Физико-механические принципы используемые для очистки картофеля

Очистка картофеля одна из наиболее трудоемких операций при его переработке. Из общих затрат труда на выработку 1 т сушеного картофеля на очистку приходится около 60%. Очистка пищевого сырья — это процесс удаления несъедобных (косточки и плодоножки овощей и плодов, кожа животных, перо птицы и т.д.) и малоценных в пищевом отношении (кожица) частей продуктов животного и растительного происхождения.

Для очистки пищевого сырья растительного и животного происхождения применяются следующие способы очистки: физический (паровой), пароводотермический, механический, химический, комбинированный и обжиг воздухом.

Физический (паровой) способ очистки. Сущность парового способа очистки овощей и картофеля заключается в кратковременной обработке (картофеля в течение 60...70 с, моркови в течение 40... 50 с, свеклы в течение 90 сит. д.) паром под давлением 0,30...0,50 МПа и температуре 140... 180 °С для проваривания поверхностного слоя ткани с последующим резким снижением давления.

В результате обработки паром кожица и тонкий поверхностный слой мякоти (1...2 мм) сырья прогреваются, под действием перепада давления кожица вспучивается, лопается и легко отделяется от мякоти. Затем овощи поступают в моечно-очистительную машину, где в результате трения клубней между собой и гидравлического действия струй воды под давлением 0,2 МПа кожица смывается и удаляется. Содержание потерь и отходов зависит от глубины гидротермической обработки и степени размягчения подкожного слоя. Отходы при паровом способе очистки составляют, %: для свеклы — 9... 11, картофеля — 15... 2 5, моркови — 10... 12.

Паровой способ очистки сырья имеет следующие преимущества по сравнению с другими способами очистки:

  • • овощи любых форм и размеров хорошо очищаются, что устраняет необходимость их зрительного калибрования;
  • • обработанные овощи имеют сырую мякоть, что особенно важно при дальнейшем измельчении на резательных машинах;
  • • минимальные потери вследствие малой глубины обработки подкожного слоя овощей;
  • • минимальные изменения качества по цвету, вкусу и консистенции; сведение к минимуму возможных механических повреждений.

Пароводотермический способ очистки предусматривает гидротермическую обработку (водой и паром) овощей и картофеля. В результате гидротермической обработки ослабляются связи между клетками кожицы и мякоти и создаются условия для механического отделения кожицы.

Пароводотермическая обработка сырья состоит из следующих стадий:

  • —тепловая обработка сырья паром в четыре этапа: 1) нагревание, 2) бланширование, 3) предварительная и 4) окончательная доводка;
  • —водяная обработка осуществляется частично в автоклаве за счет образующегося конденсата и в основном в термостате в течение 5... 15 мин в зависимости от вида и размеров сырья и моечно-очистительной машины;
  • —механическая обработка проводится в моечно-очистительной машине за счет трения клубней между собой;
  • —охлаждение под душем после обработки в моечно-очистительной машине.

Пароводотермическая обработка сырья приводит к физико-химическим и структурно-механическим изменениям сырья. При этом происходит размягчение ткани.

Режимы пароводотермической обработки овощей и картофеля устанавливают в зависимости от размеров сырья. Для улучшения и ускорения очистки моркови применяют комбинированную обработку с добавлением в термостат щелочного раствора в виде гашеной извести из расчета 750 г Са(ОН)2 на 100 л воды (0,75 %).

Содержание отходов и потерь зависит от сорта сырья, его размеров, качества, продолжительности хранения и составляет в среднем, %: при обработке картофеля — 30...40, моркови — 22...25, свеклы — 20...25.

Большие потери и отходы при пароводотермическом способе обработки являются его основным недостатком.

Химический способ очистки заключается в том, что овощи, картофель обрабатывают нагретыми растворами щелочей, преимущественно растворами едкого натра (каустической соды), реже — едкого кали или негашеной извести.

Сырье, предназначенное для очистки, загружают в кипящий щелочной раствор. В процессе обработки протопектин кожуры подвергается расщеплению, связь кожицы с клетками мякоти нарушается и она легко отделяется и смывается водой в щеточных, роторных или барабанных моечных машинах в течение 2...4 мин водой под давлением 0,6...0,8 МПа.

Продолжительность обработки сырья щелочным раствором зависит от температуры раствора и его концентрации, а также от сорта сырья и времени (сезона) переработки.

Для уменьшения расхода щелочи и моечной воды и для обеспечения наиболее тесного контакта щелочного раствора с поверхностью овощей и облегчения последующей отмывки щелочи в рабочий раствор добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Применение ПАВ, понижающего поверхностное натяжение щелочного раствора, позволяет уменьшить концентрацию щелочного раствора в два раза и сократить отходы сырья при очистке на 10...45 %.

