалості процесу власне варення при постійній температурі. Особливий інтерес являє аналіз першого етапу процесу, коли температурне поле продукту змінюється в часі, тобто є функцією часу. Такі теплові процеси називаються нестаціонарними.  Через деякий час температура всіх частин продукту вирівнюється і стає рівною температурі довкілля рідини, тобто настає теплова рівновага. При нестаціонарному режимі інтенсивність підведення теплоти також мінлива в часі. У міру прогрівання продукту кількість сприйнятої теплоти спочатку збільшується, досягає деякого максимуму, після цього зменшується і в межах теплової рівноваги стає рівною нулю.

Допоміжний прийом теплового оброблення продуктів - бланшування - процес короткочасного (1-5 хв) теплового оброблення плодоовочевої сировини, м'яса і риби за певної температури у воді, парою або у водних розчинах солі, цукру, органічних кислот чи лугів. Мета бланшування залежить від виду й призначення продукту. В більшості випадків бланшування застосовують для:

- збереження природного кольору продукту, що досягається руйнуванням окислювальних ферментів під впливом порівняно високих температур (70°С і вищих);

- зміни консистенції, об'єму та маси плодів та овочів;

- підвищення проникності протоплазми клітин плодів і овочів, що полегшує подальше відтискування соку на пресах;

- часткового знищення мікроорганізмів, головним чином тих, що знаходяться на поверхні продуктів;

- полегшення очищення і видалення шкірки від плодів і овочів.

Плоди і овочі бланшуються найчастіше в цілому виді, м'ясо і риба - шматками. При бланшуванні в гарячій воді втрачаються цінні розчинні поживні речовини (цукор, кислоти, вітаміни та ін.). Щоб зменшити втрати розчинних речовин, бланшують у водному розчині солі або в середовищі водяної пари.

Рис. 4.36. Схеми стравоварильних котлів з оболонками

Основні типи варильних апаратів, що застосовуються в харчовій промисловості та підприємствах харчування, класифікуються за рядом ознак.

Найбільшу групу становлять апарати оболонкового типу - стравоварильні котли, де варення відбувається зануренням у рідину. Котли бувають перекидні та з нижнім розвантаженням готового продукту, відкриті або герметично закриті, з мішалкою або без неї. Внутрішня поверхня в них буває емальованою, з нержавіючої сталі та іншого корозійностійкого матеріалу. Залежно від виду енергоносія котли поділяють на електричні, газові, парові й твердопаливні.

У котлах варять бульйони, перші та солодкі страви, гарніри, соуси, маринади, каші, ковбасні та інші фаршеві вироби в оболонці, джеми, варення тощо.

Схеми основних типів стравоварильних котлів з оболонками наведені на рис. 4.36. Основними частинами стравоварильного котла є варильна посудина 2, парогенератор 3, пароводяна оболонка /, постамент, контрольно-вимірювальна апаратура. У котлів, які перекидаються, крім того, є механізм перекидання. Зовні котли покриваються теплоізоляцією та блицьовуються кожухом.

Однією з найдосконаліших є конструкція варильного апарату безперервної дії, що використовується в харчоконцентратному виробництві для варення різноманітних круп і гороху, схема якого наведена на рис. 4.37.

Рис. 4.37. Схема апарата для варення круп

Апарат складається з корпусу 1, транспортної сітчастої стрічки 2 і привідним 3 і натяжним 4 барабанами, паровою камерою 5, регулюючим висоту шару шибером 6. Висота шару продукту на рухомій сітці-конвейєрі становить 100-200 мм. Тривалість процесу варення залежить від швидкості конвеєра і коливається від 10 до 60 хв. Варення в цьому апараті здійснюється при атмосферному тиску паровітряною сумішшю, що забезпечує одержання крупів без надмірної клейстеризації і деструкції крохмалю, створює умови для їхньої повної дезодорації.

3. Процес смаження

Смаженням називається процес нагрівання продукту з жиром або без нього при температурі вищій ніж 100° С, при якому відбувається вилучення з продукту деякої частини вологи і повна або часткова зміна кольору. Смаження продукту з використанням різноманітних і середовищ, що передають теплоту, зумовлює зміну його структурно-механічних, теплофізичних і органолептичних властивостей, які в сукупності визначають консистенцію, колір, запах, смак, що характеризують ступінь готовності продукту.

Процес смаження харчових продуктів характеризується значним різноманіттям прийомів і режимів, тому зупинимося стисло на характеристиці основних способів смаження.

При смаженні основним способом продукт нагрівають з жиром (5-10% від маси продукту) на сковороді або листі при температурі 130-160°С до утворення підрум'яненої кірочки. Під час смаження у великій кількості жиру (у фритюрі) продукт помішують в жир (співвідношення 1:4 або 1:6), нагрітий до температури 160-180° С. Жир не дає можливості продукту пригоріти до поверхні нагрівання, забезпечує рівномірне нагрівання, покращує смак і підвищує його калорійність. Для того щоб не викликати розкладу жиру, його нагрівають до температур, що не перевищують 180° С (максимальна температура димоутворення жирів - 230° С).

Пасерування - смаження ароматичних овочів (цибулі, моркви, петрушки, селери, ріпи) до утворення легкої золотистої скоринки, покритої тонкою плівкою жиру; всередині овочі залишаються сируватими. При цьому в жир переходить частина ефірних масел, що сприяє збереженню запаху продуктів і покращує якість страв, які готуються. Борошно пасерують для збільшення в ньому кількості водорозчинних речовин і одержання еластичної маси під час виготовлення соусів.

Під процесом випікання розуміють термічне оброблення тістових заготовок у робочій камері жарильного апарата, в результаті чого одержують хлібобулочні вироби, що істотно відрізняються від вихідної заготовки розмірами, зовнішнім видом, ароматом, структурою, фізичними й теплофізичними властивостями.

