СПОСОБ НАГРЕВА ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
METHOD OF FOOD PRODUCT WARMING

Изобретение относится к основанным на экзотермических химических реакциях способам получения тепловой энергии для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением.
2
Из достигнутого уровня техники известен способ нагрева пищевого продукта, включающий размещение одновременно нагреваемых пищевых продуктов на внешней поверхности соответствующих стенок реакционной камеры, инициирование в реакционной камере экзотермической химической реакции путем подачи порции реагента в жидком состоянии на находящийся в полости реакционной камеры реагент в твердом состоянии, нагрев пищевых продуктов, находящихся в тепловом контакте со стенками реакционной камеры, теплом, выделяющимся в результате экзотермической химической реакции, при этом в качестве реагента в жидком состоянии используют воду, а в качестве реагента в твердом состоянии - СаО или NaO (см. патент US-А- №3512516, 1970).
Основные недостатки известного способа. Реагент в твердом состоянии может быть использован только однократно, а количество генерируемой тепловой энергии ограничено количеством реагента в твердом состоянии, которое находится в полости реакционной камеры. Кроме того, подвод тепла, выделяющегося в результате экзотермической химической реакции, к нагреваемым пищевым продуктам посредством теплопередачи через стенку редакционной камеры не обеспечивает высокой эффективности использования полученной в результате экзотермической химической реакции тепловой энергии. Здесь следует отметить, что под одноразовостью понимается невозможность многократного использования реагента в твердом состоянии без дополнительной предварительной его тепловой обработки перед каждым использованием.
Известен также способ нагрева пищевого продукта, взятый в качестве прототипа и включающий размещение одновременно нагреваемых пищевых продуктов в полости, сообщающейся с полостью реакционной камера, инициирование в реакционной камере экзотермической химической реакции путем подачи порции реагента в жидком состоянии на находящийся в полости реакционной камеры реагент в твердом состоянии, нагрев пищевых продуктов за счет теплообмена (теплоотдачи) между упакованными или не упакованными пищевыми продуктами и нагретыми газообразными продуктами экзотермической химической реакции, при этом в качестве реагента в жидком состоянии используют воду, а в качестве реагента в твердом состоянии - окись кальция (см. патент ЕР-В1-№412159, 1968).
Прототип имеет те же основные недостатки, что и описанный выше аналог, а именно: одноразовость использования реагента в твердом состоянии и зависимость количества генерируемой в результате протекания экзотермической химической реакции от количества реагента в твердом состоянии.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению более высоких эксплуатационных возможностей (параметров) способа нагрева пищевого продукта. Достигаемый при этом технический результат заключается в возможности многократного использования реагента в твердом состоянии (без его дополнительной тепловой обработки), а также в возможности получения количества тепла, которое не зависит от его количества в полости реакционной камеры.
Согласно первому варианту осуществления изобретения поставленная задача решена тем, что в способе нагрева пищевого продукта, включающем инициирование в реакционной камере экзотермической химической реакции путем подачи порции реагента в жидком состоянии на находящийся в полости реакционной камеры реагент в твердом состоянии, подвод тепла, выделяющегося в результате экзотермической химической реакции, к нагреваемому количеству пищевого продукта, согласно изобретению в качестве реагента в жидком состоянии используют водный раствор перекиси водорода, а в качестве реагента в твердом состоянии - гидроксид кальция.
Кроме того, поставленная задача решена тем, что
- после окончания экзотермической химической реакции удаляют из полости реакционной камеры жидкие продукты этой реакции, а нагрев следующего количества пищевого продукта осуществляют путем подачи в полость реакционной камеры следующей порции водного раствора перекиси водорода;
- осуществляют многопорционную подачу водного раствора перекиси водорода в полость реакционной камеры, при этом подачу каждой очередной порции осуществляют при уменьшении температуры в реакционной камере до заранее заданного значения;
- перед подачей в полость реакционной камеры каждой очередной порции водного раствора перекиси водорода удаляют из полости реакционной камеры жидкие продукты предшествующей экзотермической химической реакции.
Согласно второму варианту осуществления изобретения поставленная задача решена тем, что в способе нагрева пищевого продукта, включающем инициирование в реакционной камере экзотермической химической реакции путем подачи порции реагента в жидком состоянии на находящийся в полости реакционной камеры реагент в твердом состоянии, подвод тепла, выделившегося в результате экзотермической химической реакции, к нагреваемому количеству пищевого продукта, причем в качестве реагента в твердом состоянии используют оксид кальция, согласно изобретению в качестве реагента в жидком состоянии используют водный раствор перекиси водорода.
Кроме того, поставленная задача решена тем, что
- используют реагент в твердом состоянии, дополнительно содержащий безводный силикагель в количестве 1 части на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция;
- используют реагент в твердом состоянии в виде произвольной смеси оксида и гидроксида кальция;
- после окончания экзотермической химической реакции удаляют из полости реакционной камеры жидкие продукты этой реакции, а нагрев следующего количества пищевого продукта осуществляют путем подачи в полость реакционной камеры следующей порции водного раствора перекиси водорода;
- осуществляют многопорционную подачу водного раствора перекиси водорода в полость реакционной камеры, при этом подачу каждой очередной порции осуществляют при уменьшении температуры в реакционной камере до заранее заданного значения;
- перед подачей в полость реакционной камеры каждой очередной порции водного раствора перекиси водорода удаляют из полости реакционной камеры жидкие продукты предшествующей экзотермической химической реакции.
Преимущество предложенного способа нагрева пищевого продукта, по сравнению с прототипом, заключается в том, что в обоих вариантах осуществления изобретения обеспечивается возможность многократного использования находящегося в полости реакционной камеры реагента в твердом состоянии без дополнительной его тепловой обработки. Кроме того, при многопорционной подаче водного раствора перекиси водорода обеспечивается генерация требуемого количества тепла вне зависимости от количества находящегося в полости реакционной камеры реагента в твердом состоянии. Дополнительный технический результат достигается при осуществлении второго варианта изобретения. Этот результат заключается в увеличении количества тепла, генерируемого при подаче в полость реакционной камеры первой порции водного раствора перекиси водорода по сравнению с тем количеством тепла, которое генерируется при взаимодействии оксида кальция с водой.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной выше совокупностью существенных признаков ожидаемого технического результата.
На фиг.1 схематично изображено устройство для осуществления предложенного способа, первый пример, продольный разрез; на фиг.2 - то же, второй пример; на фиг.3 - зависимости А-Д температуры - Т в реакционной камере от времени - t при различной концентрации перекиси водорода; на фиг.4 - зависимость температуры - Т в реакционной камере от времени - t при многопорционной подаче реагента в жидком состоянии (первый вариант способа); на фиг.5 - то же (второй вариант способа).
В большинстве практически важных случаев нагрев пищевых продуктов перед их употреблением осуществляется либо, преимущественно, за счет процесса теплопередачи, либо, преимущественно, за счет процесса теплоотдачи. На фиг.l схематично изображено устройство для осуществления предложенных вариантов способа нагрева пищевого продукта, в котором (как и в упомянутом выше патенте США) нагрев пищевых продуктов осуществляется, преимущественно, за счет процесса теплопередачи. Это устройство содержит корытообразный корпус 1 реакционной камеры с верхней стенкой 2 и дном 3. Корпус 1 снабжен сливным патрубком 4 с запорным органом 5, например краном. Устройство содержит также верхнюю крышку 6, предпочтительно из теплоизоляционного материала, и воронку 7, при этом крышка 6 с возможностью съема установлена на боковой стенке корпуса 1, а воронка 7 соединена с корпусом 1 посредством сильфона 8. В полости реакционной камеры, на средней части дна 3 размещен контейнер 9 с газоводопроницаемыми стенками (например, из газоводопроницаемой стеклоткани), предпочтительно плоской формы в полости которого размещен реагент в твердом состоянии, в качестве которого используют: гидроксид кальция, оксид кальция, однородную смесь оксида кальция с безводным силикагелем в соотношении (3,0-6,0):1, или смесь оксида кальция с гидроксидом кальция в произвольном соотношении. В предпочтительном примере выполнения устройства в полости реакционной камеры размещено приспособление для отжима контейнера 9 от жидких продуктов экзотермической химической реакции. В простейшем случае упомянутое выше приспособление выполнено в виде плоской решетки 10, которая с одной стороны шарнирно закреплена на внутренней поверхности боковой стенки контейнера 1, а с другой стороны с помощью кулисного механизма связана с нижним концом стержня 11, верхний конец которого жестко соединен с воронкой 7. Плоская решетка 10 размещена над контейнером 9 с возможностью взаимодействия с ним при нажатии пользователем на воронку 7. Сверху верхней стенки 2 реакционной камеры размещен, предпочтительно, упакованный пищевой продукт 12.