Оборудование для проведения щелочной обработки выполняется в виде специальной ванны с перфорированным вращающимся барабаном или с барабаном с вращающимся шнеком.

Комбинированный способ очистки предусматривает сочетание двух и более факторов, воздействующих на обрабатываемое сырье (пара и щелочного раствора, щелочного раствора и механической очистки, щелочного раствора и инфракрасного нагрева и др.).

При щелочно-паровом способе очистки картофель подвергают комбинированной обработке щелочным раствором и паром в аппаратах, работающих под давлением или при атмосферном давлении. При этом применяют более слабые щелочные растворы (5 %), что позволяет снизить расход щелочи и уменьшить отходы по сравнению со щелочным способом.

При щелочно-механическом способе очистки обработанное в слабом щелочном растворе сырье подвергают кратковременной очистке в машинах с абразивной поверхностью.

Сущность щелочно-инфракрасно-механического способа очистки заключается в обработке клубней в щелочном растворе концентрацией 7... 15 % при температуре до 77 °С в течение 30...90 с. Затем клубни направляют в перфорированный вращающийся барабан, где они подвергаются инфракрасному обогреву. При этом происходит испарение воды из кожицы клубня и увеличивается концентрация находящегося в поверхностном слое щелочного раствора.

Механическая очистка производится в очистительной машине с гофрированными резиновыми валиками.

Комбинированные способы очистки позволяют уменьшить содержание отходов и потерь. Однако значительные энергозатраты не позволяют в полной мере реализовать их преимущества. Отходы при комбинированных способах очистки составляют 7... 10 %, расход воды в 4... 5 раз меньше, чем при химической (щелочной) очистке.

Сырье после очистки нуждается в инспекции и доочистке. При этом у корнеплодов и картофеля удаляют остатки кожицы, больные, поврежденные и подгнившие места, глазки у картофеля. До настоящего времени эта трудоемкая операция осуществляется вручную на специальных инспекционных транспортерах. При механической доочистке разрушается большое количество клеток, что вызывает потемнение продукта. Для предотвращения этого инспекционные транспортеры оборудуют специальными ванночками.

Обжиг воздухом производится при температуре 800... 1300 °С в течение 8... 10 с, в подкожном слое картофеля влага почти мгновенно превращается в пар, который и отделяет кожицу от мякоти клубня и разрывает ее. Обжиг ведется во вращающихся футерованных барабанах, обогреваемых продуктами сгорания природного газа или жидкого топлива. Он может быть осуществлен в печах с электронагревом при перемещении продукта в лотках цепным транспортером.

Особый интерес представляет экструзионный способ очистки картофеля. Способ по своей сути является термомеханическим. Сваренный в кожуре до готовности картофель продавливается через перфорированную поверхность. Отделение вареной мякоти прохождением ее через перфорацию от кожуры происходит благодаря разности их структурно-механических и реологических характеристик. Вместе с кожурой на перфорированной поверхности остаются глазки и другие твердые включения. Термомеханическим является и способ очистки, по которому отделение кожуры от мякоти предлагается осуществлять просеиванием и отвеиванием после обезвоживания и истирания картофеля.

Наиболее широко используется отечественными и зарубежными предприятиями механическая очистка. Механический способ очистки заключается в удалении кожицы продуктов растительного происхождения путем стирания ее шероховатыми (абразивными) поверхностями. Очистка этим методом проводится при непрерывной подаче воды для смывания и удаления отходов. Особенностью способа является то, что операции по разрушению поверхностного слоя и его отделению от клубней осуществляется одновременно в одной и той же рабочей камере. Удаление очисток из рабочих камер осуществляется, в большинстве случаев, подачей в них воды.

Качество очистки и количество получаемых отходов зависят от способа очистки, конструктивных особенностей оборудования, сорта, условий и длительности хранения сырья и других факторов. В среднем содержание отходов при механической очистке составляет 35...38 %.

Необходимо следить за состоянием абразивной поверхности. Перегрузка или недогрузка ухудшают качество очистки. При перегрузке увеличивается продолжительность пребывания клубней в машине, что приводит к большим потерям корнеплодов за счет излишнего истирания и неравномерной очистки всей загружаемой порции сырья. При недогрузке происходит снижение производительности и частичное разрушение тканей корнеплода от ударов клубней о стенки машины, что вызывает потемнение продукта после чистки.

В качестве рабочих органов используют не только абразивные поверхности, но и рифленые резиновые ролики.