Смаження без жиру здійснюють при приготуванні виробів з рідкого тіста, наприклад при смаженні млинцевої стрічки на жаровні ВЖШ, яка обертається; в цьому випадку смаження відбувається за рахунок жиру, який випресовується з тіста.

Обсмаження зерен кави, арахісу, сої та інших зернистих продуктів у гарячому повітрі приводить до зміни білків, вуглеводів і жирних кислот, що впливає на органолептичні показники продукту. При цьому об'єм зерна збільшується до 50%, а його маса зменшується приблизно на 16-20% (здебільшого за рахунок втрати вологи).

Розглядаючи тепло- і масообмін в продуктах при їх смаженні відзначимо таке. Олія під час смаження є проміжним середовищем, що сприймає теплоту від джерела нагрівання і передає її продукту, який обсмажується. Під впливом теплоти в продукті протікає ряд зв'язаних між собою фізичних і фізико-хімічних процесів; внаслідок цих процесів відбувається виділення і вилучення частини вологи, всмоктування жиру, об'ємна усадка продукту, виділення газів, підвищення тиску «середині зразків, збільшення пористості, а також зміна щільності і теплоємності продукту. Швидкість процесів, що відбуваються в продукті, залежить від виду, форми і розмірів шматочків продукту, температури олії, умов теплообміну між олією і продуктом та інших факторів. Дослідження показують, що при смаженні продукту є 2 періоди тепло- і масообміну. У перший період після занурення продукту в гарячу олію температура в ньому поступово підвищується від поверхневих шарів до центральних. Починається випаровування вологи, передусім з поверхні продукту. У цей період волога рухається як назовні у вигляді пари і рідини (за рахунок дифузії і під дією градієнта загального тиску), так і до центра шматочка продукту у вигляді рідини (під дією градієнта температури). Оскільки концентрація вологи в глибині продукту виходить більшою, ніж на поверхні, відбувається дифузійне підсмоктування пологи з глибини на поверхню, де вона знову випаровується. Ззовні в продукт всмоктується деяка кількість масла. До тих пір, доки поверхня продукту зволожена, температура її не може піднятися вище ніж 100° С, хоч вона й стикається з олією, що має температуру 130 0С: википаюча волога віднімає теплоту від поверхні і охолоджує її. Оскільки для карамелізації вуглеводів і утворення скоринки необхідна температура понад 100° С, то в цей період вона не утворюється. Температура центральних шарів у цей період продовжує зростати. Момент досягнення в центрі зразка продукту температури 96-99° С можна вважати закінченням першого періоду. В другий період температура в кожному шарі зразка залишається деякий час постійною. При цьому волога рухається тільки назовні і тільки у вигляді пари за рахунок істотного температурного перепаду між теплоносієм (жиром) та температурою кипіння води. Однак настає момент, коли коефіцієнт випаровування вологи з поверхні починає перещипувати швидкість дифузійного підсмоктування її з глибини на поверхню. Тому як тільки поверхневий шар продукту зневоднюється, температура його відразу піднімається вище 100° С і утворюється карамелізована скоринка. Вона утворюється з вуглеводів, що містяться в продукті: сахарів, крохмалю, клітковини, пектину.

Аналогічне уявлення про механізм випаровування вологи і утворення скоринки характеризують процес випікання хлібобулочних виробів.

Утворення скоринки є органолептичною ознакою готовності обсмаженої сировини. Проте є й більш надійний, об'єктивний критерій якості - зниження маси сировини при обсмаженні, що називається видимим усмаженням. Як було відзначено, під час обсмажування відбуваються два протилежно спрямованих процеси масообміну: випаровування вологи (спрямований назовні) і всмоктування жиру (спрямований усередину). Вологи випарюється більше, ніж всмоктується жиру, тому в процесі обсмажування маса сировини зменшується. Видимий відсоток усмаження (у % до маси вихідної сировини) визначається за формулою

Х= 100 (А-В) /А, (4.55)

де А - маса сировини до обсмажування; В - маса обсмаженої сировини. Величина X нормована і становить, наприклад, для моркви 45-50%, для цибулі - 50, для риби - 20%.

Дослідженнями процесу обсмажування кавопродуктів, який є головною операцією їх виробництва, встановлено, що він проходить у три стадії. Перша стадія, що протікає за температури 80-120° С, характеризується інтенсивним збільшенням швидкості зміни маси речовини за рахунок випаровування вологи (стадія підсушування сировини). На другій стадії швидкість зміни маси сировини дещо уповільнюється, але спостерігається утворення темнопофарбованих пігментів (стадія обсмажування). Третя стадія (стадія витримання), що протікає за температури понад 180° С, знову супроводжується різким збільшенням швидкості зміни маси сировини. При цьому концентрація темнопофарбованих пігментів у каві продовжує зростати і досягає максимуму за температури 205-215° С. За рахунок вивільнення вологи з клітинних стінок за температури 200-215 °С дещо зростає вміст кофеїну, що є одним з найважливіших компонентів кави. За цієї ж температури досягає оптимального рівня і головний показник якості кави - екстрактивність.

Схема сковороди

Механізм перенесення теплоти і вологи в продуктах під час обсмажування надто складний. Форма зв'язку вологи з матеріалом, колоїдно-капілярнопориста структура багатьох продуктів, а також температура олії, розмір і форма шматочків - основні фактори, що впливають на механізм переносу теплоти. Усі жарильні апарати можна класифікувати за рядом ознак, а саме: за видами і способами смаження, видом джерела енергії, структурою робочого циклу. За видами і способами смаження розрізняють: жаровні, призначені для відкритого смаження на невеликій кількості жиру (сковороди); обладнання для смаження продукту у фритюрі; жарильні шафи, в яких продукт має безпосередній контакт із гріючою поверхнею; жарильні шафи, в яких процес смаження і випічки здійснюється без дотику продукту до поверхні нагрівання. За видом джерела теплової енергії розрізняють жарильні апарати: з електронагріванням; з газовим або вогневим нагріванням; з нагріванням ЗА допомогою водяної насиченої пари тиском до 1,2 МПа; з радіаційним нагріванням.

