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

Испытания ИК - печи и апробация оптимальных режимов тепловой обработки мясных изделий

Разработанная малогабаритная переносная конструкция инфракрасной печи камерного настольного типа многофункционального назначения использована для апробации и экспериментального подтверждения разработанных оптимальных режимов и интенсификации процессов тепловой ИК- обработки мясных изделий.

В качестве прототипов способов тепловой обработки мясных продуктов рассмотрены способы обработки в микроволновых печах вышеуказанных фирм «Регге1е», «Вогк». Наиболее близким аналогом является способ производства запеченных мясных изделий, включающий тепловую обработку инфракрасными лучами в две стадии и обработку воздушной средой, при этом на первой стадии обработка ведется инфракрасными лучами длиной волны 2-10 мкм, максимальная величина длина волны должна достигать 3,5-3,8 мкм., интенсивность теплового потока 6500-7000 Вт/м2, на второй стадии длина волны составляет 0,76 -3,5 мкм, максимальная величина должна достигать 1,04 мкм, интенсивность теплового потока 3600- 4000 Вт/м2, причем на первой стадии обработку осуществляют в течении 2-5 мин, на второй стадии 40-45 мин, а тепловую обработку воздушной средой проводят при 110-115 °С в течении 5-8 мин.

Однако данный способ тепловой обработки предназначен для запекания крупнокусковых мясных изделий, так как в описании указаны размеры карбонада 300-70-90 мм, требующей продолжительной тепловой обработки почти весь процесс длится 60 мин, тем более между двумя стадиями тепловая обработка осуществляется воздушной среды 110-115 °С необходимы дополнительные источники тепла, что делает процесс тепловой обработки трудоемким.

Для изделий меньших размеров данный способ тепловой обработки неприемлем, так как воздействие инфракрасными лучами в данном режиме вызовет обугливание мясных полуфабрикатов.

В процессе испытаний предлагаемого способа были реализованы три режима. В первом случае использовалась экспериментальная инфракрасная печь со встроенными излучателями. Мясной полуфабрикат на примере бифштекса рубленого помещался на сетчатый под между излучателями на расстоянии 10 см. до излучателя, после чего с помощью регулятора мощности осуществлялась подача энергии с плотностью потока 7 кВт/м2 с длиной волны 1,1 мкм и температура в центре продукта доводилась до 80°С. Процесс тепловой обработки при этом проходил умеренно, изделия прогревались интенсивно и равномерно, качество готовой продукции оценивалась органолептическим путем по пятибалльной шкале.

Во втором случае образцы мясных полуфабрикатов помещались на сетчатый под или керамическую подставку (противень) и загружались в рабочую камеру на расстоянии более 10 см от излучателей и затем подвергались воздействию энергии лучистого потока плотностью менее 7 кВт/м2. При этом процесс тепловой обработки был очень продолжительным и изделия прогревались медленно.

В третьем случае образцы мясных полуфабрикатов также помещались на сетчатый под или керамическую подставку (противень) и загружались в рабочую камеру на расстоянии менее 10 см. до излучателя, после чего подвергались инфракрасному облучению плотностью более чем 8 кВт/м2. Процесс тепловой обработки проходил очень быстро и полуфабрикат прогревался интенсивно, внутренние слои оставались не доведенные до кулинарной готовности, а поверхностные слои обезвоживались и имели твердую консистенцию. Таким образом, наилучшим вариантом с органолептической точки зрения, были образцы, приготовленные в первом исполнении и при данном режиме готовые изделия получались качественными и затраты энергии - минимальны.

Другая серия испытаний аналогично проведена для двухстадийного режима нагрева мясных полуфабрикатов на примере котлет с ламинарией. Продукт помещался на сетчатый под между излучателями ПК - энергии при плотности лучистого потока 7 кВт/м2 с длиной волны 1,1 мкм температуру поддерживали в камере среды 166 °С, продукт выдерживался до состояния готовности к употреблению. Температура в центре продукта контролировалась термопарами. Процесс тепловой обработки проходил умеренно, изделия прогревались интенсивно и равномерно, качество готовой продукции оценивали органолептически по пятибалльной шкале.

