Исследование процессов жарки картофеля «фри» и совершенствование устройства для определения цветовых характеристик фритюрного масла и готового продукта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Гайсин Ирек Анасович

• Гайсин Ирек Анасович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Гайсин Ирек Анасович

Оглавление

РЕФЕРАТ

Synopsis

Введение

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ЖАРКИ ВО ФРИТЮРНОМ МАСЛЕ

1.1. Изучение особенностей процессов жарки во фритюрном масле

1.2. Анализ изменений и способов определения физико-химических и органолептических показателей продуктов и масла в процессе жарки во фритюрном масле

1.3. Анализ существующих моделей процессов жарки во фритюрном масле

1.4. Анализ оборудования для жарки во фритюрном масле

1.5. Анализ литературного обзора и постановка цели и задачи исследований

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЖАРКИ ВО ФРИТЮРНОМ МАСЛЕ

2.1. Теоретическое обоснование применения теории теплопроводности простых сред с памятью к теплофизическим процессам жарки во фритюрном масле

2.2. Математическое моделирование процессов жарки с учетом изменений реологических показателей фритюрного масла

2.3. Численное моделирование процесса жарки во фритюрном масле

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ЖАРКИ КАРТОФЕЛЯ «ФРИ»

3.1. Исследование цветовых характеристик продукта и масла в процессе длительной жарки

3.2. Исследование температуры продукта в процессе жарки во фритюрном масле

3.3. Исследование реологических свойств фритюрного масла в процессе длительной жарки

3.4. Исследование физико-химических показателей фритюрного масла в процессе длительной жарки

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ПРОЦЕССА ЖАРКИ КАРТОФЕЛЯ «ФРИ»

4.1. Разработка схемы устройства для определения цвета фритюрного масла и картофеля в процессе длительной жарки

4.2 Разработка рекомендаций при создании управляющих программ для автоматических устройств жарки картофеля во фритюрном масле

Заключение

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процессов жарки картофеля «фри» и совершенствование устройства для определения цветовых характеристик фритюрного масла и готового продукта»

РЕФЕРАТ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы исследования. Картофель, обжаренный в масле, пользуются большой популярностью у населения и объем его производства за 2021 год составил 243 тыс. т, при этом предъявляются высокие требования к качеству выпускаемого продукта. Технологический процесс приготовления обжаренного картофеля «фри» характеризуется нестабильностью теплофизических свойств сырья и фритюрного масла, что может привести к изменению либо вкусовых характеристик готового продукта, либо к физико-химическим изменениям масла, которые могут быть опасны для здоровья человека. Для решения вопроса повышения качества и безопасности выпускаемой продукции необходимо обеспечить контроль и регулирование процесса непосредственно во время жарки картофеля. Для это необходимо создать математическую модель, описывающую тепломассообменные процессы при жарке продукта во фритюрном масле. Для создания такой модели необходимо провести теоретические и комплексные экспериментальные исследования изменений температурных, реологических и органолептических показателей продукта и масла в процессе жарке. Результаты, полученные в процессе моделирования можно будет использовать при разработке рациональных инженерно-конструкторских решений и написании управляющих программ для автоматических устройств жарки картофеля во фритюрном масле.

Степень разработанности темы. Значительный вклад в разработку инженерно-конструкторских решений внесли ученые: А.Н. Вышелесский, М.И. Беляев, Н.Г. Королева, Н.Г. Черкашин, А.Н. Орябинская, В.Л. Коновалова и др. Исследователями получены опорно-расчетные данные, необходимые для разработки и конструирования жарочных машин непрерывного действия большой производительности. Развитие неравновесной термодинамики связано с работами зарубежных физиков Онсагера Л., Пригожина И. и его школы, а также Эккарта К., Казимира Г., Мейкснера Дж., Вудса Л. Из других направлений выделяется так называемая школа рациональной неравновесной термодинамики, или

термодинамики сред с памятью, возглавляемая физиком Трусделлом К. Это направление, использующее положения теории поля и механики сплошной среды, развито также в работах зарубежных исследователей Коулмена Б., Нолла У., Гартина М., Уильямса У., Петрова Н. и Бранкова Й., Берталанфи Л., Онзагер Л., Мандельштам Л. И., Леонтович М. А., Эйген М. Наиболее полно экспериментально изучены и теоретически обоснованы способы и режимы обжарки овощного сырья в работах Мальского А.Н., Дикиса М.Я., Савиной Н.Я., Сендеровой Т.М., Феропонтова А.С. и других. Характеризуя сложные физико-химический процессы, происходящие при жарке овощей в горячем жире, авторы приводят детальный анализ оригинальных экспериментальных работ, что обогатило теорию и практику этого процесса.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является исследование процесса жарки картофеля «фри» на основе моделирования процессов тепломассообмена с учетом реологических свойств фритюрного масла и разработка устройства для определения цветовых характеристик фритюрного масла и готового продукта.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- провести анализ процессов, протекающих при жарке продуктов во фритюрном масле;

