Теплотехнический расчет проектируемой сковороды

Основные изменения структурно-механические свойств мяса при тепловой обработке  связаны с денатурацией и уплотнением  белков мышечных волокон, с распадом соединительнотканного белка (коллагена) в присутствии влаги. В результате ослабляется механическая прочность  прослоек соединительной ткани между  пучками мышечных волокон и кулинарно готовое мясо становится мягким.

Тепловая денатурация мышечных белков начинается при 30–35^оС. При 65^оС денатурирует около 90% всех мышечных белков, но даже при 100^оС часть их остается растворимыми. Наиболее лабилен основной мышечный белок – миозин. При температуре немногим выше 40^оС он практически полностью денатурирует.

Миоглобин, придающий сырому мясу красный цвет, при денатурации  подвергается деструкции. Денатурация  миоглобина сопровождается окислением ионов двухвалентного железа, входящего  в активную группу молекулы этого  белка (гем), до трехвалентного. При этом исчезает красная окраска мяса, образуется гемин серо-коричневого цвета. Полная денатурация миоглобина наступает при 80^оС. Поэтому по изменению окраски мяса можно судить о степени его прогрева. Так, при температуре 60^оС окраска говядины ярко-красная, свыше 60–70^оС – розовая, при 70–80°С и выше – серовато-коричневая, свойственная мясу, доведенному до кулинарной готовности.

Белки саркоплазмы, представляющие собой  концентрированный золь, в результате денатурации и последующего свертывания образуют сплошной гель.

Белки миофибрилл (уже находящиеся  в состоянии геля) при нагревании уплотняются с выделением влаги  вместе с растворенными в ней веществами. Диаметр мышечных волокон при варке уменьшается на 36–42%. Чем выше температура нагрева, тем интенсивнее уплотнение волокон, больше потери массы и растворимых веществ.

При жарке мясо прогревается только до 80–85^оС в центре изделий, поэтому мышечные волокна уплотняются меньше, чем при варке (при варке температура 95^оС). Для доведения мяса до готовности необходимо дальнейшее нагревание денатурированных мышечных белков. В этих условиях происходят более глубокие изменения их – деструкция с образованием таких летучих веществ, как сероводород, фосфористый водород, аммиак, углекислый газ и др.

Основные белки соединительной ткани – коллаген и эластин  в процессе тепловой обработки ведут  себя по-разному. Эластин устойчив к  нагреву. Коллаген при нагревании в присутствии воды, содержащейся в мясе, при температуре 50–55^оС набухает, поглощая большое количество воды; при 58–62^оС резко сокращается длина коллагеновых волокон, увеличивается их диаметр и они становятся стекловидными (денатурация или сваривание коллагена); при дальнейшем нагреве происходит деструкция коллагеновых волокон – распад их на отдельные полипептидные цепочки (коллаген превращается в растворимый глютин). Переход коллагена в глютин – основная причина размягчения мяса. По достижении кулинарной готовности в глютин переходит 20–45% коллагена.

Те части мяса, в которых коллаген очень устойчив, непригодны для жарки целым куском или в виде порционных и мелкокусковых полуфабрикатов. Но в случае измельчения мяса (рубленная масса), структура коллагеновых волокон изначально разрушена, что помогает ускорить процесс перехода коллагена в глютин.  При повышении температуры распад коллагена ускоряется.

Изменение массы мясных продуктов  при тепловой обработке является следствием двух противоположных процессов: набухания коллагена, которое сопровождается поглощением влаги; уменьшения гидратации мышечных белков в результате их денатурации и последующего уплотнения гелей (выпрессовыванию отделяемой влаги способствует сваривание коллагеновых волокон). При жарке, кроме того, происходит испарение влаги. Нагрев так же вызывает вытапливание жира и это также вызывает потери массы.

При жарке изменяется жир, как в  продуктах, так и используемый на кулинарные цели. Быстрое выделение  влаги продуктами вызывает разбрызгивание жира и его частичный распад (особенно важное значение имеют потери (20-40%) линолевой и арахидоновой кислот). Вследствие чего снижается пищевая ценность жира в продукте из-за распада жирных кислот. В процессе жарки имеет место также поглощение продуктами жира продуктом (улучшая его пищевую ценность), которое уменьшается при разбрызгивании. Общие потери жира меньше у панированных изделий, так как задерживается выделение жира из продуктов, снижается разбрызгивание используемого жира и увеличивается его поглощение. Под влиянием высокой температуры и продолжительного нагрева могут происходить глубокие химические изменения в используемом жире (гидролиз, окисление, полимеризация) и накапливаться вредные соединения, придающие жиру неприятный запах и прогорклый вкус. Токсические продукты термического окисления жира адсорбируются на поверхности обжариваемых изделий.

Мясопродукты при варке и жарке, в результате уплотнения белков, плавления жира и перехода в окружающую среду влаги и растворимых веществ, теряют 30-40% массы.

Потери массы рубленых натуральных  изделий меньше, чем порционных. Так, потери массы при жарке бифштекса  рубленого составляют 30%, а порционного – 37%. Это связано с тем, что при нарушении целостности соединительной ткани уменьшается выпрессовывание влаги в результате сваривания коллагена. Потери массы рубленых изделий с хлебом значительно меньше, чем натуральных рубленых, так как выпрессованная белками влага удерживается наполнителем (хлебом). Например, если шницель натуральный рубленый теряет при жарке 27% массы, то биточки, котлеты – 19%, что обусловливается поглощением влаги хлебом. Панировка задерживает испарение влаги с обжариваемой поверхности и вытекание сока. Так, филе, лангет, антрекот теряют при жарке 37% массы, а панированный ромштекс – 27%. Четкой зависимости между потерями массы и видом мяса нет.

Официальные нормы потерь массы  при изготовлении мясных блюд указаны в Сборниках рецептур.

При жарке из мяса в окружающую среду переходит меньше растворимых веществ, чем при варке. Возникающие при тепловой обработке потери пищевых веществ вызваны диффузией в греющую среду и распадом под воздействием высокой температуры. При жарке практически нет диффузии водорастворимых веществ в греющую среду, имеет место выпрессовывание жира и частично жирорастворимых веществ (каротиноидов и др.). Высокая температура нагрева вызывает интенсивное испарение влаги и пирогенетические процессы на поверхности продуктов, приводящие к деструкции крахмала, распаду сахаров, реакциям между сахарами и аминокислотами с образованием меланоидинов (придающие свойственные корочке темный цвет, аромат и вкус), глубокому распаду жиров и т. д. разрушению термолабильных аминокислот (цистина, лизина, триптофана) и витаминов (аскорбиновой кислоты, тиамина, пиридоксина).

Содержащиеся в мясе витамины относительно хорошо сохраняются при тепловой обработке. Наиболее устойчивыми являются витамины В₂ (рибофлавин) и РР (никотиновая кислота), содержание которых в вареном и припущенном мясе составляет 80–85%. Витамин B₁ (тиамин) сохраняется в пределах 68–75%. Витамин В₆ (пиродоксин) менее устойчив, в вареном мясе его сохраняется 60%, а в жареном – 50%. При жарке потери витаминов меньше чем при варке вследствие меньшей продолжительности тепловой обработки. Высокая сохранность витаминов отмечается у жареных котлет: кратковременная тепловая обработка и незначительное количество вытекающего сока.

В жареном мясе больше экстрактивных  веществ, чем в отварном, так как  при варке мясных продуктов в  бульон вместе с влагой переходит  часть растворимых в ней экстрактивных  веществ (аминокислоты, дипептиды, пурины, креатин, креатинин, сахара и др.), минеральных элементов и витаминов. В формировании вкуса и аромата готовых кулинарных изделий из мяса принимают участие практически все экстрактивные вещества, продукты глубокого расщепления его составных частей, липиды (жиры). Прежде всего, специфический мясной вкус бульонов и мясного сока, выделяющегося при жарке, обусловлен аминокислотами, содержащимися в мясе. Всего обнаружено 17–18 свободных аминокислот. Из них сладковатый вкус имеют: серин, глицин, триптофан, аланин, а горьковатый – тирозин, лейцин, валин. Особенно велика роль в формировании вкуса мяса глутаминовой кислоты, она в концентрации 0,03% дает ощущение мясного вкуса. Молочная и фосфорная кислоты дают ощущение кислого вкуса, а креатинин – горького.

Еще более сложен состав летучих  веществ, образующихся при тепловой обработке мяса, особенно при жарке. Потери энергетической ценности составляют в среднем 10% для всех продуктов.

Основным недостатком тепловой обработки являются потери пищевых  веществ. На величину потерь при тепловой обработке значительно влияет температурный  режим, поэтому для удовлетворения требований процесса жарки котлет тепловой аппарат должен обеспечивать использование  ступенчатого режима нагрева.

Нарушение этого требования может  привести к увеличению толщины корочки  и ее температуры, что резко снизит качество продукта и приведет к значительным потерям массы продукта.

Таким образом, при изготовлении блюд и кулинарных изделий необходимо стремиться к тому, чтобы цель тепловой обработки была достигнута при минимальной потере пищевых веществ и исключении образования вредных химических соединений.

С точки зрения сохранности питательных  веществ одним из наиболее рациональных приемов тепловой обработки является жарка панированных изделий из котлетной массы, который будет рассмотрен в данном курсовом проекте.

Жарка – способ обработки продуктов при непосредственном соприкосновении их с жиром или без жира при температуре, обеспечивающей образование на их поверхности специфической корочки.

Цель жарки – доведение мясного  полуфабриката до состояния кулинарной готовности, которая характеризуется  определенными структурно-механическими  и органолептическими показателями (консистенция, цвет, вкус, запах, сочность) и безвредность.

Процесс жарки можно разбить  на два периода. В первый период происходит обезвоживание наружного слоя вследствие испарения влаги и миграции ее внутрь продукта. Поверхностный слой быстро обезвоживается, температура в нем поднимается до 135^оС. На продукте появляется корочка (образование корочки начинается при достижении температуры на поверхности продукта около 105^оС), толщина и цвет которой зависят от температуры греющей среды и продолжительности нагрева. В корочке накапливаются продукты пирогенетического распада белков, жиров, углеводов, экстрактивных веществ, сообщающие жареному продукту специфические вкус и аромат. Дальнейшее повышение температуры корочки отрицательно сказывается на органолептических показателях качества мясных полуфабрикатов: появляются привкус и запах горелого мяса, цвет корочки меняется от серого до коричневого (образуются вредные продукты гидролиза аминокислот, обладающие мутагенным и канцерогенным действием).

С момента образования корочки  начинается второй период процесса жарки. Испарение влаги с продукта резко  замедляется, и начинается процесс  ее миграции из центральных слоев  к менее влажной поверхности.

Способы жарки котлет, используемые в кулинарной практике, различают  в зависимости от способа передачи тепла продукту.

Для жарки на нагретых поверхностях (традиционный способ) используют наплитные сковороды, листы или специальное тепловое оборудование (сковороды, жарочные поверхности, аппараты контактной жарки или обработки). Чтобы продукты не прилипали к поверхности посуды, ее смазывают жиром (5–10% массы продукта). Жир нагревают до температуры 150–190°С, после чего кладут продукты.

Обжаривают их со всех сторон до образования  поджаристой корочки. Этот способ тепловой обработки называют жаркой с малым количеством жира. Лучшей посудой для жарки являются чугунные сковороды с толщиной пода не менее 5 мм. В них лучше концентрируется тепло, более равномерно распределяется температура, в связи с этим исключается возможность подгорания продукта и прилипания его к жарочной поверхности. Для рационального использования поверхности конфорок размеры ее должны соответствовать размеру дна наплитной посуды. Неправильное использование жарочной поверхности, а также наличие кривизны у дна наплитной посуды вызывают перерасход электроэнергии, увеличивают время жарки и возможность пригорания, а также снижают к.п.д. конфорок. Обычная посуда с тонким дном, легко поддающая деформации снижает эффективность работы плит. При использовании посуды с антиадгезионным покрытием жир не требуется.

Продукты нагреваются при контакте с нагретой поверхностью, тепло передается от жира продукту путем теплопередачи. Иногда для доведения продуктов до полной готовности их ставят в жарочный шкаф.

Жарка в жарочных шкафах (радиационно-конвекционный способ) происходит так: неглубокую посуду (противень, сковороду) смазывают жиром и укладывают на нее продукты. Затем посуду ставят в жарочный шкаф с температурой 150–270°С.  Снизу продукт нагревается за счет теплопередачи, а сверху – за счет инфракрасного излучения от нагревателей и нагретых стенок рабочей камеры шкафа, конвекции перемещающихся потоков воздуха.. Процесс образования поджаристой корочки при этом происходит значительно медленнее, чем при жарке основным способом, в результате продукты прогреваются равномернее. Для получения более румяной корочки и повышения сочности готового изделия в процессе жарки продукт переворачивают, поливают жиром. Для жарки применяют также шкафы с конвекционным обогревом. Испытания аппаратов с принудительной конвекцией нагретого воздуха показали возможность использования их для приготовления изделий из мяса в широком ассортименте при высокой производительности и экономичности. В них воздух с помощью вентилятора прогоняется через нагреватели, нагревается и поступает в рабочую камеру. При этом ускоряется процесс жарки, продукты не приходится переворачивать, исключаются подгорание и неравномерное прожаривание.