Способ жарения натуральных мясных рубленых изделий эллипсоидной формы

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЖАРЕНИЯ НАТУРАЛЬНЫХ МЯСНЫХ РУБЛЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЛИПСОИДНОЙ ФОРМЫ(71) Заявитель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(72) Авторы Смагин Денис Алексеевич Смоляк Аркадий Арсентьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия(56) СМАГИН Д.А. Повышение эффективности тепловой обработки картофеля и мясных рубленых изделий в среде перегретого водяного пара Автореф. дис. - Могилев, 2006. - С. 7-18. Технология мясных и технических продуктов. - М. Пищевая промышленность, 1973. - С. 40-42. ГЕЙМБЕРГ В.Г. и др. Вопросы питания. - 1966. - Т. . -2. - С. 71-76.2006/0127553 1.2347338 , 2000.2006-149207 .7096 1, 2005. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент Справочник. - М. Энергоиздат, 1982. - С. 136-142.(57) Способ жарения натуральных мясных рубленых изделий эллипсоидной формы с отношением большего диаметра к меньшему от 1,5 до 2, включающий тепловую обработку в рабочей камере жарочного шкафа изделий, размещенных в сетчатых емкостях, отличающийся тем, что тепловую обработку проводят в среде паровоздушной смеси влажностью 85-95 при температуре 210-220 С, при этом продолжительность тепловой обработки , сек определяют из выражения где-толщины изделия, м- коэффициент температуропроводности материала изделия, м 2/с 0 - начальная температура изделия, С. Изобретение относится к способам тепловой обработки натуральных мясных рубленых изделий и может быть использовано в пищевой промышленности и общественном питании. Известен способ жарения натуральных мясных рубленых изделий эллипсоидной формы с отношением большего диаметра к меньшему от 1,5 до 2,0 на сковородах или противнях с жиром в течение 3-5 мин с двух сторон до образования поджаристой корочки с последующим доведением до готовности в жарочном шкафу в течение 5-7 мин 1. 13330 1 2010.06.30 Данный способ предполагает применение большого количества ручного труда, связанного с обжариванием изделий на сковороде и перемещением их со сковороды на противень. Неопределенность температурного режима и продолжительности процесса жарения может привести к недостаточному прогреванию изделий или к их перегреву. При недогреве отсутствует уверенность в санитарно-гигиенической доброкачественности готовых изделий даже при соблюдении всех требуемых параметров и рекомендаций. При перегреве в изделиях усиливаются негативные последствия тепловой обработки (деструкция белков, повышенное окисление жиров, образование канцерогенов, формирование толстой корочки, неравномерность колера поверхности, локальное наличие подгорелостей и т.д.). Кроме того, данный способ может применяться только к мясным рубленым изделиям малых габаритных размеров и массы (котлеты, шницели и т.п.). Известен способ жарения натуральных мясных рубленых изделий массой до 3 кг в печи при температуре 70 С в течение 30 мин, затем при 110 С в течение 60 мин, затем при 120 С до достижения кулинарной готовности 2. Общая продолжительность цикла для изделия составляет около 3 часов. Если по истечении процесса поверхность изделия не имеет характерного колера, то изделие дополнительно обжаривают в течение 30-40 мин. Данный способ предполагает применение в качестве греющей среды нагретого воздуха,обладающего низким коэффициентом теплоотдачи, при невысоких температурах технологического процесса в течение длительного времени, что обусловлено необходимостью прогрева заготовки значительных габаритных размеров. Большая продолжительность жарения в среде нагретого воздуха приводит к повышенным потерям влаги из поверхностных слоев продукта, что уменьшает выход и ухудшает потребительские характеристики готовой продукции. Неопределенность продолжительности процесса жарения может привести к недостаточному прогреванию изделий или к их перегреву, что усиливает негативные последствия тепловой обработки. Кроме того, данный способ может применяться только к мясным рубленым изделиям значительных габаритных размеров и массы (мясные хлеба). Известен способ жарения натуральных мясных рубленых изделий эллипсоидной формы с отношением большего диаметра к меньшему от 1,5 до 2,0, включающий тепловую обработку в рабочей камере жарочного шкафа изделий, размещенных в сетчатых емкостях 3. Однако данный способ предполагает применение высоких температур, вызывающих ускорение негативных процессов в пищевых продуктах (повышенное окисление жиров,образование канцерогенов, формирование толстой корочки, неравномерность колера поверхности, локальное наличие подгорелостей и т.д.). Продолжительность тепловой обработки изделий определяют приблизительно и не учитывают размер изделий и теплофизические характеристики фарша, что может привести к недостаточному прогреванию изделий или к их перегреву с соответствующими негативными последствиями. Кроме того, данный способ может применяться только к мясным рубленым изделиям малых габаритных размеров и массы (котлеты, шницели и т.