ВИДЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

10.1. Охлаждение

     Охлажденным считается продукт, в толще которого поддерживается температура от

0 до 4°С.

     Основная задача охлаждения заключается в создании неблагоприятных условий для

развития микробиальных и ферментативных процессов в пищевых продуктах. Цель

80

охлаждения — сохранение первоначального качества продукта в течение определенного

времени.

  Для многих продуктов, особенно растительного происхождения, являющихся

живыми организмами, выбор конечной температуры охлаждения, при которой они будут

храниться, имеет большое значение. Повышение или понижение температуры хранения на

несколько градусов по сравнению с оптимальной приводит к преждевременной порче

продуктов. Каждый способ охлаждения оценивают по совокупности признаков, среди

которых первостепенное значение имеют качество получаемого продукта и экономичность

способа охлаждения.

  Способы охлаждения пищевых продуктов можно подразделить на три основные

группы: в контакте с воздухом, в контакте с жидкостью (или тающим льдом, снегом), в

контакте с инертными газами. Эти способы различаются по величине коэффициентов

теплоотдачи на поверхности охлаждаемого продукта.

  Пищевые продукты чаще всего охлаждают в воздухе, несмотря на то, что

коэффициент теплоотдачи в нем самый малый.

  Когда указывают режимы охлаждения в воздухе, то называют обычно его

температуру, среднюю скорость движения и относительную влажность.

  Поле относительной влажности воздуха в камерах охлаждения, так же как и в

камерах замораживания, очень неравномерно. Если поверхность охлаждаемого тела влажная,

то воздух около нее находится в состоянии насыщения при температуре тела, а у

поверхности охлаждающих приборов — при температуре их теплообменной поверхности.

Поскольку эти две поверхности имеют разную температуру, неодинаково и влагосодержание

воздуха около них. Все это приводит к испарению влаги с поверхности продукта и кон-

денсации ее из воздуха на поверхности охлаждающих приборов. По мере увеличения

скорости движения воздуха в камере уменьшается неравномерность поля относительной

влажности и температуры.

  Деление способов охлаждения пищевых продуктов на три основные группы не

исключает многообразия вариантов режимов охлаждения в пределах каждой группы.

  При охлаждении любым способом преследуют две цели:

   охлаждение продукта сразу после производства;

   интенсивное охлаждение.

  На скорость охлаждения продукта влияет ряд факторов: его размеры; величина

поверхности; масса; удельная теплоемкость; начальная и конечная температуры и многое

другое.

  Удельная теплоемкость с пищевых продуктов колеблется от 2,1 до 4,1 кДж/(кг

· К).

Чем больше влаги в продукте, тем выше теплоемкость. Например, теплоемкость

растительного масла 2,1 кДж/ (кг • К), а овощей 4,1 кДж/(кг • К).

  Пищевые продукты имеют в основном небольшую теплопроводность. Поэтому они

охлаждаются относительно медленно. Теплопроводность λ свиного сала 0,14 Вт/(м · К), мяса

животных около 0,47 Вт/(м · К).

  Поскольку охлаждение пищевых продуктов в воздухе сопровождается испарением

влаги с поверхности и выделением внутренней теплоты за счет биологических процессов,

оно представляет собой комплексный процесс тепло- и массообмена.

10.2. Замораживание

целей:

К замораживанию пищевых продуктов прибегают для достижения следующих

обеспечения сохранности во время длительного хранения;

отделения влаги при концентрировании жидких пищевых продуктов;

изменения физических свойств продуктов (твердость, хрупкость и др.) при

подготовке к дальнейшим технологическим операциям;

при сублимационной сушке;

81

         производства своеобразных пищевых продуктов и придания им специфических

вкусовых и товарных качеств (мороженое, пельмени, другие быстрозамороженные

продукты).

        Основное отличие результатов замораживания от результатов охлаждения состоит в

том, что замороженные продукты более стойки при хранении, чем охлажденные, поскольку

вода в них превращается в лед. При этом прекращается диффузионное перемещение

растворимых в воде веществ и, следовательно, питание микроорганизмов и протекание

биохимических (ферментативных) реакций. Эффект замораживания достигается при

температуре в центре продукта -6 °С и ниже.

        Результативный эффект превращения воды в лед родственен эффекту

обезвоживания. При этом уменьшается количество влаги, необходимой для

жизнедеятельности микроорганизмов и осуществления биохимических реакций.

        Различие между замораживанием и сушкой состоит в том, что при замораживании

влага превращается в лед, не будучи удаленной из продукта, тогда как при сушке она

удаляется.

        Замороженный продукт отличается от охлажденного рядом внешних и физических

признаков и свойств:

         твердостью — результат превращения воды в лед;

         яркостью окраски — результат оптических эффектов, вызываемых

кристаллизацией льда;

         уменьшением удельного веса — следствие расширения воды при замораживании;

         изменениемтермодинамическиххарактеристик(теплоемкость,

теплопроводность, температуропроводность).

        В технологическом отношении замораживание в отличие от охлаждения вызывает

необратимые изменения в продукте, препятствующие полному восстановлению его

первоначальных свойств. Поэтому в таком случае говорят о неполной обратимости пищевых

продуктов.

        При замораживании в отличие от охлаждения происходят частичное

перераспределение влаги, травмирование тканей продукта кристаллами льда, а также иногда

частичная денатурация белка.

        В итоге вкусовые и питательные достоинства продукта могут снизиться, если

замораживание осуществлено неправильно. Замораживая продукт, необходимо стремиться

прежде всего к сохранению его питательных и вкусовых свойств. Для этого необходимо

добиться максимальной обратимости явлений, происходящих в процессе замораживания.

        Механизм вымерзания воды (теория кристаллообразования).

        Процесс замораживания тканей — это прежде всего замерзание тканевой жидкости,

т.е. раствора небольшой концентрации.

        Поскольку в воде продукта растворены минеральные и органические вещества,

фазовое превращение начинается при отводе теплоты в момент нарушения состояния

переохлаждения. При этом понижение температуры сопровождается соответствующим

изменением концентрации жидкого раствора.

        Криоскопическая температура зависит от концентрации раствора, степени

диссоциации растворенных веществ и свойств растворения. Для продуктов животного

происхождения она ниже 0 0С: мясного сока -1 ...-1,5 °С, крови -0,55...-0,56 °С, яичного белка

-0,45 °С, яичного желтка -0,65 °С.

        При замораживании разбавленных растворов вначале вымерзает чистая вода.

        Количество воды в мясе убойных животных составляет 53 — 75%, а в рыбе — 55 —

80%. По существующей классификации в пищевых продуктах различают связанную

(гидратационную) и свободную воду. Содержание связанной воды почти постоянно и

составляет около 10 % ее общего количества в продукте. Дипольные частицы воды

посредством адсорбции прочно связаны с ионами и полимерными группами белков. При

замораживании продуктов связанная вода не участвует в фазовых превращениях.

        Свободная вода находится в межклеточном пространстве продукта и является

растворителем минеральных веществ. При температуре ниже криоскопической она

82

превращается в лед. По мере вымораживания свободной воды увеличивается концентрация

солей в незамерзшем межклеточном растворе, что приводит к смещению криоскопической

температуры в область более низких температур. При этом вымораживание воды происходит

постепенно, с повышением концентрации оставшегося раствора. При достижении

концентрации, определенной для данного раствора (тканевого сока), он застывает в

сплошную твердую массу, называемую эвтектикой; температура ее образования называется

эвтектической.

  В холодильной технологии воду, перешедшую в твердое состояние, принято

называть вымороженной. Количество вымороженной воды определяется отношением влаги,

превращенной в лед, к общему ее количеству:

ω = Gл / (Gл + GВ),

(31)

где Gл, GB — количество соответственно льда и влаги при данной температуре, доли

единицы.

    Экспериментально установлено, что примерно 3/4 воды, содержащейся в мясе, птице,

рыбе и яйцах, и до половины в картофеле вымораживается при температуре до -4 0С.

Считается, что полное вымораживание свободной воды продовольственных продуктов

происходит при снижении их температуры до -30 0С.

    На качество замороженных продуктов большое влияние оказывают размер, форма и

распределение кристаллов льда, образующихся в продукте при замораживании. Характер

кристаллообразования зависит от состояния клеточных оболочек, концентрации

растворенных веществ в клетках, степени гидратации белков и других свойств продукта.

Большое значение имеет также скорость замораживания.

    Скорость замораживания определяется скоростью продвижения границы раздела

между жидкой и отвердевшей фазами от поверхности замораживаемого продукта к его

термическому центру. Следует различать среднюю и номинальную скорости замораживания.

    Хорошие результаты обеспечивает скорость замораживания, при которой

продолжительность действия критических температур не превышает 30 мин.

    Существует несколько способов определения скорости замораживания.

    Скорость замораживания V рассматривается как промежуток времени τ,

необходимый для понижения температуры продукта в пределах некоторого интервала

температур Δt, °С/мин:

V = Δt / τ.

(32)

 Иногда под скоростью замораживания понимают количество вымороженной воды в

объекте за какой-то промежуток времени, % /мин:

V =ω / τ.

(33)

Наиболее часто среднюю скорость рассматривают как отношение пути к

продолжительности прохождения фронта кристаллообразования от поверхности продукта до

геометрического центра и выражают.

Скорость замораживания зависит от температуры, толщины продукта и способа

замораживания. По Планку, она выражается формулой

dx/dτ = (tкр - to) / qγ [(x / λ) + (1 /α)],

(34)

где tкp, t0 — соответственно криоскопическая температура продукта и температура

охлаждающей среды, °С; q — удельное количество теплоты, отводимой от продукта при

замораживании, кДж/кг; γ — плотность продукта, кг/м3; х — определяющий размер

продукта, м; λ — коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(кг · К); α — коэффициент

теплоотдачи.

83

       По скорости замораживание подразделяют на медленное (до 0,01 м/ч), ускоренное

(от 0,01 до 0,05 м/ч), быстрое (от 0,05 до 0,1 м/ч) и сверхбыстрое (более 0,1 м/ч).

       При медленном замораживании сначала образуются кристаллы-затравки льда из

межклеточного (межволоконного) тканевого сока относительно невысокой концентрации.

Повышенное давление пара над переохлажденной, но еще не затвердевшей жидкостью

внутри клетки вызывает диффузию водяного пара через стенки клеток, что приводит к

конденсации его на поверхности кристаллов-затравок и образованию крупных кристаллов

льда вне клеток, травмирующих ткани. Медленное замораживание приводит к полной потере

свободной воды внутри клеток (процесс криоосмоса, или криоконцентрации). В

замороженной таким образом ткани внутри клеток, потерявших упругость, находится

незамерзший раствор, а весь образовавшийся лед — вне клеток. При этом количество

поврежденных клеток превышает 70 %.

       При быстром замораживании образуются мелкие кристаллы льда, которые

равномерно распределены по всей толще замораживаемого продукта. Вода почти без

перемещения переходит в лед по месту ее нахождения до замораживания. При этом

травмирующее действие кристаллов на клетки и ткани минимально.

       При ультрабыстром замораживании 90 % всех кристаллов льда формируется внутри

клеток при минимальном повреждении ткани.

       Существует несколько теорий, объясняющих механизм повреждения клеток и

тканей при замораживании различными факторами:

        механическим — давление образующихся кристаллов льда на строение тканей;

        осмотическим — чрезмерная дегидратация клеток;

        химическим — гиперконцентрация солей как вне, так и внутри клеток.

       Все эти факторы — результат кристаллизации воды и перехода ее в лед.

       В последнее время наибольшее распространение получили две теории —

механическая и солевой денатурации (химическая).

       По механической теории травмирование клеток вызывает механическое действие

кристаллов льда, особенно внеклеточных.

       При медленном замораживании процесс кристаллообразования начинается при

определенной температуре (ниже криоскопической) прежде всего в межклеточных и

межволоконных пространствах, жидкость в которых имеет более высокую криоскопическую

точку из-за меньшей концентрации солей и органических веществ и слабее связана с

гидрофильными коллоидами продукта.

       Появление кристаллов льда приводит к увеличению концентрации веществ в слое

раствора, прилегающем к поверхности кристаллов. Вследствие разности концентраций

раствора внутри и вне клеток возникают отток влаги из волокон и клеток и намораживание

ее на поверхности кристаллов.

       Расширение воды при превращении ее в лед 9приводит к сдавливанию волокон и

клеток, что вызывает дополнительный отток воды из них. Этот процесс продолжается до тех

пор, пока температура не станет достаточно низкой, чтобы началось кристаллообразование

внутри волокон и клеток, где остается уже небольшое количество влаги в

концентрированном растворе.

       При быстром замораживании теплота отводится более интенсивно. Прежде чем

успеет активно развиться миграционный процесс, температура внутри волокон и клеток

становится достаточно низкой, чтобы в соответствии с концентрацией раствора началось

кристаллообразование. Таким образом, быстрое замораживание приводит к затвердеванию

влаги без значительного ее перераспределения.

       Повышение скорости замораживания сокращает миграцию влаги, вызывает

образование большого количества мельчайших кристаллов, равномерно размещенных как в

межклеточном пространстве, так и в клетках.

       Если температуру понижать очень быстро (v ≥ 100 °С/мин) до -120...-160 °С и ниже,

кристаллизация почти не происходит. Вода переходит в стекловидное состояние.

Температура, при которой скорость роста кристаллов уменьшается, равна приблизительно

-90 °С.

84

     Стекловидное состояние отличается от кристаллического тем, что молекулы

вещества распределяются хаотически, а не по определенному стереометрическому плану,

как это происходит при кристаллизации.

     При стекловидном состоянии ткань приобретает некоторые свойства твердого тела.

Это состояние менее устойчиво в термодинамическом смысле, поэтому со временем при

небольшом повышении температуры наблюдается постепенный переход из стекловидного к

кристаллическому состоянию, сопровождающийся небольшим выделением теплоты

(девитрификация).

     При витрификации помимо аморфного (стекловидного) льда образуется небольшое

количество мельчайших его кристаллов, неуловимых при оптических методах исследования.

Это явление получило название «аморфизация».

     Стекловидную массу можно сохранить только при температуре ниже -130°С.

     При быстром нагревании стекловидное состояние может перейти в жидкое, минуя

кристаллическое. Таким образом, минуя структурный распад, который наступает после

внутриклеточнойкристаллизации,атакжепривнутреннеймиграционной

перекристаллизации после первоначального процесса замораживания, можно с помощью

сверхбыстрого охлаждения предотвратить травмы клеток и достиг обратимости процесса, от

которого зависит максимальное сохранение качества продукта.

     Теория солевой денатурации (химическая) основывается на том, что в процессе

льдообразования происходит перераспределение влаги в ткани и увеличивается

концентрация солей в клетках.

     Под действием повышенной концентрации солей и ряда химических и коллоидных

процессов происходят денатурационные Изменения белковых веществ.

     При медленном замораживании концентрация солевых растворов в продукте выше и

время их воздействия больше. А степень денатурации белков зависит от времени

воздействия на них гипертонических растворов. При сверхбыстром замораживании это

время сводится к минимуму. Денатурация белков происходит при температурах, близких к

точке эвтектики растворов, и падении рН. Изменение величины рН в биологическом объекте

при замораживании приводит к изменениям активности ферментов и скорости денатурации

белка.

