6.3: Смаження їжі у фритюрі

Рам Ямсенгсунг

Кафедра хімічної інженерії

Інженерний факультет

Університет принца Сонгкла

Хат-Яй, Таїланд

Бандхіта Сайбандіт

Кафедра біотехнології

Факультет агропромисловості

Університет Касецарта

Chatuchak, Бангкок, Таїланд

Ключові умови

хімія для смаження	Масоперенесення	Технологія смаження
тепловіддача	Масовий і матеріальний баланс	Промислові системи безперервної смаження
Тепловий баланс	Швидкість сушіння продукту	Вакуумні системи смаження

Змінні

• ρ = щільність продукту
• A = площа поверхні виробу
• c = концентрація компонента (рідини, пари або масла)
• C _{р = питома} теплоємність, також звана питомою теплоємністю
• D = коефіцієнт дифузії
• h = коефіцієнт конвективної тепловіддачі
• H = зміна ентальпії
• k = теплопровідність
• m = маса
• ml = масова витрата
• MC _t = вміст вологи під час смаження t
• МС _е = рівноважна вологість, тобто при постійній температурі і відносній вологості
• MC ₀ = вміст вологи на початку смаження, час = 0
• MR = коефіцієнт вологості
• P = маса картопляних чіпсів
• q = тепловий потік
• Q _{розумний} = відчутне тепло
• Q _{латентний} = прихована теплота випаровування
• Q _всього = Q _{прихований} + Q _{розумний}
• _{Джерело тепла} = тепло від полум'я
• R = маса скибочок сирої картоплі
• t = час
• T = температура продукту
• ∆T = різниця температур
• T _∞ = температура масла
• T _s = температура поверхні продукту
• \(\dot{V}\)= швидкість конвективного потоку рідини
• W = маса води
• ∆x = товщина виробу

Вступ

У цій главі представлені основні принципи смаження і її актуальність для харчової промисловості. Щоб проілюструвати його важливість, описані різні смажені продукти з усього світу, а також обговорюються механізми, обладнання, хімія процесу смаження. Плюси і мінуси смаження їжі представлені в контексті текстури, зовнішнього вигляду, смаку, прийнятності.

Жарка - дуже популярний спосіб приготування їжі і використовується вже тисячі років. Кілька прикладів з усього світу включають локшину, яєчні рулети та хрусткі таро в Китаї; темпури (смажене м'ясо та овочі в клярі) в Японії; риба та чіпси у Великобританії; і смажені свинячі ніжки в Німеччині. У латиноамериканських країнах та ресторанах техас-мекс смажена їжа включає продукти на основі тортильї, такі як тако, начос та кесаділья. Приклади інших популярних смажених страв включають картоплю фрі, кільця цибулі та смажену курку, а також смажені десерти, такі як пончики та клярі, смажені цукерки.

Традиційно існує два основних види смаженої їжі: (1) смажена у фритюрі (смажена у фритюрі), наприклад, картопляні чіпси, картопля фрі та смажена курка в клярі; і (2) смажена на сковороді, наприклад, млинці, яєчня та смажені страви. Цей розділ присвячений атмосферним та вакуумним системам смаження з глибоким жиром.

Результати

Прочитавши цю главу, ви повинні мати можливість:

• • Опишіть різні види технології смаження
• • Опишіть основну хімію смаження і механізми тепло- і масообміну, які беруть участь у виготовленні різних видів смажених виробів
• • Поясніть переваги та недоліки процесу смаження
• • Проаналізуйте процес смаження за допомогою фундаментальних рівнянь та розрахуйте швидкість відведення води та кількість тепла, необхідного під час смаження

Поняття

Технологія смаження

Смаження визначається як процес варіння і сушіння через контакт з гарячим маслом. Він передбачає одночасний тепло- і масообмін. Технологія смаження важлива для багатьох галузей харчової промисловості від постачальників олій та інгредієнтів; до точок швидкого харчування та ресторанів; до промислових виробників повністю смажених, смажених та закусочних продуктів; і, нарешті, до виробників обладнання для смаження. Кількість смаженої їжі та олії, що використовується як на промисловому, так і на комерційному рівнях, величезна.

Смаження у фритюрі (фритюра)

Процес занурення їжі частково або повністю в масло протягом частини або всього періоду приготування при атмосферному тиску (760 мм рт.ст. або 101,3 кПа абсолютне) називається фритюром або фритюром. Їжа повністю оточена маслом, яке є дуже ефективним теплоносієм. Окрім приготування їжі, олія для смаження виробляє хрустку текстуру в таких продуктах, як картопляні чіпси, картопля фрі та смажена курка в клярі (Moreira et al., 1999). Отриманий продукт зазвичай золотисто-коричневого кольору з вмістом масла в межах від 8 до 25%.

Типова фритюрниця складається з камери, в яку поміщають розігріте масло і харчовий продукт. Швидкість і ефективність процесу смаження залежать від температури і загальної якості масла, з точки зору деградації тригліцеридів і зміни теплових і фізичних властивостей, таких як колір і в'язкість (Moreira et al., 1999). Температура смаження зазвичай становить від 160° до 190° C. кулінарна олія (наприклад, соняшникова олія, рапсова олія, соєва олія, кукурудзяна олія, арахісова олія та оливкова олія) не тільки діє як теплоносій, але також входить в продукт, забезпечуючи смак; У таблиці 6.3.1 наведено вміст олії зазвичай смаженого у фритюрі продукти.

Крім смаження при атмосферному тиску харчові продукти також можна смажити під вакуумом, де тиск знижується приблизно до 60 мм рт.ст. (8 кПа абсолютний). При такому нижчому тиску температура кипіння води знижується до 41°C, що дозволяє знизити температуру олії для смаження до 90°—110°С, внаслідок чого чутливі до температури продукти, такі як фрукти з високим вмістом цукру (наприклад, банани, яблука, джекфрути, дуріани та ананаси) можуть бути обсмажені до хрусткої скоринки. Крім того, смажені продукти здатні зберігати свіжий колір і інтенсивний смак, в той час як масло для смаження матиме більш тривалий термін служби через менший контакт з атмосферним киснем.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Загальний вміст олії в продуктах, які піддаються смаженню у фритюрі з використанням атмосферного смаження (Moreira et al., 1999).

Продукт	Вміст олії (%)
картопляні чіпси	33—38
чіпси з тортильї	23—30
Розширені закусочні продукти	20—40
смажені горіхи	5—6
Картопля фрі	10—15
Пончики	20—25
Заморожені продукти	10—15

хімія смаження

Джерела масла, що використовуються при смаженні

Олійні посівні культури висаджують по всьому світу для виробництва кулінарного масла. Насіння промивають і подрібнюють перед видаленням олії за допомогою процесу екстракції. Потім олія рафінована, щоб видалити будь-який небажаний смак, запах, колір або домішки. Деякі олії, такі як оливкова олія, олія волоського горіха та олія виноградних кісточок, пресуються прямо з насіння або фруктів без подальшого рафінування (EUFIC, 2014). Деякі інші джерела олії для смаження включають соняшникову, канолу, пальмову та сою.

Більшість рослинних масел рідкі кімнатної температури. При нагріванні масел відбувається деградація ненасичених жирних кислот, які є будівельними блоками тригліцеридів. Мононенасичені олії, такі як оливкова олія або арахісова олія, є більш стабільними і можуть бути використані повторно набагато більше, ніж багаті поліненасичені олії, такі як кукурудзяна олія або соєва олія. З цієї причини при смаженні продуктів у фритюрі важливо не перегрівати масло і часто міняти його.

Хімічні реакції

Багато хімічних реакцій, включаючи гідроліз, ізомеризацію та піроліз, відбуваються під час смаження та впливають на якість та час зберігання масла. Деякі з цих реакцій призводять до псування масла.

Гідроліз - це хімічна реакція, в якій молекула води вставляється через ковалентний зв'язок і розриває зв'язок. Гідроліз - це основна хімічна реакція, яка відбувається під час смаження. У міру нагрівання харчового продукту вода в їжі випаровується, а водяна пара дифундує в масло. Молекули води викликають гідроліз в олії, в результаті чого утворюються вільні жирні кислоти, зниження точки диму масла, і неприємні ароматизатори як в олії, так і в їжі. Точка диму або точка горіння олії або жиру - це температура, при якій вона починає виробляти безперервний синюватий дим, який стає чітко видимим (AOCS, 2017). Розпушувач також сприяє гідролізу масла (Moreira et al., 1999). У таблиці 6.3.2 перераховані димові точки деяких поширених масел, що використовуються при смаженні. Для приготування при високій температурі (160—190° C) може не підійти олія з низькою температурою диму, наприклад нерафінована соняшникова олія та нерафінована кукурудзяна олія.

Таблиця\(\PageIndex{2}\): Димові точки звичайного масла, що використовуються при смаженні (модифіковані з Guillaume et al., 2018).

Кулінарні олії та жири	Точка диму° C	Точка диму° F	Кулінарні олії та жири	Точка диму° C	Точка диму° F
Нерафінована соняшникова олія	107°C	225 °F	Олія виноградних кісточок	216°C	420° F
Нерафінована кукурудзяна олія	160° C	320 °F	оливкова олія	216°C	420° F
Вершкове масло	177°C	350° F	Олія соняшникова	227°C	440° F
Кокосове масло	177°C	350° F	Рафінована кукурудзяна олія	232°C	450° F
Овочеве вкорочення	182°C	360° F	Пальмова олія	232°C	450° F
Сало	182°C	370 °F	Оливкова олія екстра легка	242°C	468 °F
Рафінована ріпакова олія	204°C	400° F	Олія рисових висівок	254°C	490 °F
Кунжутне масло	210° C	410 °F	Масло авокадо	271°C	520° F

Ізомеризація (полімеризація) - це процес, за допомогою якого одна молекула перетворюється в іншу молекулу, яка має точно такі ж атоми, але розташовані по-різному. Ізомеризація відбувається швидко в періоди очікування і смаження. Зв'язки в тригліцеридах переставляються, роблячи масло більш нестійким і більш чутливим до окислення.

Піроліз призводить до великого руйнування хімічної структури нафти, в результаті чого утворюються сполуки більш низької молекулярної маси.

Смажені продукти можуть поглинати багато окислювальних продуктів, таких як гідропероксид і альдегіди, які виробляються під час смаження (Sikorski & Kolakowska, 2002), впливаючи тим самим на якість олії.

Повторне обсмажування (з використанням одного і того ж масла в кілька разів) збільшує в'язкість і темніє колір кулінарного масла. Якщо фізико-хімічні властивості кулінарного масла погіршуються, масло потрібно викинути, оскільки воно може виявитися шкідливим для споживання людиною (Goswami et al., 2015; Rani et al., 2010; Choe et al., 2007). Антиоксиданти, такі як вітамін Е, додані під час смаження, надзвичайно ефективні для зниження швидкості окислення ліпідів, тоді як ферменти, такі як супероксиддисмутаза, каталаза та пероксидаза, також корисні. Проте ефективність вітаміну Е знижується з підвищенням температури (Goswami et al., 2015).

Процеси тепломасообміну під час смаження

Процес смаження, будь то атмосферне або вакуумне смаження, досить складний, включаючи поєднану тепло- і масопередачу через пористе середовище (їжу), утворення скоринки, а також усадку і розширення продукту. Всі ці механізми сприяють труднощам у прогнозуванні фізичного та структурного вигляду кінцевого продукту. Таким чином, розуміння механізму смаження та явищ теплового та масового транспорту корисно для кухонних комбайнів з метою виробництва та розробки нових смажених та вакуумних смажених закусочних продуктів для задоволення потреб споживачів.

теплопередача

В процесі смаження відбувається як тепло, так і масообмін, при цьому вода йде і масло надходить в продукт (рис. 6.3.1). Процеси теплопередачі включають випромінювання від джерела тепла до фритюрниці, провідність від зовнішньої стінки фритюрниці до внутрішньої поверхні і від внутрішньої поверхні до масла. Після нагрівання масла теплова енергія шляхом конвекції передається на поверхню виробу. Через високу температуру смаження (160-190° C) коефіцієнт конвективної теплопередачі набагато вище, ніж процеси сушіння на повітрі. Нарешті, тепло проводиться від більш гарячої поверхні до більш холодного центру продукту, тим самим підвищуючи його температуру.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Загальна схема процесів тепло- і масообміну, що відбуваються при смаженні харчового продукту (Yamsaengsung, 2014).

Тепловіддачу в процесі смаження можна описати за допомогою трьох наступних спрощуючих припущень (Рівняння 6.3.1—6.3.3), що стосуються конвекції, провідності та відчутного тепла.

Перше припущення полягає в тому, що тепло передається від масла до поверхні продукту за допомогою конвекції:

\[ q=h\Delta T = hA(T_{s}-T_{\infty}) \]

де q = тепловий потік (J s ⁻¹ м ⁻² або W m ⁻²) (за рахунок конвекції, в даному випадку)

h = коефіцієнт конвективної тепловіддачі (Вт м ⁻² °C ⁻¹)

A = площа поверхні виробу (м ²)

عT = різниця температур (° C) між температурою поверхні продукту та температурою масла = T _s - T _∞

T _s = температура поверхні продукту (° C)

T _∞ = температура масла (° C)

У таблиці 6.3.3 наведені діапазони значень коефіцієнта конвективної тепловіддачі (h) для декількох процесів і середовищ. Примусова конвекція значно збільшує коефіцієнт тепловіддачі в порівнянні з вільною конвекцією. При цьому рідини мають набагато більшу величину h, ніж гази, тоді як конвекційний процес зі зміною фази може створити коефіцієнт теплопередачі аж 2500-100 000 Вт м ⁻². Krokida et al. (2002) забезпечують хорошу компіляцію літературних даних про конвективні коефіцієнти теплопередачі в операціях харчової промисловості, а Alvis et al. (2009) є хорошим джерелом значень коефіцієнта при смаженні.

Друге припущення полягає в тому, що тепло передається від поверхні виробу внутрішньо через провідність:

\[ q=hA\frac{\Delta T}{\Delta x} = kA\frac{(T_{1}-T_{2})}{\Delta x} \]

Таблиця\(\PageIndex{3}\): Типові значення коефіцієнта конвективної теплопередачі (Engineering ToolBox, 2003).

Процес	ч (Ш м ^−2 К ^−1)
Вільна конвекція:
Гази (наприклад, повітря)	2-20
Рідини (наприклад, вода, олія)	50-1000
Примусова конвекція:
Гази (наприклад, повітря)	25—300
Рідини (наприклад, вода, олія)	100—40 000
Конвекція зі зміною фази:
Кип'ятіння або конденсація	2500—100 000

де q = тепловий потік (J s ⁻¹ м ⁻²) або (W m ⁻²) (за рахунок провідності в даному випадку)

k = теплопровідність (Вт м ⁻¹° C ⁻¹)

A = площа поверхні виробу (м ²)

∆T = T ₁ - T ₂ = різниця температур між внутрішньою та зовнішньою поверхнею виробу (° C)

∆x = товщина виробу (м)

Третє припущення полягає в тому, що тепло від масла також використовується як розумне тепло (зміна температури продукту без зміни фази) для підвищення температури продукту до температури масла:

\[ Q=\Delta H = \dot{m}C_{p} \Delta T= \dot{m}C_{p}(T_{1}-T_{2}) \]

де Q = відчутне тепло (J s ⁻¹)

H = зміна ентальпії (J)

\(\dot{m}\)= масова витрата (кг с ⁻¹)

C _р = питома теплоємність (кДж, кг ⁻¹ °C ⁻¹)

∆T = T ₁ - T ₂ = зміна температури матеріалу без зміни фази (° C)

У таблиці 6.3.4 наведено питома теплоємність води, рослинного масла та загальних матеріалів. Показано, що питома теплота рослинної олії менше половини від рідкої води, що вказує на те, що для підвищення температури тієї ж кількості матеріалу на 1° C потрібно набагато менше енергії.

Таблиця\(\PageIndex{4}\): Питома теплоємність деяких поширених матеріалів (Фігура і Тейшейра, 2007).

Матеріал	Питома теплоємність (C p) (кДж, кг ^−1° C ^−1)
Рідка вода	4.18
Тверда вода (крижана)	2.11
Водяна пара	2.00
Рослинна олія	2.00
Сухе повітря	1.01

Розумне тепло від масла підвищує температуру води до температури кипіння. Виділення теплової енергії при температурі кипіння відоме як прихована теплота випаровування, або тепло, необхідне для випаровування води або зміни її фази з рідини на газ. Прихована теплота випаровування охолоджує область продукту під час випаровування, підтримуючи температуру продукту поблизу температури кипіння (до тих пір, поки більша частина води не буде видалена).

Тепловий баланс

Спрощене рівняння теплового балансу таке:

\[ \rho C_{p}\frac{dT}{dt}-div[k\nabla T] = Q_{\text{heatsource}}+h(T-T_{\infty}) \]

де ρ = щільність виробу (кг м ⁻³)

C _p = теплоємність продукту (Дж кг ⁻¹ °С ⁻¹)

div [k (T)] = термін провідності =\(\frac{\partial}{\partial x}(k\frac{\partial T}{\partial x})+\frac{\partial}{\partial y}(k\frac{\partial T}{\partial y})+\frac{\partial}{\partial z}(k\frac{\partial T}{\partial z})\)

x = напрямок х (м)

y = напрямок y (м)

z = напрямок z (м)

k = теплопровідність (Вт м ⁻¹° C ⁻¹)

Q _{джерело тепла} = прихована теплота терміну випаровування (J s ⁻¹ м ⁻²)

h = коефіцієнт конвективної тепловіддачі (Вт м ⁻² °C ⁻¹)

T _∞ = температура масла в час t (°C)

T = температура продукту в час t (° C)

t = час (с)

Спрощене рівняння теплового балансу (Рівняння 6.3.4), складається з терміна акумуляції тепла [ρ c _p (dT/dT)], члена провідності div [k (T)], терміна джерела тепла (Q _heatsource), що позначає приховану теплоту випаровування, і термін конвекції, h (Т _масло — Т), на граничній поверхні відповідно. Термін накопичення тепла являє собою зміну ентальпії системи в залежності від часу. Ця зміна припадає на нагрівання продукту (зміна ентальпії) і передачу тепла від нагрітого продукту в бік випаровування водяної пари з продукту. Термін провідності припадає на передачу тепла від поверхні виробу до центру матеріалу, тоді як термін конвекції припадає на передачу тепла від масла до поверхні продукту і залежить від коефіцієнта тепловіддачі кулінарного масла (Yamsaengsung et al., 2008).

Масове перенесення

Процеси масопередачі при смаженні включають (рис. 6.3.1):

1. 1. Коли гаряче масло нагріває продукт провідністю, тепло випаровує воду в продукті, коли він досягає температури кипіння води (Farkas et al., 1996).
2. 2. Коли вода перетворюється в пар, вона дифундує всередині продукту і виходить з продукту шляхом конвекції.
3. 3. Масло вбивається в продукт через капілярний тиск (що є різницею тисків між двома незмішуваними рідинами в тонкій трубці), що виникає в результаті взаємодії сил між рідинами та твердими стінками трубки. Капілярний тиск може служити як протилежною силою, так і рушійною силою для транспортування рідини (Moreira and Barrufet, 1998).
4. 4. Кінцевий продукт складається з твердих речовин, води, повітря та олії. В цілому продукт стає більш гігроскопічним, т. Е. Картопля фрі - прекрасний приклад продукту з хрусткою поверхнею або скоринкою і м'якою внутрішньою частиною, званої крихтою. Якщо коротко, то через певний час поверхня виробу стає хрусткою, при цьому внутрішня частина виробу може утримувати певну кількість вологи, залишаючи його з більш м'якою текстурою.

На малюнку 6.3.2 зображений типовий негігроскопічний матеріал і гігроскопічний матеріал (Figura and Teixeira, 2007). Кожен матеріал складається з усіх трьох фаз: газ, рідка вода і тверда. Однією з головних відмінностей є те, що в гігроскопічному матеріалі є пов'язана вода. Зв'язана вода визначається як вода, яка міцно пов'язана з внутрішньою поверхнею пір матеріалів (Yamsaengsung and Moreira, 2002) і дуже важко видалити. На відміну від цього, вільна вода може бути видалена за допомогою капілярної дифузії (Moreira et al., 1999) та конвекційного потоку з градієнта тиску. Зв'язана вода вимагає більш тривалого часу сушіння і смаження, щоб бути видалені. У той час як для видалення цієї зв'язаної води потрібно більше теплової енергії, її видалення призводить до усадки матеріалу. Сушка також може призвести до усадки матеріалу, але смаження може призвести до додаткового здуття і розширення структури в міру розширення водяної пари і газу на більш пізніх стадіях процесу смаження (Yamsaengsung and Moreira, 2002).

Гігроскопічний матеріал легко притягує воду зі свого оточення, в той час як негігроскопічний матеріал не охоче притягує воду з оточення.

Капілярна дифузія - рух рідин в ненасичених пористих середовищах за рахунок поверхневого натягу і адгезивних рушійних сил; капілярність.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Схема негігроскопічного і гігроскопічного матеріалу (Yamsaengsung and Moreira, 2002).

Швидкість сушіння продукту

Відсоток вологості харчового матеріалу може бути виражений у вигляді вологої основи (% w.b.) або сухої основи (% d.b.) за масою. Відсоток мокрої основи зазвичай використовується в комерційних додатках, тоді як відсоток сухої основи використовується в звітах про дослідження.

% w.b. визначається як:

\[ \%\ w.b.=(\frac{\text{water content (kg)}}{\text{total weight of product (kg)}}) \cdot100 \]

% d.b. визначається як:

\[ \%\ d.b.=(\frac{\text{kg of water}}{\text{kg of dried food}}) \cdot100 \]

Швидкість сушіння продукту в процесі смаження ділиться на періоди постійної і швидкості падіння. У період постійної швидкості видалення води відбувається досить постійно. У період падіння швидкості швидкість відведення води різко знижується. Кожен період характеризується усередненою сукупністю параметрів тепломасового транспорту (Yamsaengsung, 2014). Коефіцієнт вологості (МР) визначається як:

\[ MR = \frac{MC_{t}-MC_{e}}{MC_{o}-MC_{e}} \]

де MR = коефіцієнт вологості

MC _t = вміст вологи під час смаження t (десятковий d.b. або wb.)

МЦ _е = рівноважна вологість; вологість продукту в рівноважних умовах при постійній температурі і відносній вологості (d.b. або wb.)

MC ₀ = вміст вологи на початку смаження, час = 0 (d.b. або w.b.)

Малюнок 6.3.3 ілюструє постійну швидкість і періоди падіння МР в процесі смаження.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Типова крива сушіння (крива смаження), що показує період постійної швидкості (синя лінія) та період падіння швидкості (червона лінія).

Протягом періоду постійної швидкості вільна вода видаляється у вигляді пари шляхом випаровування та дифузії з продукту. Зміни поверхні продукту в міру утворення скоринки також відбуваються в цей період. Як правило, для хрустких продуктів вміст вологи повинен бути менше 5% wb Протягом періоду швидкості падіння була розроблена чітка область скоринки, і зв'язана вода видаляється за допомогою дифузії пари. Швидкість поглинання масла пропорційна швидкості втрати вологи в період постійної швидкості, але обмежується наявністю кірки в період падіння швидкості. Розвиток кірки і збільшення тиску всередині структури в міру розширення пари газу з безперервним поглинанням тепла допомагають обмежити поглинання масла, викликаючи при цьому пори продукту розширюватися і весь продукт збільшувати його товщину. Це розширення називається puffing (Moreira et al., 1999).

З точки зору масопереносу рівняння дифузії (Рівняння 6.3.8) може бути записано для обліку конвективного потоку рідини та пари як (Moreira et al., 1999):

\[ \frac{dc}{dt}-div[D\cdot \nabla(c)]=\dot{V} \]

де\(\frac{dc}{dt}\) = зміна концентрації компонента (рідини, пари або масла) (кг моль м ⁻² с ⁻¹)

div [D·( c)] = конвективний потік =\(\frac{\partial}{\partial x}(k\frac{\partial T}{\partial x})+\frac{\partial}{\partial y}(k\frac{\partial T}{\partial y})+\frac{\partial}{\partial z}(k\frac{\partial T}{\partial z})\)

D = коефіцієнт дифузії (m ⁻² с ⁻¹)

c = концентрація компонента (рідини, пари або масла) (кг моль м ⁻³)

\(\dot{V}\)= швидкість конвективного потоку рідини (кг моль м ⁻² с ⁻¹)

При нанесенні на кожен компонент, тобто рідина, пар або масло, Рівняння 6.3.8 використовується для кількісної оцінки видалення рідкої води і пари з продукту і поглинання масла продуктом в процесі смаження, тобто як функція часу. Швидкість видалення води оцінюється за допомогою коефіцієнта дифузії, тоді як зміна концентрації компонента (рідини, пари або масла) оцінюється за експериментальними даними в залежності від часу смаження (Yamsaengsung, et. al., 2008).

Рівняння тепломасообміну дозволяють розраховувати витрату енергії, теплоту, необхідну для нагрівання кулінарного масла і видалення води з продукту в процесі смаження, кількість води, яка видаляється під час смаження, і, в багатьох випадках, кількість продукту, яке було б отримані в кінці періоду смаження.

Баланс матеріалу (маси)

Рівняння 6.3.4 і 6.3.8 описують тепло- і масообміну при смаженні в трьох вимірах. Рішення їх вимагає просунутих числових методів, які виходять за рамки даної глави. У цьому розділі представлена модель з використанням спрощених рівнянь матеріального балансу (балансу маси), яка враховує зміну маси кожного компонента під час процесу.

Рівняння 6.3.9 викладає поняття матеріального, або маси, балансу словами:

\[ \{ \text{accumulation within the system} \}=\{\text{input through system boundaries} \} - \{\text{output through system boundaries} \} + \{\text{generation within the system} \} - \{\text{consumption within the system} \} \]

Накопичення відноситься до зміни маси (плюс або мінус) всередині системи щодо часу, тоді як вхід і вихід через межі системи відноситься до входів і виходів системи (Himmelblau, 1996). Якщо розглядати протягом періоду часу, на який застосовується баланс, Рівняння 6.3.9 є диференціальним рівнянням (розглянемо, наприклад, баланс маси води на малюнку 6.3.4). При формулюванні на мить часу, Рівняння 6.3.9 стає диференціальним рівнянням:

\[ \frac{dm_{H_{2}O,within\ system}}{dt}=\dot{m}_{H_{2}O,in} - \dot{m}_{H_{2}O,out1} - \dot{m}_{H_{2}O,out2} \]

де м _Н2О - маса води, а\(\dot{m}\) _Н2О - масова витрата води (маса/час, кг/с). При оцінці процесу, що знаходиться в рівноважному, або стаціонарному стані, значення змінних всередині системи не змінюються з часом, а накопичення (зміна маси всередині системи щодо часу) термін в Рівняннях 6.3.9 і 6.3.10 дорівнює нулю.

Щоб проілюструвати застосування балансу маси, розглянемо операцію смаження, щоб зробити картопляні чіпси (які є смаженими скибочками картоплі). Для цього прикладу 4 кг очищених скибочок сирої картоплі, що містять 83% води, надходять у фритюрницю, щоб зробити чіпси з 2% водою та 30% олії. Скільки кг води випаровується з продукту, що виходить з фритюрниці, і скільки кг картопляних чіпсів виходить в процесі? Процес відбувається в умовах сталого стану.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Процес для простого балансу маси, що складається з повітря і води, що надходять і виходять з системи.

Система є фритюрницею, і не відбувається накопичення, генерація або споживання, оскільки процес знаходиться в стійкому стані. Крім того, припустимо, картопля складається з води і твердих речовин. Наступним кроком є написання рівнянь балансу маси, загального і для кожного компонента (% твердих речовин,% води), і вирішити для невідомих.

Загальний баланс маси картопляних скибочок становить:

in = out, оскільки залежні від часу терміни в Рівнянні 6.3.10 дорівнюють нулю

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Схема задачі з заданими даними і невідомими.

R + масло (поглинається з фритюрниці) = W + P

Загальний матеріал, що надходить у фритюрницю, дається як 4 кг очищених скибочок сирої картоплі. Підставляючи R = 4 кг в загальний баланс маси, виходить одне рівняння з двома невідомими:

4 кг + масло (поглинається з фритюрниці) = W + P

Отже, потрібне друге рівняння (основний принцип матеріальних балансів). Картопля складається з води та твердих речовин, отже, терміни в рівнянні загального балансу маси можна помножити на відповідні відсотки компонентів. Відсоток залишку твердих речовин становить:

4 кг (1 — 0,83) + 0 = Ш (0) + П (1 — 0,32)

0,68 = 0,68 П

P = 1 кг вироблених картопляних чіпсів

Відсоток водного балансу становить:

4 кг (0,83) + 0 = Ш (1) + П (0.02)

3,32 = Ш + 0,02 П

3,32 = Ш + (0,02) 1 кг = Ш + 0,02

W = 3,3 кг води, що видаляється

Відсоток масляного балансу:

4 кг (0) + масло = 3,3 кг (0) + 1 кг (0,3)

Таким чином, маса масла, поглиненого картоплею при смаженні, становить 0,3 кг.

Загальний матеріальний баланс становить 4 кг + 0,3 кг = 3,3 кг + 1 кг, або 4,3 = 4,3, що підтверджує збереження закону маси.

Додатки

Для того, щоб спроектувати та побудувати продуктивну та економічно вигідну систему смаження, властивості та характеристики продукту, включаючи розмір, форму, товщину, теплопровідність, питому теплоємність, склад та бажані атрибути продукту, такі як колір, текстура (твердість, хрусткість), запах та смак, все відіграють певну роль і впливають на час смаження і температуру. Використовуючи рівняння для балансу маси та теплопередачі, можна розробити швидкість відведення води та криву сушіння, яка може бути використана для прогнозування втрат вологи та ваги продукту, що, в свою чергу, впливає на час смаження та виробничу потужність.

Промислові Безперервні глибокого жиру Сковороди системи

Типова система безперервного обсмажування складається з фритюрниці, теплообмінника, масляного бака з системою охолодження, панелі управління і фільтра. Ще один поширений тип системи смаження складається з камери згоряння, масляного теплообмінника і фритюрниці. У камері згоряння газовий пальник спалює природний газ свіжим повітрям і фолом (пари з фритюрниці), щоб виробляти гази згоряння, які протікають через теплообмінник для нагрівання масла для смаження, яке повторно циркулює через фритюрницю. У багатьох випадках рециркуляція відпрацьованих газів використовується для підвищення турбулентності, забезпечення охолодження поверхні камери згоряння та зменшення викидів. Щоб зменшити викиди та запахи, пари, що утворюються в процесі смаження, направляються з фритюрниці до камери згоряння, де вони спалюються (Wu et al., 2013).

У таблиці 6.3.5 наведено приклади механічних характеристик деяких систем безперервного обсмажування та їх пропускної здатності, тоді як у таблиці 6.3.6 наведено ціноутворення та час смаження деяких систем.

Таблиця\(\PageIndex{5}\): Механічні характеристики систем безперервного смаження та їх пропускна здатність (надана компанією Tsung Hsing Food Machinery).

Модель	Розміри (мм)			Ефективний простір для смаження, довжина × ширина × висота (мм)	к.с.	Споживання енергії (кВт* год)	Ємність харчового масла (л)	Виробнича потужність
	довжина	ширина	висота					Арахіс	Закуски
СМАЖЕННЯ-302-Е	3450	2350	1950	2600 × 820 × 700	3	232.44	440	480 кг/год	300 кг/год
СМАЖЕННЯ-402-Е	4950	2350	1950	4100 × 820 × 700	5	348,67	650	650 кг/год	550 кг/год
СМАЖЕННЯ-602-Е	6450	2450	2070	5890 × 820 × 700	7.5	464.89	850

Змінено з https://www.tsunghsing.com.tw/en/product/oil_fryer-fryin_series.html

Вакуумні Сковороди системи

Процес вакуумного смаження, вперше розроблений в 1960-х і на початку 1970-х років, забезпечує ряд переваг порівняно з традиційним (атмосферним) процесом смаження. Зараз він широко використовується для переробки фруктів в азіатських країнах. Принцип вакуумного смаження полягає в тому, що за допомогою зниженого тиску (нижче 101,3 кПа) температуру кипіння води можна зменшити з 100° C до 45° C, а температуру кулінарного масла також можна зменшити до менш ніж 100° C (порівняно з атмосферним смаженням при 170° -190° C). В результаті продукти з високим вмістом цукру, такі як дозрілі плоди, можна смажити без пригорання і карамелізації. Загальні методи поліпшення вакуумного обсмажування плодів включають занурення в розчини з високим вмістом цукру і осмотичне зневоднення (Fito, 1994; Shyu and Hwang, 2001).

Таблиця\(\PageIndex{6}\): Ціни типових автоматичних систем безперервного обсмажування та їх пропускна здатність (надана Grace Food Machinery).

Тип машини	Продукція	Джерело палива/Споживання енергії	Продуктивність (кг/год)	Час смаження (хв.)	Вартість, дол. США
Автоматична безперервна лінія обробки смажених горіхів	горіхи, мигдаль, кешью, арахіс і т.д.	дизельне паливо, LPG, газ, біопаливо	Н/Д	Н/Д	$143,145
Автоматичні закуски Сковороди машина	чіпси, м'ясо, курка, арахіс	електрична/10 кВт	100—1 000	Н/Д	$14 314
Безперервна бананова чіпси фритюрниця	чіпси, печиво, пончик, картопля фрі, картопляні чіпси, бананові чіпси, закуски	електрична/25 кВт	100—500	2-20	$25 766
Закуска їжі Фритюрниця	закусочні продукти	електрична/25 кВт	100—500	1—10	$143,145

Змінено з https://www.gracefoodmachinery.com/continuous-fryer-systems.html

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Схема вакуумної операції смаження (Yamsaengsung, 2014).

На малюнку 6.3.6 показана схема вакуумної фритюрниці (Yamsaengsung, 2014). На додаток до особливостей, показаних на малюнку 6.3.6, вакуумна фритюрниця повинна мати центрифугу для видалення вмісту масла з поверхні перед порушенням вакууму. У таблиці 6.3.7 наведено порівняння умов експлуатації технологічних процесів та застосувань для традиційних і вакуумних систем смаження. Основними компонентами в процесі вакуумного смаження є вакуумна фритюрниця (товщина стінки 8-10 мм і кришка фритюрниці), конденсатор (для конденсації водяної пари), водяний колектор і вакуумний насос (або роторний або рідкий водяний кільцевий тип). Однак основними недоліками вакуумного смаження є висока вартість, пов'язана з придбанням обладнання, і більш складне управління процесом. З додаванням вакуумного насоса, системи конденсації води та набагато товстішої стінки фритюрниці (8-10 мм проти 1—2 мм) вартість вакуумної фритюрниці може бути вдвічі більшою вартістю атмосферної фритюрниці.

До переваг вакуумної смаження можна віднести можливість:

• • смажити продукти з високим вмістом цукру, такі як свіжі фрукти;
• • зберегти первісний колір, додаючи при цьому інтенсивний аромат кінцевому продукту;

Таблиця\(\PageIndex{7}\): Налаштування процесу та характеристики продукту для атмосферного та вакуумного смаження. [a]

Умови/атрибути	Атмосферне смаження	Вакуумна смаження
Температура	160° —190° C	90° — 140° C
Тиск (абсолютний)	101,3 кПа	3,15 кПа
Конвективна тепловіддача коефіцієнт (ч)	−2 К ^−1 (80-120° C) [b] −2 К ^−1 (200-300° C) [b]	217—258 Вт, м ^−2 К ^−1 (120° —140° C) [c] 700—1600 Вт м ^−2 К ^−1 (140° C) [г]
Поглинання масла	25— 40% в.б.	1— 10% в.б.
Термін використання масла	чутливий до окислення ліпідів	мінімальне окислення ліпідів, довший термін використання
Продукти з високим вмістом цукру	не можливо	можливий
Основний склад	високий крохмаль/ з високим вмістом білка	високий крохмаль з високим вмістом білка високий цукор
Смак/текстура	м'який до солоних/хрустких	інтенсивний смак/хрустка
Колір	інтенсивність кольору зменшується	витримується інтенсивність кольору
Інвестиційна вартість	низький	високий

[a] Ямсенгсунг (2014); [b] Фаріну і Байк (2007) при 160° —190° C; [c] Пандей і Морейра (2012) при 120°—140° C; [d] Мір-Бел та ін. (2012) при 140° C.

• • зменшити кількість масла, що поглинається в кінцевому продукті, до 1— 3% залежно від машини (Garayo & Moreira, 2002); і
• • продовжити термін служби кулінарного масла за рахунок зменшення його впливу кисню (окислення ліпідів) і використання більш низької температури кулінарного масла.

Більше того, незважаючи на те, що Garayo and Moreira (2002) виявили, що картопляні чіпси, смажені в умовах вакууму (3,115 кПа і 144° C), мали більшу об'ємну усадку, їх текстура була трохи м'якшою і вони були світлішими за кольором, ніж картопляні чіпси, смажені в атмосферних умовах (165° C). Yamsaengung і Rungsee (2003) також виявили, що порівняно з атмосферним смаженням, вакуумні смажені картопляні чіпси зберігали більш світлий колір і мали більш інтенсивний аромат.

Приклади

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Приклад 1: Матеріальні залишки

Проблема:

Визначте, скільки кг скибочок сирої картоплі, що містять 80% води, має надходити в фритюрницю періодичної дії, щоб зробити 500 кг картопляних чіпсів (смажених картопляних скибочок) з 2% водою і 30% масла. Також порахуйте, скільки кг води випарується і залиште фритюрницю. Процес відбувається в умовах сталого стану.

Рішення

Намалюйте схему завдання, введіть задані дані і визначте невідомі. Потім запишіть рівняння матеріального балансу і вирішіть для невідомих.

Система є фритюрницею, і ніякого накопичення, генерації або споживання не відбувається, тобто вона знаходиться в сталому стані. Також припустимо, картопля складається з води і твердих речовин.

Загальний матеріальний баланс у фритюрниці становить:

в = вихід

R + масло (у фритюрниці) = W + P

R + масло = Ш + 500 кг

У нас є одне рівняння і два невідомих, тому нам потрібно інше рівняння.

Відсоток балансу твердих речовин:

R (1 — 0,80) + 0 = Ш (0) + 500 кг (1 — 0,32)

Р = 1700 кг

R = 1700 кг скибочок сирої картоплі, що містять 80% води

Відсоток водного балансу становить:

1700 кг (0.80) + 0 = Ш (1) + 500 кг (0.02)

1360 = Ш + 10

W = 1350 кг води, видаленої з картопляних скибочок в процесі смаження

Нарешті, визначаємо кількість масла в смажених чіпсах, провівши відсотковий масляний баланс:

1700 кг (0) + масло = 1350 кг (0) + 500 кг (0,3)

масло = 150 кг

Загальний матеріальний баланс:

1700 кг + 150 кг = 1350 кг + 500 кг

Цей приклад ілюструє використання матеріальних залишків з використанням даних вихідного та кінцевого складу харчових продуктів для розрахунку кількості сировини, що надходить у фритюрницю, для виготовлення продукту з конкретними характеристиками складу.

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Приклад 2: Вологість смажених чіпсів

Проблема:

Під час періодичного процесу смаження вага 50 кг сирого, свіжого очищеного картопляного скибочки зменшується до 15 кг після смаження. Кожен смажений чіп містить 30% вмісту олії. Якщо початкова вологість свіжої очищеної картоплі становить 80% (w.b), визначте кінцеву вологість (% w.b.) смажених чіпсів.

Рішення

Намалюйте схему завдання, введіть задані дані і визначте невідомі. Потім запишіть рівняння матеріального балансу і вирішіть для невідомої вологості смажених чіпсів, використовуючи визначення відсотків мокрої основи.

Система є фритюрницею, і не відбувається накопичення, генерація або споживання (сталий стан). Також припустимо, картопля складається з води і твердих речовин.

Загальний матеріальний баланс у фритюрниці становить:

в = вихід

R + масло поглинається = W + P

З постановки завдання маса Р = 15 кг з 30% маслом.

Використовуючи відсоток вмісту масла, розрахуйте, скільки масла (в кг) містить чіпси:

0,30 × 15 кг = 4,5 кг олії в смажених чіпсах

Щоб визначити відсоток балансу твердих речовин, зверніть увагу, що в застосуваннях матеріального балансу в харчовій техніці суха речовина є постійною. Отже, тверді речовини в = тверді речовини поза.

З сировини з 80% води (і 20% сухих речовин) суха речовина (% сухих речовин) становить:

50 кг × 0,2 = 10 кг

Розрахуйте, скільки води (в кг) знаходиться в трісках:

чіпси = вода+суха речовина+масло

15 кг = кг Н ₂ О + 10 кг + 4,5 кг

кг Н ₂ О = 15 кг — 10 кг — 4,5 кг = 0,05 кг

Тоді на вологому основі вологість стружки становить (з Рівняння 6.3.5):

\( \%\ w.b. = \frac{\text{kg of water}}{\text{total of weight of product}} \times 100= \frac{0.05\ kg}{15\ kg}\times100=0.333\% \)

Цей приклад показує, як можна розрахувати кінцеву вологість смаженого продукту. Його значення полягає у впливі вологи на хрусткість смажених страв. Як правило, для хрустких закусок вологість повинна бути менше 5% в.б., тому цей смажений продукт вважається хрустким.

Приклад\(\PageIndex{3}\)

Приклад 3: Крива сушіння

Проблема:

Наступні дані представляють зміну ваги вакуумних смажених бананів (70% wb. вміст вологи) в залежності від часу смаження. Також припустимо вміст вологи в% дб. при рівновазі (в кінці смаження) становить 0,02 кг води/кг сухої речовини. Нехтуйте вагою поглиненої олії (% вмісту олії = 0,0%) і побудуйте криву висихання як функцію часу смаження (співвідношення вологості проти часу).

Час (хв)	Вага (кг)	Тверді речовини (кг)	Н 2 О (кг)
0	10	3	7
1	8.4	3	5.4
2	7.2	3	4.2
3	6.3	3	3.3
4	5.4	3	2.4
6	4.6	3	1.6
8	4.1	3	1.1
10	3.65	3	0,65
12	3.4	3	0.4
14	3.35	3	0,35
16	3.3	3	0.3

Рішення

Розрахуйте коефіцієнт вологості за допомогою рівнянь 6.3.6 і 6.3.7:

\( \%\ d.b. = \frac{\text{kg of water}}{\text{total of weight of product}} \cdot 100 \)(Рівняння\(\PageIndex{6}\))

\( MR = \frac{MC_{t}-MC_{e}}{MC_{o}-MC_{e}} \)

Для банана з 70% wb. вологістю відсоток вмісту сухих речовин становить 1-0,7 = 0,3 або 30%. Для початкової ваги 10 кг вміст сухих речовин становить 0,3 × 10 кг = 3 кг (постійна протягом усього процесу).

Визначають вміст вологи в% сухої основи, використовуючи Рівняння 6.3.6 при кожному t:

% d.b. = (загальна вага - вага сухих речовин)/(вага сухих речовин)

Наприклад,

При t = 0 хв МК ₀ (t=0) = (10 кг — 3 кг)/(3 кг) = 2,33

При t = 1 хв МК ₁ (t=1) = (8,4 кг — 3 кг)/(3 кг) = 1,80

При t = 2 хв МК ₂ (t=2) = (7,2 кг — 3 кг)/(3 кг) = 1,40

Повторюйте процедуру на всі часи.

Далі визначаємо МР за допомогою рівняння 6.3.7. Наприклад,

МР _т = (МЦ _т — МС _е)/(МЦ _о — МЦ _е)

При t = 0 хв МР ₀ = (2,33 — 0,02)/(2,33 — 0,02) = 1,00

При t = 1 хв МР ₁ = (1,80 — 0,02)/(2,33 — 0,02) = 0,77

При t = 2 хв МР ₂ = (1,40 — 0,02)/(2,33 — 0,02) = 0,60

Повторюйте процедуру весь час, використовуючи таблицю нижче.

Час (хв)	Вага (кг)	Тверді речовини (кг)	Н 2 О (кг)	МЦ (д.б.)	MR
0	10	3	7	2.33	1.00
1	8.4	3	5.4	1.80	0,77
2	7.2	3	4.2	1.40	0,60
3	6.3	3	3.3	1.10	0,47
4	5.4	3	2.4	0,80	0,34
6	4.6	3	1.6	0,53	0,22
8	4.1	3	1.1	0,37	0,15
10	3.65	3	0,65	0,22	0,09
12	3.4	3	0.4	0,13	0,05
14	3.35	3	0,35	0,12	0,04
16	3.3	3	0.3	0,10	0,03

 

Приклад\(\PageIndex{4}\)

Приклад 4: Виробнича пропускна здатність фритюрниці безперервної дії

Проблема:

На заводі картопляних чіпсів 1000 кг картоплі подається в вакуумну фритюрницю безперервної дії на годину.

• (а) Якщо припустити, що початковий вміст вологи очищеної картоплі становить 80% (wb.), а кінцевий вміст вологи 2% (wb.), скільки води видаляється на годину?
• (б) Скільки (в кг) олії додається до картопляних чіпсів за годину? Картопляні чіпси мають 2% wb. вологість і 30% олії.
• (c) Скільки мішків можна виготовити за один день, якщо кожен мішок містить 50 г картопляних чіпсів і завод працює по 8 годин на день?

Рішення

Намалюйте схему завдання, введіть задані дані і визначте невідомі. Потім запишіть рівняння матеріального балансу і вирішіть для невідомих. Нехтувати вмістом масла в продукті. Це безперервний процес (матеріал/час).

1. (а) Визначте кількість води, видаленої з сирої картоплі, R, на годину.

   Вода в вихідному продукті:

1000 кг/год × 0,8 = 800 кг/год води

1. Відсоток балансу твердих речовин:

(1000 кг/год) (1 — 0,8) = Ш (0) + (1 — 0,02 — 0,3) Р

(1000 кг/год) (0,2) = (0,68) Р

200 кг/год = 0,68 П

P = 294,12 кг/год картопляних чіпсів

1. Вода в кінцевому продукті:

294,12 кг/год × 0,02 = 5,88 кг/год води в картопляних чіпсах

1. Відсоток водного балансу:

(1000 кг/год) (0,8) = W (1) + 5,88 кг/год

W = 800 кг/год — 5,88 кг/год

W = 794,12 кг води, знятої з сирої картоплі за одну годину

1. (b) Визначте кількість олії на годину, що додається до картопляних чіпсів у фритюрниці.

   Чіпси мають 30% масла. Таким чином,

2. \( 0.30 = \frac{\text{oil in chips (kg/hr)}}{\text{total weight of chips (kg/hr)}} \)

3. \( 0.30 = \frac{\text{oil in chips (kg/hr)}}{294.12\text{ (kg/hr)}} \)

масло в стружці = (0,30) × 294,12 кг/год

масло в чіпсах = 88,24 кг/год

1. (c) Визначте кількість мішків на 8-годинний день:

кількість чіпсів на добу = (294,12 кг/год) × 8 год/добу

= 2,352,96 кг чіп/день × (1000 г/кг) = 2 352,960 г/добу

кількість мішків на добу = (2,352,960 г/добу) × (1 пакетик/50 г)

= 47 059 мішків на добу

Цей приклад ілюструє, як інженер використовує знання матеріальних залишків та складу їжі для визначення виробничої пропускної здатності безперервної фритюрниці.

Приклад\(\PageIndex{5}\)

Приклад 5: Потреба в енергії для промислової фритюрниці

Проблема:

Для промислової фритюрниці з виробничою потужністю 5000 кг кукурудзяних чіпсів на годину, скільки енергії потрібно для зменшення вмісту води в попередньо випеченій масі (продукт, який буде смажений для виготовлення чіпсів) з 50% wb. до 4% wb.? Якщо час смаження займає 60 секунд при температурі смаження 180°C, розрахуйте:

1. (а) початкова швидкість подачі чіпсів,
2. (b) загальна кількість видаленої води,
3. (c) кількість тепла, необхідного для випаровування води,
4. (d) загальна енергія, необхідна для процесу смаження, і
5. (е) потужність, необхідна для системи смаження.

Припустимо, що масло вже попередньо розігріто, температура масла не падає під час смаження, але тепло необхідно для збільшення температури подачі кукурудзяних чіпсів від 25° C до температури смаження. Питома теплоємність (С _р) кулінарного масла становить 2,0 кДж кг ⁻¹ °С ⁻¹, питома теплоємність кукурудзяних чіпсів до і після смаження 2,9 кДж кг °С ⁻¹ і 1,2 кДж кг°С ⁻¹ відповідно і прихована теплота випаровування води при 100°C становить 2,256 кДж/кг. (Підказка: 1 кВт = 1 кДж/с, а вода випаровується при 100° C.)

Рішення

Розрахуйте початкову масу попередньо випеченої маси за допомогою Рівняння 6.3.5:

\( \%\ w.b. = (\frac{\text{water content (kg)}}{\text{total weight of product (kg)}}) \cdot 100 \)(Рівняння\(\PageIndex{5}\))

4% = (кг води/5000 кг)

вага води = 200 кг

вага твердого тіла = 5000 кг — 200 кг = 4800 кг

МК = 50% в.б.

Знайдіть масу води за допомогою рівняння 6.3.5:

50% = (кг води/ (кг води + кг твердої речовини))

50% = Ш/(Ш + 4800 кг)

0,5 × (Ш + 4800 кг) = Ш

Ш = (0,5 × 4800 кг)/(1 — 0,5)

вага води = 4800 кг

Початкова норма подачі кукурудзяної стружки = маса води + маса твердої речовини = 9600 кг/год

Розрахуйте кількість води, що видаляється як початкова — кінцева:

Початкова маса води = 4800 кг

Кінцева вага води = 200 кг

Вода видалена = 4800 — 200 = 4600 кг

Розрахувати Q, необхідний для видалення води (для випаровування води)

Q = вода видалена × прихована теплота випаровування

Q = (4,600 кг × 2,256 кДж/кг)

Q = 10 377 600 кДж

Розрахуйте чутливе тепло (25° - 100° C та 100° - 180° C) за допомогою рівняння 6.3.3:

\( Q=\Delta H = \dot{m}C_{p}\Delta T=\dot{m}C_{p}(T_{1}-T_{2}) \)(Рівняння\(\PageIndex{3}\))

Q = (9600 кг) × (2,9 кДж/кг° C) × (100° C - 25° C)

Q = 2 088 000 кДж

Аналогічно для 100° - 180° C,

Q = (5000 кг) × (1,2 кДж/кг° C) × (180° C - 100° C)

Q = 4 800 000 кДж

Обчисліть загальну Q як суму як розумного, так і прихованого тепла:

Q _{загальна} = Q _{розумний+Q латентний}

Q _всього = 2 088 000 кДж + 4 800 000 кДж + 10 277 600 кДж = 17 265 600 кДж

Розрахуйте потужність як сумарне тепло за одиницю часу:

Потужність = Q/t

t = 60 секунд

Q = 17 265 600 кДж

Потужність = 287,760 кВт

Приклад\(\PageIndex{6}\)

Приклад 6: Швидкість видалення води під час смаження

Проблема:

12 кілограмів свіжих бананів було придбано за 0,50 USD/кг. Після того, як 4 кг шкірки були зняті, банани нарізали товщиною 2 мм і обсмажували у вакуумі при 110° C протягом 45 хвилин. Цей процес зменшив вміст вологи з 75% wb. до 2,5% wb. визначити швидкість води, видаленої зі свіжих очищених бананів (кг/хв) в процесі смаження. Припустимо, банани складаються з води і твердих речовин, і що кількість поглиненої олії незначна (вміст олії = 0%).

Рішення

Намалюйте схему завдання, введіть дані та визначте невідомі. Потім запишіть рівняння матеріального балансу і вирішіть для невідомих.

Загальний матеріальний баланс: in = out

Пам'ятайте, що масло в даному прикладі дорівнює нулю. Тому В = Ш + П

• Баланс твердих речовин: (0,25) B = (0) W + (0,975) P
• Водний баланс: (0,75) Б = (1,00) Вт + (0,025) П

З В = 8 кг знайдіть Р з балансу твердих речовин:

Р = (0,25) (8 кг)/(0.975)

P = 2,05 кг смажених бананів

Із загального матеріального балансу знайдіть кількість води, що видаляється в процесі:

Ш = В — Р = 8 кг — 2,05 кг

W = 5,95 кг води, знятої зі свіжих очищених бананів

Швидкість видалення води - це кількість води, що видаляється за одиницю часу. Так як час смаження склало 45 хвилин швидкість видалення води в становить:

швидкість відведення води = (5,95 кг)/(45 хв)

швидкість відведення води = 0,132 кг води/хв

Чому це важливо? У процесі вакуумного смаження вода видаляється з продукту під час смаження, потрапляє в пастку і відокремлюється, перш ніж вона досягне вакуумного насоса, щоб підтримувати низький тиск всередині системи смаження. Обсяг гідрозатвора і потужність вакуумного насоса потрібні для того, щоб вибрати найбільш ефективний вакуумний насос і теплообмінник для охолодження водяної пари з фритюрниці. Наприклад, якщо обсмажити 20 кг картопляних чіпсів з початковою вологістю 60% в.б., можна припустити, що майже 12 кг води (приблизно 12 л) необхідно видалити і зібрати в гідрозатвор. Якщо вода не конденсується і не збирається, вона потрапить в насос і викличе зниження тиску вакууму.

Зображення Кредити

Малюнок 1. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). Загальна схема тепломасообмінних процесів, що відбуваються при смаженні харчового продукту.

Малюнок 2. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2002). Схема негігроскопічного і гігроскопічного матеріалу.

Малюнок 3. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Типова крива сушіння (крива смаження), що показує період постійної швидкості та період падіння швидкості.

Малюнок 4. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Процес для простого балансу маси, що складається з повітря і води, що надходять і виходять з системи.

Малюнок 5. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Схема задачі з заданими даними і невідомими.

Малюнок 6. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). Схема операції вакуумного смаження.

Приклад 1. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Приклад 1: Матеріальні залишки.

Приклад 2. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Приклад 2: Вологість смажених чіпсів.

Приклад 3. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Приклад 3: Крива сушіння.

Приклад 4. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Приклад 4: Виробнича пропускна здатність фритюрниці безперервної дії.

Приклад 6. Ямсенгсунг, Р. (CC By 4.0). (2020). Приклад 6: Швидкість видалення води під час смаження.

Посилання

Алвіс, А., Велес, К., Рада-Мендоса, М., Вільяміель, М., & Віллада, Г.С. (2009). Коефіцієнт тепловіддачі при смаженні у фритюрі. Контроль харчових продуктів 20 (4), 321-325.

Офіційні методи та рекомендовані практики AOCS. Урбана, Ілл.: Американське товариство нафтохіміків.

Чо, Е., & Мін, Д.Б. (2007). Хімія масел для смаження у фритюрі. Харчова наукова 72 (5), R77-R86.

Інженерний інструментарій. Конвективна теплопередача. Доступно за адресою: https://www.engineeringtoolbox.com/convective-heat-transfer-d_430.html.

СУФІК (2014 Р.). Факти про жири: основи. Європейська рада харчової інформації. Отримано з https://www.eufic.org/en/whats-in-food/article/facts-on-fats-the-basics.

Фаркас, Б.Е., Сінгх, Р.П., і Рамсі, Т.Р. (1996). Моделювання тепломасообміну при занурювальному смаженні, частина I: Розробка моделі. Харчова інж. 29 (1996), 211-226.

Фаріну А., Байк О.Д. Коефіцієнти тепловіддачі при смаженні солодкої картоплі у фритюрі: Вплив розміру продукту та температури масла. Дж. Продовольча Рез. 40 (8), 989-994.

Фігура Л.О., Тейшейра А.А. (2007). Харчова фізика: Фізичні властивості - вимірювання та застосування. Німеччина: Спрінгер.

Фіто, П. Моделювання вакуумно-осмотичної дегідратації харчових продуктів. Харчова інж. 22 (1-4), 313-328.

Гарайо, Дж. і Морейра, Р.Г. (2002). Вакуумна обсмажування картопляних чіпсів. Харчова інж. 55 (2), 181-191. dx.doi.org/10.1016/с0260-8774 (02) 00062-6.

Госвамі, Г., Бора, Р., Ратор, М.С. (2015). Окислення кулінарних масел внаслідок багаторазового смаження і здоров'я людини. Int. Дж. наук Технол. Менеджер. 4 (1), 495-501.

Гійом К., Де Алзаа Ф., & Раветті Л. Оцінка хімічних і фізичних змін різних промислових масел при нагріванні. Акта наук Нутрі. Здоров'я 26 (2018), 2-11.

Хіммельблау, Д.М. Основні принципи в хімічній інженерії. Лондон: Прентіс Холл Int.

Крокіда, М.К., Зогзас, Н.П., & Маруліс, З. б. (2002) Коефіцієнт теплопередачі в харчовій промисловості: Компіляція даних літератури. Int. J Харчова Prop. , 5:2: 435-450. доі.орг/10.1081/ДЖФП-120005796.

Мір-Бел, Дж., Орія, Р., & Сальвадор, М.Л. (2012). Вплив температури на коефіцієнт тепловіддачі при помірному вакуумі у фритюрі. Харчова інж. 113 (2012), 167-176.

Морейра, Р.Г., Барруфет Н.А. (1998). Новий підхід до опису поглинання олії в смаженій їжі: імітаційне дослідження. Харчова інж. 35:1-22.

Морейра, Р.Г., Кастель-Перес, М.Е., Барруфет М.А. (1999). Смаження у фритюрі: основи та застосування. Гейтерсберг, Меріленд: Аспен Видавці.

Пандей, А., Морейра Р.Г. (2012). Пакетний аналіз вакуумної системи смаження для картопляних чіпсів. J. харчовий процес. 35 (2012), 863-873.

Рані, А.К., Редді С.Ю., Четана Р. Зміни якості транс- і транс-вільних жирів/олій і продуктів під час смаження. євро. Харчова Рез. технол. 230 (6), 803—811.

Шю, С., Хван Л.С. (2001). Вплив умов обробки на якість вакуумної смаженої яблучної стружки. Харчова Рес. інт. 34 (2001), 133-142.

Сікорський З.Е., Колаковська А. Хімічні та функціональні властивості харчових ліпідів. Великобританія: CRC Press.

Ву, Х., Тассу, С.А., Караїамміс, Т.Г., і Джухара, Х. (2013). Аналіз і моделювання безперервних процесів смаження. Застосовувати. Термічні англ. 53 (2), 332-339. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.04.023.

Ямсенгсунг, Р., & Морейра, Р.Г. (2002). Моделювання транспортних явищ і структурних змін при смаженні у фритюрі Частина І: розробка моделі. Харчова інж. 53 (2002), 1-10.

Ямсенгсунг, Р., Рунгзее, К., & Прасерцит, К. 2008. Моделювання тепломасообмінних процесів при вакуумному обсмажуванні картопляних чіпсів. Сонгкланакарін Дж. наук Технол. , 31 (1), 109—115.

Ямсенгсунг, Р., & Рунгзе, С. 2003. Вакуумна обсмажування фруктів і овочів. Проц. 3-а Анна. Конф. Тайська Хем. англ. Застосовувати. Хім. , Накхон Найок, Таїланд, B-11.

Ямсенгсунг, Р. Розробка харчових продуктів: Основи інновацій. Хат'яй: Друкарня Apple Art.