При изменении на первой стадии плотности излучения менее 7 кВт/м2, температуру в камере менее 166°С, процесс обработки был очень продолжительным и изделия прогревались медленно. Органолептические показатели при этом были невысокие, наблюдались местами неравномерно прошедшие тепловую обработку, упругую консистенцию. В случае плотности лучистого потока на первой стадии более 7 кВт/м2, температуру в камере более 166 °С, процесс тепловой обработки проходил очень быстро, изделия интенсивно прогревались, поверхностные слои обезвоживались и приобретали твердую консистенцию, а внутренние слои оставались не доведенными до кулинарной готовности.

Таким образом, наилучшим вариантом с органолептической точки зрения оказывались режимы при первом испытании, в котором готовые изделия равномерно прогревались внутри без перегрева поверхностного слоя, изделия получались качественными и затраты энергии минимальными.

Серия опытов проводилась и для мясных натуральных полуфабрикатов из говяжьей вырезки проводили испытания при различных режимах при температуре среды камеры. Отличительными признаками предлагаемого способа от известного являются обработка продукта энергией ИК- излучения с двух сторон, проведение обработки в две стадии, перемена режимов на стадиях, режимы обработки, отсутствие обработки воздушной средой.

В прототипе в качестве источников инфракрасных излучателей используются ТЭНы- темные излучатели, которые в сравнении со светлыми излучателями КГТ 220-1000, используемые в разработанном изобретение, медленнее нагреваются до рабочего состояния, до необходимой температуры.

На сегодняшний день получил развитие малый бизнес, в условиях деятельности минизаводов по производству мясных полуфабрикатов, наиболее оптимально применение малогабаритного оборудования, которое может быть универсальным и в возможности использования в малом и среднем бизнесе, в сфере общественного питания, «фаст-фудах» [28].

ЭО

Показатели качества мясного полуфабриката на примере бифштекса рубленного

при разных режимах нагрева

Наименование показателя

Режим 1

плотность излучения

  • 3 кВ т/м2 (1-я ст.)
  • 7 к В т/м (2-я ст.)

Режим 2

2 кВт./м2 (1 -я ст.) 6 кВ т/м2 (2-я ст.)

Режим 3

6 кВт/м2 (1-я ст.) 10 кВт/м2 (2-я ст.)

1.

Внешний вид

Свойственный жареному мясу . равномерно серовато- коричневая

Свойственный жареному мясу, местами наблюдаются вид недожаренного мяса

Свойственный жареному мясу, местами наблюдаются очень обезвоженные участки куска мяса

2.

Цвет

Светло-коричневая, свойственная готовой жаренной котлете

Неравномерная, местами оттенки сыроватого мяса

Неравномерная, местами оттенки подгорелого мяса

3.

Вкус

Свойственный вкусу жареного мяса

Свойственный жаренному мясу, местами привкус сырого мяса

Свойственный жареному мясу, местами привкус прогорклостей

Свойственный данному

4.

Запах

Свойственный данному виду изделия

Свойственный данному виду изделия

виду изделия

Местами сухая, свойственная

5.

Консистенция

Мягкая, свойственная хорошо прошедшему тепловую обработку рубленому мясу

Местами упругая, свойственная сырому мясу

сильно обезвоженному рубленному мясу

Таблица 5.2.

Показатели качества мясного полуфабриката на примере натурального кускового полуфабриката после тепловой обработки при разных режимах нагрева

Наименование показателя

Режим 1

плотность потока 7 кВт/м2

расстояние до излучателя 10 см

температура среды 166 °С

Режим 2

плотность менее 6 кВт/м2 расстояние более 10 см температура среды менее 166 °С

Режим 3

плотность более 8 кВт/м2, расстояние менее 10 см температура среды более 166 °С

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.

Внешний вид

Цвет

Вкус

Запах

Консистенция

Свойственный жареному мясу.

Светло-коричневый, свойственный готовому жареному мясу

Свойственный жареному мясу

Свойственный данному виду изделия

Мягкая, свойственная хорошо прошедшему тепловую обработку мясу

Свойственный жареному мясу, местами наблюдаются вид недожаренного мяса

Неравномерная, местами оттенки сыроватого мяса

Свойственный жареному мясу, местами привкус сырого мяса

Свойственный данному виду изделия

Местами упругая, свойственная сырому мясу

Свойственный жареному мясу, местами наблюдаются очень обезвоженные участки куска мяса

Неравномерная, местами оттенки подгорелого мяса

Свойственный жареному мясу, местами привкус прогорклостей

Свойственный данному виду изделия

Местами сухая, свойственная сильно обезвоженному куску мяса

200

Показатели качества мясного полуфабриката на примере рубленых котлет с ламинарией после тепловой обработки при разных режимах нагрева

Таблица 5.3.