Снятие с клубней картофеля кожуры в механических картофелечистках производится при относительном движении клубней и режущих элементов. При этом качество очистки, удельный расход электроэнергии определяется соотношением геометрических размеров рабочих камер и степенью заполнения их продуктом, формой, размерами и скоростью вращения рабочих органов, а также однородностью и конфигурацией отдельных клубней.

Различные конструкции рабочих органов картофелеочистительных машин

Рис. 1.2. Различные конструкции рабочих органов картофелеочистительных машин: а) конусный; б) дисковый; в) роликовый

Российские картофелечистки периодического действия имеют абразивные режущие элементы и по форме рабочих органов подразделяются на две группы: дисковые и конусные. К первой группе относятся картофелечистки КА-150М, КА-350М, ЦС-132, УММ-5, ко второй - МОК-125, МОК-250. Применение картофелечисток с конусным рабочим органом позволило добиться более равномерной очистки клубней и уменьшения их механического повреждения, т.е. более мягкого режима очистки картофеля при меньшем количестве отходов. Однако, они уступают дисковым картофелечисткам по качеству очистки, надежности и долговечности. Необходимо только отметить, что улучшение качества очистки в дисковых картофелечистках достигается за счет увеличения количества отходов.

Картофелечистки механического принципа действия широко применяются за рубежом. Конструкция их весьма разнообразна. Известна, например, картофелечистка, включающая основание, которое может быть установлено наклонно и кожуроочистительные ножи, установленные на стенках корпуса и имеющие две режущие кромки. Все режущие кромки ножей, установленные на корпусе, лежат на цилиндрической поверхности, а установленные на основании - в горизонтальной плоскости.

Фирмой Hobart освоен выпуск машины для очистки овощей, содержащей вращающийся диск с двухлезвийными ножами и козырьками, которые выступают из-за диска и вместе с ножами определяют глубину резания. Циркуляция клубней обеспечивается расположением по спирали и наличием на корпусе внутренних ребер. Диск также имеет два скошенных ребра, также служащих для перемешивания овощей.

В Великобритании распространены картофелечистки, включающие приводной диск с нанесенным на него корундом, вал которого нижним концом упирается в дно рабочей камеры, а верхним присоединяется к приводу, смонтированному на крышке машины.

В США широко применяется устройство для очистки овощей, состоящее из цилиндрического корпуса, внутри которого расположены вращающийся и неподвижный очищающие элементы. Привод вращающего элемента легко можно смонтировать в корпусе, когда последний установлен вертикально на подставке. Все устройство может быть легко снято с подставки и перенесено на другой рабочий ли очищающий агрегат.

В этой же стране фирмой Fred Knoedler налажено производство машин для очистки овощей от кожуры, состоящих из резервуара с загрузочным окном сверху и разгрузочным снизу. В нижней части резервуара расположен вращающийся круг, диаметр которого меньше диаметра резервуара, на поверхность которого помещается терочный диск с диаметром меньше, чем у круга. Поверхность резервуара покрыта терочной лентой.

Распространение получили и машины для очистки картофеля от кожуры, содержащие размещенную в рабочей емкости ножевую цилиндрическую вставку. Ножи имеют две противолежащие режущие грани. Направление вращения диска может изменяться.

В Германии изготавливают картофелечистки, содержащие барабан с ножами, диски - днища, посаженные на вал с наклоном и также имеющего ножи с двумя противоположными режущими кромками. Режущие кромки работают в зависимости от направления вращения диска. Каждый нож устанавливается под углом с помощью шишкообразного возвышения.

С целью обеспечения более равномерной очистки клубней патентом Германии предлагается ось вращения диска смещать относительно оси цилиндрического корпуса, а по патенту Англии интенсивное перемешивание клубней и их прижатие к очистительным стенкам рабочей камеры осуществляется установкой мешалки с лопастями.

Что касается отечественного очистительного оборудования, то тут можно выделить следующие предложения по усовершенствованию процесса:

  • • Применение пористого абразива, что позволяет избежать засаливания. При таком устройстве вода подается не сверху, а под давлением через поры абразива.
  • • Улучшение перемешивания продукта в рабочей камере. Для этого на днище наносят волны, или вместо одного вращающегося диска устанавливают три.
  • • Для повышения качества очистки предложено изготавливать рабочие камеры с внутренним коническим держателем корнеплодов. Попадая в него, клубни прижимаются к абразивной поверхности с «эффектом проскальзывания», что позволяет снимать тонкий верхний слой кожуры.
  • • К новым методам можно отнести методы с применением вибрации. Предложен следующий метод, совмещающий воздействие вибрации с применением свободного абразива. В расположенную на вибростоле винтообразную улитку сверху попадают клубни. В ней находятся свободные зерна абразива. Под действием вибрации клубни вращаются вокруг двух осей, что повышает качество очистки.

