Материал: 5668

В традиционных способах обработки обычно выделяют основные способы, целью которых является доведение продукта до кулинарной готовности, и вспомогательные, осуществляемые в различных целях: получение полуфабрикатов, создание или устранение определённых специфических свойств пищевого сырья; интенсификация последующих основных процессов тепловой обработки и др.

Физическая сущность поверхностных способов тепловой обработки представляется сложным комплексом взаимосвязанных физико-химических, тепломассообменных, биохимических и других процессов, протекающих в массе продукта при подводе к нему теплоты, в основном с поверхности, конвекцией и теплопроводностью. Характерной особенностью этих способов является встречная направленность градиентов температуры и влаги в продукте, вследствие которой поток влаги из продукта препятствует проникновению теплоты в продукт. Продукт (например, мясо), подвергаемый варке в воде, претерпевает ряд сложных структурно-физических и химических изменений. Если, продукт с начальной температурой 20 °С погружают в воду с температурой 100 °С, то поверхностные слои прогреваются сравнительно быстро, а температура глубинных слоёв повышается постепенно; поток теплоты на протяжении всего процесса варки направлен от поверхности вглубь продукта (соответственно градиент температуры имеет противоположное направление). Последовательный прогрев слоёв продукта сопровождается фазовыми превращениями (испарение свободной влаги) и биохимическими реакциями (денатурация белков, разрушение коллагена в соединительной ткани и т. д.), приводящими к существенному изменению структуры и теплофизических свойств продукта. Это, в свою очередь, влияет на динамику тепло-массопереноса в процессе варки, поскольку приповерхностные слои являются «термическим сопротивлением» для проникновения теплоты в глубинные слои. Уменьшение влагосодержания приводит к снижению коэффициента теплопроводности слоёв продукта, что также препятствует его дальнейшему нагреванию. Все эти факторы обусловливают большую продолжительность традиционных (поверхностных) способов тепловой обработки продуктов.

В то же время большая длительность обработки ухудшает органолептические показатели и пищевую ценность готового изделия, поскольку в обрабатываемом продукте с течением времени разрушаются витамины, теряются, уходя в технологические жидкости, минеральные вещества, претерпевают существенные изменения аминокислотный состав белков и жирно-кислотный состав жиров.

21

Таким образом, кондуктивные (поверхностные) способы имеют следующие недостатки: большая длительность процессов, существенные затраты топливноэнергетических ресурсов, высокая трудоёмкость.

Поэтому сокращение длительности тепловой обработки продуктов, нахождение рациональных температурных режимов воздействия на продукты являются основным путём улучшения качества продукции и интенсификации производства.

2.2. Объёмные способы нагрева

Объёмные способы нагрева продуктов основываются на взаимодействии продукта (и прежде всего содержащейся в его структуре свободной воды) с электромагнитным полем. Электромагнитные волны от генератора излучения проникают в продукт на значительную глубину и частично или полностью поглощаются в нём. При этом электромагнитная энергия превращается в теплоту, что вызывает нагрев продукта. Затем теплота и влага выделяются из продукта, т. е. поток теплоты и поток влаги совпадают по направлению. Классификация объёмных способов тепловой обработки представлена в таблице 3.

Таблица 3 – Классификация объемных способов тепловой обработки

22

Инфракрасный (ИК) нагрев

Инфракрасное (ИК) излучение в тепловых аппаратах в настоящее время используется как самостоятельный способ нагрева продуктов, а также в качестве базового способа для создания различных комбинированных способов тепловой обработки.

Физическая сущность механизма ИК-нагрева заключается в следующем. Большинство пищевых продуктов содержат в своей пористой структуре значительное количество свободной воды, которая интенсивно поглощает ИКизлучение в определённой области длины волн (при длинах волн 0,75...2,5 мкм); при длине волн 1,4 мкм поглощение достигает 100 %. В то же время влага в пористой структуре пищевых продуктов распределена неравномерно по объёму, поэтому ИК-излучение может проникать в них на значительную глубину, что при соответствующем выборе толщины слоя обрабатываемого продукта обусловливает объёмный характер его нагрева. Максимальная температура продукта при ИК-нагреве обычно достигается на некоторой глубине, зависящей от структуры и влагосодержания продукта и длины волны излучения. В процессе тепловой обработки свойства поверхностных слоев продукта изменяются, что, в отличие от условий традиционного (поверхностного) нагрева, приводит к усилению поглощения ИК-энергии и интенсификации нагрева. Аналогичный эффект вызывается образованием водяного пара в обрабатываемом продукте, интенсивно поглощающего ИК-излучение с длиной волны более 15 мкм.

Таким образом, благоприятным фактором для ИК-обработки пищевых продуктов является наличие длин волн вблизи 1 мкм в спектре используемого генератора излучения и значительного количества свободной влаги в продукте, т. е. высокого начального влагосодержания исходного продукта. Положительным признаком ИК-нагрева является получение равномерной по цвету и толщине корочки поджаривания. Вместе с тем этому способу присущи недостатки: не все продукты можно подвергать ИК-нагреву; при высокой плотности потока ИКизлучения возможен «ожог» продукта.

