pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

INFORMACJE Z PRZEMYSŁU I NAUKI

54 Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3)

Krzysztof WŁODARZ NORD–LOCK Poland Sp.z o.o.

JAK SKUTECZNIE ZABEZPIECZYĆ POŁĄCZENIA ŚRUBOWE

PRZED SAMOCZYNNYM LUZOWANIEM

Użytkownicy maszyn i urządzeń często napotykają na problemy związane z luzowaniem się śrub i nakrętek. Po-wszechnie stosowane metody zabezpieczania śrub przed samoczynnym luzowaniem, opierające się na tarciu, nie dają gwarancji skutecznego działania w warunkach oddziaływania sił dynamicznych, drgań lub wibracji oraz nie zapewniają kontroli i utrzymania wysokiej wartości siły zacisku bez narażenia śruby na uszkodzenie. Rozwiąza-niem tych problemów jest metoda mająca na celu podtrzymanie napięcia śruby przez wykorzystanie efektu blo-kującego klina, stanowiącego element specjalnie skonstruowanej podkładki. System ma szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu.

Wstęp

Jedną z podstawowych kwestii występujących w projekto-waniu połączeń śrubowych jest zapewnienie skuteczności i bezpieczeństwa ich późniejszego użytkowania. Muszą one pewnie łączyć skręcane elementy gwarantując stałą i wy-soką wartość siły ściskającej i być odporne na rozluźniające efekty drgań i obciążeń dynamicznych. Jednocześnie muszą być łatwo demontowalne podczas prac naprawczych lub remontowych.

Metody zabezpieczania połączeń śrubowych

Jak wiadomo, śruba obciążona statycznie jest utrzymywana w miejscu przez siły tarcia występujące pod łbem i na gwincie, jednak pod wpływem obciążeń dynamicznych, drgań lub wi-bracji, wartość tych sił może stopniowo spadać. Świadomość tego problemu od zawsze zmuszała projektantów do poszuki-wania metod mających zapobiec ich samo odkręcaniu się. Najczęściej dążono do wzrostu tarcia na gwincie lub pod na-krętką czy łbem śruby, ale opracowano też inne rozwiązania np. podkładkę odginaną, nakrętkę koronową blokowaną za-wleczką lub łączenie drutem. W rezultacie opracowano bar-dzo wiele metod przeciwdziałających luzowaniu się śrub i nakrętek, spośród których najbardziej popularne to: ∙ Śruby, w których stosunek długości zacisku do średnicy gwintu jest jak największy. Śruba taka jest długa i relatyw-nie cienka, a wiec i bardziej elastyczna. Musi ona obracać się dłużej, zanim zostanie utracone napięcie wstępne. Koszt zakupu długich śrub jest dość wysoki. ∙ Podkładki sprężyste, których działanie blokujące jest moc-no wątpliwe, gdyż w niewielkim stopniu zwiększają one działanie sprężyste śrub (np. w przypadku śruby kl. 8.8 jest to na poziomie ok. 10% jej potencjału). ∙ Podkładki radełkowane, które zwiększają tarcie na po-wierzchniach kontaktu i mają efektywne działanie blokują-ce w połączeniach obciążonych statycznie. ∙ Nakrętki koronowe, podkładki odginane, łączenie drutem, z których stosowaniem wiąże się skomplikowany montaż i demontaż, a które jednocześnie nie zapewniają kontroli i utrzymania stabilnej wartości siły zacisku, ponieważ za-wleczki, drut czy same podkładki, są najczęściej wykonane

z miękkiej stali podatnej na odkształcenia a nawet uszkodze-nia, zwłaszcza pod wpływem obciążeń dynamicznych. ∙ Nakrętki z wkładką nylonową lub zdeformowanym gwin-tem, gdzie wykorzystywane jest wysokie tarcie na gwincie, co sprawia, że nakrętka nigdy całkowicie się nie odkręci. Wzrost tarcia nie gwarantuje jednak uzyskania i utrzymania wysokiej wartości siły zacisku. Ze względu na wysokie tarcie montaż jest dość pracochłonny a nakrętki mogą być używane tylko jednorazowo. ∙ Nakrętki kołnierzowe lub śruby z łbem kołnierzowym z ponacinaną/radełkowaną powierzchnią dolną, wykonaną w celu zwiększenia powierzchni kontaktu i tarcia. Stoso-wanie tego typu nakrętek zawsze wymaga użycia dużego momentu skręcającego i podczas dokręcania a zwłaszcza odkręcania może doprowadzić do poważnych uszkodzeń powierzchni elementu łączonego. Mimo, że śruba/nakrętka jest relatywnie dobrze zabezpieczona przed odkręceniem, to wysoka wartość tarcia wpływa na znaczne odchylenia w osiąganych wartościach siły zacisku. ∙ Kleje, których stosowanie jest pracochłonne, ze względu na konieczność odpowiedniego przygotowania powierzch-ni i długi czas wiązania. Demontaż tego typu połączeń jest trudny i wymaga dużego nakładu pracy, a ponowne użycie elementów związane jest z ich pracochłonnym czyszczeniem. Znaczny wzrost tarcia na gwincie wymaga użycia dużego momentu skręcającego, co nie prowadzi do uzyskania wy-sokiej siły zacisku, a może skutkować uszkodzeniem śruby. Ze względu na zmienne wartości tarcia nie jest również możliwa kontrola wartości siły zacisku.

