Физические методы переработки сырья при производстве пищевых продуктов. Выбор метода измельчения конкретного продукта

Измельчение твердого пищевого продукта — это процесс его деформирования до момента разрушения или разрыва, например, дробление бобов какао, сахара, сухого молока или помол пшеницы в муку, куттерование мяса и др.

Измельчение жидкого пищевого продукта — это процесс диспергирования, например, при образовании эмульсий либо при образовании капелек из струй в процессе сушки распылением.

Поведение твердого тела под действием прилагаемой нагрузки описывают механические характеристики, к которым относят предел упругости, предел прочности на разрыв, предельное напряжение сдвига и область пластичности.

Если прилагаемая нагрузка ниже предела упругости, то испытываемая материалом деформация является упругой, то есть форма материала восстанавливается после снятия нагрузки. Если нагрузка превышает предел упругости материала, то он претерпевает пластическую деформацию, после чего начинает течь (область пластичности) под действием прилагаемой нагрузки до окончательного разрушения.

Значение предела прочности на разрыв зависит от наличия в материале трещин или других дефектов в структуре. В образцах значительных размеров даже небольшая нагрузка может вызвать разрыв материала при незначительной деформации из-за большого количества дефектов структуры.

С уменьшением размера образца материала количество дефектов уменьшается и предел прочности возрастает.

Для разрыва небольших частиц необходимо преодолеть межмолекулярные силы. Вследствие этого очень трудно измельчать частицы, размеры которых меньше определенной величины.

На любую частицу тела, находящегося под нагрузкой, могут действовать напряжения растягивания, сжатия и сдвига. Хотя предельные значения этих напряжений неодинаковы, между ними существует зависимость. Следовательно, можно применять испытание на сжатие для получения предела прочности. В некоторых материалах величина предела прочности, определенная по сжатию, выше, чем при изменении по растяжению, так как при растяжении трещины увеличиваются, а при сжатии уменьшаются.

В промышленности используются различные способы измельчения:

♦  раздавливание между двумя поверхностями;

♦  разрезание (куттерование);

♦  удар о твердую поверхность;

♦  соударение частиц;

♦  срезание частиц в окружающей среде;

♦  раздавливание при трении скольжения;

♦  измельчение немеханическими средствами, например, излучением, теплотой, электричеством, взрывом.

Выбор способа измельчения зависит от свойств обрабатываемого продукта. Твердые, хрупкие материалы, например кристаллы сахара или сухого зерна, лучше измельчать ударом или трением, а пластичные материалы, например мясо, измельчают резанием (куттерованием).

Аналитическое описание процесса измельчения само по себе довольно сложно, так как при измельчении пищевых продуктов происходит многократное усложнение структуры вследствие гетерогенности и изменения свойств в зависимости от внешних условий.

Упругие и неупругие свойства пищевого продукта очень часто изменяются в зависимости от содержания и распределения в них влаги. Кроме того, эти качества часто бывают анизотропными¹: разные слои части продукта обладают различными механическими характеристиками.

Свойства продуктов изменяются в зависимости от интенсивности механического воздействия. Многие пищевые продукты являются пластичными и тягучими, если воздействие происходит медленно, и эластичными или хрупкими в случае ударных нагрузок.

Выбор метода измельчения конкретного продукта определяется, с одной стороны, необходимостью получения продукта с заданными свойствами.

Например, при измельчении свеклы в лапшевидную или желобчатую стружку толщина пластинок не должна превышать 0,5 мм, ширина лапшевидной — 4—6 мм, желобчатой — 2,5—3 мм, но она не должна быть и ниже указанных минимальных размеров. Из более крупной стружки не удается полностью извлечь весь свекловичный сок, более тонкая стружка быстро измельчается и забивает ситочные поверхности, что также приводит к снижению выхода сока.

Вообще качество свекловичной стружки оказывает решающее влияние на работу диффузионной установки и

¹ Анизотропный — материал, отличающийся неодинаковыми свойствами в различном направлении.

оценивается длиной 100 г стружки в метрах (число Силипа) или отношением массы стружки длиной более 5 см к массе стружки длиной менее 1 см (так называемый шведский фактор).

При измельчении картофеля в производстве крахмала основным фактором