2.1.2. Характеристика способів теплової обробки харчових продуктів

Основною ланкою у технологічному процесі виробництва кулінарних виробів є теплова обробка харчових продуктів. Під час цього процесу до продуктів подається тепло, під дією якого змінюються його структурні й органолептичні (консистенція, смак, колір) показники, а також мікрофлора.

До основних способів теплової обробки продуктів належить варіння і смаження. Використовують їх як самостійні процеси і в різних сполученнях. Прийоми теплової обробки харчових продуктів наведені на рис. 2.1.

Продукти у процесі варіння прогріваються в рідині (вода, бульйон), температура якої не перевищує 100°С. Під час проведення спеціальних видів варіння, наприклад, виварювання кісток, варінні продуктів, що важко розварюються, застосовуються апарати з робочим тиском до 250 кПа, а отже з температурою гріючого середовища понад 100 °С (до 140°С ). Процеси випарювання рідин для підвищення вмісту в них сухих речовин (готування концентро­ваних бульйонів, соусів, овочевих і фруктових пюре) можна здійснювати в апаратах із зниженим тиском – порядку 0,6 атм і з температурою кипіння рідини нижче за 100°С.

Особливістю варильних процесів є швидке доведення рідинного середовища до температури кипіння із подальшим витримуванням у ньому продукту до стану готовності. Рідина доводиться до температури кипіння при максимальній потужності апарата (нестаціонарний режим), а сам процес варіння продукту – при мінімальній потужності (стаціонарний режим).

Варіння так званою "гострою" парою здійснюється при безпосередньому зіткненні гріючої водяної пари з продуктом.

Смаження продукту – тепловий процес, що здійснюється без додавання води при температурах, що забезпечують появу на поверхні продукту специфічної кірочки.

Рис. 2.1. Схема теплової обробки харчових продуктів

Смаження основним способом здійснюють у неглибокому посуді (сковорода, деко) з невеликою кількістю жиру (5–10% маси продукту), попередньо розігрітим до 150...190°С.

Смажать у фритюрі, занурюючи продукт у розігрітий до 180...190°С жир, до того ж, маса жиру повинна у чотири рази перевищувати масу продукту.

Різновидністю смаження є теплова обробка продуктів у замкне­них камерах, температура повітря в яких досягає 250...300°С.

На підприємствах ресторанного господарства використовують різні засоби нагрівання продуктів, а саме: поверхневий, радіаційний (ІЧ), об’ємний (НВЧ), індукційний, комбінований, радіаційно-конвективний (РК), конвективний, пароконвективний.

Поверхневе нагрівання продуктів здійснюється підведенням тепла до їхньої поверхні, а доведення до повної кулінарної готовності відбувається за рахунок теплопровідності самих харчових продуктів.

Інтенсивність теплообміну залежить від форми, розмірів і фізичних параметрів продукту, що нагрівається, режиму руху, швидкості, температури і фізичних параметрів середовища, що нагрі­вається. Однак тривалість процесу теплової обробки при поверхне­вому нагріванні обумовлена, насамперед, низькою теплопровідністю більшості харчових продуктів. Тому інтенсифікація теплообміну при поверхневому нагріванні харчових продуктів має природну фізичну межу, що визначається їхньою теплопровідністю.

Тривалість теплової обробки продуктів – це сума двох складо­вих: тривалості нагрівання до заданої температури в центрі продукту і тривалості процесу варіння при постійній температурі. Перша складова, як правило, набагато більша за другу і залежить від температурного режиму, коефіцієнта тепловіддачі від рідини до поверхні продукту, величини поверхні, об’єму, теплопровідності і теплоємності продукту.

Змінити вплив таких факторів, як теплопровідність, тепло­ємність, об’єм, температурний режим та час нагрівання продукту не завжди можливо, оскільки перші два характеризують фізичні властивості продукту, а другий і третій – регламентуються техноло­гічним процесом. Інтенсифікувати процес теплової обробки продуктів на стадії їх нагрівання до заданої температури можна за рахунок збільшення коефіцієнта тепловіддачі від рідини до поверхні продукту і збільшення теплосприймаючої поверхні продукту.

Інтенсивність теплообміну між нагрітою до визначеної температури рідиною і продуктом, що нагрівається, можна визначити, використовуючи закон Ньютона–Рихмана:

q =  (t_р – t_п)F.