     Факторы, влияющие на качество замораживаемых продуктов. Быстрое

замораживание не всегда обеспечивает высокое качество продуктов. Так, замораживание

некоторых видов пищевых продуктов (большого объема) в криогенных жидкостях протекает

с большой скоростью, но одновременно в продуктах сильно повышается внутреннее

давление замерзшего клеточного сока. Повышение давления внутри замораживаемого

продукта тем больше, чем больше его размеры, быстрее проводится замораживание и

больше разность температур между внешним и внутренним слоями продукта.

     Особенно высокое внутреннее давление создается при замораживании

сверхбыстрым способом. Результат — повреждения внешних перемороженных слоев

продукта, причем они не связаны с повреждениями, обусловленными образованием крупных

кристаллов при медленном замораживании. Эти повреждения происходят, когда температура

на поверхности продукта становится намного ниже криоскопической, а в центральных слоях

еще отмечается стадия льдообразования. Увеличение объема центральных замерзающих

слоев приводит к возрастанию внутреннего давления в продукте, и когда плотный,

неэластичный внешний первый слой не в состоянии выдержать внутреннее давление, проис-

ходит разрыв замораживаемого продукта.

     Решающее влияние на скорость замораживания оказывают температура

охлаждающей среды, толщина замораживаемого продукта и коэффициент теплоотдачи от

его поверхности.

     Скорость замораживания влияет и на процессы массообмена, приводящие к усушке

продукта. Пока на поверхности продукта не началось льдообразование, с нее испаряется

капельно-жидкая влага, а затем происходит сублимация льда, что и приводит к его Усушке.

     Потери воды при замораживании могут колебаться в широких Пределах — от 0,3 до

2 % и более в зависимости от температуры охлаждающей среды, начальной и конечной

85

температур продукта, вида среды, метода и скорости замораживания, а также специфических

свойств отдельных продуктов.

  Для представления массообмена используют различные математические модели,

описывающие явление испарения влаги с поверхности продукта (основаны на законе

Дальтона), однако они включают большое число величин, определение которых затруднено.

Поэтому массообмен в холодильной камере можно определять не по величине массы влаги,

отданной продуктом, а по массе влаги, усвоенной воздухом в зависимости от его

температуры, давления и равновесной влажности.

  Из термодинамики следует, что масса влаги Δg, усвоенная воздухом, зависит от

количества теплоты, подведенной к нему, температуры и относительной влажности воздуха,

кг:

Δg = Q (1/εd) / r (t),

(35)

где Q — количество теплоты, воспроизведенное за счет сухого и влажного теплообмена, кВт;

1/εd — доля теплоты, затраченной на массообмен; εd — коэффициент влагопереноса; r(t) —

скрытая теплота испарения, зависящая от температуры, кВт/кг.

       Усушка резко уменьшается, если на поверхности натурального продукта имеется

влагонепроницаемый слой (корочка подсыхания, слой жировой ткани). При измельчении

продуктов усушка резко возрастает. Потери при замораживании плодов и овощей зависят от

их размера, свойств кожицы, а также техники замораживания.

       При замораживании бесконтактным способом в паронепроницаемой упаковке

исключаются потери водяного пара через слой упаковочного материала. Однако при наличии

свободных пространств между продуктом и упаковкой на внутренней поверхности

упаковочного материала образуется иней в результате конденсации и замерзания водяного

пара (внутренняя усушка).

       Изменения, происходящие в продукте при замораживании. При любом способе и

скорости замораживания в клетке могут происходить сложные изменения, связанные с

нарушением ее структуры. Так, понижение температуры продукта до -8...-10°С

сопровождается интенсивным льдообразованием и, следовательно, резким увеличением

концентрации химических соединений в жидкой фазе продукта, уменьшением ее объема,

сближением молекул. При этом создаются условия для структурных перестроек белковых

молекул, возникновения межмолекулярных реакций, агрегации.

       Нарушения пространственной структуры макрочастиц белков идентифицируются с

денатурацией, а ее внешним проявлением является выделение тканевого сока при

размораживании. Развитие этих процессов стимулирует повышение концентрации

электролитов в жидкой фазе. Зона максимального развития денатурационных изменений

совпадает с температурной зоной максимальной кристаллизации тканевого раствора.

Денатурация наблюдается прежде всего в белках фракции актомиозина при отсутствии

изменений белков саркоплазмы.

       Важным фактором, влияющим на сохранение нативной структуры белков, является

связанная вода. Однако это касается только воды, связанной с белками тех групп, в которых

энергия связей выше энергии, высвобождающейся при переходе в кристаллическую

структуру льда. Белковые вещества с более низкой энергией связи теряют воду, которая

вымораживается, а молекулы белка агрегируются. Стабильные белковые вещества

удерживают воду, позволяющую им сохранить нативную структуру и после

размораживания.

       Процессы денатурации белков при замораживании в определенной степени

замедляются физическими изменениями образовавшегося раствора, в частности вязкости,

ионной силы, давления водяных паров, рН. При введении некоторых веществ

(этиленгликоль, пропиленгликоль, сахар, глицерин) процесс денатурации замедляется.

Предполагается, что эти вещества усиливают прочность водородных мостиков и связей

воды. При их введении снижается количество вымораживаемой воды.

86

  Разрабатываются пищевые системы, включающие замораживаемый продукт и

структурирующие вещества, состоящие из натуральных пищевых компонентов.

Использование таких пищевых систем позволяет получить сырье для замораживания,

которое не теряет высокой биологической ценности при температуре замораживания -20 °С,

длительном хранении в замороженном виде и исключает потери при размораживании.

  Изменение белков продуктов происходит также в результате их гидролиза под

действием тканевых ферментов, которые высвобождаются при повреждении клеток.

  Изменения жиров при замораживании и хранении — результат ферментативных и

окислительных процессов. С понижением температуры замораживания скорость химических

реакций резко замедляется, соответственно замедляются и химические процессы порчи

жиров. Скорость ферментативных процессов при понижении температуры в определенном

интервале может и возрастать.

  При замораживании снижаются количество и активность микроорганизмов, однако

добиться их полного уничтожения невозможно. Устойчивость микробной клетки к

замораживанию зависит от вида микроорганизма, стадии его развития, среды обитания, а

также скорости и температуры замораживания.

  Влияние качества исходного сырья на качество замороженных продуктов.

Получение высококачественных замороженных мясных Продуктов возможно только при

исходном высоком качестве сырья, которое определяется многими факторами: условиями

роста, кормления, упитанностью, физиологическим состоянием животного перед убоем,

совершенством операций по убою и разделке туш. Критерием качества мясного сырья

принято также считать степень развития в сырье послеубойных процессов.

  Мясо, замороженное в стадии окоченения, более низкого качества, так как белки

такого мяса обладают наименьшей растворимостью, набухаемостью и влагоудерживающей

способностью.

  Замороженное парное мясо обладает высокой степенью обратимости, а белки имеют

хорошую набухаемость и влагоудерживающую способность, так как резко тормозятся

автолитические процессы, не наблюдается также изменений гистологической структуры

тканей. Такое мясо имеет наилучшие потребительские свойства.

  Существенным фактором, определяющим качество сырья и его стойкость при

последующем хранении, является конечная температура продукта. При ее снижении

уменьшаются потери белковых и экстрактивных веществ с мясным соком. Так, мясо

животных или рыбы, замороженное до -50...-70 °С, а затем размороженное, незначительно

отличается по показателям качества от мяса, не подвергавшегося замораживанию.

  В то же время различия в качестве продуктов, замороженных разными методами,

после нескольких месяцев хранения при температуре -20 °С практически исчезают

вследствие рекристаллизации. Движущей силой этого процесса может быть колебание

температуры во время хранения, а также разность давлений водяных паров на поверхности

мелких и крупных кристаллов. На поверхности мелких кристаллов давление водяных паров

всегда выше, вследствие чего происходит миграция влаги от более мелких кристаллов к

крупным. При низких температурах процесс рекристаллизации протекает медленно, но по

мере повышения температуры рекристаллизация заметно ускоряется.

  К каждому продукту требуется индивидуальный подход при определении метода и

технического средства замораживания.

10.3. Подмораживание

 Подмораживание заключается в понижении температуры продуктов немного ниже

криоскопической для улучшения условий хранения. Поскольку понижение температуры

продуктов сопровождается некоторым льдообразованием, термин «переохлаждение»

неточен, более правильный — «подмораживание».

 Наиболее широко подмораживанием пользуются для сохранения рыбы, мяса птицы

и плодов.

 Существуют два основных способа подмораживания продуктов:

87

   продукт помещают в камеру, где поддерживается температура до -3 °С;

температура его постепенно понижается, приближаясь к температуре воздуха камеры; так

подмораживают рыбу, птицу, мясо, зимние сорта яблок;

   продукт помещают в морозильную камеру, где замораживается его

периферийный слой ограниченной толщины; после перемещения продукта в камеру

хранения с температурой -2...-З 0С вследствие внутреннего теплообмена во всем объеме

продукта устанавливается температура, одинаковая с температурой хранения. Этот способ

рекомендуется для подмораживания мяса и рыбы, причем подмораживать рыбу можно

контактным способом в рассоле.

  Исследования показали, что в подмороженных продуктах при хранении происходят

те же изменения, что и при охлаждении, но протекают они медленнее, поэтому

продолжительность хранения в подмороженном состоянии может быть больше, чем в

охлажденном. Отмечено, что усушка при этом меньше, а качество существенно не

отличается от качества охлажденных продуктов.

  При подмораживании в морозильных камерах с последующим внутренним

теплообменом до выравнивания температур в объеме продукта происходят теплофизические

процессы, существенно отличные от происходящих при медленном подмораживании. Такой

процесс делится на два взаимосвязанных этапа. На первом этапе при интенсивном отводе

теплоты замораживается слой некоторой толщины и в продукте создается резко

неравномерное температурное поле. На втором этапе происходит внутренний теплообмен в

продукте при очень слабом теплообмене с воздухом камеры хранения. Это приводит к

приблизительному равенству температуры продукта и камеры. Внутренний теплообмен в

продукте можно рассчитывать как адиабатный.

  Интенсивный отвод теплоты от продукта на первом этапе приводит к быстрому

замораживанию периферийного слоя, что благоприятно в технологическом отношении и

удобно организационно, так как время, необходимое для пребывания продукта в

морозильной камере, невелико. Последнее обстоятельство позволяет выполнить в

непрерывном потоке подмораживание таких продуктов, как мясные полутуши и четвертины.

Нет необходимости ограничивать на первом уровне понижение температуры поверхности

мяса из-за опасения уменьшить обратимость процесса.

  Температура поверхности должна быть такой, чтобы после выравнивания

температура в толще была -1 ...-2 °С.

  Таким образом, чем интенсивнее процесс теплообмена на первом этапе, тем

совершеннее он в технологическом и организационном отношении.

ГЛАВА 11

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

И ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ХОЛОДИЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ

11.1. Теплофизические параметры пищевых продуктов

К наиболее важным теплофизическим параметрам пищевых продуктов относят

удельную теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, энтальпию,

криоскопическую температуру, плотность, равновесное давление пара.

Удельной теплоемкостью называется величина, равная количеству теплоты,

необходимому для нагревания или охлаждения 1 кг вещества на 1 К.

Если известны состав продуктов питания и удельная теплоемкость отдельных

компонентов, то удельную теплоемкость продукта с рассчитывают по закону аддитивности:

c = g1c1 + g2c2 + … + gncn,

(36)

88

где g1, g2, ..., gn — массовые доли компонентов; с1, с2, ..., сn — удельные теплоемкости

компонентов, Дж/(кг

· К).

     Продукты условно считаются двухкомпонентными системами, состоящими из воды

и сухих веществ, тогда удельную теплоемкость определяют по формуле, Дж/(кг · К),

с = cBW+ cc (1 - W),

(37)

где св, сс — удельные теплоемкости соответственно воды и сухих веществ, Дж/(кг • К); W,

(1 - W) — массовые доли соответственно воды и сухих веществ.

          Теплоемкость сухих веществ большинства продуктов животного происхождения

колеблется от 1,34 до 1,68 кДж/(кг • К), растительных составляет около 0,91 кДж/(кг • К).

При отсутствии экспериментальных данных эти значения можно применять для оценки

теплоемкости продуктов.

          Изменение удельной теплоемкости продуктов в интервале температур

замораживания определяется в основном начальным их влагосодержанием и количеством

вымороженной воды. Теплоемкость убывает с понижением температуры, стремясь к нулю

при абсолютном нуле температуры (третий закон термодинамики).

          Теплопроводность — один из видов теплопередачи, при котором перенос теплоты

имеет атомно-молекулярный характер. Явления теплопроводности возникают при разности

температур между отдельными участками тела (продукта). Количественно теплопроводность

характеризуется коэффициентом теплопроводности и измеряется в Вт/(м · К).

          Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, переносимому

через единицу площади поверхности в единицу времени, при градиенте температуры,

равном 1:

λ = λB W + λC (1 – W),

(38)

где λB — коэффициент теплопроводности воды, равный 0,6 Вт/(м · К); λC — коэффициент

теплопроводности сухих веществ, равный 0,26 Вт/(м • К).

     Теплопроводность продуктов с понижением температуры остается практически

постоянной до начала замерзания и зависит только от влагосодержания, а затем

увеличивается, так как коэффициент теплопроводности льда в четыре раза больше, чем

воды.

     Значения коэффициента теплопроводности, рассчитанные по формулам, являются

приближенными, поэтому ими пользуются только при отсутствии экспериментальных

данных.

     При охлаждении и замораживаний продуктов, как и при их нагревании, действуют

механизмы переноса продуктом тепловой энергии — температуропроводность. В

результате в продукте перемещается температурный фронт. Скорость этого перемещения

характеризуется коэффициентом температуропроводности

а = λ /сγ,

(39)

где а — коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; λ — коэффициент

теплопроводности продукта, Вт/(м • К); с — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг • К);

γ — плотность продукта, кг/м3.

    При положительных температурах температуропроводность продукта практически

неизменна, но с началом льдообразования она резко уменьшается. Это вызвано выделением

теплоты кристаллизации. При дальнейшем понижении температуры вследствие роста

теплопроводности и уменьшения теплоемкости температуропроводность увеличивается и

достигает постоянного значения, когда вода полностью переходит в лед.

    Энтальпия — однозначная функция состояния термодинамической системы, часто

называемая тепловой функцией или теплосодержанием, измеряется в Дж/кг. Данными об

изменении энтальпии продовольственных продуктов в холодильной технологии пользуются

89

обычно для определения отведенной или подведенной теплоты при холодильной обработке

продуктов. Энтальпию отсчитывают при какой-либо начальной температуре (обычно -20 °С),

при которой ее значение принимается за 0.

  Криоскопической температурой называют температуру начала замерзания жидкой

фазы продуктов. Тканевый сок продовольственных продуктов представляет собой

диссоциированный коллоидный раствор сложного состава, которому соответствует

криоскопическая температура -0,5...-5°С.

  Плотность — отношение массы продукта к его объему. При замораживании

плотность продукта уменьшается (на 5 — 8 %), поскольку вода в тканях, превратившись в

лед, увеличивается в объеме при неизменной массе. Плотность большинства

скоропортящихся продуктов составляет около 1000 кг/м3.

  Равновесное давление пара над поверхностью продукта Рп из-за содержания во влаге

продуктов растворенных веществ (сахара, соли и др.) несколько ниже давления насыщенного

пара Рн при той же температуре даже при полном насыщении.

  Отношение давления пара воды, содержащейся в продукте, к давлению пара чистой

воды (или льда) при той же температуре называется относительным понижением давления

водяного пара:

aW =PП / PH,

(40)

где aW — коэффициент термодинамической активности воды, называемый иногда величиной

водной активности.

      Эта величина, выраженная в процентах (aW = 100%), определяет равновесную

относительную влажность, т.е. относительную влажность воздуха, при которой продукт не

теряет и не получает влаги. Величина равновесной относительной влажности зависит от

природы продукта и является функцией его температуры, т.е. гигротермической

характеристикой продукта.

11.2. Изменение теплофизических параметров пищевых

      продуктов и температурные графики

 Вымораживание воды в биологических системах при понижении их температуры

ниже криоскопической существенно изменяет теплофизические свойства продуктов.

Основной причиной изменения теплофизических свойств продуктов при замораживании

является превращение воды в лед, так как свойства сухих веществ практически постоянны.

 Полная удельная теплоемкость продуктов при замораживании включает скрытую

теплоту фазового превращения (льдообразования) воды. Ее значение максимально при

начальной криоскопической температуре продукта и уменьшается с понижением

температуры.

 В тепловых расчетах процесса замораживания пользуются условной теплоемкостью

замороженных продуктов, в которую не включают скрытую теплоту льдообразования.

 Условная удельная теплоемкость, Дж/(кг

· К)

cм = сс (1 - W) + сЛWω + cB W (1- ω),

(41)

где cc — удельная теплоемкость сухих веществ, Дж/(кг • К); ДЛЯ продуктов животного

происхождения она составляет 1,34—1,68 кДж/(кг • К), растительных — не более 0,9

кДж/(кг · К); сл — удельная теплоемкость льда — 2,12 кДж/(кг • К); св — удельная

теплоемкость воды — 4,24 кДж/(кг • К); W— массовая доля воды в продуктах; ω —

относительное количество вымороженной воды (определяется при температуре вычисляемой

удельной теплоемкости).

      Преобразовав выражение и подставив в него значения сл и св, получаем

см = с0 - 2,12 Wω,

90

(42)

где с0 — удельная теплоемкость незамороженного продукта (при начальной температуре),

кДж/(кг

· К).

     Теплоту льдообразования для единицы массы продукта при изменении температуры

на один градус находят по формуле

qω = (ω2 – ω1) W rл,

(43)

где (ω2 – ω1) - разность относительных количеств вымороженной воды при изменении

температуры на один градус; W — массовая доля воды в продуктах; rл — удельная скрытая

теплота льдообразования, кДж/(кг • К); rл = 335 кДж/(кг · К) при 0°С.

    Удельную теплоту льдообразования при различных температурах приближенно

вычисляют по формуле, кДж/(кг · К),

        rл = 335 + 2,12 t,

где t— температура замороженного продукта, °С, взятая по абсолютной величине.

     Полная удельная теплоемкость замороженного продукта составит

сω = см + qω,

(44)

(45)

где см — условная удельная теплоемкость замороженного продукта, кДж/(кг · К); qω —

теплота льдообразования единицы массы продукта при изменении температуры на один

градус, кДж/(кг · К).

  Разница между значениями сω и см максимальна при начальной криоскопической

температуре, когда см = с0, a qω имеет наибольшее числовое значение. После окончания

вымерзания воды qω и сω равны см.

  Для вычисления полной удельной теплоемкости некоторых продуктов при

температурах ниже криоскопической пользуются приближенной эмпирической формулой

сω = n - m/t,

(46)

где п и т — постоянные теплоемкости продуктов, их значения приведены в табл. 2; t —

температура, при которой определяется полная теплоемкость мороженого продукта, °С.

Значения постоянных п и т теплоемкости продуктов

Продукт

Говядина

Свинина:

при W=52 %

при W=77 %

среднее значение

Пикша, треска

 п

0,670

0,545

2,810

1,885

0,755

 т

39,40

29,20

11,53

17,35

37,50

при

(47)

Таблица 2

Для расчета коэффициента теплопроводности некоторых продуктов

замораживании можно воспользоваться приближенной эмпирической формулой

λ = n1 + m1/t,

где n1 и m1 - постоянные теплопроводимости продуктов, их значения приведены в табл. 3.

91

Значения постоянных n1 и т2 теплопроводности продуктов

Продукт

Говядина

Свинина

Пикша, треска

Судак

 n1

1,50

3,36

1,23

1,19

 m2

1,08

1,55

0,58

0,77

Таблица 3

 Увеличение теплопроводности продукта при понижении температуры практически

завершается с окончанием льдообразования.

 Плотность продуктов при замораживании уменьшается тем дольше, чем больше

воды они содержат и чем ниже температура, которая достигается при замораживании. Это

объясняется расширением воды при превращении ее в лед. Учитывая, что изменение

плотности при замораживании, как правило, не превышает 5 —8 %, при расчетах ее условно

можно считать постоянной.

 Температуропроводность продуктов при понижении температуры увеличивается и

достигает максимальной величины с завершением льдообразования. Коэффициент

температуропроводности рассчитывается по формуле

ам = λм /(см γм),

(48)

где λм — коэффициент теплопроводности замороженных продуктов; см — удельная

расчетная теплоемкость замороженных продуктов, кДж/(кг

· К); γм — плотность

замороженного продукта, кг/м3.

  Для большинства продуктов питания коэффициент температуропроводности можно

вычислить по формуле

ам = а0 + (2,08 • 10-6) ω,

(49)

где а0 — коэффициент температуропроводности продуктов при температуре выше

криоскопической, м2/с; ω — относительное количество воды, вымороженной из продуктов

при данной температуре.

      При повышении содержания воды в продукте числовой коэффициент тоже

увеличивается.

      Температурные графики замораживания характеризуют изменения температуры в

различных точках продукта во времени и различаются в зависимости от размеров и

теплофизических свойств замораживаемых продуктов, а также интенсивности теплоотвода

(рис. 18).

      По внешнему виду и с точки зрения процессов, протекающих в продуктах, каждый

такой график можно разделить на три участка.

      Первый участок будет соответствовать охлаждению продукта (различных его

частей) до криоскопической температуры. Причем крутизна этого участка определяется

быстротой отвода теплоты от продукта.

      На втором участке снижение температуры замедляется вследствие выделения

скрытой теплоты льдообразования и наклонная кривей может переходить в пологую или

даже горизонтальную линию. Замедление снижения температуры для большинства

продуктов характерно в диапазоне от -1 до -5 0С, который называют критическим, так как

именно в этот период в продуктах происходят наиболее существенные изменения в

результате вымораживания воды и увеличения концентрации солевых растворов. Одна из

основных целей интенсификации процесса замораживания – быстрое прохождение именно

этого участка, что достигается применением быстрых и сверхбыстрых способов

замораживания (см. рис. 18, б).

             92

     Рис. 18. Температурные графики замораживания рыбы:

а — на воздухе при температуре -35 °С и скорости циркуляции воздуха 5 м/с;

     б— в растворе хлорида натрия при температуре -20°С

Третий участок графика показывает изменение температуры после перехода

основной части воды в твердокристаллическое состояние.

Изменение теплофизических свойств продуктов (увеличение теплопроводности и

температуропроводности) стимулирует процесс отвода теплоты от их внутренних слоев, что

отражается на графике увеличением наклона кривой.

ГЛАВА 12

ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

В ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

12.1. Тепловой расчет процесса охлаждения

 В задачу теплового расчета входит определение продолжительности охлаждения

продуктов и количества теплоты, отводимого от них в процессе охлаждения.

 Продолжительность охлаждения — основа расчета количества теплоты, отводимой

от продуктов в процессе охлаждения, оценки эффективности работы холодильной камеры,

оборудования и др. Она зависит от вида и параметров охлаждающей среды, размеров и

теплофизических характеристик охлаждаемых продуктов. Наибольшей продолжительностью

характеризуются процессы охлаждения продуктов в воздушной среде, наименьшей — в

вакууме.

 Продолжительность охлаждения продуктов, имеющих правильную геометрическую

форму или близкую к ней, определяют, пользуясь номограммами, выражающими

графическую зависимость безразмерной температуры от критериев Фурье и Био для

середины пластины, оси цилиндра и центра шара.

 Безразмерная температура

Θ = (t – t0) / (tH – t0),

(50)

где t, tH — соответственно текущая и начальная температуры продукта, °С; t0 — температура

охлаждающей среды, 0С;

t= f (х, τ).

93

(51)

 Критерий Био, характеризующий эффективность теплообмена поверхности продукта

с охлаждающей средой, рассчитывается по уравнению

Bi = α l / λ,

(52)

где α — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности продукта охлаждающей среде,

Вт/(м2

· К); l— половина толщины продукта, м; λ — коэффициент теплопроводности

продукта, Вт/(м · К).

     Коэффициент теплопроводности продукта определяют по таблице (см. табл. 3), а

коэффициент теплоотдачи — из критериальных зависимостей теплообмена при

вынужденном и естественном движении охлаждающей среды у поверхности продукта.

     Приближенно коэффициент теплоотдачи от продукта к воздуху находят из

зависимости Юргенса:

α = 1,16 (5,3 + 3,6 v),

(53)

где v — скорость движения воздуха у поверхности продукта, м/с.

      Для приближенных расчетов коэффициент теплоотдачи от продукта к жидкой среде

при естественной конвекции можно принять равным 200 — 230 Вт/(м2 · К), при скорости

движения жидкости 0,5 м/с - 1000 Вт/(м2 · К).

      По полученным значениям безразмерной температуры и критерия Bi из номограммы

для пластины, цилиндра или шара (см. приложение 2) определяют точку пересечения

соответствующих прямых. Из полученной точки опускают перпендикуляр на ось абсцисс и

находят значение критерия Фурье Fo, или безразмерное время

Fo = а τ / l2,

(54)

где а — коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; τ — продолжительность

охлаждения, с; l — половина толщины продукта, м.

    Отсюда продолжительность охлаждения

τ = Fo l2/a.

(55)

         Коэффициент температуропроводности продукта а в формуле находят по таблицам

теплофизических характеристик. В приближенных расчетах его можно принять равным 1,25

· 10-7 м2/с.

         Количество теплоты, отводимой при охлаждении, можно определить, пользуясь

выражением

Q = G co (tH – tK)

Или

Q = G (iH – iK),

(57)

(56)

где G — масса продукта, кг; с0 — удельная теплоемкость продув та, кДж/(кг • К); iн - iк —

разность удельных энтальпий продукта при его начальной и конечной температурах, кДж/кг.

     При охлаждении продуктов воздухом необходимо учитывать, что часть теплоты

отводится вследствие испарения влаги с их поверхности, т.е. конвективный теплообмен

сочетается с испарительным. Причем теплота, отводимая вследствие испарения влаги, может

составлять до 50 % общего количества теплоты в зависимости от температуры воздуха и

свойств охлаждаемых продуктов.

     Испарение влаги с поверхности продуктов значительно уменьшается при наличии

естественного защитного слоя или упаковки.

94

  При медленном охлаждении продуктов количество теплоты, отводимой от мяса,

птицы, рыбы и др., увеличивается за счет биохимических процессов, происходящих в

продукте на начальной стадии созревания. В этом случае общая формула количества

теплоты, отводимой от продукта, с учетом его внутренних тепловыделений и теплового

эффекта испарения имеет следующий вид:

Q = G [co (tH – tK) + qBH + g(LK - LИ)];

(58)

где G — масса продукта, кг; tH- tK — разность начальной и конечной температур продукта;

qВН — внутреннее тепловыделение единицы массы продукта в процессе всего охлаждения,

Дж/кг; g — удельное количество испарившейся воды; LK - LИ — удельная теплота

конденсации и испарения с единицы массы продукта, Дж/кг.

12.2. Тепловой расчет процесса замораживания

 При тепловых расчетах процесса замораживания задаются начальная и конечная

температуры продуктов. Конечная температура замораживания практически никогда не

бывает одинаковой во всех точках продукта. Однако при расчетах используют числовые

значения теплофизических свойств продуктов, относящиеся ко всему процессу, которые

берутся при средней их температуре за процесс.

 Среднюю температуру продукта (в интервале от t1 до t2) при условии, что оба эти

значения лежат в области от криоскопической температуры до температуры окончания

льдообразования, можно определить по уравнению

tср = (t2 – t1)/ ln (t2/t1).

(59)

 При замораживании температурное поле продукта остается равномерным до конца

процесса, в связи с чем возникает необходимость введения понятия средней конечной

температуры замораживания.

 Средней конечной температурой замораживания называют температуру,

характеризующую состояние замороженного продукта, помещенного в камеру хранения,

когда наружный теплообмен практически отсутствует (температура на поверхности близка к

температуре воздуха в камере), а внутренний происходит путем выравнивания температуры

по всему объему продукта. Конечная температура продукта зависит от его размеров и

теплофизических свойств, а также температуры теплоотводящей среды, коэффициента теп-

лоотдачи. Она может быть рассчитана по формулам, полученным И.Г. Алямовским для тел

различной геометрической формы:

для пластины

для цилиндра

для шара

tск = (2tц + tп) / 2;

tск = (tц + tп) / 2;

tск = (2tц + 3tп) / 2;

(60)

(61)

(62)

где tц и tп — температура соответственно в центре и на поверхности продукта, °С.

      Принимая во внимание то, что при замораживании большинства продуктов ниже

-6°С (в центре) распределение температуры по их толщине становится близким к линейному,

за среднюю конечную температуру замораживаемого продукта в приближенных расчетах

можно принимать среднюю арифметическую между конечной температурой в центре и

конечной температурой поверхности (31).

      Для соблюдения постоянного температурного режима в камере хранения при

внесении в нее продуктов сразу после замораживания необходимо, чтобы средняя конечная

температура продукта после замораживания была равна температуре воздуха в камере

хранения. Ее можно рассчитать по формуле

tц = 2 tск (Bi + 1) – t0 Bi / (Bi + 2);

95

(63)

Bi = αм l / λм,

(64)

где αм — коэффициент теплоотдачи при замораживании, Вт/(м2 · К); К — коэффициент

теплопроводности продукта при средней конечной температуре замораживания, Вт/(м · К).

  В задачу теплового расчета процесса замораживания входит определение

продолжительности замораживания и количества теплоты, отводимой при этом от продукта.

  Продолжительность замораживания — время, необходимое для понижения

температуры продукта от начальной до заданной конечной, за которое большая часть воды,

содержащейся в тканях, превращается в лед. Оно зависит от теплофизических свойств

продуктов, их толщины, формы, начальной и конечной температур замораживания,

температуры и свойств охлаждающей среды.

