PRocesy a zařízení potravinářských a biotechnologických výrob



Podobné dokumenty
VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ TÉMATA PŘEDNÁŠEK

Bilan a ce c zák á l k ad a ní pojm j y m aplikace zákonů o zachování čehokoli

Oborový projekt 2013/2014 (návrh témat)

VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ SYLABY PŘEDNÁŠEK TRANSPORT LÁTEK MEMBRÁNAMI MEMBRÁNOVÉ MATERIÁLY

Základy chemických technologií

1. Základní pojmy, chemické inženýrství jako nástroj převodu chemického návrhu do chemické technologie.

PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ cvičení 2

Základy chemických technologií

Filtrace

Potravinářská technika H1PT 3. ročník MSP, akademický rok 2011/2012

Měření a řízení chemických, potravinářských a biotechnologických procesů

TLAKOVÉ MEMBRÁNOVÉ PROCESY A JEJICH VYUŽITÍ V OBLASTI LIKVIDACE ODPADNÍCH VOD

KADLEC, I. et al.: Syrové kravské mléko a jeho jakost. Praha, Milcom servis 1998, 50 s.

ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU

PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ cvičení 5

Základy chemických technologií

Témata bakalářských prací

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

Oborový projekt 2013/2014 anotace témat

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

MODELOVÁNÍ. Základní pojmy. Obecný postup vytváření induktivních modelů. Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10

Model dokonalého spalování pevných a kapalných paliv Teoretické základy spalování. Teoretické základy spalování

VYHLÁŠKA č. 366/2005 Sb. ze dne 5. září 2005, o požadavcích vztahujících se na některé zmrazené potraviny

ARCHITEKTONICKÁ A ENERGETICKÁ KONCEPCE NÍZKOENERGETICKÝCH OBJEKTŮ. Ing. arch. Kristina Macurová Doc. Ing. Antonín Pokorný, Csc.

Otázky Chemické inženýrství I ak. rok 2013/14

Membránové procesy v mlékárenském průmyslu

Druhy a složení potravin

Separační metody Historie: Rozvoj separačních metod od minulého století Postavení separačních metod v rámci analytické chemie Význam chromatografie a

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová

Digitální učební materiál

9 Charakter proudění v zařízeních

Organická chemie 1. ročník studijního oboru - gastronomie.

Legislativní požadavky na měření teploty ve zmrazených potravinách

Bezpečnost chemických výrob N Petr Zámostný místnost: A-72a tel.:

Příklad 1: Bilance turbíny. Řešení:

Potravinářské a biochemické technologie

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

Základní charakteristika výzkumné činnosti Ústavu fyzikální chemie

TECHNOLOGICKÉ PROCESY A APARÁTY

Separační procesy Separační procesy. Dělení heterogenních směsí

Potravinářské a biochemické technologie

ODSTRAŇOVÁNÍ LÉČIV MEMBRÁNOVÝMI PROCESY

CVIČENÍ č. 11 ZTRÁTY PŘI PROUDĚNÍ POTRUBÍM

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 11

Modelování a simulace Lukáš Otte

Kondenzace brýdové páry ze sušení biomasy

VLIV TECHNOLOGICKÉHO ZPRACOVÁNÍ NA OSUD NUTRIČNĚ VÝZNAMNÝCH LÁTEK OVOCE A ZELENINY

Teorie systémů TES 3. Sběr dat, vzorkování

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby

Stanovení měrného tepla pevných látek

Druhy a složení potravin

10. Chemické reaktory

Technik pro řízení výroby v konzervárenství (kód: M)

Jednotlivým bodům (n,2,a,e,k) z blokového schématu odpovídají body na T-s a h-s diagramu:

PROTOKOL O PROVEDENÉM MĚŘENÍ

Vnitřní energie, práce a teplo

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

Hmotnost atomů a molekul 6 Látkové množství 11. Rozdělení směsí 16 Separační metody 20. Hustota, hmotnostní a objemový zlomek 25.

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

Seminář. Membránové procesy v potravinářství 2016

h nadmořská výška [m]

FOTOKATALYTICKÁ OXIDACE BIOLOGICKY OBTÍŽNĚ ODBOURATELNÝCH ORGANICKÝCH LÁTEK OBSAŽENÝCH V NADBILANČNÍCH VODÁCH ZE SKLÁDEK KOMUNÁLNÍHO ODPADU

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL.

