1091

Глава 17. Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки пищевых сред

Всякое настоящее образование добывается только путем самообразования. Рубакин Николай Александрович (1862–1946) русский библиограф и писатель

Глава 17 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки пищевых сред

Выпечка – нестационарный процесс теплообмена с изменением агрегатного и коллоидного состояния материала, сопровождающийся перемещением и испарением влаги.

В пекарной камере происходят все виды передачи теплоты к тестовым заготовкам (излучение, конвекция и теплопроводность). Под воздействием теплоты и влаги в тесте протекают взаимосвязанные между собой физические, биохимические, микробиологические и коллоидные процессы.

Шпарка и опаливание – поверхностная тепловая обработка сырья и мясопродуктов в целях их подготовки к дальнейшей переработке.

Обжарка – процесс тепловой обработки продуктов при температуре 120…160 °С с использованием промежуточного теплоносителя (растительного или животного жира), контактирующего с сырьем. При обжаривании удаляется, главным образом, свободная влага, выделившаяся из клеток после их плазмолиза под действием высокой температуры.

Влаготепловая обработка (жарение) включает два этапа: увлажнение капельной влагой или водяным паром до заданной величины и последующая сушка перемешиваемого слоя материала при кондуктивном теплоподводе до заданной влажности и температуры.

Запекание – объемная тепловая обработка мясного сырья с целью придания готовому изделию лучшего вкуса, аромата и более нежной консистенции.

Не надо искать старое в новом, а надо находить новое в старом. Френкель Яков Ильич (1894–1952), физик-теоретик, член-корреспондент АН СССР

17.1. Научное обеспечение процессов выпечки и обжарки пищевых сред

Теоретический расход теплоты на выпечку Ф (кДж/кг) в расчете на 1 кг горячих изделий включает расход теплоты на нагрев теста, испарение влаги из него и перегрев образующегося из этой влаги пара до температуры смеси, выходящей из пекарной камеры

,

где  – упек, отнесенный к массе горячей продукции, кг/кг; i_п – удельная энтальпия перегретого пара при температуре камерной смеси в пределах 180...250 °С и атмосферном давлении, кДж/кг; i_в – удельная энтальпия воды в тесте, поступающем в пекарную камеру, кДж/кг; т_к – масса корки на 1 кг горячей продукции, кг/кг; т_с – содержание сухого вещества в мякише 1 кг горячего изделия, кг/кг; с_к, с_с и с_в – соответственно удельные теплоемкости корки, сухого вещества мякиша и воды в изделии, кДж/(кгК); t_к, t_т и t_м – температуры корки, теста (поступающего в пекарную камеру), мякиша горячей продукции, °С (t_к = 130 °C, t_т = 30 °C, t_м = 98 °C); W – общая влажность 1 кг изделия в момент выхода из пекарной камеры, кг/кг.

Весь процесс выпечки делится на три периода. Первый период выпечки характеризуется интенсивным внешним тепло- и массообменом, в результате которого осуществляется прогрев тестовой заготовки и увеличение ее массы за счет конденсации пара. Во втором периоде выпечки начинается углубление зоны испарения, сопровождающееся повышением температуры теста-хлеба и образованием корки. В третьем периоде выпечки образование корки и структуры мякиша препятствует дальнейшему увеличению объема хлеба, при этом скорость испарения становится постоянной.

В процессе выпечки объем тестовой заготовки увеличивается за счет увеличения объема пор под действием термического расширения в них газа (воздуха и диоксида углерода). Структурно-механические свойства теста-хлеба при этом изменяются в зависимости от влажности и температуры, кроме этого фиксируется его пористая структура и происходит стабилизация формы хлеба.

При перемещении паровоздушной среды плотность потока пара j_п [кг/(м²с)] к поверхности тестовых заготовок можно определить по формуле

,

где g – приращение массы конденсата за время , кг; F – площадь поверхности тестовой заготовки, на которой конденсируется пар, м².

Этому потоку массы пара эквивалентен удельный поток теплоты q_k (кВт/м²), выделившейся при конденсации пара

,

где r_n – удельная теплота перегрева пара, кДж/кг.

Количество пара j_n [кг/(м²с)], конденсирующегося на поверхности изделия, можно определить из уравнения

,

где  – коэффициент теплоотдачи при конденсации пара, кВт/(м²К); r – удельная теплота фазового перехода, Дж/кг; с_n – удельная теплоемкость пара, Дж/(кгК); Т_с и Т_п – соответственно температура паровоздушной смеси и поверхности тестовой заготовки, К.

Коэффициент теплоотдачи определяют из уравнения

,

где Nu – число Нуссельта; Ar – число Архимеда; _n – объемное содержание пара в паровоздушной среде; – температурный симплекс, равный отношению температуры перегретого пара к температуре пара, поступающего из пароувлажнительного устройства.

Процесс обжаривания делится на два периода. В первый период обжарки температура в продукте постепенно повышается от поверхностных слоев к центральным до 96…99 °С. В этот период влага движется как наружу в виде пара и жидкости, так и к центру в виде жидкости. Во второй период обжарки температура постепенно повышается, приближаясь к температуре масла. В этот период происходят глубокие биохимические процессы, обусловливающие вкус и запах обжаренного продукта.

В первый период обжарки интенсивность теплообмена определяется коэффициентом теплоотдачи от масла к продукту путем конвекции. Во второй период из-за образовавшейся корочки, имеющей на поверхности температуру, близкую к температуре масла, интенсивность теплообмена определяется уже коэффициентом теплопроводности корочки и ее толщиной.

При равновесии процесса, когда теплота, поступившая от пара к маслу, равна теплоте, отданной маслом продукту, интенсивность теплообмена записывается зависимостями:

– для первого периода

;

– для второго периода

,

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); F – площадь поверхности нагрева, м²;  – продолжительность теплообмена, с; Т_n и Т_м – температура пара и масла, К;  – коэффициент, учитывающий теплоту, воспринятую продуктом ( = 0,6...0,7);  – коэффициент теплоотдачи от масла к продукту, Вт/(м²К); F_пр – площадь поверхности продукта, соприкасающейся с маслом, м²; Т_пр – температура на поверхности продукта, К; _к – коэффициент теплопроводности корочки продукта, Вт/(м²К); _к – толщина корочки продукта, м; Т_исп – температура испарения влаги в продукте, К.

Анализ приведенных зависимостей обжаривания показывает, что скорость движения масла вдоль поверхности интенсифицирует теплообмен только в первый период обжарки, когда еще нет корочки и передача теплоты осуществляется главным образом конвекцией, а испарение влаги происходит в поверхностных слоях продукта. Во второй период, когда образуется корочка со значительным термическим сопротивлением, скорость масла вдоль поверхности продукта очень мало влияет на интенсивность теплообмена.

Почему у меня такие хорошие студенты? Да потому что я сам не очень умный. Эренфест Пауль (1880–1933), австрийский физик-теоретик