Охарактеризуйте факторы, влияющие на время проникновения теплоты в глубину продукта

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 5Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Охарактеризуйте факторы, влияющие на время проникновения теплоты в глубину продукта

К факторам, влияющим на время проникновения теплоты в глубину продукта, относятся: физические свойства продукта; физические свойства материала тары, толщина стенки банки и ее геометрические размеры; начальная и конечная температура продукта; температура стерилизации; состояние покоя или движения банки при стерилизации

К физическим свойствам продукта относится консистенция, которая характеризуется густотой, плотностью и вязкостью.

Жидкие пищевые продукты за счет конвективного способа передачи теплоты прогреваются быстрее, чем густые и твердые продукты, в которых теплота передается кондуктивным способом. Если консервы состоят из жидкой и твердой фазы, то теплота передается обоими способами. На рисунке 2.3 показаны интенсивности прогревания жидких и густых консервов. Как видно из рисунка, кривые нагревания состоят из трех участков: А – равномерный прогрев продукта и автоклава до температуры стерилизации, В – поддержание постоянной температуры стерилизации, С – охлаждение продукта и автоклава.

τ, мин

Рисунок 2.3 – Графики прогреваемости консервов при стерилизации: 1 – жидкие продукты; 2 – густые продукты

Указанный на графике ход температурной кривой называется режимом или формулой стерилизации:

где А – продолжительность нагрева продукта в банке и автоклава до температуры стерилизации, мин; В – продолжительность собственно процесса стерилизации, мин; С - продолжительность охлаждения продукта в банке и автоклава, мин; Т – температура стерилизации, ⁰С.

В случае, когда при нагреве в банках создается избыточное давление, необходимо создать аналогичное давление снаружи, для того, чтобы избежать срыва крышек. В этом случае в формулу стерилизации будет входить и значение давления:

Describe kinds of microwave processing of foods?

Microwave baking

The quality problems observed in microwave baked products are firm and tough texture, rapid staling, lack of colour and crust formation and a dry product. Firm and tough texture are related to microwave induced gluten changes, high amylose leached out during baking and insufficient starch gelatinization.

Long exposure time in the conventional oven ensures the completion of Maillard reactions responsible for browning. In microwave ovens, heating is short and heat is absorbed by the food and the air around the product is cold. Therefore, evaporated water molecules from the food directly come across this cold air around the product and condense. This prevents browning and crisping reactions. There is internal pressure and concentration gradients are formed at microwave heating which increase the flow of liquid through the food to the outside. Therefore, foods heated in a microwave oven lose more moisture than conventional heating.

The studies in recent years about microwave baking involve issue of improving the quality of microwave baked products. It was found that gluten content is the significant factor in affecting the firmness of microwave baked breads. Breads prepared from low gluten flour were softer and had higher volume compared to the ones formulated with high gluten flour. Increasing fat, emulsifier and dextrose contents promotes reducing the weight loss of microwave baked cakes. Usage of emulsifiers and gums retarded the staling of microwave baked cakes. Emulsifiers and gums had also synergistic effects. Fat content significantly reduced the variation of firmness and weight loss of microwave baked cakes during storage.

Combination of microwaves with halogen lamp heating is a recent development in microwave baking. It combines advantages of each method:

- for heating by halogen lamp is browning and crisping;

- for microwave heating is time saving.

Microwave drying

High temperatures or long drying times in conventional air drying may cause serious damage to the colour, flavour, nutrients and rehydration capacity of the dried product.

Microwave drying may be an alternative to preserve quality of dried product. It is suitable for products having a high moisture content like carrot, mushroom and cabbage because of the high dielectric properties of water that can quickly absorb the microwave energy. The physical mechanisms involved in microwave drying are different from the mechanisms of conventional drying. The internal heat generated during microwave heating provides a vapour pressure within the product and pumps the moisture to the surface. Case hardening does not occur in microwave drying because of this moisture pumping effect. Thus, an increased drying rate without increased surface temperature and improved product quality are obtained.

However, the progress of microwave drying at the industrial level has been relatively slow due to its high initial capital investment. Non-uniform heating is another problem that hinders the commercial application of microwave drying.

Usually microwave heating is applied in the end of drying i.e. in the period of falling rate.

Generally, microwave drying of foods or food ingredients with high moisture content (over 20 % moisture) is not economical. Although water has a high dielectric constant and absorbs microwaves easily, it also has a very high specific heat capacity. In general, microwave energy has been combined with hot air to shorten the drying times especially in the falling rate periods. This method is applied for drying orange slices, garlic, soybeans, berries, apple, asparagus, carrot and potato.

It is known that the unsaturated fatty acid content of foods reduces significantly during drying due to high air temperatures. Therefore, microwave drying of soybeans, which is an excellent source of unsaturated fatty acids, becomes significant.

