Способ обработки пищевых продуктов высоким давлением

Область техники, к которой относится изобретение.

Настоящее изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к обработке пищевых продуктов, в том числе мясных продуктов, высоким давлением для размягчения продукта и/или повышения его органолептических свойств.

Уровень техники.

Существует ряд продуктов для улучшения потребительских свойств, которых необходимо их размягчить, т.е. увеличить меж структурные расстояния и ослабить меж структурное взаимодействие. Из продуктов питания к таким продуктам, прежде всего, относится мясо (особенно низших сортов), рыба, моллюски и т.д., некоторые виды продуктов растениеводства. Этот процесс особенно важен при приготовлении деликатесных блюд.

Известен ряд способов размягчения продукта и улучшении его органолептических свойств основанных на термическом, механическом, акустическом, электрическом, химическом воздействии, или воздействии ударных волн.

Наиболее известным способом улучшения потребительских свойств продуктов, например, мяса является его механическая тендеризация - т.е. способ размягчения тканей мяса путем накалывания или отбивания сырья. Частичное разрушение и разрыхление тканевых структур дает возможность улучшить консистенцию, сочность, увеличить проницаемость посолочных веществ и ускорить ферментативные процессы.

Тендеризацию проводят на различного вида устройствах: валиках с насечкой или с клиновидными зубьями, пластинах с рифленой поверхностью или оснащенных иглами. Наиболее эффективным является сочетание тендеризации с массированием (тумблированием). Эти виды механической обработки сырья основаны на принципе использования энергии падения кусков мяса с некоторой высоты, удара их друг о друга, о выступы и стенки аппарата. При этом сырье подвергается интенсивным механическим деформациям, приводящим к повышению давления в месте контакта. Сжатие и расширение мышечной ткани, сопровождающееся возникновением переменных внутренних напряжений, обеспечивает интенсивное фильтрационное перераспределение рассола по системе пор и капилляров внутрь мяса.

Из уровня техники известны способы размягчения мяса и устройства для их реализации, например, патенты РФ:

- №2222197 Способ обработки пищевого продукта с использованием отраженных ударных волн и установка для его осуществления,

- 2038018 Способ электрообработки парного кускового мяса и устройство для его осуществления,

- 2035150 Способ электростимуляции говяжьих, бараньих и свиных туш и устройство для его осуществления,

- 2214096 Устройство для массирования мясного сырья,

- патент США №5273766.

- патент США №5328403.

- патент США №6120818.

Известен способ приготовления мясных продуктов путем тепловой обработки их в 3 стадии, на второй и третьей из которых процесс ведут в варочных аппаратах. На второй и третьей стадиях тепловой обработки давление повышают до 1,5-2,5 атм посредством подачи в емкость сжатого воздуха, при этом вторую стадию осуществляют при 58-63°С, а третью при 78-82°С (см. патент РФ №1120954, МКИ А22С 11/00, БИ №40, 1984 г). Увеличение давления в данном случае осуществляют с целью повышения температуры кипения жидкости в варочном аппарате.

Наиболее близким аналогом к настоящему изобретению (прототип) является способ переработки мяса маралов, включающий термическую обработку мяса в варочных аппаратах под действием избыточного давления в 3 стадии, отличающийся тем, что на первой стадии обработки ударным давлением в (5-7)⋅10⁵ Па воздействуют на парное мясо в течение 3-5 ч, на второй стадии после сброса давления производят нагрев мяса до температуры 90°С, на третьей стадии повышают давление до (5-7)⋅10⁵ Па и ведут процесс варки при температуре 130-150°С в течение 3-4 ч, при этом перед загрузкой варочного аппарата всю тушу разрубают на куски 6-8 см поперек длины мышц, а на второй стадии добавляют соль, жир, воду (см. патент РФ №2253999 от 13.10.2003 г., ПМК А22С 11\02).

Основными недостатками известных технических решений, включая прототип, являются высокие энергетические затраты для приведения в действие устройств размягчения, сложность реализации выраженная в длительности обработки продукта, многостадийности и нескольких способах воздействия (избыточное давление, температура обработки), а так же недостаточно высокое качество получаемого продукта.

Раскрытие сущности изобретения.