Projektanci często próbują osiągnąć wzrost bezpieczeń-stwa połączeń śrubowych poprzez zastąpienie śrub niższej klasy, śrubami klasy wyższej. Niestety, nie uwzględniają faktu, iż obróbka powierzchniowa śrub wyższych klas, w porównaniu ze standardowym cynkowaniem galwanicz-nym, może zmienić warunki tarcia, co jest istotne przy obliczaniu momentu skręcającego. Nawet przy większej wartości momentu skręcającego, uzyskana siła zacisku może być zbyt mała, ze względu na większe tarcie. W efek-cie nie wzrasta poziom bezpieczeństwa połączenia śrubo-wego, a znacznie wzrastają koszty.

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

INFORMACJE Z PRZEMYSŁU I NAUKI

Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3) 55

Siła zacisku a jakość połączenia śrubowego

Kolejnym problemem, z jakim musi zmierzyć się projektant połączenia śrubowego, jest określenie pożądanej siły zaci-sku. Wartość siły, jaka ściska ze sobą łączone elementy, jest najistotniejszym parametrem, decydującym o jakości połą-czenia śrubowego. Jej wyliczenie musi uwzględniać warunki w jakich funkcjonuje dane połączenie oraz parametry, bez których dokładne wyznaczenie momentu skręcającego bę-dzie niewiarygodne, m.in.: ∙ rodzaj gwintu; ∙ twardość powierzchni współpracujących (elementu łą-czonego i łączącego); ∙ dodatkowe tarcie elementu "blokującego"; ∙ rodzaj materiału, z którego wykonany jest element łączony (stal, aluminium, itp.); ∙ rodzaj materiału, z którego wykonany jest element łączący (stal, stal kwasoodporna, itp.); ∙ obecność warstwy adhezyjnej na gwincie (np. klej); ∙ obecność warstwy smarującej na gwincie (olej lub smar); ∙ stan zawilgocenia powierzchni elementu łączonego i łączą-cego; ∙ rodzaj łba śruby (standardowy, kołnierzowy, ząbkowany); ∙ powłoka powierzchni śruby (czarna, ocynkowana); ∙ stan zużycia śruby/nakrętki (nowa, używana); ∙ współczynnik tarcia gwintu i łba śruby/nakrętki.

Zapewnienie kontrolowanej wartości siły zacisku w połą-czeniach śrubowych jest niezwykle istotne, a wręcz nie-zbędne. Aby to osiągnąć należy zminimalizować tarcie na powierzchni gwintu śruby, co zapewni minimalne odchyle-nia w otrzymywanych wartościach siły zacisku przy dokrę-caniu śruby takim samym momentem skręcającym.

Problemy użytkowników maszyn

Bardzo częstą przyczyną uszkodzeń maszyn i urządzeń jest poluzowanie się lub pęknięcie śruby, do czego może dojść na skutek: ∙ spadku tarcia wytworzonego podczas dokręcania na gwincie i pod łbem pod wpływem działania obciążeń dy-namicznych, zwłaszcza poprzecznych, co może doprowa-dzić do ścięcia śruby; ∙ zbyt małej długość zacisku, przy której każdy ruch śru-by może spowodować poważny spadek napięcia; ∙ ponownego użycia tych samych śrub lub śrub z uprzed-nio naniesionym klejem, co powoduje znaczny wzrost tarcia i skutkuje bardzo niską wartością siły zacisku; ∙ utraty siły zacisku z powodu zbyt małej powierzchni nośnej, co prowadzi do uszkodzeń zmęczeniowych.

Jak działa klinowy system zabezpieczania połączeń śrubowych?

Wszystkie powszechnie stosowane metody zabezpieczeń połączeń śrubowych są oparte na tarciu i mimo, że działają całkiem nieźle w warunkach obciążeń statycznych, to jed-nak nigdy nie dadzą pełnej gwarancji niezawodności, a zatem i bezpieczeństwa w warunkach obciążeń dyna-micznych. Taką gwarancję daje natomiast system klinowy, który dla zabezpieczenia połączeń śrubowych wykorzystu-je napięcie śruby zamiast tarcia, w oparciu o technikę kli-nowania, zgodnie wymaganiami normy DIN 25201. Jest to jedyna, niezawodna metoda, nie pozwalająca na odkrę-

cenie się śruby lub nakrętki i chroniąca przed wysokimi kosztami napraw oraz ryzykiem utraty zdrowia lub nawet życia użytkowników maszyn i urządzeń.