Усі жарильні апарати можуть бути періодичної і безперервної дії. До жарильних апаратів періодичної дії належать сковороди, фритюрниці, жарильні і пекарські шафи, що використовуються в основному в громадському харчуванні. Апарати безперервної дії найчастіше мають транспортуючий орган, виконаний у вигляді сітчастого транспортера. Деякі конструкції мають робочий орган у вигляді шнека, барабана або ротора.

Для смаження продуктів основним способом, а також пасерування овочів, тушіння і припускання м’ясних, рибних та овочевих кулінарних виробів призначені сковороди. Принципову схему електричної сковороди з безпосереднім обігріванням наведемо на рис. 4.38.

Сковорода складається з чавунної круглої або прямокутної чаші 2, встановленої на станині 1. Електронагрівальний елемент 4 змонтований ті днищем сковороди. Чаша закривається кришкою 3, яка обернеться на осі, або знімається. Сковорода має перекидаючий пристрій і оснащена автоматикою регулювання теплового режиму.

Аналогічне оснащення мають фритюрниці, призначені для смаження продуктів у великій кількості жиру. Жарильна ванна має більшу порівняно зі сковородою висоту, виконана з не-ржавіючої сталі. Відмінною особливістю фритюрниць є наявність у них "холодної зони" куди потрапляють дрібні частинки продукту, а температура жиру в ній не перевищує 90° С.

Обігрівання апарата може здійснюватися за допомогою ТЕНів З або газових пальників. Для смаження і запікання кулінарних виробів, випікання деяких борошняних виробів знаходять широке застосування жарильні та пекарські шафи. Як правило шафа складається з декількох робочих камер-секцій, що обігріваються ТЕНами або газовим пальником. Робоча камера являє собою двостінний теплоізольований металевий короб з дверцятами. Внутрішній короб виконується зі сталевих листів товщиною 1-2 мм, зовнішній - з облицювання, покритого емаллю. У верхній частині камери розміщені відкриті ТЕНи, в нижній - закриті подовим листом, що служить для вирівнювання температурного поля в робочому об'ємі шафи. У камері є противні, в яких розміщуються продукти, що нагріваються.

Шафи випускаються з природним і примусовим рухом теплоносія - повітря або пароповітряної суміші, обладнуються автоматичним регулюванням потужності і заданого температурного режиму.

Розглянуті нами жарильні апарати є апаратами періодичної дії. На харчових підприємствах широко застосовуються апарати безперервної дії. їх умовно поділяють на 4 групи: апарати для смаження у великій кількості жиру (пароолійні печі, автомати для смаження пиріжків, пончиків, фритюрниці), апарати для смаження на гріючій поверхні (жаровні для млинців, оладок), апарати з радіаційним (ІЧ) і НВЧ-нагріванням і апарати з різноманітними комбінованими способами смаження.

Процес смаження овочів і риби здійснюється в пароолійних печах, що отримали свою назву у зв'язку з тим, що сировина оброблюється в олії, яка, в свою чергу, нагрівається водяною парою.

Пароолійні печі бувають різних конструкцій, проте більшість із них містить прямокутну ванну 4, яка внизу звужується на клин. Поверхня нагрівання складається з двох рядів труб З, кожний з яких пов'язаний зі своїм колектором 2.

Клиноподібна частина ванни 1 заповнена водою. Частинки сиро-вини, що потрапили сюди під час роботи, будуть знаходитися в "хо-лодній зоні", не обвуглюючись та не забруднюючи олії. Парові нагрівачі розміщені в олії, яка наливає шаром поверх водяної подушки. Вздовж ванни рухається ланцюговий конвейєр, що несе сітки 4 із сировиною. Останні повністю занурені в олію 6.

На рис. наведено схему смажильного апарата безперервної дії з ІЧ-обігріванням. Решітчастий транспортер 2, що має привідний 6 і натяжний 1 барабани, рухається безперервно. На нього вкладеться продукт 5, що підлягає смаженню. Швидкість руху транспортера регулюється; завдяки цьому змінюється продуктивність апарату і тривалість смаження. У ролі нагрівальних елементів використовують ІЧ-випромінювачі 3, 4, 7, 8, що розташовуються під та над сіткою транспортера та над нею. У різних галузях харчової промисловості широке розповсюдження отримали комбіновані способи теплового оброблення харчових продуктів, завдяки яким підвищуються смакові якості та біологічна цінність продукту, а також значно інтенсифікується процес у цілому.

Рис 4.40. Схема шафи

У лотковій пароолійній обсмажувальній печі з ІЧ-випромінюванням (рис. 4.43) застосовано комбінований метод нагрівання: спочатку здійснюється попереднє вилучення вологи з овочів ІЧ-випромінюванням, а після цього остаточне обсмажування в олії. Через корпус печі переміщується сітчаста стрічка транспортера 7, на якій розміщено в один або два шари овочі. Спочатку стрічка з овочами проходить під душем 2, що змочує овочі тонким шаром олії, яка інтенсифікує теплообмін і відвертає обгорання виступаючих частин продукту. Після цього стрічка рухається під ІЧ-випромінювачами 3. Тут прогріваються внутрішні шари овочів, і волога виходить з них тільки у вигляді пари. Під ІЧ-проміннями ви-паровується до 30 % вологи, що видаляється. Після цього стрічка з продуктом входить у лоток печі і ковзає по його днищу 4. У тому місці, де стрічка переходить у лоток, подається гаряча олія після її нагрівання в трубчастому теплообміннику 5, розташованому під днищем лотка. Олія покриває овочі і рухається разом зі стрічкою. Через отвір 6 олія з лотка зливається у фільтр 7, звідки відкачується на-сосом 8 у теплообмінник.

