Оборудование предприятий общественного питания. Аппараты тепловой обработки

И. Б. Плотников




            ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ


АППАРАТЫ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

Учебное пособие
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 641/642
ББК 36.99-5 П39


Рецензенты:
докт. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Технология и организация общественного питания» ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» Н. И. Давыденко;
докт. техн. наук, профессор кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» В. Ю. Овсянников

     Плотников, И. Б.

П39       Оборудование предприятий общественного питания. Аппараты теп-
      ловой обработки : учебное пособие / И. Б. Плотников. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 152 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1343-5

           Рассмотрены основные наименования и конструкции, принцип действия оборудования тепловой обработки, применяемого на предприятиях общественного питания. Описаны перспективы развития конструкций оборудования. Даны способы и примеры тепловой обработки, их сущность, достоинства и недостатки. Приведена классификация теплового оборудования, общая структура тепловых аппаратов. Подробно описаны требования, предъявляемые при работе с тепловым оборудованием. Рассмотрены конструкции электронагревательных элементов и устройств для сжигания топлива. Обосновано применение промежуточных теплоносителей, их виды, достоинства и недостатки.
           Для студентов направления подготовки 19.03.04 «Технология продукции и организация общественного питания». Может быть полезно при обучении и аттестации специалистов предприятий общественного питания.

УДК 641/642
ББК 36.99-5











ISBN 978-5-9729-1343-5

     © Плотников И. Б., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

    ОГЛАВЛЕНИЕ


Предисловие........................................................5
1.  Способы тепловой обработки.....................................6
1.1. Основные способы тепловой обработки...........................6
1.2. Вопросы для самоконтроля.....................................12
2.  Общие сведения о тепловом оборудовании........................13
2.1. Классификация теплового оборудования.........................13
2.2. Требования, предъявляемые к тепловому оборудованию предприятий общественного питания.................................15
2.3. Структура тепловых аппаратов.................................17
2.4. Показатели эффективности тепловых аппаратов..................18
2.5. Вопросы для самоконтроля.....................................19
3.  Теплогенерирующие устройства и теплоносители..................20
3.1. Электрические нагревательные элементы........................20
3.2. Устройства для сжигания топлива..............................29
3.2.1. Общие сведения о топливе...................................29
3.2.2. Устройства для сжигания топлива............................31
3.2.3. Промежуточные теплоносители................................42
3.3. Вопросы для самоконтроля.....................................45
4.  Варочное оборудование.........................................46
4.1. Классификация варочных аппаратов.............................46
4.2. Назначение и классификация пищеварочных котлов...............47
4.3. Пищеварочные котлы с непосредственным обогревом стенки варочного сосуда..................................................48
4.4. Пищеварочные котлы с косвенным обогревом стенки варочного сосуда............................................................52
4.4.1. Пищеварочные электрические котлы с косвенным обогревом.....57
4.4.2. «Островные» (немодульные) пищеварочные электрические котлы.58
4.4.3. Модульные пищеварочные электрические котлы.................66
4.5. Автоклавы....................................................67
4.6. Су-вид.......................................................70
4.7. Система безопасности и регулирования варочного оборудования..72
4.8. Особенности эксплуатации варочного оборудования..............74
4.9. Вопросы для самоконтроля.....................................75
5.  Жарочно-пекарное оборудование.................................76
5.1. Классификация жарочных аппаратов.............................76
5.2. Аппараты для жарки на нагретой поверхности...................77
5.2.1. Сковороды..................................................77
5.2.2. Сковороды с непосредственным обогревом.....................78
5.3. Жарочные поверхности.........................................82
5.4. Аппараты для двухсторонней контактной жарки..................84
5.5. Роликовый гриль..............................................86

3

5.6. Особенности эксплуатации аппаратов для жарки на нагретой поверхности.......................................................87
5.7. Фритюрницы...................................................88
5.8. Аппараты для тепловой кулинарной обработки изделий в паровоздушной среде.............................................95
5.9. Вопросы для самоконтроля.....................................110
6. Аппараты инфракрасного и сверхвысокочастотного нагрева.........111
6.1. Аппараты инфракрасного нагрева...............................111
6.2. Гриль-саламандер.............................................113
6.3. Лавовый гриль................................................114
6.4. Аппараты сверхвысокочастотного нагрева.......................115
6.5. Вопросы для самоконтроля.....................................117
7. Кухонные плиты.................................................118
7.1. Назначение и классификация кухонных плит.....................118
7.2. Вопросы для самоконтроля.....................................121
8. Водогрейное оборудование.......................................122
8.1. Назначение и классификация водогрейного оборудования.........122
8.2. Кипятильники периодического действия.........................123
8.3. Электрические кипятильники непрерывного действия.............124
8.4. Водонагреватели..............................................129
8.5. Вопросы для самоконтроля.....................................140
9. Оборудование для сохранения пищи в горячем состоянии...........142
9.1. Требования к оборудованию, сохраняющему пищу в горячем состоянии.........................................................142
9.2. Мармиты......................................................142
9.3. Тепловые стойки, витрины и ИК-подогреватели..................145
9.4. Вопросы для самоконтроля.....................................148
Заключение........................................................149
Список использованной литературы..................................150

