Глава 2. Способы тепловой кулинарной обработки

2.1. Основные способы тепловой кулинарной обработки

К основным способам тепловой кулинарной обработки продуктов относятся варка (влажный нагрев) и жарка (сухой нагрев), применяемые как самостоятельные процессы. Кроме этих способов существуют технологические способы, представляющие собой сочетание основных, например тушение, запекание, припускание и др.

Основные способы тепловой кулинарной обработки реализуют на варочном или жарочном оборудовании.

Наряду с указанными видами оборудования на предприятиях общественного питания используется тепловая аппаратура для хранения пищи в горячем состоянии и ее реализации, нагрева воды для технологических и санитарно-гигиенических целей.

Для осуществления способов тепловой кулинарной обработки в основном используется традиционный поверхностный способ нагрева продуктов, при котором теплота от греющей среды постепенно (за счет теплопроводности) проникает в продукт, начиная с поверхностных слоев.

В отличие от традиционного поверхностного способа нагрева, при котором энергия подводится к поверхности изделия, при инфракрасном (И К) нагреве энергия проникает внутрь продукта на значительную глубину, а при сверхвысокочастотном (СВЧ) нагреве — по всему его объему.

Наиболее перспективными и эффективными считаются комбинированные способы тепловой обработки, позволяющие сочетать поверхностные и объемные способы нагрева.

При всех способах нагрева пищевых продуктов внешний теплообмен сопровождается массопереносом, в результате которого изменяется влаго- и жиросодержание продуктов: часть влаги и жира переходит во внешнюю среду или поглощается продуктами. Кроме того, при тепловой кулинарной обработке продуктов в жидких средах теряется часть сухих веществ (водо- и жирорастворимых).

2.2. Варка пищевых продуктов

Варка — это процесс гидротермической обработки, заключающийся в нагреве продукта в жидкой среде, каковой могут служить вода, бульон, молоко, соус, сок, сироп и влажный насыщенный пар. В зависимости от того, в жидкой среде или во влажном паре нагревается пищевой продукт, получают вареное изделие с разными органолептическими свойствами.

Процесс варки. При варке продукт нагревается влажной средой, и даже при сколь угодно большом тепловом потоке исключаются перегрев поверхности продукта, а следовательно, и испарение из него влаги. При этом создаются оптимальные условия для поверхностного нагрева пищевого продукта.

Температуры поверхностного слоя продукта и греющей среды близки к температуре кипения. Перепад температур между ними невелик. Это обусловливает «мягкий» нагрев пищевого продукта, который в отличие от «жесткого» (при большом перепаде температур) обеспечивает минимальные тепловые разрушения исходного сырья и высокую пищевую ценность кулинарного изделия.

При поверхностном нагреве пищевого продукта тепловой поток направлен к центру. В этом же направлении в начальный момент нагрева перемещается и влага (явление термовлагопроводности). Однако по мере прогрева в центральных слоях возникает избыточное давление, причиной которого являются сложные биохимические реакции, связанные с денатурацией белков, разрушением коллагена, а также с испарением свободной влаги и изменениями структуры. В результате влага начинает перемещаться навстречу тепловому потоку: от центра к поверхности. Вместе с влагой («соком») из продукта уносятся и ценные вещества — белки, жиры, углеводы, которые переходят в жидкую варочную среду и тем самым улучшают ее кулинарные свойства и одновременно обедняют сам пищевой продукт.

Скорость (интенсивность) варки можно повысить, увеличив температуру кипения, а следовательно, и давление в варочном аппарате (принцип автоклавирования). Однако возрастание температуры ускоряет термические разрушения продукта и, как правило, ухудшает качество изделия.

Интенсивность процесса удаления из продукта ценных пищевых веществ пропорциональна разности их концентрации в жидкости и поверхностном слое. Это заставляет считать варку не только тепловым, но и сложным массообменным процессом.

