Адаптация конструкций аппаратов и режимов их работы к технологическим свойствам пищевых сред

При производстве колбасных изделий сырье проходит ряд технологических операций, на которых сырье подвергается механическому воздействию: измельчение, перемешивание и формование готового изделия. Одним из главных является процесс измельчения. Для каждого вида колбасных изделий существует оптимальная степень измельчения сырья, обеспечивающая максимальный выход продукции и его органолептические свойства. Степень измельчения (дисперсность) существенно влияет на характер, количество и форму связи влаги, что приводит к изменению реологических свойств мясных продуктов. Измельченная животная ткань, состоящая из частиц различной величины, характеризуется различными механическими свойствами.

Приготовление фарша начинается с мелкого измельчения созревшего сырья. Выдержанное в посоле кусковое сырье (говядину, баранину и нежирную свинину) измельчают на волчке (диаметр отверстий решетки 2...3 мм). Качество полученного фарша, которое зависит от состояния оборудования, необходимо контролировать. Это можно сделать, анализируя сдвиговые структурно-механические характеристики фарша. При недостаточной затяжке режущего инструмента и наличии зазора между подающим шнеком и корпусом волчка (что вызывает перепуск, смятие и перетирание мясного сырья) резко снижаются значения структурно-механических характеристик. При этом фарш получается в виде однородной бесструктурной массы, которая в последующей тепловой обработке будет терять значительное количество жидкой среды, снижая выход и ухудшая качество готовой продукции.

Под измельчением понимают процесс разделения продукта или материала на части под действием механических сил с образованием новой поверхности раздела и сопровождающийся пластическими деформациями, трением между контактирующими поверхностями мяса и режущего инструмента, повышением его температуры, особенно в зоне контакта.

Количественно измельчение характеризуется степенью измельчения i, равной отношению средних характерных размеров продукта до измельчения (D_cp) и после (d_cp).

При производстве сырокопченых колбас используется мелкое и тонкое измельчение, которое характеризуется дроблением мясного сырья с превращением его в гомогенную массу. Мясное сырье, имеющее одинаковый химический состав, но различную степень измельчения, обладает различными значениями структурно-механических характеристик.

К машинам для измельчения мяса предъявляются следующие основные требования:

1) должна обеспечиваться заданная степень измельчения сырья при сохранении качества продукта с минимальными потерями сырья;

2) измельчение не должно сопровождаться большими усилиями сжатия, создаваемыми, например, шнеками в волчках при подаче сырья в зону резания, так как это приводит к выдавливанию сока. Однако при выработке сырокопченых колбас этот эффект может быть положительным, так как содержание влаги в фарше уменьшается, но при этом вместе с потерей сока изменяется его витаминный и минеральный составы;

3) температура измельченного сырья должна быть ниже допустимой по действующей технологии;

4) исключается попадание в рабочие зоны смазывающих материалов и металлических включений от износа деталей;

5) детали, соприкасающиеся с сырьем, необходимо изготавливать из коррозионностойких материалов или из материалов со специальным покрытием и стойких к агрессивной мясной среде;

6) рабочая зона должна быть легкодоступной для санитарной обработки и удаления остатков сырья;

7) конструкция рабочих механизмов должна быть удобной при разборке и сборке, а электродвигатели, пусковая аппаратура, контрольно-измерительные приборы должны быть выполнены в герметичном, водозащищенном исполнении;

8) для безопасной эксплуатации машины необходимо электродвигатели и электроаппаратуру надежно заземлить, предусмотреть защитные ограждения и блокирующие устройства.

Первые три требования значительно влияют на структурно-механические характеристики, а следовательно, и на качество измельченного сырья. Конструктивные требования (с четвертого по седьмое) к измельчающим машинам-волчкам обеспечивают сохранение качества сырья с точки зрения медико-биологических и санитарных норм. Выполнение последних двух требований гарантирует безопасность эксплуатации волчков.

Важнейшие факторы, влияющие на измельчение сырья, — это его структура и физико-механические свойства, конструктивные параметры режущего инструмента; кинематика процесса и динамические свойства системы машина — инструмент — материал. Все эти факторы оказывают влияние на качество измельченного мясного сырья, оцениваемое его структурно-механическими характеристиками.