Наименование показателя

Режим 1

плот ноет ь излучения 7 к В т/м2 температура среды 179-180 °С.

Режим 2

плоти ост ь излучения 6 к В т/м2.

температура среды менее 179-180 °С.

Режим 3

пл от ноешь излуч єни я 10 кВ т/м 2. температура среды более 179-180 °С.

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.

Внешний вид

Цвет

Вкус

Запах

Консистенция

Свойственный жареной котлеты с ламинарией.

Светло-коричневая, свойственная готовой жаренной котлете с темными Свойственной ламинарию Свойственный жареному мясу со вкусом ламинария

Свойственный данному виду изделия с запахом ламинария

Мягкая, свойственная хорошо прошедшему тепловую обработку мясу местами ламинарий

Свойственный жареному мясу, местами наблюдаются вид недожаренного мяса

Неравномерная, местами оттенки сыроватого мяса

Свойственный жаренному мясу, местами привкус сырого мяса

Свойственный данному виду изделия

Местами упругая, свойственная сырому мясу

Свойственный жареному мясу, местами наблюдаются очень обезвоженные участки куска мяса

Неравномерная, местами оттенки подгорелого мяса

Свойственный жаренному мясу, местами привкус прогорклостей

Свойственный данному виду изделия

Местами сухая, свойственная сильно обезвоженному куску мяса

Дегустационная оценка органолептических показателей качества

Наименование

показателя

Контроль

Органолептическая Оценка (Балл)

Опыт

Органолептическая Оценка (Балл)

1

2

3

4

5

6

  • 1.
  • 2
  • 3.
  • 4.
  • 5.

Внешний вид Цвет

Вкус

Запах

Консистенция

Свойственный жареной котлете

Светло-коричневая, свойственная готовой жаренной котлете Свойственный жаренному мясу

Свойственный данному виду изделия с запахом Мягкая, свойственная хорошо прошедшему тепловую обработку мясу.

  • 4.4
  • 4.5
  • 4.6
  • 4.6
  • 4.6

Общая оценка 22,7

Средняя оценка 4,54

Свойственный жареной котлете с ламинарией Светло-коричневая, свойственная готовой жареной котлете с темными пятнами ламинарии

Свойственный ламинарию, жареному мясу со вкусом ламинария

Свойственный данному виду изделия с запахом ламинария Мягкая, свойственная хорошо прошедшему тепловую обработку мясу, местами ламинарий, морковь

  • 4,6
  • 4.8
  • 4.9
  • 4.8
  • 4.9

Общая оценка 24

Средняя оценка 4,8

  • ( мясной говяжий рубленый полуфабрикат типа бифштекса, котлет с добавлением ламинарий, свежий лук, морковь, клюква)
  • 202

Таблица 5.5.

Влияние способов термообработки на перевариваемость белков мяса_

Аминокислота

Относительное содержание аминокислот в нспсрсварившсйся части белка в мясных изделиях (1 г. аминокислот на 100 г. белка)