A combined ‘microwave-hot air’ technique applied to garlic cloves resulted in saving of about 80–90 % of conventional drying time. Garlic cloves dried by a combined ‘microwave-hot air’ process were lighter in colour compared to hot air dried ones because of a lower drying temperature and shorter time. The retention of volatile components responsible for flavour strength was also higher in ‘microwave-hot air’ drying.

Microwave drying is a potential production method for some spices like red pepper. Red pepper is one of the best substrates for aflatoxin production.

It is advantageous to use osmotic pre-treatment prior to microwave drying in terms of quality improvement. Osmosis dehydration can be conducted in sugar or salt solution.

The problem of non-uniform heating in microwave drying has been overcome for particulate materials by combining microwave and spouted bed drying.

Another recent advance in microwave drying to improve food quality and temperature distribution is the use of intermittent microwave drying. In traditional convective drying processes a continuous constant air temperature, humidity and airflow is used for moisture removal. In intermittent drying, drying is achieved with time varying of temperature and flow rate.

Microwave roasting

In microwave roasting studies contradictory results are seen in the literature. Microwave roasting of sunflower seeds did not cause any significant loss in the amount of tocopherol and polyunsaturated fatty acids in the seeds [18]. There was a minor increase in chemical or physical changes in the oil such as carbonyl value, p-anisidine value and colour development. Therefore, short exposure to microwaves to retard seed deterioration was found to be technically feasible. However, a change in the fatty acid profiles of peanuts during microwave roasting was determined [19]. Microwave roasting was not recommended in this study due to the formation of oxygenated compounds which could decrease stability and accelerate oil rancidity in roasted peanut kernels.

Microwave blanching

The advantages of microwave blanching over conventional blanching are minimizing the undesirable changes in flavour and texture, minimizing nutrient losses and reducing the amount of waste effluents. However, there are some disadvantages of microwave blanching like non-uniform heating and difficulty in controlling the temperature during blanching.

Most of the microwave heating applications like domestic microwave ovens use multimode cavity application. The field distribution in such systems is complex. Single mode cavities have a well-defined simple field distribution but their usage in the food industry is limited. The reason for this is that the volume of a food has to be extremely small in order to maintain the resonance. Several monomode microwave cavities have been designed to investigate the thermal inactivation of polyphenol oxidase found in mushrooms for industrial blanching [20]. Polyphenol oxidase was inactivated in a shorter time when microwave blanching was used compared to conventional blanching. Mushrooms blanched by microwaves had a higher antioxidant concentration and less browning.

Микроволновая выпечка

Проблемы качества, с которыми сталкиваются при микроволновой выпечке, это твердая и жесткая текстура теста, быстрое черствение, слабая окраска, образование корочки и сухость продукта. Твердая и жесткая структура объясняется действием микроволн, вызывающих изменения глютена, вымывание амилозы во время выпечки и недостаточную клейстеризацию крахмала.

Длительное нахождение в конвективной печи способствует протеканию реакций Майяра, способствующих образованию коричневой окраски у продукта. В микроволновых печах процесс нагрева очень короткий, тепло поглощается продуктом, а воздух вокруг продукта остается холодным. Поэтому пары испаряющейся влаги, попадая в холодный воздух, быстро конденсируются. Это предотвращает образование коричневой окраски и хрустящей консистенции. При микроволновом нагреве в продукте образуются внутреннее давление и градиент концентраций, которые увеличивают поток влаги из продукта наружу. Поэтому, продукты, нагретые в микроволновой печи, теряют больше влаги, чем при конвективном нагреве.

В последние года исследования о микроволновой выпечке включают проблему улучшение качества продукта.

Обнаружено, что содержание клейковины (глютена) значительно влияет на твердость хлеба выпеченного в микроволновой печи. Хлеб из муки с низким содержанием клейковины мягче и объемнее, чем хлеб с высоким содержанием клейковины. Увеличение в рецептуре количества жира, эмульгаторов и декстрозы снижает потери при микроволновой выпечке хлеба. Использование эмульгаторов и камедей замедляет черствение кексов. Эмульгаторы и камеди также обладают синергетическим эффектом. Содержание жира значительно снижает твердость и потери веса при хранении кексов.

Сочетание микроволнового нагрева с нагреванием галогенными лампами является одним из последних достижений в микроволновой выпечке. Этот комбинированный способ сочетает достоинства каждого метода:

- достоинство нагрева галогенными лампами – образование коричневой окраски и хрустящей консистенции;

- достоинство микроволнового нагрева – экономия времени.

Микроволновая сушка

Высокие температуры или длительность процесса при конвективной сушке могут вызывать изменение цвета, вкуса, питательных веществ и регидратационной способности высушенного продукта.