Оборудование для крупного и среднего измельчения. Комплексные исследования по изучению входных воздействий на выходные параметры волчка позволяют определить оптимальный режим его работы. К основным выходным параметрам волчка относятся качество продукции, производительность и энергозатраты.

К входным воздействиям относятся параметры обрабатываемого сырья (вид, сорт, масса кусков, температура), режущего инструмента (диаметр отверстий выходной решетки, комплектность, степень затупления и затяжки), кинематические (частота вращения шнеков, скорость подачи сырья), а также условия эксплуатации (качество технического обслуживания).

К основным входным воздействиям относятся параметры режущего инструмента, особенно его заточка и затяжка. Затупление режущего инструмента ухудшает качество измельчения и приводит к мятию и перетиранию фарша, создавая однородную гомогенную массу. Часто недостатки заточки комплекта пытаются устранить чрезмерной затяжкой гайки цилиндра, что приводит к более интенсивному износу и даже к поломке ножей либо предохранительных деталей в цепи передачи крутящего момента от электродвигателя к шнеку, к повышению температуры продукта, ухудшению качества измельчения, увеличению расхода электроэнергии.

Рациональные режимы работы волчков обеспечивают наилучшее резание продукта, наименьший износ режущего инструмента (а следовательно, и минимальное попадание металла в продукт), параметрическую надежность работы и максимальную производительность волчка при минимальных затратах энергии.

Большое влияние на работу волчка оказывает формирование зазора между направляющими ребрами цилиндра и шнеком.

Рассмотрим на конкретном примере возможность определения оптимального режима измельчения говядины и свинины на наиболее распространенном в России волчке К6-ФВЗП-200 путем изучения влияния усилия затяжки Р и количества измельчаемого сырья В на выходные параметры процесса. Предельное состояние режущего комплекта для говядины наступает при измельчении 40 т, для свинины — 60 т. Затупление режущего комплекта контролируется по предельному значению радиуса кривизны режущей кромки ножа (r = 50...60 мкм). Использование самозатачивающегося режущего инструмента резко увеличивает пределы допустимой выработки измельченного сырья.

Износ режущего комплекта, температура продукта t, производительность волчка П, предельное напряжение сдвига Θ₀ различного мясного сырья и расход удельной электроэнергии q зависитот усилия затяжки режущего инструмента Р. Изменение предельного напряжения сдвига аналогично характеру изменения производительности волчка. Причем предельное напряжение сдвига измельченного сырья увеличивается почти прямо пропорционально при возрастании усилия затяжки от 3 до 6 кН.

Это можно объяснить тем, что при слабой затяжке режущего комплекта продукт мнется, из мышечной ткани выделяется сок, увеличивается размер водно-белковой прослойки, что вызывает изменение реологических свойств сырья. При дальнейшем увеличении усилия затяжки реологические свойства сырья w производительность волчка стабилизируются. При усилии затяжки свыше 9 кН резко повышаются износ режущего комплекта, удельные энергозатраты и температура сырья, что приводит к параметрическому отказу машины и снижению пищевой ценности продукта.

Наилучшие параметры процесса резания обеспечивает усилие затяжки 6 кН.

При установке нового режущего комплекта в каждом первом цикле работы волчка рабочие органы притираются, что вызывает более резкий износ режущего комплекта. Начальное усилие затяжки составляет 8 кН, что выше рационального. После притирки режущего комплекта оно должно быть около 6 кН. При дальнейшем измельчении сырья износ режущего комплекта стабилизируется, оставаясь почти постоянным.

По мере износа усилие затяжки уменьшается, что вызывает снижение производительности волчка. Причем по мере увеличения числа циклов дополнительной затяжки уменьшается максимальная производительность волчка вследствие увеличения радиуса кривизны режущих кромок. Это ухудшает процесс резания.

Отсутствие регулирования усилия затяжки режущего механизма (бесконтрольность затяжки) приводит к повышенному износу режущих пар и привода, работающего при перегрузке, увеличению расхода электроэнергии и снижению качества продукта.

Кроме усилия затяжки режущего комплекта на производительность волчка влияет износ шнека. Исследования динамики образования зазора в результате износа шнека и направляющих ребер цилиндра показало, что зазоры 0,003 м и более приводят к снижению производительности с 4...4,5 до 1,5 т/ч и менее, причем энергозатраты возрастают.