От интенсивности энергоподвода, определяющей активность кипения греющей среды, часто зависит качество вареного изделия и в первую очередь получаемого при варке бульона. Как правило, активное кипение, характеризующееся интенсивным парообразованием, ухудшает органолептические свойства бульонов главным образом вследствие активно протекающей в этом случае реакции эмульгирования пищевых жиров, переходящих в раствор.

Способы варки. Варка в большом количестве воды (основной способ варки) характеризуется высокой разностью концентраций экстрактивных веществ, содержащихся в пищевом продукте и в греющей жидкости. Варку можно осуществлять разными способами в зависимости от требований технологического процесса. Если необходимо иметь минимальные потери массы готового изделия и сохранить по возможности в нем питательные вещества в процессе варки, то продукты следует загружать в кипящую воду. В этом случае на начальной стадии процесса на их поверхности образуется плотный обезвоженный слой, что приводит к увеличению выхода вареных изделий. Если в процессе варки необходимо минеральные и питательные вещества из продукта перевести в бульон, то продукты следует загружать в холодную воду.

При варке на пару на начальной стадии процесса на поверхности образуется более выраженный плотный обезвоженный слой, что предопределяет меньшие потери массы продукта и более высокую пищевую ценность кулинарных изделий. Кроме того, в результате конденсации пара на поверхности продукта образуется тончайшая конденсатная пленка, которая быстро насыщается выделяющимися минеральными и питательными веществами.

Для варки в большом количестве воды используются пищеварочные котлы, а для варки на пару — паровые варочные камеры.

Условия варки. Варка ряда пищевых продуктов (каш, молочных и макаронных изделий) протекает в специфических условиях тепломассообмена. Это особенно ярко проявляется на примере варки каш. В этом случае нагреваемая среда представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из крупы и воды. Причем доля крупы в этой системе значительна, что заметно сдерживает перемещение греющей воды. Кроме того, в процессе нагрева крупа набухает и поглощает значительное количество влаги. Влагоудерживающая способность крупы при этом увеличивается, увеличивается и доля крупы в двухкомпонентной системе по отношению к свободной влаге. Все это приводит к уменьшению скорости перемещения греющей среды и, как следствие, создает возможность неравномерного нагрева массы продукта по объему. Вблизи греющей стенки при большем тепловом потоке скорость прогрева пристеночного слоя может превысить скорость перемещения влаги, что приведет к ее испарению в слое и его перегреву, т. е. создаются условия подгорания (подсыхания) пищевого продукта.

2.3. Жарка пищевых продуктов

Жарка — комплекс сложных физических, химических, физико-химических, тепломассообменных изменений структуры, объема и свойств продукта, в результате которых готовое изделие приобретает специфический вкус, запах, цвет и т.д.

Требования к температуре жарочных аппаратов. Принципиальным различием между процессами жарки и варки является интенсивное тепловое воздействие на поверхностный слой пищевого продукта, т.е. такое воздействие, при котором происходит целенаправленный перегрев поверхности продукта. Естественно, что в этом случае к жарочному аппарату предъявляются повышенные требования по равномерности нагрева изделия и поддержанию соответствующей температуры, необходимой для образования специфической корочки. При этом температура на поверхности или внутри жарочного аппарата должна быть такой, чтобы исключалось подгорание изделия, а продолжительность тепловой кулинарной обработки была минимальной.

Температура греющей среды рабочих камер жарочных аппаратов должна достигать заданных значений за минимальное время, регулироваться в пределах 150... 290 °С и изменяться в течение цикла в соответствии с характером прогрева изделий. При этом конструкция жарочного аппарата должна обеспечивать такое движение конвективных потоков внутри рабочей камеры, чтобы исключить образование застойных зон и неравномерный прогрев изделий. Разность температур среды рабочей камеры жарочных и пекарных шкафов должна быть минимальной и не превышать 40... 50 °С.

Для рационального ведения процесса жарки высокая температура среды рабочей камеры, обеспечивающая интенсивный прогрев продуктов в начале процесса, должна быть в последующем снижена во избежание излишнего обезвоживания и подгорания изделий. Однако в жарочных аппаратах с естественной конвекцией греющей среды резкое снижение температуры затруднено за счет большой их инерционности.