Незважаючи на велику різноманітність жарильних апаратів за видом, влаштуванням і принципом дії, призначення їх одне й те саме: передавання теплоти від теплоносія до продукту, що термічно обробляється. Тому й основні положення теплового розрахунку для них залишаються загальними.

Робота будь-якого жарильного апарата поділяється на два етапи, які необхідно враховувати при теплових розрахунках: перший етап приведення апарата в робочий стан (розігрівання), другий - обсмажування продукту. Перший етап закінчується, коли олія (смажильна поверхня або об'єм) нагріті до температури обсмажування. Другий етап починається з моменту завантаження сировини і триває протягом усього часу роботи апарата.

4. Пастеризація

Більшість харчових продуктів (молоко й молочні продукти, бульйони, фруктові та овочеві соки, овочеві та м'ясні консерви, вино, пиво та ін.) і напівпродуктів біохімічних виробництв є добрим живильним середовищем для розвитку багатьох мікроорганізмів, у тому мислі й для хвороботворних, здатних спричинювати інфекційні захворювання.

Пастеризація - один з прийомів консервування продуктів, наукове обгрунтування якому дав Л. Пастер у 1860 р. Під пастеризацією розуміють термічне оброблення продуктів за температури нижче 100° С з наступним охолоджуванням до температури 6-8° С. Пастеризація, як правило, вбиває неспорові хвороботворні мікроорганізми і зменшує загальну бактеріальну забрудненість продукту, що підвищує його стійкість. Швидке охолоджування продукту після пастеризації необхідно для того, щоб відвернути розвиток остаточної мікрофлори, і піно проростання в вегетативні клітини спор, що зберігають життєздатність під час одноразового нагрівання.

Пастеризація не повинна призводити до зміни фізико-хімічного стану продукту і погіршення його якості.

Під час пастеризації дотримуються таких вимог: освітлений або ретельно очищений від сторонніх домішок продукт нагрівають рівномірно, за постійної температури, в тонкому шарі, уникаючи пригорання; операцію проводять у герметичних умовах; продукт виводять з пастеризатора максимально охолодженим. Теплообмінну апаратуру виготовляють з хімічно стійких матеріалів, що мають велику теплопровідність.

Ефективність пастеризації - ступінь придушення мікрофлори – залежить від температури й тривалості витримки продукту за цієї температури. Залежність необхідного часу пастеризації від температури t в більшості випадків висловлюється логарифмічною залежністю.

З наведеної формули видно, що чим нижча температура пастеризації, тим більше часу вимагається для досягнення потрібного ефекту. Залежність між температурою нагрівання і тривалістю витримки пояснюється двома причинами. Одна з них пов'язана з тим, що денатурація, руйнування структури речовини, з якої складається мікробна клітина, відбуваються в часі. Цей час тим менший, чим вища температура. Інша причина зумовлена закономірностями теплообміну. Нагрівання мікроорганізмів за будь-якого вигляду пастеризації здійснюється не безпосередньо, а через те середовище, в якому знаходяться бактерії. Тому для того щоб температура клітини бактерії досягала тієї самої температури, що й середовище, потрібен певний час.

Існують три режими пастеризації: тривала - за температури 63-65° С протягом 20- 30 хв, короткочасна (швидка) - при 75° С експозиція від декількох секунд до 5 хв., миттєва (або високотемпературна) - при 90-93° С без витримки.

Вибір режимів пастеризації визначається технологічними умовами та властивостями продукту. У переважній більшості випадків пастеризацію слід проводити за короткочасним або миттєвим режимом. Проте якщо продукт містить компоненти, що відрізняються низькою термостійкістю (під дією високих температур швидко руйнуються), то потрубна тривала пастеризація.

Теплова пастеризація продуктів передбачає декілька способів її здійснення: поточний, пароструменний, гарячим розливом, класичний (пляшковий), у електромагнітному полі та ін.

Поточна пастеризація застосовується для оброблення молока, пива, соків, вин, бульйонів та інших продуктів. У даному випадку теплообмін відбувається між закритими потоками продукту й теплоносія, розділених поверхнею теплопередачі. Процес здійснюється в теплообмінній апаратурі безперервної дії - кожухотрубному та пластинчастому пастеризаторах і пастеризаційно-охолоджувальних установках.

Знаходить застосування (наприклад, у молочній промисловості) пастеризація з безпосереднім паровим обігріванням. У даному випадку теплота гріючої пари використовується повністю на нагрівання продукту. Під час пастеризації внаслідок введення пари в продукт спостерігається деяке його розрідження, через що зменшується вміст сухих речовин в одиниці об'єму продукту.

Пастеризація гарячим розливом передбачає нагрівання продукту до певної температури (для вина - 43-55° С, для томат-пюре - 95-98° С) з наступним його розливом у простерилізовану тару (пляшки), герметичним закупорюванням і охолоджуванням. Спосіб застосовується в основному для продуктів з високою кислотністю.

Класична пастеризація в тарі (названа пляшковою) проводиться після розливу і герметизації фруктових соків та вин у пляшках, бутилях і жерстяній тарі. Нагрівання продукту в тарі здійснюється потоком гарячого повітря або води. Класична пастеризація припускає фасування продукту за температури пастеризації (наприклад, 95° С - для соків з м'якістю, 85° С - для натуральних фруктових соків, 60° С - для вина) у бутилі або банки (пляшки), герметизацію тари (закупорювання або закатування), термостатування, а після цього інтенсивне охолоджування.

На практиці знаходить застосування пастеризація в електромагнітному полі високої частоти (ВЧ). Такий спосіб проводять при нижчій температурі. Порівняно зі звичайною пастеризацією процес менш тривалий (1-2 хв, інколи декілька секунд). Теплота середовища, що передається клітині (теплопровідність), швидше переборює тепловий бар'єр (оболонку клітини). При обробленні продуктів в ІЧ-полі теплота виділяється безпосередньо в обсязі клітини. Струмами ВЧ пастеризують компоти та соки в скляній тарі.

