CC BY
54
Альтернативные технологии:
омический нагрев мясных продуктов
ЙР
НАУЧНАЯ ЖИЗНЬ / Обзор научно-исследовательских работ
Н. А. Горбунова, канд. техн. наук,
ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии
Омический нагрев основан на прохождении электрического тока через пищевой продукт, обладающий электрическим сопротивлением. Количество тепла, выделяемого при этом, напрямую зависит от градиента напряжения и электропроводимости обрабатываемого продукта.
^ Впервые аналог данного метода тепловой обработки был исследован и применен в 1919 году при пастеризации молока [1].
Омический нагрев является бережным, непрерывным процессом нагревания пищевых продуктов. По сравнению с обычным процессом варки продукт нагревается не через греющую поверхность, а равномерно по всему поперечному сечению, обеспечивая значительное сокращение времени, снижение затрат энергии. В последние годы омическая обработка представляет интерес для мясной промышленности как метод обеспечения качества и безопасности мясных продуктов [2,
3].
Исследования, проведенные в конце 90-х годов XX века показали, что омический нагрев, благодаря эффекту электропорации, способствует инактивации микроорганизмов [4, 5].
Китайские ученые [6] сравнили влияние омического нагрева при 10 В/см и варки в воде температурой 85 °С на изменение цвета и саркоплазматических белков т. Longissimus dorsi свиней. Установлено, что содержание де-оксимиоглобина ^еоМЬ) и мет-миоглобина (Ме1МЬ) при омической обработке в мясе было значительно ниже, чем при варке в воде (диапазон нагрева составлял 60-80 °С), а растворимость саркоплазматических белков выше — 14,89 мг/г и 5,97 мг/г соответственно, что свидетельствует о меньшей водоудерживающей способности мяса, сваренного в воде, особенно при температуре 40 °С.
В Эгейском университете (Турция, Измир) изучали влияние омического нагрева на качество говядины [7]. Исследовались образцы говяжьего фарша с различным содержанием жира (2, 9 и 15%) при градиенте напряжения 20, 30 и 40 В/см. Образцы, подвергнутые омическому нагреву, были более плотными и прочными, чем при конвективном нагреве, но выход и сохранность жира в продукте были практически одинаковы.
Учеными этого же университета также проведены исследования, целью которых являлась оценка эффективности омической обработки при размораживании говядины с температурой в центре образца -18 °С до температуры +10 °С. Результаты показали, что при увеличении градиента напряжения сокращается продолжительность размораживания, снижаются экономические затраты в среднем на 47-70%, в то же время потери при оттаивании остаются неизменными [11].
G. Piette, МХ. Втеаи, D. de На11еих и др. исследовали влияние омической обработки на качество мясных продуктов в зависимости от содержания в них жира и соли. Для этого были приготовлены образцы модельных фаршей болон-ской колбасы с содержанием соли 1% и жира 20 и 30% соответственно и ветчины с содержанием жира 4,8% и соли 0,7 и 2,3% соответственно. Омический нагрев проводился при следующих параметрах:
— напряжение от 64 до 103 В;
— скорость нагрева от 3,9 °С/мин до 10,3 °С/мин;
УДК 637.523.27
Ключевые слова: омический нагрев, эффект электропорации, размораживание говядины, скорость нагрева, хлорид натрия, триполифосфата натрия.
— конечная температура нагрева от 70 °С до 80 °С [8].
Авторами установлено, что скорость нагрева и конечная температура нагрева не оказывают существенного влияния на изменение цветовых и структурно-механических характеристик, выход, рН и ТБЧ мясных продуктов (на примере болонской колбасы), однако значения окислительно-восстановительного потенциала при омической обработке возрастали на 15-20 мВ по сравнению с традиционной. Скорость нагрева мясных продуктов при напряжении электрического поля 103 В была в два раза выше, чем при 64 В. Исследования показали, что электрическая проводимость выше у продуктов с меньшим содержанием жира и большим содержанием соли.
Результаты исследований подтверждаются данными канадских ученых [9], которые исследовали образцы болонской ветчины, приготовленной при постоянном напряжении, 64, 76 и 103 В до достижения температуры продукта вдоль продольной оси аппарата для омического нагрева 71, 76 и 81 °С. Высокое качество продукта может быть получено при времени приготовления 10 и 15 минут при температуре 70 и 81 °С соответственно при экономии электроэнергии от 82 до 97%.
Существенное сокращение продолжительности приготовления пищевых продуктов до 15 раз является одним из основных преимуществ омического нагрева по сравнению с традиционной технологией их приготовления при сохранении качества и безопасно-
52
ВСЁ О МЯСЕ № 5 октябрь 2013
Обзор научно-исследовательских работ / НАУЧНАЯ ЖИЗНЬ)
сти [2].
Омический нагрев является перспективным способом тепловой обработки мясных продуктов, но его эффективность зависит от электрических и теплофизических свойств сырья и используемых в составе рецептуры ингредиентов [10]. Wassama Engchuana и Weer-achet Диапка провели исследования, направленные на изучение электрофизических свойств фрикаделек из свинины. Результаты показали, что добавление хлорида натрия и триполифосфата натрия в фарш привело к значительному увеличению электропроводности. Были разработаны математические модели электропроводности образцов с учетом температуры и соотношения компонентов рецептуры. G. Yildiz-Turp и др. показали, что электрическая проводимость говяжьего фарша с 2% содержанием жира колеблется от 0,8 см/м и 1,6 см/м в диапазоне 20-80 °С [2].
В настоящее время омическая обработка используется для предварительного нагрева, бланширования, пастеризации, стерилизации и варки овощей, фруктов, жидких пищевых продуктов. В последние годы расширились объемы исследований по использованию омических технологий для переработки мяса. Для активного их применения в мясной промышленности требуется проведение целого комплекса исследований по изучению электрофизических свойств мясного сырья. Необходима оценка взаимовлияния содержащихся в мясных системах воды и липидов, обладающих различной тепло- и
элекгропроводимостью. Неравномерная проводимость тепла и электричества приводит к неравномерному распределению тепла по объему продукта, поэтому при разработке конструкций оборудования необходимо обеспечить максимальный контакт между мясом и электродами и др. [2, 11].
Так, например, ирландскими учеными [12] разработана математическая модель процесса омического нагрева твердых пищевых продуктов, позволяющая количественно оценить параметры процесса и использовать их для оптимизации теплового распределения внутри продукта, а также для определения основных факторов, влияющих на качество результатов обработки. Используемые в модели характеристики получены в эксперименте с картофельным пюре, имеющем достаточно однородную структуру. Применена экспериментальная цилиндрическая нагревательная камера из нержавеющей стали длиной 14,5 см с внутренним диаметром 11,5 см. Изнутри камера покрыта тефло-новой пленкой и имеет отверстия для 3 термодатчиков, расположенных вдоль цилиндрической поверхности. По торцам камеры установлены покрытые платиной круговые титановые электроды. Продукт нагревался с использованием серийного нагревателя периодического действия мощностью 3,5 кВт в течение 150 с. Для измерения электрической проводимости продукта использована аналогичная тефлоновая камера диаметром 3,65 см с электродами из нержавеющей стали, позволившая измерить ток в про-
дукте при различных температурах в зависимости от напряжения и оценить проводимость. Теплопроводность продукта измерена на специальном датчике с линейным нагревателем из константановой проволоки и с термопарой, находящейся в середине датчика. Теплоемкость определялась с использованием дифференциального сканирующего калориметра. Полученные характеристики использованы в модели, основанной на использовании классического уравнения нестационарного теп-лопереноса и уравнения для квазистационарного распределения электростатического потенциала внутри продукта в предположении начального однородного распределения температуры. Граничные условия задавались в 2 вариантах: из условия полной теплоизоляции и внешнего поступления тепла. Показана хорошая корреляция между расчетными и экспериментальными зависимостями температур образцов от времени при отсутствии недостаточно нагретых зон. Наблюдались лишь указания на некоторое понижение температуры и теплопотери на электродах как в эксперименте, так и в расчетах. Полученная модель может быть использована для оптимизации формы нагревательной камеры и конфигурации электродов, а также для обеспечения надежного процесса пастеризации различных твердых продуктов.
Контакты:
Наталья Анатольевна Горбунова +7 (495) 676-9317
Литература
1. Anderson A. K. and Finkelstein R. A study of the electropure process of treating milk // J .DairySci. 1919. 2. P. 374-406.
2. E. Tornberg Engineering processes in meat products and how they influence their biophysical properties // Meat Science. vol. 95. iss. 4. P. 871-878.
3. G. Yildiz-Turp, I.Y. Sengun, P. Kendirci, F. Icier Effect of ohmic treatment on quality characteristic of meat: A review // Meat Science. vol. 93, iss. 4. 2013. P. 898-905.
4. Cho, H.-Y., Sastry, S. K. and Yousef, A. E. Growth kinetics of Lactobacillus acidophilus under ohmic heating // BiotechnolBioeng. 1996. 49(3):334-340.
5. Cho, H.-Y., Sastry, S. K. and Yousef, A. E. Kinetics of inactivation of Bacillus subtilis spores by continuous or intermittent ohmic and conventional heating // BiotechnolBioeng. 1999. 62(3):368-372.
6. Yan Dai, Jing Miao, Shan-Zhen Yuan, Yi Liu, Xing-Min Li, Rui-Tong Dai Colour and sarcoplasmic protein evaluation of pork following water bath and ohmic cooking // Meat Science. vol. 93. iss. 4. April 2013. P. 898-905.
7. Hayriye Bozkurta, Filiz Icierb Ohmic cooking of ground beef: Effects on quality // J. of Food Engineering. 2010. vol. 96. iss. 4. P. 481-490.
8. G. Piette, M.L. Buteau, D. de Halleux, L. Chiu, Y. Raymond, H.S. Ramaswamy, M. Dostie Ohmic cooking of processed meats and its effects on product quality // J. of Food Science. 2004. vol. 69. iss. 2. P. 71-78.
9. D. de Halleux, G. Piette, M.-L. Buteau, M. Dostie Ohmic cooking of processed meats: Energy evaluation and food safety considerations // CANADIAN BIOSYSTEMS ENGINEERING. 2005. vol. 47. P. 3.41-3.47.
10. Wassama Engchuana, Weerachet Jittanita Electrical and Thermo-Physical Properties of Meat Ball // International Journal of Food Properties. 2013. vol. 16. iss. 8. P. 1676-1692.
11. Hayriye Bozkurta, FilizIcierb Ohmic treatment of frozen beef cuts // J. of Food Process Engineering. 2012. vol. 35. iss. 1. P. 16-36.
12. Marra F., Zell M., Lyng J.G., Morgan D.J., Cronin D.A. Analysis of heat transfer during ohmic processing of a solid food // J. of Food Engineering. 2009. vol. 91. № 1. P. 56-63.
№ 5 октябрь 2013 ВСЁ 0 МЯСЕ
53