System tworzy zespół dwóch stalowych pierścieni, z któ-rych każdy ma jedną z powierzchni naciętą w formie kli-nów, a drugą w formie promieniowo rozłożonych ząbków (rys. 1). Pierścienie są złożone ze sobą powierzchniami klinowymi do wewnątrz i dodatkowo sklejone dla uzyska-nia zespołu, tworząc w ten sposób podkładkę, którą zakła-da się pod łeb śruby lub pod nakrętkę.

Rys. 1. Dwuelementowa podkładka klinująca.

Fig. 1. Two–element wedge locking nasher.

Podczas dokręcania śruby lub nakrętki, ząbkowane nacięcia na zewnętrznych powierzchniach podkładki zwierają się ze współpracującymi powierzchniami elementów łączących i łączonych, tworząc z nimi połączenia kształtowe. Dzięki temu podczas odkręcania, powierzchnie zewnętrzne zespołu nie przemieszczają się po powierzchniach współpracujących. Jednocześnie górny element zespołu przesuwa się po po-wierzchni klinowej elementu dolnego. Ponieważ kąt nachy-lenia powierzchni klinowych α jest większy od kąta wzniosu linii śrubowej gwintu β przemieszczanie się obu elementów podkładki po sobie powoduje powstanie efektu klina, co skutkuje ich wzajemnym blokowaniem się, a co za tym idzie, blokowaniem się śruby lub nakrętki (rys. 2).

Rys. 2. Zasada działania podkładki klinującej.

Fig. 2. Wedge locking principle.

Dzięki zastosowaniu podkładki klinującej, śruba lub na-krętka, odkręcając się, jednocześnie sama się blokuje. Od-kręcenie śruby lub nakrętki jest możliwe jedynie po przy-łożeniu odpowiedniego momentu, koniecznego do przeła-mania efektu klina, co wiążę się z przyrostem napięcia w gwincie. Dla montera nie stanowi to problemu, natomiast dla śruby lub nakrętki dążącej do poluzowania się jest to niemożliwe.

Należy jeszcze raz podkreślić, że zabezpieczenie połączenia śrubowego przed poluzowaniem, uzyskuje się wyłącznie na zasadzie podtrzymania napięcia wstępnego a nie dzięki powszechnym składowym sił tarcia.

W laboratoriach firm produkujących podkładki klinujące, m.in. w szwedzkiej firmie Nord–Lock, prowadzi się liczne badania zależności momentu skręcającego od obciążenia oraz testy wibracyjne dla specyficznych połączeń śrubowych zleconych przez klientów. Każdy test symuluje warunki rze-czywiste i jest realizowany metodą Junkera, opisaną

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

INFORMACJE Z PRZEMYSŁU I NAUKI

56 Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3)

w normie DIN 65151.Testowane połączenie śrubowe jest poddawane działaniu drgań aplikowanych poprzecznie do osi śruby, a zmiany napięcia śruby (siły ściskającej) są mie-rzone w sposób ciągły czujnikiem tensometrycznym. Test służy do porównania skuteczności metod zabezpieczających śruby/nakrętki przed poluzowaniem w warunkach drgań i wibracji, i ma na celu pomóc w wyborze najlepszego roz-wiązania technicznego. Ponieważ uważa się go za ekstre-malny, można z powodzeniem przyjąć, że metody zabezpie-czające, które przeszły go pozytywnie będą funkcjonować bez zarzutu w warunkach rzeczywistych. Wyniki testu, dla różnych rodzajów zabezpieczeń (np. podkładka sprężysta, nakrętka z wkładką nylonową), można kontrolować na pod-stawie bieżącej analizy diagramu przedstawiającego zmianę siły zacisku w czasie ekspozycji na wibracje (rys. 3).