Пастеризація здійснюється в установках або апаратах, які називаються пастеризаторами. У харчових виробництвах використовуються найрізноманітніші пастеризаційні установки періодичної та безперервної дії.

Апарати періодичної дії використовують для пастеризації невеликої кількості продуктів. До них належать ванни тривалої пастеризації (ВТП), універсальні танки, камерні пастеризатори, автоклави.

Ванна тривалої пастеризації ВТП (рис. 4.44) являє собою теплообмінний апарат з оболонкою 2 і кришкою 5. Оболонка 2 ванни 3 заповнюється водою, що підігрівається парою, яка надходить через безшумний пароструменний нагрівач 1. Всередині резервуару розміщено мішалку 4, що має привід 6. Спочатку ванну заповнюють продуктом, після цього включають мішалку, в оболонку пускають воду і подають пару. Продукт перемішується мішалкою, нагрівається від внутрішньої поверхні стінки резервуару до температури пастеризації і піддається витримці. По закінченню витримки закривається паровий вентиль, а в оболонку подають холодну воду і охолоджують продукт до необхідної температури. З ванни продукт зливається через кран 7. Аналогічне влаштування мають; універсальні танки.

Перспективним обладнанням для пастеризації рідких харчових продуктів (вина, томатного і фруктових соків, компоту) в скляній і жерстяній тарі є пастеризатори-охолоджувачі безперервної дії, що обігріваються парою, гарячою водою або гарячим повітрям. Конструктивно пастеризатори цього типу складаються із секції власне пастеризації і секцій охолоджування, через які проходить транспортер, що несе банки (пляшки) з продуктом. Швидкість руху транспортера регулюють таким чином, щоб забезпечити перебування продукту в зоні пастеризації протягом заданого часу, а після цього - поступове охолоджування. Температура в пастеризаторах регулюється автоматично відповідно до заданого режиму.

Схему безперервно діючого пастеризатора для фруктових соків представлено на рис. 4.45. Цей повітряно-водяний пастеризатор-охолоджувач для соків являє собою теплоізольований короб, всередині якого рухається транспортер (сітчаста стрічка) 4. Апарат поділений на декілька зон: пастеризаційну 5, у якій здійснюється витримка на транспортері банок (пляшок) з продуктом у потоці гарячого повітря, яке нагнітається в короб за допомогою вентиляторів через парові калорифери; і охолоджувальну, в якій здійснюється комбіноване охолоджування обдуванням зовнішнім повітрям 3 і зрошенням проточною водою 2. У останній зоні, висушувальній, 1 охолоджений продукт знову обдувається зовнішнім повітрям.

 Значне поширення в харчовій технології має пастеризація в безперервному потоці, при якій продукт подається насосами в теплообмінні апарати пластинчастого або трубчастого типів. Найбільш досконалими апаратами для пастеризації є пластинчасті. В них пастеризують молоко та молочні продукти, фруктові та овочеві соки, вино, пиво та інші рідини. У пластинчастих пастеризаторах по ходу руху рідини, що обробляється (по секціях) здійснюються такі процеси (рис. 4.46): часткове нагрівання продукту, що надходить, теплотою виходячого (пастеризованого) продукту (секція рекурації теплоти); нагрівання продукту гарячою водою або парою до заданої температури (секція пастеризації); витримка протягом деякого часу нагрітого продукту при температурі пастеризації (секція витримки); охолоджу-вання виходячого продукту з передачею теплоти продукту, що надходить, на нагрівання (секція рекуперації теплоти); охолоджування продукту холодною водою (секція охолоджування водою); охолоджування продукту розсолом (секція охолоджування розсолом). Кожну секцію пластинчастого пастеризатора утворено пакетами з декількох пластин. Як правило, пастеризація і охолоджування здійснюються при автоматичному регулюванні технологічного пронесу.

Пластинчастий пастеризатор, схему якого надано на рис. 4.47, складається з групи сталевих теплообмінних штампованих пластин б, підвішених на горизонтальних штангах 7, кінці яких закріплено в стійки 3 і 9. За допомогою натискної плити 8 та гвинта 10 пластини в зібраному стані стиснуті в один пакет. На схемі для більш ясного зображення потоку рідини показані тільки п'ять пластин у розім-кнутому положенні. У дійснос-ті пластини в робочому положенні щільно притиснуті одна до одної на гумових прокладках 4 і 5.

Пластини мають однакові габарити, але відрізняються розташуванням вхідних і вихідних каналів 11 та 12. Під час збирання пластини чергуються та утворюють ряд замкнених камер, по один бік яких проходить Продукт, що пастеризується, а по інший - охолоджуюча або гріюча рідина. У зібраному апараті теплообмінні пластини групуються в секції (рекуперації, пастеризації, охолоджування). Кожна секція складається з пакетів, через які продукт рухається також послідовно.

До нетеплових способів пастеризації належать: ультразвукова, ультрафіолетовим опроміненням, радіоактивним опроміненням і механічна.

Ультразвукова пастеризація заснована на тому, що продукт оброблюється ультразвуком з частотою коливань понад 25 кГц. Бактерицидний ефект досягається за рахунок того, що під дією ультразвуку в рідині виникає кавітація (тобто закипання), пов'язана з виникненням гідравлічних ударів величезної сили, під дією яких клітини мікроорганізмів розриваються. Оброблення молока ультразвуком затримує його скисання до 5 діб при повному збереженні вітамінів, кольору, запаху та смаку. У 1 см3 молока, обробленого ультразвуком, міститься в середньому 18 бактерій, в той час як після звичайної теплової пастеризації протягом години - 30000 бактерій. Ультразвукову пастеризацію застосовують для оброблення виноградного і інших соків.

