АНАЛІТИЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОЦЕСУ КОНДУКТИВНОГО СУШІННЯ М’ЯСА

В’ячеслав Олександрович Скрипник; Богдан Геннадійович Пономаренко

doi:10.32782/msnau.2024.2.11

В’ячеслав Олександрович Скрипник https://orcid.org/0000-0001-8883-7398
Богдан Геннадійович Пономаренко https://orcid.org/0000-0002-4047-1881

DOI: https://doi.org/10.32782/msnau.2024.2.11

Ключові слова: кондуктивний, кінетика сушіння, м’ясо, теплопровідність, нанопори, капіляр, теплообмін, вологовміст, кавітація

Анотація

Продукти харчування із тривалим терміном зберігання, в тому числі сушене м’ясо, користуються попитом серед споживачів, особливо в районах бойових дій та тих, які постійно знаходяться під обстрілами. Перебої в постачанні електричної енергії, викликані руйнуванням об’єктів критичної інфраструктури внаслідок ракетних атак з боку рф, лише сприяють збільшенню такого попиту в масштабах всієї України. У зв’язку з цим є необхідність у пошуку екологічно чистого та енергоефективного способу виготовлення сушеного м’яса. Таким способом є кондуктивне (контактне) сушіння. Сушіння є технологією, що базується на видаленні вологи з сировини, ускладнюючи тим самим розвиток мікроорганізмів та хімічних реакцій, що призводять до псування продуктів харчування. Сушіння знайшло широке застосування в харчових технологіях, починаючи від традиційних способів, таких як конвективне, кондуктивне, НВЧ-сушіння або природне сушіння, і закінчуючи сучасними технологіями, такими як сублімаційне, радіаційне, ЗТП-сушіння та інші. Науковий підхід до вивчення кондуктивного сушіння, як способу консервування харчової сировини, в тому числі м’ясної, включає огляд теоретичних аспектів, що є вагомим розділом у вивченні цього питання, а також фізики кипіння в обмеженому просторі дуже малого розміру – нанопорах. Ця стаття присвячена дослідженню теоретичних основ кондуктивного сушіння м’яса, зокрема аналізу тепло- та масообмінних процесів, фізики фазових переходів в наномасштабі, специфічного механізму видалення вологи, впливу характеристик м’ясної сировини на процес. В рамках дослідження використовується аналітичний підхід для вивчення взаємодії між нагрівальною поверхнею та сировиною. Основна проблема, виявлена в ході дослідження, полягає в ускладненому теплообміні між цими двома елементами процесу. Автори розглядають фактори, які впливають на тепловий потік, аналізуючи можливі шляхи інтенсифікації процесу: першим варіантом вирішення зазначеної проблеми є визначення температури нагрівальних поверхонь, другим способом вирішення є механічне видалення шару перегрітої пари, що утворюється біля поверхонь нагрівання, третім способом вирішення є стиснення сировини нагрівальними поверхнями із певним зусиллям. Дана стаття є внеском у розуміння особливостей кондуктивного сушіння та являється підґрунтям для подальших практичних досліджень з метою оптимізації і досягнення максимальної якості та тривалості зберігання продуктів харчування, в тому числі м’яса.