С увеличением размера зазора резко возрастает перепуск сырья, вызывая его смятие и перетирание, тем самым уменьшается предельное напряжение сдвига и ухудшается качество сырья. Процесс развития зазора связан главным образом с износом подшипника скольжения, в результате чего происходит контакт ребер цилиндра и шнека. Средний срок службы подшипника скольжения 800 ч. По истечении срока службы подшипника начинается интенсивное разрушение горловины и шнека.

Таким образом, примером адаптации конструкции волчков, является регулирование усилия затяжки режущего комплекта оказывающее существенное значение на структурно-механические свойства получаемого продукта, производительность и износ рабочих органов.

Оборудование для тонкого измельчения. Одной из важных технологических операций является тонкое измельчение фарша в процессе куттерования, в результате которого формируется рецептура и дальнейшая структура готовых колбасных изделий.

К этой группе относят разнообразные по конструкции машины: чашечные куттеры; куттеры с неподвижным горизонтальным или вертикальным корпусом; куттер-мешалки; куттеры с вращающимся цилиндрическим корпусом. Все эти машины объединяет характерная конструкция режущего механизма, основой которого является нож с криволинейной режущей кромкой, закрепленный консольно на вращающемся валу и осуществляющий ≪безподпорное≫, свободное резание. Конфигурация режущей кромки ножа связана с конструкцией всей машины, свойствами исходного материала и конечного продукта.

Чашечные куттеры (см. рис. 40) — универсальные измельчительные машины с широким диапазоном возможных технологических операций. Несмотря на то, что чашечные куттеры являются машинами периодического действия, в современном колбасном производстве они остаются основными при производстве высококачественных колбас, сосисок и сарделек как однородных, так и с добавками в виде кусочков, например кубиков шпика. Причиной этому является простая трансформация режущей головки куттера в зависимости от технологических требований, широкий диапазон изменения скоростей резания и подачи сырья.

Диапазон возможных технологий расширяют за счет использования герметичных куттеров, в которых процессы происходят в вакууме, среде инертного газа, при повышенных температурах (варка), при принудительном охлаждении или замораживании жидкой углекислотой или сжиженным азотом.

Принципиальная схема чашечного куттера показана на рис. 9.32. Он состоит из четырех основных механизмов: режущего А, подающего Б, выгрузки В и загрузки Г. Кроме этих механизмов, некоторые куттеры снабжают дозаторами воды, льда, вакуумными системами, системами подачи теплоносителя и хладагентов. Все механизмы и дозаторы управляются вручную с пульта или с помощью микропроцессора.

Режущий механизм состоит из ножевой головки 3, закрепленной на валу 4, который устанавливают в подшипниковой опоре 5. Ножевую головку собирают из нескольких ножей (от 3 до 12) с криволинейной режущей кромкой. Ножевая головка вращается с частотой до 90 с–1.

Рис. 40. Принципиальная схема чашечного куттера: 1 — тележка; 2 — подъемник; 3 — ножевая головка; 4 — ножевой вал; 5, 13 — подшипниковые опоры; 6 — чаша; 7 — тарелка; 8 — вал; 9 — электродвигатель; 10 — опора; 11 — продукт; 12 — вал чаши; А — режущий механизм; Б — подающий механизм; В — механизм выгрузки; Г — механизм загрузки

Обрабатываемый продукт 11 помещают в чашу 6 подающего механизма. Чаша представляет собой часть тора. Ее устанавливают горизонтально в подшипниковой опоре 13 и приводят во вращение через вал 12 с частотой до 0,33 с^–1 в зависимости от величины наружного диаметра чаши. При вращении чаши продукт периодически попадает в зону резания и измельчается.

Механизм выгрузки состоит из тарелки 7, наружный диаметр которой равен внутреннему диаметру поперечного сечения тора. Тарелку изготавливают из легких сплавов или пластмасс. Ее закрепляют на валу, который соединен с электродвигателем 9. При выгрузке продукта тарелку приводят во вращение и при повороте на опоре 10 вводят в чашу. За счет сил трения продукт выгружается из чаши в тележку.