В жарочных аппаратах с принудительной конвекцией теплоносителя (конвектоматах и пароконвектоматах) температурный режим тепловой кулинарной обработки более мягкий (130...260 °С), а возможности рационального ведения процесса не ограничены.

Основные способы жарки. Процесс жарки осуществляется следующими основными способами.

Жарку на нагретой поверхности осуществляют при температуре 130... 160 °С обычно в небольшом количестве пищевого жира либо без него. Тонкий слой пищевого жира в этом случае служит промежуточным теплоносителем, играя роль термического сопротивления между греющей поверхностью и изделием, уменьшая интенсивность теплового воздействия, тем самым ограничивая температуру на поверхности изделия и уменьшая возможность его подгорания. Кроме того, прослойка жира ограничивает прилипание продукта к нагретой поверхности.

Жарку в небольшом количестве жира осуществляют в открытой посуде (наплитных сковородах, противнях и т.д.) или на разогретой поверхности жарочных плит и характеризуется односторонним энергоподводом теплоты к изделию. Для обеспечения равномерного прогрева изделий их необходимо периодически переворачивать в процессе тепловой кулинарной обработки. Для исключения нерационального роста толщины корочки и значительной потери массы изделия интенсивность энергоподвода должна быть снижена.

Жарку в открытой посуде без добавления жира осуществляют при пассеровании муки в целях удаления запаха сырой муки и придания ей приятного орехового аромата, а также для уменьшения влажности и снижения вязкости мучных отваров.

Жарку в большом количестве жира (во фритюре) осуществляют при температуре 150... 190°С. Жира берут в 4...5 раз больше, чем обжариваемого продукта, чтобы при погружении изделия в жир не происходило сильного охлаждения последнего.

Жарку во фритюре осуществляют в основном в сетчатых корзинах, помещаемых во фритюрницы или жарочные ванны. Жарка характеризуется тем, что вся поверхность изделия соприкасается с жиром, при этом обеспечивается не только равномерный прогрев всей поверхности изделия, но и сокращается продолжительность тепловой кулинарной обработки.

Известно, что жарка во фритюре, нагретом менее чем до 135 °С, приводит к увеличению расхода жира и ухудшению качества изделий. Так, продукты с большим количеством влаги (овощи) жарят в среднегорячем фритюре температурой 135... 150°С, продукты, предварительно подвергавшиеся варке, — в горячем фритюре температурой 150... 165 °С. Изделия из теста, рыбы и других продуктов жарят в очень горячем фритюре температурой 165... 180 °С.

Жарку в замкнутых камерах осуществляют при разных температурах в зависимости от вида нагрева. Например, в нагретой паровоздушной среде с естественной конвекцией жарку осуществляют при температуре 160...290°С, с вынужденной конвекцией — при температуре 140...260°С. Этот вид нагрева принято называть конвективным, а аппараты, в которых осуществляется такой нагрев, — конвектоматами.

В среде перегретого пара с естественной конвекцией жарку осуществляют при температуре 150...280 °С, с вынужденной конвекцией — при температуре 130...240"С. Этот вид нагрева принято называть парожарочным, а аппараты, в которых осуществляется такой нагрев, — пароконвектоматами.

Жарку в паровоздушной среде и среде перегретого пара изделий, уложенных в формы, противни и т.д. при естественной конвекции, осуществляют как за счет теплопроводности емкости, в которую они помещены, так и за счет лучистой энергии нагревательных элементов и стенок камеры, а также за счет конвекции.

Жарку под действием интенсивного облучения поверхности продукта осуществляют потоком инфракрасного излучения.

Благодаря удалению части влаги и впитыванию жира в процессе жарки повышается пищевая ценность изделия и на его поверхности образуется специфическая корочка.