'
'
Устройство для осуществления предложенных вариантов способа нагрева пищевого продукта, схематично изображенное на фиг.2, обеспечивает, как и в прототипе, нагрев пищевых продуктов, преимущественно, за счет процесса теплоотдачи. Это устройство отличается от описанного выше тем, что верхняя стенка 2 реакционной камеры выполнена с выступами 13 (или гофрами) и отверстиями 14 для прохода нагретых газообразных продуктов экзотермической химической реакции из полости реакционной камеры в сообщающуюся с ней полость с нагреваемым пищевым продуктом. Кроме того, верхняя крышка 6 также выполнена с отверстиями 15 для выхода наружу газообразных продуктов экзотермической химической реакции. Воронка 7 соединена с корпусом 1 с помощью патрубка 16 с запорным органом 17, например краном. Что касается приспособления для отжима контейнера 9 от жидких продуктов экзотермической химической реакции, то оно на фиг.2 не показано.
Способ нагрева пищевого продукта осуществляется следующим образом. Предварительно в полости реакционной камеры размещают реагент в твердом состоянии, при этом согласно первому варианту в качестве реагента в твердом состоянии используют гидроксид кальция, а согласно второму варианту в качестве реагента в твердом состоянии используют оксид кальция, или однородную смесь оксида кальция с безводным силикагелем, взятым в количестве 1 части на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция, или произвольную смесь оксида и гидроксида кальция. В качестве безводного силикагеля (иными словами силикагеля, из которого нагреванием до температуры 150-200°С удалена адсорбированная на поверхности его зерен вода) может быть использован силикагель технический (ГОСТ 3956-76) марки МСКМ, КСКГ или КСКМГ. Предпочтительно реагент в твердом состоянии помещают в контейнер 9 с газоводопроницаемыми стенками, который размещают на средней части дна 3 корпуса 1. Нагреваемое количество пищевого продукта 12 размещают на верхней стенке 2 или 2' реакционной камеры и закрывают соответственно верхней крышкой 6 или 6'.
Далее, в реакционной камере инициируют экзотермическую химическую реакцию путем подачи через воронку 7 порции реагента в жидком состоянии на находящийся в контейнере 9 (который находится в полости реакционной камеры) реагент в твердом состоянии. В обоих вариантах осуществления настоящего изобретения в качестве реагента в жидком состоянии используют водный раствор перекиси (пероксид) водорода (ГОСТ 177-88). Водный раствор перекиси водорода, пройдя сначала через поры в стенках контейнера 9, поступает в полость контейнера 9, заполненную реагентом в твердом состоянии.
При осуществлении первого варианта способа нагрева пищевого продукта результатом реакций, протекающих вследствие взаимодействия перекиси водорода с гидроксидом кальция, является регенерация гидроксида кальция и разложение перекиси водорода на воду и кислород. Следовательно, количество генерируемого тепла при взаимодействии перекиси водорода с гидроксидом кальция будет зависеть от прореагировавшего количества перекиси водорода. Иными словами, от концентрации перекиси водорода в жидком реагенте.
Действительно, из приведенных на фиг.3 температурно-временных зависимостей А-Д (каждая из которых получена усреднением результатов 10-12 опытов и соответствует температуре в реакционной камере при взаимодействии гидроксида кальция (70 г) с водным раствором перекиси водорода (35 мл) различной концентрации, а именно концентрация перекиси водорода, вес.%, равна соответственно для зависимостей: А-3, Б-10, В-15, Г-25 и Д-36) следует, что увеличение концентрации перекиси водорода приводит к увеличению температуры в реакционной камере в течение всего реакционного процесса. Однако при концентрации перекиси водорода меньше 3 вес.% максимальная температура в реакционной камере не превышает 70°С, что в ряде случаев может оказаться недостаточной для нагрева некоторых видов пищевых продуктов. С другой стороны, при концентрациях перекиси водорода, превышающих 25 вес.%, рост температуры в реакционной камере с увеличением концентрации перекиси водорода замедляется. Поэтому использование в качестве реагента в жидком состоянии водного раствора перекиси водорода с концентрацией более 38 вес.% является неоправданным, если принять во внимание также и то обстоятельство, что при концентрациях перекиси водорода, превышающих это значение, ужесточаются требования к хранению и применению этих растворов.