Ряд куттеров оборудуют встроенными механизмами загрузки. Одним из вариантов механизма является подъемник-опрокидыватель 2, который стыкуют со стандартной тележкой 1 емкостью 0,2 м3. Другой вариант — шнековый транспортер-дозатор, который регулируют единой системой управления куттера.

Процесс обработки исходного продукта в чашечном куттере называют куттерованием. Куттерование — сложный процесс, который включает механические процессы: измельчение, перемешивание и биохимические процессы, связанные с разрушением клеточной структуры белка и жира и созданием стойких водожиро-белковых эмульсий. Следует указать и на то, что при куттеровании в состав смеси добавляют нитрит соль, фосфаты, каррагинаны, вкусо-, цвето- и ароматизирующие вещества, которые взаимодействуют с нативными компонентами мяса, образуя в конце процесса фаршевую эмульсию с определенными структурно-механическими свойствами, предельным напряжением сдвига (ПНС), липкостью, водосвязывающей способностью, вкусом, цветом и ароматом. Оптимально прокуттерованная фаршевая эмульсия должна обеспечить при термической обработке получение колбасных изделий с минимальными потерями массы, без отеков и с необходимыми органолептическими показателями.

В процессе куттерования в продукте происходят существенные изменения, которые внешне выражаются изменением ПНС и липкости. Наблюдают два периода: 1 — разрушение начальной структуры; 2 — создание новой, вторичной структуры. В первом периоде уменьшаются ПНС и липкость до какой-то минимальной величины. Затем начинается рост этих показателей до максимума, после чего вновь показатели уменьшаются. Начинается разрушение вторичной структуры. В этот момент процесс куттерования должен быть прекращен.

Определение времени куттерования — достаточно сложная задача. В основном, в открытых куттерах время куттерования определяют операторы органолептически, наощупь. Это невозможно осуществить в закрытых, вакуумных куттерах. Попытки создания приборов, которые замеряли бы изменение ПНС и липкости в реальном времени, пока не увенчались успехом. Единственный способ, который используют на практике, — это опытное определение эталонного времени процесса для данного вида продукции и затем программирование работы куттера через заданное число оборотов и частоты вращения чаши, которые хорошо коррелируются со временем куттерования. Но при этом должна быть строго выдержана рецептура исходных компонентов по основным показателям: мышечный белок, жир, вода, соль, нитрит, фосфаты и др., иначе программирование не даст повторяемости конечных качественных показателей продукта. На практике время куттерования лежит в пределах от 5 до 12 мин.

Производительность чашечного куттера зависит от объема чаши и соответственно от объема единовременной загрузки. Для различных производств в мировой практике выпускают широкую гамму куттеров с емкостью чаши от 5 до 1200 л. Все эти куттеры разделяют на малые, средние и крупные. Малые куттеры с объемом чаши 5, 20, 40, 60, 90 л применяют в лабораториях и на малых колбасных предприятиях. Средние куттеры с емкостью чаши 120, 200, 350 л являются промышленными машинами и используются на предприятиях средних и крупных. Крупные куттеры имеют объем чаши 500, 750, 1200 л, и их применяют на предприятиях с большой производительностью.

В зависимости от емкости чаши меняется и суммарная установленная мощность электродвигателей привода ножей и чаши. Показатели мощности (кВт) и мощности, приведенной к единице объема чаши (кВт/м3), для средних и крупных куттеров приведены в табл. 6.

Таблица 6 – Характеристики куттеров

Мощность электродвигателей	Емкость чаши куттера, л
Установленная, кВт
Приведенная, кВт	0,22...0,45	0,28...0,38	0,23...0,29	0,17...0,20	0,18…0,26

 

Разница в мощности привода одного типоразмера куттера зависит от вида сырья, которое можно перерабатывать на машине. Так, большие мощности применяют в куттерах, способных измельчать крупные куски и подмороженное мясо.

