книги / СВЧ-энергетика. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности

по своей окраске полностью соответствует промышлен­ ным стандартам.

В этом небольшом разделе нет возможности привести результаты проведенных испытаний, так как они заняли бы слишком много места. Заинтересованный читатель может подробно ознакомиться с ними в оригинальных публикациях. Перечислим кратко преимущества, кото­ рые дает операция заключительной сушки энергией СВЧ.

Возможно улучшение окраски готового продукта по меньшей мере на два балла, по десятибалльной шкале, для всех сортов картофеля, обычно используемого на предприятиях, выпускающих хрустящий картофель. При этом содержание восстанавливающих сахаров в сырье может достигать 0,3%. Ряд сортов картофеля, которые раньше нельзя было использовать для переработки в хрустящий картофель из-за высокого содержания вос­ станавливающих сахаров, теперь служат сырьем для получения высококачественного хрустящего картофеля.

Если хрустящий картофель извлекать из установки для обжаривания при достижении среднего уровня со­ держания воды 10%, то заключительная операция СВЧсушки позволяет получить продукт, содержащий 2—2,5% воды и имеющий приемлемую окраску, структуру и вкус.

Содержание масла в конечном продукте легче регули­ ровать, чем при обычной технологии. Если желательно по­ лучить высокое содержание масла, то температуру в

должно быть меньшим, то температуру повышают, а вре­ мя нахождения продукта в установке уменьшают. Содер­ жание масла, воды и цвет готового продукта связаны между собой, и обычный технологический процесс не позволяет получить оптимальные показатели, когда сырье имеет высокий процент восстанавливающих сахаров. Операция заключительной сушки в СВЧ-печи дает возможность оптимизировать содержание масла и цвет продукта и понизить содержание воды, которое обычно на этом эта­ пе составляет 4—10% в зависимости от сорта картофеля.

При введении СВЧ-обработки благодаря общему улуч­ шению окраски уменьшается "процент брака, что приводит

к уменьшению расходов как вследствие повышения вы­ хода качественного хрустящего картофеля, так и вследст­ вие уменьшения затрат труда по отбраковке.

Производительность обычной производственной линии повышается на 5— 10%, так как картофель извлекается из установки для обжаривания прежде, чем удаляется вся влага.

Выход готовой продукции в конце зимы и начале вес­ ны можно существенно повысить, если картофель, зало­ женный осенью на хранение, хранить при более низких емпературах, чем обычно, а затем непосредственно из холодного хранилища пускать на СВЧ-обработку, минуя стадию выдержки при повышенной температуре. Иначе говоря, изготовитель хранит теперь картофель в усло­ виях, способствующих наилучшему сохранению твердых компонентов в картофеле и снижающих потери на! гние­ ние и прорастание. При этом он не беспокоится о том, что хранение в таких условиях приведет к повышению содер­ жания восстанавливающих сахаров. Изготовитель по­ лучает не только значительно более высокий выход про­ дукции на килограмм картофеля, взятого с хранения, но

и экономию за счет снижения .затрат на сортировку. Продолжительность хранения готового хрустящего

картофеля, обработанного энергией СВЧ, больше, чем у продукта, обработанного обычным способом. Это объяс­ няется большим оборотом масла, в котором ведется обжа­ ривание, и меньшим временем воздействия высоких тем­ ператур. Благодаря обоим факторам уменьшается про­ горклость. Кроме того, равномерность распределения влаги в конечном продукте увеличена вследствие эффекта «выравнивания» влагосодержания, связанного с селек­ тивностью поглощения СВЧ-энергии водой.

Наконец, дегустационные испытания, проведенные в двух различных лабораториях, показали, что хрустящий картофель, обработанный энергией СВЧ, по своим каче­ ствам такой же или превосходит продукт, изготовленный по обычной технологии.

Результаты более чем двухлетней эксплуатации на предприятиях показали, что сушильная СВЧ-установка мощностью 50 кет позволяет получать высококачествен­

ный хрустящий картофель с производительностью

900 кг]час при работе на сырье, соответствующем техни­ ческим условиям, и с производительностью 750 кг/час

при обработке картофеля, не отвечающего всем предъяв­ ленным требованиям.