Посилання

1. Acar, C., Dincer, I., & Mujumdar, A. (2020). A comprehensive review of recent advances in renewable-based drying technologies for a sustainable future. Drying Technology, 40 (6), 1029–1050. DOI : 10.1080/07373937.2020.1848858.
2. Aksoy, A., Karasu, S., Akcicek, A., & Kayacan, S. (2019). Effects of different drying methods on drying kinetics, microstructure, color, and the rehydration ratio of minced meat. Foods, 8 (6), 216. DOI : 10.3390/foods8060216.
3. Aykan, N. F. (2015). Red meat and colorectal cancer. Oncology reviews, 9(1), 288. DOI : 10.4081/oncol.2015.288.
4. Bolhuis, P. G., & Chandler, D. (2000). Transition path sampling of cavitation between molecular scale solvophobic surfaces. The journal of chemical physics. 113, 8154–8160. DOI :10.1063/1.1315997.
5. Burova, Z., Ivanov, S., Roman, T., Vasyliv, V., Zheplinska, M., Mushtruk, M., Palamarchuk, I., Sarana, V., & Hudzenko, M. (2021). Examination of thermophysical characteristics of food products. Animal science and food technology. 12(3), 18-35. DOI: 10.31548/animal2021.03.002.
6. Cherevko, O. I., & Poperechniy, A. M. (2015). Protsesy i aparaty kharchovykh vyrobnytstv: navch. posib. [Processes and equipment in food production: a textbook]. Harkiv: Svit knig (in Ukrainian).
7. Coudert, F. X., Boutin, A., & Fuchs A. H. (2021). Open questions on water confined in nanoporous materials. Communications chemistry. 4, 106. DOI :10.1038/s42004-021-00544-9.
8. David, R. Eyre, Mercedes, A. Paz, & Paul, M. Gallop. (1984). Cross – linking in collagen and elastin. Annual review of biochemistry. 53. 717 – 748. DOI :10.1146/annurev.bi.53.070184.003441.
9. Dexiao, M., Guozhao, J., Dong, W., & Aimin, Li. (2021). Reinforced contact between sludge and hot wall for enhancing conductive drying by applying external load : heat and mass transfer analysis. Process safety and environmental protection. 154, 372 – 383. DOI : 10.1016/j.psep.2021.08.021.
10. Domingo, J. L., & Nadal, M. (2017). Carcinogenicity of consumption of red meat and processed meat: a review of scientific news since the IARC decision. Food and chemical toxicology. 105, 256–261. DOI : 10.1016/j.fct.2017.04.028.
11. Duan, C., Karnik, R., Lu, M.-C., & Majumdar, A. (2012). Evaporation-induced cavitation in nanofluidic channels. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 109, 3688–3693 DOI :10.1073/pnas.1014075109.
12. Giacomello, A. (2023). What keeps nanopores boiling. The journal of chemical physics. 159 (11), 110902. DOI :10.1063/5.0167530.
13. Hayashi, H. (1989). Drying technologies of foods – their history and future. Drying technology, 7 (2), 315–369. DOI: 10.1080/07373938908916590.
14. Huang, X., Margulis, C. J., & Berne, B. J. (2003). Dewetting-induced collapse of hydrophobic particles. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 11953–11958 DOI :10.1073/pnas.1934837100.
15. Jun, Q., Parag, A., Daris, M. J., Rembo, M. B., & Maarten, A. L. S. (2019). A systematic analysis on tomato powder quality prepared by four conductive drying technologies. Innovative food science. Emerging technologies. 54, 103 – 112. DOI :10.1016/j.ifset.2019.03.013.
16. Kavokine, N., Netz, R. R., & Bocquet, L. (2021). Fluids at the nanoscale: from continuum to subcontinuum transport. Annual review. Fluid Mech. 53, 377–410. DOI :10.1146/annurev-fluid-071320-095958.
17. Khaing Hnin, K., Zhang, M., Mujumdar, A. S., & Zhu, Y. (2018). Emerging food drying technologies with energy-saving characteristics: a review. Drying technology, 37 (12), 1465–1480. DOI: 10.1080/07373937.2018.1510417.
18. Labai, V. Y. (1998). Teplomasoobmin [Heat and mass exchange]. Lviv: Triada-Plius.
19. Le Donne, A., Tinti, A., Amayuelas, E., Kashyap, H. K., Camisasca, G., Remsing, R. C., Roth, R., Grosu, Y. & Meloni, S. (2022). Intrusion and extrusion of liquids in highly confining media: bridging fundamental research to applications. Advanced physics. 7(1), 2052353. DOI :10.1080/23746149.2022.2052353.
20. Llavata, B., García-Pérez, J. V., Simal, S., & Cárcel, J. A. (2020). Innovative pre-treatments to enhance food drying: a current review. Current opinion in food science. 35, 20–26. DOI : 10.1016/j.cofs.2019.12.001.
21. Matthew, D. Shoulders, & Ronald, T. Raines. (2009). Collagen structure and stability. Annual review of biochemistry. 78, 929 – 958. DOI : 10.1146/annurev.biochem.77.032207.120833.