Rys. 3. Przebieg testu Junkera dla różnych rodzajów zabezpieczeń

Fig. 3. Junker test diagram for various locking methods

Analiza diagramu nie pozostawia wątpliwości, co do oceny skuteczności poszczególnych metod. Jedynie podkładka klinująca utrzymuje napięcie w śrubie na poziomie powyżej 80% napięcia wstępnego, co spełnia warunki zawarte w normie DIN 65151, przy czym należy podkreślić, że ten nieznaczny spadek nie jest wynikiem poluzowania się śru-by/nakrętki, lecz pochodzi od osiadania całego złącza. Pozo-stałe metody nie są w stanie utrzymać napięcia, które dyna-micznie spada na skutek luzowania się śruby/nakrętki. Test udowadnia, że metody oparte na tarciu mogą być zawodne i nie zapewniają bezpieczeństwa, natomiast stosowanie podkładek klinujących, których działanie opiera się na wy-korzystaniu napięcia, jest całkowicie pewne i gwarantuje bezpieczeństwo. Dodatkowym argumentem, potwierdzają-cym unikalne działanie systemu klinowego, jest odczyt dia-gramu uzyskanego podczas odkręcania śruby/nakrętki, na podstawie którego stwierdza się, że działanie klina powodu-je przyrost siły zacisku/napięcia w śrubie.

Dla maszyn i urządzeń, które wymagają regularnego serwisu i obsługi, podkładka klinująca jest idealnym rozwiązaniem

dla zabezpieczenia połączeń śrubowych. Pozwala na szybki i łatwy montaż połączenia śrubowego z użyciem standardo-wych narzędzi oraz umożliwia smarowanie poszczególnych elementów, co nie jest oczywiście wskazane tam, gdzie ich zabezpieczenie jest oparte na tarciu. Smarowanie dodatko-wo zabezpiecza elementy złączne przed korozją i ułatwia późniejszy demontaż oraz dzięki zmniejszeniu tarcia na gwincie obniża wartość naprężeń skręcających. Jak wiado-mo w śrubie powstają naprężenia skręcające i naprężenia rozciągające, które składają się na naprężenie, zwane zastęp-czym, zgodnie z formułą:

22 3 xyxc (1)

Każda śruba może być rozciągana jedynie do swojej grani-cy plastyczności, powyżej której ulega uszkodzeniu. Aby maksymalnie wykorzystać potencjał śruby, czyli osiągnąć jej maksymalnie wysokie naprężenie, a tym samym siłę zacisku nie uszkadzając jej przy tym, należy zminimalizo-wać naprężenia skręcające τy w celu zmaksymalizowania naprężeń rozciągających σx. Najskuteczniejszym sposobem jest właśnie naniesienie smaru na gwint śruby. Dodatkową korzyścią jest uzyskanie powtarzalności w uzyskiwanych wartościach siły zacisku.

Na rynku podkładki klinujące są dostępne w wykonaniu: ∙ ze stali węglowej EN 1.5528 lub EN 1.7182, z powierzch-nią zabezpieczoną przed korozją przez nanoszenie płatków cynku w technologii DELTA PROTEKT ®, dla gwintów w zakresie wymiarowym od M3 do M130 oraz w wersji z powiększoną średnicą zewnętrzną dla gwintów w zakre-sie wymiarowym od M3,5 do M36; ∙ ze stali kwasoodpornej EN.14404 typu A4 dla gwintów w zakresie wymiarowym od M3 do M80 oraz w wersji z powiększoną średnicą zewnętrzną dla gwintów w zakre-sie wymiarowym od M3,5 do M30.

Podkładki stalowe są hartowane na wskroś i osiągają twar-dość ponad 465 HV1. Są zabezpieczone według technologii DELTA PROTEKT ®, w wyniku czego wykazują dużą od-porność na korozję (wytrzymują ponad 600 godzinny – test komory solnej według ISO 9272). Są odporne na tempera-tury w zakresie od –20 do 200°C. Podkładki kwasoodporne są utwardzane powierzchniowo metodą dyfuzji węglowej w warunkach niskich temperatur i otuliny gazowej (Body-cote Kolsterising ®) w wyniku czego osiągają twardość ponad 520 HV0,05. Są odporne na temperatury w zakresie od –160 do 500°C.

Zastosowanie w przemyśle

System podkładek klinujących jest znany na całym świecie od ponad 30 lat. Jest on szeroko stosowany w wielu gałę-ziach przemysłu zarówno w budowie i modernizacji ma-szyn i urządzeń jak również w utrzymaniu ruchu. Posiada liczne certyfikaty i dopuszczenia m.in. TUV, DNV.

Krzysztof Włodarz Nord–Lock Poland Sp. z o.o.

ul. Żeromskiego 94 p.116, 26–600 Radomtel./fax: + 48 360 12 42, tel. kom.: 604 678 766,

www.nord–lock.pl e–mail: info@nord–lock.pl

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

INFORMACJE Z PRZEMYSŁU I NAUKI

Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3) 57

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego

w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka Optymalizacja produkcji wołowiny w Polsce zgodnie ze strategią „od widelca do zagrody”

Aleksandra KWIATKOWSKA, Barbara JANKOWSKA, Ewa DĄBROWSKA, Marek CIERACH Uniwersytet Warmińsko–Mazurski w Olsztynie