  Продолжительность замораживания продуктов τм можно определить, представляя их

в виде тел простой стереометрической формы. В холодильной технологии для

приближенных расчетов наиболее часто используют формулу Планка

τм = qм γм lм (1/4 λм + 1/αм) / [3,6 (tкр - to) A],

(65)

где qм — полная удельная теплота, отводимая от продукта при замораживании от начальной

температуры до заданной средней конечной, кДж/кг; γм — плотность замороженного

продукта, кг/м; lм — толщина продукта, м; tкp — начальная криоскопическая температура

продукта, °С; А — коэффициент, значение которого зависит от формы замораживаемого тела

(для плоскопараллельной пластины А = 2, для бесконечного прямого круглого цилиндра А =

4, для шара А = 6);

qм = iн – iск,

(66)

где iн — энтальпия продукта при начальной температуре, кДж/кг; iск — энтальпия продукта

при средней конечной температуре, кДж/кг.

     Тело в форме цилиндра замерзает в два раза быстрее, чем тело в форме пластины,

тело в форме шара — в три раза быстрее.

     При расчете продолжительности замораживания упакованных продуктов формула

Планка приобретает вид:

τ = qм γм lм {R / λм + P [1/αм + ∑ (ly / λy)]} / [3,6 (tкр - to)],

(67)

где R и P — коэффициенты, значения которых зависят от соотношения размеров тела и

направления тепловых потоков; ∑ (ly / λy) — сумма тепловых сопротивлений слоев упаковки,

м2

· К/Вт.

     При расчетах продолжительности замораживания по формулам Планка можно

получить лишь приблизительные значения, так как не учитывается теплоемкость

замороженной части тела, а также особенности строения и специфические свойства пищевых

продуктов.

     Количество теплоты, отводимой от продуктов при замораживании, можно

определить по формуле

Qм = G [c0 (tн – tкр) + rωW + см (tкр – tск)],

(68)

где G — масса замораживаемого продукта, кг; r — скрытая теплота замерзания воды, Дж/кг;

ω — количество замороженной воды в продукте, определяемое при средней конечной

температуре; W - относительное содержание воды в продукте; см — теплоемкость

мороженого продукта, определяемая при средней температуре между криоскопической и

средней конечной, Дж/(кг · К).

96

12.3. Тепло- и массообмен при холодильном хранении

 Хранение — неотъемлемая часть процесса консервирования пищевых продуктов и

биологических материалов. С точки зрения теплофизических процессов хранение является

стабилизацией режимных параметров на заданном уровне, обеспечивающем

консервирование исходных свойств материала.

 Цель хранения — увеличение срока годности продуктов питания путем замедления

изменений, ухудшающих их качество, поэтому продолжительность хранения является одной

из основных его характеристик. Продолжительность хранения τ зависит от физико-

химических свойств материала, режимов холодильной обработки, хранения и других

факторов, т.е.

τ = f (А, В, С, ..., N),

(69)

где А, В, С, ..., N — температура, влажность и скорость движения среды, ее состав и

давление, наличие внешней оболочки (кожуры) и упаковки продукта и др.

       Уровень значимости отдельных факторов различен. Температура, состав и скорость

движения среды — основные регулируемые параметры процесса хранения. Их рассмотрим

ниже. В настоящее время, как правило, продукты питания хранятся в воздушной среде.

Изменение состава среды может улучшить условия хранения, т.е. удлинить его срок.

       Как уже говорилось, существуют методы хранения в модифицированной газовой

среде и в регулируемой среде. В первом случае материал хранится в упаковке, обладающей

селективной способностью пропускать углекислый газ и выводить кислород. Недостаток

такого метода — большая продолжительность создания определенного состава газовой

среды, преимущество — максимальная защита продуктов от влияния внешних

теплопритоков. Во втором случае материал хранится в регулируемой газовой среде,

создаваемой в герметичных камерах при использовании газогенераторов, в которых

происходит сжигание газа в присутствии катализатора. Такое хранение более совершенно.

Рациональной можно считать среду, содержащую 2 — 3% СО2.

       Большое влияние на продолжительность хранения продуктов питания оказывает

давление окружающей среды. Эксперименты показали, что хранение под давлением 0,15

МПа увеличивает срок хранения мясопродуктов в полтора раза. Таким образом,

перспективным можно считать хранение в регулируемой среде при повышенных внешних

давлениях. Естественно, внешняя оболочка (кожура) и упаковка продуктов питания

уменьшают усушку и удлиняют продолжительность хранения, поэтому перспективно

хранение охлажденных и замороженных продуктов в упакованном виде. Как уже

отмечалось, продолжительность хранения зависит от Множества факторов, поэтому

выявление аналитической зависимости от свойств материалов и режимов хранения —

сложная задача. Кроме того, отсутствуют четкие критерии оценки результатов хранения.

Однако основным параметром все же можно считать температуру хранения. Д. Г. Рютов на

основе экспериментальных исследований предложил справедливую в пределах температур -

20 °С ≤ t ≤ -6 °С зависимость

τ = А · 10-btв,

(70)

где А и b — постоянные, зависящие от свойств продуктов; tB — температура хранения, °С.

      Приведем значение параметра А для некоторых продуктов: говядины и баранины —

2,15, свинины и нежирной рыбы — 1,78, кур — 1,58. Для всех этих продуктов b = 0,05. Для

сливочного масла А = 2,85, b= 0,036.

      В процессе хранения должна поддерживаться определенная температура. Ее

повышение отрицательно сказывается на качестве хранящихся продуктов. За рубежом

появились встроенные индикаторы, цвет которых изменяется при повышении температуры

                     97

выше допустимой. Таким образом покупатель осведомлен о качестве купленного продукта.

Работы по совершенствованию аналогичных датчиков продолжаются.

 Рис. 19. Схема тепло- и массопереноса при холодильном хранении продуктов:

а — полная; б — упрощенная; / — наружные стены камеры; // — источники влаги помимо

продукта; /// — воздух камеры; IV — продукт; V — приборы охлаждения; 1— перенос теплоту

конвекцией; 2 — перенос теплоты радиацией; 3— перенос теплоты испарением и конденсацией

  На рис. 19, а дана принципиальная схема тепловлажностных процессов в камере

холодильного хранения, предложенная Д. Г. Рютовым. В схеме учитываются конвективный

и радиационный переносы теплоты, а также перенос влаги испарением (сублимацией) и

конденсацией (десублимацией). Однако для математического описания процесса приняты

некоторые допущения: влага в воздух камеры поступает только за счет испарения

(сублимации) с поверхности продукта; продукт получает теплоту от воздуха только путем

конвекции.

  Упрощенная схема переноса теплоты и массы в камере холодильного хранения при

отсутствии лучистого теплообмена и посторонних источников влаги дана на рис. 19, б.

Температура продуктов tn, хранящихся в камере, несколько ниже температуры хранения tB

из-за испарения воды с поверхности продукта (усушки).

  Таким образом, в камере хранения поддерживается температура tB > tn > tб, где tб —

температура охлаждающих приборов.

  Условием переноса влаги будет

(tв – tп) < (tв – tб).

(71)

Количество теплоты, отбираемое от воздуха и расходуемое на испарение влаги в

единицу времени, будет равно

Q = α F(tB – tп),

(72)

где α — коэффициент теплоотдачи между продуктом и воздухом, Вт/(м2 · К); F — площадь

поверхности продуктов, м2.

    Количество влаги, испарившейся из продукта в единицу времени, кг/с,

Wи = βF (pn – φpв).

Она оседает на батареях охлаждения, причемъ

Wи = βб Fб (φpв - рб).

(74)

(73)

где β, βб — соответственно коэффициенты испарения и конденсации водяного пара, кг/(м2 · с

· Па); Fб — площадь поверхности охлаждающих приборов, м2; рп, рб — давление водяных

паров соответственно на поверхности продукта, батареи, Па; рв — давление насыщенных

паров воздуха, Па; φ — относительная влажность воздуха.

            98

       Количество теплоты, затраченной на испарение, и количество испарившейся влаги

связаны соотношением Wи = Q/rn, где rп — удельная теплота парообразования (сублимации),

кДж/кг.

       По закону Льюиса при испарении (сублимации) или конденсации (десублимации)

α/β = const. Преобразовав уравнения (43) и (74), получим

αF/(αбFб) = А(φ рв – pб) / (tB - tn),

(75)

где αб— коэффициент теплоотдачи между воздухом и поверхностью охлаждающей батареи;

А — постоянный коэффициент.

     Анализ уравнения (75) показывает, что при данных F, α, tB, tn уменьшения усушки

(φрв – pб) можно добиться, увеличивая αбFб, т. е. увеличивая поверхность охлаждающих

приборов или коэффициент теплоотдачи αб.

     Математическое описание тепло- и массообменных процессов усложняется при

учете лучистого теплообмена между продуктом, батареями охлаждения и стенками камеры, а

также внутренних тепловых потоков, возникающих в результате колебания температуры

воздуха в камере хранения.

     Учитывая теплоту, подводимую к продукту конвекцией и излучением от более

теплой стенки камеры, теплоту, отводимую от продукта излучением к поверхности приборов

охлаждения, и теплоту сублимации влаги, а также внутренние тепловые потоки, усушку

определяют из уравнения

            ΔG = Fб (dп – dв) / [cб (1/αб + 1/ αп)],(76)

где Fб — площадь поверхности охлаждающих приборов, м2; dn, dв — влагосодержание

насыщенного воздуха соответственно при температуре продукта и воздуха камеры, кг/кг; сб

— удельная теплоемкость влажного воздуха при температуре поверхности приборов

охлаждения, кДж/(кг

· К); αп — конвективный коэффициент теплоотдачи от поверхности

продукта, Вт/(м2 · К).

   Главный фактор, влияющий на усушку, — температура воздуха камеры хранения.

Усушка уменьшается с понижением tB, причем на каждые 10 °С приблизительно в два с

половиной раза. Не случайно в настоящее время рациональной температурой хранения замо-

роженных продуктов считается -25...-30 °С, при этом не только уменьшается усушка, но и

удлиняется срок хранения продуктов. Однако в некоторых старых холодильниках еще

используется температура -12 °С, а общепринятая температура равна -18...-20 0С.

   Относительная влажность воздуха почти не влияет на усушку при низких

температурах хранения. При одной и той же относительной влажности воздуха усушка

может возрастать, когда возрастает разность температур между воздухом камеры и

поверхностью приборов охлаждения, и убывать, когда уменьшается. Увеличение приводит к

возрастанию интенсивности конденсации влаги из воздуха и, следовательно, к увеличению

усушки. Скорость движения воздуха в камерах хранения должна быть минимальной,

обеспечивающей ликвидацию застойных зон.

   Абсолютная усушка практически не зависит от количества продукта в камере

хранения, однако относительная усушка резко возрастает, когда камера недогружена. Это

объясняется увеличением удельной плотности теплового потока на единицу продукта.

Самый лучший способ сократить усушку до минимальной — упаковка продуктов и

понижение температуры, причем потери массы зависят от паропроницаемости упаковочных

материалов.

12.4. Тепло- и массообмен при размораживании

Процесс размораживания происходит при подводе теплоты к замораживаемому

продукту. Количество теплоты, подводимой к размороженному продукту, находят по той же

формуле, что и количество теплоты, отводимой при замораживании (68).

99

     Различают два способа подвода теплоты к продукту. В первом случае теплота

подводится путем теплообмена с внешней средой, причем внешней средой могут быть

воздух, вода, пароводяная смесь или нагретые металлические плиты. В этом случае передача

теплоты в продукте осуществляется теплопроводностью. Во втором случае теплота

генерируется внутри продукта за счет поглощения энергии высокочастотных колебаний,

которая переходит в тепловую.

     Продолжительность размораживания при первом способе подвода теплоты

сокращается с увеличением разности температур окружающей средой и поверхностью

продукта; скорости циркуляции среды; относительной влажности воздуха; отношения F/V,

где F— поверхность продукта, V — объем продукта.

     Продолжительность размораживания при высокочастотном нагреве зависит от

электрофизических характеристик продуктов и параметров установки. С увеличением

частоты колебаний продолжительность размораживания уменьшается.

     Процесс размораживания по первому способу условно делят на две стадии. Первая

стадия — отепление материала до криоскопической температуры tкp на его поверхности,

осуществляемое конвективным теплообменом с окружающей средой. Вторая стадия —

таяние льда, которое начинается на поверхности материала и заканчивается в области его

термического центра. При этом основной механизм передачи теплоты в продукте —

молекулярная теплопроводность как сухих веществ, так и влаги в виде воды или льда. При

выводе формулы, определяющей продолжительность процесса, приняты следующие

допущения: продукт представляет собой однородное изотропное тело в виде неограниченной

пластины, температура окружающей среды и коэффициент теплоотдачи, теплоемкость,

теплопроводность и плотность материала в процессе размораживания остаются

постоянными.

     Продолжительность первой стадии размораживания можно определить путем

решения дифференциального уравнения теплопроводности dt/dτ = λ(d2t/dx2) при условии, что

количество теплоты, подводимой к поверхности продукта, должно быть равно количеству

теплоты, отводимой от поверхности внутрь продукта путем теплопроводности (граничное

условие третьего рода):

α (t0 - tп) = -λ dt/dx.

Коэффициент теплоотдачи α находят из известной критериальной зависимости

Nu = 0,032 Re0,8.

(78)

(77)

Не приводя подробного решения дифференциального уравнения, представим

продолжительность первой стадии размораживания в виде

τ = (l2/aμ12) ln[(t0 – tн) A1 cosμ1/(t0 – tкр)],

(79)

где а — коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; μ1 — корень

характеристического уравнения, находится в зависимости от Bi = αl/λnp; A1 — коэффициент,

определяемый корнем характеристического уравнения μ1:

А1 = (2 sin μ1) / (μ1 + sin μ1 cos μ1).

(80)

    Так как корень характеристического уравнения μ1 полностью определяется

критерием Bi, то и постоянный коэффициент А1 является однозначной функцией Bi.

Существуют таблицы, по которым можно определить величину А1, зная критерий Bi (табл.

4). Порядок расчета продолжительности первой стадии размораживания следующий:

    1) определить коэффициент теплоотдачи α по критериальному уравнению (78) и

критерию Re;

    2) определить критерий Bi;

100

3) по табл. 4 найти μ1 в зависимости от найденного критерия Bi;

4) определить постоянную А1 по формуле (80) или из таблиц;

5) определить продолжительность первой фазы размораживания по формуле (79).

Эксперименты и расчеты показали, что длительность первой стадии размораживания

составляет в среднем около 30 % длительности основной, второй стадии, поэтому в общую

продолжительность процесса в дальнейшем будет введен коэффициент т = 1,3.

Зависимость корня характеристического уравнения от Bi

Таблица 4

 При определении продолжительности размораживания на второй стадии процесса

при появлении границы раздела фаз допускается, что распределение температур по толщине

в размороженном слое имеет линейный характер, а температура границы раздела остается

постоянной и равной криоскопической температуре tкр. Эти же допущения были приняты

при выводе формулы продолжительности замораживания материала. Так как физическая

модель этих процессов одинакова и одинаковы сделанные допущения, можно

воспользоваться формулой Планка:

τ = [qγl / (t0 – tкр) Kф] [(l / (2λ0)) + (1/α)],

(81)

где q — удельное количество теплоты, которое необходимо подвести к продукту при

размораживании; γ — плотность продукта; l — половина определяющего геометрического

размера продукта; Кф — коэффициент формы продукта; λ0 — коэффициент

теплопроводности размороженного слоя.

     Полная продолжительность размораживания

τ = [qγl / (t0 – tкр) Kф] [(l / 2λ0) + (1/α)] m,

где т — коэффициент, учитывающий первую стадию размораживания.

ГЛАВА 13

ОСНОВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В

ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ

13.1. Охлаждение продуктов растительного происхождения

 Для плодов, ягод и овощей охлаждение и хранение в охлажденном состоянии —

самый надежный и распространенный способ консервирования, в основе которого лежит

101

(82)

применение холода для поддержания оптимальных значений температуры, относительной

влажности воздуха и воздухообмена.

     Хранение свежих плодов и овощей основано на принципе биоза (поддержание

жизнедеятельности за счет естественного иммунитета). Процессы, происходящие в плодах и

овощах на всех этапах жизненного цикла, имеют общебиологическую природу, а процессы,

протекающие в период хранения, в значительной степени являются продолжением этих

процессов. Однако имеется и принципиальное различие: во время роста наряду с распадом

органических веществ происходит активный их синтез, причем процессы синтеза

преобладают над процессами распада, а в хранящихся плодах и овощах наблюдается

главным образом распад веществ с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельно-

сти клеток.

     При охлаждении и хранении таких продуктов нужно максимально снизить

интенсивность биохимических, микробиологических и физико-химических процессов,

поддерживая жизнеспособность и естественный иммунитет на минимальном уровне. С этой

Целью температуру продуктов снижают от исходной до низшей границы физиологической

устойчивости, зависящей от видовой (генетической) их особенности.

     Режим хранения продукции устанавливают на основе изучения ее свойств,

продолжительности хранения, вида упаковки и др. Дополнительные методы

консервирования (озонирование, пищевые покрытия, МТС, РГС и др.) позволяют

существенно пробить срок хранения при сохранении качества. Особое значение для

сохранения качества плодоовощной продукции имеет скорость ее охлаждения сразу после

уборки на поле, в саду. Внедрение технологии предварительного охлаждения плодов и

овощей в полевых условиях позволяет организовать для этой продукции единую

холодильную цепь «от поля до потребителя».

     Холодильная обработка — один из основных способов сохранения качества ягод,

плодов и овощей. Однако ее преимущества используются не полностью, причем это

относится в первую очередь к начальному этапу — предварительному охлаждению,

обеспечивающему благодаря быстрому понижению температуры сокращение потерь от

порчи и усушки.

     Предварительное охлаждение плодов и овощей представляет собой процесс

быстрого понижения их температуры от начальной (после уборки урожая) до требуемой при

последующих технологических операциях (транспортировании, краткосрочном или дли-

тельном хранении). При немедленной реализации продукции (поле — прилавок)

необходимость в холодильной обработке отпадает.

     Эффективность предварительного охлаждения связана с положительным влиянием

его на факторы, определяющие сохранность продукции. Чем быстрее понизится температура

плодов и овощей после сбора, тем продолжительнее будет период хранения их в

холодильнике и выше качество. Предварительное охлаждение позволяет снизить

интенсивность дыхания плодов и овощей и связанных с ним биохимических процессов,

предотвратить значительные потери массы и развитие фитопатогенных микроорганизмов.

Показано, что «один день» жизни растительных клеток плодов при температуре 25 °С равен

двум дням при температуре 15 °С, четырем — при 10 °С, восьми — при 4 °С и шестнадцати

— при 0°С.

     Охлаждение непосредственно после сбора обеспечивает сохранение пищевой и

биологической ценности продукта, его вкусовых качеств, товарного вида и в конечном итоге

повышает рентабельность транспортировки, последующего хранения и реализации

продукции.

     Быстроохлажденные плоды и овощи дольше сохраняют устойчивость к

возбудителям болезней, развитие же самих возбудителей (бактерий, плесневых грибов,

дрожжей) при быстром охлаждении значительно замедляется. В результате сокращаются

потери плодов и овощей от перезревания, усушки, заболеваний и порчи. При этом

увеличиваются сроки холодильного хранения яблок, груш, винограда на 1 — 1,5 мес,

косточковых на 0,5 мес, ягод на неделю и более, овощей (в зависимости от вида и сорта) от

нескольких недель до нескольких месяцев.

102

   Преимуществом предварительного охлаждения является и то, что при загрузке в

камеры хранения охлажденной плодоовощной продукции возможны единовременное

заполнение всего их объема и создание наиболее оптимального и стабильного

температурного режима уже на начальных этапах хранения. Это обеспечивается быстрым

отводом теплоты от поступающей продукции еще до ее размещения на хранение. При

загрузке плодов на хранение отдельными партиями без предварительного охлаждения

высокая нагрузка на компрессорное холодильное оборудование сохраняется в течение всего

периода загрузки (10 сут и более) и продолжается в течение 3 сут после нее.

Продолжительное нахождение продукции при температуре выше оптимальной отрицательно

сказывается на ее качестве, а дозагрузка неохлажденных партий нарушает созданный

температурный режим, может вызвать появление конденсата на поверхности ранее

загруженной и уже охлажденной продукции, увеличивает ее порчу и потери массы.

   При транспортировке предварительно охлажденной продукции создается

стабильный температурно-влажностный режим, обеспечивающий сокращение потерь от

порчи на 3 — 12 % и увеличение выхода стандартной продукции по прибытии в места

назначения на 10 — 25 %. В развитых странах предварительному охлаждению подвергают

более 50 % плодоовощной продукции.

   Существуют различные способы предварительного охлаждения: в потоке воздуха; в

потоке воздуха, обусловленном разностью давлений; жидкостное (гидроохлаждение)

ледяной водой орошением или погружением; снегование; вакуумное в специальных ваку-

умных охладителях; комбинированное. По скорости наиболее эффективно вакуумное

охлаждение, затем гидроохлаждение, снегование и воздушное охлаждение. Однако

наибольшее распространение получил воздушный способ в разных модификациях.

Воздушный способ охлаждения может применяться:

     в обычных камерах холодильного хранения при средней скорости движения

воздуха 1 —1,5 м/с и умеренной кратности циркуляции 30 — 40 объемов/ч;

     тоннельных камерах предварительного охлаждения или камерах другого типа при

сравнительно больших скоростях движения воздуха (3 — 4 м/с) и повышенной кратности его

циркуляции (60— 100 объемов/ч);

     специальных аппаратах интенсивного охлаждения воздухом при повышенных

скоростях движения (до 5 м/с) и значительной кратности его циркуляции (до 150 объемов/ч).

   Эффективность предварительного охлаждения продуктов в значительной степени

определяется его способом и режимом. Обилие видов и сортов плодоовощной продукции,

специфические Условия ее выращивания определяют разнообразие режимов пред-

варительного охлаждения.

   Важную роль в установлении режима предварительного охлаждения играет

неодинаковое у плодов и ягод замедление послеуборочного созревания и старения.

Замедление созревания наблюдайся в большей степени у плодов, чем у ягод. При

значительном снижении интенсивности дыхания в предварительно охлажденных плодах

накапливается меньше неорганического фосфора, что косвенно свидетельствует о более

существенном снижении энергетической активности дыхания. В плодах после

предварительного охлаждения медленнее, чем в ягодах, уменьшается содержание

протопектина и задерживается размягчение ткани. Замедляются также накопление красящих

веществ и возрастание сахарокислотного индекса, определяемого снижением содержания

органических кислот.

   Установлено, что для ягод с низкой устойчивостью к возбудителям и быстрым

старением тканей определяющим моментом в установлении режима предварительного

охлаждения являются быстрота и степень ингибирования микрофлоры. Для

долгохранящихся и некоторых малолежких плодов важное значение имеют степень

замедления послеуборочного дозревания и стабилизация устойчивости к возбудителям. При

этом эффект ослабевает по мере увеличения степени зрелости плодов. Воздействие

предварительного охлаждения сильнее сказывается на товарном качестве плодов

технической зрелости, чем потребительской. Интенсивность дыхания некоторых плодов в

стадии технической зрелости после охлаждения уменьшается в 4 —5 раз. Во время

103

кратковременного хранения и транспортирования практически не изменяется содержание

органических кислот, пигментов, сохраняется высокая плотность ткани.

       Режимохлаждения характеризуетсяконечнойтемпературойпродукта,

продолжительностью периода охлаждения при регламентируемом температурно-

влажностном режиме, скоростью потока охлаждающей среды, кратностью ее циркуляции,

системой воздухораспределения и др.

       Важным элементом технологии предварительного охлаждения является допустимая

продолжительность времени между сбором продукции и началом ее охлаждения. Для

большинства ягод, плодов и овощей охлаждение необходимо проводить в короткие сроки

после сбора. Так, для земляники этот период составляет 1 — 4 ч, а его увеличение до 6 — 7 ч

приводит к возрастанию общих потерь при хранении в 2 —5 раз. При этом в землянике,

охлажденной в короткий срок после сбора, стабилизируется содержание витамина С и Р-

активных соединений. Охлаждение зрелых томатов в течение 1 — 4 ч после сбора сокращает

их потери в 1,5 — 2 раза. При сокращении времени нахождения персиков в саду после сбора

с 24 до 10 или 4 ч потери массы от усушки сокращаются соответственно в 2 или 4 раза, а

перезревших плодов — в 4 или 9 раз.

       Для общего результата важна также продолжительность доохлаждения ягод до

конечной температуры хранения. При одинаковой продолжительности предварительного

охлаждения ягод (3 ч) увеличение периода доохлаждения с 2 до 15 ч обеспечивает прирост

выхода стандартной продукции к концу хранения на 5 — 10 %. У яблок увеличение периода

доохлаждения до 130— 150 ч обеспечивает увеличение выхода стандартной продукции до

12—15%. Такой эффект связан с тем, что при быстром темпе предварительного охлаждения

возникает несбалансированность реакций, которые катализируют ферменты, имеющие

различный температурный оптимум. Результатом такой несбалансированности является

накопление ряда промежуточных соединений, по-разному вовлекаемых в обмен веществ, и

вследствие этого его общее нарушение. Одним из таких нарушений является снижение

энергетической эффективности дыхания, которое меньше проявляется в медленно

доохлаждаемых после быстрого предварительного охлаждения ягодах и плодах. Наиболее

стремительно все эти процессы протекают в косточковых плодах и ягодах.

       Предварительное охлаждение косточковых плодов и ягод рекомендуется проводить

быстро. Поскольку для косточковых плодов и ягод характерны интенсивное дыхание,

короткие сроки послеуборочных процессов перезревания, ослабленная устойчивость к

возбудителям заболеваний, они уязвимы для микробиологической порчи. Кроме того, велики

потери от усушки и перезревания при повышенных температурах хранения. Для сокращения

потерь косточковые плоды и ягоды рекомендуется перед транспортированием охлаждать до

следующих температур: вишню, черешню, абрикосы — 3°С; персики, землянику — 4°С;

сливы — 7 0С. В результате такого охлаждения сроки последующего хранения при

температуре около 1 0С увеличиваются: земляники и малины — до 10 дней; черной

смородины, крыжовника — до 20; белой и красной смородины — до 45; вишни, черешни и

слив — до 25 — 90 дней.

       При отсутствии камер предварительного охлаждения процесс осуществляют в

камерах действующих холодильников. За период не более 1 — 2 сут после сбора урожая

температуру продукции в зависимости от вида доводят до +1... -1 0С. Путем интенсификации

можно сократить время воздушного охлаждения до 16 — 80 мин, а применяя

гидроохлаждение, еще более ускорить процесс.

       Разработаны режимы гидроохлаждения: для черешни 1— 2 °С, абрикосов 2 — 4 °С,

слив 3 — 6 °С. Обработка может проводиться как методом погружения, так и орошения. При

использовании гидроорошения в воду, как правило, добавляют антисептические вещества

(беномил, сантоквин и др.) во избежание микробиологического обсеменения всей

продукции.

       Для семечковых плодов, винограда, цитрусовых и некоторых Других плодов, у

которых интенсивность дыхания ниже, а устойчивость к микроорганизмам больше, темпы

предварительного охлаждения можно замедлить. При этом важное значение имеет степень

зрелости продукции. Так, зрелые яблоки в зависимости от сортовых и других особенностей

104

охлаждают до 0 — 5°С, а незрелые — до 7 — 9 °С с последующим понижением температуры

каждые 15-20 дней на 1-2°С.

        Предварительное охлаждение винограда проводят воздухом до температуры 2 —8°С

с последующим доохлаждением в камере хранения. При этом снижаются в несколько раз

потери от порчи и увеличивается выход стандартной продукции.

        Предварительное охлаждение овощей применяют как перед транспортированием,

так и перед хранением.

        Для большинства овощей требуется быстрое охлаждение, так как при дыхании они

выделяют довольно значительное количество теплоты. Продолжительность охлаждения в

зависимости от применяемого способа составляет от нескольких минут до нескольких часов

или суток.

        Воздушное охлаждение плодов и овощей проводят перед краткосрочным или

длительным хранением в специализированных холодильных камерах или туннелях до

температуры 2 — 15 0С в соответствии с особенностями растительного сырья.

Продолжительность охлаждения составляет от 3 — 5 до 80 — 100 мин и более. Зеленую

фасоль и огурцы охлаждают и хранят при температуре 5 и 9 °С в течение соответственно 20

и 9 дней. Цветная капуста при 0°С сохраняется 30 — 40 дней, а сладкий перец при

температуре до 2°С — до 35 дней.

        Режимы предварительного охлаждения овощей воздухом зависят от их зрелости и

назначения. Так, незрелые томаты рекомендуется охлаждать медленно — в течение 96 ч до

температуры 8 0С, а при последующем хранении периодически (два-три раза) повышать

температуру до 20 °С (каждый раз в течение 3 сут), что обеспечивает ровное дозревание

томатов и улучшает их качество. Для зрелых плодов эффективно быстрое понижение

температуры до 0 0С, в результате потери сухих веществ снижаются в три раза и

увеличивается срок хранения на 4 —7 сут.

        На основе опыта перевозок скоропортящихся продуктов Международным

институтом холода разработаны общие рекомендации по температурным режимам

загружаемой в холодильный транспорт овощной продукции. Так, огурцы перед перевозкой

охлаждают до 10 — 15°С, перец — 7 — 10, дыни — 4 — 10, капусту— 0 — 8, зелень — 0 —

10°С.

        Влажность воздуха поддерживают на уровне 85 —90 %, что позволяет снизить

потери массы и обеспечить длительное хранение овощей.

        Установлено, что повышение влажности до 98—100 % в период охлаждения и

хранения положительно сказывается на сохраняемости моркови, репы, брюквы, свеклы,

сельдерея, цветной и брюссельской капусты и др. При этом уменьшаются потери массы,

сохраняется тургор тканей, а в некоторых случаях снижается выделение пектолитических

ферментов микроорганизмами, что замедляет размягчение тканей.

        Стабильное поддержание высокой относительной влажности при такой же

стабильности температурного режима исключает подмораживание и выпадение конденсата

на поверхности овощей, позволяет существенно удлинить период их хранения. Высокая

относительная влажность в сочетании с модифицированной газовой средой позволяет на 30

— 40 % увеличить выход стандартной продукции.