Ефективним способом боротьби з мікрофлорою продуктів є опромінювання ультрафіолетовим промінням (УФ-променями).

У цій установці відбувається опромінення тонкого шару продукту, бо УФ-промені проникають на глибину, рівну часткам міліметра (до 1-2 мм), і знешкоджують тільки поверхневий шар. В установці продукт зі вхідного отвору рухається по циліндричній поверхні;у центрі поміщається джерело ультрафіолетового випромінювання —  кварцова лампа, заповнена парою ртуті.. В той же час при застосуванні УФ-опромінення необхідно додержуватись відповідних заходів запобігання, маючи на увазі його шкідливий вплив на очі та шкіру людини.

Прогресивним способом пастеризації багатьох рідких харчових продуктів (молока, вина, фруктових соків) названим актинацією є комбінований вплив на мікроорганізми ультрафіолетового та інфрачервоного опромінювань. Принцип роботи актинаторів (рис. 4.50) полягає в наступному. Продукт проходить послідовно першу трубку, в якій він нагрівається до температури 70-80°С за рахунок інфрачервоного опромінювання. Це опромінювання виходить від кварцової трубки, що ззовні має електротеплову обмотку. З трубки продукт переходить у трубку, де оброблюється ультрафіолетовим промінням. Ефективність актинації полягає в збереженні натуральних властивостей рідини і збільшенні гарантійного терміну зберігання продукції. Практичний інтерес являє собою спосіб знешкодження мікроорганізмів у рідинах обробленням їх у полі дії відцентрових сил.

У ряді галузей харчової промисловості застосовують так звані бактофуги - відцен-трові сепаратори, що мають досить великі частоти обертання (до 300-500 тис./хв). За допомогою бактофуг виділяють мікроорганізми з пива, соків, бульйонів, молока (на-приклад, з молока вдалося виділити до 99% мікроорганізмів).

5 Стерилізація

Стерилізація, або знепліднення (sterelis - безплідний), - це оброблення продукту з метою припинення життєдіяльності клітин сировини і мікроорганізмів, у тому числі і їхніх спор. Спосіб консервування стерилізацією в харчовій промисловості є основним і найбільш надійним серед усіх методів збереження харчових продуктів. При цьому ставиться завдання, що стерилізація не повинна приводити до зміни білкових і екстрактивних речовин, вітамінів, органолептичних властивостей, зниження харчової та біологічної цінності продукту.

Залежно від фізичних властивостей продуктів, які стерилізуються, та мети стерилізації застосовують різні способи знепліднення мікроорганізмів: тепловий (волога, дробова, суха сте-рилізація) і холодний (механічна стерилізація, йонізація, стерилізація ультразвуком та ультрафіолетовим випромінюванням).

Основним з них є теплова стерилізація внаслідок нагрівання продукту до високих температур (100 °С і вище). Інколи застосовують низькотемпературну дробову стерилізацію, що полягає в багаторазовому нагріванні та охолоджуванні продукту. Дробова стерилізація, запропонована Тандалем і яка називається тиндалізацією, здійснюється при низьких температурах для продуктів, які не переносять температури 100°С (середовища з кров'ю, яєчним білком, м'ясні консерви). Принцип, покладений у мікробіологічну основу способу консервування тиндалізацією, полягає в наступному. При першому нагріванні, яке для досягнення потрібного ступеня стерильності недостатнє за тривалістю або температурним рівнем, гине більшість вегетативних клітин бактерій. Частина ж із них, в порядку самозахисту від умов, зовнішнього середовища, які змінилися в несприятливий бік, встигає перетворитися на спорову форму і завдяки цьому "рятується" від дії високої температури. Протягом міжварильного добового вистоювання при кімнатній температурі спори проростають, утворюючи вегетативні клітини, що гинуть під час повторних нагрівань. Наприклад, консервують компоти у великій консервній тарі. їх тричі стерилізують при 100 °С усього по 5 хв з інтервалами між вареннями 24 години, замість звичайного 40-50-хвилинного високотемпературного теплового оброблення. Це дозволяє отримати високоякісний продукт

Відзначимо основні фактори, що впливають на вибір режимів теплової стерилізації. Так як і при пастеризації, в стерилізації існує залежність між двома основними факторами - температурою нагрівання продукту і тривалістю її впливу. Природно виникає питання, що краще: довше стерилізувати за помірних температур чи стерилізувати швидко за високих температур? Для відповіді на це питання необхідно прийняти до уваги міркування, стосовні до якості стерилізованої продукції та до організації процесу стерилізації з технічного боку. Встановлено, що для уповільнення хімічних реакцій, які спричинюють погіршення якості стерилізованої продукції (наприклад, меланоїдинові реакції), слід використовувати режим експрес-стерилізації, тобто вести термооброблення за можливо більш високих температур протягом дуже короткого проміжку часу. Проте таке оброблення не завжди можна реалізувати в існуючих стерилізаційних апаратах при даних теплофізичних характеристиках продукту (неможливо, наприклад, за декілька секунд розігріти автоклав до 140°С, прогріти на всю глибину або після цього охолодити вміст консервної банки).

Друга обставина пов'язана з тим, що при високотемпературній короткочасній стерилізації встигають загинути мікроорганізми, але можуть не встигнути інактивуватися ферменти, тому незважаючи на стерильність, такі консерви при зберіганні можуть піддатися ферментативному псуванню. Ефективність стерилізації характеризують коефіцієнтом стерилізуючої дії, що являє собою логарифм відношення початкової Nо і кінцевої Nk кількості бактерій в одиниці об'єму продукту:

Між максимальною температурою стерилізації і коефіцієнтом стерилізуючої дії існує прямолінійна залежність. Теплова стерилізація в тарі припускає такі основні операції: підготовка сировини, закладання і порціонування її в банки, герметизація (закатування) банок та стерилізація. Для кожного продукту існує свій оптимум режиму стерилізації.