Згідно з цим законом, тепловий потік q від рідини до продукту пропорційний поверхні теплообміну (поверхні продукту) F, різниці температурt=t_р–t_п(де t_ріt_п– температури рідини і поверхні продукту) та коефіцієнта тепловіддачі, який залежить від багатьох факторів. Загалом коефіцієнт тепловіддачі є функцією форми і розмірів продукту, режиму руху, швидкості і температури, фізичних параметрів рідини й інших величин.

Радіаційний (інфрачервоний ІЧ) спосіб нагрівання продуктів здійснюється потоком інфрачервоного випромінювання. В основі ІЧ-нагрівання лежить властивість харчових продуктів поглинати енергію перемінного електромагнітного поля. Електромагнітні хвилі, які утворюють ІЧ-випромінювання, проникають всередину продуктів на деяку глибину, що скорочує час їхньої теплової обробки. Швидкість нагрівання залежить від щільності випромінювання і від спектрального складу ІЧ-променів, а саме: при зменшенні довжини хвилі глибина проникнення ІЧ-променів у вироби збільшується і процес теплової обробки інтенсифікується. У цьому випадку енергія передається продуктам випромінювання внаслідок відсутності безпосереднього контакту між генератором та виробом. Середовище для ІЧ-променів, що оточує продукт, прозоре, тому воно нагрівається слабо чи зовсім не нагрівається і практично не є теплопередавальним.

Інфрачервоне випромінювання, як і будь-яке електромагнітне коливання, можна охарактеризувати довжиною хвилі , частотою коливання  і швидкістю розповсюдження . Ці параметри пов’язані між собою відношенням

,

де Т – період коливання.

Інфрачервоному випромінюванню у спектрі електромагнітних хвиль відповідає діапазон довжин хвиль від 0,76 до 1000 мкм, який умовно поділяють на три піддіапазони: довгохвильовий – =3,0– 1000 мкм; середньохвильовий –=1,4–3,0 мкм; короткохвильовий –=0,76–1,4 мкм.

Інфрачервоне нагрівання використовують переважно у процесах смаження і випікання кулінарних виробів. При використанні ІЧ-випромінювання для термічної обробки м’ясних кулінарних виробів тривалість процесу порівняно з традиційним способом обробки скорочується на 40–60%, питома витрата електроенергії зменшується на 20–60%, а вихід готової продукції збільшується на 10–16%.

Кількість теплоти, що переходить за допомогою випроміню­вання від більш нагрітого тіла до менш нагрітого, визначають за рівнянням

,

де Т₁іТ₂– температури поверхонь, що віддають тепло і приймають промені, К;с_1–2– коефіцієнт взаємного випромінювання, Вт/(м²К⁴);F– поверхня випромінювання, м²;– час, с;– середній кутовий коефіцієнт, який визначається формою і розмірами поверхонь, що беруть участь у теплообміні, їх взаємним розташуванням у просторі і відстанню між ними. Значеннянаводиться у довідковій літературі.

,

де с₀– коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла (с₀=5,7 Вт/(м²К⁴);– приведена ступінь чорноти, що дорівнює добутку ступенів чорноти тіл, які обмінюються променевим теплом ().

Ступінь чорноти більшості харчових продуктів має межі від 0,5 до 0,9.

Об’ємний спосіб нагрівання продуктів відбувається в електромагнітному полі надвисоких частот (НВЧ-нагрівання). При цьому відбувається не поверхневе нагрівання продуктів, а прогрі­вання їх одночасно по всьому об’єму.

Основними особливостями надвисокочастотного нагрівання є: здатність НВЧ-поля проникати в продукт, який обробляється, на незначну глибину, що дозволяє здійснювати нагрівання продукту по всьому об’єму незалежно від його теплопровідності; висока швидкість нагрівання і відсутність контакту продукту з теплоносієм; безінерційність процесу нагрівання; високий ККД перетворення енергії НВЧ-поля в теплоту, що виділяє продукт.

Готування кулінарних виробів здійснюється методом об’ємного прогрівання продуктів у спеціальних НВЧ-шафах (печах), у яких використовується принцип діелектричного нагрівання. У цьому разі прогрівається тільки продукт, поміщений в камеру, як правило, без додавання води і жиру. Оскільки через втрати тепла в навколишнє середовище температура поверхневих шарів менша, ніж температура центральних, то на поверхні продукту відсутні специфічна кірочка і забарвлення.