IV. Экономические показатели

Существует три очевидные области, где можно полу* чить экономию средств в результате применения СВЧобработки хрустящего картофеля. Уменьшение брака и трудовых затрат на отбраковку, повышение производи­ тельности и несколько увеличенное содержание влаги, которое допустимо благодаря более равномерному высу­ шиванию энергией СВЧ, дают суммарную экономию 18 тыс. долл, в год для типичной линии, работающей 2000 час в год с производительностью 700 кг/час. Эконо­

мия* достигаемая при закупках сырого картофеля и его транспортировке, а также экономия, обусловленная воз­ можностью использования сортов с более высоким удель­ ным весом, может в сумме составить от 30 тыс. до 60 тыс. долл, в год. Третий источник экономии обусловлен низкотемпературным хранением в течение 6 месяцев после сбора осеннего урожая и может давать дополни­ тельно 25 тыс. долл, в год благодаря увеличению выхода конечного продукта и уменьшению трудовых затрат на ручную подчистку клубней.

Преимущество новой технологии, которое позволяет выпускать высококачественный хрустящий картофель зи­ мой и ранней весной, т. е. тогда, когда большая часть аналогичной продукции, поступающей в розничную про­ дажу, имеет очень низкое качество, нельзя выразить в долларах. Однако в условиях существующей острой кон­ куренции это преимущество имеет большое значение.

Стоимость эксплуатации сушильной СВЧ-установки, которая предназначена для обработки хрустящего кар­ тофеля и имеет мощность 50 кет, составляет, по несколь­ ко завышенной оценке, 5,50 долл]час. Сюда входят стои­

мость электроэнергии, амортизация магнетрона, стоит мость обслуживания и чистки. Стоимость амортизации сушильной установки при односменной работе оценивает­ ся приблизительно 12,5 долл[час. Таким образом, полная

стоимость СВЧ-обработки составляет 18 долл/чаСу или немногим более 2 центов на 1 кг хрустящего картофеля

для типичной производственной линии.

Хотя технологический процесс, географическое поло­ жение, сложившаяся практика закупок и хранения карто­ феля у различных фирм разные, очевидно, что одна лишь прямая экономия средств в короткое время окупит затра­ ты на внедрение СВЧ-обработки.

V. Особенности СВЧ-оборудования

Эксплуатируемые в настоящее время СВЧ-установки для сушки хрустящего картофеля работают на частоте 915 Мгц и имеют выходную мощность 50 кет. Выбор ра­

бочей частоты определяется возможностью получения надежных магнетронов большой мощности и учетом раз­ меров оборудования, при которых достигается требуемая для рассматриваемого случая плотность энергии, а так­ же учетом диэлектрических свойств ломтиков картофеля в двух отведенных для СВЧ-нагрева диапазонах частот. Диэлектрические свойства ломтиков картофеля и обычно применяемых для обжаривания масел исследовались в работах [7, 81, авторы которых показали, что величина диэлектрических потерь в этих двух диапазонах почти одинакова. Несмотря на то что на частоте 2450 Мгц

скорость нагрева выше, имеется ряд практических дово­ дов в пользу выбора более низкой частоты. В числе этих доводов большие размеры рабочей зоны СВЧ-установки, большая глубина проникновения, облегчение борьбы с излучением на входе и выходе печи, отсутствие потемне­ ния продукта при высокой температуре воздуха и т. д.

Хрустящий картофель содержит около 40% масла, и поэтому существует потенциальная опасность возникно­ вения пожара, которую необходимо учитывать при проек­ тировании оборудования и его эксплуатации. Относитель­ но низкая напряженность поля в рабочей зоне дает уста­ новкам этого типа преимущество перед установками с меандровым щелевым волноводом. Необходимо следить за тем, чтобы ломтики картофеля и крошки не падали на дно трубы, а в конце каждой смены обязательно тщатель­ но очищать установку. Нельзя допускать попадания в

5 . 1 . 6 . Р А З М О Р А Ж И В А Н И Е З А М О Р О Ж Е Н Н Ы Х П И Щ Е В Ы Х П Р О Д У К Т О В

Де к а р о

I.Введение

Пищевые продукты можно заморозить гораздо бы­ стрее, чем разморозить, так как теплопроводность замо­ роженного материала улучшается. Но как было показано в работе [1], если важно сохранить преимущества, дости­ гаемые при быстром замораживании, размораживание также должно быть быстрым. Этот вывод был сделан для биологических субстанций, таких, как кровь и ткани, однако его следует распространить и на пищевые про­ дукты.