п.). Задачей изобретения является повышение эффективности жарения мясных натуральных изделий за счет повышения выхода готовой продукции и улучшения потребительских характеристик. Поставленная задача решается тем, что тепловую обработку проводят в среде паровоздушной смеси влажностью 85-95 при температуре 210-220 С, при этом продолжительность тепловой обработки , сек определяют из выражения 2 10,7,4,67 1000 где-толщины изделия, м- коэффициент температуропроводности материала изделия, м 2/с 0 - начальная температура изделия, С. 13330 1 2010.06.30 Применение паровоздушной смеси высокой влажности вместо нагретого воздуха позволяет значительно интенсифицировать процесс тепловой обработки за счет большего количества подводимой теплоты от греющей среды к поверхности обрабатываемых изделий и большего количества подводимой теплоты от поверхности к внутренним слоям изделий. Повышение эффективности теплообмена между греющей средой и поверхностью изделий обусловлено высоким коэффициентом теплоотдачи от конденсирующихся водяных паров на начальном этапе тепловой обработки натуральных мясных рубленых изделий при температуре поверхности изделия ниже или равной температуре насыщения водяного пара. Повышение эффективности теплообмена между поверхностью и внутренними слоями изделий обусловлено снижением термического сопротивления корки в связи с более поздним образованием корки меньшей толщины за счет протекания конденсационных процессов на начальном этапе жарения. При этом успешно прогреваются изделия как малых, так и больших габаритных размеров, что обусловлено различной Продолжительность тепловой обработки(сек) натуральных мясных рубленых изделий эллипсоидной формы с отношением большего диаметра к меньшему от 1,5 до 2,0 определяют из выражения 2 10,7(1) 4,67 1000 где-толщины изделия, м- коэффициент температуропроводности материала тела, м 2/с 0 - начальная температура изделия, С. Указанное выражение получено эмпирическим путем. В ходе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что законы нестационарной теплопроводности однородных тел распространяются на мясные натуральные рубленые изделия, подвергаемые тепловой обработке в среде паровоздушной смеси влажностью 85-95 при температуре 210-220 С 3. Таким образом, возникает возможность использования для расчета продолжительности жарения натуральных мясных рубленых изделий известных математических зависимостей, описывающих процесс нагревания однородных тел при нестационарной теплопроводности. Процесс нагревания однородных тел характеризуется безразмерной температурой тела 4 ж,(2) ж 0 где- температура тела в момент времени 0, С ж - некоторая фиксированная температура, С 0 - начальная температура тела, С. При тепловой обработке с поверхности кулинарных изделий происходит испарение влаги. Так как греющей средой является паровоздушная смесь высокой влажности, то подсушивание поверхности изделий значительно снижается. Температура на поверхности изделий в течение длительного времени не превышает температуру насыщения водяного пара при данном давлении в связи с наличием конденсатной пленки. Поэтому при расчете продолжительности жарения натуральных мясных изделий в среде паровоздушной смеси влажностью 85-95 фиксированной температурой является температура на поверхности изделий, которая принимается постоянной и равной температуре насыщения конденсирующегося пара (100 С при атмосферном давлении). Начальная температура изделия замеряется при помощи термоиглы (при его наличии в конструкции аппарата) или принимается равной температуре в рабочей камере холодильного шкафа, в котором хранился полуфабрикат перед жарением. Безразмерная температура тела определяется безразмерной координатой, числом Био и числом Фурье 4. 3 13330 1 2010.06.30 Безразмерная координатаопределяется по формуле 4 где- координата- характерный линейный размер, м. Число Биоопределяется по формуле 4 где- коэффициент теплоотдачи от греющей среды к нагреваемому телу, Вт/(м 2 С)- коэффициент теплопроводности материала тела, Вт/(мС)- характерный линейный размер, м. Число Фурьеопределяется по формуле 4 где - коэффициент температуропроводности материала тела, м 2/с- продолжительность нагревания изделия, сек- характерный линейный размер, м. Уравнение, описывающее нестационарное температурное поле в теле, имеет следующий вид 4 где ,- табличные функции- корни характеристического уравнения- безразмерная координата- число Фурье. Уравнение (6) описывает температурное поле тела при неупорядоченном режиме теплопроводности, характеризующемся большим влиянием начального распределения температуры. При регулярном режиме теплопроводности изменение во времени безразмерной температуры 0 на оси изделия 0 описывается уравнением 4 2 0( )1,(7) где 1 - корни характеристического уравнения- число Фурье. Уравнение (7) описывает температурные изменения при регулярном режиме теплопроводности. На данной стадии процесс полностью определяется условиями нагревания на границе тела и среды, физическими свойствами тела, его геометрической формой и размерами. На фигуре приведено графическое изображение зависимости безразмерной температуры от числа Фурье, построенное в логарифмических координатах для значений, полученных в ходе экспериментальных исследований. В результате обработки экспериментальных данных были получены зависимости изменения безразмерной температуры от числа Фурье. Полученные данные показывают, что переход к регулярному режиму теплопроводности происходит при значениях числа Фурье, равных 0,1-0,2. Таким образом, при математическом описании процесса можно использовать формулу (7). Регулярный режим теплопроводности в процессе нагревания изделий позволяет по итогам проведенных исследований получить критериальные уравнения (обобщающие рас 13330 1 2010.06.30 четные зависимости) изменения безразмерной температуры в центре изделий от числа Фурье. Критериальное уравнение изменения безразмерной температуры в центре изделий для изделий из мясного натурального фарша эллипсоидной формы с отношением большего диаметра к меньшему от 1,5 до 2,0 при 0,2 имеет следующий вид 1,4( 4,67)(8) Продолжительность тепловой обработки натуральных мясных рубленых изделий определяется количеством времени, необходимого для нагревания всего объема полуфабриката до достижения температуры, определяющей кулинарную готовность. Как правило, за критерий кулинарной готовности принимается температура в центре изделия, равная 85 С, что обусловлено технологическими и санитарно-гигиеническими требованиями,предъявляемыми к готовой продукции. С учетом указанной конечной температуры кулинарной готовности и заданной фиксированной температуры уравнение (8) преобразовано путем подстановки в него выражений(3) и (5). В результате было получено выражение (1) для определения продолжительности нагревания 1,4( 4,67) Выражение (1) позволяет с высокой степенью точности определить продолжительность тепловой обработки натуральных мясных рубленых изделий эллипсоидной формы с отношением большего диаметра к меньшему от 1,5 до 2,0. При ее отсутствии точно определить момент достижения температуры в центре изделий 85 С является невозможным,что приведет к неопределенности продолжительности тепловой обработки и, как результат, к недостаточному прогреванию изделий или к их перегреву. При недогреве ухудшаются потребительские характеристики готовой продукции в связи с недостаточной уверенностью в санитарно-гигиенической доброкачественности готовых изделий. При перегреве снижается выход готовой продукции и ухудшаются ее потребительские характеристики в связи с усилением негативных последствий тепловой обработки (деструкция белков, повышенное окисление жиров, образование канцерогенов, формирование толстой корочки, неравномерность колера поверхности, локальное наличие подгорелостей и т.д.). При уменьшении влажности греющей среды менее 85 интенсивность конденсационных процессов снизится. В результате уменьшится количество подводимой к поверхности изделий теплоты и, как результат, увеличится продолжительность тепловой обработки. Температура поверхности быстро превысит температуру насыщения конденсирующегося водяного пара, что изменит заданную величину фиксированной температуры в выражении (2) и сделает выражение (1) непригодным к использованию. При этом ухудшится прогрев внутренних слоев мясных рубленых изделий значительных габаритных размеров и массы, что обусловлено малым коэффициентом теплоотдачи от греющей среды и ранним образованием корки. Кроме того, в связи с увеличением количества испаряемой из продукта влаги уменьшится выход готовой продукции. Повышение влажности греющей среды выше 95 является нецелесообразным в связи с необходимостью герметизации рабочей камеры для ликвидации притока воздуха через неплотности прилегания дверцы рабочей камеры, что приведет к усложнению конструк 5 13330 1 2010.06.30 ции аппарата, повышению стоимости готовой продукции и ухудшению условий работы обслуживающего персонала. При снижении температуры греющей среды ниже 210 С конденсационные процессы будут продолжаться в течение излишне длительного времени, что приведет к ухудшению потребительских характеристик готовой продукции в связи с образованием слабой невыраженной корочки. Повышение температуры греющей среды свыше 220 С приведет к ухудшению потребительских характеристик готовой продукции в связи с возрастанием под воздействием высоких температур интенсивности процессов окисления жиров, образования канцерогенов, формирования толстой корочки с неравномерным колером и подгорелостями. Кроме того, в связи с увеличением количества испаряемой из продукта влаги уменьшится выход готовой продукции. Способ осуществляют следующим способом. Формуют полуфабрикаты