Непрерывный мониторинг деградации фритюрного масла в промышленных фритюрницах

Жарка - один из старейших и самых популярных способов приготовления. Масло для жарки стоит дорого, и его нагрев требует значительных затрат энергии, поэтому экономия на жарке требует повторного использования масла во фритюрнице для нескольких партий. Доказано, что многократное использование масла для жарки опасно из-за химического разложения, которое также ухудшает характеристики масла для жарки (Liu, M. et al., 2016). Оценка и надлежащее обращение с отработанным маслом для жарки является предметом серьезной озабоченности для органов здравоохранения, производителей продуктов питания и потребителей. Обеспечение безопасных и здоровых жареных продуктов при одновременном контроле затрат - это путь к устойчивому бизнесу для пищевых компаний.

Почему портится масло для жарки?

Наиболее частыми химическими реакциями, происходящими в процессе жарки, являются гидролиз, полимеризация и окисление, термическое изменение. В результате этих реакций образуется значительное количество вредных соединений, таких как полимеры и кетоны, которые значительно изменяют качество масла для жарки. Полученные соединения термоксидирования заслуживают внимания, поскольку окислительный стресс связан с различными дегенеративными процессами и заболеваниями, например, мутагенезом, трансформацией клеток и раком, атеросклерозом, сердечными приступами и хроническими воспалительными заболеваниями (Liu, M. et al., 2016).

В большинстве случаев деградация масла для жарки оценивается на основании визуального осмотра. Например, повара / заводские инженеры используют свой опыт, чтобы решить, когда отказаться от масла из-за чрезмерного пенообразования, запаха, курения, изменения цвета, а также путем дегустации пищевых продуктов. Однако эти методы ненадежны из-за их субъективного характера, и эти параметры могут проявиться только тогда, когда масло уже стало небезопасным для повторного использования.

Как промышленные фритюрницы контролируют и управляют маслом для жарки?

В промышленной жарке специалисты по качеству могут контролировать ряд химических параметров во время жарки, чтобы поддерживать оптимальное качество. Более того, контроль качества фритюрного масла крайне важен для предотвращения неприятных последствий для готовых закусок, которые могут повлиять не только на вкус, но и на здоровье потребителей.

Производственные предприятия обычно имеют систему фильтрации, которая предназначена для продления срока службы масла при значительном сокращении затрат. Тем не менее, по-прежнему важно определить параметры, которые указывают на прогрессирующую деградацию масла в результате того, что физические и химические свойства жареного масла и жира имеют тенденцию значительно изменяться после интенсивного использования.

Какой показатель качества используют фритюрницы для оптимизации жарки?

Инженеры этих предприятий пищевой промышленности задаются вопросом: какой химический индекс масла для жарки лучше всего использовать при разработке и реализации программы по обеспечению качества жареной пищи? Есть много разных индексов, которые используются, например:

• Свободная жирная кислота (кислотное число)
• Всего полярных материалов (TPM)
• Полимеризованный триглицерид
• Сериалы
• Ловибонд цвет
• Анизидиновое значение
• Значение перекиси
• Индекс стабильности масла (OSI)

Физические показатели, такие как температура дыма, цвет, вкус, запах, стойкость пены и вязкость, используются для оценки качества масла для жарки.

Источник: «Емкостный сенсорный зонд для оценки деградации масла для жарки» - https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

Крупные транснациональные корпорации в сфере ресторанного и промышленного жарения вложили много денег, чтобы установить прямую связь между химическими параметрами масла во фритюрницах и качеством жареной пищи. Это означает, что операторы должны не только контролировать различные параметры разлагающегося масла, они должны соотносить эти параметры с сенсорным качеством пищи.

Производители оборудования работают со своими клиентами, чтобы установить конечные точки для удаления масла. За прошедшие годы было внедрено множество различных тестовых систем, но очень немногие из них нашли применение в сфере общественного питания и промышленных фритюрницах, потому что немногие потенциальные пользователи возьмут на себя обязательство определять конечные точки качества пищевых продуктов. Для этого требуется исследование жарки, которое является дорогостоящим, требует много времени и часто требует внешнего опыта для проведения сенсорных исследований и надлежащего анализа данных.