4

    ПРЕДИСЛОВИЕ


    Технологическое оборудование, используемое на предприятиях общественного питания, принципиально отличается от аналогичного оборудования предприятий пищевой промышленности. Эти отличия определяются необходимостью переработки пищевого сырья с исходными нелимитированными свойствами, относительно малой производительностью и широким ассортиментом выпускаемой кулинарной продукции.
    По этим причинам на предприятиях общественного питания преобладает традиционная технология приготовления пищи, базирующаяся на использовании аппаратов периодического действия.
    В то же время постепенно осуществляется внедрение новых индустриальных методой приготовления кулинарной продукции, использующих технологическое оборудование непрерывного действия; в особенности это эффективно тогда, когда оно работает в составе механизированных и автоматизированных поточных линий. Такая современная технология находит применение главным образом на крупных фабриках, заготовочных и в специализированных цехах по производству кулинарных полуфабрикатов.

5

1. СПОСОБЫ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

    1.1. Основные способы тепловой обработки

    Процесс тепловой обработки продуктов направлен на доведение их до готовности, характеризующийся рядом органолептических свойств и температурой. В ходе тепловой обработки изменяется (возрастает) температура продуктов, что влечет за собой различные физико-химические и биохимические изменения веществ, обусловливающие в конечном итоге питательные свойства и внешний вид готовых изделий. Таким образом, рост температуры является важнейшим фактором тепловой обработки продуктов. Однако тепловая обработка сопровождается и изменением содержания ряда веществ в продуктах (влаги, микроэлементов, белков и др.), которые участвуют в формировании состава готовых блюд [1].
    На предприятиях общественного питания способы тепловой кулинарной обработки продуктов могут быть подразделены на основные, вспомогательные и комбинированные, например, тушение, запекание, бланширование и припускание и т. д.
    Для осуществления основных способов тепловой кулинарной обработки используются поверхностные, объемные и комбинированные способы тепловой обработки.
    Поверхностный (традиционный) способ заключается в нагреве продуктов за счет тепловой энергии от греющей среды, постепенно (за счет теплопроводности) проникающей вглубь продуктов, начиная с поверхностных слоев. К данным способам тепловой обработки продуктов относится варка (влажный нагрев) и жарка (сухой нагрев), применяемые как самостоятельные процессы [1].
    Процесс варки - процесс гидротермической обработки, предполагающий нагрев продукта в жидкой среде, такой как вода, молоко, бульон, сок, соус и т. п.
    В процессе варки продукт нагревается влажной средой, при этом исключается перегрев поверхности продукта даже при большом тепловом потоке, а как следствие исключается испарение влаги из продукта. Это позволяет создать оптимальные условия для осуществления поверхностного нагрева продукта.
    Перепад температур поверхностного слоя продукта и греющей среды минимален. Это позволяет достичь «мягкого» нагрева продукта (в отличие от «жесткого» при большом перепаде температур), что, в свою очередь, обеспечит минимальные тепловые разрушения при обработке исходного сырья и, как следствие, высокую пищевую ценность изделия.
    Скорость (интенсивность) варки можно повысить, увеличив температуру кипения, а, следовательно, и давление в варочном аппарате (принцип автоклавирования). Однако возрастание температуры ускоряет термические разрушение продукта и, как правило, ухудшает качество изделия.
    Интенсивность процесса удаления из продукта ценных пищевых веществ пропорционально разности их концентрации в жидкости и поверхностном слое. Это позволяет считать варку не только тепловым, но и сложным массообменным процессом - экстрагированием.