- разработка методики математического моделирования процессов жарки на основе теории теплопроводности «сред с памятью»;

- исследовать изменение цвета картофеля «фри» и масла при его длительном использовании;

- исследовать изменения профиля температурного поля картофеля при жарке во фритюрном масле;

- исследовать изменение реологических свойств фритюрного масла при длительном его использовании;

- определить изменение физико-химических показателей масла при длительном его использовании;

- разработать схему устройства для определения цветовых характеристик картофеля «фри» и фритюрного масла при его длительном использовании;

- разработать рекомендации по созданию управляющих программ для автоматических устройств жарки картофеля во фритюрном масле.

Научная новизна работы заключается в том, что:

Разработана математическая модель изменения реологических свойств фритюрного масла в зависимости от сроков его использования при высокотемпературных обработках для обеспечения качества готового продукта -картофеля «фри».

Научно обоснован подход к моделированию теплофизических процессов жарки во фритюрном масле на основе теории сред с затухающей реологической памятью.

Исследованы кинетические характеристики теплообменного процесса производства фритюрной продукции в растительном масле при высокотемпературном нагреве.

Получены уравнения регрессии, адекватно описывающие корреляционные зависимости между физико-химическими показателями фритюрного масла и картофеля «фри» в процессе жарки от продолжительности термического воздействия.

Определено влияние теплофизических и химических свойств фритюрного масла на его цветовые характеристики и цветовые характеристики картофеля «фри» и установлена возможность регулирования процесса жарки по цветовым характеристикам.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том,

что:

Показано, что поправки к математической модели процесса жарки, связанные с изменением реологических свойств фритюрного масла в результате предшествующих жарок, повышают сходимость модели. Проведенное численное моделирование показало, что введение в математическую модель поправок, связанных с изменением реологических свойств фритюрного масла в результате

предшествующих жарок, повышает точность рассчитываемой температуры картофеля «фри» в процессе жарки. При этом точность модели повысилась на 6,3 % для поверхности и на 7,7 % для центра картофеля «фри», причем результатом введения этих поправок является снижение скорости прироста температуры, как поверхности (на скорость изменения температуры которой оказывается наибольшее влияние), так и в центре продукта. Погрешность моделирования температуры картофеля «фри» на поверхности от 100 до 160 °С и в центре от 50 до 100 °С составляет 3-5 °С;

Установлено, что предложенная математическая модель жарки во фритюрном масле на основе теории сред с затухающей реологической памятью может, как использоваться в исследовательских целях при анализе особенностей процесса многократной жарки различных продуктов во фритюрном масле, так и служить основой разработки управляющих программ для автоматических фритюрниц;

Эмпирически установлено изменение вязкости масла в зависимости от основных параметров реализуемого процесса жарки и получены соответствующие уравнения регрессии. Анализ данных показывает, что вязкость исходного масла оказывает значительное влияние на итоговую вязкость, чем колебания температуры в процессе жарки;

Определено, что для сравнения качества масла в процессе жарки представляется целесообразным вместо цветовой модели а*, Ь*), использовать интегральный показатель ДЕ, который включает в себя все цветовые характеристики;

Определено, что цветовые характеристики окраски картофеля «фри» можно использовать как индикатор его качества обжарки, а цветовые характеристики масла можно использовать в экспресс-методах диагностики, в качестве индикатора пригодности масла к дальнейшему использованию в процессе жарки;

Разработан способ анализа пригодности фритюрного масла для дальнейшего использования в процессе жарки картофеля «фри» по его цветовым характеристикам;

Разработано устройство для определения цвета растительных масел и жиров, применяемых при технологическом процессе жарки в электрических фритюрницах, подтвержденное патентом РФ № 202123;

Материалы исследований используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Технологические машины и оборудование» профиль «Машины и аппараты пищевых производств».

Объекты и методы исследований. Методологической основой исследований являются фундаментальные труды в области пищевой промышленности и теплофизики, а также работы, посвященные анализу тепло - и массопереноса в процессе жарки. Применили общепринятые и специальные физико-химические и органолептические методы исследования свойств сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов, а также математическую обработку данных. Экспериментальные исследования, адаптация к объекту исследования и решение физико-математических моделей процесса жарки осуществлялись посредством современных аналитических и численных методов, компьютерного обеспечения, применения поверенной измерительной техники.

Основные положения, выносимые на защиту:

Методология моделирования теплофизических процессов жарки во фритюрном масле, учитывающая изменение свойств масла в результате предшествующих жарок.