Ножевой вал 4 (рис. 41) представляет собой двух- или трехопорную систему с консолью, на которойкрепят ножевую головку 2. Вал устанавливают в радиально-упорных или радиальных подшипниковых опорах 3, 5, 6 над чашей 1 куттера. Вал приводится во вращение от основного электродвигателя 10 через клиноременную передачу с передаточным числом, равным единице. Основной двигатель применяют для измельчения и эмульгирования сырья. В некоторых крупных куттерах применяют так называемый ≪перемешивающий≫ ход, при котором частота вращения ножей и потребная мощность невелики. Для этих операций применяют вспомогательный маломощный электродвигатель 8 и червячный редуктор.

В качестве основного электродвигателя используют одно- и многоскоростные асинхронные двигатели и двигатели постоянного тока.

Односкоростные асинхронные двигатели применяют преимущественно на малых куттерах, имеющих минимальные технологические возможности, на которых обрабатывают, как правило, предварительно измельченное на волчках мясо. Применение 2-, 3- и 4-х скоростных асинхронных электродвигателей расширяет круг возможных технологических операций: от эмульгирования и резания сырья на высоких скоростях до перемешивания фаршей на малых. Однако асинхронные электродвигатели имеют высокие пусковые токи, в 6...8 раз превышающие рабочие. Это создает дополнительные нагрузки на электрические сети.

Несмотря на это, многие современные промышленные куттеры оснащают многоскоростными асинхронными электродвигателями.

Применение двигателей постоянного тока позволяет бесступенчато регулировать частоту вращения ножевого вала от минимальной до максимальной в зависимости от технологических требований, качества и состояния измельчаемого сырья. Этот привод позволяет осуществлять и перемешивающий ход — вращение ножей с малой скоростью в обратную сторону. Этот ход используют для подмешивания в измельченную массу кусковых компонентов.

Рис. 41 Схема ножевого вала куттера: 1 — чаша; 2 — ножевая головка; 3, 5, 6 — подшипниковые опоры; 4 — ножевой вал; 7 — клиноременная передача; 8 — вспомогательный электродвигатель; 9 — редуктор; 10 — основной электродвигатель

 

Двигатели постоянного тока имеют более высокий КПД, малые пусковые токи, отсутствие тормозных токов. Бесступенчатое регулирование частоты вращения ножевого вала позволяет оптимизировать процесс куттерования в зависимости от вида вырабатываемого фарша. Все это позволяет экономить до 30% электроэнергии по сравнению с асинхронными двигателями.

Куттеры с двигателями постоянного тока оснащают полупроводниковыми выпрямительными установками. Их управление автоматизируют, задавая 4...6 фиксированных скоростей, что обеспечивает повторность режимов куттерования. Но возможна и ручная регулировка частоты вращения ножевого вала во всем диапазоне скоростей.

Важнейшим элементом куттера является нож, от качества которого (конфигурация, заточка, жесткость, прочность) зависит и качество выполнения технологических операций. В отечественной и мировой практике создано большое количество ножей с различными схемами крепления на валу, балансировки и разнообразной конфигурацией режущей кромки. Резание в куттере — процесс динамический с быстро изменяющимися скоростными и силовыми параметрами, что вызывает вибрационные и резонансные явления в системе нож — продукт. Поэтому при создании ножей необходимо учитывать не только конфигурацию режущей кромки (лезвие), но и устойчивость ножа продольную и поперечную, виброустойчивость и механическую прочность. В связи с этим куттерные ножи изготавливают из высокопрочных легированных сталей. До настоящего времени нет единой методики профилирования режущей кромки куттерных ножей. Все разработанные виды подобраны эмпирически. При этом ряд фирм в порядке конкуренции выпускают мало отличающиеся по форме ножи. И в то же время появляются новые, оригинальные конструкции ножей, связанные с повышением скоростей резания и с новыми технологическим процессами. Но нет такой конфигурации ножа, которая бы удовлетворяла одновременно всем предъявляемым требованиям.

Все виды куттерных ножей можно разделить на три группы: 1 — с прямой режущей кромкой, 2 — с режущей кромкой, образованной непрерывной кривой линией, 3 — ножи с режущей кромкой в виде ломаной линии.

