Лекция №8. Тема: объемные способы тепловой обработки продуктов

План лекции:

1. Способы тепловой обработки пищевых продуктов;

2. Спектр электромагнитных колебаний;

3. Генераторы ИК-энергии ;

4. Аппараты с ИК- нагревом.

Дополнительная литература:

Гинзбург А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. М. Наука, 1966.

Способы тепловой обработки пищевых продуктов по механизму передачи теплоты обрабатываемому продукту подразделяют на:

1. поверхностные (их еще называют традиционными),

2. объемные, и

3. комбинированные.

1. Поверхностные. Физическая сущность поверхностных способов Теловой обработки заключается в передаче тепла с поверхности продукта к его средним слоям путем теплопроводности у твердых тел и конвекцией у жидких. Все пищевые продукты имеют низкий коэффициент теплопроводности λ. λ_мяса = 0,5 вт/м ⁰С λ_ст3 = 52 вт/м ⁰С (Кроме того, уменьшение влагосодержания поверхностных слоев приводит к снижению λ, что также ухудшает прогревание продукта). Т.е. это поясняет длительность тепловой обработки при традиционных способах. Большое время обработки ухудшает органолептические показатели и пищевую ценность готовых изделий, т.к. с течением времени в обрабатываемом продукте

• разрушаются витамины;

• уходят в жидкость минеральные вещества;

• изменяется состав белков и жиров.

Длительность процесса ведет к излишним энергозатратам.

2. Объемные способы нагрева продуктов основываются на взаимодействии продукта с электромагнитным полем.

Электромагнитные волны, излучаемые генератором, проникают в продукт на значительную глубину и частично или полностью поглощаются в нем. При этом электромагнитная энергия превращается в теплоту, что и вызывает нагрев продукта.

К таким методам можно отнести:

1. инфракрасный нагрев (ИК);

2. сверхвысокочастотный нагрев (СВЧ);

3. электроконтактный (ЭК) нагрев;

4. индукционный нагрев.

СВЧ-способ обеспечивает большую скорость нагрева продукции;

ИК-нагрев основан на интенсивном поглощении ИК-лучей свободной водой, находящейся в продуктах;

ЭК-нагрев основан на тепловой энергии, выделяемой током при прохождении его через продукт, обладающий определенным активным (омическим) сопротивлением;

Индукционный нагрев пищевых продуктов, особенно с повышенной влажностью, возникает при помещении их во внешнее переменное магнитное поле, в котором по закону электромагнитной индукции возникают вихревые токи (токи Фуко), линии которых замыкаются в толще продукта. Электромагнитная энергия рассеивается в его объеме, вызывая нагрев.

Первые два способа успешно используются в ПОП (это ИК и СВЧ-нагрев). Два вторых (ЭК и индукционный) находятся на стадии исследований, не имея пока широкого внедрения, хотя ЭК-нагрев используется в частности в хлебопекарном производстве для

• прогрева тестовой массы при выпечке хлеба

• используется в производстве сосисок;

• используется при бланшировании мясопродуктов.

Физическая природа электромагнитных волн любой частоты и длины волны одна и та же.

2. Спектр электромагнитных волн

Все существующие в природе излучения (космическое, гамма-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, радиоволны и низкочастотные колебания) имеют одинаковую природу и составляют непрерывный спектр электромагнитных волн. Отличаются эти волны друг от друга только длиной волны λ.

С олнце имеет температуру 6000 ⁰С

©

атмосфера

поглощает

43%

Солнце нагревает землю, а от нее уже нагревается атмосфера.

До земной поверхности доходит всего 43% солнечной энергии. Остальная энергия отражается или поглощается атмосферой земли, водяными парами, частицами пыли и дымом.

Так, например,

• рентгеновское излучение солнца полностью поглощается атмосферой;

• ИК-лучи поглощаются водяным паром;

• ультрафиолетовые лучи задерживаются пылью и дымом.

Поэтому, в крупных промышленных центрах, как например в г.Донецке, это приводит к снижению солнечной энергии на 10-30%.

Коротковолновая часть УФ-излучения (самая вредная для человека) поглощается:

1. озоном в верхних слоях атмосферы земли;

2. водяными парами;

3. частицами пыли и дыма.

УФ-излучение проникает в ткани не глубоко – до 0,5 ÷ 1 мм. Оно определяет бактерицидный эффект, т.е. обеззараживающий, убивающий микробы.

ИК-лучи поглощаются тканями на глубину 3-4мм и оказывают тепловое воздействие!

Видимая часть излучения состоит из разных цветов спектра.

Вспомните радугу: К О Ж З Г С Ф.

Видимые лучи занимают спектр от 0,4 до 0,8 мкм(1 микрон (мкм) = 10^-6м).

Инфракрасные лучи (ИК) являются частью общего спектра электромагнитных колебаний с длиной волны λ от 0,76мкм до 1000мкм. Но для тепловой обработки используют ИК-лучи с длиной волны λ от 0,76 до 6 мкм, так как образующийся при тепловой обработке водяной пар интенсивно поглощает ИК-лучи с λ > 15 мкм, поэтому верхний предел λ считается ≈10÷14мкм.

Термин "инфракрасный" происходит от латинского слова infra, т.е. "под", "внизу", т.е. ИК-лучи располагаются в нижней части красного конца видимого спектра.

ИК-излучение возникает в результате колебательных и вращательных движений атомов и молекул, а также перехода электронов с одних энергетических уровней на другие. Так как подобное движение происходит при нагревании, то любое тело, имеющее температуру больше абсолютного нуля (-273⁰С), может служить источником ИК-излучения.

Невидимые глазом ИК-лучи были обнаружены в 1800г. астрономом Уильямом Гершелем при исследовании солнечного спектра.

Передвигая термометр в поле солнечного спектра, Гершель обнаружил, что наибольшее повышение температуры имеет место в невидимой части спектра, расположенной за красным цветом или, как говорят, за красным концом спектра.

К

О

Ж

З

Г

С

Ф

Кривая распределения t°-р в опыте Гершеля

В пищевой промышленности успешно используется высокочастотный диапазон электромагнитных волн (0,03 ÷ 3 МГц) для стерилизации консервов в стеклянных банках.

Ультрафиолетовые, рентгеновские, γ-волны могут быть использованы для обработки пищевых продуктов с целью уничтожения микроорганизмов, вызывающих порчу продуктов.. Такая обработка позволяет увеличить срок хранения и транспортировки в незамороженном виде.

Из журнала "Торговля за рубежом" № 9 1990. Статья "Радиоактивное облучение продуктов питания в Великобритании":

« … Продукты, которые правительство Великобритании считает подходящими для обработки методом радиоактивного облучения включают в себя: цыплят, специи, фрукты, овощи, грибы, картофель, лук.

Метод радиоактивного облучения пищевых продуктов доказал свою эффективность в борьбе с бактериями сальмонеллы и листерии.

Правительство Великобритании разрешило этот метод еще в 1982г. Комитет по контролю качества продовольственных товаров Европейского экономического сообщества и Федеральная комиссия по контролю качества продовольственных товаров и лекарств США считают этот метод безопасным для здоровья людей.»

В статье упоминается манго и клубника, поступающие из ЮАР и Израиля, обработанные методом радиоактивного облучения.