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

Skladování, balení a expedice mlýnských výrobků (kód: H)

Třídění látek. Chemie 1.KŠPA

Sylaby okruhů pro SZZ v MSP Technologie potravin, studijním oboru Technologie potravin platné od a.r.2016/2017 strana 1/5

Technologické operace probíhající za teploty okolí

Miloslav Dohnal 1 PROCESNÍ VÝPOČTY TECHNOLOGIÍ

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

Autokláv reaktor pro promíchávané vícefázové reakce

Výroba cukrů ve 21. století cukerné sirupy vs. cukr. Marcela Sluková

Snižování obsahu cukru v potravinách bariéry a východiska. Ing. Rudolf Ševčík, Ph.D. (VŠCHT Praha)

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

VLASTNOSTI VLÁKEN. 3. Tepelné vlastnosti vláken

Laboratorní úloha Diluční měření průtoku

148 VYHLÁŠKA ze dne 18. června 2007 o energetické náročnosti budov

10. Energie a její transformace

Bezpečnost chemických výrob N111001

Projekt podpořený Operačním programem Přeshraniční spolupráce Slovenská republika Česká republika

Osnova pro předmět Fyzikální chemie II magisterský kurz


VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P02 DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

Tuky (nejen) v pekařských výrobcích

TERMICKÁ DESORPCE. Zpracování odpadů. Sanační technologie XVI , Uherské Hradiště

STANDARDNÍ OPERAČNÍ POSTUP 2 Stanovení čisté hmotnosti a původního podílu produktu: Aktivita 2350/KA Předmět a vymezení. 2 Definice výrobku

Fyzika - Sexta, 2. ročník

LABORATOŘ KOVŮ A KOROZE VZDĚLÁVÁNÍ ODBORNÉ KURZY A SEMINÁŘE

Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu

Ing. Zuzana Honzajková. VŠCHT Praha, ÚCHOP, Technická 5, Praha 6,

Blokové schéma Clausius-Rankinova (C-R) cyklu s přihříváním páry je na obrázku.

Hodnoticí standard. Výroba konzerv (kód: H) Odborná způsobilost. Platnost standardu

Hodnoticí standard. Operátor pasterační stanice (kód: M) Odborná způsobilost. Platnost standardu

4.Mísení, míchání MÍCHÁNÍ

Separace plynů a par. Karel Friess. Ústav fyzikální chemie, VŠCHT Praha. Seminář Praha

Transkript:

PRocesy a zařízení potravinářských a biotechnologických výrob Pavel Kadlec Karel Melzoch Michal Voldřich a kolektiv KEY Publishing s.r.o. Ostrava 2012 1

Zdeněk Bubník, Helena Čížková, Jaroslav Dobiáš, Vladimír Filip, Milan Houška, Milan Jahoda, Karel Kadlec, Pavel Kadlec, Václav Koza, Karel Melzoch, Petr Pipek, Josef Příhoda, Mojmír Rychtera, Rudolf Ševčík, Jiří Štětina, Michal Voldřich, Lenka Votavová 2012 ISBN 978-80-7418-086-6

Autoři jednotlivých kapitol knihy prof. Ing. Zdeněk Bubník, CSc. (kapitoly 20, 24, 25) Ing. Helena Čížková, Ph.D. (kapitola 11) doc. Ing. Jaroslav Dobiáš, CSc. (kapitoly 13, 40, 41) prof. Ing. Vladimír Filip, CSc. (kapitoly 19, 20, 23, 24, 33) Ing. Milan Houška, CSc. (kapitoly 9, 29) doc. Dr. Ing. Milan Jahoda (kapitoly 1, 2, 3, 4, 5, 17, 42) doc. Ing. Karel Kadlec, CSc. (kapitola 6) prof. Ing. Pavel Kadlec, DrSc. (kapitola 18, editor) doc. Ing. Václav Koza, CSc. (kapitoly 10, 30, 31, 32, 33, 34, 37, 38) prof. Ing. Karel Melzoch, CSc. (kapitoly 21, 22, editor) prof. Ing. Petr Pipek, CSc. (kapitola 38) doc. Ing. Josef Příhoda, CSc. (kapitoly 9, 14, 15, 35, 36) prof. Ing. Mojmír Rychtera, CSc. (kapitoly 26, 27) Ing. Rudolf Ševčík, Ph.D. (kapitola 30, 31, 38, 39) doc. Ing. Jiří Štětina, CSc. (kapitoly 7, 16, 18, 31, 32) prof. Ing. Michal Voldřich, CSc. (kapitoly 8, 11, 12, 24, 24.5, 28, 29, 30, 31, 34, 37, 38, 39, 43, editor) Ing. Lenka Votavová, Ph.D. (kapitoly 8, 28, 31, 38, 39) 3

kapitola Úvod Cílem každé průmyslové i dílenské výroby je vyrobit za minimálních investičních a provozních nákladů široký sortiment kvalitních a dobře prodejných výrobků, vyprodukovat maximální zisk a minimalizovat negativní vliv na životní prostředí. Při výrobě potravin je prioritní zajistit, vedle výše uvedených obecných zásad, zdravotní nezávadnost potravin, s prodlouženou trvanlivostí a s minimálními změnami senzorických a nutričních vlastností. Nabídka vyráběného sortimentu potravin se musí vyznačovat atraktivní chutí, barvou, vůní, texturou i lákavým a funkčním obalem. Pro řadu potravin je důležité prodloužit období, kdy potraviny zůstávají zdravé, nezávadné a trvanlivé, pomocí konzervačních technik, při nichž dochází k inhibici nežádoucích mikrobiologických a biochemických změn a tím se získává čas pro distribuci potravin od výrobce ke spotřebiteli a pro jejich skladování doma před vlastní konzumací. Ke splnění těchto náročných požadavků jsou klíčové potravinářské zpracovatelské procesy, zahrnující kombinaci postupů, které vedou k dosažení žádaných parametrů zpracovávaných surovin. Tyto procesy se skládají z jednotkových operací, které mají svůj specifický, identifikovatelný a očekávaný efekt na potraviny. K uspořádání textu této knihy byl proto zvolen způsob, který není obvyklý v učebnicích chemického inženýrství, ale lépe vyhovuje právě popisu a výkladu procesů typických pro potravinářství a biotechnologické výroby. Text knihy vychází z původních skript Procesy potravinářských a biotechnologických výrob, vydaných na VŠCHT v Praze v roce 2003 a je rozdělen na 6 částí, kapitoly jsou v celém textu číslovány průběžně. Část I popisuje základní principy vycházející z chemického inženýrství, včetně kapitoly o měření základních technologických veličin, část II se ve stručnosti zabývá vlastnostmi potravin, část III 5

popisuje operace probíhající při teplotě okolí a při nichž dochází k minimálnímu ohřevu potravin, část IV zahrnuje procesy s tepelným ošetřením potravin, kde zahřátí vede k prodloužení trvanlivosti potravin nebo k úpravě pokrmů, část V popisuje procesy spojené s odebráním tepla, při nichž se potraviny chladí za účelem prodloužení trvanlivosti nebo jejichž cílem je dosažení minimálních změn nutričních a senzorických vlastností a závěrečná část VI pak zahrnuje operace, které jsou sice integrální součástí potravinářských procesů, ale vzhledem k hlavním zpracovatelským procesům jsou jen doplňkové. Ve většině kapitol je nejprve popsán teoretický základ jednotkové operace. Jsou uvedeny potřebné vztahy pro výpočet provozních parametrů, navazující na základní vztahy známé z kurzů chemického a potravinářského inženýrství. U některých operací, kde je teoretický popis příliš složitý a obtížně v praxi použitelný, je vysvětlen princip operace jen slovně. Hlavní důraz je kladen na sledování vlivu jednotlivých procesů na vlastnosti a kvalitu potravin (složení, barvu, aroma, texturu, senzorické vlastnosti produktu, nutriční hodnotu aj.). Dále jsou uvedeny v jednotlivých kapitolách funkční principy použitých strojů a zařízení, jejich začlenění do výrobních linek a aplikace v dílčích odvětvích výroby a zpracování potravin. Ve většině kapitol jsou zařazeny vzorové příklady a zjednodušené výpočty (např. v ustálených stavech apod.), které jistě budou užitečné a inspirující pro potenciální uživatele. Všechny výrobní postupy jsou hodnoceny především podle vlivu na zlepšení a udržení kvality potravin, včetně senzorických a nutričních vlastností, dále podle energetické náročnosti a vlivu na životní prostředí. Cílem knihy je ukázat, jak jsou důležité znalosti vlastností potravin pro řízení a kontrolu procesů v provozních podmínkách i pro návrh a funkci strojních zařízení tak, aby se dosáhlo požadované kvality potravin s prodlouženou trvanlivostí a s minimálními změnami senzorických a nutričních vlastností. Kniha logicky navazuje na úspěšné vydání knižní publikace Kadlec P., Melzoch K., Voldřich M. a kolektiv (2009): Co byste měli vědět o výrobě potravin? Technologie potravin (http://www.keypublishing.cz/site/katalog-150-), která byla členěna po dle technologií. Podobně jako předchozí titul, je i tato kniha určena všem zájemcům o odborné znalosti související s inženýrskými procesy při výrobě potravin a měla by sloužit nejen jako učebnice pro studenty potravinářského a příbuzného zaměření všech stupňů, ale také jako zdroj základních informací pro odbornou veřejnost a pracovníky v potravinářství. Vzhledem k omezenému rozsahu stránek nemůže text jít do podrobností ani nemůže nahradit živé přednášky a podrobné cizojazyčné monografie. V české odborné literatuře takovýto souborný text dosud nebyl zpracován. Zájemcům o hlubší studium lze doporučit knižní literaturu, která je uvedena za každou kapitolou této knihy. Spoluautory knihy jsou pedagogové technologických ústavů Fakulty potravinářské a biochemické technologie VŠCHT v Praze a učitelé, kteří se podílejí na výuce procesních předmětů na fakultě. Všem spoluautorům patří dík za jejich práci, nemalý dík patří rovněž odborníkům z praxe, kteří se podíleli na recenzi textu. Kniha by samozřejmě nemohla být vydána nebýt finanční podpory sponzorů z řady firem, které dodávají přístroje a zařízení do potravinářských a biotechnologických podniků a laboratoří, a dále z řady potravinářských podniků a dalších institucí. 6

Obsah Úvod...5 ČÁST 1. Základní principy...13 1 Hmotnostní a energetické bilance (Milan Jahoda)...15 1.1 Základní pojmy... 15 1.2 Hmotnostní bilance... 17 1.3 Energetická bilance... 17 1.4 Obecný postup při bilančních výpočtech... 18 2 Kontinuální a přetržité procesy (Milan Jahoda)...19 3 Tok kapalin (Milan Jahoda)...21 4 Sdílení tepla (Milan Jahoda)...23 4.1 Sdílení tepla vedením... 23 4.2 Sdílení tepla prouděním... 24 5 Sdílení hmoty (Milan Jahoda)...27 6 Měření technologických veličin (Karel Kadlec)...31 6.1 Skladba měřicího přístroje... 31 6.2 Měření tlaku... 33 6.3 Měření teploty... 38 6.4 Měření hladiny... 44 6.5 Měření průtoku... 49 6.6 Měření složení... 56 ČÁST 2. Vlastnosti potravin...63 7 Fyzikálně chemické základy disperzních potravinářských soustav (Jiří Štětina)...65 8 Aktivita vody (Lenka Votavová, Michal Voldřich)...71 9 Mechanické a reologické vlastnosti potravin (Josef Příhoda, Milan Houška)...77 9.1 Mechanické vlastnosti a textura... 77 9.2 Základní teoretické úvahy o chování látek... 78 9.3 Reometrie... 85 9.4 Měření mechanických vlastností... 89 9.5 Měření konzistence tekutých potravin... 90 9.6 Aplikace reologických měření na některých uzančních přístrojích s empirickým vyhodnocením... 91 10 Tepelné vlastnosti (Václav Koza)...97 10.1 Přibližný výpočet tepelných vlastností... 97 10.2 Měrná tepelná kapacita... 98 10.3 Tepelná vodivost (Jiří Štětina)... 98 10.4 Teplotní vodivost (tepelná difuzivita)... 99 10.5 Tání, tuhnutí, odpařování a příslušná skupenská tepla... 100 11 Vliv zpracování na senzorické a nutriční vlastnosti potravin (Helena Čížková, Michal Voldřich)...101 11.1 Senzorické vlastnosti... 101 11.2 Nutriční vlastnosti... 103 7

12 Správná hygienická praxe (Michal Voldřich)...105 12.1 Obecné požadavky na prostory... 106 12.2 Design provozu a zařízení... 110 ČÁST 3. Procesy s minimálním tepelným zásahem...113 13 Příprava surovin (Jaroslav Dobiáš)...115 13.1 Čištění... 115 13.2 Třídění... 117 13.3 Odslupkování loupání... 119 13.4 Manipulace se surovinami... 121 14 Dezintegrace (Josef Příhoda)...125 14.1 Teorie... 125 14.2 Účinnost dezintegrace a spotřeba energie... 126 14.3 Zařízení... 127 15 Prosévání (Josef Příhoda)...131 15.1 Účinnost práce síta... 133 15.2 Sítová analýza se sadou sít... 134 15.3 Síta v potravinářském průmyslu... 135 16 Úprava potravinářských koloidních systémů (Jiří Štětina)...137 16.1 Teorie... 138 16.2 Zařízení... 139 16.3 Aplikace... 144 17 Míchání (Milan Jahoda)...145 17.1 Míchání pevných látek... 145 17.2 Míchání kapalin... 149 18 Separace podle měrných hmotností (Pavel Kadlec, Jiří Štětina)...159 18.1 Usazování a odstřeďování... 159 18.2 Zařízení... 161 18.3 Aplikace... 171 19 Lisování (Vladimír Filip)...174 19.1 Teorie... 174 19.2 Zařízení... 177 19.3 Aplikace procesu lisování v potravinářství... 181 19.4 Vliv procesu lisování na potraviny... 184 20 Filtrace (Zdeněk Bubník, Vladimír Filip)...186 20.1 Teorie... 186 20.2 Hmotnostní bilance filtrace... 190 20.3 Filtry a filtrační zařízení používané v potravinářských technologiích... 191 21 Membránová separace (Karel Melzoch)...199 21.1 Princip separace... 200 21.2 Membrány... 201 21.3 Charakteristika toků... 203 21.4 Zanášení membrán a jejich regenerace... 204 21.5 Membránové moduly... 205 21.6 Uspořádání membránového separačního procesu... 206

21.7 Mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace a reverzní osmóza... 207 21.8 Elektrodialýza... 209 21.9 Pervaporace a permeace plynů... 210 21.10 Membránová destilace... 212 21.11 Dialýza... 213 22 Chromatografické separace a výměna iontů (Karel Melzoch)...214 22.1 Účinnost separace v chromatografii... 215 22.2 Uspořádání preparativní chromatografické stanice... 216 22.3 Gelová permeační chromatografie... 218 22.4 Iontovýměnná chromatografie... 219 22.5 Rozdělovací chromatografie... 219 22.6 Afinitní chromatografie... 220 23 Adsorpce, odbarvování (Vladimír Filip)...221 23.1 Teorie... 221 23.2 Zařízení a proces... 223 23.3 Aplikace procesu adsorpce v potravinářství... 224 23.4 Vliv procesu adsorpce na potraviny... 226 24 Extrakce (Zdeněk Bubník, Vladimír Filip, Michal Voldřich)...228 24.1 Teorie... 228 24.2 Extrakční zařízení v potravinářském průmyslu... 235 24.3 Vliv procesu extrakce na potraviny... 238 24.4 Aplikace procesu extrakce... 239 24.5 Superkritická extrakce (Michal Voldřich)... 239 25 Krystalizace, nukleace, srážení a distribuce částic (Zdeněk Bubník)...244 25.1 Teorie... 245 25.2 Rozdělení krystalizačních procesů... 254 25.3 Popis speciálních krystalizačních postupů... 256 25.4 Krystalizační zařízení kritéria volby... 256 26 Fermentační technologie (Mojmír Rychtera)...260 26.1 Teorie... 261 26.2 Zařízení pro fermentační procesy... 283 27 Enzymové technologie (Mojmír Rychtera)...290 27.1 Teoretické základy průmyslové výroby enzymů... 290 27.2 Způsoby aplikace enzymů v potravinářských procesech... 297 27.3 Reaktory s imobilizovanými enzymy a membránové reaktory... 300 27.4 Přehled významných aplikací enzymů v potravinářském průmyslu... 305 28 Ozařování, světelné pulzy, ultrazvuk (Michal Voldřich, Lenka Votavová)...310 28.1 Ozařování... 310 28.2 Zpracování potravin světelnými pulzy... 318 28.3 Konzervace potravin ultrazvukem... 320 29 Procesy s využitím vysokého hydrostatického tlaku (Michal Voldřich, Milan Houška)...322 29.1 Vliv tlaku na jednotlivé složky potravin a na reakce... 323 29.2 Zařízení... 327 29.3 Zhodnocení perspektiv a aplikace v průmyslu... 329 9