Прямая режущая кромка может проходить по радиусу или под углом 15...20°к радиусу. Эти ножи имеют ряд преимуществ. Они просты в эксплуатации, так как не требуют сложных заточных станков. Эксперименты показали, что уменьшается энергия на резание и уменьшается продолжительность процесса, при сравнимом качестве фарша. Ножи подобной конфигурации осуществляют преимущественно рубящее резание. При таком способе плохо перерезается соединительная ткань, которая на несколько порядков более прочная, чем мышечная. Поэтому прямые ножи не имеют перспектив для промышленности, так как не обеспечивают необходимую степень измельчения.

Ножи с криволинейной режущей кромкой называют также серповидными. На рис. 42 показаны серповидные ножи, которые используют в куттерах фирмы ≪Зейдельман≫ (Германия). Режущая кромка ножей а и б спрофилирована по непрерывной кривой. Применяют четыре вида кривых: архимедову спираль, логарифмическую спираль, эвольвенту и дугу окружности со смещенным центром.

Рис. 42. Некоторые конфигурации куттерных ножей фирмы «Зейдельман»: а, б — серповидные с непрерывной режущей кромкой; в — с ≪ломаной≫ режущей кромкой; г — с непрерывной режущей кромкой и дополнительным выступом; д — со специальной заточкой

 

Нож с увеличенной толщиной и повышенной прочностью применяют для переработки замороженного и очень жесткого мяса. Ножи с длинной режущей кромкой имеют большую боковую поверхность, что приводит к большим потерям энергии на трение. Поэтому там, где это возможно, применяют ножи с малой боковой поверхностью, что минимизирует потери энергии на трение.

Рис.43 Куттерный нож фирмы «Альпина»: 1 — заточка ножа; 2 — общая режущая кромка; 3 — участок резания на высоких скоростях; 4 — эмульгирующий участок; 5 — деаэрирующая кромка

К подобным ножам можно отнести и нож фирмы ≪Альпина≫ (Швейцария) (рис. 43). Нож спрофилирован по дуге окружности радиусом R со смещенным от оси центром. Нож имеет несколько характерных режущих отрезков. Участок 4 расположен практически перпендикулярно радиусу и отстоит с минимальным постоянным зазором от внутренней поверхности чаши. На этом участке наибольшая скорость скольжения, что обеспечивает высокий эмульгирующий эффект. Общая режущая кромка 2 производит резание на малых скоростях, обеспечивая ≪грубое≫ измельчение. Участок 3 наиболее активно работает на высоких скоростях. При малой скорости резания участок 5 обеспечивает удаление воздуха из измельченного мяса. Нож имеет одностороннюю заточку 1 по специальному профилю.

В современных куттерах широкое распространение получили ножи, режущая кромка которых образована ломаной линией, вписанной в кривую второго порядка (см. рис. 42 в). Это универсальные ножи, обеспечивающие высокую степень измельчения и усиленный эмульгирующий эффект. Ломаная линия, как правило, состоит из четырех-пяти отрезков, имеющих разную длину и расположенных под разными углами к оси ножа.

Для повышения режущей и эмульгирующей способности применяют ножи с фигурными вырезами на конце лезвия (см. рис. 42 г) или со специальными проточками на лезвии (см. рис. 42 д). Этими ножами хорошо измельчается соединительная ткань (шкурка, сухожилия и т. д.), но при этом увеличиваются энергетические затраты.

Узел крепления ножей куттера на валу является ответственным и многофункциональным: он должен обеспечить прочное, жесткое, надежное крепление ножа на валу; конструкция узла должна обеспечиватьвозможность регулирования зазора между наружной кромкой ножа и внутренней поверхностью чаши; в узле должна быть предусмотрена возможность балансировки ножей.

Во время измельчения на куттере образуется фаршевая система, насыщенная воздухом. В нативном мясе воздуха содержится ничтожно мало. Чем выше скорость резания, чем больше частота вращения ножей, тем больше воздуха вводится в фарш. Этот воздух разрыхляет систему, образует малые и большие пузырьки воздуха на разрезе колбасных батонов. Кислород этого воздуха приводит к окислению белка и жира и сокращению срока годности готовой продукции.

Для ликвидации этого явления применяют куттеры с герметично закрытой чашей, в которой создают пониженное давление — вакуум. Вакуумирование при куттеровании позволяет получить еще ряд положительных эффектов. Удаление воздуха и его активной составляющей — кислорода повышает водосвязывающую способность белка. Так, установлено, что при вакуумном куттеровании 85...90% белка становится свободным и готовым к соединению. При атмосферном куттеровании в эту фазу переходит лишь 60...65% белка. В связи с этим получают более стойкую и менее разделяющуюся эмульсию, что уменьшает отеки бульона после варки.