Исходное

сырье

Традиционный нагрев

Нихромовыс

спирали

Лампы КГТ-220-1000

поверхностный. слой

центральный слой

поверхностный слой

центральный слой

поверхностный слой

центральный слой

Аргинин

1,69

1,44

1,13

1,99

1,23

1,59

1,45

Лц Лизин

2,23

2,04

1,74

2,02

1,47

1,92

1,53

Г истидин

1,41

1,52

1,05

1,38

1,01

1,45

1,09

Аланин

2,62

2,14

1,78

1,98

1,69

2,14

1,46

Аспаргиновая

кислота

4,27

4,01

3,22

3,63

3,97

3,81

3,28

Треонин

1,64

1,28

1,22

1,31

1,17

1,51

1,49

Серин

1,34

1,34

1,18

1,17

1,31

1,34

1,36

Глутаминовая кислота

4,57

4,57

4,33

4,28

4,16

4,28

4,21

Пролин

1,64

1,03

0,89

1,04

0,56

1,14

0,71

Глинин

2,10

0,91

1,03

1,08

1,09

1,01

1,04

Фенилаланин

1,76

1,21

0,85

1,26

0,91

1,23

0,87

Цистин

1,72

0,34

0,25

0,32

0,24

0,56

0,38

Валин

2,01

1,68

1,14

1,91

1,22

1,47

1,10

Метионин

1,14

0,22

0,31

0,62

0,36

0,34

0,24

Изолейцин

2,17

1,49

1,39

1,31

1,27

1,49

1,35

Лейцин

3,56

2,68

2,44

2,22

2,24

2,02

2,91

Тирозин

1,86

1,22

0,94

1,10

0,71

1,08

0,83

37,73

29,12

24,89

28,61

24,61

27,82

25,03

203

Сравнительная таблица

(на примере мясных изделий )

Изделие

Масса

полу-

фаб-

ри-

ката

Выход по норме

Ужарка (упск) при тради- ционном нагреве (потери массы)

Ужарка (упск) при ИК- нагрсвс (потери массы)

Средняя температура рабочей камеры традицион ным способом

Рекомендуемый

режим

Продолжительность тепловой обработки, мин

Сокращение тепловой обра- ботки по сравнению с традиционным

По

норме

ПоИК-

нагрс-

ВУ

традиционный

ИК-

на-

грсв

Антрекот

119

75

84

37

29.3

250-270

220-240

10-12

7-8

В 1.8-2 раза

Бифштекс

натуральный

119

75

80

37

33.0

250-270

160-180

15-20

10-12

В 1.6-2 раза

Бифштекс

рубленный

107

75

80

30

25

250-270

220-240

12

9-10

В 1.25 раз

Котлеты с растительными компонентами

107

80-85

30

26-28

240

180-200

12

10

В 1.2 раза

204

Сравнительная таблица

(На примере национальных мучных изделий)

Наименование

изделия

Масса

гр.

Потеря массы, %

Продолжительность, мин

Органолептическая оценка, Балл

(предлагаемый

способ)

традиционный

способ

(электрический

шкаф)

предлагаемый

способ

традиционный

способ

(электрический

шкаф)

предлагаемый способ

самса слоенная

85

27.7

10

17-20

6-8

4.8

Самса капак

160

18.5

13.7

25-30

12-14

4.9

Самса духовая

142

15.5

11.8

20-25

9-11

4.9

205

Таблица 5.8.

Сравнительный анализ потерь нутриентов, жирных кислот и витаминов при различных видах нагрева и режимах инфракрасной обработки на примере мясных натуральных полуфабрикатов

ИК-нагрсв

Наименование

продукта

Традиционный нагрев

температура: среды 166 °С в продукте- 70°С, Время тепловой обработки 8.26 мин.

Температура среды 166 °С в продукте 80°С Время тепловой обработки 9 мин.

Температура среды 166 °С в продукте 90°С Время тепловой обработки 9.6 мин.

свч-

нагрсв

Режим 1

Режим 2

Режим 3

Потери нутриентов

0.08

0.03

0.04

0.08

0.07

Потери жирных кислот

Мясные натуральные кусковые полуфабри- каты

1.34

0.45

0.68

1.01

0.09

Потери витаминов

0.32

0.09

0.16

0.27

0.22

Функционал качества

0.78

0.87

0.84

0.80

0.79

Полученные результаты представлены в табл. 5.1 - 5.8.

В табл. 5.6 приведены результаты анализов, подтверждающие неравномерное распределение аминокислот по высоте продукта при различных режимах и влияние способа термообработки.

В таблице 5.8 показан сравнительный анализ потерь нутриентов, жирных кислот, витаминов при различных видах нагрева и режимах ИК - нагрева: при традиционном способе нагрева потери составляют 0,08; при СВЧ- нагреве - 0,07, с точки зрения кулинарной готовности и биологической ценности, наиболее оптимальным при ИК - нагреве является режим 2.