ČÁST 4. Procesy s tepelným ošetřením potravin...331 30 Blanšírování (Václav Koza, Michal Voldřich, Rudolf Ševčík)...333 30.1 Princip a účel... 333 30.2 Zařízení pro blanšírování... 334 31 Pasterace a tepelná sterilace (Michal Voldřich, Václav Koza, Lenka Votavová, Jiří Štětina, Rudolf Ševčík)...338 31.1 Konzervace potravin záhřevem... 338 31.2 Vliv záhřevu na mikroorganismy... 339 31.3 Kvantitativní popis termoinaktivace... 340 31.4 Výpočty ohřevu a chlazení... 346 31.5 Sterilační zařízení přehled... 346 32 Odpařování (Václav Koza, Jiří Štětina)...354 32.1 Zapojení odparek... 354 32.2 Příklady konstrukce odparek... 358 32.3 Vliv odpařování na vlastnosti zahušťované potraviny... 360 32.4 Příklady aplikací odpařování... 360 33 Destilace (Václav Koza, Vladimír Filip)...362 33.1 Destilace... 362 33.2 Deodorace, destilace s vodní parou... 372 33.3 Molekulární destilace... 378 34 Sušení (Václav Koza, Michal Voldřich)...380 34.1 Sušení vzduchem... 380 34.2 Mechanismus sušení... 385 34.3 Fáze sušení... 385 34.4 Sušení hygroskopických potravin... 386 34.5 Sušení v kontaktních sušárnách... 387 34.6 Sublimační sušení lyofilizace... 387 34.7 Expanzní sušárny... 387 34.8 Přehled zařízení... 387 35 Extruze (Josef Příhoda)...390 35.1 Teoretické základy extruze... 391 35.2 Konstrukční uspořádání extrudérů... 392 36 Pečení, restování a smažení (Josef Příhoda)...395 36.1 Sdílení tepla při pečení, restování a smažení... 395 36.2 Proces pečení... 397 36.3 Konstrukční uspořádání zařízení na pečení, smažení a restování... 398 37 Mikrovlnný, dielektrický, infračervený a ohmický ohřev (Michal Voldřich, Václav Koza)...403 37.1 Mikrovlnný a dielektrický ohřev... 403 37.2 Odporový ohřev... 411 37.3 Infračervený ohřev... 414