При вакуумировании куски мяса расширяются и как бы уплотняются, что улучшает условия резания и позволяет получить более тонкое измельчение таких компонентов, как сухожилия, свиная шкурка и т. д.

Конечный фарш получается более плотным, причем величиной давления можно регулировать его консистенцию. Более плотной, без заметных воздушных пузырьков получают и готовую колбасу. Объем фарша уменьшается на 8%, что позволяет экономить колбасную оболочку. Отсутствие кислорода в фарше предохраняет от окисления красный пигмент мышечной ткани. Готовые колбасы имеют хорошую, долго сохраняемую окраску на разрезе. Замедляется окисление жира, что повышает сохранность вкусовых качеств. И наконец, за счет вакуумирования снижается энергия резания.

Герметизация куттера позволяет охлаждать фарш газообразным или жидким азотом. Особую группу составляют так называемые варочные куттеры, в которых производят одновременно измельчение и варку.

Таким образом готовят фарш для ливерных колбас и паштетов. Совместный процесс позволяет ускорить приготовление фаршей и увеличить до 10% выход продукции.

Обогрев в варочных куттерах осуществляют непосредственной подачей пара под крышку или во внутреннюю полость чаши. Чаша варочного куттера (рис. 44) состоит из внешнего 1 и внутреннего 3 корпусов, образующих внутри полость, разделенную на две части перегородкой 2. В полость по патрубку 4 подают пар, а по патрубку 5

Рис.44. Схема чаши варочного куттера: 1 — внешний корпус; 2 — разделительная перегородка; 3 — внутренний корпус; 4 — подача теплоносителя; 5 — отвод отработавшего теплоносителя

отводят конденсат. После варки для охлаждения в полости циркулирует холодная вода.

Таким образом, современные чашечные куттеры являются универсальным и надежным оборудованием при производстве различных видов колбас, куттеры имеют широкий диапазон изменения скорости резания и вращения чаши, вакуумирование и переработку в среде инертного газа, возможность принудительного охлаждения и замораживания сжиженным азотом или его парами в процессе измельчения, что является примером адаптации конструкции с целью получения высокого качества и выхода любой продукции из измельченного мяса.

Оборудование для наполнения оболочки. Процессы шприцевания, дозирования и формования в колбасном производстве наряду с другими технологическими операциями предопределяют качественные характеристики готового продукта. Точное соблюдение рецептуры фарша по количественному и качественному составу исходного сырья и добавок, обеспечение оптимальных условий при его приготовлении и оптимизация процессов шприцевания и формования колбасных изделий являются гарантией получения высококачественной продукции. Вместе с тем следует отметить, что процессы шприцевания, формования и дозирования еще недостаточно механизированы и требуют больших затрат ручного труда. При формовании колбасных изделий не учитывают структурно-механических свойств фарша и их изменения при варке, давления при набивке в оболочку или форму, температурных изменений оболочки при термообработке колбасных батонов. Многие из этих недостатков имеют место в дозирующих и формующих автоматах, применяемых на мясокомбинатах. Одним из важнейших направлений при оптимизации процесса шприцевания являются правильный подбор конструкции шприца и определение диапазона его практического использования.

Шприцевание, формование и дозирование колбасных изделий производят путем наполнения фаршем естественной, искусственной оболочки или жесткой формы (металлической). Механизированное наполнение оболочек и форм осуществляется шприцами. Шприцы в основном состоят из резервуара для фарша, вытеснителя (насоса), фаршепровода, цевки или формующего устройства и привода. Внутренний диаметр оболочки должен совпадать с наружным диаметром цевки, на которую она одевается. Формующие устройства обычно применяют квадратного, круглого и прямоугольного сечений.