Тепло, выделившееся в результате протекания экзотермической химической реакции, приводит к нагреву стенок реакционной камеры (фиг.1). При этом происходит за счет теплопередачи нагрев упакованного пищевого продукта 12, находящегося в тепловом контакте с верхней стенкой 2 реакционной камеры. Что касается нагретых газообразных продуктов реакции, то избыточное их количество беспрепятственно удаляется из реакционной камеры через отверстие в воронке 7.
'
В случае, представленном на фиг.2, после подачи в реакционную камеру порции реагента в жидком состоянии запорный орган 17 патрубка 16 переводят в закрытое состояние. При этом образующиеся в результате экзотермической химической реакции нагретые газообразные продукты через отверстия 14 поступают в полость, в которой находится нагреваемый пищевой продукт 12. Происходит нагрев пищевого продукта 12 за счет теплообмена с нагретыми газообразными продуктами реакции, избыточное количество которых через отверстия 15 в крышке 6 поступают наружу.
Как уже отмечалось выше, в результате взаимодействия перекиси водорода с гидроксидом кальция происходит его регенерация, иными словами, восстановление гидроксида кальция. Таким образом, реагент в твердом состоянии, находящийся в реакционной камере может быть многократно использован. Для этого после окончания экзотермической химической реакции вынимают нагретый пищевой продукт 12 и удаляют из полости реакционной камеры жидкие продукты реакции путем открытия запорного органа 5 сливного патрубка 4. Для обеспечения более полного удаления жидких продуктов реакции прикладывают усилие к воронке 7. При этом сильфон 8 сжимается, а стержень 11 перемещается вниз. Так как нижний конец стержня 11 связан с решеткой 10 с помощью кулисного механизма, то при перемещении стержня 11 происходит поворот шарнирно закрепленной решетки 10 и взаимодействие ее с контейнером 9. Происходит отжим контейнера 9 от жидких продуктов реакции. Эту операцию повторяют несколько раз, что обеспечивает хороший отжим контейнера 9 с находящимся в нем реагентом в твердом состоянии от жидких продуктов реакции. После этого на верхнюю стенку 2 реакционной камеры помещают следующее количество пищевого продукта 12, закрывают крышку 6 и подают в полость реакционной камеры следующую порцию водного раствора перекиси водорода. Нагрев следующего количества пищевого продукта происходит аналогично тому, как описано выше.
Следует отметить, что наличие в контейнере 9 жидких продуктов предшествующей реакции приводит к снижению концентрации перекиси водорода в непосредственно взаимодействующем с гидроксидом кальция раствором по сравнению с концентрацией перекиси водорода в очередной порции водного раствора перекиси водорода, подаваемой через воронку 7. Следствием вышесказанного является снижение температуры в реакционной камере при повторном использовании реагента в твердом состоянии, но, как показали эксперименты, не более чем на 4-5°С при сохранении той же формы теплового импульса (фиг.3).
Нагрев пищевого продукта 12 может быть осуществлен также путем многопорционной подачи водного раствора перекиси водорода в полость реакционной камеры, при этом подачу каждой очередной порции водного раствора перекиси водорода осуществляют при уменьшении температуры в реакционной камере до заранее заданного значения. В этом случае временная зависимость температуры в реакционной камере имеет вид, показанный на фиг.4. Эти результаты получены при взаимодействии 100 мл водного раствора перекиси водорода (38 вес.%) с 130 г гидроксида кальция. Достигаемый при этом технический результат заключается в возможности нагрева пищевого продукта 12 до требуемой температуры вне зависимости от его начальной температуры (так пищевой продукт 12 в исходном состоянии может быть замороженным) и массы. Дело в том, что при многопорционной подаче водного раствора перекиси водорода количество генерируемой тепловой энергии пропорционально числу порций водного раствора перекиси водорода, подаваемых в полость реакционной камеры, при этом каких-либо ограничений на число порций не накладывается. В предпочтительном случае осуществления изобретения перед подачей в полость реакционной камеры каждой очередной порции водного раствора перекиси водорода из реакционной камеры и из контейнера 9 с реагентом в твердом состоянии удаляют жидкие продукты экзотермической химической реакции.