При НВЧ-нагріванні, так само, як і при поверхневому, виділя­ється тепло і відбувається масообмін між поверхнею продукту і навколишнім середовищем, внаслідок чого поверхня продукту втрачає частину теплоти, а температура всередині (в центрі) продукту підвищується повільніше, ніж температура зовнішніх його шарів. Утворюється температурний градієнт між поверхнею і центральною частиною продукту, виникає явище термодифузії, при якому волога переміщується в напрямку теплового потоку від центра до поверхні за рахунок різниці концентрації.

Питому потужність, необхідну для нагрівання продукту, визначають за формулою, Вт/м³:

,

де – питома вага продукту, кг/м³;с– питома теплоємність продукту, Дж/(кгград);_t– термічний ККД процесу нагрівання, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище;t–збільшення температури продукту, °С за проміжок часу, с;– швидкість нагрівання.

Питому потужність, необхідну для покриття втрат на випаро­вування вологи, визначають за формулою, Вт/м³:

,

де r– прихована теплота пароутворення, Дж/кг;W – зменшення вологи, віднесене до одиниць об’єму продукту, кг/м³, за проміжок часу, с;– швидкість випаровування, кг/(м³с).

Сумарна питома потужність, яка необхідна для теплової обробки продукту, складе, Вт/м³:

.

Знаючи глибину проникнення поля НВЧ у харчові продукти, можна визначити їхні найбільш раціональні форми та розміри, і значно скоротити тривалість теплової обробки.

Глибину проникнення поля НВЧ визначають за формулою, см:

,

де f – частота, мГц.

У полі НВЧ, крім теплової обробки харчових продуктів, здійснюють також розморожування готових кулінарних виробів та їх нагрівання до заданої температури. Обидва процеси протікають без істотних втрат маси, зміни зовнішньої форми і за достатньо короткий проміжок часу (2,5–3,5 хв).

Об’ємний характер нагрівання в полі НВЧ на порядок приско­рює теплову обробку харчових продуктів порівняно з традиційними методами їх готування. Це є принциповою перевагою НВЧ-нагрі­вання.

Однак цей спосіб не дозволяє одержати на поверхні виробів специфічної смаженої кірочки, тому його рекомендують застосовува­ти в комбінації з ІЧ-нагріванням та іншими методами поверхневого нагрівання харчових продуктів.

Комбінований спосіб забезпечує високу якість теплової обробки харчових продуктів при мінімальних витратах енергії.

У процесі комбінованого способу використовують два джерела нагріву: НВЧ та ІЧ, радіаційно-конвективний, НВЧ і пар, НВЧ і гаряче повітря.

На базі поверхневого, НВЧ та ІЧ-нагрівання застосовуються такі комбіновані способи теплової обробки харчових продуктів: радіаційно-конвективне нагрівання; НВЧ-парове нагрівання; НВЧ-нагрівання – гаряче повітря; пароінфрачервоне; інфрачервоне – НВЧ-нагрівання; НВЧ-нагрівання; НВЧ-нагрівання – інфрачервоне нагрівання.

Радіаційно-конвективний спосіб нагрівання застосовується у шафах з примусовою циркуляцією гарячого повітря, яка прискорює теплову обробку виробу, забезпечує більш рівномірне нагрівання їх з усіх боків і ефективне використання об’єму робочої камери. Колерування поверхні виробів забарвлюється завдяки ІЧ-випроміню­вачам, що вмикаються на необхідний проміжок часу.

Послідовна теплова обробка продуктів у НВЧ-полі та ІЧ-проме­нями дозволяє реалізувати переваги обох способів нагрівання і одержати вироби зі специфічним забарвленням верхніх шарів.

Крім гарячого повітря для теплової обробки продуктів використовують перегріту (t= 300–350°С) водяну пару.

При виборі способу теплової обробки харчових продуктів необхідно враховувати наступне:

- відповідність інтенсивності підведення теплоти і часу обробки продукту темпам фізико-хімічних змін білкової основи продукту;

- відповідність рівня температур гріючого середовища характеру і ступеню зміни жирів;

• рівномірність обігріву поверхні продукту.