6

    Процесс варки состоит из двух стадий: нагревания жидкой среды до температуры кипения и собственно варки при кипении. На первой стадии варки необходим быстрый нагрев жидкой среды до кипения, т. е. использование максимальной мощности аппарата, на второй стадии, наоборот, необходим слабый нагрев, достаточный лишь для так называемого «тихого кипения» (интенсивное кипение вызывает эмульгирование жиров и помутнение бульонов), т. е. вторая стадия варки должна протекать с использованием минимальной мощности аппарата. В некоторых случаях (варка каш, макарон и других консистентных блюд) доведение блюд до готовности производится за счет аккумулированного тепла, т. е. при этом аппарат полностью выключается. Варка может осуществляться несколькими способами [2]:
    1.     Основным - доведение продуктов до состояния готовности в закрытых или открытых сосудах при полном погружении в жидкую среду (вода, бульон, молоко).
    2.     При повышенном давлении (повышенной температуре) - в герметически закрытых сосудах (автоклавах), в которых поддерживается избыточное давление пара до 250 кПа (температура до 140 °C). Варка при повышенном давлении используется для интенсификации тепловой обработки продуктов.
    3.     При пониженном давлении (пониженной температуре) в сосудах, в которых поддерживается разрежение (вакуум-аппараты), благодаря чему температура кипения жидкой среды в них ниже 100 °C.
    Варка при пониженном давлении используется для интенсификации процесса выпаривания жидкости.
    4.     На пару - в пароварочных аппаратах, в которых продукт непосредственно соприкасается с водяным, или так называемым, острым паром. При варке на пару уменьшаются потери минеральных солей и экстрактивных веществ, благодаря чему повышается пищевая ценность готовых блюд.
    5.     Путем припускания, осуществляемое либо в собственном соку, либо в небольшом количестве жидкости, которая не полностью покрывает продукт.
    Процесс жарки заключается в комплексе сложных физических, физико-химических, химических, тепломассообменных изменений объема, структуры, свойств продукта, в результате которых изделие приобретает специфический вкус, запах, цвет и т. д.
    Способы жарки [2].
    1.     Жарка, осуществляемая на нагретой поверхности. Проводят при температурах от 130 до 160 °C зачастую в небольшом количестве жира (3-5 %) или без него. Небольшой слой пищевого жира при этом играет роль промежуточного теплоносителя, позволяя снизить температуру непосредственно на поверхности изделия и, следовательно, снижает возможность подгорания продукта. Помимо этого, прослойка пищевого жира не позволяет прилипать продукту к нагретой поверхности.
    Данный способ осуществляется, как правило, в открытой посуде (наплит-ных сковородах, противнях и т. д.), либо на разогретой поверхности плит. Характеризуется односторонним энергоподводом теплоты к продукту.

7

    2.     Жарка, проводимая в большом количестве пищевого жира. Этот способ называется - жарка во фритюре. В зависимости от вида продукта жарку во фритюре проводят при температурах 150-190 °C. Соотношение продукта и жира составляет 1 к 4, что позволят избежать сильного охлаждения жира при погружении в него продукта. В процессе жарки во фритюре вся поверхность продукта контактирует с нагретым жиром, что позволяет получить равномерный нагрев и сократить продолжительность обработки. Жарка во фритюре может осуществляться как при атмосферном давлении, так и при избыточном. Использование избыточного давления позволяет сократить продолжительность тепловой обработки и получить продукт с повышенными органолептическими и пищевыми свойствами.
    3.     Жарка, проводимая в замкнутых камерах. Данный вид тепловой обработки проводится при различных температурах. При 160-290 °C в паровоздушной среде с естественной конвекцией, а при 140-260 °C с вынужденной конвекцией. Аппараты, применяемые для данного вида нагрева, называются конвекто-матами.
    При 150-280 °C с естественной конвекцией, а при вынужденной конвекции при температурах от 130 до 240 °C в среде перегретого пара. Аппараты, применяемые для данного вида нагрева, называются пароконвектоматами.
    Жарку в паровоздушной среде и среде перегретого пара изделий, уложенных в формы, противни и т. п. при естественной конвекции, осуществляют как за счет теплопроводности емкости, в которой они помещены, так и за счет лучистой энергии нагревательных элементов и стенок камеры, а также за счет конвекции.
    Жарку под действием интенсивного облучения поверхности продукта осуществляют потоком инфракрасного излучения.
    При тепловой обработке в пищевых продуктах, которые в большинстве своем представляют собой капиллярно-пористые коллоидные тела с большим влагосодержанием, протекают явления различной физической природы.
    Так, при варке имеют место различные виды (классы) теплопереноса: молекулярный внутри продукта, конвективный в жидкой среде. Жаренье, особенно жаренье во фритюре или шкафах, отличается большой сложностью: помимо молекулярного и конвективного теплопереноса, при жаренье во фритюре, по-види-мому, значителен смешанный (молекулярно-конвективный) теплоперенос в жире, а при жаренье в шкафах наблюдается лучистый теплоперенос. Не менее сложна картина тепловой обработки продуктов и по переносу массы. Например, при варке происходит извлечение (экстрагирование) части веществ в жидкую среду, а при жаренье - изменение содержания влаги, впитывание жира, т. е. при тепловой обработке продуктов имеют место молекулярная, конвективная и смешанная диффузии. Возникающие в продуктах градиенты температуры и концентрации (массосодержания) оказывают взаимное влияние друг на друга, благодаря чему возникают сложные явления новой физической природы (термодиффузия, диффузионная теплопроводность и др.). Наконец, не следует забы