Микроволновая сушка может быть альтернативным способом сохранения качества высушенного продукта. Она подходит для продуктов с высокой влажностью, таких как морковь, грибы и капуста, что объясняется высокими диэлектрическими свойствами воды, которая может легко поглащать микроволновую энергию. Физические механизмы, лежащие в основе микроволновой сушки, отличаются от механизмов конвективной сушки. Внутреннее тепло, образованное во время микроволнового нагрева, способствует образованию давления паров в продукте и выкачивает влагу на поверхность. Отвердения продукта в микроволновой сушке не происходит из-за эффекта выкачивания влаги. Таким образом, обеспечивается повышенная скорость сушки и улучшенное качество продукта без повышенной температуры поверхности. Однако, применение микроволновой сушки на промышленном уровне все еще низкое из-за высоких первоначальных капиталовложений. Еще одна проблема промышленного применения микроволновой сушки – неравномерное нагревание продукта.

Обычно микроволновый нагрев применяется в конце сушки, т.е. в период падающей скорости.

В целом, микроволновая сушка пищевых продуктов или ингредиентов с высокой влажностью (свыше 20%) неэкономична. Хотя влага имеет высокую диэлектрическую постоянную и легко поглощает микроволны, она обладает высокой удельной теплоемкостью. Для сокращения продолжительности сушки микроволновую энергию комбинируют с горячим воздухом, особенно в период падающей скорости сушки. Такой способ применялся для сушки долек апельсина, чеснока, соевых бобов, ягод, яблок, спаржи, моркови и картофеля.

Известно, что количество ненасыщенных жирных кислот во время сушки значительно снижается из-за действия высоких температур воздуха. Поэтому микроволновая сушка соевых бобов, являющихся богатым источником ненасыщенных жирных кислот, приобретает большое значение.

Комбинированная сушка с использованием микроволн и горячего воздуха для долек чеснока способствует сохранению 80-90% времени, затрачиваемому на конвективную сушку. Дольки чеснока, высушенные комбинированным способом, по сравнению с чесноком, высушенным конвективным способом, имеют более светлый свет, что объясняется пониженной температурой и короткой продолжительностью сушки. Кроме того, наблюдается хорошее сохранение летучих веществ чеснока.

Перспективно применение микроволновой сушки для некоторых специй, например, красного перца. Красный перец является одним из лучших субстратов для производства афлотоксина.

Для повышения качества сушеных продуктов перспективно использование предварительной осмотической обработки, которая кроме того снижает продолжительность сушки. Осмотическое обезвоживание можно проводить в растворе сахара или соли. Проблема неравномерного нагрева зернистого материала решается комбинированием микроволновой сушки и сушки в кипящем слое.

Еще одно из последних достижений в микроволновой сушке для улучшения качества продукта и равномерного распределения температуры – это применение периодической микроволновой сушки. В традиционной конвективной сушке для удаления влаги используются постоянная температура, влажность и расход воздуха. При периодическом способе сушка достигается с вариацией во времени температуры, расхода воздуха.

Микроволновое оттаивание и темперирование (закалка)

Темперирование определяется как доведение температуры продукта на несколько градусов ниже полного оттаивания (от -5 до -2⁰С). Микроволновое темперирование является самым удачным применением микроволнового нагрева в пищевой промышленности. Системы темперирования с частотой 915 МГц периодического и непрерывного действия применяются в США, Европе, Великобритании, Китае, Японии, Корее и Австралии.

Недостатком конвективного оттаивания является длительность процесса, которая может привести к химическому и биологическому ухудшению продукта. Время оттаивания должно быть максимально коротким для снижения микробиального роста, ухудшения химического состава, потерь при вытекании сока и обезвоживания. Микроволновое оттаивание короче, чем конвективное. Однако недостаток этого способа – неравномерность оттаивания продукта. Например, некоторые части мяса могут свариться пока остальные части остаются замороженными во время оттаивания. Это явление называется стремительным нагревом. Поэтому необходимо контролировать тепло, генерируемое микроволнами. Неравномерность прогрева возникает из-за неравномерного распределения энергии и увеличения энергии абсорбции на жидких участках. Неравномерность температур при оттаивании биологических материалов внутри микроволновой печи зависит от размера, формы и диэлектрических свойств биологических материалов, величины и частоты микроволн. Маневренный режим мощности или использование пониженной мощности при непрерывном подводе являются эффективными способами минимизации неравномерности нагревания. Фрагмент времен, когда микроволны отсутствуют, позволяет сбалансировать неравномерность температур, и поэтому в промышленных микроволновых печах результаты прогрева более однородны.

