Теплообмен во влажных капиллярно-пористых телах различного состава при конвективном нагревании в паровоздушных средах

Приведены результаты исследования процесса нагревания влажных капиллярно-пористых тел различного состава (мясных изделий) при термообработке в сухом воздухе и паровоздушной смеси в условиях вынужденной циркуляции греющей среды. Исследования проводились на влажном обезжиренном образце (мясо куриного филе) и маловлажном жирном образце (лопаточная часть свинины), сформованных в виде цилиндра и пластины. Показано, что процесс нагревания мясных изделий различного состава подчиняется закономерностям теории нестационарной теплопроводности однородных тел, несмотря на многообразие сопутствующих фазовых и физико-химических преобразований. Установлено, что регулярный режим нестационарной теплопроводности наступает при Fo ≥ 0,2 для всех исследуемых вариантов. На основании обработки и анализа экспериментальных данных получены критериальные уравнения вида Θ = f(Fo,Bi) для центрального слоя исследуемых изделий в диапазоне температур 160–240 °С. Установлено, что особенности нагревания мясных изделий в среде паровоздушной смеси приводят к меньшим значениям коэффициентов μ1 и N(Bi) при регулярном режиме по сравнению с нагреванием в сухом воздухе. При этом для маловлажных жирных образцов характерны более низкие значения μ1 и N(Bi) по сравнению с влажными обезжиренными. В результате сравнения с табличными данными для твердых тел показано, что экспериментальные коэффициенты μ1 и N(Bi) характеризуются меньшими значениями для всех исследуемых вариантов. Установлено, что характер изменения N(Bi) и μ1 для твердых тел и изучаемых изделий противоположен, то есть при росте числа Bi для твердых тел характерно увеличение N(Bi) и μ1, в то время как для исследуемых изделий характерно их уменьшение. Практическая значимость исследований состоит в повышении качественных характеристик мясных рубленых изделий и оптимизации оперативного производственного планирования за счет применения методики прогнозного расчета продолжительности тепловых операций.

1. Николаев, Н. С. Моделирование процесса термообработки мясного сырья как сложной системы: автореф. дис. … д-ра. техн. наук : 05.18.12 / Н. С. Николаев; Моск. гос. акад. приклад. биотехнологии. – М., 1996. – 55 с.

2. Рогов, И. А. Технология мяса и мясных продуктов / И. А. Рогов, А. Г. Забашта, Г. П. Казюлин. – М.: КолосС, 2009. – Кн. 2: Технология мясных продуктов. – 712 с.

3. Гинзбург, А. С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: справочник / А. С. Гинзбург, М. А. Громов, Г. И. Красовская. – 2-е изд. – М.: Пищ. пром-сть, 1980. – 288 с.

4. Marcotte, M. Thermophysical properties of processed meat and poultry products / M. Marcotte, Ali R. Taherian, Y. Karimi // J. Food Eng. – 2008. – Vol. 88, iss. 3. – P. 315–322. http://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008.02.016

5. Дульгер, Н. В. Экспериментальная оценка теплофизических характеристик продуктов животного происхождения / Н. В. Дульгер, Р. Н. Зарипов, В. Н. Лысова // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. – 2005. – № 2 (25). – С. 284–287.

6. Светлов, Ю. В. Эффективная теплопроводность и внутренняя поверхность переноса пористых и волокнистых структур (на примере пищевых материалов) / Ю. В. Светлов, Ю. Б. Никифоров // Тонкие хим. технологии. – 2015. – Т. 10, № 6. – С. 71–78.

7. Косой, В. Д. Совершенствование производства колбас: учеб. пособие / В. Д. Косой, В. П. Дорохов. – М.: ДеЛи принт, 2006. – 766 с.

8. Бражников, А. М. Теория термической обработки мясопродуктов / А. М. Бражников. – М.: Агропромиздат, 1987. – 271 с.