Как следует из фиг.3, на начальной стадии процесс взаимодействия перекиси водорода с гидроксидом кальция протекает достаточно медленно. При осуществлении второго варианта предложенного способа этот недостаток частично устраняется при подаче в полость реакционной камеры первой порции водного раствора перекиси водорода. Согласно второму варианту предложенного способа нагрева пищевого продукта в качестве реагента в твердом состоянии используют оксид кальция. В этом случае тепловой эффект обусловлен, с одной стороны, теплом, выделившимся в результате протекания реакции гидролиза оксида кальция, а с другой стороны, взаимодействием перекиси водорода с гидроксидом кальция, который образуется в результате гидролиза оксида кальция. Это приводит к существенному увеличению количества тепла, выделившегося при подаче первой порции водного раствора перекиси водорода в реакционную камеру, при этом максимальное значение температуры в реакционной камере составляет 190-200°С; при концентрации перекиси водорода 10 вес.%, 250-260°С при концентрации перекиси водорода 20 вес.% и 350-360°С при концентрации перекиси водорода 30 вес.%. Это приводит к необходимости выполнения стенок реакционной камеры из достаточно термостойкого материала, что в ряде случаев является экономически не выгодным.
Использование же в качестве реагента в твердом состоянии однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,0-5,0 вес. частей оксида кальция позволило уменьшить максимальную температуру в реакционной камере соответственно при верхнем и нижнем пределах содержания безводного силикагеля в смеси до 100°С и 150°С без снижения выделившегося количества тепла вследствие увеличения длительности реакции гидролиза оксида кальция.
Поскольку конечным продуктом реакции гидролиза оксида кальция является гидроксид кальция, то при повторном использовании реагента в твердом состоянии полученные результаты (фиг.5) ничем не отличаются от описанных выше (фиг.4). Эти результаты получены при взаимодействии на первом этапе порции 100 мл водного раствора перекиси водорода (38 вес.%) с однородной смесью, содержащей 100 г оксида кальция и 20 г безводного силикагеля. При повторном использовании реагента в твердом состоянии аналогично тому, как было описано выше удаляют из полости реакционной камеры жидкие продукты закончившейся экзотермической химической реакции, а нагрев следующего количества пищевого продукта осуществляют путем подачи в полость реакционной камеры следующей порции (100 мл) водного раствора перекиси водорода (38 вес.%).
При многопорционной и подаче водного раствора перекиси водорода в реакционную камеру (фиг.5), подачу каждой очередной порции осуществляют при уменьшении температуры в реакционной камере до заранее заданного значения, в предпочтительном случае осуществления второго варианта способа нагрева пищевого продукта перед подачей в полость реакционной камеры каждой очередной порции водного раствора перекиси водорода удаляют из полости реакционной камеры жидкие продукты предшествующей экзотермической химической реакции.
Как следует из вышесказанного в качестве реагента в твердом состоянии может быть использована также и произвольная смесь оксида кальция с гидроксидом кальция, содержащая или не содержащая безводный силикагель. При этом при изменении содержания гидроксида кальция в смеси, например, от 0,1 до 99,9 вес.% зависимость температуры в реакционной камере от времени при подаче в нее первой порции водного раствора перекиси водорода будет лежать в заштрихованной на фиг.5 области между верхней кривой, соответствующей использованию реагента в твердом состоянии в виде однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем, и нижней (штриховой) кривой, соответствующей использованию в качестве реагента в твердом состоянии гидроксида кальция.
Предложенный способ может быть использован для нагрева пищевых продуктов до требуемой температуры вне зависимости от их начальной температуры, которая может иметь и отрицательное значение, а также от их массы. Кроме того, на основе этого способа могут быть созданы устройства для нагрева пищевых продуктов многоразового использования, при этом расходным материалом является только реагент в жидком состоянии - водный раствор перекиси водорода.