Микроволновое обжаривание

В исследованиях по микроволновому обжариванию встречаются противоречивые результаты. Микроволновое обжаривание семян подсолнечника не вызывает значительных потерь токоферола и полиненасыщенных жирных кислот [16]. Имеется незначительное увеличение в химических и физических показателях, таких как карбонильное число, показатель р-метоксианилина и изменение цвета. Поэтому, кратковременная обработка микроволнами считается технически подходящей для семян. Однако имеется исследование об изменениях жирных кислот арахиса во время микроволнового обжаривания [17]. В этом исследовании микроволновое обжаривание не рекомендуется из-за образования окисленных соединений, которые могут снизить стабильность и ускорить прогоркание масла в арахисовых семенах.

Микроволновое бланширование

Преимущества микроволнового бланширования над конвективным бланшированием – минимизация нежелательных изменений во вкусе, текстуре, потерь питательных веществ и снижение количества отходов. К недостаткам микроволнового бланширования следует отнести неравномерность нагрева и трудность контролирования температуры во время бланширования.

Большинство микроволновых устройств наподобие домашним микроволновым печам используют многорежимный резонатор (колебания). Распределение напряженности поля в таких системах сложное. Однорежимные резонаторы имеют четко выраженное простое распределение напряженности поля, но их применение в пищевой промышленности ограничено. Причина – объем продукта должен быть очень маленьким для того, чтобы поддерживать резонанс. Спроектированы однорежимные микроволновые резонаторы для исследования термической инактивации полифенолоксидазы в грибах при промышленном бланшировании [18]. Обнаружено, что при микроволновом бланшировании полифенолоксидаза инактивируется за более короткое время, чем при конвективном бланшировании. Грибы, подверженные микроволновому бланшированию, имели более высокую концентрацию окислителей, и менее коричневую окраску.

В чем сущность радиочастотного нагрева пищевых продуктов?

Радиочастотный нагрев – это форма диэлектрического нагревания, при которой тепло генерируется по всему объему продукта, как в случае микроволнового и омического нагрева. Продукт, подвергаемый нагреванию, помещается между плитами или электродами. Электрическая энергия рассеивается через тепловое сопротивление продукта (аналогично и при омическом нагреве). Например, высокочастотное поле может быть применено через горизонтальные электроды, между которыми проходит конвейерная лента с пищевыми продуктами (рисунок 6.4). В отличие от микроволнового нагрева, где продукт помещается в отражающее огороженное пространство и нагревается в значительной мере благодаря дипольному вращению. Радиочастотная радиация генерирует тепло благодаря электрическому сопротивлению продукта, но отличается от омического нагрева тем, что продукт не находится в прямом контакте с электродами, например, радиочастотные волны могут пропускаться через традиционную упаковку – пластик и картон. Радиочастотная обработка использует пониженные частоты, поэтому длины волн больше, чем при микроволновом нагреве (рисунок 6.1). Частоты, применяемые для промышленного нагрева: 13.56, 27.12 и 40.68 МГц по сравнению с 915 или 2450 МГц, используемых для микроволн.

Рисунок 6.4 – Радиочастотный нагрев [15].

Радиочастотный диэлектрический нагрев и/сушка используются много лет в деревообрабатывающей, текстильной и пищевой промышленности. Так как при диэлектрическом нагреве энергия переносится прямо к продукту, применение радиочастотного нагрева имеет ряд преимуществ по сравнению с конвективным способом (снижение времени и пространства, улучшение качества продукта и т.д.).

Хлебобулочные изделия, сухари и сухие завтраки с низкой жирностью должны быть высушены очень аккуратно, потому что высокая плотность теста делает их особо хрупкими. Для удаления последних 1-2% влаги иногда необходимо перегреть корочку, что может привести к повреждению, разламыванию и крошению поверхности. Радиочастотный нагрев вырабатывает электромагнитную энергию с длинами волн больше, чем при микроволновом нагреве. Данный вид нагрева нацелен на продукт, а не на воздух, окружающий продукт. Фактически, т.к. внутренняя часть продукта нагревается быстрее, чем его поверхность, радиочастотная обработка направлена на удаление влаги из внутренних слоев, выравнивая содержание влаги по всему продукту и избегая таким образом перегрева и обезвоживания поверхности продукта.

• это один из самых быстрых методов нагревания и охлаждения, поэтому подходит для большинства термочувствительных продуктов;
• удаление летучих веществ является достоинством в случае обработки некоторых продуктов (например, молока).

• данный метод подходит только для продуктов с низкой вязкостью;
• относительно слабый контроль условий обработки;
• возможно затруднение в поддержании стерильности в частях оборудования с низким давлением;
• обязательное требование использования пара из питьевой воды, что повышает затраты на производство;
• регенерация энергии составляет менее чем 50% по сравнению с непрямоточным способом (90%);
• низкая приспособляемость для переработки различных видов продукта.