9. Расчет продолжительности процесса термовлажностной обработки полуфабрикатов на основе животного и растительного сырья / Л. Э. Глаголева [и др.] // Вестн. Воронеж. гос. ун-та инженер. технологий. – 2018. – Т. 80, № 2. – С. 51–57. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2018-2-51-57

10. Верболоз, Е. И. Особенности низкотемпературной тепловой обработки мясопродуктов в пароконвектомате с наложением ультразвуковых колебаний / Е. И. Верболоз, С. А. Романчиков // Вестн. Воронеж. гос. ун-та инженер. технологий. – 2017. – Т. 79, № 3. – С. 35–41. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-3-35-41

11. Isleroglu, H. Modelling of heat and mass transfer during cooking in steam-assisted hybrid oven / H. Isleroglu, F. Kaymak-Ertekin // J. Food Eng. – 2016. – Vol. 181. – P. 50–58. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2016.02.027

12. Ahmad, S. Mathematical modeling of meat cylinder cooking / S. Ahmad, M. A. Khan, M. Kamil // LWT – Food Science and Technology. – 2015. – Vol. 60, iss. 2, part 1. – P. 678–683. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.10.061

13. Combined heat transfer and kinetic models to predict cooking loss during heat treatment of beef meat / A. Kondjoyan [et al.] // Meat Sci. – 2013. – Vol. 95, iss. 2. – P. 336–344. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2013.04.061

14. Rinaldi, M. Real-time estimation of slowest heating point temperature and residual cooking time by coupling multipoint temperature measurement and mathematical modelling: Application to meat cooking automation / M. Rinaldi, E. Chiavaro, R. Massini // Food Control. – 2012. – Vol. 23, iss. 2. – P. 412–418. http://doi.org/10.1016/j.foodcont.2011.08.009

15. Chen, H. Modeling coupled heat and mass transfer for convection cooking of chicken patties / H. Chen, B. P Marks, R. Y Murphy // J. Food Eng. – 1999. – Vol. 42, iss. 3. – P. 139–146. https://doi.org/10.1016/S0260-8774%2899%2900111-9

16. Erdoğdu, F. Mathematical approaches for use of analytical solutions in experimental determination of heat and mass transfer parameters / F. Erdoğdu // J. Food Eng. – 2005. – Vol. 68, iss. 2. – P. 233–238. http://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.05.038

17. Multiscale modeling of food thermal processing for insight, comprehension, and utilization of heat and mass transfer: A state-of-the-art review / J. Li [et al.] // Trends in Food Sci. & Technology. – Vol. 131. – P. 31–45. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.11.018

18. Химический состав российских пищевых продуктов: справочник / под ред. И. М. Скурихина, В. А. Тутельяна. – М.: ДеЛи принт, 2002. – 236 с.

19. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: справочник / Е. В. Аметистов [и др.]; под общ. ред. Е. А. Григорьева, В. М. Зорина. – М.: Энергоиздат, 1982. – 512 с.

20. Смагина, М. Н. Влияние изменения теплофизических характеристик материала на процесс нагревания изделий из мясного фарша / М. Н. Смагина, Д. А. Смагин, А. А. Смоляк // Пищевая промышленность: наука и технологии. – 2020. – № 4 (5). – С. 61–68. https://doi.org/10.47612/2073-4794-2020-13-4(50)-61-69

21. Смагин, Д. А. Методики расчета продолжительности запекания изделий из мясного фарша при тепловой обработке в конвекционных печах / Д. А. Смагин, А. А. Смоляк, М. Н. Смагина // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. аграр. навук. – 2020. – Т. 58, № 3. – С. 373–384. https://doi.org/10.29235/1817-7204-2020-58-3-373-384

22. Цветков, Ф. Ф. Задачник по тепломассообмену: учеб. пособие / Ф. Ф. Цветков, Р. В. Керимов, В. И. Величко. – 3-е изд. – М.: Изд. дом МЭИ, 2010. – 196 с.

23. Краснощеков, Е. А. Задачник по теплопередаче: учеб. пособие для вузов / Е. А. Краснощеков, А. С. Сукомел. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергия, 1980. – 288 с.