Шприцы в зависимости от типа вытеснителя разделяют на машины периодического и непрерывного действия. Конструкции шприцев должны удовлетворять следующим основным требованиям: исключение возможности попадания воздуха в фарш; сохранение структуры и целости формы шпика при заполнении оболочек; возможность быстрой очистки и промывки мест соприкосновения с фаршем, а также регулирования скорости истечения фарша в зависимости от вида фарша, диаметра цевки и т. д.; малый удельный расход энергии при высокой производительности; надежность конструкции, удобство загрузки фарша, простота управления, безопасность работы. Наиболее полно удовлетворяют этим требованиям шприцы периодического действия с поршневым вытеснителем. По сравнению со шприцами периодического действия шприцы непрерывного действия имеют более высокую производительность, и их можно включать в поточно-механизированные и автоматизированные линии.

Рассмотрим некоторые конструкции шприцев непрерывного действия.

Эксцентриково-лопастные вытеснители — устройства непрерывного действия. Они создают в продукте нормальные, объемные напряжения, не влияющие на физические свойства фарша и не вызывающие перераспределения его компонентов. Их конструкция позволят обрабатывать все виды фаршей. Вытеснитель состоит из цилиндрического ротора, в котором проделаны радиальные пазы для пластин. Пластины одинаковой длины скользят по внутренней поверхности корпуса, в котором ротор установлен эксцентрично. Это общий принцип конструкций, а реально устройство вытеснителей разнообразно.

На рис. 45 а показан эксцентриково-лопастной вытеснитель для шприцов малой производительности (до 2500 кг/ч). В его роторе 1 проделаны восемь радиальных пазов, в которые вставлены четыре пластины 2, имеющие одинаковую длину. Пластины в средней части имеют прямоугольные углубления, которые позволяют собрать их в один узел. Концы пластин образуют восемь лопастей, которые перемещают фарш внутри корпуса 4.

А б

Рис.45. Эксцентриково-лопастные вытеснители: а — фирмы ≪Фемаг≫ (Германия); б — фирмы ≪Хандтман≫ (Германия): 1 — зона замыкания; 2 — лопасть; 3 — ротор; 4 — корпус; 5 — зона выкуумирования; 6 — зона загрузки; 7 — зона сжатия; 8 — зона выгрузки; 9 — кулачок

Контур внутренней поверхности корпуса обеспечивает создание шести зон: замыкание 1, вакуумирование 5, загрузка 6, сжатие 7 и выгрузка 8. В то же время диаметральное расстояние между стенками должно быть равно длине пластины, проходящей через центр эксцентрично установленного ротора. Подобная схема обеспечивает создание замкнутых полостей между соседними пластинами, стенками ротора и корпуса. В точке 1 стенка ротора примыкает к стенке корпуса, при этом объем полости равен нулю.

Далее между ними образуется зазор, возникают полости, из которых вакуумным насосом отсасывается воздух. В зоне 6 наибольший объем полости, и в нее поступает из загрузочного бункера фарш. В этом случае вакуумирование преследует две цели: 1) быстрое и полное заполнение полостей фаршем и 2) удаление воздуха из фарша (деаэрация). Затем в зоне 7 постепенно уменьшается зазор между ротором и стенками, что приводит к сжатию фарша. И наконец, в зоне 8 фарш выдавливается в отводящий патрубок.

На рис. 46 показана принципиальная схема шприца с эксцентриково-лопастным вытеснителем и механизмом перекрутки фирмы ≪Альпина≫ (Швейцария). На корпусе машины 14 закреплен корпус 10 вытеснителя, в котором установлен эксцентрично ротор 13 и лопасти 12. Лопасти перемещаются по поверхности неподвижного кулачка 11. Фарш в вытеснитель поступает через горловину из бункера 7, в котором вращается подающая спираль 8, обеспечивающая равномерность поступления продукта.

 

Рис.46. Принципиальная схема шприца с эксцентриково-лопастным вытеснителем и механизмом перекрутки фирмы «Альпина»: 1 — оболочка; 2 — цевка; 3 — накидная гайка; 4 — втулка; 5 — зубчатый ремень; 6 — выходное отверстие; 7 — бункер; 8 — подающая спираль; 9 — зубчатый венец; 10 — корпус вытеснителя; 11 — кулачок; 12 — лопасть; 13 — ротор; 14 — корпус; 15 — фиксирующая рукоятка; 16 — шкив; 17 — корпус механизма перекрутки

Спира