К вопросу разделения кожицы топинамбура от мякоти

АННОТАЦИЯ

В современных пищевых производствах все большее применение находит топинамбур. В статье рассматривается кожица как бесконечно тонкая пластина, образовавшаяся в результате очистки топинамбура методом мгновенного сброса давления.

ABSTRCAT

Jerusalem artichoke is increasingly used in modern food production. The article considers the peel as an infinitely thin plate formed as a result of cleaning Jerusalem artichoke using the instant pressure relief method.

Ключевые слова: топинамбур; кожица; метод мгновенного сброса давления; разделение.

Keywords: Jerusalem artichoke; skin; method of instant pressure relief; separation.

В настоящее время во всех развитых странах мира вопросы здорового питания возведены в ранг государственной политики. Доказано, что правильное питание обеспечивает рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний, повышению работоспособности взрослого населения, продлению жизни, создает условия для адекватной адаптации человека к окружающей среде. [9].

Как биологически активная добавка топинамбур распространен в регионе в виде порошков, таблеток, сиропов, некоторых видов мучных изделий для диабетического питания [2].

Ощутимая доля потерь плодов и овощей приходится на переработку, прежде всего это объясняется использованием технологий, где количество отходов может составлять более половины от исходного сырья. В результате теряется множество ценных компонентов и наносится ощутимый вред окружающей среде, доля перерабатываемого вторичного сырья составляет только 20% [6].

Экспериментальными исследованиями обнаружено, что после очистки корне- и клубнеплодов методом мгновенного сброса давления [2], в момент быстрого открытия крышки аппарата происходит мгновенная очистка от кожицы и автоматическая выгрузка как очищенной мякоти, так и кожицы. При оседании в сборнике, част ь кусочков кожицы в виде тонкой пленки обратно налипает на очищенную мякоть. Если учесть, что поверхность мякоти влажная и содержит несколько микроэлементов и различные вещества, связь при налипании в системе «мякоть — кожица» получается по всей поверхности, без воздушных пузырьков и требует определенных усилий [3].

В работе Абдуллаева А.Ш.  и др. предложена компактная технология включающая процесс очистки методом мгновенного сброса давления, отделение налипшей кожицы и мойка в трехфазном псевдоожиженном слое, резка, получение пюре методом мгновенного сброса давления, сушка, скоростное измельчение, охлаждение и классификация [1, с.21-25].

Следует подчеркнуть характерную особенность очистки корнеплодов, в частности топинамбура, методом мгновенного сброса давления, заключающуюся в том, что в процессе очистки происходит сдирание кожицы материала в виде тонкой пленки. Данный фактор является положительным, т.к. потери сырья резко снижаются в 3-5 раза (рис.1).

Рисунок 1. Клубни неочищенного топинамбура и картофеля с обратно налипшими кожицами после очистки методом мгновенного сброса давления

При движении твердых тел, отличающихся по форме от шара, значения коэффициента сопротивления больше и зависят не только от критерия Рейнольдса  Re , но и от фактора формы  Ф [6, с.100], т.е.:

                                      (1)

Здесь

                                              (2)

где S_ш - поверхность шара, имеющего тот же объем, что и рассматриваемое тело поверхностью S.

На рис.2 представлены результаты экспериментальных исследований по фактору формы Ф для тел неправильной формы. Следует отметить, что тело неправильной формы представляют собой пластину, причем ее толщина на порядок и более меньше, чем другие линейные размеры, т.е. длина и ширина (рис.3).

Анализ графика показывает, что функциональная зависимость Ф=f(d) имеет ниспадающий характер. Подобная закономерность сохраняется абсолютно для всех численных значений толщины  d  пластинчатых тел. Исследования установлено, что с ростом эквивалентного диаметра d численные значения фактора формы Ф уменьшаются.

Эквивалентный диаметр пластинчатых тел с бесконечно малой толщиной можно определить по формуле [7, с.105]:

              или                                     (3)

Поверхность тонкостенной пластины по общеизвестной методике определяется как сумма верхней и нижней 2lb, а также  торцевых 2(l+b)×d поверхностей  F = 2lb+2(l+b)×d.

Параметр  Ф  можно вычислить по формуле [7; с.104]:

                                              (4)

При толщине пластины d=0,25 мм рост эквивалентного диаметра частиц от d_э=1,0 до d=8,0 мм величина фактора формы Ф уменьшается от 0,47 до 0,072. Аналогичные результаты получены и для других значений толщин пластин неправильной формы. Например, если толщина пластины d=0,15мм при d=1,0 мм имеем фактор формы Ф=0,33, при d=2,0значение Ф=0,17, при d_э =4,0 мм значение Ф=0,088 и при d=6,0 мм - Ф=0,006.   