8

вать и о более простых, но не менее важных тепловых явлениях, которые происходят в аппаратах: передача тепла через стенку, конденсация паров и т. п. Знание этих явлений необходимо для правильной эксплуатации теплового оборудования.
    Объемный способ нагрева позволяет энергии проникать внутрь продукта на значительную глубину, либо по всему его объему. Данный способ реализуется в аппаратах с инфракрасным, сверхвысокочастотным, электроконтактным и индукционным нагревом [1].
    Инфракрасный нагрев (ИК) - нагрев изделий с помощью электромагнитного излучения с длиной волны от 0,76 до 4 мкм (инфракрасное излучение). Данный способ основан на свойстве различных материалов поглощать определённую часть спектра этого излучения.
    Способ позволяет преобразовывать излучение в теплоту в объеме продукта без контакта между продуктом и генератором ИК-излучения.
    ИК-энергия в продукте позволяет переходить электронам с одних энергетических уровней на другие, а также колебаться и вращаться атомам и молекулам, что приводит к разогреву продукта.
    Пищевые продукты, в особенности влажные, поглощают основную часть ИК-энергии в небольшом поверхностном слое. Для ускорения нагрева используются «светлые» ИК-излучатели, которые работают в коротковолновой области излучения (0,76-2,6 мкм), это обеспечивает глубинный нагрев. Для получения колера используются «темные» ИК-излучатели, которые работают в длинноволновой области излучения (2,6-4 мкм), это позволяет получить поверхностный нагрев. В некоторых случаях данные виды нагрева чередуются.
    Данный способ широко применяется для жаренья и выпечке изделий. Однако при высокой плотности потока ИК-излучение может вызвать «ожог» (термический распад) поверхности некоторых продуктов.
    Сверхвысокочастотный нагрев (СВЧ) - нагрев продукта, основанный на свойстве поглощения сверхвысокочастотной электромагнитной энергии жидкостью, находящейся в продукте. Устройство для подвода СВЧ энергии называется магнетрон.
    Способность проникновения СВЧ поля на большую глубину внутрь продукта позволяет осуществить объемный нагрев в независимости от теплопроводности. Способ является одним из самых эффективных способов тепловой обработки за счет высокой скорости и КПД.
    Эффект разогрева продуктов непосредственно связан с диэлектрическими свойствами, определяющими поведение в СВЧ поле связанных зарядов.
    Поляризация - процесс смещения связанных зарядов в результате воздействия внешнего электрического поля. При этом максимальные затраты энергии электрического поля связаны с дипольной поляризаций, возникающей в процессе воздействия электромагнитного поля на полярные молекулы, которые обладают собственным дипольным моментом. Молекула воды является примером полярной молекулы. В момент отсутствия внешнего поля дипольные моменты молекул, как правило, имеют произвольные направления. B момент нахождения

9

полярных молекул в электрическом поле на них действуют силы, которые стремятся повернуть их так, чтобы дипольные моменты молекул совпадали. Установление диполей в направлении электрического поля - поляризация.
     Перемещение частиц приводит к затрате работы, переходящей в тепловую энергию за счет наличия энергии межмолекулярного сопротивления.
     На рис. 1.1, а представлено расположение полярных молекул воды, находящихся без воздействия внешнего электромагнитного поля.

Рис. 1.1. Расположение полярных молекул воды в продукте: а - без воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты, б - под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты

     Полярные молекулы воды расположены хаотично согласно знаков заряда. При помещении в электромагнитное поле сверхвысокой частоты на заряды полярных молекул начинает воздействовать внешнее поле. В связи с чем молекулы поворачиваются в сторону соответствующего знака поля (рис. 1.1, б).
     В процессе тепловой обработки знак внешнего поля меняется. Частота изменения знаков внешнего поля соответствует частоте, при которой работают большинство печей СВЧ - 2375 Гц, то есть при учете, что при данной частоте знак меняется дважды, получается, что в одну секунду полярная молекула воды под действием внешнего поля поворачивается на 180 град - 4 750 000 раз в секунду. При этом трение между молекулами приводит к практически мгновенному выделению тепловой энергии, чем объясняется скорость тепловой обработки в печах СВЧ.
     В процессе тепловой обработки в поле СВЧ наблюдается неравномерность нагрева продукта. Это связано с различными значениями физико-химических свойств различных продуктов. Кроме того, эти характеристики также претерпевают изменения в процессе тепловой обработки [3].
     Замороженные продукты в своем объеме имеют зоны растворов солей, сохраняющиеся до температуры -40 °С. Как следствие, при размораживании эти растворы максимально поглощают СВЧ-энергию. Это приводит к резкой неравномерности нагрева при размораживании. Для исключения неравномерности разогрева используются режимы циклического нагрева, что позволяет выровнять