22. Molognoni, L., Daguer, H., Motta, G. E., Merlo, T. C., & Lindner, J. D. (2019). Interactions of preservatives in meat processing: formation of carcinogenic compounds, analytical methods, and inhibitory agents. Food research international. 125, 108608. DOI : 10.1016/j.foodres.2019.108608
23. Miaso ta miasni produkty. Metod vyznachennia vmistu volohy (kontrolnyi metod) [Meat and meat products. Method for determination of moisture content (control method)] (ISO 1442:1997, IDT). DSTU ISO 1442:2005. Кyiv: Derzhspozhyvstandart Ukrainy, 2007, 9 (In Ukrainian).
24. Musielak, G., Mierzwa, D., & Kroehnke, J. (2016). Food drying enhancement by ultrasound: a review. Trends in food science & technology. 56, 126–141. DOI: 10.1016/j.tifs.2016.08.003.
25. Pak, A. O. (2014). Rozrobka naukovykh osnov indukovanoho teplo masoobminu ta yoho vykorystannia v protsesakh ta obladnanni kharchovykh vyrobnytstv [Development of scientific foundations for induced heat and mass transfer and its application in the processes and equipment of food production]. Doctors thesis. Kharkiv (In Ukrainian).
26. Pohozhykh, M. I., Potapov, V. O., Pak, A. O., & Zherebkin, M. V. (2016). Enerhoefektyvni tekhnolohii ta tekhnika sushinnia kharchovoi syrovyny [Energy-efficient technologies and equipment for drying food raw materials]. Kharkiv: KhDUKhT (In Ukrainian).
27. Ramazanov, S., Skrypnyk, V., & Molchanova, N. (2015). Modeliuvannia dynamiky teploprovidnosti v protsesi dvostoronnoho zharennia miasa na osnovi neliniinoi optymizatsii [Modeling of heat conductivity dynamics in the process of twosided frying meat based nonlinear optimization]. Technological audit and production reserves. 3/3(23), 41–47 (In Ukrainian). DOI: 10.15587/2312-8372.2015.44167.
28. Remsing, R. C.,Xi, E.,Vembanur, S., Sharma, S., Debenedetti, P. G., Garde, S., & Patel, A. J. (2015). Pathways to dewetting in hydrophobic confinement. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 112, 8181–8186. DOI :10.1073/pnas.1503302112.
29. Riadh, M. H., Siti Anom, B. A., Marhaban, M. H., & Che Soh, A. (2014). Infrared heating in food drying : an overview. Drying technology. 33(3), 322 – 335. DOI : 10.1080/07373937.2014.951124.
30. Roth, V., & Kroll, K. M. (2006). Capillary evaporation in pores. Journal of. physics : condensed matter. 18, 6517–6530. DOI :10.1088/0953-8984/18/28/007;
31. Salehi, F. (2019). Recent applications and potential of infrared dryer systems for drying various agricultural products: a review. International journal of fruit science, 20 (3), 586–602. DOI: 10.1080/15538362.2019.1616243.
32. Skrypnyk, V. O., Myronov, D. A., & Latysh, V. S. (2021). Rezultaty poperednikh doslidzhen protsesu konduktyvnoho sushinnia zharenoho miasa [Results of previous research on the process of conductive drying of roasted meat]. Novi tekhnolohii i obladnannia kharchovykh vyrobnytstv. Poltava: PUET (In Ukrainian).
33. Skrypnyk, V., & Ponomarenko, B. (2022). The possibility of applying of existing methods for the fried meat drying process. Bulletin of Poltava State Agrarian Academy, (2), 287–295 (In Ukrainian). DOI: 10.31210/visnyk2022.02.34.
34. Skrypnyk, V. O., Molchanova, N. Yu., Fariseiev, A. H., & Tarasenko, D. S. (2024). Pidvyshchennia enerhetychnoi i resursnoi efektyvnosti protsesiv i aparativ konduktyvnoho zharennia miasa.[Improving the energy and resource efficiency of meat conductive roasting processes and apparatus]. Poltava: PDAU (In Ukrainian).
35. Tritt, T. M. (2005). Thermal conductivity: theory, properties, and applications. Springer science & Business media, New York.
36. Truskett, T. M., Debenedetti, P. G., & Torquato, S. (2001). Thermodynamic implications of confinement for a waterlike fluid. The journal of chemical physics. 114, 2401–2418. DOI :10.1063/1.1336569.
37. Zhang, M., Jiang, H., & Lim, R.-X. (2010). Recent developments in microwave-assisted drying of vegetables, fruits, and aquatic products – drying kinetics and quality considerations. Drying technology, 28 (11), 1307–1316. DOI: 10.1080/07373937.2010.524591.
38. Zuhaib, F. Bhat, James, D. Morton, Alaa El-Din, A. Bekhit, Sunil, K. & Hina, F. Bhat. (2021). Thermal processing implications on the digestibility of meat, fish and seafood proteins. Comprehensive reviews in food science and food safety. 20(5), 4511 – 4548. DOI : 10.1111/1541-4337.12802.