Та регенерація теплоти

Процес варіння: інтенсифікація теплових процесів

1. Варення - це процес гідротермічної обробки продуктів з метою доведення їх до стану готовності. Воно знаходить широке застосування при виробництві продуктів у масовому харчуванні та технологічних процесах ряду харчових виробництв.

При варенні змінюються білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мінеральні та смакові речовини, які містяться в продуктах, що впливає на усвоюваність, харчову цінність, масу, смак, запах і колір цих продуктів. Під час варення денатуруються і коагулюються білки, колаген з'єднувальної тканини м'ясо-рибних продуктів переходить в глютин, знищується більшість вегетативних форм мікробів, інактивуються ферменти. Жири у процесі варення переходять у воду і емульгують, розпадаючись на дрібні жирові кульки, які під час бурхливого кипіння і тривалого нагрівання утворюють гліцерин і жирні кислоти, які в свою чергу надають бульйону мутний колір і неприємний смак і запах. Тому бульйон варять під час слабкого кипіння, знімаючи з його поверхні жир.

Крохмаль, шо нагрівається з водою, клейстеризується, поглинаючи вологу; завдяки цьому збільшується маса круп, бобових і макаронних виробів.

Продукти рослинного походження розм'якшуються, бо протопектин, що міститься в стінках кліток, переходить у розчинний пектин.

Основною метою розварювання сировини, яка містить крохмаль (зерна, картоплі), широко застосовуваного у виробництві спирту, є руйнування клітинних стінок, звільнення крохмалю з клітин і переведення його в форму, в якій він

швидше і легше оцукрюється ферментами. Розварювання сировини проводять шляхом обробки його парою з тиском 0,4...0,5 МПа, в основному за двома схемами: при температурі 130... 140 °С і тривалості варки 50...60 хвилин; при температурі 165... 172 °С і тривалості варки 2...4 хвилини.

Відзначимо, що варення, як теплообмінний процес, супроводжується масообміном - мають місце екстрагування, сорбція, розчинення тощо. Частина розчинних речовин (білки, вуглеводи, мінеральні солі, екстрактивні та фарбуючі речовини, вітаміни) переходять у рідину. Найбільша екстракція спостерігається при основному способі варення, значно менша- при припусканні та тушкуванні, і цілком незначна - при варенні парою. Кількість екстрагованих речовин зростає із збільшенням тривалості та температури процесу варення.

При варенні відбуваються як бажані, так і небажані зміни в різноманітних продуктах. Особливо це стосується варення круп. Так, наприклад, під час варення в крупах утворюються одоруючі речовини, що надають крупам в нагрітому стані неприємний і незвичний запах, а інколи і прогірклий смак. Ці речовини можна легко видалити з парою. Але якщо варення здійснюється в герметично закритій посудині, пара нікуди не видаляється, а конденсується (захоплюючи при цьому і одоруючі речовини) та всмоктується продуктом.

Класифікація способів варення та їх характеристика

Всі способи варення можна класифікувати за декількома ознаками:

- За технологічною ознакою існують такі способи варення: у великій кількості рідини (основний спосіб), у малій кількості рідини (припускання, тушкування та бланшування).

- За видом гріючого середовища (теплоносія) розрізняють варення: в рідині (у воді, бульйоні, відварі, молоці, сокові, сиропі), в атмосфері пари, пароводяній і пароповітряній суміші.

- Під атмосферним тиском,

- Під надлишковим тиском

- Під вакуумом.

Від тиску, при якому здійснюється варення в рідині, залежить температурний режим процесу, відповідно 98...100 - під атмосферним тиском, 110...120 - під надлишковим тиском і 60...80°С - у вакуумі.

Варення здійснюють також нагріванням: конвективним, кондуктивним, електроконтактним, інфрачервоним і в електромагнітному полі ВЧ і НВЧ.

У кулінарній практиці застосовуються комбінації основних прийомів варення.

Завантаження продукту для варення в киплячу воду зменшує перехід розчинних речовин в бульйон.