Адекватная математическая модель двухфазной среды, учитывающая изменения реологических свойств фритюрного масла и влияние этих изменений на температуру и качество получаемого продукта.

Эмпирические поправки к математической модели процесса жарки, позволяющие значительно повысить точность моделирования температуры масла.

Результаты расчетов и экспериментальных исследований теплофизических процессов жарки картофеля во фритюре и дополнительно выведенная из полученных эмпирических данных формула, описывающая реальную температуру фритюрного масла при жарке.

Результаты аналитического и опытного исследования свойств и характеристик фритюрного масла и картофеля «фри» при жарке.

Степень достоверности результатов и апробация работы. Подтверждена использованием стандартных и оригинальных методов исследования, применением современных методик сбора и обработки информации, полученной в ходе большого объема экспериментальных исследований, выполненных лично автором, математической обработкой результатов экспериментальных исследований. Достоверность результатов подтверждена повторяемостью, воспроизводимостью полученных данных, согласованностью с данными, полученными другими исследователями. Информация о проведенных исследованиях представлена в материалах международных и всероссийских научно-практических конференциях: IX международная научно-практическая конференция «Информационные технологии. Автоматизация. Актуализация и решение проблем подготовки высококвалифицированных кадров» (Набережные Челны, 2020); II Национальная научно-практическая конференция с международным участием «Актуальные проблемы техники, технологии и образования». (г. Керчь - г. Сочи 2021); Всероссийская научная конференция «Достижения науки и технологий-ДНИТ-2021» (Красноярск, 2021); XVII Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы современной науки и образования» (г. Пенза, 2022); V Научно-практическая конференция «Современные аспекты научных исследований» (Москва, 2022).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 статьях, из них 2 публикации в изданиях, рецензируемых Scopus, 4 публикации в журналах из перечня ВАК, 1 охранный документ на результат интеллектуальной деятельности.

Структура и объем работы. Основной текст работы изложен на 195 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. В работе приведено 60 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 149 источников, из них 109 на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Гайсин Ирек Анасович

Анализ результатов ci ai fii ичзс^ой обработки данш* выявил, что

1. Отмененное увеличение вйзюсти масла для »арки. № всей видимости. свизано с образованием соединений с более высокой молекулярной массой о у!ларолныМи связями мевду окисленными ложными кислотами.

2. Образец масла, используемый дли жарки 5 часов, проявляет упругие свойства поскольку модул. v прут«¡1 г отличен от нуля, t тоже время модуль потерь (Е'| превышает модугь упругссти (Е'| то есть ь-зкии свойства маспа доыкнируЮ! над упругими, тем самым масло проявляет вязноупрупие свойства

3. При анализе экспериментальных даннык получении по изменений вязкости масла в зависимости от осноыык параметров реализуемого процесса яарки получен» два уравнения регрессии, одно при выборе в качестве основных епиййщик факторов t - температуры яарпи. pil - вязкости масла после первой жарпи и р5 - аязлстъ масла посла □ часов жарки а второе иги выборе в канестае основных факторов - piO - вязкости масла перед первсй жаркой; pil - еязюсти масла после первой жарки и рп - вязкости масла после S «сов ларки.

4. Полученные данные дисперсионного анал поназали, что, судя по параметрам t-статисгшк (34,47 и 26,14 для первого уравнения и нторою соответственно!, отвечающих за разброс экспериментальны« данша второе уравнение предпочтительная первого. Аналогичный вывод мсийй сделать и при сравнении параметра F, отвечающего за достоверность модели, его значения &22166 во втором слуее и 73193 - для первой модели. Сделанные сравнения показывают, что вязкость исходного масла существенней влияет на итоговую влзкость. чем колебания температуры в процессе ларки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гайсин Ирек Анасович, 2022 год

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Kochhar SP. New theoretical and practical aspecls ol Hit fry "(j process |ТеиГ I Б.Р. Koc№ar. C. GefH Я Едг. J. Lipid Scl Tethncl. - 2D04. - V. 106. - P. 722-727.

2. Lalas &. Frying stability oF Moringa slenopelala seed oil [Text] I 3. Lalas. O. Gorlzi, J. Tsaknii II Plant Foodi tar Human Nutmion. - 200b -V. 61(2). - P. 99-108

3. Исрафипов ИХ Принципы моделирования теплофизнческих процессов ларки во фритюр-

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ном масле / Гайснн ИЛ ,'/ Известия высших учебна заведений. Пицевая технологи. - 2)017. - № 2-3 (356357). С. 52-45.

4. Гайсин ИА. Сравнение влияния парки и холостого нагрева на показатели цвета нартофвля-фри и используемого для жарки подййпн&нного масла .'У вест пик Красноярского аграрного университета.-2fflia.-Nr3. С. 261-2«?.