Стерилізацію продукту, розфасованого та упакованого в тару, здійснюють при температурах до 120° С, при цьому витримка становить 20-200 хв (залежно від місткості тари та виду продукту).

Харчові продукти, піддані тепловій стерилізації у герметичній тарі, можуть зберігатися в доброму стані протягом декількох років. Тому такий спосіб консервування на сьогодні найрозповсюдженіший.

Особливий вид теплової стерилізації - гаряче розливання, застосовуваний для соків і томатопродуктів. Продукт нагрівають до кипіння, негайно розливають у стерильну тару і закупорюють. Якщо використовують тару місткістю не менше ніж 3 л, то запас теплоти в продукті виявляється достатнім для стерилізуючого ефекту.

Знизити шкідливий вплив теплоти на якість консервів у тарі будь-якого об'єму дозволяє метод асептичного консервування. Сутність його полягає в тому, що продукт і тара стерилізуються окремо, а після цього в умовах, що виключають можливість потрапляння мікроорганізмів (асептичні умови), стерильний попередньо охолоджений продукт розміщують у стерильну тару і герметично укупорюють її стерильними кришками. При цьому способі продукт можна миттєво нагріти (простерилізувати в потоці) і також швидко охолодити. На сьогодні найбільш завершеною в апаратурному оформленні є стерилізація в потоці різноманітних соків, пюре, молока і розфасування їх в одноразову упаковку з паперових, полімерних матеріалів та алюмінієвих туб.

Процес стерилізації в потоці харчових продуктів здійснюється двома шляхами. Перший з них грунтується на нагріванні продукту через теплопередаючу поверхню. Для його здійснення використовують трубчасті та пластинчасті теплообмінники. Другий шлях стерилізації продукту в потоці - це безпосередній контакт і змішування з теплоносієм. Основний теплоносій на харчових підприємствах - водяна пара. Безпосередня стерилізація здійснюється або шляхом введення пари в продукт, або шляхом введення продукту в пару. Стерилізація шляхом безпосереднього нагрівання парою має переваги:

- мінімальна витрата теплоти, бо вся ентальпія пари повністю використовується на нагрівання продукту;

- нагрівання здійснюється практично миттєво (за десяті частки секунди) і незважаючи на високу температуру (140-160° С) складові елементи продукту не встигають денатурувати.

У сучасних стерилізаційних установках одразу ж після нагрівання продукту до температури стерилізації він потрапляє в вакуум-камери, де за рахунок самовипаровування дуже швидко охолоджується. При цьому з продукту частково видаляється волога, яка потрапила під час конденсації пари. Слід, однак, мати на увазі, що пара, конденсуючись, залишається в продукті, який нагрівається; це тягне за собою необхідність застосування "чистої" пари, конденсат якої задовольняв би вимоги, що ставляться до питної води.

Застосування струмів високої і надвисокої частоти (ВЧ і НВЧ) є одним з особливих варіантів теплової стерилізації продуктів. Харчовий продукт у електромагнітному полі поглинає електричну енергію, перетворюючи її на теплову. Швидкість нагрівання харчового продукту в полі ВЧ або НВЧ значно вища, тривалість процесу обчислюється секундами. Це дозволяє значною мірою зберегти якість продукту.

Окрім теплового, відомі інші методи стерилізації. Перспективні напрями - застосування для цієї мети лазерів, ІЧ-променів, іонізуючого випромінювання, ультразвуку, надвисокого (200-300МПа) тиску (НВТ) та різноманітних комбінацій традиційних і нових методів.

Останніми роками значно зріс інтерес до технологій впливу надвисокого (до 1000 МПа) тиску (НВТ) на різноманітні біологічні об'єкти та їх композиції (в основному на харчові продукти) з метою консервування і поліпшення їх споживчих властивостей. Це пов'язано зі згубною дією НВТ на клітинні структури живих мікроорганізмів та їх спори, що призводить до їх депресії і наступної загибелі. Завдяки короткочасному обробленню харчових продуктів у камері НВТ (рис. 4.52) можна відмовитися від термічного оброблення продуктів при їх консервуванні, зберегти вітаміни (наприклад, вітамін С), збільшити термін зберігання продуктів, підвищити харчову цінність та смакові якості. Наприклад, якісні властивості (аромат, консистенція, смак) сиру "Чеддер", виготовленого з молока після оброблення НВТ протягом 10 хв, значно вищі, ніж виготовленого з пастеризованого молока; він має більший термін зберіган-ня. Різке зменшення мікроорганізмів і бактерій, зокрема Salmonella typhimurium, спостерігалося в рибі, обробленій НВТ, а термін зберігання охолодженого м'яса після оброблення НВТ, досягає 60 діб. В основі цих явищ лежать глибокі структурні, якісні та кількісні хімічні зміни в органічній масі речовини, які відбуваються як у рідкій, так і твердій фазах. Серед методів, у сфері нетрадиційних харчових технологій викликає інтерес технологія з використанням НВТ в поєднанні з дією електромагнітного поля надвисокої частоти (НВЧ). Отримані результати при комплексному обробленні НВЧ і НВТ фруктових та ягідних соків показують підвищення інтенсивності їх якісних змін, значне зниження активності й чисельності мікрофлори.

Апаратурне оформлення стерилізації продуктів у тарі може бути періодичним і безперервнодіючим. До першої групи стерелізаторів належать різноманітного виду автоклави, до другої - роторні, гідростатичні й конвейєрні стерилізатори.