10

температуру по объему продукта при отключении магнетрона. То есть в процессе обработки при работе магнетрона происходит нагрев продукта в поле СВЧ, далее он отключается, и распределение тепловой энергии в продукте происходит в большей степени за счет теплопроводности самого продукта. Это позволяет выровнять параметры по всему объему. Далее снова включается магнетрон, и повторяется нагрев в поле СВЧ, процесс повторяется до полного размораживания продукта.
    При проведении тепловой обработки в СВЧ-поле предъявляются определенные требования к посуде:
    -      материал, используемый для изготовления посуды, должен быть прозрачен для электромагнитных волн (стекло, фарфор, пластмасса, бумага и другие диэлектрические материалы);
    -      запрещается применение металлической посуды или посуды с металлическим покрытием, в том числе декоративным рисунком, выполненным металлизированной краской;
    -     запрещается заворачивать продукт в фольгу.
    На предприятиях общественного питания используются СВЧ-печи, которые работают на частотах 2375 ± 50 МГц.
    Помимо достоинств СВЧ-нагрев обладает рядом недостатков, основными из которых являются:
    -     неравномерность нагрева;
    -     отсутствие колера;
    -     сложность конструкции печи;
    -     не универсальность печи.
    Электроконтактный нагрев (ЭК) - способ тепловой обработки, обеспечивающий повышение температуры продукта за 15-60 c по всему объему. Основан на процессе пропускания через продукт электрического тока. Данный способ применяется для бланширования мясопродуктов и прогревания тестовых заготовок.
    Индукционный нагрев. Способ применяется в современных индукционных плитах и в настоящее время все чаще используется на предприятиях общественного питания в виду своей энергоэффективности. Способ основан на нагреве токопроводящих материалов при помещении их во внешнее переменное магнитное поле. Поле создается индуктором, который устанавливается под настилом плиты, и замыкается в объеме наплитной посуды. Индуктор представляет собой сердечник, на который намотана проволока. В процессе прохождения по проволоке электрического тока вокруг индуктора создается электромагнитное поле, которое передается через настил (чаще керамический или стеклянный) непосредственно на дно наплитной посуды. На дне образуются вихревые токи, движение которых приводит к его нагреванию, далее от дна тепловая энергия передается к продукту. При этом посуда практически мгновенно нагревается и потери тепловой энергии в окружающую среду сведены к минимуму. Это позволяет сократить затраты энергии по сравнению с обычной плитой на 40 %.

11

Настил плиты изготовляется из керамических материалов или стекла. При тепловой обработке настил остается практически холодным, нагрев возможен только за счет тепловой энергии, отводящейся за счет разности температур от дна наплитной посуды.
    Индукционные плиты делятся в зависимости от частоты питающего тока на три группы [5]:
    -     высокой (свыше 10 кГц);
    -     средней (до 10 кГц);
    -     низкой (50 Гц).
    Индукционные аппараты рассчитываются на мощности до нескольких тысяч кВт и позволяют сконцентрировать в обрабатываемом материале большие удельные мощности (до сотен Вт на 1 см² в приповерхностных слоях), что приводит к быстрому нагреву до высоких температур.
    Комбинированные способы. Эти способы заключаются в последовательном либо в параллельном нагреве продукции несколькими из известных способов. Они позволяют повысить эффективность технологического процесса при сокращении времени обработки.
    Например, комбинированный способ обработки продукта в СВЧ-поле и ИК-лучами позволяет реализовать преимущества обоих способов нагрева.

    1.2. Вопросы для самоконтроля

    1.      На какие группы делятся способы тепловой обработки в зависимости от глубины нагрева продукта?
    2.    Какие способы относятся к поверхностному нагреву?
    3.    Какие способы относятся к объемному нагреву?
    4.    Какие виды жарки бывают?
    5.    Объясните суть ИК-нагрева.
    6.    В чем сущность СВЧ-нагрева?
    7.    Как осуществляется индукционный способ тепловой обработки?
    8.    Что такое комбинированные способы тепловой обработки?


12