Йодное число (IV) используется для оценки пригодности масел. Гарба и др. сообщили, что масло с высоким индексом вязкости показало плохие характеристики из-за реакций окисления липидов и образования гидропероксида между ненасыщенными жирными кислотами и кислородом. Кроме того, свободные жирные кислоты (FFA), полимерные триглицериды, анизидиновое число (AV) и полимеризованный и окисленный материал (POM) широко используются в качестве показателей качества масла для жарки, но сами по себе не являются решающими.

В частности, увеличение вязкости во время многократного обжаривания было определено некоторыми исследователями как фактор, ответственный за увеличение поглощения масла жареными продуктами (Guillaumin, 1988; Moreira et al., 1997). Кроме того, можно ожидать, что изменения вязкости и плотности среды для жарки во время повторного обжаривания повлияют на удаление всплывающих пузырьков с поверхности пищевого продукта и, следовательно, на конвективный перенос тепла от масла к пищевому продукту, который подвергается жарке.

Вязкость очень хорошо коррелирует с другими химическими индикаторами, такими как FFA, POM, TPC, Lovibond Color Value, что было продемонстрировано различными исследованиями, некоторые из которых показаны ниже.

Вязкость и TPC

Рисунок 1 - Отображение тенденции измерения TPC и вязкости (также емкостных измерений) с увеличением времени нагрева. Источник: «Емкостный сенсорный зонд для оценки деградации масла для жарки» - https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

Вязкость и корреляция с цветным значением Ловибонда, свободной жирной кислотой (FFA), полимеризованным и окисленным материалом (POM)

Рисунок 2 - Измерения с (a) красным цветом Значение Ловибонда (b) FFA (c) POM (d) Вязкость (полоса пропускания) с увеличением времени нагрева. Источник: «Разработка и оценка нового датчика для оценки качества масла для жарки на месте» - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Рисунок 3 - Тенденции вязкости (полосы пропускания) и цвета по Ловибонду. Источник: «Разработка и оценка нового датчика для оценки качества масла для жарки на месте» - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Рисунок 4 - Вязкость (полоса пропускания) и тренды свободных жирных кислот. Источник: «Разработка и оценка нового датчика для оценки качества масла для жарки на месте» - https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Исследования, показывающие, как вязкость изменяется со временем нагрева

Исследователи провели регрессионный анализ (https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021), чтобы изучить зависимость вязкости от количества партий жарки. Анализ показал, что для высокой нагрузки при жарке вязкость связана с номером партии жарки в соответствии с полиномиальным уравнением второго порядка.

Линейный регрессионный анализ для типов масла (пальмовое и оливковое масло) показал, что вязкость масла во время жарки и нагревания является функцией вязкости свежего масла и концентрации различных классов полимерных соединений, образующихся в процессе жарки и нагревания. Это уравнение справедливо также для других типов масла при условии, что те же классы соединений образуются во время жарки и нагревания.

Рисунок 5 - Согласно исследованию, эволюция вязкости со временем нагрева следовала полиномиальной функции второго порядка. Источник: «Влияние повторной жарки на вязкость, плотность и динамическое межфазное натяжение пальмового и оливкового масла» - https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021

Вязкость и содержание триглицеридов

Исследования и экспериментальные данные (Olivares-Carrillo et al., 2014) показывают, что основные химические реакции, которые происходят во время жарки во фритюре, - это разрыв некоторых триглицеридов и аддитивная полимеризация триглицеридов, содержащих цепи жирных кислот C18: 2 и C18: 3, последняя реакция ответственна за наблюдаемое резкое увеличение вязкости.

Вязкость является отличным показателем для отслеживания потери содержания триглицеридов, вызванной процессами жарки во фритюре. Исследователи установили количественную связь между содержанием триглицеридов и (удельной) вязкостью соевого масла.

Figure 6 – Установлено изменение содержания триглицеридов и вязкости при нулевом сдвиге соевого масла в зависимости от времени приготовления. Источник: «Вязкость как мера изменения состава масла из-за термической деструкции, прикладная реология» - http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

Figure 7 – Корреляция между удельной вязкостью и масс.% Триглицерида. Источник: «Вязкость как мера изменения состава масла из-за термической деструкции, прикладная реология» - http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

Удельная вязкость nsp = (n - n0) / n0, где эталонная вязкость n0 соответствует исходному образцу масла при «нулевом времени приготовления». Установленная корреляционная масса% (триглицерид) = 96.28 - 2.75 нсп.