В отечественной практике широко используются агрегаты механической очистки КНА-600М, производительностью 600 кг/ч. Картофелечистка КНА-600М предназначена для удаления кожуры с клубней картофеля.

Картофелечистка состоит из рамы /, ванны 2, наружного каркаса 5, привода рабочих валиков 4, внутреннего каркаса 5 и душевого устройства 6.

Рама является основанием, на котором крепятся все узлы машин. На раме установлена ванна, имеющая форму четырехгранной усеченной пирамиды. Наружный каркас образуется из боковины, привода валов, передней и задней стенок, закрепленных на раме. Привод рабочих валиков включает электродвигатель, клиноременную и зубчатую передачи. Рабочие валики состоят из стальных стержней и насаженных на них абразивных роликов. Валики расположены так, что образуют четыре секции. Внутренний каркас сварен из листовой нержавеющей стали и состоит из двух стенок с поперечными перегородками, в которых предусмотрены окна, ширину которых можно изменять с помощью выдвижной заслонки. Такая же заслонка установлена перед разгрузочным окном. Над каждой секцией расположено душевое устройство.

Схема картофелечистки КНА-600М

Рис. 1.3 Схема картофелечистки КНА-600М

При работе машины откалиброванный картофель непрерывно загружается через окно в первую секцию и попадает на быстровращающиеся абразивные валики.

Клубни картофеля, вращаясь вокруг собственной оси, поднимаются по валикам секции, наталкиваются на перегородку и падают обратно во впадину секции. Совершая такое движение, клубни продвигаются вдоль валиков к окну, так как поджимаются вновь поступающим картофелем. Пройдя к окну, клубни попадают во вторую секцию, где совершают такой же путь в противоположную по ширине машины сторону. Пройдя через все четыре секции, клубни подходят к разгрузочному окну и по лотку выходят из машины.

Продвигаясь к машине, клубни непрерывно трутся об абразивные ролики и отмываются водой из душа, благодаря чему кожура с клубней сдирается и смывается. Картофель выходит из машины полностью очищенным, исключение составляют глазки и глубокие впадины. После выхода картофеля из машины проводят доочистку глазков.

Для снижения процента отходов, расхода воды и увеличения срока службы абразивных роликов картофель должен быть предварительно вымыт.

Для получения качественной очистки необходимо регулировать время пребывания картофеля в машине, что осуществляется изменением ширины окон в перегородках и ширины разгрузочного окна. При наладке также регулируется расход воды, который устанавливается минимальным, но достаточным для получения чистого картофеля.

В процессе работы машины абразивные ролики истираются, в результате чего зазор между ними увеличивается до 10... 12 мм. В этом случае необходимо произвести замену роликов на каждом нечетном валу, благодаря чему зазор уменьшается до 5 мм. При повторном увеличении зазора до 10... 12 мм ролики заменяются уже на четных валах, и машина снова работает до предельного зазора, после чего меняются ролики на нечетных валах и т.д.

Неудовлетворительная работа абразивных режущих элементов (выкрашивание, быстрое засаливание) послужила толчком к конструированию картофелечисток с металлическими режущими элементами в виде стальных ножевых лезвий и изготовлением металлических деталей, контактирующих с очищаемыми клубнями, с различного рода выступами и перфорацией. Известна также картофелечистка, в которой применен комбинированный режущий элемент, состоящий из ножевых лезвий, перфорации и абразивного покрытия.

Другим путем преодоления традиционных недостатков абразивных режущих элементов является использование новых конструкционных материалов, например, фирмой Hackman разработана картофелеочистительная машина периодического действия “Прима”. Рабочие органы этой картофелечистки выполнены из пластмассы с закрепленным на ней эпоксидным высокопрочным клеем, слоем карборунда.

Известны попытки выполнения терочных поверхностей рабочих органов в виде многолезвийного режущего инструмента, изготовленного методами гальваностегии.

Еще одним методом улучшения качества очистки является применение прерывистого шлифования. Этот метод широко применяется при шлифовании металла, так как позволяет избежать повышения температуры в зоне контакта.

Процент отходов при очистке картофеля на тепловом агрегате ТА-1 с паровой картофелечисткой КНП-600 благодаря кратковременности воздействия пара (22 - 32 сек) давлением 0,4 • 106 Па сравнительно мал и равен 5 - 8% (65). За счет уменьшения до минимума глубины тепловой обработки потери снижаются до 3 - 4% и в очистительном аппарате, работающем на перегретом паре высокого давления.