На основе предлагаемых оптимальных режимов инфракрасной обработки предложен способ производства мясного порошка (Патент РФ № 2327366 «Способ производства мясного порошка»), рекомендуемого в качестве добавки в мясные рубленые полуфабрикаты (Патент РФ №2352161 «Способ производства мясных рубленых полуфабрикатов с добавлением мясного порошка») для компенсации массовых потерь ингредиентов пищевой и биологической ценности продукта в процессе тепловой обработки.

В соответствии с результатами испытаний рекомендации по выбору оптимальных режимов и проектирования процесса тепловой обработки мясопродукта с заданным составом сводятся к следующему:

  • 1. Основными ограничениями на стадии прогрева продукта являются: изменение температуры поверхностного слоя продукта, температура краев продукта, температура в центре продукта. Выбор режима тепловой обработки определяется в зависимости от конечных органолептических показателей готового продукта с учетом количественного изменения аминокислотного, жирнокислотного состава, витаминов и температурно-временного фактора. Варьирование факторов происходит по экспериментальному плану до тех пор, пока показатели биологической ценности не будут соответствовать максимальному значению функционала качества.
  • 2. Оптимизация и прогнозирование пищевой и биологической ценности продукции на этапе тепловой обработки с применением различных методов электрофизического нагрева (инфракрасный, СВЧ, комбинированный нагрев), дает возможность определить не только рациональный температурный режим, но и способ теплового воздействия.
  • 3. При выборе режимов тепловой обработки необходимо учитывать рецептурный состав мясных полуфабрикатов, так как добавление компонентов растительных и животного происхождения способствуют изменению теплофизических характеристик, соогветственно к уменьшению инфракрасных тепловых воздействий, продолжительности тепловой обработки и выбору оптимальной температуры греющей среды по результатам реализации системы компьютерного моделирования и оптимизации управления процессом тепловой обработки и проектирования мясных продуктов,

Компьютерная система поддержки принятия решения в управлении процессом тепловой обработки функционирует в среде Windows 95/NT/98/ME/2000/XP/2003. Интерфейсы написаны в Delphi, а основные процедуры - в Object Pascal.

Работа с пользователем организована в виде диалогового режима, при котором запрашивается плотность теплового потока и осуществляется ввод запрашиваемого параметра. После реализации программы на экран и печать выводятся изменение температуры и массовых долей фракций липидов, белков, аминокислот, жирных кислот и витаминов по слоям или условно принятым ячейкам по высоте и по времени тепловой обработки.

Получаемые результаты можно представить как поля температур и поля денатураций, поля гидролитического и окислительного распада или плавления фракций липидов в жире по высоте продукта и во времени, поля аминокислот, жирных кислот и витаминов.

В процессе испытаний входными данными является плотность лучистого потока энергии, которая варьировалась в различных пределах, «перебор» продолжается до тех пор, пока не будет определен оптимальный режим, при котором амино- жирокислотный и витаминный состав по всей высоте продукта не будет приближен к максимальным значениям функционала качества или функционалу полезности.

Программа реализации системы и производственные испытания предусматривают различное расположение источников излучения (с двух сторон - снизу и сверху от продукта, только сверху и двухсторонний переменный режим с изменением плотности потока, комбинации подачи тепловых потоков [28, 33, 37]).

Разработанные на основе модели оптимальные режимы инфракрасной тепловой обработки были подтверждены в реальных условиях:

  • - для кусковых полуфабрикатов из говяжьей вырезки, таких как мясные натуральные полуфабрикаты, температуру в камере рекомендуется поддерживать 166°С для доведения температуры в центре 80 °С, время тепловой обработки 9 мин;
  • - для модельных фаршевых систем, включающих компоненты растительного происхождения (на примере котлет с растительными добавками) рекомендуется температура в камере ИК - печи 179-180

°С до доведения температуры в продукте 80 °С, время тепловой обработки 10 мин;

- для модельных фаршевых систем (на примере бифштекса рубленного) рекомендуется двухстадийный инфракрасный нагрев с двухсторонним обогревом и доведение температуры в центре продукта до 80 °С, плотность лучистых потоков 1- стадии 3,5 кВт/м , 2 - стадии 7,8 кВт/м , время тепловой обработки 12,8 мин.

Для реализации разработанных технологических регламентов и поддержания соответствующих температур в рабочей камере инфракрасной печи была разработана система контроля и регулирования температуры.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы