自然对流红外辐射复合加热在羊肉烤制过程中的传热解析

加热是肉制品熟化的必要手段，肉中所含脂肪、蛋白质及糖类等物质在加热条件下发生特定的理化反应，蛋白质变性、脂肪氧化并分解产生氨、胺类、低级脂肪酸等风味物质，导致肉的口感品质特性及形态结构发生变化，这些变化均与肉制品加热方式及加热参数密切相关。不同烹饪方式中的不同加热速率、时间和加热温度、终点温度等会引起食材内部发生不同的化学反应，使最终食品食用品质不同。

烤制作为肉制品熟化加工的重要方法，具有加热均匀、升温迅速、风味独特等优点。来自宁夏大学土木与水利工程学院的李宏燕、何建国和宁夏大学农学院的马莹等人针对传统炭火烤制肉制品对人体健康及环境污染危害较大的弊端，建立电热管对流与红外辐射复合加热方式对肉制品进行无烟烤制方法，结合多维非稳态传热原理对其传热过程进行解析。

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电热管加热烤制过程传热参数及解析

由二元体系模型经过迭代计算得出羊腿部肉热导率为0.556 W/（m·K）、比热容为3.30 kJ/（kg•K）；计算得到空气在电加热管作用下的自然对流传热系数为α₁＝1.566 W/（m²•K），空气与羊肉表面膜传热系数α₂＝9.4 W/（m²•K）。

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不同温度对羊肉热流率的影响

当温度升至40 ℃时，热流率向下产生明显波谷，一直延续至50 ℃，当温度达到51.5 ℃时，热流率向下产生第2 个尖谷，在67.4 ℃处产生第3 个波谷。

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羊肉样本烤制时间的确定

当肉制品表面形成干硬壳层时，温度已达到140 ℃以上，温度超过140 ℃时表面极易发生焦糊化，所以本实验设定烤制温度为140 ℃，利用三维非稳态传热模型求得烤制5 min时，Tc*＝0.52， t＝77.6 ℃，保证肉串中心熟化，此时烤制肉制品脂肪部分为红褐色，瘦肉部分为深褐色，具有明显的皮膜层，色泽油亮、“外焦里嫩”，中心完全熟化，实际烤制效果与理论值基本一致。

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样本表面油脂涂层对传热过程影响分析

烤制时间250 s内，由于两个样本外形尺寸及环境温度基本一致，因此在烤制初期表面升温趋势相同。当烤制时间为300 s时，样本表面温度升至84.2 ℃，对样本进行不同处理，抹油样本表面温度急剧下降约7.2 ℃，随后又迅速升高。390 s后两个样本表面温度基本达到一致。表面温度达到120 ℃时，此时肉表面变成深褐色，色泽油亮，内部含有一定水分而肉质较嫩；随着温度进一步提升，水汽不断向表面蒸发，带走一定热量，温度在120 ℃左右保持短暂平衡，当内部水分逐渐减少表面被蒸干时，样本表面温度升至140 ℃以上，表面焦化，此时肉质较老，难以咀嚼。

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红外辐射加热功率对烤制过程的影响

加热管功率为1.0～2.5 kW时，烤制肉内外温度差分别为21.4、22.5、 24.8、 33.3 ℃，呈递增趋势。

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“外焦里嫩”的肉制品烤制工艺确定

确定具体烤制参数，烤制可采用两段式加热。第一阶段：自动烤制程序设置加热空气85 ℃作为烤制水分散失起始温度，利用温度传感器监控对流加热空气温度，烤制过程不断升温，但应控制温度不能超过140 ℃；烤制5 min左右，使肉样本表面温度升至80 ℃以上，中心温度可达到60 ℃，此时关闭电加热管并进行表面抹油降温；第二阶段：打开短波红外加热管，利用电热管热惯性使中心温度升高至75 ℃以上，红外辐射加热起到使外皮膜层快速升温作用，当其辐射热量尚未传递到内部时即停止加热，此段加热时间大约2 min，肉表温度升至120 ℃，肉膜表面与内部温差加大，水分蒸发强度剧增。

结    论

烤制过程分为电热管加热与红外加热两阶段，第一阶段烤制温度为85～140 ℃，烤制5 min，利用高温热场使热量由外及内逐渐传递，促进香气及风味物质形成，中心温度达到60 ℃时停止加热并进行表面抹油降温；第二阶段采用2.0 kW短波红外加热管烤制2 min，肉表温度可迅速升至120 ℃，短波辐射高热流密度与低穿透性使肉表皮美拉德反应更充分，形成焦化皮膜阻隔层，减少内部水分散失，肉膜表面与内部温差加大。最终通过温度、时间及加热方式精确控制促使肉制品产生“外焦里嫩”的烧烤品质，初步建立“外焦里嫩”羊肉烤制热力学规律及方法，为开发工业化烤制生产设备提供依据。

本文《自然对流红外辐射复合加热在羊肉烤制过程中的传热解析》来源于《食品科学》2017年38卷21期61-66页，作者：李宏燕，何建国,马莹，王松磊，吴龙国，康宁波，王芹志。DOI:10.7506/spkx1002-6630-201721010。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改：李莹

编辑/责编：张睿梅

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