На сегодняшний день разработаны и внедрены различные методы измерения различных химических и физических параметров масла для жарки. Например, хемосенсорная система для контроля качества масла в пищевой промышленности, преобразование Фурье в инфракрасном диапазоне (FTIR) для различения хороших и недопустимых масел, хроматография для измерения диэлектрической проницаемости, температуры дыма и вязкости, а также анализ изображений для определения скорости TPC в масле для жарки. . Однако эти методы преимущественно основаны на отбор проб и являются сложными, трудоемкими и дорогими. Таким образом, требуется разработка простой сенсорной системы для оценки качества масла для жарки.

Существуют инструменты, которые измеряют качество масла для жарки путем тестирования общего количества полярных материалов (TPM) на основе изменений диэлектрической проницаемости масла. Тестовые наборы FFA и TPC основаны на цветовой реакции масла. Однако у этих устройств есть некоторые ограничения, такие как сложные требования к калибровке, пригодность для различных типов масла, а также четкие температурные зависимости.

Датчик должен быть надежным в «сложных» условиях жарки.

При использовании масла для жарки первостепенное значение имеет один фактор - чистота. Масла для жарки - это динамичная среда. Полимеры (коричневые наросты) начинают образовываться на поверхностях нагрева фритюрницы и откладываются в различных секциях фритюрницы. Эти полимеры удаляются с помощью сильнодействующих щелочных чистящих средств и с помощью скребков. Многие датчики сами по себе склонны к отложению полимера, что делает прибор менее чувствительным, что может отрицательно повлиять на его работу.

Таким образом, датчик, применяемый для измерений, должен легко очищаться и иметь возможность производить измерения в таких средах. Еще лучше, если датчик помогает в циклах очистки и помогает определять конечные точки фазы очистки.

Различные исследования показывают, что вязкость является надежным показателем качества масла в процессе жарки. Он показывает разумные корреляции с другими важными химическими индикаторами, такими как POM, FFA, TPM, содержание триглицеридов и значения цвета.

Измерение вязкости нефти - это быстрый метод определения состояния масла, который считается важным параметром при оценке готовности активов. Датчик вязкости, который может дополнять инфракрасную (ИК) спектроскопию и другие датчики сыпучих свойств, обеспечивает мгновенные оперативные данные о вязкости и температуре, не имеет движущихся частей и имеет широкий рабочий диапазон, а также обеспечивает универсальное подключение по принципу plug-and-play для интеграции с другими устройствами. портативные продукты.

Встроенный вискозиметр, такой как SRV, гарантирует, что инженеры на производстве могут отслеживать и обрабатывать непрерывные данные о вязкости, поступающие от датчика. Помимо возможностей автоматизации на основе этих данных, он также чрезвычайно эффективен по сравнению с традиционными методами, которые включают отбор проб и другие ручные вмешательства.

Рисунок 8 - (a) Переносное измерительное устройство TPM (слева) (b) Измерение свободных жирных кислот с помощью испытательного стержня (справа) - оба требуют регулярных, периодических ручных измерений, проводимых инженерами / операторами на заводе.

Сбалансированный крутильный резонатор - революция в технологии вискозиметров

Рисунок 9 - Rheonics SRV Вискозиметр - для непрерывного отслеживания деградации масла

Рисунок 10 - Sensoр Оperating Principle, Прочитайте больше: https://rheonics.com/whitepapers/

• Rheonics В технологии вязкости SRV используется сверхстабильный torsionally balanceдмechanical резонатор (Патент США 9,267,872), колебания которого демпфируются вязкостью
• Чем более вязкая жидкость, тем выше механическое демпфирование резонатора. Путем измерения демпфирования оценивается произведение вязкости и плотности.
• Резонатор возбуждается и воспринимается с помощью электромагнитного преобразователя, установленного в корпусе датчика.
• Демпфирование измеряется Rheonics запатентованная проверенная и запатентованная технология фазовой автоподстройки частоты
• Основанный на этих двух ключевых технологиях, датчик вязкости SRV обеспечивает стабильные, воспроизводимые и высокоточные измерения вязкости масла, будучи достаточно маленьким, чтобы поместиться на ладони.