На начальной стадии жарки перенос влаги в глубь продукта под действием перепада температур превышает перенос влаги к поверхности за счет диффузионного процесса. Поверхностные слои обезвоживаются за счет испарения во внешнюю среду и не пополняются влагой из глубинных слоев.

На стадии возрастания температуры наружных слоев изделия растет диффузионный перенос влаги к поверхности. Зона испарения влаги располагается на некотором расстоянии от поверхности и далее не углубляется. При нормальном ведении процесса образовавшаяся корочка служит гидравлическим сопротивлением выходу влаги из внутренних слоев изделия. В то же время сама корочка не должна нагреваться до температур, при которых происходит обугливание ее поверхности. Стабилизатором температуры поверхности изделия могут служить разные жидкие среды (жир и сок, выделяющиеся из изделия).

2.4. ИК- и СВЧ-нагрев пищевых продуктов

Характеристика объемных видов нагрева. Как было показано в подразд. 2.3, тепловой поток, подводимый к изделию, и тепловой поток, передаваемый внутрь изделия, должны быть равны, в противном случае поверхность изделия может подгорать. Соответственно темп нагрева изделия зависит от количества энергии, передаваемой внутрь.

В связи с тем что теплопроводность и размеры изделия определяются его видом и химическим составом и являются величинами постоянными, темп нагрева изделия при поверхностном нагреве ограничен температурой на его поверхности, которая определяется для каждого вида изделия температурой образования корочки. Так как теплопроводность изделий относительно мала, а разность температур между поверхностью и центром изделия невелика, особенно когда температура в его центре приближается к 100 °С, продолжительность разогрева изделий значительных размеров весьма велика.

При использовании ИК- и особенно СВЧ-нагрева продолжительность тепловой кулинарной обработки пищевых продуктов значительно сокращается за счет проникновения энергии внутрь обрабатываемого продукта.

Сокращение продолжительности тепловой кулинарной обработки приводит к повышению качества готовых изделий (лучше сохраняются витамины, минеральные и питательные вещества), снижению расхода энергии (т.е. повышению КПД) и увеличению производительности.

Поскольку в процессе тепловой кулинарной обработки промежуточный теплоноситель (вода, жир) не используется, в изделиях полностью сохраняются водо- и жирорастворимые вещества. Кроме того, экономится жир и отсутствуют канцерогенные вещества, которые образуются при традиционной жарке с использованием жира. Соответственно изделия, подвергшиеся тепловой кулинарной обработке в ИК- и СВЧ-аппаратах, имеют меньшую себестоимость, более высокое качество и пригодны в пищу практически при любых диетах.

ИК-нагрев. В процессе ИК-нагрева пищевых продуктов существенно изменяется их пропускательная, отражательная и поглощательная способность, в связи с чем возникает необходимость осуществлять тепловую кулинарную обработку с разной длиной волны максимального излучения i_max. Кроме того, по технологическим соображениям возникает необходимость изменять плотность теплового потока и глубину проникновения ИК-излучения в пищевые продукты.

Для интенсификации прогрева используют излучатели, работающие в коротковолновой области излучения (0,76...2,6 мкм) для обеспечения глубинного прогрева, а для получения колера — в длинноволновой области излучения (2,6...4 мкм) для получения поверхностного нагрева. В отдельных случаях в процессе тепловой кулинарной обработки возникает необходимость в чередовании глубинного и поверхностного нагревов. Режимные параметры термообработки зависят от вида кулинарных изделий и требуемого вида обработки.

В ИК-аппаратах периодического действия обеспечение оптимального режима тепловой кулинарной обработки изделий осуществляется за счет размещения излучателей с разными спектральными характеристиками и отражателей в определенном порядке и на разном удалении от изделия, а в ИК-аппаратах непрерывного действия — за счет движения изделий через соответствующие энергетические зоны аппарата.

Основные технико-экономические показатели способа жарки в ИК-аппаратах по сравнению с традиционным способом значительно повышаются. Так, например, для мясных изделий (по данным кафедры торгово-технологического оборудования РЭА им. Г.В.Плеханова) продолжительность процесса жарки сокращается на 30...50%, удельный расход электроэнергии снижается на 20...40%, а выход готовых изделий возрастает примерно на 10...15%.