Технической результатом настоящего изобретения является повышения качества и технологичности обработки продукта, снижение энергетических затрат.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе обработки пищевых продуктов, включающем обработку продукта высоким давлением, согласно изобретению, сначала размягчаемый продукт помещают в емкость с жидкостью, емкость герметизируют, затем подают в емкость газ или смесь газов под давлением, выдерживают продукт в водно-газовой емкости, в течение времени, определенного зависимостью , где:

t - время выдержки продукта в секундах,

Р - давления в емкости в мегапаскалях,

затем резко сбрасывают давление в емкости, до уровня давления окружающей среды.

Конкретизацией предлагаемого способа является то, что давление газа в емкости плавно увеличивают до диапазона 0,12-0,9 Мпа, а насыщение продукта раствсром регулируют изменением давления в емкости и длительностью нахождения продукта в жидкости с растворенным газом.

Кроме того, в качестве газа (смеси газов) используют углекислый газ или воздух, а в качестве жидкости используют питьевую воду, и\или умягченную и/или очищенную и/или кипяченную и/или дистиллированную и/или деионизированную воду, или газированную углекислым газом воду, или питьевые напитки, причем увеличение давления в емкости осуществляют со скоростью не более 0,1 Мпа\мин, сброс давления до давления окружающей среды осуществляют не более чем за 1 мин. Время насыщения продукта газом находится в интервале от 3 до 12 часов, а по достижению необходимого давления газа в емкости, емкость отключают от источника газа.

Теоретической основой предлагаемого способа являются:

- закон Генри, согласно которому, растворимость газов в жидкости (если она химически не взаимодействует с растворителем) прямо пропорциональна давлению при заданной температуре;

- причины кессонной болезни (в практике работы водолазов).

При повышенном давлении газов над раствором парциальное давление газов в растворе растет до наступления равновесия, определяемого растворимостью газа в водном растворе. Вода является транспортом (средством доставки) газа в межтканевое, межволоконное, межклеточное и внутриклеточное пространство обрабатываемого продукта. Раствор, контактируя с межтканевой жидкостью продукта, отдает ей часть растворенного в растворе газа. Газ диффундирует в продукт, обогащая его, пока не будет достигнуто равновесие между парциальным давлением газа в растворе и в тканях продукта. После сброса давления до атмосферного и начинается процесс тендеризации за счет падения растворимости газа в межтканевой жидкости. Избыточно растворенный в тканях газ не успевает удаляться из продукта. Образующиеся газовые пузырьки перекрывают межтканевые поры, сдавливают ткани и разрывают их. Образующиеся разрывы заполняются окружающим продукт раствором, что делает продукт более сочным и нежным при дальнейшей тепловой обработке (варке, жарке и т.п.)

Как известно, не все ткани одинаково быстро насыщаются газами. Если лимфа и кровь на 50% насыщаются за 5 минут, то мозговая субстанция - за 10, мышцы - за 20, жировая ткань - за 40, сухожилия и связки - за 75 минут. Для полного насыщения (до величины 98,5%) потребуется около 7 часов.

Зависимость процента насыщения тканей газосодержащей жидкостью от условного времени описывается выражением:

Y=(1-1\2^х)⋅100%, где х - условная единица времени.

На процесс насыщения продукта раствором жидкости со смесью газов также влияет скорость диффузии молекул раствора в продукт (содержащеюся в продукте жидкость). Согласно соотношению Эйнштейна - Смолуховского, с увеличением температуры растет скорость диффузии, однако известно, что с увеличением температуры растворимость газа в воде снижается. Скорость диффузии обратно пропорциональна давлению, т.е., чем меньше давление, тем выше скорость диффузии.

Процесс полного насыщения продукта раствором жидкости со смесью газов происходит по достижению равновесия концентраций вещества в первоначально неоднородной среде, что определяется уравнениями Фика.

Таким образом, процесс насыщения продукта раствором жидкости зависит от давления смеси газов в жидкости и времени выдержки продукта в емкости под давлением (время экспозиции), при условии не меняющейся окружающей температуры.

Соответственно, время выдержки продукта для насыщения обратно пропорционально давлению. Для получения одинакового эффекта насыщения при разном давлении будет меняться время экспозиции.

