Теплотехнический расчет проектируемой сковороды

Содержание

Введение

Мясо – это древнейший пищевой продукт, используемый человеком. Мясо  является одним из наиболее ценных продуктов питания, так как по химическому составу, структуре и свойствам оно близко к основным тканям человека.

Прежде всего, мясо содержит значительное количество белков 11,4–20,8%. Белки мяса обладают высокой биологической  ценностью, так как их аминокислотный состав хорошо сбалансирован и наиболее близок к составу аминокислот  белков человека и служат для построения его тканей, ферментов, гормонов. Благодаря  этому мясо стимулирует рост, половое созревание, рождаемость потомства и его выживаемость, усвояемость других компонентов пищи и снижает потребности в ней, активизирует обмен веществ в организме.

Основная масса (75–90% и более)  белков полноценные, в состав которых входят все восемь незаменимых (не синтезируемых организмом) для человека аминокислот. Белки мышечной ткани усваиваются организмом человека на 96–98%. Неполноценные белки соединительной ткани (коллаген, эластин, ретикулин) могут компенсировать недостающее количество незаменимых аминокислот, которое они содержат в достаточном количестве, а содержащиеся в них аминокислоты используются для построения соединительной ткани организма человека (сухожилия, связки, кожа, оболочки внутренних органов, стенки кровеносных сосудов и др.).

Липиды мяса играют важную биологическую  роль в питании и влияют на органолептические  показатели мяса. Они представлены триглицеридами, фосфолипидами и холестерином, находящимися в мышечной и подкожной жировой тканях.

Триглицериды (жиры) – резервный материал, содержащий большие запасы потенциальной энергии, хороший растворитель для жирорастворимых витаминов, источник незаменимых полиненасыщенных жирных кислот, а также насыщенных жирных кислот, необходимых для синтеза жиров, и заменимых аминокислот в организме человека. Жиры составляют 90–98% всех липидов.

Фосфолипиды (фосфатиды) играют важную роль в обмене мышечной и нервной тканей. Они способствуют лучшему всасыванию жира, ограничивают повышение содержания его и холестерина в крови и отложение жира в организме.

Холестерин служит источником образования  в организме важных в биологическом  отношении веществ – половых  гормонов, желчных кислот, витаминов.

Содержание углеводов в мясе тотчас после убоя скота составляет около 1%. В основном это гликоген (животный крахмал), который является запасным питательным материалом и  играет важную роль в процессе созревания мяса. А также  незначительное количество глюкозы. В послеубойных процессах  их содержание уменьшается в несколько  раз. Поэтому углеводы практически  не оказывают влияния на пищевую  ценность и вкусовые достоинства  мяса.

Экстрактивные вещества мяса подразделяют на безазотистые (гликоген и продукты его распада – мальтоза, глюкоза, молочная кислота и др.) и азотистые (креатин, креатинфосфат, карнозин и аденозинфосфаты).  Азотистые экстрактивные вещества, представляют собой большую группу веществ, содержащихся в мышечной ткани, не обладают пищевой ценностью, однако оказывают положительное влияние на вкусовые достоинства мяса; они возбуждают аппетит, повышают усвояемость мяса, так как способствуют выделению желудочного сока.

Мясо – ценный источник важных для организма минеральных веществ, особенно фосфора, железа, и микроэлементов – цинка, марганца, йода, фтора, меди и др. Минеральные вещества обеспечивают построение костей скелета (кальций, фосфор, магний), необходимое осмотическое давление в клетках (натрий, калий), образование пищеварительных соков (хлор), гормонов (йод, цинк, медь), переносчиков кислорода в организме (железо), некоторых  витаминов и ферментов (кобальт).

Хотя витаминами мясо небогато, оно, тем не менее, служит одним из основных источников некоторых витаминов  группы В. В состав мяса убойных животных входят витамины В₁, В₂, В₃, В₆, В₁₂, Е, биотин, холин, инозит, фолиевая кислота.

В воде, содержащейся в тканях мяса, протекают все биохимические  процессы. Она находится в связанном  или свободном состоянии. Связанная  вода мяса прочно удерживается химическими  компонентами клетки, главным образом  белками. Свободная вода удерживается в тканях благодаря осмотическому  давлению и адсорбции клеточными элементами. Свойство мяса прочно удерживать воду, обусловлено его влагосвязывающей способностью, а поглощать добавляемую  в него воду – влагопоглотительной способностью. Чем выше эти способности мяса, тем нежнее и сочнее продукция из него, тем больше выход изделий при тепловой обработке. Содержание связанной воды в мясе колеблется от 55 до 85% в зависимости от стадии послеубойных изменений и других факторов.

Энергетическая ценность 100 г мяса в зависимости от химического  состава составляет от 377 (телятина) до 2046 (свинина жирная) кДж. Российские ученые считают, что среднее потребление мяса и мясных продуктов здоровым человеком, занимающимся легким физическим трудом, при смешанном питании должно находиться в пределах 150–200 г в день.

Существует большой ассортимент  мясных блюд и изделий. Но наиболее часто встречающимися в меню предприятий  общественного питания являются блюда из рубленого мяса. Дело в  том, что использование определенных частей туши для кулинарных изделий  регламентировано. Так, например, антрекот можно нарезать лишь из длиннейшей мышцы спины, что составляет 3,3 % массы  говяжьей туши 1-й категории упитанности  и до 3,8% – 2-й категории упитанности. А котлетное мясо составляет 58% – 63% мясного бескостного сырья, т. е. большая половина мякоти, полученная после разделки говяжьих полутуш и обвалки отрубов, должна быть использована для рубленых изделий.

Фарш представляет собой сложную дисперсную систему, в которой роль дисперсионной среды выполняет водный раствор белков, низкомолекулярных органических и неорганических веществ, а дисперсной фазой являются обрывки (частицы) мышечной, соединительной и жировой тканей, а также хлеба и других компонентов.

Мясной фарш без наполнителей после  тепловой обработки имеет пористо-губчатую структуру, напоминающую структуру  хлебного мякиша (например, бифштекс рубленый). Консистенция такого изделия отличается повышенной твердостью и упругостью, напоминающую резину. Для улучшения  органолептических показателей  изделий из рубленого мяса (вкуса, консистенции и сочности) в фарш вводят различные пищевые добавки: пшеничный хлеб, припущенный рис, яйца, яичный порошок, пищевую сыворотку (плазму) крови. Введенные добавки  придают готовым изделиям нежность и сочность.

Особую роль в качестве наполнителей для изделий из рубленого мяса играют продукты с высоким содержанием  крахмала, так как они снижают  потери влаги при термической  обработке. Для улучшения вкуса, консистенции и сочности в мясной фарш при изготовлении котлетной  массы вводят хлеб и воду. Введение хлеба в котлетную массу положительно сказывается не только на ее органолептических  показателях, но и значительно улучшает структурно-механические свойства котлетной  массы и готовых изделий из нее, так как хлеб является хорошим  влагопоглощающим материалом. При этом увеличиваются вязкость и влагосвязывающая способность котлетной массы. В результате влаговыделяющая способность ее значительно снижается, что приводит к меньшим потерям массы изделий при их тепловой обработке. Происходит это за счет поглощения крахмалом хлеба воды, выделяемой денатурирующимися белками. Хлеб, добавляемый в котлетную массу, должен быть черствым, так как свежий после замачивания имеет тягучую консистенцию, при введении в массу образует комки и недостаточно равномерно в ней распределяется.

Воды или молока берут 30–35% по отношению  к массе котлетного мяса, а хлеба 25%. Данное соотношение мяса, хлеба  и воды является наилучшим для  получения высококачественных изделий  из котлетной массы.

Для того чтобы готовые изделия  из мясной котлетной массы были сочными, рыхлыми и нежными, котлетную  массу тщательно перемешивают (взбивают). При взбивании частицы котлетной  массы становятся более однородными, котлетная масса насыщается кислородом и при дальнейшей тепловой обработке  котлеты получаются более пышными. Из котлетной массы с содержанием  хлеба 25% массы мяса формуют котлеты, биточки, шницели.

Натуральная котлета, как и большинство  шедевров европейской кулинарии, родилась во Франции («cotelette» по-французски означает «ребрышко»). Первоначально присутствие косточки в котлете было обязательным, вероятно, чтобы мясо было удобнее есть руками. Однако, для облегчения поедания котлет с помощью ножа и вилки, косточка перестала быть необходимым элементом.

 Довольно скоро котлету стали  отбивать и панировать. На этой  стадии заканчивается эволюция  котлеты в европейских странах.  До сих пор европейская котлетная  классика – это хорошо отбитый  кусок мяса в панировке. Котлета  в России не пожелала остановиться на достигнутом. До появления в обиходе мясорубки, русские кулинары приноровились готовить котлеты из рубленого мяса. Мода на изделия, приготовленные из мясного фарша, распространилась на Руси во времена Петра Великого. Именно тогда из Голландии и Германии были завезены к нам очаги, удобные для жарки нового блюда. С тех пор в российский обиход прочно вошли пышные, мягкие, сочные котлеты, приготовленные из фарша с различными добавками. Единственное, что осталось неизменным – овально-приплюснутая форма с одним заостренным концом (толщина 1–2 см, ширина – 5 см, длина – 10–12 см).

Таким образом, в данном курсовом проекте будет рассмотрено изготовление широко распространенного блюда из рубленого мяса с добавлением хлеба – котлет «Домашних».

Мясо с древних времен употреблялось  человеком в пищу. Сначала он потреблял сырое мясо добытых животных. С тех пор ситуация заметно изменилась и употреблять животную сырую пищу человек перестал давно (а сейчас это и небезопасно из-за возможности попадания в животный организм возбудителей заболеваний). Кулинарное применение мяса насчитывает столько же тысячелетий, сколько и использование огня. Именно на огне начали готовить этот продукт, что выделило человечество из остального животного мира.

Около 80% всех пищевых продуктов  проходят ту или иную тепловую обработку. При тепловой обработке происходит разрушение вредных микроорганизмов  и некоторых токсинов, что обеспечивает санитарно-гигиеническую безопасность продуктов. Кроме того, различные  виды тепловой обработки позволяют  разнообразить вкус продуктов. Благодаря  кулинарной обработке получается огромное количество блюд и изделий, представляющих комбинации продуктов из различных  групп. Это позволяет реализовать  один из принципов здорового рационального  питания – разнообразие потребляемой пищи.

В зависимости от вида сырья, подготовки полуфабрикатов и способов нагрева  в разной степени происходят изменения  массы, состава белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных элементов, вкусовых, красящих и других соединений. При тепловой обработке мяса и  мясопродуктов изменяются их химический состав и физические (структурно-механические) свойства. Они приобретают качества, характерные для готовой продукции: изменения формы, объема, массы, цвета, пищевой ценности, структурно-механических характеристик (механическая прочность, упругость (тургор), способность оказывать сопротивление измельчению, развариваемость, легкость разжевывания, интенсивность механически-раздражаюшего действия на желудочно-кишечный тракт), а также формирование вкуса и аромата.

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.