СВЧ-нагрев. Принцип действия СВЧ-печей основан на эффективном поглощении влагой, содержащейся в нагреваемом продукте, сверхвысокочастотной электромагнитной энергии, подводимой в рабочую камеру от генератора (магнетрона).

Значения физико-химических свойств пищевых продуктов (влажность, жирность, плотность, содержание солей и др.) растительного и животного происхождения могут колебаться в широких пределах. В процессе тепловой кулинарной обработки значения указанных характеристик также претерпевают значительные изменения. Все это оказывает существенное влияние на их диэлектрические свойства. Соответственно разные пищевые продукты будут по-разному поглощать СВЧ-энергию и за разное время нагреваться до установившейся температуры. Кроме того, физико-химические свойства неоднородны по объему пищевого продукта, что приводит к неравномерности его нагрева в СВЧ-печи. Диэлектрические свойства замороженных пищевых продуктов в 10... 100 раз меньше, чем незамороженных, на частотах, используемых для приготовления. С уменьшением частоты колебаний электрического поля значения диэлектрических свойств замороженного продукта возрастают.

В замороженном пищевом продукте практически всегда имеются зоны растворов разных солей, которые сохраняются до температуры -40 С. Соответственно при размораживании эти растворы очень интенсивно поглощают СВЧ-энергию, что приводит к резкой неравномерности нагрева при размораживании. Для обеспечения равномерности нагрева при размораживании обычно используется режим циклического нагрева, при котором в период отключения генератора (магнетрона) происходит выравнивание температурного поля по объему продукта.

Для того чтобы нагрев изделий происходил по всему объему, необходимо задаться глубиной проникновения электромагнитного поля в пищевые продукты таким образом, чтобы она составляла не меньше половины толщины изделия.

С учетом размеров изделий, подвергающихся тепловой кулинарной обработке в СВЧ-печах предприятий общественного питания, и двустороннего подвода энергии глубина ее проникновения для мелкокусковых полуфабрикатов с высокими диэлектрическими свойствами должна составлять 2...3 см. Соответственно частота колебаний электромагнитного поля, рассчитанная по формуле (2.7), должна составлять примерно 2 375 МГц.

Для крупнокусковых полуфабрикатов при глубине проникновения 5... 7 см частота колебаний электромагнитного поля должна составлять примерно 915 МГц, а при глубине проникновения 10... 15 см — 433 МГц. Кроме того, частота 433 МГц наиболее приемлема при размораживании пищевых продуктов, так как на этой частоте поглощательная способность льда намного выше, чем воды.

Для предприятий общественного питания выпускаются СВЧ-печи, работающие на частоте (2 375 ± 50) МГц. СВЧ-печи, работающие на частотах 433 и 915 МГц, используются в основном в пищевой промышленности.

Вследствие того что СВЧ-энергия поглощается по всему объему изделия, одновременно возможна высокая ее концентрация в единице объема. При достаточной мощности генерирующих устройств возможна значительная интенсификация технологического процесса, что приводит к резкому сокращению продолжительности тепловой кулинарной обработки изделия.

Приготовление мясных блюд в СВЧ-печах происходит быстрее, чем в традиционных аппаратах в 4...5 раз, рыбных — в 5...7 раз, овощных — в 6... 8 раз. Продолжительность размораживания продуктов, фасованных в брикеты, сокращается по сравнению с воздушным размораживанием в 50...60 раз, а размораживанием в жидкости — в 20...25 раз.

Однако при больших концентрациях энергии в единице объема изделия и малой продолжительности его тепловой кулинарной обработки возникают сложности в обеспечении необходимой мощности в период доведения до готовности при постоянной температуре. В этом случае при достижении установившейся температуры (100 °С) незначительная задержка во времени переключения на пониженную мощность приведет к тому, что эта огромная избыточная энергия будет превращать воду, содержащуюся в продукте, в пар. Соответственно происходит резкое обезвоживание продукта, которое приводит к значительному снижению качества и выхода готового изделия.