Наведемо стислу характеристику допоміжного прийому теплової обробки продуктів - бланшування. Це процес короткочасної (від 1 до 5 хвилин) теплової обробки плодоовочевої сировини, м'яса і риби за певної температури у воді, парою або у водних розчинах солі, цукру, органічних кислот або лугів. Мета бланшування залежить від виду і призначення продукту. У більшості випадків бланшування застосовують для досягнення такої мети: збереження природного кольору продукту, що досягається руйнуванням
окислювальних ферментів під впливом порівняно високих температур (70 °С і
вище);

- зміни консистенції, об'єму та маси плодів та овочів;

- підвищення проникливості протоплазми кліток плодів і овочів, що полегшує подальше віджимання соку на пресах;

- часткового знищення мікроорганізмів, головним чином тих, що знаходяться на поверхні продуктів; полегшення очищення і виділення шкірки від плодів і овочів.

Плоди і овочі бланшуються частіше усього в цілому вигляді, м'ясо і риба-шматками. При бланшуванні у гарячій воді спостерігаються втрати цінних розчинних поживних речовин (цукру, кислот, вітамінів та ін.). Для зменшення втрат розчинних речовин, бланшування проводять у водному розчині солі, або у середовищі водяної пари.

Основні типи варильних апаратів

У харчовій промисловості та громадському харчуванні знаходять застосування різноманітні варильні апарати, що можуть бути класифіковані за рядом ознак. Передусім, варильні апарати поділяються на апарати для варення в киплячій рідині, для варення в атмосфері вологої насиченої водяної пари, перегрітої пари і пароповітряної суміші.

За структурою робочого циклу вони можуть бути періодичної та безперервної дії. За тиском, а отже, за температурою обробки, розрізняють апарати, працюючі за таких умов:

- під атмосферним тиском (температура 100 °С) - стравоварильні котли, пароварильні шафи, сосисковарки, термоагрегати і різноманітні варильні апарати безперервної дії;

- під надлишковим тиском (тиск до 0,7 МПа, температура до 180 °С) -автоклави, пароварильні камери і агрегати безперервного розварювання крохмалистої сировини;

- під вакуумом (температура нижче 100 °С) - вакуум-апарати, вакуум-камери, вакуум-горизонтальні котли.

Найбільшу групу складають апарати оболонкового типу - стравоварильні котли, де варення відбувається зануренням у рідину. Котли бувають перекидні та з нижнім розвантаженням готового продукту, відкриті або герметично закриті, з мішалкою або без неї. Внутрішня поверхня у них буває емальованою, з нержавіючої сталі та іншого корозійностійкого матеріалу. Залежно від виду енергоносія котли поділяють на електричні, газові, парові та твердотопливні.

У котлах варять бульйони, перші та солодкі страви, гарніри, соуси, маринади, каші, ковбасні та інші фаршеві вироби в оболонці, джеми, варення тощо.

Схеми основних типів стравоварильних котлів з оболонками наведено на рисунку 5.48.

Основними частинами стравоварильного котла : варильна посудина 2, парогенератор З, іароводяна оболонка 1, постамент, контрольно-шмірювальна апаратура. У котлів, які іерекидаються, крім того, є механізм перекидан-ія. Зовні котли покриваються теплоізоляцією і облицьовуються кожухом.

Розглянуті нами стравоварильні котли з оболонками носять ще назву апаратів з непрямим обігрівом, тобто з теплоносієм. Використовуються і теплообмінні апарати, в яких є юверхневі нагрівачі, але немає теплоносія — лравоварильні котли з безпосереднім обігрівом. За приклад наведемо котел, схема якого на писунку 5.49.

Для обігрівання варильної посудини З зикористано гнучкі нагрівальні елементи 4,

розташовані на її боковій поверхні, що дозволяє здійснити рівномірне підведення теплоти. Електронагрівальний елемент із зовнішнього боку покритий шаром теплової ізоляції 6. Котел має кришку 2, кожух 1, між кожухом і шаром теплоізоляції .

Пускорегулююча апаратура розміщена під пультом управління 5.

Для варення м'яса, різноманітних м'ясних і ковбасних виробів, риби, овочів на парі застосовуються пароварильні шафи, різноманітні пароварки, камери і термоагрегати.

У цих апаратах, що являють собою контактні теплообмінники, обігрівання продуктів здійснюється гострою парою, тобто під час безпосереднього співдотику насиченої пари з продуктами. При цьому пара, конденсуючись, віддає теплоту пароутворення продукту, який термічно обробляється. За конструкцією розрізняють пароварильні шафи з парогенератором (рис. 5.51, а, б) і без нього

Пароварильна шафа з власним парогенератором 2 має робочу камеру 5, в якій на перфорованих полицях 6 встановлюється посуд з продуктами, які обробляються. Камера закривається дверцятами 7 з ручкою-засувом; ззовні вона покривається теплоізоляцією 4. У основі 1 розміщено парогенератор 2 з нагрівальними елементами 3 і живильним бачком з поплавковим клапаном.

Пароварильні камери, що застосовуються в різних галузях харчової промисловості і термоагрегати мають таке ж принципове влаштування, як і пароварильні шафи, але більш високу продуктивність.

2. Пастеризація

Більшість харчових продуктів (молоко і молочні продукти, бульйони, фруктові та овочеві соки, овочеві та м'ясні консерви, вино, пиво та ін.) і напівпродуктів біохімічних виробництв є гарним живильним середовищем для розвитку багатьох мікроорганізмів, в тому числі й для хвороботворних, здатних викликати інфекційні захворювання.

Пастеризація - один з прийомів консервування продуктів, наукове обґрунтування якому дав Л. Пастер в 1860 р. Під пастеризацією розуміють термічну обробку продуктів за температури нижче 100 °С з наступним охолоджуванням до температури 6...8 °С. Пастеризація, як правило, вбиває неспорові хвороботворні мікроорганізми і скорочує загальну бактеріальну забрудненість продукту, що підвищує його стійкість. Швидке охолоджування продукту після пастеризації необхідно для того, щоб відвернути розвиток остаточної мікрофлори, тобто проростання у вегетативні клітки спор, що зберігають життєздатність під час одноразового нагрівання Пастеризація не повинна призводити до зміни фізико-хімічного стану продукту і погіршення його якості.

Під час пастеризації додержуються таких вимог: освітлений або ретельно очищений від сторонніх домішок продукт нагрівають рівномірно, за постійної температури, у тонкому шарі, уникаючи пригорання; операцію проводять у герметичних умовах; продукт виводять з пастеризатора максимально охолодженим. Теплообмінну апаратуру виготовляють з хімічно стійких матеріалів, що мають велику теплопровідність.

Ефективність пастеризації- ступінь придушення мікрофлори - залежить від
температури і тривалості витримки продукту за цієї температури

Режими і способи пастеризації. Існують три режими пастеризації: тривала - за температури 63...65 °С протягом 20...ЗО хв., короткочасна (швидка) - за 75 °С експозиція від декількох секунд до 5 хв., миттєва (або високотемпературна) -за 90...93 °С без витримки.

Вибір режимів пастеризації визначається технологічними умовами і властивостями продукту. У переважній більшості випадків пастеризацію слід проводити в короткочасному або миттєвому режимі. Проте, якщо продукт містить компоненти, що відрізняються низькою термостійкістю (під дією високих температур швидко руйнуються), то слід застосовувати тривалу.

Теплова пастеризація продуктів передбачає декілька способів її здійснення: поточний, пароструменний, гарячим розливом, класичний (пляшковий), у електромагнітному полі та ін.

Поточна пастеризація застосовується для обробки молока, пива, соків, вин, бульйонів та інших продуктів. У даному випадку теплообмін відбувається між закритими потоками продукту і теплоносія, розділеними поверхнею теплопередачі. Процес здійснюється у теплообмінній апаратурі безперервної дії — кожухотрубному та пластинчастому пастеризаторах і пастеризаційно-охолоджувальних установках.

Знаходить застосування (наприклад, в молочній промисловості) пастеризація з безпосереднім паровим обігріванням. У даному випадку теплота гріючої пари використовується повністю на нагрівання продукту. Під час пастеризації за рахунок введення пари в продукт спостерігається деяке його розрідження, внаслідок чого зменшується вміст сухих речовин в одиниці об'єму продукту.

Пастеризація гарячим розливом передбачає нагрівання продукту до певної
температури (для вина - 43...55 °С, для томат-пюре - 95...98 °С) з наступним
його розливом у простерилізовану тару (пляшки), герметичним закупорюванням і
охолоджуванням. Спосіб має застосування, в основному, для продуктів з високою
кислотністю. _ч

Класична пастеризація в тарі (названа пляшковою) проводиться після розливу і герметизації фруктових соків та вин в пляшках, бутилях і жерстяній тарі. Нагрівання продукту в тарі здійснюється потоком гарячого повітря або води. Класична пастеризація припускає фасування продукту за температури пастеризації (наприклад, 95 °С - для соків з м'якоттю, 85 °С - для натуральних фруктових соків, 60 °С - для вина) у бутилі або банки (пляшки), герметизацію тари (закупорювання або закатування), термостатування, а після цього інтенсивне охолоджування.

На практиці знаходять застосування установки пастеризації в електромагнітному полі високої частоти (ВЧ). Такий спосіб проводять за більш низької температури. Порівняно зі звичайною пастеризацією процес менш тривалий (1...2 хв, інколи декілька секунд). Теплота середовища, що передається клітині (теплопровідність), швидше переборює тепловий бар'єр (оболонку клітини). Під час обробки продуктів у ВЧ-полі теплота виділяється безпосередньо в обсязі клітини. Струмами ВЧ пастеризують компоти та соки у скляній тарі.

підігрівається парою, яка надходить через безшумний пароструменний нагрівам 1. Всередині резервуару розміщено мішалку 4, що має привід 6. Спочатку ванну заповнюють продуктом,післяцього

включають мішалку, в оболонку пускають воду і подають пару. Продукт перемішується мішалкою, нагрівається від внутрішньої поверхні стінки резервуару до температури пастеризації та піддається витримці. По закінченні витримки закривається паровий вентиль, а в оболонку подають холодну воду по трубі і охолоджують продукт до необхідної температури. З ванни продукт температури. З ванни продук' зливається через кран 7. Аналогічне влаштування мають універсальні танки.

Камерні пастеризатори періодичної дії застосовуються для пастеризаці рідких продуктів (наприклад, вина) в пляшках. Пляшки встановлюються у гніздг металевих ящиків, що помішуються на вагонетку. Вагонетка закочується ) камеру, герметично зачиняються дверцята і в батареї, які розташовані всередин камери, подається гаряча вода. Температура і кількість води регулюються. Перед пастеризацією пляшки з вином закупорюються, на горловину пляшок надіваються спеціальні скоби. Вино, нагріте до температури пастеризації (біля 60 °С), витримується протягом 2 хв., а після цього температура його знижується до 15...20 °С і вагонетки викочуються з камери. Недолік камерних пастеризаторів -періодичність дії та необхідність застосування ручної праці.

Більш перспективним обладнанням для пастеризації рідких харчових продуктів (вина, томатного і фруктових соків, компоту) в скляній і жерстяній тарі є пастеризатори-охолоджувачі безперервної дії, що обігріваються парою, гарячою водою або гарячим повітрям. Конструктивно пастеризатори цього типу складаються з секції власно пастеризації та секцій охолоджування, через які проходить транспортер, що несе банки (пляшки) з продуктом. Швидкість руху транспортера регулюють таким чином, щоб забезпечити перебування продукту в зоні пастеризації протягом заданого часу, а після цього - поступове охолоджування. Температура в пастеризаторах регулюється автоматично відповідно заданого режиму.

Схему безперервно діючого пастеризатора для фруктових соків представлено на рисунку 5.66. Цей повітряно-водяний пастеризатор -охолоджувач для соків являє собою теплоізольований короб, всередині якого рухається транспортер (сітчаста стрічка) 4. Апарат поділений на декілька зон:

Стерилізація

3. Стерилізація, або знепліднення (зіегіііз - безплідний), - обробка продукту з метою припинення життєдіяльності клітин сировини і мікроврганізмів, у тому числі й їхніх спор. Спосіб консервування стерилізацією у харчовій промисловості та громадському харчуванні є основним і найбільш надійним серед всіх методів збереження харчових продуктів. При цьому ставиться завдання, що стерилізація не повинна приводити до зміни білкових і екстрактивних речовин, вітамінів, органолептичних властивостей, зниження харчової та біологічної цінності продукту.

Залежно від фізичних властивостей продуктів, які стерилізуються, та мети стерилізації, застосовують різні методи знепліднення: мікроорганізмів, гарячий (волога, дробова, суха стерилізація) і холодний (механічна стерилізація, іонізація, стерилізація ультразвуком та ультрафіолетовим випромінюванням). Основним з них є теплова стерилізація за рахунок нагрівання продукту до високих температур (100 °С та вище).

Інколи застосовують низькотемпературну дробову стерилізацію, що полягає у багаторазовому нагріванні та охолоджуванні продукту. Дробова стерилізація, яка запропонована Тиндалем і тому називається тиндалізацією, здійснюється за низьких температур для продуктів, які не переносять температури 100 °С (середовища з кров'ю, яєчним білком, м'ясні консерви). Принцип, покладений у мікробіологічну основу способу консервування тиндалізацією полягає

Способи стерилізації. Стерилізацію харчових продуктів, як обробку, згубно діючу на мікрофлору, можна здійснювати трьома основними способами: тепловим, механічним і опромінюючим (рис. 5.73).

Харчові продукти, піддані тепловій стерилізації у герметичній тарі, можуть зберігатися у доброму стані протягом декількох років. Тому такий спосіб консервування є на сьогодні найрозповсюдженішим. Але йому властивий серйозний недолік, а саме значна тривалість теплової обробки, що негативно впливає на збереження ряду цінних складників харчової продукції (окремих амінокислот, вітамінів та ін.), а також на її органолептичні властивості. Особливо це відчутно під час стерилізації продуктів, які мають низьку теплопровідність, і використанні тари великого об'єму (більше 1 л). Означена обставина не дозволяє широко використовувати консерви для цілей громадського харчування і знижує ефективність застосування заздалегідь заготовлених консервованих напівфабрикатів.

Особливий вид теплової стерилізації - гаряче розливання, застосовуваний для соків і томатопродуктів. Продукт нагрівають до кипіння, негайно розливають у стерильну тару і закупорюють. Якщо використовують тару місткістю не менше З л, то запас теплоти в продукті виявляється достатнім для стерилізуючого ефекту.

Знизити шкідливий вплив теплоти на якість консервів у тарі будь-якого об'єму дозволяє метод асептичного консервування. Сутність його полягає у тому, що продукт і тара стерилізуються окремо, а після цього в умовах, що виключають можливість попадання мікроорганізмів (асептичні умови), стерильний попередньо охолоджений продукт розміщують у стерильну тару і герметично закупорюють її стерильними кришками. При цьому способі продукт можна миттєво нагріти (простерилізувати в потоці) і також швидко охолодити. На сьогодні найбільш завершеною в апаратурному оформленні є стерилізація у потоці різноманітних соків, пюре, молока і розфасування їх в одноразову упаковку з паперових, полімерних матеріалів та алюмінієвих туб. Процес стерилізації у потоці харчових продуктів здійснюється двома шляхами. Перший з них заснований на нагріванні продукту через теплопередаючу поверхню. Для його здійснення використовують трубчасті та пластинчасті теплообмінники. Стерилізація через теплопередаючу поверхню здійснюється у цілому за порівняно тривалий проміжок часу (декілька секунд) і під впливом високої температури (140... 160 °С) складові елементи продукту встигають денатуруватися.

Другий шлях стерилізації продукту в потоці - це безпосередній контакт і змішування з теплоносієм. Основний теплоносій на харчових підприємствах -водяна пара. Безпосередня стерилізація здійснюється або шляхом введення пари у продукт, або шляхом введення продукту в пару. Стерилізація шляхом безпосереднього нагрівання парою має ряд переваг:

- мінімальна витрата теплоти, бо вся ентальпія пари повністю використовується на нагрівання продукту; - нагрівання здійснюється практично миттєво (за десяті частки секунди) і незважаючи на високу температуру (140... 160 °С) складові елементи продукту не встигають денатуруватися.

У сучасних стерилізаційних установках одразу ж після нагрівання продукту до температури стерилізації він потрапляє у вакуум-камери, де за рахунок самовипаровування дуже швидко охолоджується. При цьому з продукту частково видаляється волога, що потрапила під час конденсації пари. Слід, однак, мати на увазі, що пара, конденсуючись, залишається у продукті, що нагрівається; це тягне за собою необхідність застосування "чистої" пари, конденсат якої задовольняв би вимоги, що ставляться до питної води.

Відзначимо, що після завершення процесу стерилізації продукт необхідно швидко охолодити в асептичних умовах до температури, що не впливає негативно на його якість під час зберігання. Для цієї мети, як було вже відзначено, дуже ефективне застосування вакуумного охолоджування. Використовуються і поверхневі апарати, описані вище. Проте при їхньому використанні необхідно вирішити цілий ряд проблем, пов'язаних із збільшенням в'язкості холодного продукту.

Застосування струмів високої та надвисокої частоти (ВЧ і НВЧ) є одним з особливих варіантів теплової стерилізації продуктів. Харчовий продукт у електромагнітному полі поглинає електричну енергію, перетворюючи її в теплову. Швидкість нагрівання харчового продукту в полі ВЧ або НВЧ значно вища, тривалість процесу обчислюється секундами. Це дозволяє значною мірою зберегти якість продукту.

Окрім теплового відомі інші методи стерилізації. Перспективні напрямки -застосування для цієї мети лазерів, 14 - променів, іонізуючого випромінювання, ультразвуку та різноманітних комбінацій традиційних і нових методів.

Апарати для стерилізації продуктів. Апаратурне оформлення стерилізації продуктів у тарі може бути періодичним і безперервнодіючим. До першої групи стерилізаторів належать різноманітного виду автоклави, до другої - роторні, гідростатичні та конвейєрні стерилізатори.

У консервному виробництві частіше усього застосовують вертикальні автоклави-стерилізатори на 2 або 4 корзини, які мають автоматичні прилади для реєстрації та програмного регулювання температури і тиску робочого середовища.

Вертикальний автоклав (рис. 5.74) являє собою циліндричний корпус 1 зі сферичним дном і сферичною кришкою 4, яка відкидається та кріпиться на петлях і притискається до корпусу барашковими гайками або спеціальним кільцевим зажимом 5. Для герметизації апарата між корпусом і кришкою є кільцева гумова прокладка. Кришка має противагу 2, що полегшує її підйом та закривання автоклава. Всередині автоклава розміщуються перфоровані корзини 6. Над днищем розміщено барботер 7 для подавання пари. Є запорні пристрої для продування 3, подавання і спускання води, впускання пари, відведення конденсату. Контроль температури та тиску — за термометром і манометром.

Після закупорювання банки вкладають автоклавні корзини, які в свою чергу встановлюють в апарат, заповнений водою, Герметично закривають кришку.Подаванням пари починається процес стерилізації за формулою, встановленою для даного виду продукту і банок у технологічній інструкції.

Крім вертикальних в експлуатації знаходяться також горизонтальні та безсіткові автоклави.

Дата добавления: 2016-11-28; просмотров: 1623;