При очистке картофеля на огневом очистительном агрегате толщина провариваемого слоя составляет (0,6 - 1,5) ? 10‘3 м, а процент отходов для стандартного некалиброванного картофеля при ручной дочистке колеблется от 10,5 до 15,5% при общем количестве отходов 13,8 - 18,5%

Данные по механическому способу весьма относительны. Если для картофелечистки фирмы Hackman приведены данные оптимального режима очистки, обеспечивающего минимум затрат ручного труда, то для картофелечистки МОК-250 приведены данные режима, обеспечивающего ее проектную производительность. При производительности 250 кг/ч качество очистки картофеля неудовлетворительное, что ведет к повышению отходов и затрат ручного труда при дочистке.

На основании таблицы можно сделать вывод, что наиболее экономичным является тепловой и химический способы очистки. Они обеспечивают снижение потерь продукта и затрат ручного труда.

Меньшее количество отходов при тепловом и химическом способах очистки объясняется тем, что продукт подвергается воздействию теплом и химическим веществом равномерно по всей поверхности, что обеспечивает равномерную толщину удаляемого слоя клубня. При этом на количество отходов почти не влияет конфигурация клубней и их размеры.

Таблица 1.3.

Результаты испытания оборудования различных способов очистки

Используемое оборудование

Производительность

Количество отходов при очистке, %

Количество отходов при дочистке, %

МОК-250

250

20

20

“Прима” (Hackman)

450

25,7

-

Паровой аппарат

УМС-392

6000

18

10,1

Щелочноочистительный агрегат

8000

20,4

5,7

Щелочнопаровой агрегат

8000

21,6

3,7

При всех немеханических способах очистки картофель подвергается тепловому воздействию, что способствует клейстеризации и декстринизации крахмала и гидролизу сахара. Происходит более или менее глубокое изменение углеводного комплекса картофеля в зависимости от продолжительности воздействия теплоносителей или нагретых химических агентов. Например, при очистке картофеля щелочно-паровым способом, когда клубень оклейстеризо-вывается на глубину (3 - 10) • 10'3 м, содержание редуцирующих сахаров увеличивается на 85% по сравнению с их содержанием в исходном сырье (72). При паровом и огневом способах, ввиду кратковременности действия нагревающей среды (острого пара, газа), углеводный комплекс изменяется незначительно. При толщине оклейстеризованного слоя в (1 - 1,5) • 10’3 м содержание редуцирующих сахаров увеличивается всего на 13%.

Изменение углеводного комплекса при очистке в сторону увеличения сахаров нежелательно, особенно при производстве хрустящего картофеля, так как при тепловой обработке происходит карамелизация сахара, покоричневение продукта и ухудшение вкуса.

Тепловое воздействие на картофель при очистке немеханическими способами уменьшает С-витаминную активность продукта. Степень разрушения витамина С, также как и изменение углеводного комплекса определяется продолжительностью теплового воздействия. При щелочном и щелочно-паровом способах очистки происходит наибольшее разрушение витамина С, при огневом и паровом - незначительное.

Потери веществ, не разрушающихся при повышении температуры, определяются их распределением в клубнях и количеством отходов.

Температурный режим очистки и ее продолжительность влияют на микрофлору картофеля и на степень изменения его структуры. Наименьшая микро-обсемененность картофеля наблюдается при паровом способе его очистки (74). При щелочно-паровом способе очистки в результате длительного теплового воздействия (горячим раствором щелочи, острым паром) происходят довольно глубокие структурные изменения в клубнях и увеличивается их микрообсеме-ненность (74).

Основные недостатки немеханических способов очистки состоят, таким образом, в следующем:

громоздкость очистительных установок;

изменение углеводного комплекса в сторону увеличения сахаров; невозможность переработки отходов на крахмал.

Кроме того, щелочной и щелочно-паровой способы имеют ряд и других недостатков:

дополнительный расход воды при отмывке клубней от щелочи;

загрязнение щелочью сточных вод;

большой расход каустической соды.

Механический способ очистки обеспечивает:

возможность переработки отходов на крахмал;

компактность картофелечисток и простоту их обслуживания, что особенно важно для предприятий общественного питания.

Сравнительный анализ различных технологических средств очистки картофеля свидетельствует о том, что машины, работающие на абразивном принципе действия в настоящее время широко распространены, успешно эксплуатируются в системе общественного питания и пищевой промышленности, но требуют дальнейшего совершенствования.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >