Россия
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
УДК 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
Процесс приготовления блюд из скоропортящихся продуктов является важным, но сложным. Огромную роль в технологическом процессе приготовления пищи играет технологическое оборудование, а также профессиональные навыки повара. Для исключения из этого процесса влияния повара необходима разработка новых тепловых аппаратов, обеспечи- вающих автоматическую кулинарную (тепловую) обработку пищи без участия обслуживающего персонала, а также обе- спечивающих интенсификацию процесса и снижение теплопотерь и энергозатрат. Данная задача является актуальной при приготовлении пищи в закрытых (ограниченных) пространствах. Для ее решения были изучены перспективные направления тепловой обработки, проведено сравнение и влияние полей (СВЧ, ультразвукового, инфракрасного) на продукт питания и технологический процесс. В результате анализа было принято решение, что использование режима гриль для тепло- вой обработки порционных и мелкокусковых полуфабрикатов из нежилованного мяса является перспективным. Новизна предложенного камбузного гриль КГ-1 заключается в применении обработки мясных (порционных (m = 80–120 г) и мелко- кусковых (m = 30–40 г)) полуфабрикатов в режиме гриль, а также в нанесении на его внутренние стенки специального от- ражающего ИК-излучения покрытия, а на внешние – жаропрочного и высокоэффективного кварцевого аэрогеля ХТ (гибкий теплоизоляционный материал). Интенсификация приготовления мясных блюд обеспечивается за счет использования модуля из сборных кварцевых ТЭНов, размещенных на расстоянии 4,5–5 см от продукта питания. Предложенные конструктивные изменения теплового аппарата камбузный гриль КГ-1, в отличие от традиционных устройств, обеспечивает: снижение тем- пературы наружных стенок с 220 °С до 60 °С; потребления электроэнергии на 24–26 %; продолжительности приготовления мясных блюд на 20–25 %; сброс дыма и пара в систему сточных вод, снижая нагрузку на системы очистки (фильтрации) воздуха в подводном положении и вентиляции; сократить тепловые потери в 1,3–1,5 раз; повышение КПД на 16–20 %; рас- ширение функциональных возможностей и ассортимента блюд из мяса с высокими вкусовыми качествами.
Камбуз, продовольствие, технология, процесс, обработка, гриль, конвекция, тепловой аппарат
Введение
В целях реализации государственных программ РФ
«Развитие науки и технологий» на 2013–2020 годы,
«Развитие оборонно-промышленного комплекса», стратегии развития морской деятельности РФ до 2030 года, а также развития системы материаль- но-технического обеспечения военнослужащих, в частности продовольственного обеспечения, не- обходима разработка перспективных технических и технологических разработок, обеспечивающих повышение эффективности технологического обору- дования и технологических процессов приготовления пищи в закрытых (ограниченных) пространствах подводной лодки [1–4]. Анализ исследований пока- зал, что работы в данном направлении ведутся, но по своим техническим характеристикам не отвечают предъявляемым требованиям [5–13]. Для решения поставленной задачи необходима разработка тепло- вого аппарата, обеспечивающего интенсификацию приготовления блюд с возможностью сохранения пищевой ценности исходного сырья.
Объект и методы исследования
В целях ускорения кулинарной (механической и тепловой) обработки продуктов питания из не- жилованного мяса и сохранения пищевой ценности исходного сырья в закрытых (ограниченных) про- странствах камбуза дизельной подводной лодки предложена технологическая разработка сохранения пищевой ценности и повышения усвояемости мясных блюд. Интенсификация подготовки и созревания полуфабриката обеспечивается за счет применения разрядно-импульсного удара и тепловой обработки в потоке электромагнитного излучения ИК-спектра в режиме «Гриль» [14].
Технологическое решение основано на том, что в процессе механической разрядно-импульсной обработки полуфабрикат увеличивается в объеме
вую энергию и передается нижним слоям продукта вплоть до центральной области.
Результаты и их обсуждение
Данная технологическая разработка отличается тем, что для расширения ассортимента блюд из мяса, сохранения их питательных веществ, снижения уси- лий среза, усилий на разрыв и повышения нежности, мягкости, усвояемости в условиях закрытых (ограни- ченных) пространств используется новое камбузное технологическое оборудование: устройство для тен- деризации в жидких средах УТЖС-1, устройство для тендеризации УТ-0,1, камбузный гриль КГ-1.
Кулинарная обработка мясных блюд с сохранени- ем пищевой ценности и повышения их усвояемости включает 4 основные технологические операции (рис. 1): подготовительную (размораживание, зачист- ка поверхности, омывание, обсушивание, разделка туш, деление на отрубы, обвалка отрубов, выделение крупнокусковых полуфабрикатов, приготовление порционных полуфабрикатов, подготовка рассола); механическая обработка; подготовка к тепловой об- работке, деление на порции, размещение в жарочной камере технологического оборудования; тепловая обработка.
Рассмотрим предложенную технологическую раз- работку сохранения пищевой ценности и повышения усвояемости мясных блюд с подробным описанием каждой технологической операции.
-
-
- Подготовительная операция. Проводится до начала кулинарной обработки и включает несколько этапов первичной обработки мясного сырья [14]. Ко- личество этапов зависит от вида сырья (туша, полу- туша, отруб). Новизной подготовительной операции является подготовка рассола. В подготовленной воде температурой t = 10–16 °С смешиваются (из расчета на 1 кг готового продукта) поваренная соль – 7 %, специи (перец черный молотый) – 0,1 %, сахар –
-
за счет разрыва коллагеновых связей и проникно- вения рассола. Свободная вода, содержащаяся в
1,5 %, пищевая добавка нитрат натрия (NaNO
|
Е250)
полуфабрикатах, при тепловой обработки интен- сивно поглощает ИК-излучение с длиной волны λ = 1,0–1,2 мкм, нагревая поверхностный слой про- дукта. Энергия излучения преобразуется в тепло-
Добавление добавки Е250 в рассол придает крас- ную окраску и защищает полуфабрикат от окисления и порчи бактериями (botulinum), которые являются возбудителями ботулизма – серьезной пищевой
Абдурахманов Э. Ф. Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 177–184
Технологическое
Технологические операции Параметры
1 Подготовительные операции
технологической операции
Устройство для тендеризации УТ-0,1 (U – 220–230 В; I – 2 А, Р – 75 Вт;
f – 50 Гц)
Размораживание. Зачистка поверхности. Омывание. Обсушивание. Разделка туш
|
Приготовление порционных полуфабрикатов
Подготовка рассола
рН – 6,9 – 7,2; АТФ – 4; t внутри мышц = 3–16 °C; t Н2О –18–22 ºС; τ = 15–60 мин |
|
m = 1500–2000 г; t внутри мышц = 3–16 °C |
m = 80–120 г; t внутри мышц = 3–36 °C |
t Н2О = 10–16 ºС |
|
S искры – 4300 м/с
продолжительность разряда
20–30 мкс; τ = 4–7 с, разрядное напряжение 30–50 кВ, mаx энергия
в импульсе 100 кДж
Производственный стол. Емкость.
3 Подготовка к тепловой обработке
Поварская тройка
Камбузный гриль КГ-1 (f – 50 Гц,
U – 220–230 В, P – 1,8 кВт, I – 4 А)
Производственный стол. Нож. Весы.
(оттаивание, деление на порции, размещение
|
не ≥ 4 часов Охлаждение кулинарной продукции.
Деление на порции. Выдача потребителям
m = 1500–2000 г, m = 80–120 г,
m = 30–40 г; t вн мышц = 3–16 °C
t = 180–220 °C, Sоб – 0,5 м/с,
λ = 1,0–1,2 мкм, q = 6,8–7,8 кВт/ м2, t вн слоев пп = 80 °C, щепа фрукт дер = 20–48 г
t пп = 25–35 ºС; τ = 40–50 мин
Figure 1. Technological operations of the technological solution aimed at preserving the nutritional value and increasing the digestibility of meat dishes
Тендеризация (разрядно-импульсная обработка) |
|||
|
|
|
|
В процессе
приготовления пищи
Порционные полуфабрикаты
Обработка специями (сухой посол)
Крупнокусковые полуфабрикаты
Жидкая среда (вода, рассол)
Заблаговременно (до выхода в море)
Созревание
Упаковка (вакуумная тара)
Охлаждение, заморозка. Хранение
|
Мелкокусковые полуфабрикаты (m = 30–40 г) |
Порционные полуфабрикаты (m = 80–120 г) |
Крупнокусковые полуфабрикаты (m = 1000 г) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Figure 2. Methods of mechanical processing of raw meat in the proposed technological solution
интоксикации, приводящей к поражению нервной системы [15].
-
-
- Механическая обработка мясных полуфабрика- тов. Реализуется двумя способами, представленными на рисунке 2.
-
Разрядно-импульсная обработка (РИО) реализу- ется как в технологическом процессе приготовления мясных блюд, так и заблаговременно (на объектах промышленно-экономического комплекса страны). Крупнокусковые мясные полуфабрикаты массой
Abdurakhmanov E.F. Food Processing: Techniques and Technology, 2019, vol. 49, no. 2, pp. 177–184
Механические силы создаваемые волной разрушают межволоконные коллагеновые связи (основное сопротивление)
Размягчение волокон структуры мясного полуфабриката
Частичные разрывы структуры волокон
жестких тканей и изменения формы волокон
на гофрированную и извитую обеспечивают разволакивание
Набухание мышечных волокон, за счет интенсивного проникновения и распределения соли в толще мяса и деструктивного влияния разрядно-импульных ударов на структуру мышечной ткани
Рисунок 3. Изменения при разрядно-импульсной обработки на мясной полуфабрикат
Figure 3. Effect of pulse-type processing on the meat semi-finished product
m = 1500–2000 г подвергаются РИО в жидкой среде (рассоле) и упаковываются в вакуумные пакеты. Это позволяет сократить время затрат, повысить каче- ственные показатели полуфабрикатов, расширить возможности по приготовлению мясных продуктов питания в закрытых (ограниченных) пространствах.
Рассол является хорошим трансформатором энер- гии, выделяющейся в канале. Импульсное выделение электрической энергии в последнем, благодаря малой сжимаемости жидкости, приводит к росту давления в плазме. Высокое давление формирует и распростра- няет в окружающей среде интенсивные возмущения.
Возникающие в рассоле разрядно-импульсные удары разрушают хрящи и другие прочные части мяса, активно действуют механические силы, доста- точные для разрушения межволоконных коллагено- вых связей, создающие разрядно-импульсной волной гидравлическое сопротивление (рис. 3).
Разрядно-импульсные удары при воздействии на дезинтеграцию биологических тканей обеспечивают
Рисунок 4. Сравнительные характеристики тендеризации полуфабриката
Figure 4. Comparative characteristics of the tenderized semi-finished product
ИК-спектра происходит без их контакта с какой-ли- бо теплопередающей поверхностью или теплоно- сителем. Принцип обработки основан на том, что свободная вода, содержащаяся в полуфабрикатах, интенсивно поглощает ИК-излучение с длиной вол- ны λ = 1,0–1,2 мкм, нагревая внутренние слои про- дукта питания. Энергия излучения, преобразованная в тепловую энергию, передается внутренним слоям продукта вплоть до центральной его области.
Принудительная конвекция в процессе тепловой обработке в режиме «Гриль» интенсифицирует про- грев и скорость приготовления продуктов питания. В отличие от кондуктивного нагрева, при обработке в режиме «Гриль» поверхность продукта остается от- крытой. Это обеспечивает охлаждение этих слоев, а также возможность подводить к продукту интенсив- ный поток тепла.
На поверхности порционных продуктов, охва-
полное сохранение витаминов А , Д , В
[16–26].
ченных жаром от преобразования ИК-волн в тепло,
2 2 12
Аскорбиновая кислота в виде водных растворов окисляется в значительно меньшей степени, чем при термической обработке [18, 27]. Предложенная технологическая операция обеспечивает сохранение мясного сока, содержание нутриентов, увеличение объема и массу полуфабриката (рис. 4).
-
-
- Подготовка к тепловой обработке. При ре- ализации данной технологической операции осу-
-
происходит интенсивная коагуляция белков, причем
на глубине до 5 мм одновременно. Это позволяет подводить значительные мощности, которые затем в виде кондуктивной теплопередачи поступают вглубь мясной порции. Это обеспечивает сохранение мяс- ного сока, делая порции сочными, ароматными и пышными. Зависимость продолжительности тепло-
обработке: оттаивание, деление на порции, размеще- 80
|
Масса , m, г
Операция осуществляется как заблаговременно
Масса , m, г |
60
с использованием крупнокусковых полуфабрикатов
|
к тепловой обработке в непрерывном технологиче- 40
ском процессе. Полуфабрикаты порционируются 30
в соответствии с технологической картой блюда,
Тепловая обработка в режиме "Гриль" t = 180–200 °С
СВЧ обработка t = 200–230 °С
Конвекционный способ тепловой обработки t = 220–250 °С
Тепловая обработка мелкокусковых полуфабрикатов (m = 40 г) в режиме "Гриль"
фиксируются на вспомогательном технологическом оборудовании (шампур, вертел), размещаются в жа- рочной камере теплового аппарата.
-
-
- Тепловая обработка мясных полуфабрикатов в режиме «Гриль». Тепловая обработка полуфабри- катов из мяса в потоке электромагнитного излучения
-
1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Продолжительность, τ, мин
в режиме Гриль Конвекционный способ СВЧ в режиме Гриль
Рисунок 5. Зависимости продолжительности тепловой обработки мясных полуфабрикатов от способа
Figure 5. Effect of the method on the heat treatment duration
180
Абдурахманов Э. Ф. Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. № 2 С. 177–184
вой обработки мясных полуфабрикатов от способа наложения тепла представлена на рисунке 5.
Температура внутренних слоев продукта питания достигает t = 80–85 °С, а температура поверхност- ного слоя t = 130 °С, что способствует образованию поджаристой корочки.
На заключительном этапе приготовления мясных блюд используется гриль в области ИК-спектра. Энергия подается плотностью 6–10 кВт/м2 с длиной волны 1,1 мкм. При этих параметрах продукт дово- дится до состояния готовности к употреблению. Это позволяет сократить продолжительность тепловой обработки и улучшить показатели качества готовой продукции [28].
Выводы
Показано влияние разрядно-импульсной обра- ботки крупнокусковых полуфабрикатов в жидких средах и тепловой обработки в режиме «Гриль» (λ = 1,0–1,2 мкм) на продолжительность приготовле- ния мелкокускового продукта питания (шашлыка) по предложенной технологической разработке.
Новизна технологической разработки заключается в том, что воздействие предлагаемой разрядно-им- пульсной обработки обеспечивает равномерный разрыв коллагеновых волокон, сухожилий и хрящей исходного сырья при равномерном просаливании его структуры, а тепловая обработка в режиме «Гриль» снижает интенсивность испарения мясного сока,
ускорение передачи тепла к внутренним слоям за счет интенсивного потока тепла.
Практическая значимость заключается в реализа- ции предложенной технологической разработки в за- крытых (ограниченных) пространствах при снижении физических и временных затрат обслуживающего персонала, улучшении физико-химических и орга- нолептических показателей, вкусовых качеств, усво- яемости и сохранения пищевой ценности продуктов питания из нежилованного мяса при одновременном его просаливании и обеспечении увеличения срока продолжительности хранения полуфабрикатов в 3–4 раза. Это обеспечивает сокращение продолжи- тельности приготовления мясных блюд на 20 %, повышение массы полуфабрикатов на 16–20 %, пи- щевой ценности готовых блюд на 11–13 % [29].
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Выражаю благодарность профессорско-препода- вательскому составу кафедры № 3 (материального обеспечения) «Военной академии материально-тех- нического обеспечения имени генерала армии А. В. Хрулева».
Финансирование
Материалы подготовлены в рамках выполнения диссертационного исследования.
1. Целыковских, А. А. Система материально-технического обеспечения военной организации государства: особенно- сти функционирования и перспективы развития в современных экономических условиях / А. А. Целыковских, А. Х. Курба- нов, В. А. Плотников // Управленческое консультирование. - 2014. - Т. 72, № 12. - С. 16-28.
2. Топоров, А. В. Методологические основы военно-экономической эффективности интегрированной системы мате- риально-технического обеспечения / А. В. Топоров, В. И. Бабенков // Известия Российской академии ракетных и артилле- рийских наук. - 2017. - Т. 99, № 4. - С. 13-22.
3. Бабенков, В. И. Нормативно-методическое обеспечение государственных заказов по приоритетным инновацион- ным проектам / В. И. Бабенков, А. В. Бабенков // «Теория и практика приоритетных научных исследований» : сборник науч- ных трудов материалов международной научно-практической конференции. - Смоленск, 2016. - С. 112-114.
4. Абдурахманов, Э. Ф. Особенности организации питания экипажей подводных лодок в походе / Э. Ф. Абдурахма- нов, М. В. Безгин // «Ресурсное обеспечение силовых министерств и ведомств: вчера, сегодня, завтра» : сборник статей II международной научно-практической конференции / Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации. - Пермь, 2016. - С. 9-12.
5. Романчиков, С. А. Инновационные решения для повышения пищевой ценности продовольственного пайка / С. А. Романчиков, О. И. Николюк // «Ресурсное обеспечение силовых министерств и ведомств: вчера, сегодня, завтра» : сборник статей II международной научно-практической конференции / Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации. - Пермь, 2016. - С. 308-311.
6. Верболоз, Е. И. Особенности низкотемпературной тепловой обработки мясопродуктов в пароконвектомате с нало- жением ультразвуковых колебаний / Е. И. Верболоз, С. А. Романчиков // Вестник Воронежского государственного универ- ситета инженерных технологий. - 2017. - Т. 79, № 3 (73). - С. 35-41.
7. Савельев, А. П. Расширение ассортимента хлебобулочной продукции и ресурсосбережения процесса выпечки / А. П. Савельев, Г. В. Алексеев, О. И. Николюк // Ползуновский Вестник. - 2018. - № 2. - С. 65-68. DOI: https://doi. org/10.25712/ASTU.2072-8921.2018.02.012.
8. Алексеев, Г. В. Возможности изготовления энерго-ресурсосберегающих емкостей для приготовления пищи / Г. В. Алексеев, С. А. Романчиков, А. П. Савельев // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2018. - № 3. - С. 83-88.
9. Романчиков, С. А. Пути повышения коэффициента полезного действия тепловых аппаратов / С. А. Романчиков, Д. В. Фитерер // Вестник Военной академии материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулева. - 2016. - Т. 6, № 2. - С. 118-121.
10. Романчиков, С. А. Способ электростимуляции парного мяса для ускорения процесса созревания / С. А. Романчи- ков // Ползуновский вестник. - 2018. - № 3. - С. 84-89. DOI: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2018.03.015.
11. Романчиков, С. А. Устройство для замедления микробиологических процессов в продуктах питания / С. А. Ро- манчиков // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2018. - Т. 7, № 4 (44). - С. 196-200.
12. Романчиков, С. А. Устройство для ультразвуковой ускоренной сушки макаронных изделий в поле инфракрасного излучения / С. А. Романчиков // Ползуновский вестник. - 2018. - № 1. - С. 70-76. DOI: https:doi.org/10.25712/ASTU.2072- 8921.2018.01.014.
13. Николюк, О. И. Технология макаронных изделий повышенной пищевой ценности в ультразвуковом поле / О. И. Николюк // Хлебопродукты. - 2018. - № 12. - С. 47-51. DOI: https://doi.org/10.32462/0235-2508-2018-0-12-47-51.
14. Пат. 2655406 РФ, МПК A47J 37/04, A47J 37/06. Устройство по гриль-обработке мяса / Романчиков С. А., Аб- дурахманов Э. Ф.; заявитель и патентообладатель ФГКВОУ ВО ВАМТО. - № 2016130552; заявл. 25.17.2016; опубл. 28.05.2018; Бюл. № 16. - 156 с.
15. Е250 - Нитрит натрия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://dobavkam.net/additives/e250. - Дата обра- щения: 01.03.2019.
16. Ивашкин, Ю. А. Моделирование процессов тепловой обработки мясопродуктов с использованием инфракрасно- го энергоподвода / Ю. А. Ивашкин, М. А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - № 10. - С. 46-50.
17. Рогов, И. А. Сравнительный анализ влияния инфракрасной и сверхвысокочастотной энергии на микроструктуру говяжьего мяса в процессе тепловой обработки / И. А. Рогов, М. А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2005. - № 10. - С. 18.
18. Беляева, М. А. Влияние инфракрасного и сверхвысокочастотного нагрева на пищевую ценность говяжьего мяса / М. А. Беляева // Вопросы питания. - 2005. - Т. 74, № 1. - С. 36-38.
19. Effect of sodium bicarbonate residue on some characteristics of processed meat products / B. Akbari-adergani, N. Sallak, G. Jahed khaniki [et al.] // Foods and Raw Materials. - 2018. - Vol. 6, № 2. - P. 249-255. DOI: https://doi.org/10.21603/2308-4057- 2018-2-249-255.
20. Barbut, S. Meat Color and Flavor / S. Barbut // Poultry Products Processing: An Industry Guide / S. Barbut. - New York : CRC Press, 2002. - 429-465 p.
21. Chicken Breast Meat Marinated with Increasing Levels of Sodium Bicarbonate / M. Petracci, L. Laghi, S. Rimini [et al.] // Journal of Poultry Science. - 2014. - Vol. 51, № 2. - P. 206-212. DOI: https://doi.org/10.2141/jpsa.0130079.
22. Effect of freezing prior to aging on myoglobin redox forms and CIE color of beef from Nellore and Aberdeen Angus cattle / C. N. Aroeira, R. de Almeida Torres Filho, P. R. Fontes [et al.] // Meat Science. - 2017. - Vol. 125. - P. 16-21. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.meatsci.2016.11.010.
23. Changes in taste compounds, breaking properties, and sensory attributes during dry aging of beef from Japanese black cattle / F. Iida, Y. Miyazaki, R. Tsuyuki [et al.] // Meat Science. - 2016. - Vol. 112. - P. 46-51. DOI: https://doi.org/10.1016/j. meatsci.2015.10.015.
24. Meat quality, microbiological status and consumer preference of beef gluteus medius aged in a dry ageing bag or vacuum / X. Li, J. Babol, A. Wallby [et al.] // Meat Science. - 2013. - Vol. 95, № 2. - P. 229-134. DOI: https://doi.org/10.1016/j. meatsci.2013.05.009.
25. Marbled beef quality grades under various ageing conditions / I. Kozyrev, T. Mittelshtein, V. Pchelkina [et al.] // Foods and Raw Materials. - 2018. - Vol. 6, № 1. - P. 429-437. DOI: https://doi.org/10.21603/2308-4057-2018-2-429-437.
26. Вржесинская, О. А. Использование в питании человека обогащенных пищевых продуктов: оценка максимально возможного поступления витаминов, железа, кальция / О. А. Вржесинская, В. М. Коденцова // Вопросы питания. - 2007. - Т. 76, № 4. - С. 41-48.
27. Коденцова, В. М. Анализ отечественного и международного опыта использования обогащенных витаминами пи- щевых продуктов / В. М. Коденцова, О. А. Вржесинская // Вопросы питания. - 2016. - Т. 85, № 2. - С. 31-50.
28. Акт проведения исследований // Вестник Военной академии материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулева. - 2018. - № 6. - С. 8.
29. Топоров, А. В. Оценка военно-экономическая эффективности использования нового камбузного оборудования для дизельных подводных лодок военно-морского флота / А. В. Топоров, Э. Ф. Абдурахманов // Научный вестник Вольско- го военного института материального обеспечения: военно-научный журнал. - 2018. - Т. 48, № 4. - С. 62-64.