Способы ускорения оттаивания предусматривают ис­ пользование проточной воды и воздуха с применением температурной стабилизации или без нее. В табл. 1 ука-

заны значения времени, которое требуется для размора­ живания в различных условиях. Чаще всего разморажи­ вание на предприятиях пищевой промышленности про­ изводят просто путем выдержки поддонов с продуктами, извлеченными из холодильной камеры, в течение 24 час

и более при естественных окружающих условиях. По­ скольку значения теплопроводности замороженного и от­ таявшего продукта различны, поверхностные слои про­ дукта могут оказаться в нежелательных температурных условиях в течение многих часов до того момента, когда закончится оттаивание по всему объему. В результате ухудшается внешний вид и цвет, развиваются бактерии, начинается брожение и появляется окислительная про­ горклость. Если для ускорения оттаивания используют воду и пищевой продукт находится в контакте с ней, то обычно наблюдается выщелачивание компонентов, опре­ деляющих цветовые, вкусовые и питательные свойства продукта. Высокочастотный нагрев позволяет ускорить процесс размораживания. При высокочастотном нагреве глубоко проникающая энергия нагревает всю массу про­ дукта, а не только его поверхность.

II. Обзор литературы

Кэткарт и Паркер [3] в своих исследованиях на ча­ стотах 14 и 17 Мгц смогли размораживать яйца и фрук­ ты со скоростью около 4,5 мин/кг. Удовлетворительные

результаты при исследовании размораживания мяса и рыбы на частотах 35 и 2450 Мгц получил Бенгстон 14]. На частоте 2450 Мгц создаются значительно более высо­

кие плотности энергии и благодаря этому сокращается время размораживания по сравнению с временем ВЧоблучения. Однако полученные результаты были не со­ всем чистыми, поскольку из-за недостаточной мощности источника энергии СВЧ пришлось включать его неодно­ кратно. Длительность ВЧ-облучения на этой частоте кусков мяса и рыбы толщиной 3,5 см составила 1,5— 2,2 мин, тогда как на частоте 35 Мгц для оттаивания кус­ ков толщиной 4,0 см требовалось от 17 до 34 мин. Удель­ ная мощность на частоте 2450 Мгц была 1400—3000 вт/кг, а на частоте 35 Мгц 125—260 вт/кг. Чтобы получить удо­

влетворительное размораживание при обработке на часто­

3,2 кет (частота 2450 Мгц), в общем подтверждают сде­

ланный вывод, что физиологически размораживание пу­ тем ВЧ-нагрева предпочтительнее, чем размораживание водой. В этих опытах использовались блоки рыбы тол­ щиной около 4 см и для получения удовлетворительных

результатов продукт пропускали через установку не­ сколько раз.

Хорошие результаты по размораживанию хлеба в упаковке, которое производилось на частоте 2450 Мгц,

описаны в работах [6, 7]. При этом не наблюдалось какоголибо заметного перемещения влаги внутри батона, а твердость после охлаждения была' немного меньше, чем у хлеба, оттаявшего при комнатной температуре.

III. Теоретические аспекты СВЧ-размораживания

Сведения о диэлектрических свойствах заморожен­ ных пищевых продуктов имеются лишь в нескольких ра­ ботах [8— 10]. Краткая сводка данных из этих работ представлена в табл. 2. Анализируя эти данные можно сделать по крайней мере три вывода: 1) характеристики льда нетипичны для пищевых продуктов; 2) глубина про­ никновения зависит от частоты; 3) глубина проникновения зависит от температуры. Последний вывод, вероятно, объясняется тем фактом, что какая-то часть воды, содер­ жащейся в клетках и капиллярах пищевых продуктов, может оставаться незамерзшей даже при температурах —50 или —60 °С [11]. Данные, приведенные в работе [12], показывают, что до 10% воды, содержащейся в мышеч­ ной ткани, не замерзает при —30 °С. По-видимому, есть основания предполагать, что диэлектрические свойства замороженных пищевых продуктов, по меньшей мере частично, объясняются присутствием в этих продуктах незамерзшей воды. Можно также предполагать, что при­ сутствие таких количеств незамерзшей воды, которые в действительности являются, вероятно, концентрирован­ ными растворами клеточных солей, частично объясняет неравномерное размораживание в ВЧ-поле.

Таблица 2

Диэлектрические свойства мяса и воды в зависимости от частоты и температуры

1)По уровню половинной мощности.

2)Экстраполяция результатов для 300 и 3000 Мгц.

3)Экстраполяция результатов для 10 и 3000 Мгц,

Измерения электрического сопротивления [13] пока­ зали, что для полного перехода материалов в твердую фазу требуются более низкие температуры. При проведе­ нии этих исследований было обнаружено, что результаты, полученные при медленном замораживании раствора до —40 °С, существенно отличаются от результатов, полу­ ченных при быстром замораживании до —80 °С и после­ дующем повышении температуры до —40 °С. При медлен­ ном замораживании возникали метастабильные образова­ ния из растворов солей высокой концентрации; их ди­ электрические свойства по-видимому, сильно отличаются от свойств твердой фазы, и поэтому поведение этих образо­ ваний при нагреве ВЧ-полем также будет различным. При быстром замораживании метастабильные образования