        Поддержание высокой относительной влажности особенно важно при охлаждении и

хранении зелени и листовых овощей. Для сохранности овощей при краткосрочных

перевозках эффективны снегование или пересыпка чешуйчатым льдом. Это позволяет при

отсутствии более совершенных средств поддерживать высокую влажность и одновременно

способствует быстрому охлаждению продукции.

        В целях сокращения потерь массы и более быстрого охлаждения (3 — 30 мин) для

некоторых овощей (морковь, капуста и др.) применяют гидроохлаждение до температуры 0

— 5°С. Продолжительность охлаждения зависит от вида продукции, начальной и конечной

его температур и способа гидроохлаждения. Наиболее широко применяют метод

гидроорошения, когда продукция в таре движется по конвейеру в туннеле и орошается

холодной водой под давлением через распылительные форсунки.

105

РАЗДЕЛ II

ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

ГЛАВА 9

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХОЛОДИЛЬНОГО

КОНСЕРВИРОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

9.1. Принципы сохранения пищевых продуктов

  Сохранение пищевых продуктов основано на способности микроорганизмов

реагировать на воздействие физических, химических и биологических факторов. Изменяя

условия среды и оказывая то или иное воздействие на продукт, можно регулировать состав и

активность его микрофлоры.

  Способ консервирования холодом основан на том, что при понижении температуры

значительно снижаются жизнедеятельность микроорганизмов и активность тканевых

ферментов, что приводит к замедлению как естественно протекающих в продуктах реакций

(автолиз мяса, дыхание и созревание плодов), так и реакций, вызываемых деятельностью

микроорганизмов.

  Известно, что некоторые пищевые продукты, например мука, крупы, сахар и т.д., не

портятся в обычных условиях при длительном хранении. Для кратковременного и особенно

длительного хранения других продуктов требуются специальные условия, так как качество

их относительно быстро ухудшается — изменяются присущие свежим продуктам вкус,

запах, консистенция и цвет. Такие продукты называются скоропортящимися. К ним

относятся мясо и мясопродукты, рыба и морепродукты, молоко и молочные продукты, яйца

и яичные продукты, масло животное и растительные жиры, свежие плоды и овощи, дрожжи

хлебопекарные, фруктовые соки и минеральные воды, пиво, виноградные и плодово-ягодные

вина, сиропы, мороженое и др. В скоропортящихся продуктах содержится в значительном

количестве вода, а также органические соединения, что создает благоприятные условия для

развития и жизнедеятельности различных микроорганизмов и ферментов.

  Совокупность свойств, от которых зависит степень использования пищевых

продуктов по назначению, определяет их качество. Важно, чтобы пищевые продукты были

свежими, питательными и вкусными.

  Способы консервирования. Все скоропортящиеся продукты во время хранения

подвергаются значительным изменениям. Если по отношению к ним не применить

своевременно те или иные способы консервирования, то они относительно быстро придут в

негодность. Следовательно, консервирование пищевых продуктов заключается в

специальной их обработке для предохранения от порчи при хранении.

  Продукты могут портиться под влиянием различных факторов:

  под действием кислорода воздуха и солнечных лучей;

  вследствие чрезмерно низкой или очень высокой влажности воздуха;

  вследствие биохимических процессов (деятельность тканевых ферментов);

  под влиянием микробиологического фактора.

  Способы консервирования подразделяют на физические, физико-химические,

химические, биохимические и комбинированные.

  Физические способы — использование высоких и низких температур, а также

ионизирующих излучений, ультрафиолетовых лучей, ультразвука и фильтрации.

  Физико-химические способы — сушка, соление и использование сахара.

  Химические способы основаны на применении химических веществ, безвредных для

человека и не изменяющих вкус, цвет и запах продукта. В России в качестве консервантов

разрешены следующие химические препараты: этиловый спирт, уксусная, сернистая,

бензойная, сорбиновая кислоты и некоторые их соли, борная кислота, уротропин, отдельные

антибиотики, озон, углекислый газ и ряд других.

73

  Биохимические способы консервирования основаны на подавляющем действии

молочной кислоты, образующейся в результате сбраживания сахаров продукта

молочнокислыми бактериями.

  Комбинированные способы — дымное и бездымное копчение, а также некоторые

другие, основанные на использовании нескольких видов консервантов одновременно.

  Микроорганизмы и ферменты вызывают разложение белков, гидролиз жиров,

глубокие превращения углеводов и другие изменения. Поэтому основная задача

консервирования пищевых продуктов сводится к ограничению или устранению

разрушительного действия микроорганизмов и тканевых ферментов.

  При этом внешнее воздействие на биологические факторы порчи может иметь

различные формы — биоз, анабиоз, ценоанабиоз и абиоз.

  Биоз — поддержание жизненных процессов в продуктах, т. е использование их

иммунитета. На этом принципе основано хранение плодов и овощей, живой рыбы,

предубойное содержаний скота и птицы.

  Анабиоз — замедление, подавление жизнедеятельности микроорганизмов и

активности тканевых ферментов при помощи холодильной обработки и хранения, сушения и

вяления, маринования, консервирования в сахарном сиропе и т.д.

  Ценоанабиоз — подавление вредной микрофлоры за счет создания условий для

жизнедеятельности полезной микрофлоры, способствующей сохранению продуктов

(квашение, молочнокислое Л спиртовое брожение при производстве и хранении кисломолоч-

ных продуктов).

  Абиоз — прекращение всякой жизнедеятельности, в том числе и микроорганизмов, в

продуктах (высокотемпературная обработка, применение лучистой энергии, токов высокой и

сверхвысокой частот, антибиотиков, антисептиков и др.).

  При выборе способа консервирования стремятся добиться максимальной

сохраняемости продукта, а также экономичности процесса. Поэтому в практической

деятельности часто способы консервирования комбинируют.

  Консервирование с помощью искусственного холода. Лучший способ

консервирования — тот, который позволяет длительное время хранить продукт с

наименьшими потерями им пищевой ценности и массы. Этим требованиям в наибольшей

степени отвечает консервирование с помощью искусственного холода. Холод более

экономичен по сравнению с тепловой обработкой по затратам энергии (кВт·ч/т):

Охлаждение............................................................. 15

Замораживание........................................................100

Пастеризация...........................................................130

Стерилизация...........................................................235

Сушка........................................................................660

 В зависимости от решаемых задач продукты подвергаются разной глубине

холодильной обработки (охлаждение, переохлаждение, подмораживание, замораживание,

домораживание), а для восстановления натуральных свойств к ним подводят теплоту

(отепление, размораживание).

 Охлаждением продуктов называется процесс отвода теплоты от них с понижением

их температуры не ниже криоскопической. На практике все более широко применяют

предварительноеохлаждение,предшествующеелюбомупоследующемуэтапу

технологического цикла обработки холодом и существенно снижающее Потери при

хранении.

 Переохлаждение — это состояние продукта, вызванное понижением его

температуры ниже криоскопической без возникновения кристаллов влаги. Оно бывает

устойчивым или неустойчивым в зависимости от теплофизических свойств продукта и

температурных режимов окружающей среды.

 Подмораживание — процесс, сопровождающийся частичной кристаллизацией влаги

в поверхностном слое, основная масса продукта находится в переохлажденном состоянии.

74

Холодильное технологическое оборудование

 Для холодильной обработки пищевых продуктов небольшой толщины

предназначены холодильные аппараты, которые в наибольшей степени отвечают

современным производственным и технологическим требованиям. Холодильные аппараты

применяют в основном для замораживания продуктов, поэтому их принято называть

морозильными.

 Аппараты различаются в зависимости от среды, непосредственно воспринимающей

теплоту от продукта (воздух, диоксид углерода, кипящие и некипящие жидкости), устройств

для транспортирования продукта в процессе холодильной обработки и др.

 Аппараты, поддерживающие в заданных пределах несколько параметров воздуха

(температура, влажность, скорость движения и т.д.) при холодильной обработке и хранении

пищевых продуктов, относят к технологическим кондиционерам. Консервирование пищевых

продуктов сублимационным методом производят в сублимационных установках.

61

      Воздушные морозильные аппараты. Воздух можно использовать для холодильной

обработки всех пищевых продуктов. Недостатком воздушных аппаратов является

относительно низкая способность аккумулировать теплоту и влажность.

      Воздушный морозильный аппарат представляет собой устройство, имеющее

теплоизоляционноеограждение,внутрикоторогорасполагаютсяиспарители

(воздухоохладители),системыподачивоздуха,транспортированияпродукта,

автоматического управления и регулирования.

      Испаритель выполняют из оребренных труб с переменным расстоянием между

пластинами оребрения, уменьшающимся по ходу движения воздуха от 20 —30 до 10—15 мм.

Переменное расстояние между пластинами оребрения обеспечивает сохранение но-

минальной площади живого сечения воздухоохладителя по длине, так как иней,

осаждающийся на поверхности испарителя при отборе влаги из продукта, оказывается в

основном на первых по ходу движения воздухорядах труб.

      Система подачи воздуха включает вентиляторы (осевой, центробежный) и

воздухораспределители (канал, жалюзи, отражатели).

      В систему транспортирования продукта входят тележки (этажерки), конвейер

непрерывного и периодического действия, поток воздуха (флюидизационный слой).

      К воздушным морозильным аппаратам относятся тележечные и флюидизационные

аппараты.

      Внутри теплоизоляционных ограждений тележечных аппаратов находятся

воздухоохладители, тележки, канал в верхней части аппарата для поперечного движения

воздуха. Воздух из канала всасывается вентиляторами, проходит через воздухоохладители,

обдувает продукты и вновь поступает в канал.

      Во флюидизационных аппаратах продукты замораживаются в восходящем потоке

воздуха, находясь во взвешенном состоянии (псевдокипящий слой). Для получения

флюидизационного слоя продукты должны иметь небольшие размеры: толщину до 40 мм и

длину до 125 мм, а их форма должна приближаться к сферической. Продукты в аппарате

могут располагаться и транспортироваться только в потоке воздуха в лотках с

перфорированным дном и на сетчатой ленте конвейера.

      Флюидизационные аппараты используют для замораживания овощей (зеленый

горошек, кубики моркови), фруктов (ломтики яблок), ягод (клубника, смородина) и других

продуктов.

      Продукты моют и подают в загрузочный механизм, имеющий вибрирующую

решетку для удаления воды. Здесь их подсушивают, что предотвращает смерзание, и они

попадают в первую зону аппарата, где подмораживаются во флюидизационном слое. Имея

достаточную механическую прочность, продукты поступают во вторую зону, в которой

домораживаются на сетчатой ленте конвейера, после чего покидают аппарат.

      Каждая зона имеет автономную систему подачи воздуха. В зоне подмораживания

осевые вентиляторы подают воздух через секции испарителя снизу под продукт.

      Контактныеморозильныеаппараты.Вэтихаппаратахпродукты

замораживаются, находясь в непосредственном контакте с охлаждаемой металлической

поверхностью или жидкостью (хладоносителем, холодильным агентом). При этом продукт

омывается практически неподвижным воздухом только с одной стороны, что уменьшает его

усушку. Площадь прикосновения охлаждающей поверхности к продукту должна быть

максимальной, а термическое сопротивление зоны их контакта — минимальным. Поэтому

продукт должен иметь правильную геометрическую форму и быть подпрессован давлением

15 - 70 кПа. Для интенсификации теплоотдачи от стенки к холодильному агенту

предпочтительно использовать непосредственное охлаждение кипящим холодильным

агентом, а не рассольное. Продукт может примерзать к поверхности металла, поэтому

приходится нагревать металлическую поверхность до положительной температуры для его

извлечения. Для уменьшения сил сцепления продукта с металлом можно использовать

антиадгезионное покрытие поверхности металла (полиэтилен, фторопласт) или упаковку

продукта.

62

       К контактным морозильным аппаратам относятся плиточные, роторные,

барабанные, ленточные, погружные и азотные аппараты.

       В плиточных аппаратах в теплообмене участвуют по две стороны продукта и

плиты. Плиты при этом можно располагать горизонтально, вертикально и радиально на

вращающемся валу.

       Плиточный аппарат с горизонтальными плитами периодического действия

предназначен для замораживания продукта, в том числе и упакованного в коробки высотой

15 — 75 мм. Он имеет несущий металлический каркас, теплоизоляционное ограждение с

двумя створками. Внутри расположены плиты из алюминиевого сплава, ограниченно

перемещающиеся с помощью гидравлического привода. Продукт в блоках и коробках

помещают между плитами, которые сближают, несколько уменьшая первоначальную высоту

продукта. Величину зазора между плитами можно регулировать.

       Дверные створки аппарата закрывают, после чего включается система охлаждения.

После окончания процесса замораживания система охлаждения отключается, открываются

дверные створки, раздвигаются плиты и продукт удаляется. Такие аппараты применяют в

основном в мясной и молочной промышленности.

       Для замораживания блоков рыбы применяют аппараты с вертикальными плитами.

       В роторных аппаратах продукт замораживается практически непрерывно, что

повышает производительность и обеспечивает постоянство тепловой нагрузки на

холодильную установку.

       Роторный аппарат имеет теплоизоляционное ограждение, внутри которого находятся

ротор с морозильными секциями, системы охлаждения, дозирования, загрузки и разгрузки,

автоматическое управление. Секция имеет три плиты из алюминиевого сплава с

прямоугольными каналами для циркуляции холодильного агента.

       Холодильный агент из циркуляционного ресивера подается насосом через торец

полого вала ротора, распределяется по плитам, отводится через другой торец и поступает в

циркуляционный ресивер. Две окантовки с продуктом размещаются в ячейках между

средней (неподвижной) и боковыми (подпрессовывающими) плитами. Окантовка

представляет собой рамку из алюминиевого профиля, в которую укладывают упаковочный

материал, загружают продукты, формируют их и упаковывают; в ней четыре блока продукта.

Окантовка одновременно является боковой гранью плиты. Плиты в секции соединены

пружинами, которые обеспечивают подпрессовку продукта. После замораживания секция

Устанавливается в положение для разгрузки, раскрывается, окантовка с продуктом

удаляется. Окантовка с продуктом, подготовленная для замораживания, поступает в секцию,

которая закрывается. Механизм поворота переводит ротор в положение для разгрузки

(загрузки) следующей ячейки. Таким образом, каждая секция последовательно — сначала

верхняя ячейка, а затем нижняя — загружается и разгружается за один оборот ротора. В

промежутке между этими процессами осуществляется непосредственно замораживание

продукта в виде блока.

       Барабанные аппараты применяют для замораживания полуфабрикатов с влажной

поверхностью и пастообразных продуктов. Такие продукты замораживают на поверхности

вращающегося барабана.

       Барабанный аппарат имеет теплоизоляционное ограждение, полый барабан из

нержавеющей стали с каналами для циркуляции холодильного агента, расположенными по

цилиндрической образующей, нож для скалывания продукта, электрический привод,

загрузочный и разгрузочный конвейеры.

