Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Многокритериальная оптимизация тепловой обработки мясных полуфабрикатов с использованием современных электрофизических методов нагрева
Посмотреть оригинал

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ НАГРЕВА В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Инфракрасная техника и технологии в производстве продуктов питания

Одним из основных этапов производства продуктов питания, в том числе и мясных изделий, является их тепловая обработка, включающая процессы подсушки, обжарки, варки, бланширования, пассерования, жарки, запекания, копчения, пастеризации, стерилизации, сушки с применением различных видов энергоподвода и в различных комбинациях и сочетаниях. Тепловая обработка является одним из наиболее сложных технологических процессов доведения сырья и полуфабрикатов до стадии употребления, способы и режимы которых во многом определяют органолептические, физико-химические и другие качественные показатели, а также пищевую и биологическую ценность продукта.

Процесс создания пищевого продукта подразделятся на три основных взаимосвязанных этапа: проектирование продукта; разработка технологического процесса с выбором оптимальных условий и оборудования; собственно, производство продукта с сохранением его пищевой и энергетической ценности, физико-химического состава, сбалансированности и органолептических характеристик.

При разработке технологического процесса особенно важно определение технических и технологических требований к параметрам процесса, их оптимальных значений и допустимых отклонений, а также прогнозирование качественных показателей продукции с учетом тепломассообменных процессов и превращений в ходе технологической переработки исходного сырья и продуктов.

В технологиях производства продуктов питания из биосырья животного и растительного происхождения в середине 60-70 гг. прошлого века и последние десятилетия получили широкое распространение высокоинтенсивные процессы и аппараты, основанные на электрофизических методах тепловой обработки пищевых продуктов с применением токов высокой и сверхвысокой частот, инфракрасного нагрева, электростатических полей, ультразвука и импульсной техники и т.п., использование которых во многих случаях позволило интенсифицировать технологические процессы тепловой обработки биосырья и продуктов, повысить их производственноэкономическую эффективность, увеличить выход и качество готового продукта, снизить метало-энергоемкость машин и установок.

Проблемами интенсификации тепловых процессов и кардинального совершенствования их аппаратурного оформления занимались в различное время А.Н. Вышелесский, А.Н. Мальский, А.М. Бражников, И. А. Рогов, Л.И. Гордон, А. В. Юлин, С. В. Некрутман, А.М. Маслов и др.

Длительности запекания карбоната в 1,8 раза по сравнению с традиционными методами и увеличение выхода готовой продукции на 2 %. Этим перечнем не исчерпывается весь круг установок с ИК - энергоподводом, которые нашли применение в технологии пищевых производств. Анализ их работы показал экономическую эффективность и целесообразность замены теплового оборудования перерабатывающих предприятий пищевых отраслей промышленности на оборудование с ИК - энергоподводом.

Использование инфракрасного излучения для проведения разнообразных тепловых процессов в жарочных и пекарных камерах шкафов, мармитах, грилях и т.п. позволяет значительно сокращать продолжительность обработки, упрощает конструктивные оформления процесса, создают условия для его механизации и автоматизации, а также улучшает санитарно-гигиенические условия труда.

Существенное влияние на процесс тепловой обработки и качество готового продукта оказывает способ энергоподвода.

Все известные способы тепловой обработки, с точки зрения механизма подвода или регенерации теплоты, вызывающей прогрев продукта, можно классифицировать следующим образом [6,49, 73, 111]:

  • 1. По способу подвода теплоты к продукту извне:
    • - терморадиационно-конвективный - в обычных электрических шкафах;
    • - радиационный - в установках с генераторами коротковолнового инфракрасного излучения;
    • - конвективный - в замкнутых камерах в атмосфере пара - паро- конвек-томаты;
  • 2. Способы, при которых теплота выделяется в объеме продукта:
    • - электроконтактный;
    • - в электромагнитном поле токов высокой и сверхвысокой частоты (микроволновые печи)
  • 3. Способы комбинированного прогрева продукта:
    • - одновременный высокочастотный и инфракрасный прогрев;
    • - начальный прогрев в электромагнитном поле токов высокой частоты и завершение инфракрасным облучением (печи с комбинированным нагревом «микроволны - гриль»);
    • - одновременный электроконтактный и инфракрасный нагрев;
    • - начальный электроконтактный нагрев и завершении инфракрасным облучением;
    • - начальный инфракрасный нагрев и комбинированная тепловая обработка в поле сверхвысокочастотного, а затем инфракрасного электромагнитных полей;
    • - начальный прогрев в электромагнитном поле токов сверхвысокой частоты и комбинированная тепловая обработка в инфракрасном, а затем в сверхвысокочастотном электромагнитном поле;
    • - обработка паром, затем инфракрасным нагревом.

Радиационный способ тепловой обработки продуктов инфракрасными лучами (ИК) используется в тех случаях, когда на поверхности продуктов необходимо создать специфическую корочку и колер. Инфракрасные лучи способны проникать лишь на некоторую глубину внутрь продуктов.

Объемный способ - осуществляется в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ). При этом прогрев продуктов производится одновременно по всему их объему, и теплопроводность продуктов большой роли не играет.

Комбинированный способ (СВЧ+ИК) - это тепловая обработка пищевых продуктов сначала в поле СВЧ, а затем инфракрасными лучами. Поскольку тепловая обработка при СВЧ - нагреве не создает корочки и колера, требуется дополнительный нагрев для создания колера на поверхности продукта.

