СПОСОБ НАГРЕВА УПАКОВАННОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
METHOD OF PACKED FOOD PRODUCT WARMING

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к способам использования тепловой энергии, выделившейся в результате протекания экзотермической химической реакции, для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением.
Из достигнутого уровня техники известны различные способы нагрева упакованного пищевого продукта перед его употреблением, которые основаны на использовании термического модуля. Так, в заявке на изобретение (FR-A1-№2607692, 1988) описан способ нагрева упакованного пищевого продукта, согласно которому в полости термического модуля инициируют экзотермическую химическую реакцию путем смешения находящихся в полости термического модуля реагентов в жидком и твердом состоянии, а образующуюся в процессе протекания экзотермической химической реакции нагретую парогазовую смесь сначала выводят из полости термического модуля через отверстия в его стенке, а затем воздействуют ею на нижнюю стенку упаковки с пищевым продуктом.
Известный способ имеет следующие недостатки. Во-первых, обеспечивается эффективный подвод тепла только к нижней стенке упаковки, а во-вторых, не используется тепло, аккумулированное в твердых продуктах экзотермической химической реакции.
Известен также способ нагрева упакованного пищевого продукта, взятый в качестве прототипа и включающий размещение выполненного с горловиной плоского термического модуля с реагентом в твердом состоянии и упаковки с пищевым продуктом друг относительно друга с обеспечением теплового контакта первой из двух расположенных напротив друг друга стенок упаковки с одной из двух расположенных напротив друг друга теплопередающих стенок плоского термического модуля, инициирование в полости плоского термического модуля экзотермической химической реакции путем подачи через горловину в полость плоского термического модуля реагента в жидком состоянии (см. патент US-А-№5220909, 1993).
Основной недостаток прототипа заключается в том, что нагрев упакованного пищевого продукта осуществляется за счет одностороннего подвода к нему тепловой энергии. Следствием этого является существенно неоднородное распределение температуры по объему нагреваемого пищевого продукта, а также достаточно большая продолжительность процесса нагрева всей массы пищевого продукта до температуры не ниже заданной.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению при использовании только одного плоского термического модуля двухстороннего подвода тепловой энергии к упакованному пищевому продукту. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении равномерности распределения температуры по объему нагреваемого пищевого продукта при одновременном сокращении времени нагрева его до температуры не ниже заданной (иными словами, при одновременном уменьшении длительности протекания экзотермической химической реакции).
Поставленная задача решена тем, что в способе нагрева упакованного пищевого продукта, в котором размещают выполненный с горловиной плоский термический модуль с реагентом в твердом состоянии и упаковку с пищевым продуктом друг относительно друга с обеспечением теплового контакта первой из двух расположенных напротив друг друга стенок упаковки с первой из двух расположенных напротив друг друга теплопередающих стенок плоского термического модуля, инициируют в полости плоского термического модуля экзотермическую химическую реакцию путем подачи через горловину в полость плоского термического модуля реагента в жидком состоянии, согласно изобретению используют плоский термический модуль, теплопередающие стенки которого выполнены из листового, гибкого, теплопроводящего материала и герметично соединены между собой по разомкнутому контуру с образованием заодно сообщающихся между собой горловины и полости для реагента в твердом состоянии, а длина его горловинного участка не менее чем в 1,4 раза больше толщины упаковки с пищевым продуктом, при этом в процессе протекания экзотермической химической реакции воздействуют образующейся в результате этой реакции и вытекающей через горловину нагретой парогазовой смесью на вторую стенку упаковки с пищевым продуктом путем загиба предварительно сплющенного горловинного участка плоского термического модуля вокруг бокового участка упаковки с пищевым продуктом.
Преимущество предложенного способа нагрева упакованного пищевого продукта перед прототипом заключается в том, что благодаря использованию при его осуществлении плоского термического модуля упомянутой выше конструкции обеспечивается, в процессе протекания экзотермической химической реакции, одновременный подвод тепловой энергии к расположенным напротив друг друга стенкам упаковки с пищевым продуктом. В результате более эффективного использования тепловой энергии, образующейся в результате протекания экзотермической химической реакции парогазовой смеси, обеспечивается сокращение времени нагрева упакованного пищевого продукта, более равномерное распределение температуры по его объему, а также снижается расход реагентов.
В дальнейшем, изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения упомянутого выше технического результата указанной выше совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 изображена упаковка с нагреваемым пищевым продуктом; на фиг.2 - плоский термический модуль, вид спереди; на фиг.3 - то же, вид сверху, частичный разрез; на фиг.4 - находящиеся в тепловом контакте плоский термический модуль и упаковка с пищевым продуктом; на фиг.5 - плоский термический модуль и упаковка с пищевым продуктом в процессе протекания экзотермической химической реакции; на фиг.6 - то же, при использовании кожуха из теплоизоляционного материала; на фиг.7 - то же, с теплопроводящим экраном.