Коэффициент полезного действия СВЧ-печи (преобразование электрической энергии в сверхвысокочастотную электромагнитную) составляет примерно 70%, но при этом практически вся энергия переменного электрического поля поглощается продуктом, так как сама печь, воздух в рабочей камере и посуда, в которой находится продукт, в электромагнитном поле не нагреваются. Кроме того, практически отсутствуют затраты энергии на разогрев конструкции печи, а за счет сокращения продолжительности тепловой кулинарной обработки значительно сокращаются тепловые потери самим продуктом. Все это приводит к значительному снижению расхода электрической энергии на единицу обрабатываемой продукции.

Стоимость тепловой кулинарной обработки продукции в СВЧ-печах в 2...3 раза ниже, чем при других видах нагрева, в основном за счет высокой производительности и низкого удельного расхода электрической энергии на единицу производимой продукции.

Однако при объемном характере нагрева температура в центре изделия всегда выше, чем на его поверхности, за счет теплопотерь поверхностью в окружающую среду, так как температура в камере СВЧ-печи ниже температуры поверхности изделия. Естественно, что в этом случае поджаристая корочка на поверхности изделия не может быть образована. Соответственно изделия, подвергшиеся тепловой кулинарной обработке в СВЧ-печи, по физико-химическим показателям близки к жареным или запеченным, а по внешнему виду — к вареным.

Посуда для СВЧ-нагрева должна быть изготовлена из материала, прозрачного для электромагнитных волн (стекло, фарфор, пластмасса, бумага и другие диэлектрические материалы). Нельзя применять металлическую посуду или посуду с металлическим покрытием, в том числе с декоративным рисунком, выполненным металлизированной краской. Нельзя заворачивать продукты в фольгу.

К недостаткам СВЧ-нагрева следует отнести неравномерность нагрева, отсутствие колера, сложность конструкции печи, ее высокую стоимость и неуниверсальность.

2.5. Комбинированные способы нагрева пищевых продуктов

Комбинированные способы нагрева пищевых продуктов — это последовательный и параллельный нагрев изделий несколькими из изложенных выше способов в целях сокращения продолжительности тепловой кулинарной обработки, повышения качества конечного продукта и эффективности технологического процесса.

Комбинированный способ нагрева объединяет два или три разные способы нагрева. Например, продолжительность обработки продуктов в жире (при жарке во фритюре) сокращают путем их обжарки в жире до появления на поверхности продукта корочки и доведения до готовности в другой среде — воздухе или электромагнитном поле СВЧ.

При поверхностном нагреве в сочетании с СВЧ- и ИК-нагре-вом применяют следующие комбинированные способы тепловой кулинарной обработки пищевых продуктов: радиационно-конвективный нагрев; СВЧ-нагрев — паровой нагрев; СВЧ-нагрев — горячий воздух или паровой нагрев; ИК-нагрев — СВЧ-нагрев; СВЧ-нагрев — ИК-нагрев. Так, радиационно-конвективный нагрев осуществляется в шкафах с принудительной циркуляцией горячего воздуха, которая ускоряет тепловую кулинарную обработку изделий, обеспечивает более равномерный нагрев их со всех сторон и эффективное использование объема рабочей камеры. Колеровка поверхности изделий осуществляется ИК-излучателями, включаемыми в течение необходимого промежутка времени. Помимо горячего воздуха для тепловой кулинарной обработки продуктов используется перегретый (t= 300...350°С) водяной пар.

Последовательная тепловая кулинарная обработка продуктов в СВЧ-поле и ИК-лучами позволяет реализовать преимущества обоих способов нагрева и получать изделия с колером. Кроме того, неплохие результаты дают комбинации следующих способов нагрева: СВЧ-нагрев — паровой, СВЧ-нагрев — горячий воздух.