Рисунок 3. Бесконечно тонкая пластина

Как видно, увеличение эквивалентного диаметра пластин неправильной формы приводит к возрастанию численных значений фактора формы. Так, если эквивалентный диаметр тела неправильной формы d=1,0 мм, при d=0,1 мм величина Ф=0,22, при d=0,15мм значение Ф=0,32, при d_э =0,2 мм фактор формы Ф=0,405 и, наконец, при d=0,25мм - Ф=0,47. Сравнительный анализ показывает, что с ростом эквивалентного диаметра  пластины с d=0,1 мм до 0,25 мм параметр фактор формы увеличился в 2,14 раза.

Для оптимального ведения процесса разделения твердых неоднородных систем, в частности, смеси кожицы и мякоти, в трехфазном псевдоожиженном слое, важно знать скорости начала псевдоожижения и уноса материалов. Это особенно важно для тел неправильной формы при очень незначительных толщинах ожижаемых материалов, тем более, что подобные материалы в зависимости от скорости потока меняют форму. Это, как известно, влияет на парусность тел, существенно влияет на гидродинамику трехфазного псевдоожиженного слоя и соответственно, критические скорости подобных материалов [4, с.34-35].

В процессе очистки корне- и клубнеплодов методом мгновенного сброса давления, после сброса давления при автоматической выгрузке смеси с сборник, содранная тонкая пленка кожицы обратно налипает на очищенную мякоть. Это вызвано действием адгезионных сил [10, с.22]. Причем, связь между мякотью и кожицей значительна и требует их экспериментального определения.

На рис.4 приведены результаты экспериментальных исследований по размеру налипших кусочков кожицы на силу отрыва F для различных корне- и клубнеплодов.

▲ -морковь; ■ - красная свекла; ● - картофель; ◆ - топинамбур.

Рисунок  4. Зависимость силы отрыва   F   кожицы эквивалентного диаметра d_э кусочков кожицы в трехфазном псевдоожижении.

Интенсивность налипания частиц к твердым поверхностям можно оценивать по силе прилипания. Анализ результатов исследований, изображенных в виде функции F=f(d_э), показывает, что восходящий характер зависимости силы отрыва от поверхности кусочков кожицы. Как видно из графика, наибольшее усилие для отрыва кожицы от мякоти требуется для кожицы топинамбура, а наименьшее - моркови. Значительное влияние поверхности налипания на силу отрыва видно на примере смывании кожицы топинамбура.   

Так, в трехфазном псевдоожиженном слое для отрыва кожицы размером 2,5х4,5 мм от мякоти требуется усилие в F=0,32Н,  для кусочка размером 20х25 мм необходимое усилие F=1,52Н, а для кожицы размером 50х50 мм - соответственно F=2,59Н.

Список литературы:

1. Абдуллаев А.Ш., Нурмухамедов Х.С.,   Абдурахимова А.У.,   Абдуллаева С.Ш. Эффективная технология получения пищевых порошков из корне- и клубнеплодов // Хранение и переработка сельхозсырья // 2016, №10. - с.21-25.
2. Абдурахимова А.У., Нурмухамедов Х.С., Нигмаджанов С.К., Темиров О.Ш. Ожижение тел неправильной формы в трехфазном псевдоожиженном слое // Химическая технология. Конт роль и управление, 2016. — № 4. — с.18-23.
3. Абдурахимова А.У., Абдуллаев А.Ш., Абдуллаева С.Ш., Нурмухамедов Х.С. Интенсификация процесса очистки некоторых корнеплодов. — Тошкент, Фан ва технологиялар, 2013. — 127 с.
4. Абдурахимова А.У. Разделение смеси «твердое тело-твердое тело» в трехфазном псевдоожиженном слое и разработка эффективного аппарата / Дисс...канд.т ехн.наук, Ташкент, 2018.- 200 с.
5. Зеленков В.Н., Кочнев Н.К., Щелкова Т.В. Топинамбур (земляная груша) – перспективная культура многоцелевого назначения. – Новосибирск: НТФ «Арис», 1993.
6. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: 2006.-798 с.
7. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основные процессы технологии минеральных удобрений. - М.: Химия, 1990.-304 с.
8. Кормановский Л. П. Приоритетный национальный проект «Развитие АПК» и энергоресурсосбережение // Междунар. науч.-техн. конф. «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве»: труды. – Ч. 1. – Москва, 2006. – С. 11-17.
9. Т.Н. Сафронова, Л.Г. Ермош, И.П. Березовикова Новый вид переработки топинамбура. Вестник КРАСГау. 2010. №9. С. 168-174.
10. Юсупбеков Н.Р., Нурмухамедов Х.С., Зокиров С.Г. Кимёвий технология асосий жараён ва курилмалари. – Т.: Шарк, 2003. – 644 с.