У консервному виробництві частіше всього застосовують вертикальні автоклави-стерилізатори на 2 або 4 корзини, які мають автоматичні прилади для реєстрації та програмного регулювання температури і тиску робочого середовища. Вертикальний автоклав (рис. 4.53) являє собою циліндричний корпус 1 зі сферичним дном і сферичною кришкою 4, яка відкидається, та кріпиться на петлях і притискується до корпусу барашковими гайками або спеціальним кільцевим зажимом 5. Для герметизації апарата між корпусом і кришкою є кільцева гумова прокладка. Кришка має противовагу 2, що полегшує її підйом та закривання автоклава. Всередині автоклава розміщуються перфоровані корзини 6. Над днищем розміщено барботер 7 для подавання пари. Є запорні пристрої для продування 3, подавання і спускання води, впускання пари, відведення конденсату. Контроль температури та тиску - за термометром і манометром. Після закупорювання банки вкладають у автоклавні корзини, які в свою чергу, встановлюють в апарат, заповнений водою. Герметично закривають кришку. Подаванням пари починається процес стерилізації за формулою, встановленою для даного виду продукту і банок у технологічній інструкції.

Крім вертикальних, в експлуатації знаходяться також горизонтальні та безсіткові автоклави.

6. Інтенсифікація теплових процесів та регенерація теплоти

Інтенсифікація теплових процесів дає можливість збільшити продуктивність апаратів при зменшенні їхніх габаритів, металоємності, вартості та відповідному зменшенні експлуатаційних витрат. Крім того, часто дозволяє отримати нові ефекти, порівняні і навіть переважаючі за значенням основні цільові ефекти - нові технології, покращення якості продукції, зменшення енергетичних затрат. Так, інтенсифікація процесу пасерування борошна і овочів за допомогою ІЧ-нагріву та вібрацій дозволила організувати цей процес безперервним з гарантованою високою якістю готового продукту і значним зниженням питомих енергозатрат, що, в свою чергу, привело до створення принципово нової конструкції апарата для реалізації цього процесу.

У цілому слід відзначити, що інтенсифікація теплообміну - це, передусім, збільшення кількості теплоти, що передається, та інтенсивності апарата.

Стосовно до теплообмінних апаратів розрізняють дві групи методів інтенсифікації: конструктивні і режимні. Це розмежування умовне, бо використовуючи конструктивні засоби, наприклад оребріння, фактично впливають на процес теплообміну. В той же час режимні засоби зв'язані з тими або іншими конструктивними особливостями апаратів (наприклад, введення джерела коливань). Вирішення питання інтенсифікації теплообміну різноманітними фізичними впливами потребує передусім глибокого теоретичного аналізу процесу, виявлення умов, сприятливих збільшенню кількості теплоти, що передається. Крім того необхідно проаналізувати різноманітні методи інтенсифікації, щоб вибрати найоптимальніший варіант.

Одним з основних напрямів економії теплоти в харчовій промисловості є використання вторинних енергетичних ресурсів, тобто їхня регенерація. У ширшому понятті регенерація теплоти - це утилізація (практичне застосування) тієї частини теплоти, яку було вироблено для конкретного процесу, але не було спожито в ньому, залишаючись при цьому корисною теплотою. Регенерація теплоти можлива як від продукту до продукту, так і через проміжний агент, наприклад енергоресурси - енергетичний потенціал відходів, готової продукції, побічних і проміжних продуктів, які утворюються в технологічних установках, що не використовується в самій установці, але може бути частково або повністю використаний в інших апаратах або для до-поміжних потреб підприємств можна поділити на такі групи:

- пароконденсатна суміш пари, що використовує гріючий теплоносій в теплообмінниках;

- вторинні (сокові) пари вакуум-випарних установок;

- відпрацьоване повітря сушильних установок і термічних камер для теплового оброблення продукції;

- продукти згоряння палива в технологічних печах (наприклад, хлібопекарних), коптильних установках, термоагрегатах (наприклад, для обсмаження і варення ковбасних виробів), обсмажувальних апаратах (наприклад, для зерен кави), сушильних установках та ін.;

- скидні гарячі води температурою понад 60° С;

- фізична теплота готової продукції (наприклад, гарячого молока після пастеризації) або відходів.

Використання вторинних енергоресурсів здійснюється найчастіше в спеціальних теплообмінних апаратах - рекуператорах і регенераторах. Вони забезпечують передачу теплоти між двома (або більшою кількістю) потоками теплоносіїв, що проходять через апарат. Якщо обидва потоки теплоносіїв проходять через теплообмінник водночас, то такі теплообмінники називаються рекуператорами. Най-більш простий і доступний спосіб регенерації (рекуперації) може бути продемонстрований на прикладі пастеризаційно-охолоджувальної установки пластинчатого типу, принципова схема та опис якої наведені в підрозділі 4.7.3 (рис. 4.46 і 4.47). Приклад використання вторинних енергоресурсів - продуктів згоряння палива в технологічних печах наведено на рис. 4.11 (підрозділ 4.2)

Питання для самоперевірки

1. Як можна класифікувати способи варення?

2. З кою метою застосовують процес бланшування продуктів?

3. Чому процес нагрівання продукту в киплячій рідині є нестаціонарним?

4. Призначення пароварильної шафи.

5. Сутність процесів смаження та їх-класифікація.

6. Які ви знаєте нетеплові засоби пастеризації та стерилізації?

7. Конструктивний устрій вертикального автоклава-стерилізатора.

8. Як можна підвищити коефіцієнт теплопередачі?

9. Наведіть принципові схеми стравоварильних котлів.

10. Як визначається видимий відсоток усмаження?

11. Залежність між тривалістю і температурою під час пастеризації.

12. Сутність пастеризації рідинних продуктів в безперервному потоці.

13. Як визначається коефіцієнт регенерації теплоти?

14. Наведіть класифікацію способів стерилізації.

15. Наведіть приклад формули стерилізації.

Використана література.

28. Процеси і апарати харчових виробництв / За редакцією А.М.Поперечного.- К.:Центр учбової літератури, 2007, - 301 с.

29. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств.-М.:Пищ.пром-сть, 1984, -349 с.

30. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. –М.: Агропромиздат, 1999, - 430 с.