ČÁST 5. Procesy s odebráním tepla...417 38 Chlazení a uchovávání v chladu (Michal Voldřich, Lenka Votavová, Václav Koza, Rudolf Ševčík, Petr Pipek)...419 38.1 Vliv nízké teploty na mikroorganismy... 419 38.2 Konzervace potravin uchováním v chladu... 420 38.3 Zařízení... 424 38.4 Chladírenské skladování... 428 38.5 Vliv chlazení na potraviny... 429 39 Zmrazování a mrazírenské skladování (Michal Voldřich, Lenka Votavová, Rudolf Ševčík)...430 39.1 Teoretické základy zmrazování potravin... 430 39.2 Tvorba krystalů ledu... 430 39.3 Koncentrace rozpuštěných látek... 432 39.4 Změny objemu... 433 39.5 Postupy a zařízení pro zmrazování... 433 39.6 Změny probíhající v potravinách... 435 39.7 Rozmrazování... 438 39.8 Vymrazování zahušťování vymrazováním vody... 438 ČÁST 6. Doplňkové procesy...441 40 Balení (Jaroslav Dobiáš)...443 40.1 Propustnost obalových materiálů... 443 40.2 Migrace složek obalového materiálu do baleného produktu... 447 41 Plnění (Jaroslav Dobiáš)...451 41.1 Plnění... 451 41.2 Uzavírání... 453 41.3 Garance neporušenosti... 458 42 Doprava materiálu (Milan Jahoda)...460 42.1 Doprava pevných látek... 460 42.2 Doprava kapalin... 464 42.3 Doprava plynů... 464 43 Skladování v řízené atmosféře (Michal Voldřich)...466 Rejstřík...473 11

kapitola 1 Hmotnostní a energetické bilance (Milan Jahoda) 1.1 Základní pojmy Hmotnostní a energetické bilance jsou základem při navrhování procesních aparátů, při kontrole, řízení a racionalizaci výroby a při dalších výpočtech. Bilancujeme pouze veličiny závislé na velikosti systému (extenzivní veličiny), mezi které patří např. hmotnost, látkové množství, energie, entalpie, hybnost, atd. Pro bilance musíme definovat prostorovou oblast označovanou jako bilancovaný systém. Tento systém je přesně ohraničený objekt např. výrobní aparát, část aparátu nebo celá výrobní linka. Podle propustnosti hranic rozlišujeme: ¾otevřený systém, který může se svým okolím vyměňovat hmotu a energii v průběhu časového období bilancování, ¾uzavřený systém, který nemůže se svým okolím vyměňovat hmotu v průběhu časového období bilancování, ale může vyměňovat energii, ¾izolovaný systém, který nemůže se svým okolím vyměňovat hmotu ani energii v průběhu časového období bilancování. Bilanční období je časový úsek, po který provádíme bilanci. Toto období může např. trvat rok, několik let, hodinu, sekundu nebo velmi krátké období dτ. 15

1 Základní principy Obecně můžeme bilanci vyjádřit vztahem: Rovnice [1.1] a [1.2] můžeme zjednodušeně vyjádřit vztahem: Vstup/výstup je množství bilancované veličiny, které během bilančního období vstoupí/vystoupí z/do okolí přes hranice do/z bilancovaného systému jedním nebo více proudy. Vstup i výstup může být spojitý (kontinuální) nebo nespojitý (diskontinuální). Spojitý vstup znamená stálý přísun bilancované veličiny např. potrubím. Pokud se množství dodávané nebo odebírané veličiny mění s časem, jedná se o neustálený proces. Proces je ustálený, jestliže je množství bilancované veličiny během bilančního období konstantní. Při nespojitém procesu je veličina dodávána nebo odebírána po dávkách nebo kusech. Nespojité procesy rozdělujeme na vsádkové a periodické. U vsádkových procesů do/z bilančního systému vstupuje/vystupuje jen jedna dávka během celého bilančního období. Pokud se dávky opakují ve stejných časových intervalech, jedná se o proces periodický. Nespojitý proces může být také obecně nespojitý jak s proměnným množstvím jednotlivých dávek veličiny, tak i proměnnými časovými intervaly mezi nimi. Zdroj je množství veličiny, které vznikne v bilancovaném systému během bilančního období a může mít kladnou, nulovou nebo zápornou hodnotu. Zdroj je např. vznik nebo zánik nějaké sloučeniny chemickými reakcemi. Akumulace představuje přírůstek bilancované veličiny v bilancovaném systému za bilanční období a může mít kladnou, nulovou nebo zápornou hodnotu. 16

