Водополімерний спосіб різання заморожених харчових продуктів та матеріалів

Реферат: UA 74609 U UA 74609 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології різання харчових продуктів та матеріалів струменем води та може бути використана в різних галузях харчової промисловості. Відомі аналогічні способи різання різних матеріалів з використанням кінетичної енергії води. Наприклад, спосіб різки струменем чистої води [пат. № 40388 UA, МПК(2009) А 22 С 18/00, від 10.04.2009], при якому процес різання здійснюється за рахунок кінетичної енергії високонапірного струменя чистої води. Різання відбувається за рахунок лише кінетичної енергії . -3 високошвидкісного струменя води Vc=1000-1200 м/с, що витікає із сопла діаметром d=0,3 10 м, під тиском Ρ = 300-500 МПа, яке формує струмінь. Енергії такої струї достатньо для розрізання таких матеріалів, як кістки, жили, фарш глибокої заморозки та інше. Причому санітарні норми процесу обробки харчових матеріалів за даним способом не порушуються. Відомий спосіб різки гідроабразивним струменем, вибраний як прототип, при якому процес здійснюється за рахунок кінетичної енергії високонапірного гідроабразивного струменя води [авт. св. СРСР №1459908, кл. В 24 С 1/00 від 06.07.87]. Формування робочого струменя відбувається в калібрувальному каналі сопла та в розгінній трубці, що розташована співвісно каналу сопла, вихідний зріз якої розташовують на фіксованій відстані від поверхні, що обробляється. В процесі різання здійснюють безперервну генерацію та подачу струменя в зону обробки під тиском Р=350 МПа. В даному способі використовуються абразивний дрібнодисперсний матеріал, що за санітарними нормами не припустимо використовувати для різання харчових продуктів. Але цей спосіб має певні недоліки: - для створення високошвидкісної струї води потрібні більш потужні і дорожчі електричні і механічні механізми; - створення високошвидкісної струї води є занадто енергозатратною; - перевлаштування обладнання з однієї швидкості на іншу, для різання різних продуктів за твердістю, ускладнює і здорожує процес гідрорізання; - при великих швидкостях струї відбувається прискорене руйнування соплової головки, що формує струмінь води і інших деталей, де відбувається тертя; - при великих швидкостях струї відбувається посилений шум і вібрація, що негативно впливають на працівників. В основу корисної моделі поставлена задача використання водоструменевої технології для різання харчових продуктів та матеріалів, та підвищення ефективності і якості різання. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб різання харчових продуктів та матеріалів, який включає формування робочого струменя в калібрувальному каналі соплової головки та в розгінній трубці, яка розташована співвісно каналу соплової головки, вихідний зріз якої розташовують на фіксованій відстані від поверхні, що обробляється та здійснюють безперервну генерацію та подачу струменя в зону обробки під тиском, згідно з корисною моделлю, різання виконується за рахунок кінетичної енергії високошвидкісного струменя води, у яку попередньо додають концентрований водний розчин полімеру, який має лінійні гнучколанцюгові . 6 макромолекули, наприклад поліетиленоксид (ПЕО) з молекулярною масою 6 10 , у кількості, із розрахунку складання його концентрації у воді 0,003-0,007 % вагових. Використання домішок ПЕО до води обумовлено тим, що ці домішки впливають на гідродинаміку потоків рідини таким чином, що зменшуються турбулентні пульсації потоків, турбулентний опір і збільшується стійкість вільних струменів до їх розпаду. Технічний результат від використання таких домішок до робочої рідини - збільшення довжини і компактності струменя рідини і, як наслідок цього, збільшення глибини різу та швидкості різання. При цьому також можна різати більш твердий та товстий матеріал. Крім того, ПЕО, за санітарними нормами в таких кількостях є безпечним матеріалом і є добавкою, дозволеною для використання у харчових продуктах. При використанні заявленого способу досягаються значні переваги перед існуючими способами різання харчових продуктів та матеріалів, а саме: відсутні механічний і хімічний впливи на оброблюваний продукт у процесі різання, невисокий рівень шуму, мінімальне зношування різального інструменту, різати можна будь-який харчовий матеріал (кістки, жили, м'які продукти і т. д.), високий ступінь санітарної безпеки, можливість різання харчових продуктів та матеріалів при всіх практично важливих температурах, навіть до температури рідкого азоту, можливість автоматизування процесу за допомогою використання комп'ютерів та відповідного програмного забезпечення, вода - екологічно нешкідлива речовина. Приклад конкретного виконання. Приклад 1. Формують високонапірний струмінь робочої рідини з використанням для цього, наприклад, пристрою для гідрорізання харчових матеріалів (пат. № 30071 UA, МПК (2006) В 24 С 3/00, від 11.02.2008). При цьому у потік води, яка відбирається з ємності, дозовано . 