       Продукт подается в аппарат загрузочным конвейером. Там он падает на поверхность

вращающегося барабана, прижимается к ней лентой конвейера и примораживается. За

оборот барабана продукт замораживается, скалывается ножом в верхней точке и поступает

на разгрузочный конвейер.

       В ленточных аппаратах продукт замораживается на конвейерной гладкой ленте из

нержавеющей стали во время прохождения через теплоизолированную охлаждаемую часть

аппарата.

63

  В охлаждаемой части под лентой располагаются емкости, заполненные

хладоносителем настолько, что движущаяся лента конвейера «плавает» на его поверхности.

Заполнение емкостей обеспечивается непрерывной подачей охлажденного в испарителе

хладоносителя. Охлажденный хладоноситель подается в емкости форсунками,

расположенными ниже его уровня, благодаря чему достигается постоянство его

температуры. Избыток хладоносителя отводится в испаритель.

  В погружных (иммерсионных) аппаратах замораживаемые продукты находятся в

жидкости (хладоносителе). Обычно это продукты большой толщины и неправильной формы

(крупнокусковое мясо, тушки птицы), упакованные в термоусадочную полимерную пленку,

плотно прилегающую к поверхности продукта и непроницаемую для хладоносителей. В

качестве хладоносителей используют вещества, разрешенные к применению органами здра-

воохранения. Они должны быть нетоксичны и инертны, иметь температуру замерзания не

менее чем на 10 К ниже рабочей температуры, так как вблизи температуры замерзания резко

увеличивается вязкость вещества. Таким требованиям соответствуют водные растворы

хлорида натрия, пропиленгликоля и хлорида кальция, нижним пределом использования

которых является температура соответственно -15, -40 и -45 °С.

  Конструктивно погружные аппараты представляют собой теплоизолированный

корпус, внутри которого находится емкость, заполненная хладоносителем. В емкости

размещается испаритель холодильной машины с мешалкой. Над испарителем ниже уровня

хладоносителя находятся две сетчатые перегородки, образующие канал, по которому

движется замораживаемый продукт. В верхней части аппарата, над емкостью, монтируется

конвейер, тяговые цепи которого оборудованы поперечно расположенными вертикальными

решетчатыми пластинами, которые, перемещаясь между сетчатыми перегородками,

транспортируют продукт через емкость с хладоносителем.

  Замораживают продукт в определенной последовательности. Упакованный в пленку

под вакуумом, он подается из упаковочного автомата к загрузочному окну и сбрасывается в

аппарат. Продукт падает в канал, образованный двумя сетчатыми перегородками,

захватывается пластинами конвейера и транспортируется под уровнем хладоносителя, так

как верхняя перегородка препятствует его всплытию. Не доходя до края емкости, он

выводится из хладоносителя для удаления. Далее продукт поступает на моечный конвейер,

где орошается водой.

  Недостаток этих скороморозильных аппаратов — вероятность перекрестного

заражения продукта, что исключается при оросительном или комбинированном способе

охлаждения.

  Особый интерес представляют аппараты, в которых замораживание продуктов

осуществляется в веществах, изменяющих фазовое состояние (кипение, сублимация), так как

интенсивность теплоотвода от продукта при этом резко возрастает. В этих аппаратах в

качестве охлаждающих веществ обычно применяют жидкости: азот, углекислоту и хладоны.

Преимущественно используют азот как наиболее дешевый и доступный. В условиях

атмосферного давления он кипит при температуре -195,8 °С и имеет скрытую теплоту

парообразования 199,8 кДж/кг. Азот инертен по отношению к продуктам и

конструкционным материалам.

  Азотные аппараты имеют легкий несущий каркас, теплоизоляционное ограждение,

системы транспортирования продукта, подачи и удаления газа, охлаждения, автоматического

управления и регулирования. Система охлаждения состоит из емкостей для хранения

жидкого азота, распределительных форсунок, емкости для сбора неиспарившегося жидкого

азота, насоса, контрольно-измерительных и регулирующих приборов. Продукт в аппарате

может замораживаться погружением в жидкий азот, орошением им и в потоке газообразного

азота либо при комбинации этих способов.

  Замораживать продукт с положительной температурой в жидком азоте

нецелесообразно из-за большой разности температур, так как в зоне контакта образуется

газовая прослойка, в результате чего коэффициент теплоотдачи резко уменьшается. Кроме

того, велика вероятность растрескивания и деформации продукта вследствие внутренних

напряжений, возникающих из-за неравномерного по объему льдообразования.

64

  Экономичнее замораживать продукт в аппарате с двумя зонами: предварительного

замораживания газообразным азотом и домораживания в жидком азоте.

  Продукт конвейером подается в первую зону, в которой 30 — 40 % теплоты

отводится потоком газообразного азота. Пройдя через емкость с жидким азотом, он

домораживается и выводится из аппарата. Газообразный азот удаляется из аппарата с

помощью вентилятора и нагнетается в область загрузочного окна аппарата, создавая завесу

на пути теплого воздуха.

  Аппараты, в которых продукт орошается жидким азотом, имеют три-четыре зоны,

что обеспечивает эффективный теплоотвод и снижение расхода жидкого азота на

замораживание.

  Сублимационные сушильные установки. В этих установках консервирование

пищевых продуктов осуществляется методом сублимационной сушки, которая заключается в

замораживании продукта, а затем обезвоживании в результате сублимации образующихся в

нем кристаллов льда. Продукт сублимационной сушки можно хранить длительный срок (год

и более в герметичной упаковке) при обычной температуре без охлаждения. При увлажнении

перед употреблением продукт легко поглощает воду и его пищевые свойства, внешний вид и

объем практически полностью восстанавливаются.

  Технологический процесс производства продуктов сублимационной сушки

проводится в несколько этапов. Продукты подготавливают к сушке: сортируют, моют,

подсушивают, обрабатывают теплом, холодом, измельчают и укладывают в противни.

Тепловой обработке (варке, жарке, бланшированию) подвергают значительную часть

продуктов животного и растительного происхождения. Продукты, имеющие жидкую

консистенцию, разливают в сплошные, а кусковые помещают в сетчатые противни, которые

устанавливают на консольно расположенные полки тележек. Перед сушкой продукты

замораживают или предварительно в морозильных аппаратах, или непосредственно в

сублиматоре. При этом скорость замораживания должна быть такой, чтобы образующиеся

кристаллы льда были не крупными, поскольку они нарушают структуру продукта, но и не

мелкими, так как в этом случае затрудняется сублимация льда из ткани и увеличивается

продолжительность сушки. Оптимальная кристаллическая структура льда образуется при

замораживании в воздушном морозильном аппарате при температуре воздуха -30...-35 °С.

  Если замораживание происходит в сублиматоре, то он сначала работает как

морозильный аппарат с отводом теплоты от продукта конвекцией при атмосферном

давлении, а затем как сушилка. Можно замораживать продукт в сублиматоре путем

испарения влаги в вакууме, но в этом случае значительно изменяются его физико-

химические и структурные свойства. Сублиматор представляет собой камеру

цилиндрической или прямоугольной формы, выполненную из нержавеющей стали. В ее

центре размещаются тележки с продуктом, а в непосредственной близости от продукта нахо-

дятся нагревательные элементы системы теплоотвода, в которых циркулирует жидкий

теплоноситель температурой -120...-170 °С. Теплота должна подводиться к продукту в

количестве, достаточном для компенсации отнимаемой от него теплоты сублимации, что

обеспечивает поддержание его температуры на определенном уровне.

  Внутри камеры располагаются секции десублиматора, являющиеся испарителем

холодильной машины, предназначенные либо только для отвода влаги, либо для

замораживания продукта и последующего отвода водяного пара. Температура кипения холо-

дильного агента в секции десублиматора составляет -40...-60 °С. Для уменьшения

сопротивления переносу влаги от продукта к десублиматору давление в сублимационной

установке поддерживают ниже атмосферного (от 300 до 1 Па). Вакуумная система аппаратов

удаляет неконденсирующиеся газы и частично водяной пар посредством механических

вакуумных насосов: пусковых и рабочих.

  После окончания сушки (через 2 —9 ч при сушке фарша и ломтиков мяса) тележки с

продуктом выкатывают в отделение разгрузки, продукт упаковывают. Противни и тележки

перед очередной загрузкой проходят санитарную обработку.

  Технологические кондиционеры. При производстве, холодильной обработке и

холодильном хранении некоторых мясных, молочных и растительных продуктов, например

65

сыров, необходимо поддерживать с большой точностью параметры воздуха: температуру,

влажность, скорость движения и чистоту.

  Обработка воздуха, связанная с охлаждением, осушением, нагреванием,

увлажнением, а иногда и очищением от пыли и плесени, производится кондиционерами,

которые представляют собой тепломассообменные аппараты. Охлаждение и осушение

воздуха осуществляют в теплообменнике кондиционера (воздухоохладителе), в который

подается холодильный агент или хладоноситель из автономной или централизованной

системы хладоснабжения.

  Нагревается воздух в другом теплообменнике (калорифере), в который подается пар

из системы пароснабжения предприятия. Иногда для нагревания воздуха используют

электронагреватели (ТЭНы). Воздухоохладители и калориферы выполняют из ребристо-

трубных элементов с шагом оребрения 3 — 6 мм.

  Увлажняет воздух пар, подаваемый через форсунки в нагнетательный воздуховод

кондиционера. Кондиционеры могут иметь фильтрующее устройство, состоящее из

нескольких слоев специальной фильтрующей ткани.

  Кондиционеры располагают в самом кондиционируемом помещении или вне его.

Они могут быть напольные и подвесные и, как правило, способны работать в режиме

рециркуляции.

8.8. Холодильное торговое оборудование

        На предприятиях торговли и общественного питания холод используют в целях

кратковременного хранения небольших запасов пищевых продуктов, необходимых для

бесперебойной работы предприятий в течение 3 — 4 дней, при производстве мороженого,

для сохранения охлажденных и замороженных продуктов, полуфабрикатов и готовых блюд

при их демонстрации и реализации непосредственно в торговом зале.

        Для хранения запасов пищевых продуктов в зданиях этих предприятий сооружают

небольшие холодильники с общим объемом камер до 300 м3 и числом камер до пяти.

Назначение их различно — для хранения мяса, рыбы, овощей, фруктов. Продукты поступают

в камеры с распределительных или производственных холодильников в охлажденном или

замороженном состоянии. Поскольку продукты хранят непродолжительное время,

температуру в камерах поддерживают более высокую, чем в распределительных

холодильниках, например, в камерах для хранения мяса 0°С, рыбы -2°С, жиров, молока,

молочных продуктов, яиц 1 — 3 °С, фруктов, ягод и овощей 4 — 6°С, замороженных

продуктов -15°С.

        Относительная влажность воздуха в камерах не регулируется и обычно составляет

80 —90 %.

        Стационарные холодильники предприятий торговли и общественного питания

располагают в подвале или на первом этаже вблизи торгового зала либо цехов. Для

охлаждения холодильных камер применяют малые хладоновые холодильные установки не-

посредственного охлаждения производительностью до 15 кВт, а в отдельных случаях —

средние установки. Холодильные агрегаты устанавливают в машинном отделении.

        Продукты можно хранить и в сборных холодильных камерах вместимостью 5—8 м3,

устанавливаемых в помещениях предприятий в дополнение к стационарным холодильникам.

        Дневной запас продуктов хранится в холодильных шкафах, размещаемых в торговом

зале магазинов и предприятий общественного питания. Вместимость таких шкафов не более

1 м3.

        Классификацияоборудования.Классифицируютторговоехолодильное

оборудование по ряду признаков.

        В зависимости от температуры воздуха в охлаждаемом объеме различают

оборудование: высокотемпературное — с температуря рой 4 — 12°С, рассчитанное на

хранение, демонстрацию и продажу напитков и продуктов из тары-оборудования;

среднетемпературное — предназначенное для хранения, демонстрации и продажи

охлажденных продуктов при 0...-8°С; низкотемпературное — используемое для хранения,

66

демонстрации и продажи замороженных продуктов при температуре не выше -18°С;

комбинированное — со средне- и низкотемпературными отделениями.

    По конструктивному решению торговое холодильное оборудование может быть

выполнено как закрытое — доступ к продукту осуществляется через дверки или раздвижные

створки; открытое — с доступом к продукту через открытый проем; специализированное —

с контейнерной загрузкой.

    Некоторые виды торгового холодильного оборудования выпускают в двух

исполнениях: для районов с умеренным климатом и для южных районов. Оборудование для

районов с умеренным климатом рассчитано на работу при максимальной температуре воз-

духа 32 °С, а для южных районов 40 0С.

    По расположению холодильного агрегата различают оборудование со встроенным в

корпус или с вынесенным агрегатом.

    Встраивают в корпус оборудования герметичные холодильные агрегаты с

поршневыми и ротационными компрессорами и воздушным конденсатором. В сборных

камерах и шкафах холодильный агрегат может располагаться в верхней или нижней части

корпуса.

    Торговое холодильное оборудование больших объемов и комплекты, составленные

из нескольких единиц оборудования, охлаждаются вынесенными холодильными агрегатами

с сальниковыми и бессальниковыми компрессорами, конденсаторами, охлаждаемыми

воздухом или водой.

    Холодильные установки для торгового оборудования полностью автоматизируются,

т. е. снабжаются устройствами для защиты от опасных режимов работы, оттаивания инея с

поверхности испарителя.

    Коэффициент рабочего времени агрегатов должен быть не более 0,75, уровень

звуковой мощности — не более 69 дБ.

    Показателями надежности являются наработка на отказ (5000 ч для встроенного

агрегата и 2500 ч для вынесенного), среднее время восстановления (не более 4,5 ч), срок

службы до списания (не менее 12 лет).

    Различные виды и типы торгового холодильного оборудования обозначаются

начальными буквами их наименования: К — камера, Ш — шкаф, П — прилавок, В —

витрина, ПВ — прилавок-витрина, С — стол, X — холодильное оборудование; последняя

буква обозначает тип оборудования по температурному режиму работы: В —

высокотемпературное, С — среднетемпературное и Н — низкотемпературное.

    Цифра после первого дефиса указывает на расположение холодильного агрегата: 1

— агрегат встроен, 2 — вынесен. Цифры после второго дефиса обозначают номинальный

внутренний объем оборудования в квадратных метрах, строчная буква указывает на

особенность: м — модернизированное, к — контейнерная загрузка.

    Виды оборудования. Холодильные сборные камеры используют для хранения

охлажденных (среднетемпературные камеры КХС) и замороженных (низкотемпературные

камеры КХН) продуктов.

    Холодильные сборные камеры изготавливают заводским способом в разобранном

виде и собирают с помощью болтов и угольников из щитов или панелей типа «сэндвич» в

единое охлаждаемое устройство на месте установки. В случае необходимости переноса

камера может быть разобрана и смонтирована в другом месте. Для герметизации в стыках

щитов ставят резиновую прокладку. Спереди камеры имеются запирающиеся двери, число

которых зависит от числа ее отделений.

    Камеры могут быть со встроенным или с вынесенным холодильным агрегатом, но в

основном выпускают камеры с вынесенным агрегатом. Охлаждаемый объем камер

оборудован крюками, стеллажом, напольным деревянным настилом для размещения

продуктов. Испарители (в основном воздухоохладители) монтируют под потолком над

стеллажами. Для освещения камеры снабжают светильниками с выключателями,

расположенными снаружи.

    Типоразмерный ряд камер принят на основе внутреннего объема, кратного 6 м3,

например КХС-2-6, КХС-2-12, КХС-2-18.

67

  Оттаивание воздухоохладителя осуществляется автоматически. Измерение

температуры в камере — дистанционное.

  НизкотемпературнаякамераКХН-2-6мнесколькоотличаетсяот

среднетемпературной. У нее каркасная конструкция, более мощная холодильная установка, в

которой два холодильных агрегата, двухсекционный воздухоохладитель с двумя

терморегулирующими вентилями, отделитель жидкости. Оттаивание инея осуществляется

горячим паром холодильного агента.

  Холодильные шкафы используют для хранения охлажденных (среднетемпературные

шкафы ШХС) и замороженных (низкотемпературные шкафы ШХН) продуктов как в

торговом зале, так и в производственных цехах предприятий, выпускающих полуфабрикаты

и готовые блюда. Конструкция шкафов может быть бескаркасной или каркасной.

Холодильный агрегат расположен в нижней или верхней части корпуса. Испаритель в виде

воздухоохладителя или батареи с поддоном для сбора талой воды имеет

терморегулирующий вентиль.

  Холодильные прилавки служат для кратковременного хранения замороженных или

охлажденных продуктов во время реализации. Конструкция прилавков может быть

каркасной или бескаркасной, открытой или закрытой. В прилавках закрытого типа

охлаждаемая камера имеет створки, открытого — проем во избежание утечки холодного и

инфильтрации теплого воздуха из помещения.

  Открытые прилавки могут быть островными — доступ к продуктам возможен с

обеих сторон и пристенными — доступ к продуктам с одной стороны.

  Прилавки для небольших магазинов и буфетов изготавливают со встроенными

холодильными агрегатами. При большом числе работающих холодильных агрегатов

температура воздуха в торговом зале и уровень шума значительно повышаются, техническое

обслуживание и ремонт агрегатов на месте затруднены. Поэтому для крупных магазинов

самообслуживания прилавки выполняют с вынесенными холодильными агрегатами, которые

размещают в отдельном помещении — машинном отделении. В этом случае можно

уменьшить число холодильных агрегатов и улучшить условия в торговом зале, но

увеличиваются затраты, связанные с монтажом трубопроводов.

  Для крупных магазинов самообслуживания прилавки имеют модульное (или

секционное) исполнение.

  Холодильные столы используются в цехах предприятий общественного питания для

хранения готовых блюд, полуфабрикатов и зелени. В отличие от прилавка холодильные

столы имеют верхнее ограждение.

  На столе размещают горку с емкостями, охлаждаемыми змеевиковым испарителем,

весы и другой торговый инвентарь. Холодильный стол имеет теплоизолированную камеру с

дверкой и машинное отделение, закрытое съемными панелями. Камера охлаждается

оребренной батареей.

  Холодильные витрины предназначены для демонстрации и продажи охлажденных и

замороженных продуктов на предприятиях торговли и общественного питания. По

конструкции они могут быть каркасными и бескаркасными, со встроенным холодильным

агрегатом или с вынесенным, открытыми и закрытыми, модульного (секционного)

исполнения.

  Холодильные прилавки-витрины выполняют две функции: демонстрации и продажи

(витрина), хранения рабочего запаса (прилавок). Прилавок выполняют закрытым, оборудуют

столом для весов. Для доступа в камеру прилавка имеются две изотермические дверцы.

  Торговые холодильные автоматы предназначены для продажи охлажденных

напитков и охлажденных или замороженных фасованных продуктов. Их выполняют в виде

бескаркасного металлического шкафа с дверью, внутри которого располагаются устройства,

обеспечивающие его функционирование, в том числе элементы холодильной установки:

герметичный холодильный агрегат, теплоизоляционное ограждение и испаритель. В

автоматах для газированной воды водоохладитель выполнен в виде толстостенного

алюминиевого цилиндра, в стенке которого находятся два змеевика: в одном кипит

холодильный агент, в другом протекает вода.

68

 В автоматах для продажи соков продукт, находясь во флягах, охлаждается в

теплоизолированной камере. Испаритель из гладкотрубных секций закреплен на трех

стенках камеры.

 Автоматыдляпродажиштучныхпродуктовимеютохлаждаемый

теплоизолированный объем в верхней части шкафа. Здесь размещаются устройство для

закладки и выдачи продуктов и змеевиковые оребренные батареи испарителя. В нижней

части расположено машинное отделение.

8.9. Способы и оборудование безмашинного охлаждения

  Охлаждение водным льдом. Этот способ охлаждения наиболее простой.

Используют как естественный лед, получаемый при низкой температуре воздуха, так и

искусственный водный лед, изготавливаемый с помощью холодильных машин.

Достоинствами устройств ледяного охлаждения являются простота конструкции, низкая

стоимость и отсутствие затрат на электроэнергию.

  При температуре таяния льда 0°С температура воздуха в охлаждаемых устройствах

поддерживается обычно около 6°С. Такая температура достаточна для охлаждения и

кратковременного хранения пива, вод, соков и прочих напитков, хранения некоторых

овощей и зелени.

  Охлаждение водным льдом осуществляется тремя способами: непосредственное

охлаждение, с использованием воды в качестве промежуточного теплоносителя и с

использованием воздуха в качестве промежуточного теплоносителя.

  При непосредственном охлаждении водным льдом охлаждаемый объект находится с

ним в прямом контакте. Используют обычно дробленый мелкокусковой лед, который

помещают вокруг охлаждаемого объекта. Можно также пересыпать объект льдом (при

хранении некоторых овощей и зелени).

  При охлаждении с использованием воды в качестве промежуточного теплоносителя

лед служит для получения ледяной воды, которая подается в теплообменник для охлаждения

объекта. Вода, циркулируя от охлаждаемого объекта ко льду и обратно, может

непосредственно контактировать со льдом или через стенки теплообменника змеевикового

либо пластинчатого типа. Последний способ охлаждения применяют в молочной промыш

ленности.

  Охлаждение с использованием воздуха в качестве промежуточного теплоносителя

может осуществляться с естественным и механическим перемещением воздуха. В этом

случае теплота от охлаждаемого объекта отводится воздухом, который передает ее при

контакте со льдом. При естественной циркуляции воздуха лед может располагаться в

емкостях-карманах, имеющих щели или гофрированные ограждения для увеличения

поверхности теплообмена. При механической циркуляции воздуха, создаваемой

вентилятором, воздух прогоняется через слой дробленого льда, что увеличивает

коэффициент теплоотдачи по сравнению с естественной циркуляцией. Этот способ

используют, когда при высокой относительной влажности воздуха (95 %) необходимо

получить температуру от 5 °С и выше.

  Естественный лед получают из водоемов, где он намерзает в зимний период, а также

путем послойного намораживания на горизонтальных площадках во время морозов,

используя для этого специальные установки с форсунками для мелкокапельного

разбрызгивания воды.

  Искусственный водный лед получают с помощью льдогенераторов трубчатого типа,

где лед образуется внутри труб вертикального кожухотрубного испарителя, в межтрубном

пространстве которого кипит жидкий аммиак. Вода поступает в трубы испарителя сверху

через водораспределительное устройство, в которое она подается насосом из бака,

смонтированного под кожухом аппарата. В отверстия труб вставляют насадки, благодаря

которым вода, поступающая в трубы, закручивается и пленкой стекает по их внутренней

поверхности, частично замерзая. Незамерзшая вода собирается в бак, откуда опять подается

в водораспределительное устройство. Благодаря непрерывной циркуляции из воды удаляется

69

воздух, поэтому лед получается прозрачным. Когда стенки ледяных цилиндриков достигают

толщины 4 — 5 мм, намораживание прекращают, насос останавливают, испаритель

отключают от всасывающей стороны машины и соединяют с ее нагнетательной стороной, в

результате чего в испаритель поступают горячие пары аммиака при давлении конденсации.

Эти пары вытесняют из испарителя жидкий аммиак в ресивер (сборник аммиака),

прогревают стенки труб, намороженный лед отделяется от стенок и под действием силы

тяжести сползает вниз. При выходе из труб ледяные цилиндрики попадают под

вращающийся нож, который разрезает их на части определенной высоты. Готовый лед

падает в бункер и дальше по льдоскату выводится из льдогенератора.

       Существуют также льдогенераторы блочного, чешуйчатого и снежного льда. Лед в

них намерзает в формочках, на поверхности барабанов или в полости, за стенками которых

кипит аммиак.

       Льдосоляное охлаждение. Льдосоляное охлаждение позволяет получить более

низкие температуры по сравнению с охлаждением чистым льдом. Этот способ основан на

использовании льда в смеси с солями. При этом одновременно происходят процессы ра-

створения соли с образованием рассола и плавления льда с образованием воды и

дальнейшим растворением соли. На плавление льда и растворение соли затрачивается

теплота смеси, вследствие чего температура ее понижается.

       Наиболее низкая температура смеси достигается в криогидратной точке, в которой

находятся в термодинамическом равновесии все три фазы: рассол (раствор), соль и лед.

       Криогидратной точке соответствует эвтектическая концентрация соли. Такая смесь

называется эвтектикой. При льдосоляном охлаждении чаще всего используют смесь

дробленого льда и хлорида натрия. Криогидратной точке такой смеси соответствует

температура -21,2 0С при концентрации соли в растворе 23,1 %. При использовании хлорида

кальция с содержанием соли в растворе 29,9 % можно получить температуру плавления

-55 °С.

       Льдосоляной смесью можно охлаждать путем непосредственного контакта и

используя в качестве промежуточного теплоносителя воздух, как и при охлаждении водным

льдом. Кроме того, применяют охлаждение рассолом, образующимся при таянии смеси и

циркулирующим через охлаждающую батарею.

       В установке рассольного охлаждения с насосной циркуляцией лед периодически

загружают в генератор холода. Сверху лед орошают рассолом, прошедшим охлаждающую

батарею, где его температура повысилась на 2 — 3°С. В нижнюю часть генератора холода

стекает охлажденный рассол с более низкой из-за таяния льда концентрацией соли. Для

поддержания необходимой концентрации часть теплого рассола после охлаждающей батареи

подается в бачок с солью — концентратор, из которого более насыщенный рассол перетекает

в генератор холода. Концентратор периодически пополняют солью.

       В нижней части генератора холода расположен вентиль, через который удаляется

использованный (теплый) раствор перед новой загрузкой установки льдом и солью.

       Разность температур рассола в охлаждающей батарее и воздуха в охлаждаемом

объеме составляет 6 —8°С.

       Существуют и установки без насоса, где циркуляция возникает самопроизвольно из-

за разности объемных масс рассола вследствие изменения его концентрации при таянии

льда.

       Охлаждениехолодоаккумуляторамисэвтектикой.Вкачестве

холодоаккумуляторов используют металлические емкости различной формы. Эти формы

заполняют эвтектикой на 90 —94 % объема.

       Эвтектика представляет собой однородную смесь льда и соли, обладающую

достаточно большой теплотой плавления. В качестве соли используют хлориды калия,

натрия, кальция или сульфаты натрия и цинка. Эвтектический лед получают также из

водного раствора пропиленгликоля. Температура плавления такого льда зависит от

концентрации пропиленгликоля и может составлять от -3 до-50°С.

       Холодоаккумуляторы после замораживания раствора при температуре ниже

температуры плавления эвтектики размещают в охлаждаемом объеме. Поглощая теплоту,

70

отводимую от охлаждаемого объекта, эвтектика тает при постоянной температуре.

Холодоаккумуляторы используют многократно. Для этого после отепления их снова

замораживают.

 Холодоаккумуляторы широко применяют для охлаждения теплоизолированных

контейнеров, кузовов автомобилей, а также в сочетании с машинным охлаждением в

качестве дополнительного источника холода в период максимальной нагрузки на

холодильное оборудование.

 Охлаждение сухим льдом. Сухой лед — это диоксид углерода в твердом состоянии.

Если при атмосферном давлении к сухому льду подвести теплоту, то он переходит в

газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Охлаждение сухим льдом основано на

теплоотдаче охлаждаемой среды сухому льду. Удельная холодопроизводительность сухого

льда при 0 °С составляет 637 кДж/кг. По сравнению с водным льдом сухой лед при 0°С

обладает почти вдвое большей массовой холодопроизводительностью. Еще эффективнее

соотношение при сравнении не массовой, а объемной холодопроизводительности. Объемная

холодопроизводительность сухого льда при 0°С больше, чем водного, почти в три раза.

Обильно выделяющийся при сублимации сухого льда газообразный диоксид углерода

оказывает на большинство скоропортящихся продуктов консервирующее действие. В смеси

с эфиром можно получить температуру до -100°С.

 Сухой лед широко применяют при перевозках и продаже мороженого и для

охлаждения транспортных средств. Охлаждение сухим льдом происходит при

непосредственном контакте с охлаждаемым объектом или с использованием

промежуточного теплоносителя, чаще воздуха. В последнем случае сухой лед дробят и

размещают в металлических емкостях — карманах, через которые циркулирует воздух.

Циркуляция воздуха может быть усилена вентилятором.

 Сухой лед производят в виде блоков на предприятиях, технологические процессы

которых связаны с выделением диоксида углерода. На первой стадии обеспечивают

получение чистого газообразного диоксида углерода, затем его сжижают и из жидкого

диоксида углерода получают твердый.

 Испарительное охлаждение. Испарительное охлаждение основано на явлении

парообразования над поверхностью жидкости при температуре ниже ее температуры

кипения и нормальном атмосферном давлении. На превращение жидкости в пар

затрачивается определенное количество тепловой энергии — теплоты парообразования

(испарения). Теплота парообразования воды при 20°С равна 2455 кДж/кг. Вода может

испаряться в результате отвода теплоты от нее, а также подвода теплоты к ней извне, что

зависит от соотношения температуры воды и окружающей среды.

 В зависимости от внешних условий теплообмена теплоту парообразования можно

использовать для снижения температуры влажной поверхности и устранения (уменьшения)

влияния внешних теплопритоков, вызывающих повышение температуры объекта.

 Для охлаждения продуктов и грузов холодильного транспорта можно использовать

также эффект испарительного охлаждения, возникающий при распылении жидкостей с

помощью форсунок (например, жидких диоксида углерода и азота), с температурами

кипения более низкими, чем требуется для охлаждения продуктов или воздуха.

 Термоэлектрическое охлаждение. Термоэлектрический эффект проявляется в

большей степени в цепях, составленных из полупроводников с электронной и дырочной

проводимостью.

 Во время движения дырок и электронов в разные стороны от контакта между

разнородными полупроводниками происходит поглощение теплоты. Электроны дырочного

полупроводника переходят в свободную зону электронного проводника, образуя пары

электрон — дырка, на что затрачивается определенное количество теплоты, отнимаемое от

контакта.

 При движении электронов и дырок навстречу друг другу происходит их

рекомбинация в месте контакта, сопровождающаяся выделением теплоты. Следовательно,

если направление тока от дырочного полупроводника к электронному, выделяется теплота;

если направление обратное, тепловая энергия в спае поглощается.

71