Упаковка 1 с нагреваемым пищевым продуктом (фиг.1) выполнена в виде пакета из газоводонепроницаемого материала (полиэтилена, полипропилена и т.п.) с двумя расположенными напротив друг друга стенками 2 и 3.
Плоский термический модуль 4 для осуществления предложенного способа нагрева упакованного пищевого продукта (фиг.2 и 3) выполнен из двух одинаковых (предпочтительно прямоугольной формы) листов из гибкого, газоводонепроницаемого, теплопроводящего материала (алюминиевой фольги, ламистера и т.п.), которые герметично соединены между собой по разомкнутому контуру 5 (например, путем формирования термошва) с образованием заодно полости 6 с двумя расположенными напротив друг друга теплопередающими стенками 7 и 8 и сообщающейся с ней предпочтительно расширяющейся наружу горловины 9. В полости 6 плоского термического модуля 4 размещен (предпочтительно в контейнере 10 из газоводопроницаемого материала) реагент 11 в твердом состоянии, предпочтительно на основе оксида кальция. Горловинный участок 12 плоского термического модуля 4 выполняют с длиной L, которая больше толщины H упаковки 1 с нагреваемым пищевым продуктом. Предпочтительно L=(1,4-3,0)H, при этом нижний предел выбран исходя из обеспечения возможности направления нагретой парогазовой смеси вдоль поверхности второй стенки 3 упаковки 1. Выполнение же горловинного участка 12 плоского термического модуля 4 с длиной L, превышающей 3H, является нецелесообразным вследствие неоправданного увеличения материалоемкости плоского термического модуля 4.
Для обеспечения более полного использования тепла, выделившегося в результате протекания экзотермической химической реакции, упаковка 1 с пищевым продуктом и плоский термический модуль 4 размещены в полости кожуха 13 из теплопроводящего материала (алюминиевой фольги, ламистера) фиг.5 либо в полости кожуха 14 из теплоизоляционного материала (пропитанной бумаги, картона, фиг.6). В первом случае целесообразно обеспечить теплоизоляцию второй теплопередающей стенки 8 плоского термического модуля 4 путем размещения между ней и расположенной напротив нее стенкой кожуха 13 прокладки 15 из теплоизоляционного материала (фиг.5). Во втором случае целесообразно использовать экран 16 из теплопроводящего материала, который охватывает упаковку 1 с пищевым продуктом и плоский термический модуль 4 с обеспечением образования щелевого канала 17 между ним и второй стенкой 3 упаковки 1 с пищевым продуктом, а также теплового контакта между экраном и второй теплопередающей стенкой 8 плоского термического модуля 4 (фиг.7). Экран 16 может быть выполнен заодно с плоским термическим модулем 4. Вытекающая из горловины 9 нагретая парогазовая смесь схематично показана прерывистыми стрелками 18.
Способ нагрева упакованного пищевого продукта осуществляется следующим образом. Упаковку 1 с пищевым продуктом (фиг.1) и плоский термический модуль 4 (фиг.2 и 3) размещают друг относительно друга с обеспечением теплового контакта между первой стенкой 2 (из двух расположенных напротив друг друга стенок 2 и 3) упаковки 1 с пищевым продуктом и первой теплопередающей стенкой 7 (из двух расположенных напротив друг друга теплопередающих стенок 7 и 8) плоского термического модуля 4. Иными словами, вплотную друг к другу, как показано на фиг.4. При этом используют плоский термический модуль 4, теплопередающие стенки 7 и 8 которого выполнены из листового, гибкого, теплопроводящего материала (алюминиевой фольги, ламистера) и герметично соединены между собой по разомкнутому контуру 5 с образованием заодно полости 6 и сообщающейся с ней горловины 9 (фиг.2), а длина L горловинного участка 12 не менее чем в 1,4 раза больше толщины H упаковки 1 с пищевым продуктом. В полости 6 плоского термического модуля 4 инициируют экзотермическую химическую реакцию между находящимся в ней реагентом 11 в твердом состоянии (в предпочтительном варианте осуществления способа используют однородную смесь оксида кальция с безводным силикагелем при содержании безводного силикагеля в количестве одной части на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция) и реагентом в жидком состоянии (водой), который через горловину 9 подают в полость 6 плоского термического модуля 4 (на фиг.4 сплошной стрелкой показано направление подачи воды). После этого размер отверстия горловинного участка 12 плоского термического модуля 4 уменьшают до минимально возможного значения путем приложения к его стенкам направленных навстречу друг к другу усилий, а затем сплющенный горловинный участок 12 плоского термического модуля 4 загибают (по возможности прижимая его к внешней поверхности упаковки 1 с пищевым продуктом) вокруг ее бокового участка (фиг.5-7). Тепло, выделяющееся в процессе протекания экзотермической химической реакции, сначала через первую теплопередающую стенку 7 плоского термического модуля 4, а затем через первую стенку 2 упаковки 1 передается находящемуся в ней пищевому продукту. В процессе протекания экзотермической химической реакции образуется также нагретая парогазовая смесь, под действием давления которой в загнутом и сплющенном горловинном участке 12 плоского термического модуля образуется горловина в виде щелевого канала. В результате обеспечивается воздействие образующейся в результате экзотермической химической реакции и вытекающей через горловину нагретой парогазовой смеси 18 на вторую стенку 3 упаковки 1 с пищевым продуктом. При контакте нагретой парогазовой смеси 18 с имеющей более низкую температуру второй стенкой 3 упаковки 1 с пищевым продуктом происходит процесс теплоотдачи, сопровождающийся интенсивной конденсацией водяного пара. Таким образом, с помощью одного плоского термического модуля 4 обеспечивается одновременный подвод тепла к обеим расположенным напротив друг друга стенкам 2 и 3 упаковки 1 с пищевым продуктом, что позволяет уменьшить неравномерность распределения температуры по объему нагреваемого пищевого продукта, а также уменьшить время нагрева его до температуры не ниже заданной.
Для обеспечения более полного использования тепловой энергии, выделившейся в результате протекания экзотермической химической реакции (в том числе и за счет уменьшения потерь тепла в окружающую среду), упаковку 1 с пищевым продуктом и плоский термический модуль 4 размещают либо в кожухе 18 из теплопроводящего материала (фиг.5), либо в кожухе 14 из теплоизоляционного материала (фиг.6 и 7). Действительно, в результате образования щелевого канала либо между второй стенкой 3 упаковки 1 с пищевым продуктом и стенкой соответственно кожухов 13 и 14 (фиг.5 и 6), либо щелевого канала 17 (фиг.7) обеспечивается контакт вытекающей из горловины нагретой парогазовой смеси по всей длине упаковки 1 с пищевым продуктом. Иными словами, обеспечивается увеличение площади поверхности, через которую происходит теплоотдача. Этому же способствует выполнение горловины 9, расширяющейся наружу. Здесь необходимо отметить, что теплоотдача, сопровождающаяся интенсивной конденсацией водяного пара, позволяет существенно уменьшить давление внутри кожухов 13 и 14, а следовательно, существенно снижаются требования к прочностным параметрам этих кожухов.
Преимущества предложенного способа нагрева упакованного пищевого продукта были подтверждены и экспериментально путем нагрева двух одинаковых упаковок 1 с пищевым продуктом (плов) массой 220 грамм с помощью одинаковых плоских термических модулей 4 с реагентом 11 в твердом состоянии в виде однородной смеси 50 г оксида кальция и 10 г безводного силикагеля марки МСКМ. В обоих случаях экзотермическая химическая реакция инициировалась подачей через горловину 9 в полость 6 каждого плоского термического модуля 50 мл воды. Отличие состояло лишь в том, что в первом случае после сплющивания горловинный участок 12 плоского термического модуля 4 загибался, как показано на фиг.5, а во втором случае - нет. В процессе протекания экзотермических химических реакций измерялась температура первой 2 и второй 3 стенок каждой упаковки 1 с пищевым продуктом. Временная зависимость температуры первой стенки 2 первой упаковки 1 с пищевым продуктом незначительно отличалась от временной зависимости температуры первой стенки второй упаковки 1 (не более чем на 3%).
Что касается временной зависимости температуры второй стенки 3 первой упаковки, то она существенно отличалась от временной зависимости температуры второй стенки 3 второй упаковки. Так, через 2 минуты после начала эксперимента температура второй стенки первой упаковки отличалась от температуры второй стенки второй упаковки на 17°С. Через пять минут после начала эксперимента эта разница составляла уже 29°С. Через 10 минут после начала эксперимента температура первой и второй стенок первой упаковки равнялась соответственно 81°С и 79°С, а температура первой и второй стенок второй упаковки равнялась соответственно 79°С и 58°С.
Таким образом, промышленная применимость изобретения подтверждается возможностью реализации его с использованием известных материалов.