6 інжектується концентрований розчин полімеру ПЕО молекулярною масою М=6 10 у кількості 1 UA 74609 U -3 5 10 С=0,03 %. Тиск для формування струменя води 100 МПа, діаметр сопла 0,35-10 м. Глибина різу в замороженому свинячому м'ясі складає 89 мм. Приклад 2. Різання виконують аналогічно до прикладу 1 але, при цьому у потік води дозовано інжектується концентрований розчин полімеру ПЕО у кількості С=0,07 %. Глибина різу в цьому випадку складає 138 мм. Приклад 3. Різання виконують аналогічно до прикладу 1 але без інжектування розчину полімеру, тобто концентрація полімеру складає С - 0 %. Глибина різу в цьому випадку складає 45 мм. Результати порівняльних випробувань ефективності різання запропонованим способом і способом відповідно до прототипу (різні тиски для формування струменю чистої води) наведені у таблиці 1 і 2. Як продукт, що розрізався, було заморожене до температури мінус 25 °C свиняче м'ясо. Контрольований параметр - глибина розрізання продукту. Таблиця 1 Тиск для створення струменя води Глибина різу в замороженому продукті 50 МПа 17 мм 100 МПа 45 мм 150 МПа 79 мм Таблиця 2 Концентрація ПЕО, % Глибина різу в замороженому свинячому м'ясі 0 45 мм 0,003 % 89 мм 0,007 % 138 мм 15 20 25 30 35 40 45 50 Таким чином, можна спостерігати підвищення ефективності процесу гідрорізання, якщо ріжучий струмінь, замінено на водополімерний. Із таблиці 2 видно, що глибина різу у замороженому м'ясі досить різко зростає із збільшенням концентрації ПЕО в воді і досягає максимуму при досягненні деякої оптимальної величини. При введенні у воду полімеру ПЕО з концентрацією 0,003 % глибина різу замороженого свинячого м'яса складає 89 мм, тобто зростає у 2 рази, порівняно з різанням, коли як робоча рідина використовується чиста вода. У випадку введення у воду полімеру з концентрацією 0,007 % - глибина різу продукту складає 138 мм, тобто зростає більше ніж у 3 рази, порівняно з різанням чистою водою. Поліпшити компактність водополімерного струменя також можна зниженням її температури, що призводить до збільшення глибини різу і обумовлене підвищенням поверхневого натягнення і подовжньої в'язкості робочої рідини. Дослідження впливу концентрації ПЕО на продуктивність різання замороженого свинячого . м'яса при мінус 25 °C водополімерним струменем з тиском 100 МПа та діаметром сопла 0,35 10 3 м показало, що раціональна швидкість зростає зі збільшенням концентрації ПЕО у воді і . 6 досягає максимуму при деякій оптимальній величині СПЕО· Для ПЕО молекулярної маси 6 10 оптимальна концентрація виявилася рівною 0,007 %. Порівнюючи результати випробувань, що наведені в таблицях 1 і 2 можна стверджувати, що домішки полімерів, в певному діапазоні концентрацій, спричиняють підвищення ефективності процесу різання так само, як і підвищення тиску при формуванні високошвидкісного струменя води при продавлюванні її через малий отвір формуючої головки. Але один і той же кінцевий результат досягається при менших технічних, матеріальних і технологічних затратах в порівнянні з прототипом. Таким чином, при реалізації заявленого способу, внаслідок використання ПЕО як домішок до робочої рідини з'являються значні переваги перед вже існуючими способами та забезпечуються якісніші параметри процесу різання, що позитивно відображається на глибині різу та продуктивності. Запропонований спосіб різання харчових продуктів підвищує їх якість та ефективність процесу при зменшені втрат продукту під час різання та безпеку праці оператора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Водополімерний спосіб різання заморожених харчових продуктів та матеріалів, що включає формування робочого струменя в калібрувальному каналі соплової головки та в розгінній трубці, яка розташована співвісно каналу соплової головки, вихідний зріз якої розташовують на фіксованій відстані від поверхні, що розрізається, та здійснюють безперервну генерацію та подачу струменя в зону обробки під тиском, який відрізняється тим, що у робочу рідину, яка витікає крізь сопло під тиском Р=100 МПа, до моменту формування в сопловій головці 2 UA 74609 U високошвидкісного струменя додається поліетиленоксид молекулярною масою М=6 10  кількості С=0,003 0,007 % вагових, що обумовлює глибину різу до 138 мм. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3 6 у