Katedra Technologii i Chemii Mięsa

POPRAWA KRUCHOŚCI WOŁOWINY POPRZEZ DOBÓR OBRÓBKI CIEPLNEJ

W OPARCIU O PROFIL KOLAGENU MIĘŚNIOWEGO I ZAKWASZANIE MIĘSA MARYNATAMI

Raport z przebiegu prac realizowanych w ramach Projektu WND–POIG.01.03.01–00–204/09 (Umowa nr UDA–POIG.01.03.01–00–204/09–06) Zadanie 3: Zmiany biochemiczne i ocena właściwości technologicznych mięsa Podzadanie 3.2: Ocena właściwości technologicznych kulinarnego mięsa wołowego Kierownik Zadania 3: Prof. dr hab. inż. Marek Cierach

Wstęp

Oferta handlowa mięsa wołowego jest bardzo zróżnicowa-na. Aktualnie, poza drogą wołowiną z bydła ras mięsnych lub krzyżówek towarowych znajduje się mięso o nieusta-lonym pochodzeniu, cechujące się niepożądaną teksturą, ciemną barwą, o ograniczonej przydatności kulinarnej. Istotnym czynnikiem decydującym o akceptacji mięsa kuli-narnego jest kruchość. Istnieje ścisła zależność między tą ce-chą a zawartością, rozmieszczeniem i specyfiką mięśniowej tkanki łącznej. Wyróżnia się trzy rodzaje mięśniowej tkanki łącznej. Endomysium jest omięsną wewnętrzną, stanowiącą cienką warstwę tkanki łącznej, separującą poszczególne włókna mięśniowe. Perimysium, śródmięsna warstwa tkanki łącznej oddzielająca grupy włókien mięśniowych, Epimysium czyli namięsna jest warstwą tkanki łącznej otaczającą po-szczególne mięśnie. Ilościowo dominuje perimysium, stano-wiące około 90% mięśniowej tkanki łącznej. W procesie wzrostu mięśnia tkanka łączna jest przebudowywana. Zmiany jej struktury zmieniają mechaniczną wytrzyma-łość, co znajduje swoje odbicie w zmianach tekstury mięsa. Dotychczasowe wyniki badań wykazują wysoką korelację między zawartością głównego białka tkanki łącznej – kola-genu (ponad 95% wszystkich białek łącznotkankowych), a twardością mięsa (współczynnik korelacji 0,80–0,95). Wszystkie rodzaje tkanki łącznej tworzy w większości kolagen spolimeryzowany – włóknisty, którego odporność na działanie sił mechanicznych warunkuje istnienie po-przecznych wiązań kowalencyjnych. Ilość tych wiązań za-leży od wielu czynników, takich jak wiek, płeć, wysiłek fizyczny za życia zwierzęcia, system chowu itp.

Biorąc pod uwagę wyżej wymienione czynniki kształtujące jakość tkanki łącznej obserwuje się zróżnicowanie w uzy-skaniu efektu kruchości mięsa. Podczas denaturacji kolage-nu najpierw następuje rozerwanie włókien kolagenowych, a następnie rozpad pojedynczych cząsteczek kolagenu lub przynajmniej utrata układu przestrzennego pojedynczej cząsteczki, czyli tropokolagenu. Zapewnienie odpowiednich warunków postępowania z surowcem przed obróbką ciepl-

ną, a także odpowiednia obróbka cieplna, przyczyniają się do uzyskania pożądanej kruchości.

Ze względu na znaczenie tkanki łącznej i jej składników w kształtowaniu cech organoleptycznych mięsa podjęto badania dotyczące doboru warunków obróbki cieplnej mięsa wołowego dostępnego w ofercie handlowej, zróżni-cowanego, jak należy przypuszczać, zawartością tkanki łącznej oraz jej podatnością na termiczny rozpad. W odnie-sieniu do mięśni charakteryzujących się szczególnie niepo-żądaną kruchością zastosowano wstępny zabieg maryno-wania w roztworach spożywczych kwasów organicznych, w celu ograniczenia tej wady.

Etapy i wyniki badań

1. Wytyczne do procesów obróbki cieplnej na podsta-wie oceny profilu kolagenu mięśni wołowych i optyma-lizacja metod obróbki cieplnej mięśni zróżnicowanych poziomem tkanki łącznej.