Rheonics Датчик SRV — это датчик небольшого форм-фактора, предназначенный для установки непосредственно в контейнеры для жарки масла. Чрезвычайно высокая точность и стабильность измерения вязкости позволяет быстро обнаружить мельчайшие отклонения и накопление нежелательных веществ/соединений в масле для жарки.

Встроенный вискозиметр, производящий непрерывные измерения, позволяет инженерам на заводе достичь следующих результатов:

• Для автоматизированного контроля, дозирования свежего масла и модификаторов для поддержания требуемого качества масла
• Для проверки периодичности отбора проб - определите, когда следует отбирать лабораторный образец для проведения углубленного измерения различных параметров.
• Обнаруживать любые аномалии или неожиданное поведение и предпринимать корректирующие действия
• Действуйте на обжариваемом масле или продукте, если тенденция отсутствует
• Отслеживайте и отслеживайте каждую партию жареных продуктов вплоть до конкретной упаковки чипсов!

Рисунок 11 - Обзор Rheonics Интерфейс программного обеспечения

Rheonics линейный вискозиметр SRV еще больше облегчает жизнь оператора фритюрницы благодаря характеристикам, которые делают его хорошо подходящим для пищевых процессов.

• Санитарно-гигиенические подключения
• Полный датчик совместим с CIP (очистка на месте)
• Измерения чрезвычайно повторяемы, что дает точные результаты
• Со встроенной температурной компенсацией
• Не требует повторной калибровки, но поддерживает быструю проверку калибровки в полевых условиях (соответствие FDA)
• Наличие межсенсорной воспроизводимости, которая позволяет повторно использовать одну и ту же корреляцию на нескольких заводах и заменять / заменять зонды без перепрограммирования
• Базовая технология работает на субмикронных амплитудах вибрации, которые не влияют на структуру жидкости, обеспечивая точное измерение самой жидкости
• Обеспечивает простую установку непосредственно в технологической линии, отсутствие необходимости в байпасе, отсутствие прерывания потока
• Прочный датчик из нержавеющей стали 316L с герметичными соединениями (IP69K) для поддержки высоких температур, высокого давления, кислотной и щелочной очистки.
• Низкие эксплуатационные расходы в течение всего срока службы при нулевом обслуживании
• Очень высокий ROI (возврат инвестиций)

Обеспечьте безопасность процесса жарки и порадуйте своих клиентов!

Наконец, действительно встроенный онлайн-датчик масла для жарки, который не требует внимания оператора и помогает операторам сосредоточиться на достижении максимальной производительности фритюрницы.

1. Guillaumin, R., 1988. Кинетика проникновения жира в пищу. В: Варела, Г., Бендер, А.Е., Мортон, И.Д. (ред.), Жарение пищи: принципы, изменения, новые подходы. Ellis Horwood Ltd., Чичестер, стр. 82–90.
2. Морейра, Р., Сан, X., Чен, Ю., 1997. Факторы, влияющие на потребление масла чипсами из тортильи при жарке во фритюре. Журнал пищевой инженерии 31 (4), 485–498.
3. Маттеус Б. Использование пальмового масла для жарки по сравнению с другими маслами с высокой стабильностью. Eur J Lipid Sci Technol 2007; 109 (4): 400–9.
4. Гарба З.Н., Гимба К.Э., Эммануэль П. Производство и характеристика трансформаторного масла на биологической основе из семян Jatropha Curcas Seed. J Phys Sci 2013; 24 (2): 49–61.
5. Кресс-Роджерс Э., Гиллатт П.Н., Росселл Дж. Б.. Разработка и оценка нового датчика для оценки качества масла для жарки на месте. Food Control 1990; 1 (3): 163–78.
6. Калогианни, EP; Карапанциос, ТД; Миллер Р. Влияние многократного обжаривания на вязкость, плотность и динамическое межфазное натяжение пальмового и оливкового масла. Журнал пищевой инженерии 2011, 105 (1), 169–179.
7. Лю М. и др. Микрожидкостная оценка деградации масла для жарки. Sci. Rep.6, 27970; DOI: 10.1038 / srep27970 (2016).
8. Оливарес-Каррильо П., де лос Риас А.П., Кесада-Медина Дж., Эрнандес Сифре Дж. Г., Диас Банос Ф. Г.: Вязкость как мера изменения состава масла из-за термического разложения, Прил. Реол. 24 (2014) 53667.