1 Základní principy Akumulaci se zápornou hodnotou označujeme jako úbytek. Při nulové akumulaci je bilanční systém v ustáleném stavu. V dalším textu se zaměříme na bilance dvou veličin: hmotnosti a energie. 1.2 Hmotnostní bilance Hmotnostní bilance je vyjádřením zákona o zachování hmoty. Při hmotnostní bilanci bilancujeme buď hmotnost m (kg), nebo hmotnostní tok (kg/s). Bilancovat můžeme směsi složek (celková bilance) nebo jednotlivé složky (složková bilance), které se v bilančním systému vyskytují. Pro vyjádření zastoupení složek v jednotlivých proudech se užívají hmotnostní zlomky. Složkou může být čistá chemická sloučenina definovaná vzorcem nebo také směs látek, jejíž složení se průchodem bilančním systémem nezmění. Např. při bilanci sušárny dělíme proudy materiálu a vzduchu do následujících složek: suchý materiál, suchý vzduch a voda. Avšak v bilanci jiného systému, kde se také vyskytuje proud vzduchu např. spalovací pec, užijeme složky: kyslík a dusík. Celkovou hmotnostní bilanci bilančního systému můžeme podle rovnice [1.3] napsat ve tvaru: J J d m m j = m j + dτ j = 1 vstup j = 1 + zdroj = výstup kde m j je hmotnostní tok proudu j, J počet všech proudů v bilančním systému. akumulace [1.4] U celkové bilance hmotnosti předpokládáme, že platí zákon o zachování hmotnosti, proto je zdroj nulový. Žádnými procesy celková hmotnost nevzniká ani nezaniká. Součet hmotností složek zanikajících, např. v chemických reakcích, je roven součtu hmotností složek vznikajících. Složkové bilance hmotnosti pro bilanční systém vyjádříme podle rovnice [1.3]: + kde w ij je hmotnostní zlomek složky i v proudu j, m i * tvorba/zánik složky i v systému chemickou reakcí, I počet složek. [1.5] Uvedené bilance a doplňkové rovnice představují soustavu rovnic s určitým počtem proměnných. Při jejím řešení je nutné dodržet nezávislost rovnic, řešitelnost soustavy a znát chyby řešení. Někdy se při výpočtu volí základ výpočtu. Na tuto hodnotu se pak vztahují veškeré výsledky. Např. výsledné množství produktu na 100 kg vstupující suroviny. 1.3 Energetická bilance Energetická bilance vychází ze zákona zachování energie. Existuje mnoho druhů energie. Kromě mechanické a tepelné je to energie elektrická, chemická, jaderná aj. 17

1 Základní principy Při různých dějích se přeměňuje energie jednoho druhu v energii jiného druhu. Podobně jako v celkové hmotnostní bilanci pro bilanční systém celková bilance energie neobsahuje zdrojový člen, protože energie ani nevzniká ani nezaniká. Jako příklad bilance energie si můžeme uvést bilanci toku celkové energie průtočného systému: d E E 1 + Q + W = E 2 + dτ [1.6] kde E 1 je vstupní konvekční tok energie do systému, který obsahuje tok vnitřní, kinetické a potenciální energie, E 2 výstupní konvekční tok energie, Q tok tepla, W tok práce, de/dτ rychlost akumulace energie v systému. Z rovnice [1.6] při zanedbání toku tepla a při ustáleném stavu (akumulace energie je nulová) dostaneme bilanci mechanické energie, která je základem odvození Bernoulliovy rovnice pro tok kapalin. Tokem kapalin se více zabývá kapitola 3. Dalším důležitým druhem energie je energie tepelná. Při tepelné bilanci resp. bilanci entalpie zanedbáváme příspěvek mechanické energie. Analogicky k rovnici [1.1] platí: Konkrétní příklady bilance entalpie jsou uvedeny např. v literatuře Hasal, Schreiber, Šnita a kol. (2007). 1.4 Obecný postup při bilančních výpočtech Při sestavování a výpočtu bilancí existuje následující doporučený postup: 1. Nakreslení bilančního schéma, označení uzlů, proudů a složek. 2. Zápis předpokladů a volba jednotek. 3. Přepočet vstupních dat. 4. Volba základu výpočtu. 5. Zápis stechiometrických rovnic chemických reakcí. 6. Zápis matice zadání. 7. Sestavení bilančních rovnic a dodatečných vztahů. 8. Řešení soustavy rovnic. 9. Kontrola správného výpočtu. 18