натуральных мясных рубленых изделий эллипсоидной формы с отношением большего диаметра к меньшему от 1,5 до 2,0 требуемых габаритных размеров и помещают на хранение в холодильный шкаф. Рабочую камеру жарочного аппарата прогревают до температуры греющей среды 210-220 С и влажности 85-95 . Полуфабрикаты из холодильного шкафа перемещают в сетчатые емкости и загружают в рабочую камеру жарочного аппарата. Замеряют температуру в центре изделия при помощи термоиглы (при его наличии в конструкции аппарата) или принимают равной температуре в рабочей камере холодильного шкафа. При помощи калькулятора или компьютера определяют продолжительность тепловой обработки изделий из выражения где-толщины изделия, м- коэффициент температуропроводности материала изделия, м 2/с 0 - начальная температура изделия, С. При наличии в аппарате термоиглы и бортового компьютера процесс определения продолжительности тепловой обработки может быть автоматизирован. Продукт извлекают из рабочей камеры аппарата по истечении вычисленной продолжительности тепловой обработки. Пример 1. Дано изделие - котлета эллипсоидной формы значение большего диаметра - 50 мм значение меньшего диаметра - 30 мм состав фарша говядина - 80 , жир-сырец - 20 изделие хранилось в холодильном шкафу при температуре 7 С. Проверяем соотношение диаметров эллипсоида путем деления длины изделия на толщину 501,67 . 30 Полученное значение находится в пределах от 1,5 до 2,0 1,51,672,0. Коэффициент температуропроводности а для указанного фарша согласно 5 принимаем 15,010-8 м 2/с. Определяем продолжительность тепловой обработки изделия по формуле 13330 1 2010.06.30- коэффициент температуропроводности материала изделия, м 2/с 0 - начальная температура изделия, С. 0,015 2 10,7 4,670,00000015 1007 Технологические и потребительские показатели качества изделий, приготовленных по предлагаемому способу и по способу-прототипу, приведены в табл. 1. Таблица 1 Технологические и потребительские показатели качества котлет Показатели качества Способ-прототип Предлагаемый способ Масса полуфабриката, г 60 60 Выход готовой продукции, г 50,3 54,2 Влажность,68,2 72,1 Внешний вид Форма нарушена, корочка Правильной формы с неравномерно поджарена, равномерно поджаренной местами подгорела золотистой корочкой Цвет на разрезе Равномерный, серый Равномерный, серый Запах Характерный Характерный Вкус Характерный Характерный Консистенция Слегка жесткая Нежная Сочность Слабосочное Сочное Пример 2. Дано изделие - мясной хлеб эллипсоидной формы значение большего диаметра - 180 мм значение меньшего диаметра - 100 мм состав фарша говядина - 50 , свинина нежирная - 20 , шпиг свиной - 30 изделие хранилось в холодильном шкафу при температуре 10 С. Проверяем соотношение диаметров эллипсоида путем деления длины изделия на толщину 1801,80 . 100 Полученное значение находится в пределах от 1,5 до 2,0 1,51,802,0. Коэффициент температуропроводности а для указанного фарша согласно 5 принимаем 17,010-8 м 2/с. Определяем продолжительность жарения изделия по формуле 2 10,7 4,671000 где-толщины изделия, м- коэффициент температуропроводности материала изделия, м 2/с 0 - начальная температура изделия, С. 0,05 2 10,7 4,670,00000017 10010 Технологические и потребительские показатели качества изделий, приготовленных по предлагаемому способу и по способу-аналогу, приведены в табл. 2. 13330 1 2010.06.30 Таблица 2 Технологические и потребительские показатели качества мясных хлебов Показатели качества Способ-аналог Предлагаемый способ Масса полуфабриката, кг 2,4 2,4 Выход готовой продукции, кг 1,93 2,03 Влажность,53,9 58,1 Правильной формы,Правильной формы с Внешний вид корочка неравномерно равномерно поджаренной поджарена светло-коричневой корочкой Цвет на разрезе Равномерный, серый Равномерный, серый Запах Характерный Характерный Вкус Характерный Характерный Консистенция Слегка жесткая Нежная Сочность Слабосочное Сочное Источники информации 1. Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий для предприятий общественного питания всех форм собственности / Сост. В.Д.Вержбицкая, Т.А.Корольчик. - Мн. Белорусская ассоциация кулинаров, 1996. - С. 270. 2. Бармаш А.И., Бушкова Л.А., Вирник Д.И. и др.Технология мясных и технических продуктов Справочник / Под редакцией А.А. Манербергера и Л.Л. Борткевича. - . Пищевая промышленность, 1973. - С. 40-41. 3. Смагин Д.А. Повышение эффективности тепловой обработки картофеля и мясных рубленых изделий в среде перегретого водяного пара Автореф. канд. дис. - Могилев Ротапринт УО МГУП, 2006. - С. 14-15. 4. Аметистов Е.В., Григорьев В.А., Емцев Б.Т. и др. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент Справочник / Под общей редакцией Е.А.Григорьева и В.М.Зорина. . Энергоиздат, 1982. - С. 137-142. 5. Гинсбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов Справочник. - . Агропромиздат, 1990. - С. 111. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.