Badania wykonano dla dwóch mięśni zróżnicowanych za-wartością białek łącznotkankowych (m. podgrzebieniowy i półbłoniasty). Zastosowano następujące warunki obróbki cieplnej: w środowisku pary wodnej (w piecu konwekcyjno–parowym lub w rękawie w piekarniku tradycyjnym) i w gorą-cym powietrzu. Procesy obróbki termicznej prowadzono w temperaturze 180°C, do uzyskania w centrum geometrycz-nym mięśni temperatur: 75; 80; 85; 90; 95°C. Oznaczano wyciek cieplny (%), profil kolagenu czyli: ogólną zawartość kolagenu (mg/100g mięsa), zawartość kolagenu rozpuszczal-nego w wodzie, zawartość kolagenu rozpuszczalnego w 0,5 M roztworze kwasu octowego, zawartość kolagenu nierozpusz-czalnego w 0,5 M roztworze kwasu octowego (mg/100g mię-sa; % kolagenu całkowitego), siłę cięcia (N), przeprowadzo-no analizę sensoryczną (skala 9–punktowa).

Na profil kolagenu składają się: kolagen rozpuszczalny w wo-dzie, stanowiący fragmenty tego białka o masie cząstecz-kowej α≤120 kDa, czyli pojedyncze α łańcuchy i produkty ich rozpadu, kolagen rozpuszczalny w roztworze kwasu

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

INFORMACJE Z PRZEMYSŁU I NAUKI

58 Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3)

octowego stanowią β oraz γ składniki, kolagen nierozpusz-czalny, czyli kolagen spolimeryzowany, który stanowią włókna kolagenowe lub fragmenty włókien o masie powy-żej 360 kDa.

2. Opracowanie metody poprawy kruchości wysoko kolagenowych mięśni wołowych poprzez ich maryno-wanie.

Badania wykonano na mięśniu podgrzebieniowym, który poddano marynowaniu w roztworach następujących kwa-sów organicznych: octowy, winowy, mlekowy oraz miesza-ninie kwasów winowego i mlekowego. Założono czas mary-nowania nie dłuższy niż 24 h. Zastosowano obróbkę cieplną w gorącym powietrzu o temperaturze 180°C, do uzyskania w centrum geometrycznym mięśnia temperatury 80°C. Dalszy tok postępowania był zgodny z przedstawionym w etapie 1.

Wyniki

Etap 1

Przy wyborze metody obróbki cieplnej zastosowano nastę-pujące kryteria: stopień termohydrolizy białek tkanki łącz-nej, kruchość oraz smakowitość mięsa. Obróbka termiczna mięśnia podgrzebieniowego w środowisku pary wodnej powodowała zawsze wyższą rozpuszczalność kolagenu (cał-kowitą i w wodzie) aniżeli w środowisku gorącego powie-trza. Natomiast w przypadku mięśnia półbłoniastego forma obróbki cieplnej nie wpłynęła na takie różnice, a rozpusz-czalność w porównaniu z mięsem podgrzebieniowym była niższa.

W analizie sensorycznej kruchości nie stwierdzono wyraź-nych różnic między mięśniami poddanymi poszczególnym formom obróbki cieplnej, natomiast istotnie gorszą kru-chością zawsze cechował się mięsień półbłoniasty. Smako-witość obu mięśni po obróbce w gorącym powietrzu była zawsze oceniania wyżej aniżeli po obróbce w środowisku pary wodnej.

Kierując się oczekiwaniami indywidualnych konsumentów, nie mających dostępu do przemysłowych urządzeń gastro-nomicznych (piec konwekcyjno–parowy) oraz wynikami analizy sensorycznej w dalszych badaniach stosowano tylko obróbkę cieplną w gorącym powietrzu. We wstępnej fazie doświadczenia zastosowano szeroki zakres temperatur obróbki cieplnej, teoretycznie dopuszczalny efektywny dla cieplnych zmian białek tkanki łącznej. Ustalono, że ogrzanie mięsa do temperatury 75°C jest nieskuteczne (częściowa denaturacja białek mięśniowych), z kolei w przedziałach temperaturowych 80–85°C oraz 90–95°C nie wykazano różnic w organoleptycznej ocenie kruchości. Dlatego bada-nia kontynuowano tylko dla temperatury 80°C.

Wykazano, że całkowita rozpuszczalność cieplna kolagenu mięśniowego zależy od całkowitej zawartości tego białka w mięśniu. W przypadku mięśnia podgrzebieniowego, przy dużej zawartości kolagenu mięśniowego (do 3000mg/100g mięsa), całkowita rozpuszczalność po obróbce cieplnej w temperaturze 80°C wynosiła około 90%. W odniesieniu do mięśnia półbłoniastego (średnia zawartość kolagenu do 100mg/100g mięsa), całkowita rozpuszczalność po obróbce cieplnej w tej samej temperaturze nie przekraczała 80%. Ko-lejnym czynnikiem różnicującym te mięśnie był profil kolage-

nu rozpuszczalnego, wyższą rozpuszczalnością w wodzie charakteryzował się kolagen mięśnia podgrzebieniowego. Oba mięśnie odznaczały się inną wartością siły cięcia po obróbce cieplnej, dwukrotnie niższą w przypadku mięśnia podgrze-bieniowego. Uzyskane wyniki potwierdzają, że w ocenie kru-chości zawartość i jakość białek łącznotkankowych odgrywają znaczącą rolę tylko w przypadku ich dużego udziału. Nato-miast w mięśniach o niskiej zawartości kolagenu ich jakość (profil) nie jest czynnikiem decydującym o tym wyróżniku.

Etap 2

Zastosowanie roztworów kwasu octowego (0,5; 1 i 2%), cytrynowego (1%) oraz mlekowego (1 i 2%) i przechowy-wanie chłodnicze przez pięć dni miało zróżnicowany wpływ na profil kolagenu mięśniowego po obróbce ter-micznej. Największe zmiany odnotowano po nastrzykiwa-niu 2% roztworem kwasu octowego, który wpłynął znaczą-co na zwiększenie ilości związków kolagenowych rozpusz-czalnych w wodzie i o połowę obniżył ilość kolagenu nie-rozpuszczalnego w 0,5 M roztworze kwasu octowego. Naj-mniejsze zmiany odnotowano po nastrzykiwaniu 1% roz-tworami kwasu cytrynowego i mlekowego.

Wykazano też, że dodatek marynat w ilości 10% w stosun-ku do masy mięśnia powodował wyczuwalny posmak kwa-śny. Dlatego w kolejnych badaniach skrócono okres prze-chowywania mięsa do 24h oraz zmniejszono ilość marynat do 7%. Ujednolicono też stężenie kwasów w roztworach do wielkości 2%.

Wybrano następujące układy kwasów spożywczych: mle-kowy, octowy, winowy i mieszaninę mlekowego i winowe-go. Wszystkie roztwory kwasów organicznych miały taki sam wpływ na zwiększenie całkowitej rozpuszczalności kolagenu. Większość określonych zmian profilu białek ko-lagenowych dotyczyła wzajemnej proporcji frakcji roz-puszczalnych w wodzie i 0,5 M roztworze kwasu octowego. Zmiany dotyczyły zwiększenia udziału frakcji rozpuszczal-nej w wodzie. Największy ich zakres ustalono w przypadku zastosowania jako marynaty kwasów winowego (o około 15%) i octowego (o około 20%).

Zastosowanie marynowania miało wpływ na jakość orga-noleptyczną pieczeni. Najkorzystniej na ich kruchość i so-czystość wpływała mieszaniny kwasów mlekowego i wi-nowego. Należy przypuszczać, że marynowanie w roztwo-rach kwasów organicznych poprawiające kruchość i soczy-stość mięsa, poza zmianą profilu kolagenu mięśniowego, jest także efektem przesunięcia wartości pH od punktu izoelektrycznego miofibrylarnych białek mięsa. Wykazano, że marynowanie mięsa wołowego w roztworach kwasów organicznych poprawia kruchość po obróbce cieplnej o oko-ło 20–30%. Na tę zmianę nie wpływa całkowita rozpuszczal-ność białek kolagenowych, zmienia się natomiast wzajemna proporcja związków rozpuszczalnych w wodzie i roztworze kwasu octowego, zwiększa się ilość związków niskoczą-steczkowych na skutek rozpadu cząsteczek tropokolagenu.

Prof. dr hab. inż. Marek Cierach Uniwersytet Warmińsko–Mazurski w Olsztynie

Katedra Technologii i Chemii Mięsa Pl. Cieszyński 1, 10–726 Olsztyn

Telefon: (089) 523 36 94 e–mail:ciemar@uwm.edu.pl

pobr

ano z

www.ip

s.wm.tu

.kosz

alin.p

l

INFORMACJE Z PRZEMYSŁU I NAUKI

Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego 3/4–2012(3) 59

WSPÓŁPRACA NAUKI Z PRZEMYSŁEM,

ISTOTA PRAKTYCZNEGO ROZWIĄZYWANIA PROBLEMÓW

Od października 2010 roku pracownicy Katedry Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego na Wydziale Mecha-nicznym Politechniki Koszalińskiej przy współpracy z In-stytutem Technologii Mięsa Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu rozpoczęli realizację projektu rozwojowego nt.: „Innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne rozprowadzenia dymu w komorze wędzarniczej redukujące nadmierną kumu-lację związków WWA w obrabianych przetworach mię-snych”. W realizację projektu zaangażowany jest zespół pracowników Katedry Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego Politechniki Koszalińskiej w osobach: dr inż. Mariusz S. Kubiak (kierownik projektu), dr inż. Marek Jakubowski, prof. dr hab. inż. Jarosław Diakun oraz samo-dzielny pracownik z Instytutu Technologii Mięsa Uniwersy-tetu Przyrodniczego w Poznaniu o wysokim dorobku wdrożeniowym i badawczo–rozwojowym: prof. dr hab. inż. Włodzimierz Dolata. Młodzi pracownicy Katedry Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego Politechniki Koszaliń-skiej dr Kubiak i dr Jakubowski, którzy stanowią trzon wy-konawczy w zespole badawczo–naukowym podeszli do badań interdyscyplinarnie łącząc poszczególne dziedziny i problemy naukowe w całość i pracują nad ich rozwiąza-niem kompleksowo w szerokim spektrum rozwiązywania problemów naukowych z możliwością aplikacji wyników do przemysłu spożywczego. Czynna współpraca z przetwór-stwem spożywczym i monitorowanie problemów, jakie w danym momencie branża spożywcza napotyka pozwala na kreatywne podejście w ich rozwiązywaniu a wsparcie ze strony przetwórstwa spożywczego pozwala na holistyczne działania w obszarze problemu. Szukanie partnerów do współpracy nie stanowiło zatem większego problemu dla wspólnej realizacji projektu ze względu na zainteresowanie podjętym tematem zarówno producentów maszyn, jak i pro-ducentów żywności wędzonej. Działania zarówno młodych naukowców są wspierane przez doświadczonych Profeso-rów, z dużymi zasługami wdrożeniowymi w przetwórstwie spożywczym, co niesie za sobą współpracę z wieloma insty-tucjami z branży przetwórczej, konstruktorskiej oraz anali-tycznej, przyczyniając się jednocześnie do rozwoju oraz innowacyjnego podejścia do napotykanych problemów.

Celem określonym w projekcie, a wynikającym z potrzeby rynku spożywczego, jest innowacyjne podejście do rozwią-zań konstrukcyjnych rozprowadzania dymu wędzarniczego w komorze wędzarniczej mających wpływ na ograniczenie nadmiernej kumulacji związków z grupy wielopierścienio-wych węglowodorów aromatycznych (WWA) w obrabia-nych przetworach mięsnych. Poruszany problem dotyczy zanieczyszczeń technologicznych, które są wprowadzane do żywności wędzonej, a wynikających z zastosowanych procesów przetwórczych związanych bezpośrednio lub pośrednio z przetwórstwem. W projekcie będą wykorzy-stane analizy symulacyjne modeli CFD przepływu wielofa-zowego w komorach wędzarniczych wraz z animacją pro-

wadzonego procesu wędzenia, komputerowa analiza obra-zu na potrzeby badań (wyrobów wędzonych) zmian barwy w procesie wędzenia, oraz analizy jakościowe i ilościowe z wykorzystaniem chromatografii cieczowej i chromatografii gazowej do oznaczenia koncentracji grupy związków WWA.

Autorytarnym, a dalej praktycznym efektem projektu ma być stworzenie rozwiązania konstrukcyjnego układu roz-prowadzenia dymu w wybranych komorach wędzarniczych na podstawie przebiegu założonych analiz symulacyjnych przepływu mieszaniny dymu w trakcie przeprowadzania operacji wędzenia przetworów mięsnych o zbliżonych jed-nostkowych parametrach geometrycznych. Zostanie to zwe-ryfikowane w warunkach przemysłowych przy współpracy wiodącego producenta nowoczesnych komór wędzarniczo–parzelniczych PEK–MONT Sp. z o.o. z Bielska koło Płocka oraz z Zakładem Przetwórstwa Mięsnego Izabela i Zbigniew Grabowscy Sp. j. w Ościęcinie koło Gryfic.

Prezes firmy PEK–MONT Sp. z o.o., Tadeusz Peciakowski wraz z zespołem działu konstrukcyjnego i technologicznego wspiera całe przedsięwzięcie podjętej współpracy mając na uwadze wymierny efekt projektu. Otwartość, przychylność i pełna swoboda działania, którą Prezes Tadeusz Peciakow-ski obdarzył zespół badawczy projektu rozwojowego, reali-zowanego w Politechnice Koszalińskiej sprawia, że współ-praca w ramach Nauka Praktyce i Praktyka Nauce, staje się ucieleśnieniem realnej kooperacji jednostek naukowych z przemysłem. Kolejnym dowodem, że warto współpraco-wać z branżą spożywczą jest porozumienie z Zakładem Przetwórstwa Mięsnego Izabela i Zbigniew Grabowscy Sp. j., który jest jednym z największych i najnowocześniej-szych zakładów w północno–zachodniej Polsce i wymierne korzyści wynikające z weryfikacji badań symulacyjnych, prowadzonych przez młodych naukowców w warunkach przemysłowych z wykorzystaniem surowca mięsnego, to zaś gwarantuje rzetelne wyniki ugruntowane w realnych zjawi-skach występujących podczas procesu wędzenia.

Mgr inż. Tomasz Borowy