Насыщение раствором для различных продуктов, может происходить с различной скоростью при одинаковом давлении. Таким образом, необходимо предусматривать возможность регулировки уровня давления и времени обработки продукта для его насыщения.

Эмпирическим путем, с учетом теоритических основ приведенных выше, была установлена зависимость времени насыщения продукта, выраженная формулой:

, где t - время выдержки продукта в секундах, а Р - давления в емкости в мегапаскалях.

Также, эмпирическим путем было установлено, что предпочтительным давлением для реализации настоящего изобретения является давление в диапазоне 0,12-0,9 Мпа, а время обработки продукта (насыщения продукта раствором) находится в интервале от 3 до 9 часов. Предпочтительным является увеличение давления в емкости со скоростью не более 0,1 Мпа\мин, что препятствует «закупорке» внутренних «каналов» продукта, по которым идет насыщение продукта раствором.

Также, на процесс насыщения продукта раствором влияет чистота воды. Учитывая силу осмотического давления, использование в качестве жидкости в растворе умягченной, очищенной, кипяченной, дистиллированной, деионизированной воды уменьшает необходимое время для насыщения продукта раствором и повышает качество обработки продукта. Использование умягченной, очищенной, кипяченной, дистиллированной, деионизированной воды для промывания продукта перед и/или после обработки продукта также повышает качество его обработки.

По достижению необходимого давления в емкости, емкость возможно отключить от источника газа.

В качестве газа (смеси газов) предпочтительно использовать углекислый газ или воздух, что обусловлено количественной растворимостью, а в качестве жидкости предпочтительно использовать воду, или газированную углекислым газом воду, или питьевые безалкогольные и алкогольные напитки.

Сброс давления в емкости должен быть достаточно резким, преимущественно осуществляют не более чем за 1 мин. Со скоростью не менее 0,3-0,6 МПа/мин

Осуществление изобретения.

Ниже приведены примеры реализации предлагаемого технического решения.

Пример 1. Кусок говядины разделили на две равные части по 600 г каждый. Первый кусок подвергли традиционному механическому процессу тендеризации, а второй - в соответствии с предлагаемым способом поместили в емкость с жидкостью (в качестве жидкости было использовано пиво), емкость за герметизировали, затем в нее подали газ (CO2), давление газа в емкости плавно (со скоростью 0,08 Мпа\мин) увеличили до 0,6 Мпа, по достижению необходимого давления газа в емкости, емкость отключили от источника газа. В полученной водно-газовой среде продукт содержали 6,5 часов, до насыщения его газом до заданной концентрации (98,5%), после чего давление в емкости в течение 10 сек. сбросили до давления окружающей среды. Газ, находящийся в клеточном и межклеточном пространстве продукта стал расширяться и резко покидать это пространство (произошел процесс «закипания», являющийся причиной кессонной болезни). При этом, обладая существенной энергией, он стал раздвигать и разрывать меж структурные связи испытываемого образца, придавая ему необходимые мягкость, пористость и эластичность.

Затем оба куска объединили вместе и повергли кулинарной обработке по одному и тому же рецепту. Приготовленное таким образом блюдо было предъявлено пяти дегустаторам. Результат дегустации был оценен по пяти бальной системе и был единодушен. Оценка первого куска составила три балла, второго - пять баллов. Также было отмечено повышение биологической и пищевой ценности продукта. Поскольку, газ подавался из баллона, то затраты на проведенный по предлагаемому способу процесс оказались в 8 раз ниже затрат на механический способ, проведенный с первым образцом (сравнивалась стоимость дозаправки истраченного газа и стоимость электроэнергии затраченной на работу механического устройства тендеризации). Кроме того, технология этого процесса существенно упростилась в т.ч. за счет снижения количества операций.

Пример 2. Во втором опыте было использовано филе индейки. Его так же разделили на две части и обе подвергли процедуре по предлагаемому способу. Отличием было только время содержания первого образца в водно-газовой среде - три часа. Второй образец, как и положено, насыщался растворенным газом шесть часов. Дегустация образцов показала, что существенно более высокими качествами обладал второй образец, выдержанный в жидкости, насыщенной газом 6 часов.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит получить снижение энергетических затрат процесса размягчения продукта, повысить его качество и технологичность процесса за счет его упрощения.