Сверхвысокочастотный (СВЧ) нагрев

Пищевые продукты по своим электрическим свойствам представляют собой неидеальные диэлектрики, в которых при наложении внешнего электрического поля возникают токи проводимости и токи смещения. Токи проводимости создаются свободными электрическими зарядами (преимущественно ионами), перемещающимися по всему объёму диэлектрика. Токи смещения создаются

23

связанными зарядами, способными перемещаться лишь на незначительные расстояния; смещение этих зарядов под действием внешнего электрического поля называется поляризацией диэлектрика.

В зависимости от природы связанных зарядов различают несколько видов поляризации диэлектриков: электронную, атомную, электролитическую, дипольную и макроструктурную. Каждый из них имеет характерное время установления поляризации — время релаксации. Из сопоставления типичных значений этого времени с периодом переменного электрического поля, используемого для СВЧ-нагрева продуктов, следует, что основными в СВЧ-нагреве являются дипольная и макроструктурная поляризация.

Дипольная поляризация представляет собой результат воздействия внешнего поля на полярные молекулы, обладающие собственным дипольным моментом. Типичным примером полярной молекулы является молекула воды. Поэтому наличие в продуктах свободной воды является фактором, определяющим интенсивность нагрева продуктов в СВЧ-поле. При приложении внешнего поля дипольные моменты молекул, имеющие в отсутствие поля произвольные направления, стремятся ориентироваться по направлению поля, что встречает сопротивление со стороны окружающих молекул. Работа, расходуемая на преодоление этого сопротивления, в конечном счёте превращается в теплоту, что и вызывает нагревание продукта.

Макроструктурная поляризация типична для пищевых продуктов, представляющих собой биологические объекты с клеточной микроструктурой. Упрощённо биологическую клетку можно представить как замкнутую оболочку (мембрану) с полупроводниковыми свойствами, заполненную электролитом. При наложении внешнего электрического поля такая система приобретает дипольный момент благодаря смещению «свободных» зарядов (ионов) в пределах замкнутой оболочки, которые в данном случае ведут себя аналогично связанным зарядам в диэлектрике. Ввиду значительного объёма клетки, содержащей огромное число молекул, дипольный момент поляризованной клетки весьма велик (разумеется, в атомном масштабе), что и отражается в наименовании этого типа поляризации.

Важнейшей особенностью СВЧ-нагрева является возможность достижения высокого темпа нагрева продуктов при применении генераторов (магнетронов, ламп бегущей волны и др.), создающих СВЧ-поля большой напряжённости. Для тепловой обработки пищевых продуктов в СВЧ-поле разрешено применение следующих рабочих частот: 433,92 ± ±0,8678; 2375 ±50; 2450 ±50; 5800 ±75;

24

22125 ±125 МГц. На предприятиях общественного питания в основном применяют частоту 2450 МГц. При напряженности Е≈5 кВ/м достигается темп нагрева продуктов 0,5 К/с и выше.

Таким образом, основное преимущество СВЧ-нагрева — высокая скорость нагрева. Однако ему присущи и недостатки — отсутствие корочки на поверхности продукта и, как правило, естественный цвет сырого продукта.

Электроконтактный (ЭК) нагрев

Этот способ нагрева характеризуется высокой экономичностью, обусловленной простотой используемого оборудования, в частности отсутствием дорогостоящих генераторов СВЧ-поля. В случае однородного проводника (например, металлического) теплота выделяется в нём равномерно по всему объёму. Однако пищевые продукты имеют существенно неоднородную структуру, электропроводность различных компонентов которой в разной степени зависит от температуры. Электропроводность пищевых продуктов существенно зависит

иот вида ткани (наименьшей удельной проводимостью обладают печень, сердце

имышечная ткань), а также от содержания жира. С повышением температуры зависимость от содержания жира становится менее выраженной в связи с диспергированием жира в процессе нагрева.

Электропроводность продукта и, следовательно, его сопротивление преимущественно определяют темп ЭК-нагрева и соответственно продолжительность этого процесса до достижения заданной температуры. Особенностью ЭК-нагрева является возможность обеспечения быстрого повышения температуры продукта по всему объёму до требуемой величины за 15...60 с. Это обусловливает успешное применение данного способа нагрева для коагуляции колбасных фаршей за указанное время при конечной температуре 50... 70 °С. В этом случае использование ЭК-нагрева упрощает конструкции автоматизированных агрегатов для изготовления фаршей. Как показали специальные исследования, химикобактериологические показатели колбасных изделий, изготовленных ЭКнагревом и традиционными способами, мало различаются. Однако на практике приходится считаться с возможными явлениями электролиза в массе продукта и эрозии электродов, в результате которой в продукт могут попадать посторонние вещества. Эти явления можно свести к минимуму оптимальным выбором материала электродов и частоты тока. Кроме того, для успешной реализации данного способа тепловой обработки необходимо обеспечивать хороший электрический контакт между электродами и продуктом.

25