Радиационно-конвективный (РК) способ - это тепловая обработка изделий циркулирующим горячим воздухом I - ЗОООС и ИК - лучами.

Парожарочный способ - осуществляется в камере шкафа перегретым водяным паром, который получают в паронагревателе, установленном в шкафу.

Конвективный способ - это тепловая обработка изделий циркулирующим горячим воздухом, нагретым электронагревателями: движение воздуха в камере, обеспечивается вентилятором [6, 48].

В настоящее время разработаны различные электрические шкафы и аппараты специального назначения с использованием инфракрасного нагрева с инфракрасными излучателями; микроволновые печи с различными режимами и способами энергоподвода и их комбинаций: СВЧ-; СВЧ+ИК; ИК+СВЧ; СВЧ+ конвекция; СВЧ+ИК+ конвекция.

Особенностями инфракрасного облучения является простота организации процесса и способность лучистого потока проникать на некоторую глубину с эффективным прогревом не только поверхностных, но и внутренних слоев изделия.

Использование для проведения разнообразных тепловых процессов в жарочных и пекарных камерах шкафов, мармитах, грилях инфракрасного излучения позволяет значительно сокращать продолжительность обработки, упрощает конструктивные оформления процесса, создают условия для его механизации и автоматизации, а также улучшает санитарно-гигиенические условия груда.

Качественные показатели мясопродуктов, обрабатываемых в поле ИК - излучения, не уступают в целом, а в отдельных случаях выше аналогичных показателей продуктов, полученных традиционными приемами.

Вопросам изучения термической обработки мясопродуктов посвящены многочисленные работы [2, 4, 5, 36, 44, 45, 47, 55, 63, 65, 66, 73, 88, 92, 99, 100, 101, 104, 111, 113, 118, 124, 126, 127] которых предложены методы приближенного решения уравнения теплопроводности, для конкретных условий термообработки мясопродуктов, разработаны методы оптимизации технологических режимов термообработки и аналитические методы описания динамики процесса; определены характеристики аппаратов, в которых осуществляется тепловая обработка.

Большое количество работ связано с научными основами совершенствования технологии тепловой обработки мясопродуктов и решениями оптимизационных задач [33, 37, 100, 111], а также исследованиями закономерности качественных и количественных изменений, которым подвергаются мясо и мясопродукты в процессе интенсивного нагрева электрофизическими методами (СВЧ - энергия, ИК - излучения), комбинацией их с традиционными способами подвода тепла (конвективный, кондуктивный) и в процессах стерилизации при повышенных температурах.

Однако ИК- или «Гриль» - режимы, приведенные в инструкциях к печам при реализации в домашних условиях, торговле, на производстве и на предприятиях общественного питания далеки от оптимальных и требуют кардинального пересмотра и научного обоснования.

Способы интенсификации процесса тепловой обработки, необходимо искать не только в изменении конструкций печей и режимов их работы, но и в применении новых, более прогрессивных физических методов обработки пищевых продуктов. В этом плане ИК - облучение, при котором наряду с интенсификацией процесса достигается эффект повышения качества продуктов, является одним из прогрессивных приемов термической обработки влажных материалов и представляет значительный интерес.

Проведенный обзор и критический анализ работ свидетельствует о значительном влиянии тепломассообмена в камере аппарата на показатели качества в целом и возможности осуществления оптимальных условий термообработки. Глубина влияния режимных параметров на получение готового продукта с заданным составом еще недостаточно изучена, и с большой долей уверенности можно утверждать, что ни одна из известных конструкций печей и шкафов не обеспечивает оптимального технологического режима тепловой обработки, преследующего цели получения качественного продукта питания.

Современные отечественные и зарубежные печи и шкафы снабжены, в лучшем случае, автоматической системой стабилизации продолжительности тепловой обработки, а также системой контроля и регулирования теплового режима рабочей камеры аппарата, допускающей значительные отклонения и не обеспечивающей требуемого качества продукции.

Многочисленными исследованиями в области разработки новейших технологий продуктов питания установлено, что проблема повышения качества и увеличения выхода продукта с одновременной интенсификацией технологических процессов успешно решается на основе применения ИК -излучения и СВЧ -нагрева либо при комбинировании их с конвективными методами обработки [6, 28,33,37,47,48,49,73,100,111].

В настоящее время разработано большое количество процессов переработки мясного сырья, в основе которых лежат традиционные и нетрадиционные способы воздействия тепла, отличающиеся высокой скоростью тепломассообменных, физико-химических и биохимических процессов, протекающих в биологическом объекте. Однако применение инфракрасного энергоподвода по сравнению с другими способами тепловой обработки биопродуктов в большей степени дает возможность интенсификации процесса с помощью компьютерных технологий оптимизации внешнего и внутреннего тепломассопереноса и качественных показателей продукта.

Анализ способов функционирования аппаратов для тепловой обработки различных мясных изделий, начиная с «ход-догов», шашлыков и грилей, показал, что существующие аппараты специфичны и предназначены для определенных видов мясного продукта. В литературе не встречаются научные обоснования оптимальных температурных режимов и технологические параметры в микроволновых печах камерного типа бытового назначения с комбинированным нагревом и режимом «Гриль» также далеки от оптимальных.

При всех накопленных знаниях по данному вопросу, мало освещены связи теплообменных процессов с биологической ценностью пищевых продуктов и возможностью прогнозирования качественных показателей продуктов в заданных условиях теплообмена.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы