ЭлБиб

Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств» ___ № 3, 2016

surface of the food product on the cutting depth is investigated at –7°C, –25°C, pressure change from 50MPa

to 150MPa, 0.35·10

-3

m and 0.60·10

-3

m nozzle diameter, the speed of waterjet movement over the foodstuff being

0.015 m/s; 0.025 m/s; 0.050 m/s, and 0.100 m/s. The distance from the nozzle to the surface of the foodstuff varied

from 2·10

-3

to 90·10

-3

Generalized analysis of experimental data, the methods of dimensional and statistical

analysis is used. A non-dimensional dependence for selecting cutting depth of foodstuff taking into account its

strength properties, optimum distance between nozzle edge and food surface, nozzle diameter, as well as waterjet

hydraulic and operating parameters waterjet movement speed of and quality of its formation, is shown.

Experimental data show that when water jet speed increases cutting surface increment speed also increases,

reaches a maximum and then starts decreasing, regardless of the temperature of the food product, water pressure,

and nozzle diameter.

A 3–4 times’ increase in the efficiency of meat hydrocutting process at –25°C by using the waterjet stream

compared to a waterjet in which the salt or ice crystals act as an abrasive crystals is observed. Lowering the

temperature of the water jet to –1°C leads to an abrupt increase (by 30 and 50% for pressure of 150 and 50 MPa

respectively) cut depth in the frozen food product.

The influence of polyethylene oxide (PEO) concentration on cutting depth and rate for food frozen at –25°C by

pressure water-polymer jet of 100 MPa flow pressure and 0.35·10

-3

m nozzle diameter is investigated. It is shown

that rational cutting speed increases more than twice with increasing PEO concentration in water and reaches its

maximum at 0.0013% when PEO molecular mass is 6·10

and 0.007% for molecular mass of 4·10

. It is

experimentally proved that when polyethyleneoxide water solutions as a working liquid are used the optimum

distance between nozzle edge and food surface increases 15 times, cutting depth at cutting speed of 0.100 m/s –

4 times, and the quality of the cut surfaces is also improved.

Keywords:

foodstuff; hydrocutting; cutting depth; cutting width; quality of cut surface; polymer solution;

polyethyleneoxide.

Введение

Гидрорезание используется во многих областях промышленности, поскольку этот метод высоко

технологичен в сравнении с традиционными методами резания [1–3]. Несмотря на это в пищевой

промышленности он практически не применяется [4]. Только в странах дальнего зарубежья имеется опыт

гидрорезания тортов, овощей, фруктов, шоколада, различных видов плотных пищевых продуктов [5].

Основной причиной, по которой метод гидрорезания не применяется в пищевой промышленности,

является отсутствие комплексных научных исследований данного процесса, а следовательно, и разработок

гидрорежущего оборудования для пищевых продуктов [6]. В этой связи, с точки зрения научной новизны,

данный метод вызывает значительный интерес.

Опыт применения водяных струй в качестве режущего инструмента для разрезания пищевых

продуктов, который имеется на кафедре оборудования пищевых производств ДонНУЭТ им. Михаила

Туган-Барановского, выявил целый ряд достоинств, присущих waterjet-технологии. В исследовательских

работах [6–8] была доказана практическая целесообразность использования высокоскоростной струи

воды, формируемой соплом с выходным отверстием от 0,2·10

-3

до 0,8·10

-3

м и давлением перед соплом

от 300 до 500 МПа для разрезания замороженных пищевых продуктов. При этом максимальная глубина

реза в замороженном блоке филе хека, имеющего температуру –11

С, не превышала 85·10

-3

м при давлении

500 МПа и диаметре сопла 0,4·10

-3

м. В замороженных пищевых продуктах при более низких

температурах, естественно, глубина реза будет еще меньше. Поэтому понижение температуры пищевого

продукта до –25

С и ниже исключает возможность использования водоструйной резки при давлениях

меньше 250÷300 МПа. Гидрорезание при давлениях 300÷500 МПа существенно улучшает качество

поверхности разреза в пищевом продукте, но одновременно приводит к удорожанию в 2÷3 раза процесса

резки. Сегодня для внедрения струйных технологий в пищевую промышленность необходимо

приобретение дорогостоящего оборудования высокого давления (до 500 МПа), требующее не только

значительных одноразовых затрат, но и затрат на его дальнейшее обслуживание.

Указанные обстоятельства – высокие рабочие давления, а следовательно, высокая стоимость

оборудования, малые скорости перемещения водяной струи, не обеспечивающие максимальную

производительность с наименьшими энергозатратами на формирование струи [6, 8] – стали

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека