CC BY
20
ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 664 DOI 10.24411/2311-6447-2020-10053
Способ тепловой обработки мясных полуфабрикатов с использованием метода принудительной конвекции
в режиме гриль
Method forheat treatment of meat semi-finished products using forced convection method in grill mode
Начальник кафедры Э. Ф. Абдурахманов, адъюнкт Д.И. Попенюк, (Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии A.B. Хрулева) тел +791-345-56-76 E-mail: [email protected]
техник О.И. Николюк (Войсковая часть 00117) тел. +7911-760-78-88 E-mail: [email protected]
Head of the chair E.F. Abdurakhmanov, Adjunct D.I. Popenyuk, (Military Academy of Logistics named after Army General A.V. Khrulev), tel. +791-345-56-76 E-mail: [email protected]
Technician O.I. Nikolyuk (Military unit 00117) tel. +7911-760-78-88 E-mail: [email protected]
Реферат Приготовление блюд из скоропортящихся продуктов питания с сохранением пищевой ценности исходного сырья, является актуальной научной задачей в настоящее время. Технические возможности технологического оборудования и профессиональные навыки обслуживающего персонала имеют в технологическом процессе приготовления пищи большое значение. В целях исключения из процесса тепловой обработки влияния повара, требуется разработка современных тепловых аппаратов, позволяющих обеспечить кулинарную (тепловую) обработку пищи в автоматическом режиме, а также обеспечивающих сохранение мясного сока и входящих в его состав нутриентов, а также ускорение процесса и снижение трудо-и энергозатрат и теплопотерь. Наиболее важным является обеспечение указанными тепловыми аппаратами в закрытых (ограниченных) пространствах, в которых осуществляется приготовление пищи (например, камбуз или бункер). Для решения вышеуказанной задачи были проанализированы существующие образцы тепловых аппаратов, проведенные исследования и перспективные направления тепловой обработки, проведено сравнение и влияние полей (СВЧ, ультразвукового, инфракрасного) на структуру мясного сырья и технологический процесс приготовления блюд. По результатам анализа определено, что для тепловой обработки порционных и мелкокусковых полуфабрикатов из нежилованного мяса, использование режима гриль является перспективным. В результате проведенного исследования разработано и запатентовано техническое решение малогабаритный многофункциональный аппарат ММА-1, новизна которого заключается в нанесении на его внутренние стенки покрытия (отражающего ПК-излучения), а на внешние - жаропрочного и высокоэффективного кварцевого аэрогеля XT (гибкий теплоизоляционный материал), что обеспечивает снижение температуры наружных стенок с 220 до 60 °С. Ускорение процесса приготовления блюд из мяса обеспечивается за счет использования модуля из сборных кварцевых ТЭНов, размещенных на расстоянии 4,5-5 см от продукта питания, а тепловая обработка мясных полуфабрикатов осуществляется в режиме гриль.
© Э. Ф. Абдурахманов, Д.И. Попенюк, О.И. Николюк, 2020
Summary. The preparation of dishes from perishable foodstuffs while preserving the nutritional value of the feedstock is an urgent scientific task at present. The technical capabilities of the technological equipment and the professional skills of the staff are of great importance in the technological process of cooking. In order to exclude the influence of the cook from the heat treatment process, it is necessary to develop modern thermal devices that can provide culinary (heat) food processing in an automatic mode, as well as ensure the preservation of meat juice and its nutrients, as well as speed up the process and reduce labor and energy costs and heat loss. The most important thing is to ensure that the indicated heaters provide closed (limited) spaces in which food is cooked (for example, a galley or a bunker). To solve the above problem, we analyzed existing samples of heaters, conducted research and promising areas of heat treatment, compared and influenced fields (microwave, ultrasonic, infrared) on the structure of raw meat and the technological process of cooking. According to the results of the analysis, it was determined that the use of the grill mode is promising for the heat treatment of portioned and small-sized semi-finished products from uninhabited meat. As a result of the study, a technical solution was developed and patented for the small-sized multifunctional apparatus MMA-1, the novelty of which is the application of a coating (reflecting infrared radiation) on its internal walls, and XT heat-resistant and highly effective quartz airgel on the external ones (flexible heat-insulating material) on the external walls, which ensures lowering the temperature of the outer walls from 220 to 60 °C. The acceleration of the process of preparing meat dishes is ensured through the use of a module of prefabricated quartz heating elements placed at a distance of 4.5-5 cm from the food product, and the meat is processed in the grill mode.
Ключевые слова-, мясные полуфабрикаты, гриль обработка, пищевая ценность, снижение теп-лопотерь, готовый продукт.
Keywords: semi-finished meat products, grilling, nutritional value, heat loss reduction, finished product.
Применение разрядно-импульсного удара, рассмотренного в [1, 2], для предварительного размягчения сырых полуфабрикатов из мяса в течение нескольких секунд не только экономически выгодно, так как позволяет использовать большую часть туш животных для получения высококачественных изделий, но и делает более доступными и легко перевариваемыми питательные вещества мяса [3].
Анализ проведенных исследований [4-8] показал, что работа по интенсификации приготовления мясных блюд с сохранением пищевой ценности исходного сырья проводятся, в частности, с дополнительным использованием акустического поля. В данных исследованиях не учитываются особые условия приготовления пищи, вызванные ограниченным (закрытым) пространством.
В целях повышения эффективности организации питания групп людей в закрытых (ограниченных) пространствах, разработан (конструктивно усовершенствован) малогабаритный многофункциональный аппарат ММА-1 [9], который обеспечивает максимальное сохранение питательных веществ, сокращение тепловых потерь, времени приготовление блюда, снижение образования канцерогенных веществ, расширение функциональных возможностей, придание возможности принудительной утилизации дыма и пара в процессе гриль-обработки, повышение КПД при эксплуатации.
Принцип работы устройства основан на использовании метода принудительной конвекции в режиме гриль.
Надежность работы аппарата ММА-1 достигается также за счет включения в конструкцию кварцевых нагревательных элементов (ТЭНов) с инфракрасным излучением в коротковолновой области. Принудительный сброс дыма и пара осуществляется дымоулавливателем и насосом. Внешний вид аппарата ММА-1 представлен на рис.1.
Рис. 1. Внешний вид аппарата ММА-1:1 - корпус с отражающим ИК-лучи напылением; 2 -модуль из сборных кварцевых ТЭНов; 3 - жарочная камера; 4 - каркас; 5 - крышка с уплотнителем; б - дымоулавливатель; 7 - насос; 8 - шланг; 9 - газовыпускающий клапан; 10 -продукт питания; 11- шампур; 12 - лоток; 13 - щепа
Дополнительный эффект воздействия ИК-излучения на полуфабрикат (порционный (т=80-120 г) и мелкокусковой (т=30-40 г)) достигается посредством напыления слоя нитрида циркония и хрома (специальное отражающее покрытие инфракрасного излучения) толщиной 150 мкм на стенки жарочной камеры 3 и за счет напыления на внешнюю стенку корпуса жаропрочного и высокоэффективного кварцевого аэрогеля XT толщиной около 2 мм, рис. 2 [10].
-is- Теплопотери
Теплоотдача без покрыггай
Толщина слоя, тг мин
Рис. 2. Зависимость тепловых потерь и коэффициента теплоотдачи от толщины слоя кварцевого аэрогеля
Нагревательные элементы (диапазон электромагнитных волн коротковолновый от А=1,0-1,3 мкм) размещены на четырех уровнях (в горизонтальной плоскости) . Данный диапазон электромагнитных волн безвреден для человека.
Конструктивной особенностью аппарата ММА-1 является включение в его конструкцию модуля специальной конструкции, собранного из ТЭНов 2. Экологически чистые инфракрасные кварцевые нагревательные элементы прямоугольной формы позволяют наращивать их излучающую мощность путем последовательного соединения одного в другом. Воздействие инфракрасного излучения на мясной полуфабрикат представлено на рис. 3.
ИК-излучатель
Среда
ишшпшп
ИК-излучатель (мощность излучения, длина волны)
Тепловой поток (плотность, интенсивность лучистого потока)
Тепломассоперенос (теплоотдача, теплопроводность, массопроводность, массотдача)
Биохимические изменения
Рис. 3. Процессы, происходящие при обработке мясного полуфабриката в режиме гриль
Тепловой аппарата ММА-1 работает следующим образом: пищевой продукт, размещенный на шампурах укладывается в жарочной камере на расстоянии 4,5-5 см от верхнего и нижнего ТЭНа и обогревается одновременно от них, а также за счет отражения ИК-излучением от стен. Следует отметить, что шампуры расположены на пяти уровнях в изотермической зоне. Включение в конструкцию насоса обеспечивает своевременный сброс, образующихся при жарении газов через клапан в систему вентилирования или канализации.
Конструкционные решения корпуса аппарата ММА-1 с включением специальной (отражающей) усиленной наружной и внутренней теплоизоляции обеспечивают снижение теплопотерь, проникновение теплоты по всему объему продукта питания. Источник инфракрасного излучения (при длине волны А= 1,0-1,3 мкм и плотности лучистого потока q=7,8 кВт/м2) тепловой энергии обеспечивает быстрый прогрев стенок устройства, в связи с чем практически не требуется предварительный прогрев, температура 1= 220 °С (рабочей среды (воздуха) внутри аппарата) достигается не более чем за 5 мин, что экономит электроэнергию и время. Это обеспечивает ускорение проникновения тепла во внутренние слои полуфабриката и повышение температуру внутри него на 25-32 °С, что ускоряет процесс кулинарной (тепловой) обработки продукта [11].
Для тепловой обработки мясных полуфабрикатов достаточно первоначального подвода энергии ИК-излучения низкой плотности ^=6 кВт/м2), затем для образования подрумянившейся корочки, усиления распада аминокислот и образования новых соединений с сахарами панировочной муки, реакции меланоидинообразова-ния на поверхности обрабатываемого продукта осуществить подачу энергии более высокой плотности ^=7,8 кВт/м2) потока ИК-излучения.
Расчет КПД аппарата для определенного технологического процесса при различных значениях К3 может быть произведен по формуле:
П =
<2,
100%
затр
(1)
Удельный расход электроэнергии характеризует уровень совершенства теплового аппарата, правильность его эксплуатации, уровень организации производства
АУЛ -
А {1\ +1}дв)То +1>освтц
т.
пр
тпраИК3
, кВтч / кг,
(2)
где А - общий расход электроэнергии за определенный промежуток времени, кВтч; ГПпр - количество ГОТОВОЙ продукции, приготовленной за ЭТО время, кг; Рр, Рдв, Роев - мощность ИК-излучателей, двигателя, освещения, кВт; тц, то- время цикла и тепловой обработки продуктов питания, ч.
Коэффициента использования аппарата Ки характеризует степень использования гриля во времени
п
Хг«/
кп ~-
Г , (3)
где гд1 - продолжительность работы теплового аппарата (КГ-1) для одной загрузки, час; г - продолжительность смены, час; п- число загрузок гриля.
Наличие принудительной конвекции при гриль-обработке мясных полуфабрикатов обеспечивает ускорение тепловой обработки (жарки за счет комбинированного (инфракрасного и конвекционного) нагрева, что также обеспечивает окрашивание готовых блюд в равномерный цвет с коричневатым оттенком хрустящей ароматной корочки на поверхности готового изделия и снижает образование на ней канцерогенных веществ.
Инфракрасное излучение обеспечивает сохранение молекулярной и клеточной структуры продукта. Нагрев продукта питания посредством гриль-обработки позволяет в большей степени сохранить влагу в нем и предотвратить окисление жиров. При этом, несмотря на высокую температуру обжаривания, применяемая технология и разработанный тепловой аппарат позволяют в закрытом помещении без дыма и запаха приготовить блюда из мяса.
Новизна технического решения заключается в применении гриль-обработки мясных полуфабрикатов (т=( 100+20) г или т=(35±5) г), на внешнюю стенку жаропрочного и высокоэффективного кварцевого аэрогеля ХТ, а на внутреннюю стенку, которого нанесено покрытие (отражающее) инфракрасного излучения. Использование модуля из сборных кварцевых ТЭНов, размещенных на расстоянии 4,5-5 см от продукта питания, обеспечивает интенсификацию приготовления блюд из мяса.
Практическая значимость теплового аппарата ММА-1 заключается в реализации возможностей осуществления процесса приготовления мясных блюд (включая шашлык) при снижении энергозатрат, также нагрузку на систему вентиляции и очистки (фильтрации) воздуха в подводном положении. Изменение принципа тепловой обработки мяса позволяет сократить продолжительность на 25-30 %, при повышении производительности аппарата на 20-25 %, а также обеспечивает расширение ассортимента готовых блюд из нежилованного мяса при сохранении пищевой ценности исходного сырья. Габаритные размеры и функциональные возможности позволяют его использовать в закрытых (ограниченных) пространствах [12].
Таким образом, предложенное техническое решение, в отличие от существующих аппаратов, позволяет снизить: температуру наружных стенок аппарата с 220 до 60 °С; потребление энергоресурсов на 24-26 %; время приготовления блюд из мяса на 20-25 %; расширить функциональные возможностей и ассортимент приготовляемых блюд с высокими показателями качества, обеспечить сброс дыма и пара в систему сточных вод, снижение нагрузки на системы очистки (фильтрации) воздуха в подводном положении и вентиляции; сократить тепловые потери в 1,3-1,5 раз; повышение КПД на 16-20 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абдурахманов Э.Ф. Техническая разработка ускорения тендеризации и посола мясных полуфабрикатов // Ползуновский вестник. 2018. № 4. С. 31-36. ПОТ: 10.25712/АвТи. 2072-8921.2018.04.006.
2. Пат. 183819 Российская Федерация, МПК А22 С 7/00, Мобильное устройство для отбивания мясных полуфабрикатов в ограниченном пространстве [Текст] / Абдурахманов Э.Ф. (RU), Романчиков С.А. (RU), Топоров A.B. (RU), Пахо-мов В.И. (RU), заявитель и патентообладатель ФГКВОУ ВО ВАМТО (RU).-Nq : 2017145196, заявл. 21.12.2017. опубл. 04.10.2018. Бюл. № 28. -91с.: ил.
3. Абдурахманов Э.Ф. Технологическая разработка сохранения пищевой ценности и повышения усвояемости мясных блюд / / Техника и технология пищевых производств, 2019. -Т. 49, - № 2. С. 177-184. DOI: 10.21603/2074-9414-2019-2-177 -184.
4. Пат. 158128 Российская Федерация, МПК А21В 1/00, Устройство для производства хлебобулочных изделий [Текст]/ Романчиков С.А. (RU), Безгин M.B. (RU), Антуфьев В.Т. (RU), Иванова М.А. (RU), Николюк О.И. (RU), Стулов С.В (RU), Пахо-мов В.И (RU); заявитель и патентообладатель Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии A.B. Хрулева» (RU).-Nq 201500836/10; заявл. 12.01.2015 г, опубл. 20.12.2015 г. Бюл. № 35. -Юс.: ил.
5. Романчиков С.А. Устройство для ультразвуковой ускоренной сушки макаронных изделий в поле инфракрасного излучения / / Ползуновский вестник. 2018. № 1. С. 70-76.
6. Верболоз Е.И., Романчиков С.А. Особенности низкотемпературной тепловой обработки мясопродуктов в пароконвектомате с наложением ультразвуковых колебаний / / Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2017. Т. 79. № 3 (73). С. 35-41.
7. Алексеев Г.В., Романчиков С. А., Савельев А. П. Возможности изготовления энерго-ресурсосберегающих емкостей для приготовления пищи // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2018. - № 3. - С. 83-88.
8. Фитерер Д.В., Романчиков, С. А. Пути повышения коэффициента полезного действия тепловых аппаратов / / Вестник Военной академии материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулева. - 2016. - Т. 6, № 2. -С. 118-121.
9. Пат. 2655406 РФ, МПК A47J 37/04, A47J 37/06. Устройство по гриль-обработке мяса / Романчиков С. А., Абдурахманов Э. Ф.; заявитель и патентообладатель ФГКВОУ ВО ВАМТО. - № 2016130552; заявл. 25.17.2016 г; опубл. 28.05.2018 г. Бюл. № 16. - 156 с.
10. Пат. 2691263 РФ, МПК A47J 37/04, A47J 37/06. Устройство для приготовления мясных блюд / Немтин В.Г., Усов Д.Ю., Катунин Е.С., Стройков В.А., Николюк О.И., Сабиров P.C., Маслеников И.А.; заявитель и патентообладатель ФГКВОУ ВО ВАМТО. -№ 2018116934; заявл. 07.05.2018; опубл. 11.06.2019. г. Бюл. № 17. Абдурахманов Э.Ф. Техническая разработка в целях гриль приготовления мясных продуктов питания в условиях камбуза подводной лодки / Абдурахманов Э.Ф. / / Все о мясе. 2019. № 2. С. 49-53. DOI: 10.21323/2071-2499-2019-2-49-53.
11. Топоров A.B., Абдурахманов Э.Ф. Военно-экономическая эффективность применения технических разработок камбузного оборудования для подводных сил ВМФ / A.B. Топоров, Э.Ф. Абдурахманов / / Научные проблемы материально-технического обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации. 2019. № 1 (И). С. 7-13.
REFERENCES
1. Abdurakhmanov E.F. Technical development of acceleration of tenderization and salting of meat semi-finished products//Polzunovsky bulletin. 2018. No 4. Pp. 3136. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2018.04.006.
2. Patent. The 183819 Russian Federation, MPK A22 С 7/00, the Mobile device for hurling back of meat semi-finished products in limited space E.F. [Text] / Abdurakh-manov. (RU), Romanchikov S.A. (RU), A.V. Toporov (RU), V.I. Pakhomov. (RU), applicant and patent holder FGCVOOU WAUGH of BAMTO (RU).-Nq: 2017145196, заявл. 21.12.2017. опубл. 04.10.2018. Bui. No. 28. - 91 p.: il.
3. Abdurakhmanov E.F. Technological development of preserving food prices and improving the digestibility of meat dishes//Food technology and technology, 2019. -T. 49,-№ 2. C. 177-184. DOI: 10.21603/2074-9414-2019-2-177-184.
4. Patent. The 158128 Russian Federation, MPK A21B 1/00, the Device for production of bakery products of [Text] / Romanchikov S.A. (RU), M.V. Bezgin (RU), V.T. Antufyev. (RU), M.A. Ivanova. (RU), O.I. Nikolyuk. (RU), S. Stulov. In (RU), V. Pakhomov. And (RU); applicant and patent holder Federal public state military educational institution of higher education "Military academy of material support of a name of the general A.V. Hrulev" (RU).-Nq 201500836/10; Bui. No. 35. - 10 p.: il.
5. Romanchikov S.A. Device for ultrasonic accelerated drying of maca-ronic products in the field of infrared radiation//Polzunovsky bulletin. 2018. No 1. pp. 70-76.
6. Verboloz E.I., Romanchikov S.A. Features of low-temperature heat treatment of meat products in a steam convectomate with the application of ultrasonic oscillations//Bulletin of Voronezh State University of Engineering Technologies. 2017. T. 79. No 3 (73). Pp. 35-41.
7. Alekseev G.V., Romanchikov S. A., Savelyev A.P. Possibilities for the manufacture of energy-resource-saving containers for cooking//Storage and processing of agricultural raw materials. - 2018. - No. 3. - Pp. 83-88.
8. Fitherer D.V., Romanchikov, S. A. Ways to increase the coefficient of climbing action of thermal devices//Bulletin of the Military Academy of Logistics named after Army General A.V. Khrulev. - 2016. - T. 6, No 2. - Pp. 118-121.
9. Patent 2655406 of the Russian Federation, MPK A47J 37/04, A47J 37/06. Device for grilling meat/Romanchikov S. A., Abdurakhmanov E.F.; applicant and patent holder of FSKVOU VO VAMTO. - No. 2016130552; Bui. No. 16. - 156 p.
10. Patent 2691263 of the Russian Federation, MPK A47J 37/04, A47J 37/06. Device for preparing meat dishes/Nemtin V.G., Usov D.Yu., Katunin E.S., Stroikov V.A., Nikolyuk O.I., Sabirov R.S., Maslenikov I.A.; applicant and patent holder of FSKVOU VO VAMTO. - No. 2018116934; 07.05.2018; 11.06.2019. Bui. No. 17.
11. Abdurakhmanov E.F. Technical development for grilling of meat food in conditions of galley submarine/Abdurakhmanov E.F.//A11 about meat. 2019. No 2. Pp. 4953. DOI: 10.21323/2071-2499-2019-2-49-53.
12. Axes A.V., Abdurakhmanov E.F. Military-economic efficiency of application of technical developments of galley equipment for military forces of the Navy/A.V. Toporov, E.F. Abdurakhmanov//Scientific problems of logistical support of the Armed Forces of the Russian Federation. 2019. No 1 (11). pp. 7-13.
