Equivalent similarity numbers determination for describing the heat conduction process of meat products during baking | Определение эквивалентных чисел подобия для описания процесса теплопроводности при запекании мясных изделий

English. The process of heating meat products during baking can be described on the base of the transient heat conduction theory. However, when determining the Fourier (Fo) and Bio (Bi) similarity numbers, the problem arises: how to account the variability in the thermal and physical characteristics (TPCs) of biological material? The TPCs of meat products during heating change according to complex laws; it is caused by the thermal effects of phase and physicochemical changes. As a result of the theoretical studies performed, a procedure for determining the equivalent Fourier and Bio numbers is suggested, considering the combined change in the TPCs of the surface and internal layers of meat products during baking. Experiments were conducted to evaluate the efficiency of the technique developed. The minced meat samples differ in the fat and moisture ratio (wet defatted and low moisture fatty) were used. The samples were formed as canonical shaped bodies such as one-dimensional plates and cylinders. Heat treatment was carried out in a convection apparatus providing direct contact of the product with heated air, which was achieved by using rod cassettes. Equivalent values of TPCs were calculated for the selected materials. The results of the experimental studies were presented in the form of graphical dependencies on nondimensional using equivalent and variable values of TPCs. The obtained curves form practically straight lines for both variants of accounting for TPCs characteristic of the steady regime of transient heat conduction. Comparison of the data shows that when using equivalent TPC values, the convergence of the experimental points is higher than when using variable TPC values. The technique developed can be effectively used in describing the process of heating meat products during baking in the temperature range of 160 to 240 °C.

Russian. Процесс нагревания мясопродуктов при их запекании может быть описан на основе применения теории нестационарной теплопроводности. Однако при определении чисел подобия Фурье (Fо) и Био (Bi) возникает проблема учета переменности теплофизических характеристик (ТФХ) биологического материала. Изменение ТФХ мясопродуктов при нагревании протекает по сложным законам, что вызвано тепловыми эффектами фазовых и физико-химических изменений. В результате проведенных теоретических исследований предложена методика определения эквивалентных чисел Фурье и Био, учитывающая совокупное изменение ТФХ поверхностных и внутренних слоев мясных изделий при запекании. Для оценки эффективности предлагаемой методики проведены эксперименты на образцах измельченного мяса, различающихся по соотношению жира и влаги в составе (влажный обезжиренный и маловлажный жирный). Образцы формировали в виде тел канонических форм – одномерных пластины и цилиндра. Термообработку проводили в конвекционном аппарате при прямом контакте продукта с нагретым воздухом, что достигалось за счет использования стержневых кассет. Для выбранных материалов рассчитывали эквивалентные значения ТФХ. Результаты экспериментальных исследований представляли в виде графических зависимостей от безразмерной с использованием эквивалентных и переменных значений ТФХ. Полученные кривые образуют практически прямые линии для обоих вариантов учета ТФХ, характерные для регулярного режима нестационарной теплопроводности. Сравнение данных показывает, что при использовании эквивалентных значений ТФХ сходимость экспериментальных точек более высокая, чем при использовании переменных значений ТФХ. Разработанная методика может эффективно применяться при описании процесса нагревания мясопродуктов при запекании в диапазоне температур от 160 до 240 °С.